3. Летальні алелі.

Відхилення від очікуваних результатів розщеп­лення часто пов'язане з фенотипним проявом летальних алелей, коли розщеплення серед гібридів другого покоління може відрізнятись від очікуваного, оскільки гомозиготи та гетерозиготи за деяки­ми алелями мають різну життєздатність. Алельний ген, який, проявляючись у фенотипі, призводить до смерті особини, назива­ють летальним.

Наприклад, платинове забарвлення хутра лисиць дуже цінується для виготов­лення хутряних виробів. Воно виникло на початку XX сторіччя внаслідок мутації та зумовлене домінантною алеллю (Р): при схрещуванні платинових лисиць між со­бою серед їхніх нащадків є особини як з платиновим, так і сріблястим забарвлен­ням хутра.

Спроби вивести гомозиготних платинових лисиць результатів не дали, хоча теоретично це здавалося можливим. За допомогою аналізуючого схрещування з'ясували, що всі платинові лисиці гетерозиготні, оскільки серед нащадків відбу­вається таке розщеплення: у 58 виводках - 127 платинових і 58 сріблястих щенят (тобто співвідношення наближувалося до 2:1, а не 3:1, як можна було очікувати згідно із законом розщеплення). Крім того, коли сріблястих лисиць парували між собою або з платиновими, у виводках здебільшого налічували 4-5 щенят, а при схрещуванні платинових лисиць між собою – тільки 3-4. Виявилось, що особин, гомозиготних за алеллю платинового забарвлення, взагалі не існує, бо ембріони з таким генотипом (РР) гинуть на найранішніх етапах розвитку. Подібне явище відоме і для сірих каракульських овець, у яких ягнята, гомозиготні за домінант­ною алеллю сірого забарвлення вовни, гинуть унаслідок недорозвинутості трав­ної системи. У мишей відома летальна алель короткохвостості.

Отже, на кількісні співвідношення різних фенотипних груп на­щадків впливають летальні алелі, які, проявляючись у фенотипі, знищують організм ще до повного завершення його розвитку. У ви­падку з платиновими лисицями летальною була домінантна алель, але її негативна дія проявлялася лише в гомозиготному стані. Більшість летальних алелей – рецесивна і тому вони спри­чиняють загибель особин, гомозиготних за ними (наприклад, алель, яка спричинює водянку телят ейрширської породи).

4. Явище зчепленого успадкування. Хромосомна теорія спад­ковості.

Закон незалежного комбінування станів ознак ґрунтується на таких положеннях:

• розвиток різних станів ознак зумовлюють алельні гени, які займають однакове положення (локуси) в гомологічних хромосомах;

• гамети та інші гаплоїдні клітини, які мають по одній гомологічній хромосомі з кожної пари, несуть лише по одному алельному гену;

• гени, що контролюють розвиток ознак, які успадковуються не­ залежно, розташовані в негомологічних хромосомах.

Коли ми доводили статистичний характер законів спадковості, встановлених Г.Менделем, то для спрощення припускали, що кож­на з хромосом несе лише один ген. Але вчені вже давно звернули увагу на те, що кількість спадкових ознак організму значно переви­щує число хромосом гаплоїдного набору. Так, у гаплоїдному наборі класичного об'єкта генетичних досліджень – мухи-дрозофіли – є лише чотири хромосоми, але число спадкових ознак і відповідно ге­нів, які їх визначають, безсумнівно, значно більше. Це означає, що в кожній хромосомі розміщено багато генів. Тож разом із ознаками, які успадковуються незалежно, повинні існувати і такі, що успадко­вуються зчеплено одна з одною, бо вони визначаються генами, роз­ташованими в одній хромосомі. Такі гени утворюють групу зчеп­лення. Кількість груп зчеплення в організмів певного виду дорівнює кількості хромосом у гаплоїдному наборі (наприклад, у дро­зофіли 1n = 4, у людини 1n = 23).

Експериментальні дослідження явища зчепленого успадкуван­ня провів видатний американський генетик Т.Х. Морган зі своїми співробітниками. Їхні результати обґрунтували запропоновану ними хромосомну теорію спадковості.

Слід зазначити, що Т.Х. Морган, як і свого часу Г. Мендель, вдало обрав для досліджень муху-дрозофілу, яка згодом стала класичним об'єктом для генетичних експериментів. Дрозофіл легко утримувати в лабораторіях, вони ма­ють значну плодючість, швидку зміну поколінь (за оптимальних умов утримання нове покоління виникає кожні півтора-два тижні), невелике число хромосом, що спрощує спостереження.

Явище зчепленого успадкування Т.Х. Морган встановив у такому досліді. Самців дрозофіли, гомозиготних за домінантними алелями забарвлення тіла (сіре) та формою крил (нормальні), схрес­тили із самками, гомозиготними за відповідними рецесивними але­лями (чорне тіло – недорозвинені крила). Генотипи цих особин по­значили відповідно ЕЕVV та eevv. Усі гібриди першого покоління мали сіре тіло і нормальні крила, тобто були гетерозиготними за обома парами алелей (генотип – ЕeVv). Потім їх схрестили з особи­нами, гомозиготними за відповідними рецесивними алелями (ана­лізуюче схрещування).

Теоретично можна було очікувати два варіанти розщеплення. Якби гени, які зумовлюють забарвлення тіла та форму крил, містилися в негомологічних хромосомах, тобто успадковувалися незалежно, роз­щеплення мало бути таким:

• 25% особин із сірим тілом і нормальними крилами,

• 25% – із сірим тілом і недорозвиненими крилами,

• 25% – з чорним тілом і нормальними крилами,

• 25% – з чорним тілом і недо­розвиненими крилами (тобто у співвідношенні –1:1:1:1).

Якщо б ці гени розмішувалися в одній хромосомі і успадковувалися зчеплено, то було б отримано:

• 50% особин з сірим тілом і нормальними крилами,

• 50% — з чорним тілом і недорозвиненими крилами (тобто – 1:1).

Насправді:

• 41,5% особин мали сіре тіло і нормальні крила,

• 41,5% – чорне тіло і недорозвинені крила,

• 8,5% – сіре тіло і недорозвинені крила,

• 8,5% – чорне тіло і нормальні крила.

Тобто розщеплення наближувалося до співвідношення фенотипів 1:1 (як у разі зчепле­ного успадкування), але разом з тим проявилися всі чотири варіан­ти фенотипу (як у випадку незалежного успадкування).

На підставі цих даних Т.Х. Морган припустив, що гени, які визначають забар­влення тіла і форму крил, розташовані в одній хромосомі, але в про­цесі мейозу під час утворення гамет гомологічні хромосоми мо­жуть обмінюватися ділянками, тобто має місце явище, яке дістало назву перехресту хромосом, або кросинговеру.

Кросинговер збільшує комбінативну мінливість, сприяючи утворенню нових поєднань алелей. При цьому може відбуватись обмін кількома генами або ж ділянками одного гена, обох чи однієї нитки ДНК.

Явище кросинговеру було доведене за допомогою радіоактивних ізотопних атомів (маркерів, або міток), які вводили у різні ділянки гомологічних хромосом. Після кросинговеру такі маркери, вміщені в одну з гомологічних хромосом, виявляли у відповідних ділянках іншої.

Дослідження кросинговеру у різних організмів дали змогу вия­вити такі певні закономірності:

• сила зчеплення між двома ге­нами, розташованими в одній хромосомі, обернено пропорційна відстані між ними (чим ця відстань більша, тим частіше відбувається кросинговер);

• частота кросинговеру між двома зчепленими генами являє собою відносно сталу величину для кожної конкретної пари генів.

На підставі цих закономірностей було зроблено висновок, що гени розташовані в хромосомі по її довжині один за одним, (в лі­нійному порядку). Згодом це підтвердили відкриттям будови мо­лекули ДНК, у якій нуклеотиди – носії спадкової інформації – роз­міщені послідовно один за одним.