Ход работы:

Решение задач на разные типы взаимодействия аллельных генов.

Задание №1. Полное доминирование.

Полное доминирование– взаимодействие аллельных генов, при котором фенотипическое проявление доминантного гена не зависит от другого аллельного гена.Полное доминирование наблюдается в том случае, когда доминантный аллель полностью подавляет рецессивный.

Поэтому гомозиготы АА и гетерозиготыАаимеют одинаковый доминантный признак в фенотипе. В данном случае развитие признака не зависит от количества т.е. дозы доминантных генов в зиготе, достаточного одного доминантного гена из пары аллелейА_в генотипе для реализации доминантного признака. При полном доминировании вF₁ все особи единообразны с доминантным признаком. ВF₂в моногибридном скрещивании при явлении полного доминирования происходит расщепление по фенотипу в отношении 3:1 на два фенотипических класса.

У человека по типу полного доминирования наследуются признаки: праворукость, полидактилия, синдактилия, брахидактилия, положительный резус-фактор, рахит.

Пример:шестипалость (полидактилия) наследуется как аутосомный доминантный признак. Какова вероятность проявления этого признака у детей от отца гетерозиготного по данному гену и матери не имеющей этой аномалии

Дано:

Ген Признак А полидактилия а норма Ответ: вероятность проявления полидактилии у детей равна 50%.

Решение: Р: ♂ Аа х ♀ аа G: А, а а F1: Аа, аа

Решите задачи, используя пример.

1. Миоплегия(периодические параличи) наследуется доминантно. В семье, где жена здорова, а муж болен миоплегией, родился здоровый ребенок. Какова вероятность рождения следующего здорового ребенка.

2. Аниридия(отсутствие радужки) наследуется как аутосомный доминантрый признак. Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где один из родителей страдает аниридией, а другой нормален, если известно, что у больного родителя эту аномалию имел только отец.

3. Альбинизм наследуется у человека как аутосомный рецессивный признак. В семье, где один из супругов альбинос, а другой нормален, родились двуяйцовые близнецы, один из которых нормален, а другой альбинос. Какова вероятность рождения следующего ребенка – альбиноса.

4. Ахондроплазия (карликовость) передается как доминантный аутосомный признак. В семье, где оба супруга страдают ахондроплазией, родился нормальный ребенок. Какова вероятность того, что следующий ребенок тоже будет нормальным.

Задание №2. Явление доминирования не исключает все случаи взаимодействия аллельных генов. Существуют взаимодействия по типу: неполного доминирования, кодоминирования, сверхдоминирования, аллельные исключения.

Неполное доминирование.

Неполное доминирование– взаимодействие аллельных генов, при котором у гетерозигот – Аа признак проявляется в промежуточном значении. Развитие признака зависит от дозы соответствующего аллеля (действие гена дозировано). Доминантный аллель (А) присутствует в организме гетерозигот (Аа) в одном экземпляре, он обеспечивает развитие соответствующего признака до известного количественного предела. Увеличение «доз» доминантного аллеля – (А) в гомозиготном состоянии (АА) даёт нарастание количества фенотипического проявления признака. Гомозиготы -ААимеют доминантный признак. ВF₁ все особи гетерозиготы _«Аа» единообразны по фенотипу, имеют в фенотипе промежуточный признак. При неполном доминировании во втором поколении моногибридного скрещивания наблюдается одинаковое расщепление по генотипу и фенотипу в соотношении1:2:1 на три генетических и фенотипических класса (АА:2Аа:аа).

Могут существовать и другие механизмы неполного доминирования.

Рассмотрим это на примере серповидно-клеточной анемии. Это наследственная гемоглобинопатия, наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Причиной заболевания служит патологический ген «а», формирующий аномальный гемоглобин (HbS), в молекуле которого вместо глутаминовой кислоты в 6-м положении ß-цепи находится валин. Генетический дефект - точечная генная мутация, происходит в структурном гене ДНК, кодирующим ß-цепи гемоглобина. Патологический гемоглобин получил название своё название S - гемоглобин от слова «sicsle» - серп, потому что эритроцит, несущий этот аномальный белок приобретает серповидную форму. Под микроскопом дефектные клетки крови имеют форму усечённого круга или форму полумесяца, в отличие от нормальных округлых клеток. За что эта форма гемоглобинопатии получила название серповидно-клеточной анемии. Гомозиготные особи (аа) умирают обычно до полового созревания, гетерозиготные (Аа) жизнеспособны, анемия у них чаше всего проявляется субклинически в лёгкой форме, АА - здоровы.

Гибридологический анализ:

ген	генотип	признак
А		Аллель,определяющий развитие нормального гемоглобина HbA
а		Аллель определяющий развитие аномального белка HbS
	АА	Здоровы, форма гемоглобина HbA, эритроциты нормальной формы
	Аа	Лёгкая форма анемии, имеются две формы гемоглобина HbA/HbS
	аа	Больные тяжёлой формой серповидноклеточной анемии, форма гемоглобина HbS, эритроциты деформированы в форме серпа

Гетерозиготные (Аа) носители гена гемоглобина S(HbA/HbS) на уровне моря имеют нормальную форму эритроцитов и нормальную концентрацию гемоглобина в крови (полное доминирование гена А над а). Но, на больших высотах (более 2,5-3 тыс. м), в холодное время года, при повышенной нагрузке, а также при полетах на самолете, в условиях гипоксии снижение кислорода у них появляются боли в суставах, сердце, брюшной полости, в области селезенки. У гетерозигот в изменяющихся условиях понижается концентрация нормального гемоглобина -HbA(но все же его содержание намного выше, чем у больных серповидноклеточной анемией - аа). Появляются аномальные эритроциты серповидной формы, наблюдается клиническое проявление анемии.

Этот пример показывает, что доминантность или неполное доминирование может зависеть не только от дозы доминантного гена в зиготе, но и от условий, в которых происходит реализация наследственного признака.

Пример: Определить вероятность рождения детей с разными фенотипами у гетерозиготных родителей, носителей гена серповидноклеточной анемии.

Решение: Р:♂ Аа х ♀ Аа

G:А, а А, а

АА	2 Аа	аа
25% здоровы	50% субклиническая форма (обострение заболевания при снижении содержания кислорода)	25% тяжёлая форма летальная до полового созревания

F1:

Ответ:вероятность рождения абсолютно здоровых детей – 25%, проявления заболевании в экстремальных условиях у взрослого потомства – 50%, летальная форма у 25% детей.

Решите задачи, используя пример.

1. Известно, что одноклеточный паразит – малярийный плазмодий неможет использовать для своего питания S – форму гемоглобина (HbS), поэтому люди, имеющие эту форму гемоглобины, не болеют малярией. Какова вероятность рождения детей не устойчивых к малярии, в семье, где оба родителя устойчивы к этому паразиту?

2. Анофтальмия(отсутствие глазного яблока) обусловлена рецессивным аутосомным геном. У гомозигот по этому признаку глазные яблоки отсутствуют, у гетерозигот они значительно меньше, чем в норме. Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где один из родителей имеет уменьшенные глазные яблоки, а второй – нормальные.

3. Одна из форм цистинуриинаследуется как аутосомный рецессивный признак. У гетерозигот наблюдается лишь повышение содержания цистеина в моче, а у гомозигот – образование цистиновых камней в почках. Определите возможные проявления цистинурии у детей в семье, где один супруг страдал этим заболеванием, а другой лишь повышенное содержание цистина в моче.

4. Семейная гиперхолестеринемия наследуется доминантно через аутосомы. У гетерозигот – высокое содержание холестерина в крови. У гомозигот, кроме того, развиваются доброкачественные опухоли кожи и сухожилий, атеросклероз. Определите возможную степень заболевания у детей в семье, где оба родителя имеют только высокое содержание холестерина в крови.

Задание 3. Множественный аллелизм. Кодоминирование.

Множественный аллелизм – присутствие в генофонде вида одновременно более двух аллелей одного гена. Большинство генов существует в виде двух вариантов аллелей. Но некоторые гены существуют в виде большего числа аллелей. Тогда в популяции имеется не два аллельных гена, а больше три, четыре до нескольких десятков. Такое явление называется множественным аллелизмом. Обозначаются множественные аллели одной буквой с указанием номера: А, а₁, а₂, а₃, а_4.Возникают они в результате многократных генных мутаций одного локуса гена. Чем больше аллельных генов, тем больше их комбинаций попарно. Они дают намного больше генотипов (Аа₁, Аа₂, Аа₃, а₁а₂, а₁а₃, а₂а₃, а₃а₃), чем двухаллельные гены, дающие только три генотипа (АА, Аа, аа). У одной диплоидной особи может быть только два аллеля из серии множественных аллелей. Характер взаимодействия в серии множественных аллелей может быть по типу полного или неполного доминирования одного аллеля над другим, или кодоминирования. По типу множественных аллелей у человека наследуются: группы крови по системе АВО, цвет глаз, варианты серповидноклеточной анемии: НbA, HbS, HbC.

Кодоминирование– взаимодействие аллельных генов, при котором разные аллели одного гена в генотипе особи не подавляют друг друга (отсутствуют типичные доминантно-рецессивные отношения), оба аллеля в равной степени проявляют своё действие при одновременном их присутствии в генотипе. Каждый из аллелей кодирует определённый белок. У кодоминантного организма синтезируются оба белка, и в результате в фенотипе формируется новый признак, отличный (непохожий) на признаки контролируемых в отдельности каждым из аллельных генов самостоятельно.

Так у человека кодоминантно наследуется четвёртая группа крови группа крови по системе АВО в результате кодоминирования генов I^Aи I^B(в генотипе присутствуют аллели второй и третьей группы, а в фенотипе формируется четвёртая группа IУ - I^AI^B) и группа крови MN по аллелям L^Mи L^N.

Наблюдается кодоминантность у гетерозигот Аа по серповидно-клеточной анемии и других форм гемоглобинопатий (талассемии, С, G – формах). Феномен HbA/HbS у гетерозигот Аа проявляется только на уровне синтеза двух полипептидных цепей гемоглобина HbA и HbS.

Гибридологический анализ. Рассмотрим на примере наследования групп крови по системе АВ0. У человека групповая принадлежность крови по системе АВО определяется тремя генами: I^O,I^A,I^B (множественными аллелями). ГеныI^AиI^Bдоминантны по отношению к генуI^Oи кодоминантны по отношению друг к другу. Пример наследования групп крови по системе АВО иллюстрирует также и проявление множественного аллелизма

Ген	Генотип	Признак
IO	IO IO	I группа
IA	IAIA– гомозиготы,IAIO – гетерозиготы	II группа
IB	IBIB – гомозиготы,IBIO – гетерозиготы	III группа
IA,IB	IAIB – кодоминанты	IVгруппа

Пример:определите вероятность рождения ребенка с группой крови такой же, как у родителей: отец с 1 группой крови, а мать с 4 группой.

Решение:

Р: ♂ I^OI^Oх ♀I^AI^B

G: I^O I^A, I^B

F₁: I^A I^O, I^BI^O

Ответ: вероятность рождения ребёнка с 1 группой крови и с 4 группой крови равна нулю.

Используя пример, решите задачи.

1. Определите вероятность рождения ребенка с группой крови такой же, как у родителей, если родители гетерозиготны по III группе крови

2. Пара супругов имеют II и IIIгруппы крови, другая пара – III и IV группы крови. Ребенок имеет группу крови I. Какой паре принадлежит ребенок?

3. В суд поступило заявление о взысканииалиментов в пользу детей со II и III группами крови. Мать имеет IV группу, а предполагаемый отец – I. Какое заключение даст судебная экспертиза.

4. У человека антигены MN—группы крови определяются кодоминатными аллелями — LM и LN. Сколько различных фенотипов групп крови существует у людей, если учитывать со-четания антигенов M, N?

5. Генотип матери L^ML^M, отца L^ML^N . Какие сочетания антигенов возможны у их детей?

Задание 4. Плейотропия

Плейотропия– явление, при котором один ген обуславливает развитие нескольких признаков.

Пенетрантность и экспрессивность.

Пенетрантность и экспрессивность - показатели, характеризующие проявление генотипа в фенотип. Они обусловлены системой взаимодействующих генов генотипа (дозой гена, системой полимерных генов, эпистазом, модифицирующим действием со стороны неаллельных генов модификаторов – интенсификаторов и супрессоров), половой принадлежностью и факторами среды.

Пенетрантность – показатель частоты проявления гена (аллелей) в признак. Отражает частоту фенотипического проявления наследственной информации, имеющейся в генотипе.

Пенетрантность рассчитывается по формуле K(П) = х 100%, где К (П)– пенетрантность, n – количество потомков, у которых проявился признак, N – общее количество потомков.

Экспрессивность– это степень фенотипического проявления признака, контролируемого данным геном. Например, интенсивность пигментации кожи у человека.

Рассмотрим генетические закономерности наследования признаков.

Плейотропия.

Пример:Синдром дефекта ногтей и коленной чашечки определяется полностью доминантным аутосомным геном. Определите вероятность проявления признака у детей в семье, где один родитель гетерозиготен по данному гену, а второй нормален в отношении исследуемых признаков.

Дано:

Ген	Признак
А	дефект ногтей, дефект коленной чашечки
а	норма
Решение: Р: ♂ Аа х ♀ аа G: А, а а F1: Аа, аа - соотношение 1 : 1

Ответ: вероятность проявления синдрома дефекта ногтей и коленной чашечки у детей равна 50% (Аа)

Пенетрантность.

Пример:Подагра наследуется по аутосомно – доминантному типу. Пенетрантность гена подагры у мужчин составляет – 20 %, а у женщин равна 0%.

Какова вероятность заболевания подагрой в семье, где родители гетерозиготны в отношении данного признака.

Дано:

Ген Признак А подагра норма

Решение: Р: ♂ Аа х ♀ Аа G: А, а А, а F1: АА, Аа, Аа, аа

Вероятность того, что в семье появятся дети, несущие ген подагры, равна ¾.

Но не у всех этот ген проявится. Он будет проявляться лишь у мужчин.

Вероятность рождения мальчиков равна ½.

Следовательно, ген проявит себя равно 3/4 х 1/2 = 3/8.

Ген подагры проявится лишь 20% - 1/5 несущих его мужчин.

Окончательный результат 3/8 х 1/5 = 3/40 или 7,5% или (0,75х 0,5 х 0,2 х 100% = 7,5% ).

Ответ: вероятность заболевания подагрой в семье гетерозиготных родителей равна 7,5%.

Используя пример, решите следующие задачи.

1. Некоторые формы шизофрениинаследуются как доминантные аутосомные признаки. При этом, у гомозигот пенетрантность равна 100%, у гетерозигот – 20%. Определить вероятность заболевания детей в семье от брака гетерозиготных родителей.

2. Арахнодактилия, или синдром Марфана, характеризуется сочетанием различных скелетных, глазных и висцеральных аномалий: длинные и тонкие пальцы, подвывих хрусталика – близорукость, аневризм аорты (расширение), астеническая конституция наследуется как плейотропный доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Определить проявление арахнодактилии у детей в семье, где оба родителя гетерозиготны?

3.Синдром Ван дер Хевинаследуется как доминантный плейотропный аутосомный ген, определяющий голубую окраску склеры, хрупкость костей и глухоту. Пенетрантность признаков изменчива. По голубой склере она составляет 100%, хрупкости костей 63%, глухоте – 60%. В брак вступают два гетерозиготных носителя голубой склеры, нормальные в отношении других признаков синдрома. Определить вероятность появления у детей глухоты и хрупкости костей одновременно?

Задание 5. Сверхдоминирование.

Сверхдоминирование - более сильное проявление признака у гетерозигот (Аа), чем у гомозигот (АА, аа). Сверхдоминирование можно определить также как гетерозис (гибридная сила) у растений и животных, возникающий при скрещивании.

Генетическая сверхдоминантность, лучшая приспособленность и более высокая селективная ценность (отборное преимущество) гетерозигот (Аа) от моногибридов с обоими типами гомозигот (АА и аа).

Например: сверхдоминантность наблюдаются, у гетерозигот (Аа) с формами гемоглобина НbA\НbS, они менее подвержены малярии и характеризуются устойчивостью к малярии, гомозиготы (АА) с формами гемоглобина НbА\НbА подвержены малярии в большей степени. В тропической Африке и других районах, где распространена малярия, в популяциях человека постоянно присутствуют все три генотипа — АА, Аа и аа (20—40% населения гетерозиготы — Аа). Оказалось, что сохранение в популяциях человека летальной (смертельной) аллели (а) обусловлено тем, что гетерозиготы (Аа) более устойчивы к малярии и анемия на имеет клинического проявления, чем гомозиготы по нормальному гену их генотип – АА, форма гемоглобина – HbA / HbA - восприимчивы к малярии (тяжёлое заболевание часто заканчивается смертельным исходом), и, следовательно, обладают отборным преимуществом. Особи имеющие HbS/HbS гемоглобин и генотип аа (летальны – тяжёлая форма анемии). Таким образом, получают приоритет особи имеющие эритроциты HbА /HbS – генотип Аа:

HbА/HbА < HbА /HbS > HbS/HbS .

Задание 6. Аллельные исключения.

У гетерозиготного организма Аа наблюдается аллельное исключение в части клеток организма, за счёт факультативного гетерохроматина. Фенотипически проявляются разные аллели: в одних клетках активен доминантный ген, определяющий синтез «тяжёлого » белка, в других – рецессивный, определяющий синтез «легкого» белка. Аллельное исключение увеличивает разнообразие признаков многоклеточного организма при идентичности генотипов соматических клеток (Аа). Например: инактивация одного из аллелей в составе Х-хромосомы способствует тому, что в разных клетках организма, мозаичных по функционирующей хромосоме, фенотипически проявляются разные аллели.

Приведите пример аллельного исключения.

Задание 7. Межаллельная комплементация.

В этом случае возможно формирование нормального признака В у организма, гетерозиготного по двум мутантным аллелям гена В(В₁В₂) В₁– мутантный аллель – аномальный пептид – 1, В₂– мутантный аллель – аномальный пептид – 2, аллель В контролирует нормальный белок. У гетерозигот В₁В₂при формировании структурной организации белка компенсируются аномальные изменения белков,обеспечивая образование белка с нормальными свойствами. В результате межаллельной комплементации формируется нормальный признак. Приведите пример межаллельной комплементации.

Таким образом, даже процесс формирования элементарного признака зависит от взаимодействия, по меньшей мере, двух аллельных генов, и конечный результат определяется конкретным сочетанием их в генотипе.

ВЫВОДЫ: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Домашнее задание: подготовить следующую тему (написать термины, разобрать вопросы для самоподготовки).

Подпись преподавателя_____________________