10.2. Физиологические основы доминантности

Открытие Менделем явления доминантности поставило перед учеными одну из интереснейших проблем генетики: почему один из признаков доминирует над другим. Ответ на этот вопрос очень важен, так как связан с одним из главных вопросов эволюционной теории, - как появляются и закрепляются новые признаки в процессе эволюции.

В целом проблема доминантности имеет два взаимосвязанных аспекта: 1) физиологическое взаимодействие аллелей и 2) как эти взаимодействия сложились в процессе эволюции, или, другими словами, возникает ли доминантность после направленного отбора в процессе эволюции или это просто результат случайного переживания в популяции наиболее благоприятных мутаций.

Взаимодействие аллелей. Для объяснения доминирования с физиологической точки зрения в начале века была предложена теория "присутствия-отсутствия". Согласно этой теории рецессивный признак появляется в результате отсутствия или инактивации гена, а доминантный соответственно контролируется активным аллелем. Впоследствии были открыты серии множественных аллелей, в которых различные мутации одного и того же гена взаимодействовали между собой как доминантные и рецессивные. Кроме того оказалось, что некоторые нехватки являются доминантными по отношению к нормальным аллелям. Эти факты не укладывались в теорию "присутствия-отсутствия", хотя для некоторых случаев она остается справедливой.

Классификация аллелей по способу их взаимодействия, предложенная Мюллером (Muller, 1932), более полно объясняла имеющиеся формы взаимодействия аллелей. Согласно его терминологии, гены, вызывающие полное отсутствие типичного эффекта, называют АМОРФАМИ. Их примером могут служить нехватки. ГИПОМОРФЫ вызывают тот же эффект, но в более слабой форме. Например, внутри серии аллелей, контролирующих образование меланина у морских свинок, доминирующими являются аллели обеспечивающие большее содержание пигмента. Альбионотическая мутация рецессивна по отношению ко всем остальным аллелям этой серии и считается аморфом. Мутации, подавляющие развитие нормального фенотипа, называются АНТИМОРФАМИ. Хотя они достаточно обычны в природе, механизм их действия не изучен. НЕОМОРФЫ выполняют новую функцию, отличную от функции нормального аллеля. Гены, определяющие группы крови у человека, можно рассматривать как неоморфы. Перечисленные типы взаимодействия аллелей являются относительными и поэтому применять эти определения в конкретном случае нужно с определенной степенью осторожности. В частности под действием внешней среды мутации могут взаимодействовать с нормальными аллелями и как аморфы, и как антиморфы.

С открытием механизма трансляции и транскрипции стало ясно, что гены непосредственно не взаимодействуют друг с другом. Кроме того одна полипептидная цепь довольно редко представляет собой сразу готовый фермент, часто одиночные цепи соединяются друг с другом, образуя более крупные молекулы (мультимеры), состоящие из нескольких субъединиц. Большинство известных белков состоит по крайней мере из двух субъединиц.

Если один полипептид является уже готовым ферментом, то все классические случаи взаимодействия аллелей вполне соответствуют современным представлениям о структуре белка. Мутации, приводящие к инактивации фермента, морфологически будут выглядеть как аморфы. Появление гипоморфов будет определяться степенью инактивации ферментов. Взаимодействия типа антиморфов в таких ситуациях не должны встречаться.

Мутации мультимеров, отличающиеся более сложными взаимодействиями, можно рассмотреть на примере фермента лактатдегидрогеназы, которая состоит из двух независимых субъединиц, образующих тетраидр (рис. 10.5). Поскольку субъединицы соединяются случайно, то изменение одной их них приводит к образованию 15 форм ферментов. Каждая из этих форм может отличаться по своей активности таким образом, что в одной клетке окажутся и полностью неактивные (аморфы), и целый ряд промежуточных форм (гипоморфы). Суммарная же активность при этом может быть достаточной для нормального течения реакций и, следовательно, фенотипически они не проявятся.

Мутантные субъединицы при взаимодействии с нормальными могут препятствовать образованию активного фермента. Возможно этими взаимодействиями объясняются явления антиморфов.

Таким образом на белковом уровне нет ни доминантности, ни рецессивности в классическом понимании этих терминов. Исключение составляют только делеции локусов. Однако на функциональном и морфологическом уровнях отчетливо наблюдаются все формы доминирования.