Методичка по медицинской Генетике 2020

Рисунок 2. Классификация хромосом. Ультраструктура хромосомы. Кариотип мужчины по Денверской системе.

При распределении хромосом следует учитывать размеры хромосом, положение центромеры, форму хромосом - метацентрические, субметацентрические, акроцентрические, наличие и положение спутников. Распределение хромосом идет в убывающем порядке от крупных к мелким с разделением на 7 групп:

Группа А:1-3 пары. Крупные метацентрические хромосомы, хорошо отличающиеся одна от другой размерами и положением центромеры.

Группа В: 4-5 пары. Крупные субметацентрические.

Грурпа С:6-12 пары. Средине мета- и субметацентрические хромосомы. Четыре пары (6,7,8,11) сравнительно более метацентричны, три (9,10,12) - более субметацентричны. Размер Х хромосомы близок к размеру самых больших хромосом этой группы.

Группа D:13-15 пары. Крупные акроцентрические хромосомы, имеющие спутников, не всегда обнаруживаемые. Длинное плечо имеет вторичную перетяжку.

Группа E:16-18 пары. Маленькие мета- и субметацентрические хромосомы, 16 и 17 пары имеют вторичную перетяжку вблизи центромер.

Группа F: 19-20 пары. Маленькие метацентрические хромосомы.

Группа G: 21-22 пары. Маленькие акроцентрические хромосомы, на коротком плече имеют спутник.

Х-хромосома относится к группе С, сходна с 6 и 7 парами.

У-хромосома - маленькая акроцентрическая, сходна по размерам и форме с хромосомами 21 и 22 пары. Отличается от них отсутствием спутников и наличием вторичной перетяжки в середине длинного плеча.

При работе следует вначале выделить хромосомы, принадлежащие к группам А и В, далее найти хромосомы групп D и G, E и F. В последнюю очередь следует выделить хромосомы третьей группы и половые хромосомы.

При определении нормы или патологии руководствоваться тем, что в норме у человека 46 хромосом, при патологии - 45 или 47 и более. При выявлении патологии

следует вспомнить, что патология в кариотипе, видимая на стадии метафазной пластинки, может быть вызвана геномными мутациями и хромосомными аберрациями.

Типы определения пола

Определение пола происходит в момент слияния гамет в процессе оплодотворения, это сингамное определение пола. Такое определение пола характерно для человека, большинства животных и растений.

Гетерогаметный пол может быть 2-х типов:

тип Х0 (Protenor)

тип ХY (Lygaeus)

Гетерогаметным может быть как мужской, так и женский пол. Таблица11.

Типы определения пола у животных

Балансовая теория определения пола

У некоторых растений и животных Y-хромосома отсутствует или она настолько мала, что не может играть какойлибо роли в определении пола, т.е. в ней нет генов, вырабатывающих определенные гормоны. В этом случае пол определяется соотношением числа Х-хромосом к количеству аутосом. Так у дрозофилы все особи с балансом хромосом 2х/2n=1 представляют собой самок; Х/2n=0,5 дает самцов;

Х/3n = 0,33 определяет развитие сверхсамцов; 3х/2n = 1,5 – сверхсамок; 2Х/3n = 0,67 – интерсексов.

Роль условий среды в определении пола

В этом случае пол определяется после оплодотворения в процессе индивидуального развития и зависит от условий внешней среды, эпигамное определение пола. Например, у морского червя Bonellia, соотношение самок и самцов не устойчивое, пол зависит от условий развития личинок. Если личинка попадает на хоботок самки или поселится вблизи нее, то развивается самец. Свободноплавающие личинки развиваются в самок. Если поселившуюся в хоботке самки личинку изолировать и выращивать отдельно, то она становится интерсексом.

И, наконец, пол зиготы может предопределяться еще в процессе созревания женских гамет – яйцеклеток. Такое определение пола называется прогамным.

Яйцеклетки в результате неравномерного распределения цитоплазмы в процессе овогенеза становятся различными по размеру еще до оплодотворения. Из крупных

яйцеклеток развиваются самки, из мелких – самцы. Так происходит определение пола у тлей, коловраток, первичных кольчецов.

Наследование признаков, сцепленных с полом. Работы Т. Моргана

Пример 1. По схеме разобрать наследование признаков, сцепленных с полом у дрозофилы (красные и белые глаза) для двух вариантов:

а) самец является носителем рецессивного признака; б) самец является носителем доминантного признака.

Записать генетически.

Признаки, определяемые генами, находящимися в половых хромосомах, называются признаками, сцепленными с полом. Это явление было открыто Т.

Морганом на дрозофиле. Некоторые признаки появляются у дрозофилы в зависимости от того, кто, самка или самец, обладают этим признаком.

F1: Все красноглазые

F2: 3 красноглазых : 1 белоглазый

Обратить внимание на генетическую запись признаков, сцепленных с полом: А - красноглазость а - белоглазость

Генотипа красноглазых самок - ХА ХА; ХА Xa Генотип красноглазых самцов - ХА У Генотип белоглазых самок - Ха Ха Генотип белоглазых самцов - Ха У

Наследование признаков, сцепленных с полом у человека

Назвать у человека признаки, сцепленные с Х- и Y-хромосомами. Объяснить характер их наследования, записать. Решить задачи на признаки, сцепленные с полом, у человека.

У человека с Y-хромосомой связано несколько аномалий, которые передаются только по мужской линии: рыбья кожа (ихтиоз), перепончатые пальцы, гипертрихоз.

В Х-хромосоме локализуются гены, обуславливающие развитие около 200 признаков;

Некоторые признаки человека наследуемые сцепленно с Х хромосомой. Таблица 12.

Признаки, сцепленные с Х-хромосомой и наследуемые как доминантные передаются от матери дочерям и сыновьям, от отцов только дочерям. Признаки, сцепленные с Х-хромосомой и наследуемые как рецессивные, передаются от матерей сыновьям, а от отцов - дочерям. Такой тип передачи получил название крест-накрест или крисс-кросс.

Задача 1. У человека ген, вызывающий цветовую слепоту, или дальтонизм, локализован в Х-хромосоме. Состояние болезни вызывает рецессивный ген, состояние здоровья - доминантный. Определить вероятность рождения больного ребенка в семье, где

F1: XD XD, XD Хd, ХdY, XD Y

Ответ: Вероятность рождения мальчика дальтоника 25%.

Задание 2. Гипоплазия эмали зубов наследуется как сцепленный с Х - хромосомой доминантный признак А, перепонки между пальцами в – как признак локализованный в Y- хромосоме. Определить:

1.Возможность рождения детей без аномалий, с одной аномалией и с двумя аномалиями, если Р ♀- ХА Ха ♂ ХА Yв?

2.Какое потомство можно ожидать, если у отца гипоплазия, а мать здорова?

Пример решения задачи:

ХА – гипоплазия Ха - норма

Yв – перепонки между пальцами 1. Р: ♀- ХА Ха х ♂ ХА Yв

Ответ: В первом случае – девочки с гипоплазией, а мальчики имеют оба признака или один, во втором – у девочек гипоплазия зубов, а мальчики – здоровы.

Признаки, зависимые и ограниченные полом

Признаки, характер доминирования которых в гетерозиготном состоянии зависит от пола, называются зависимыми от пола признаками. Гены, обуславливающие развитие этих признаков, локализованы в аутосомах.

К таким признакам у человека относится наследование лысости.

В– лысость

В– отсутствие лысости

У гетерозиготных мужчин (вВ) ген лысости доминирует, у гетерозиготных женщин (Вв - норма) ген лысости подавляется геном нормального развития волос. Поэтому генотипы ♂ мужчин - ВВ, Вв – лысость

Появление зависимых от пола признаков определяется соотношением количества мужского и женского гормонов в крови. В данном случае женский половой гормон препятствует проявлению гена В, а мужской гормон способствует. Такой же характер носит наследование рогатости у овец.

Признаки, гены которых могут находиться в аутосомных или половых хромосомах обоих полов, но проявляются лишь у одного из них, называются признаками, ограниченными полом. К таким признакам относятся, например, молочность и жирность молока у крупного рогатого скота, яйценосность и размеры яиц у кур, вторичные половые признаки.

Вопросы для обсуждения

1.Что такое пол?

2.В чем заключается хромосомный механизм определения пола?

3.Каково численное соотношение полов в природе?

4.Какие признаки человека сцеплены с полом и каков характер их наследования?

5.Назовите заболевания человека, связанные с половыми хромосомами?

Сцепленное наследование признаков

Цель занятия: изучить явление сцепления генов, влияние кроссинговера и обмен генами между хромосомами при мейозе.

Задачи занятия:

1.Изучить сцепление генов в хромосомах на примере работ Т. Моргана.

2.Изучить явление кроссинговера и факторы, влияющие на кроссинговер.

3.Положения хромосомной теории наследственности.

Оснащение: таблицы с опытами Т. Моргана, кроссинговер между хромосомами, карты хромосом человека.

Вопросы для подготовки

1. Сцепление генов, группы сцепления (работы Моргана).

2.Кроссинговер и обмен генами между хромосомами, их значение для понимания явлений наследственности.

3.Основные положения хромосомной теории наследственности.

4.Линейное положение генов в хромосомах. Генетические и цитологические карты хромосом.

Сцепление генов, группы сцепления (работы Моргана)

Используя таблицы, разобрать работы Т. Моргана, связанные с открытием явления сцепления генов.

Прежде всего, следует вспомнить, что еще в 1906 году Бэтсон и Пеннет на примере душистого горошка обнаружили случаи нарушения менделевского расщепления при дигибридном скрещивании. Но объяснить причины этих нарушений они не смогли.

Сделано это было Т. Морганом и его учениками на классическом объекте генетиков - дрозофиле. У дрозофил встречается серая (В) и черная (b) окраска тела; нормальные (V) и рудиментарные (v) крылья.

Расщепление признаков получилось 1:1 вместо ожидаемого 1:1:1:1, причем, во втором поколении повторились признаки исходные (от родителей).

Один ген определяет окраску тела и длину крыльев? Но в популяции дрозофил встречаются особи длиннокрылые с черным телом и серые дрозофилы с рудиментарными крыльями. Скрещивание их дало те же результаты:

т.е. . 1:1 вместо ожидаемого 1:1:1:1 и вновь в F2 проявились признаки исходных родительских форм.

На основании 1-ой серии опытов Т. Морган сделал вывод, что в одной хромосоме находится большое количество генов. Гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуется вместе или сцеплено и называются группой сцепления. Число групп сцепления в организме равно гаплоидному набору хромосом. Гены, принадлежащие одной группе сцепления, принято писать вместе. Аутосомы, полученные от обозначают —, а от - . Исходя из этого, первую часть опытов Т. Моргана можно записать следующим образом, приняв обозначения: V - длинные крылья, v - рудиментарные; В -серое тело, b - черное.

Рисунок 3. Скрещивание мух дрозофилы.

Кроссинговер и обмен генами между хромосомами

По таблицам разобрать опыты Т. Моргана с дрозофилой, на которых была установлена возможность кроссинговера между гомологичными хромосомами и обмена генами между хромосомами.

2 серия анализирующего скрещивания

При этом следует учитывать, что в этой серии анализирующему скрещиванию подвергались самки (обратить внимание на запись фенотипов и генотипов особей)

17%

Получение такого потомства возможно только при возникновении перекрестка (кроссинговера) хромосом при образовании тетрад, разрыва хромосом и обмена генами между хромосомами в мейозе I (вспомнить мейоз, все его стадии). Можно записать:

На основе работ Т. Моргана и многих других генетиков были сформулированы основные положения хромосомной теории наследственности:

1.Носители наследственной информации в клетке – хромосомы;

2.Единица наследственности – ген;

3.Гены в хромосомах расположены линейно;

4.Гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются вместе, сцеплено, называются группой сцепления;

5.Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом;

6.Сила сцепления генов в хромосомах обратно пропорциональна расстоянию между ними.

Задача 1. У томатов высокий рост стебля доминирует над карликовым, а шаровидная форма плода над грушевидной. Гены, определяющие высоту стебля и форму плода сцеплены и находятся друг от друга на расстоянии 20 морганид. Скрещено гетерозиготное по обеим признакам растение с карликовым, имеющим грушевидные плоды. Какое потомство следует ожидать от этого скрещивания?

Пример решения задачи:

А – высокий рост а – карликовое

В – шаровидная форма плода в – грушевидная F1 - ?

Краткая запись задачи:

ав ав ав ав

Ответ:

40%- высокое шаровидное; 40%- карликовое грушевидное;10%-высокое грушевидное;10%-карликовое шаровидное.

Генетические карты

Генетическая карта – схема строения хромосом, в которой обязательно указывается группа сцепления, полное или неполное (сокращенное) название гена, расстояние гена от одного из концов хромосом, принятого за начало отсчета (за 0,0). Расстояние между генами выражается в морганидах. 1 морганида - 1 % кроссинговера или наименьшее расстояние между генами, при котором на 100 гамет встречается одна кроссоверная гамета.

Расстояние 3 морганиды означает, что 3% гамет – кроссоверные, 97% - не кроссоверные.

Рассмотрим, как составляются генетические карты хромосом. С – пурпурный цвет глаз Р – киноварный цвет глаз

N – длина крыльев

Опытами установлено, что расстояние СN = 13%; СР = 3%; Если РN = 10%, то ген Р лежит меду генами N и С

Пользуясь следующими данными: СА = 15%; NA = 2%, определить положение

гена А.

Рисунок 4. Генетическая карта хромосом дрозофилы.

При рассмотрении вопроса о степени изученности хромосом человека следует помнить, что геном человека включает 23 группы сцепления, в которых содержится от 25000 генов. Так установлено, что в одной из групп сцепления локализованы гены групп крови по системе АВО и ген, определяющий дефект ногтей и коленной чашечки. Расстояние между ними 10% кроссинговера. В другой группе сцепления находится локус резус-фактора Rh и локус эллиптоцитоза El – доминантной мутации, вызывающий овальную фому эритроцитов. Расстояние между ними (этими локусами) равно 3%.

Контрольные вопросы

1.Перечислить виды наследования. В чем заключается сцепленное наследование?

2.Какие болезни человека наследуются сцеплено?

3.Как построить генетические карты с учетом кроссинговера?

4.Что вы знаете о программе геном человека?

5.Какие признаки называют тесно сцепленными?

6.Как разрешается несоответствие между количеством генов у данного вида и числом хромосом, если хромосомы являются физическими носителями генов?

7.В чем состоит явление неполного сцепления генов и каковы его причины?

8.Что такое группа сцепления и сколько групп сцепления может быть у разных видов организмов и у человека?