Ген и признак, взаимодействие генов

В результате первых опытов по изучению наследования признаков у растений и животных создавалось впечатление, что между геном и наследственным признаком существует простая связь – каждый ген определяет (детерминирует) развитие одного признака. Например, у гороха ген желтого цвета детерминирует развитие желтой окраски семян, ген зеленого цвета – зеленой окраски. Однако вскоре стало выясняться, что связь между генами и наследственными признаками значительно сложнее. Один и тот же ген может контролировать проявление нескольких признаков, т.е. проявлять множественное (плейотропное) действие. Например, белые кошки всегда голубоглазые и слепые, т.к. все три признака детерминированы одним геном. В других случаях один признак может обуславливаться взаимодействием нескольких генов. Этим можно объяснить появление у потомков новых признаков, несвойственных родителям. Взаимодействовать могут как аллельные, так и неаллельные гены. Различают следующие формы их взаимодействия: аллельных генов – полное доминирование, неполное доминирование, сверхдоминирование, кодоминирование; неаллельных генов – комплементарность, эпистаз, полимерия.

Полное доминирование проявляется тогда, когда один аллель гена полностью подавляет действие другого аллеля (опыты Г. Менделя с горохом).

Неполное доминирование (промежуточное наследование) объясняется тем, что пpоявление доминантного гена сдерживается его рецессивным аллелем (опыты Менделя с «ночной красавицей»). Известны случаи, когда неполное доминирование обусловлено факторами среды. Например, у растения дурмана в полевых условиях пурпурная окраска стеблей полностью доминирует над зеленой, а в условиях оранжереи стебли всегда розовые.

Сверхдоминирование (гетерозис-гибридная сила) заключается в том, что у доминантного аллеля в гетерозиготном состоянии (Аа) отмечается более сильное проявление контролируемого признака, чем в гомозиготном состоянии (АА). Это явление используют в растениеводстве для получения более высоких урожаев.

Кодоминирование – проявление в гетерозиготном состоянии признаков, контролируемых обоими аллелями. Например, каждый из аллельных генов детерминирует синтез определенного белка, а у гетерозигот синтезируются они оба. По типу кодоминирования у людей наследуется четвертая группа крови.

Сложные взаимоотношения возникают между неаллельными генами.

Комплементарность – это взаимодополнение действия одного гена другим неаллельным геном. При этом для формирования признака необходимы они оба (обычно эти гены доминантные). Этот тип взаимодействия генов встречается часто в природе. Например, у млекопитающих для защиты от вирусов вырабатывается специфический белок – интерферон. Его образование у человека обусловлено взаимодействием двух неаллельных генов, один из которых находится во второй паре хромосом, а другой – в пятой. При отсутствии в генотипе одного из них интерферон не образуется.

Эпистаз – взаимодействие генов, противоположное комплементарности. Под эпистазом понимают подавление одним неаллельным геном действия другого гена, который называется гипостатическим (подавляемым). Примером эпистаза может служить наследование окраски плодов тыквы: белой, желтой и зеленой. Ген желтой окраски доминирует над геном зеленой, а ген белой окраски плодов не позволяет проявиться ни желтой, ни зеленой окраске, т.е. он эпистатический (подавляющий).

Полимерия – это взаимодействие неаллельных доминантных генов, оказывающих примерно одинаковое действие на проявление одного и того же признака. Такие гены называют полимерными, а признаки, ими определяемые, –полигенными. Степень выраженности признака при полимерии зависит от общего количества доминантных генов в генотипе особи. Чем больше этих генов, тем ярче выражен признак. Например, пигментация кожи у людей определяется пятью или шестью полимерными генами. У коренных жителей Африки (негроидной расы) преобладают в генотипе доминантные аллели, у представителей европеоидной расы – рецессивные. Поэтому мулаты (первое поколение от бpака женщины-негритянки и белого мужчины) имеют промежуточную пигментацию. При вступлении в брак мулатов у них возможно рождение как более, так и менее интенсивно пигментированных детей.

Таким образом, любой наследственный признак определяется многими генами, а точнее – всем генотипом. При этом каждый ген может влиять на развитие многих признаков и в целом на весь организм.

Генотип представляет собой не сумму генов, а сложную, исторически сложившуюся систему. Поэтому фенотип является результатом взаимодействия генотипа с факторами внешней среды в процессе онтогенеза.