§ 22 Взаимодействие генов и их множественное действие

Ген является структурной единицей наследственной информации. Матери­ально ген представлен участком молекулы ДНК (в редких случаях — РНК). Гены контролируют элементарные признаки в процессе индивидуального развития организма. Первые исследования природы гена, проводившиеся в начале XX в., в основном были направлены на выяснение роли гена в передаче наследствен­ных признаков. Не менее важной задачей стала расшифровка закономерностей действия генов. Ее решение имеет не только теоретическое, но и практиче­ское значение, поскольку позволит предотвратить возможные вредные по­следствия этого действия.

Исследования генетиков установили дискретный характер генов, что подтверждается их независимым друг от друга наследованием: каждый из ге­нов определяет развитие какого-то признака, независимого от других. Однако между различными генами существуют разные типы взаимодействия, обуслов­ленные сложными отношениями как между аллельными, так и между неаллельными генами. Объединяясь в генотипе, они все вместе выступают как система взаимодействующих между собой генов особи.

Среди взаимодействий генов следует назвать прежде всего отношения доминантности и рецессивности, когда рецессивная аллель гена под влиянием доминантной аллели не проявляется в фенотипе. Кроме того, имеются факты, показывающие, что гены влияют на проявление действий других, неаллельных генов. Описаны также случаи, когда развитие того или иного признака организма находится под контролем не одного, а многих генов. Например, у человека не менее четырех генов определяют различие в цвете кожи предста­вителей негроидной и европеоидной рас.

Среди людей изредка (1:20 000-1:40 000} встречаются альбиносы (лат. a/bus — «бе­лый»): у них белые волосы, очень светлая кожа, розовая или светло-голубая радужка глаз. Эти люди гомозиготны по рецессивному гену а, доминантная аллель которого отвечает за выработку в организме пигмента меланина. С помощью меланина кожа, волосы и глаза у человека приобретают окраску. Поэтому доминантную аллель А данного гена часто называют геном нормальной пигментации. Но оказывается, что у человека синтез и распределение меланина зависят от ряда других генов, лежащих в других локусах. Имеющийся у некоторых людей доминантный ген F вызывает пятнис­тое скопление меланина, обеспечивая появление веснушек, а другой доминантный ген Р вызывает нарушение пигментации, из-за чего большие участки кожи остаются светлыми, непигментированными. Ряд генов, находящихся в других локусах, влияет на количество меланина в организме человека, обеспечивая различные оттенки цвета кожи, волос и глаз.

Существует множество примеров, показывающих, что степень развития одного и того же признака обусловлена влиянием целого ряда генов, прояв­ляющимся сходным образом. Разные неаллельные гены как бы дублируют дей­ствия друг друга в проявлении данного признака. Эти взаимодействия генов называют полимерией (греч. polymereia — «многосложность»), а сами гены — полимерными.

По типу полимерии наследуются цвет кожи человека, высота растений, количество белка в эндосперме семян, содержание витаминов в плодах, саха­ристость в корнеплодах сахарной свеклы, скорость протекания биохимических реакций в клетках, скорость роста и масса животных, яйценоскость кур, мо­лочность коров и другие важные и полезные признаки организма.

Фенотипические признаки организма обычно определяются взаимодей­ствием многих аллельных и неаллельных генов, действующих в одном направ­лении. Однако нередки случаи, когда один и тот же ген обусловливает несколь­ко признаков. Это явление получило название множественного действия гена.

У садового растения водосбор гибридный ген, обусловливающий красную окрас­ку цветка, одновременно определяет фиолетовый оттенок листьев, удлиненность стебля и большой вес семян. У всех цветковых растений гены, обеспечивающие красную (антоциановую) окраску цветков, одновременно контролируют красную окраску стебля в побеге. У плодовой мушки дрозофилы ген, определяющий отсут­ствие пигмента в глазах, влияет на окраску некоторых внутренних органов, вызывает снижение плодовитости и уменьшает продолжительность жизни особи. В Западном Пакистане обнаружены носители одного и того же гена, определяющего отсутствие как потовых желез на отдельных участках тела, так и некоторых зубов.

Полимерия, а также множественное действие одного гена и его аллелей свидетельствуют, что отношения между генами и проявлением признаков до­статочно сложные. Они зависят и от взаимосочетания аллельных и неаллельных генов, и от их местоположения в хромосомах, и от поведения в мутациях, и от многих других факторов. Поэтому выражение «ген определяет проявле­ние признака» достаточно условно.

Проявление признака и само действие гена всегда зависят от других ге­нов — от всего генотипа, т. е. генотипической среды.

Понятие генотипическая среда введено в науку отечественным ученым С.С. Четвериковым в 1926 г. для обозначения комплекса генов, влияющих на воплощение в фенотипе конкретного гена или группы генов. Генотипическая среда представляет собой весь генотип, на фоне которого проявляют свое дей­ствие гены. Причем каждый ген будет реализоваться по-разному в зависимо­сти от того, в какой генотипической среде он находится.

Рассматривая действие гена, его аллелей, необходимо учитывать не толь­ко генотипическую среду, влияющую на взаимодействие генов, но и воздей­ствие окружающей среды, в которой развивается организм.

От внешней среды зависит степень выраженности признака, т. е. его ко­личественные характеристики. Например, дрозофила, гомозиготная по рецес­сивной аллели, в фенотипе имеет маленькие (зачаточные) крылья. Более кон­трастно (более выраженно) этот признак проявляется, если эта мушка развива­лась при пониженной температуре. Этот пример показывает, что проявление признака (фенотип) — результат взаимодействия генов в конкретных условиях существования организма.

Все признаки организма (фенотип) развиваются в процессе взаимодейст­вия генотипа и среды.

Только при совместном одновременном воздействии наследственности (генотипа) и среды проявляются признаки организма (фенотип). Способность генотипа реализоваться особым образом (по-разному) в различных услови­ях среды и реагировать на изменение условий обеспечивает организму воз­можность существовать в среде обитания, его жизнеспособность и развитие.

1. Чем отличается взаимодействие генов от их множественного дей­ствия?

2*. Объясните понятия «генотипическая среда» и «внешняя среда».

3. Замените выделенные слова термином.

• Взаимодействия генов, а также их неоднозначные действия приводят к выводу, что отношения между генами и признаками достаточно сложные.

4*. Дополните высказывание, выбрав правильные слова.

• Дублирующие действия разных генов в проявлении данного призна­ка называют:

а) сцеплением; в) наследственностью;

б) полимерией; г) множественным действием.