8. Кількісна та якісна специфіка проявів генів в ознаках. Генетичні механізми визначення статі.

Гени, які контролюють ті чи інші ознаки, можуть проявлятися в фенотипі не у всіх носіїв або можуть мати різну ступінь фенотипового прояву. Кількісний показник прояву гена в фенотипі характеризується пенетрантністю, якісний показник – експресивністю.

Пенетрантність – частота фенотипового прояву гена в популяції особин, які є носіями цього гена. Вимірюється відношенням кількості особин, в яких ген фенотипово проявився, до загального числа особин – носіїв цього гена (в %). Якщо ген домінантний – то він проявляється в гомозиготному АА і гетерозиготному стані Аа, якщо рецесивний – лише в гомозиготному аа. Якщо ген проявляється у всіх особин – носіїв гена, пенетрантність називають 100 %-ою, у решті випадків – неповною і вказують відсоток особин, в яких проявляється ген. Наприклад, при пенетрантності 20 %,  з 100 особин – носіїв цього гена, останній проявиться в фенотипі лише в 20 з них. З неповною пенетрантністю успадковується ряд спадкових захворювань: подагра (20 % у чоловіків), природжений вивих стегна (25 %), ретинобластома (60 %).

Експресивність (лат. expressus – явний, виразний) – ступінь фенотипового  прояву гена, або вираженість дії гена. Один і той самий ген у різних умовах може бути виражений сильніше або слабше. Наприклад, полідактилія може проявитися на одній, на двох руках чи ногах, кількість пальців може бути 6 і більше. Спадкова хвороба фенілкетонурія має різну тяжкість прояву – від легкого ступеня розумової відсталості до глибокої недоумковатості.

Пенетрантність та експресивність залежать від природи даного гена, впливу генів-модифікаторів, умов середовища. Гени-модифікатори посилюють або послаблюють дію основного гена, який контролює дану ознаку.

Плейотропія – здатність одного гена контролювати кілька ознак (множинна дія гена). Так, синдром Марфана  в типових випадках характеризується тріадою ознак: підвивихом кришталика ока, вадами серця, видовженням кісток пальців рук і ніг (арахнодактилія – павучі пальці). Цей комплекс ознак контролюється одним автосомно-домінантним геном, який спричинює порушення розвитку сполучної тканини.

.ГЕНЕТИКА СТАТІ

Пол - сукупність ознак, за якими проводиться специфічне поділ особин або клітин, засноване на морфологічних і фізіологічних особливостях, що дозволяє здійснювати в процесі статевогорозмноження комбінування в нащадках спадкових задатків батьків.  Морфологічні та фізіологічні ознаки, за якими проводиться специфічне поділ особин, називається статевим.  Ознаки, пов'язані з формуванням і функціонуванням статевих клітин, називається первинними статевими ознаками. Це гонади (яєчники або насінники), їх вивідні протоки, додаткові залози статевого апарату, копулятивні органи. Всі інші ознаки, за якими один підлогу відрізняється од іншого, отримали назву вторинних статевих ознак. До них відносять: характер волосяного покриву, наявність і розвиток молочних залоз, будова скелета, тип розвитку підшкірної жирової клітковини, будова трубчастих кісток та ін 

Генетичні механізми формування статі

Початок вивченню генотипического визначення статі було покладено відкриттям американськими цитологами у комах відмінності у формі, а іноді і в числі хромосом у особин різної статі (Мак-Кланг, 1906, Вілсон, 1906) і класичними дослідами німецького генетика Корренсом зі схрещування однодомна і дводомної видів Бріоні . Вілсон виявив, що у клопа Lydaeus turucus самки мають 7 пар хромосом, у самців ж 6 пар однакових з самкою хромосом, а в сьомий парі одна хромосома така ж, як відповідна хромосома самки, а інша маленька.  Пара хромосом, які у самця і самки різні, отримала назву идио, або гетерохромосоми, або статеві хромосоми. У самки дві однакові статеві хромосоми, що позначаються як Х-хромосоми, у самця одна Х-хромосома, інша - Y-хромосома. Решта хромосоми однакові у самця і у самки, були названі аутосомами. Таким чином, хромосомна формула у самки названого клопа запишеться 12A + XX, у самця 2A + XY. У ряду інших організмів, хоча й існує в принципі той же апарат для визначення статі, проте гетерозиготності відносно реалізаторів статі не чоловічі, а жіночі організми. Особини чоловічої статі мають дві однакові статеві хромосоми ZZ, а особини жіночої статі - ZO або ZW. ZZ-ZW тип визначення статі спостерігається у метеликів, птахів, ZZ-ZO - ящірок, деяких птахів.  Зовсім інший механізм визначення статі, званий гаплодіплоідний, широко поширений у бджіл і мурах. У цих організмів немає статевих хромосом: самки - це диплоїдні особини, а самці (трутні) - гаплоїдні. Самки розвиваються з запліднених яєць, а з незапліднених розвиваються трутні.  Людина щодо визначення статі відноситься до типу XX-XY. При гаметогенезі спостерігається типове Менделя розщеплення за статевими хромосомами. кожна яйцеклітина містить одну Х-хромосому, а інша половина - одну Y-хромосому. Пол нащадка залежить від того, який спермій запліднить яйцеклітину. Підлога з генотипом ХХ називають гомогаметним, так як у нього утворюються однакові гамети, що містять тільки Х-хромосоми, а підлога з генотипом XY-гетерогаметним, так як половина гамет містить Х-, а половина - Y-хромосому. У людини генотипический підлогу даного індивіда визначають, вивчаючи неделящиеся клітини. Одна Х-хромосома завжди виявляється в активному стані і має звичайний вигляд. Інша, якщо вона є, буває в спочиваючому стані у вигляді щільного темно-пофарбував тільця, званого тільцем Барра (факультативний гетерохроматин). Число тілець Барра завжди на одиницю менше числа готівкових х-хромосом, тобто в чоловічому організмі їх немає зовсім, у жінок (ХХ) - одне. У людини Y-хромосома є генетично інертною, тому що в ній дуже мало генів. Проте вплив Y-хромосоми на детермінацію статі у людини дуже сильне. Хромосомна структура чоловіки 44A + XY і жінки 44A + XX така ж, як і у дрозофіни, однак у людини особина каріотипом 44A + XD виявилася жінкою, а особина 44A + XXY чоловіком. В обох випадках вони виявляли дефекти розвитку, але все ж стать визначався наявністю або відсутністю y-хромосоми. Люди генотипу XXX2A представляють собою марну жінку, з генотипом XXXY2A - безплідних розумово відсталих чоловіків. Такі генотипи виникають в результаті нерозходження статевих хромосом, що призводить до порушення розвитку (наприклад, синдром Клайнфельтера (XXY). Нерозходження хромосом вивчаються як в мейозі, так і в нітозе. Нерозходження може бути наслідком фізичної зчеплення Х-хромосом, в такому випадку нерасхожденіе має місце в 100% випадків.    Рис.1. Вид статевих хромосом людини в метафазі мітозу.  Всім ссавцям чоловічої статі, включаючи людину, властивий так званий HY антиген, які перебувають на поверхні клітин, що несуть Y-хромосому. Єдиною функцією його вважається диференціювання гонад. Вторинні статеві ознаки розвиваються під впливом стероїдних гормонів, що виробляються гонадами. Розвиток чоловічих вторинних статевих ознак контролюєтестостерон, що впливає на всі клітини організму, включаючи клітини гонад. Мутація всього одного Х-хромосоми, що кодує білок-рецептор тестостерону, призводить до синдрому тестікумерной фелінізаціі особин XY. Клітини-мутанти не чутливі у дії тестостерону, в результаті чого дорослий організм набуває риси, характерні для жіночої статі. При цьому внутрішністатеві органи виявляються недорозвиненими і такі особини повністю стерильні. Таким чином, у визначенні та диференціювання статі ссавців і людини взаємодіють хромосомний та генний механізми.  Незважаючи на те, що жінки мають дві Х-хромосоми, а чоловіки - лише одну, експресія генів Х-хромосоми відбувається на одному і тому ж рівні в обох статей. Це пояснюється тим, що у жінок в кожній клітині повністю інактивована одна Х-хромосома (тільце Барра), про що вже було сказано вище. Х-хромосома інактивується на ранній стадії ембріонального розвитку, якавідповідає часу імплантації. при цьому в різних клітинах батьківська і материнська Х-хромосоми вимикаються випадково. Стан інактивації даної Х-хромосоми успадковується в ряді клітинних поділів. Таким чином, жіночі особини, гетерозиготні за генами статевих хромосом, являють собою мозаїки (приклад, черепахові кішки).  Таким чином, стать людини являє собою менделирующий ознака, успадковані за принципом зворотного (аналізуючого) схрещування. Гетерозиготи виявляється гетерогаметний підлогу (XY), який схрещується з рецесивною гомозиготой, представленої гомогаметним підлогою (XX). У результаті в природі виявляється спадкова диференціювання організмів на чоловічий і жіночий підлогу і стійке скорочення у всіх поколіннях кількісного рівності статей.