Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение среднего образования «Вольский медицинский колледж им. З. И. Маресевой» Учебно-методическое пособие по дисциплине «Генетика человека с основами медицинской генетики» для самостоятельной работы студентов «Решение задач по генетике» Вольск, 2018 г. 1 Учебно - методическое пособие составлено по различным литературным источникам преподавателями учебной дисциплины «Генетика человека с основами медицинской генетики» Вольского медицинского колледжа Левиновой М. К. Пояснительная записка Предложенные задачи по генетике применяются на практических занятиях учебной дисциплины «Генетика человека с основами медицинской генетики» для самостоятельной работы студентов очного отделения. Профессии фельдшера и медицинской сестры требуют глубокого знания генетики человека, поэтому в данном пособии подобраны задачи по антропогенетике и медицинской генетике. Данные задачи могут быть использованы на семинарах, практических занятиях и лекциях. Предлагаемые задачи помогут преподавателю создать необходимое мотивационное пространство, позволят использовать на занятии элементы проблемного обучения, деловой игры. Создание мотивационного пространства возможно с помощью предложенных задач. Эти задачи позволяют проводить уроки с элементами проблемного обучения. В приложении к задачнику дан необходимый для решения задач справочный материал с описанием наследственных болезней, уродств и аномалий. В заключение можно сказать, что, решая задачи по генетике, студенты освоят требуемый Государственным образовательным стандартом объем знаний. 2 Введение в генетику. Г.И. Мендель – основоположник науки. Мендель Грегор Иоганн (22.07.1822г.-06.01.1884г.) Родился 22 июля 1822 года в семье крестьянина в небольшой деревушке Хинчицы на территории современной Чехии, а тогда – Австрийской империи. Мальчик отличался незаурядными способностями, и оценки в школе ему выставлялись лишь превосходные. Родители мечтали вывести своего сына «в люди», дать ему хорошее образование. Помехой этому служила крайняя нужда, из которой не могла выбраться семья Менделя. И все - таки Иоганну удалось закончить сначала гимназию. А затем двухгодичные философские курсы. Иоганн мечтал быть учителем биологии. Он поступил в университет, который пришлось оставить, так как с отцом произошло несчастье – его придавило бревно. В 1843г. Мендель стал послушником августинского монастыря св. Фомы в тихом богемском городке Брюнне (ему исполнилось 20 лет). Это было совсем не просто, пришлось выдержать суровый конкурс. Приняв монашеский сан, Иоганн получил свое второе имя Грегор, а также был избавлен от вечной нужды. Четыре года он изучает священное писание, и его производят в священники. В 1851 г. настоятель монастыря отправляет его в Вену изучать естественные науки в университете. Но здесь Менделя ожидала неудача. Грегор провалился на экзамене по биологии. Он великолепно разбирался в ботанике, но его знания по зоологии были явно слабоваты. После провала на экзамене Иоганн поступает в Брюнне в реальную школу в качестве помощника учителя физики и биологии, преподает там. 1854 г. Мендель высаживает горох на крохотном участке в монастыре и делает свои открытия. 1865 г. он публикует статью о растительных гибридах, один экземпляр своей работы исследователь лично отправляет известному биологу из Мюнхена Карлу Нэгели. Нэгели в ответном письме советует Менделю повторить свои опыты на ястребинке. Но опыты не подтвердили «гороховые» законы (тогда было еще не известно, что ее семена развиваются без оплодотворения). В 1868 г. Мендель оставил свои опыты по выведению гибридов. Умер Грегор 06.01.1884г. Пол города собралось на похороны. Все работы были сожжены. Лишь в 1900 г. его законы были открыты вновь. Через 16 лет после смерти Менделя стали искать остатки его работ. Основное значение работ Менделя для всего последующего развития биологии состоит в том, что он впервые сформулировал основные закономерности наследования: дискретность наследственных факторов и независимое их комбинирование при передаче из поколения в поколение. Следует иметь в виду, что во времена Менделя биологи придерживались принципиально иных взглядов на наследование: они были сторонниками теории слитной наследственности. Мендель сформулировал законы наследования задолго до того, как были открыты материальные носители наследственности (хромосомы и гены) и механизмы, обеспечивающие передачу этих носителей следующим поколениям – мейоз и двойное оплодотворение у цветковых растений. ТЕМА 1: Закономерности наследования, установленные Менделем. ЦЕЛЬ: Уметь моделировать закономерности моногибридного и дигибридного скрещивания, определять генотип и фенотип потомков по генотипу родителей, а также генотип родителей по фенотипу потомков, что необходимо для прогнозирования проявления признаков в потомстве. Задание для самоподготовки 1. Исследования Г. Менделя. Особенности гибридологического метода изучения наследования признаков. 2. 3. 4. Основные понятия генетики: ген, аллели, локус, гомозигота, гетерозигота, фенотип, генотип, доминантный признак, рецессивный признак, моно-, ди- и полигибридные скрещивания, поколения F1 и F2 . Моногибридное скрещивание. Первый закон Менделя – закон единообразия гибридов первого поколения. Второй закон Г. Менделя – закон расщепления признаков во втором поколении. 3 Закон «чистоты гамет» Г. Менделя, его цитологические основы. Возвратное и анализирующее скрещивание. Их значение в народном хозяйстве. Третий закон Г. Менделя – закон независимого расщепления признаков при ди- и полигибридном скрещивании. 8. Менделирующие признаки человека. 9. Решить задачи. Основным методом изучения наследования признаков является гибридологический метод – система скрещиваний в ряду поколений, дающая возможность анализировать наследование отдельных признаков и свойств организма, а также обнаруживать возникновение наследственных изменений. Основными положениями гибридологического метода являются: 1) подбор родительских пар, отличающихся по одной, двум, трем и т.д. парам контрастных или альтернативных признаков. При этом обязательным условием является предварительное выведение «чистых» линий – линий, не дающих расщепления признака в многочисленном потомстве; 2) анализ наследования одной пары признаков в многочисленном потомстве от одной пары родителей; 3) индивидуальный анализ потомства от каждого гибрида; 4) количественный учет проявления каждой пары признаков в ряду последовательных поколений, т.е. введение в биологию элементов математики. ПЕРВЫЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ – закон единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по 1 паре альтернативных признаков, наблюдается единообразие гибридов первого поколения, как по фенотипу, так и по генотипу. ВТОРОЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ – закон расщепления признаков во втором поколении: при скрещивании гибридов первого поколения наблюдается расщепление в отношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу. Для теоретического обоснования практических результатов Г. Мендель выдвигает гипотезу «чистоты» гамет. Гипотеза «чистоты» гамет включала несколько положений: 1) наследуются не сами признаки, а наследственные факторы, их определяющие; 2) наследственные факторы постоянны и передаются из поколения в поколение в неизмененном виде; 3) каждый признак у каждого организма определяется двумя наследственными факторами, причем один приходит от матери, другой от отца; 4) при образовании половых клеток (гамет) наследственные факторы расходятся в разные гаметы и оказываются независимыми друг от друга, т.е. чистыми; 5) при оплодотворении встреча разнополых гамет, несущих разные наследственные факторы, равновероятна. Для объяснения гипотезы Г. Мендель вводит математические знаки: 1. Наследственные факторы: доминантные – А, В, С и т.д. 5. 6. 7. рецессивные – а, в, с и т.д. 2. Соматические клетки родителей – Р 3. Гаметы – G 4. Поколения гибридов – F1 (первое – дети), F2 (второе – внуки), F3 (третье) и т.д. Р: ♀ АА Х ♂ аа и Р: ♀ Аа Х гаметы А А зиготы ♂ Аа л и А а Аа, Аа, Аа, Аа а а а А АА, Аа, Аа, аа Открытая в дальнейшем хромосомная теория наследственности блестяще подтвердила предположения Г. Менделя. Гипотеза «чистоты» гамет перешла в разряд законов. Ее цитологические основы: наследственные факторы – гены, парность наследственных факторов – парность хромосом, «чистота» гамет – результат расхождения гомологичных хромосом при мейозе, 4 равновероятность их – восстановление диплоидного набора хромосом при оплодотворении. Возвратное скрещивание – это скрещивание потомства с любым из родительских генотипов (АА, Аа, аа). Оно применяется в селекции для усиления в потомстве того или иного признака. В отличие от возвратного, анализирующее скрещивание – скрещивание исследуемой особи с особью с рецессивным признаком (генотип аа). Оно служит для определения генотипа особи с доминантным признаком (какой генотип АА или Аа). Если при скрещивании анализируемой особи и особи с рецессивным признаком потомство оказалось единообразным по фенотипу, то особь с доминантным признаком гомозиготна (АА). Если в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу (потомство, как с доминантными, так и с рецессивными признаками), то определяемая особь гетерозиготна (Аа). ТРЕТИЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ – закон независимого расщепления признаков при ди- и полигибридном скрещивании: при ди- и полигибридном скрещивании гибридов первого поколения наблюдается во втором поколении независимое комбинирование генов в соотношении 3:1 по каждому признаку (как при моногибридном скрещивании). При условии: 1) гены, отвечающие за данные признаки, расположены в разных парах гомологичных хромосом; 2) полное доминирование; 3) нет летальных генов. Этот закон был открыт Г. Менделем при изучении скрещивания родительских пар, отличающихся по двум и более парам альтернативных признаков. Цитологические основы ди- и полигибридного скрещивания, заключающиеся в поведении хромосом при мейозе и в момент оплодотворения: - в анафазе I начинают расходиться к полюсам гомологичные хромосомы каждой пары; в анафазе II к полюсам расходятся хроматиды, что определяет в дальнейшем восстановление количества ДНК в клетках, - каждая пара гомологичных хромосом при расхождении к полюсам клетки ведет себя самостоятельно и независимо от других хромосом, - при оплодотворении восстанавливается диплоидный набор хромосом, причем встречи разнополых гамет с различным набором генетического материала равновероятна. МЕНДЕЛИРУЮЩИМИ называются признаки, которые наследуются по законам Менделя. В отличие от признаков, наследование которых имеет более сложный характер по отношению к менделирующим признакам, возможно четкое прогнозирование их проявления в потомстве. Менделирующий характер наследования признаков облегчает выявление наследственной природы патологии. Подавляющее большинство известных в настоящее время наследственных болезней относится к группе менделирующих. Закономерности наследования признаков: А) Моногибридным называется скрещивание, при котором рассматривается наследование одной пары альтернативных (контрастных, взаимоисключающих) признаков, детерминируемых одной парой генов. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕНОТИПА И ФЕНОТИПА ПОТОМКОВ ПО ГЕНОТИПУ РОДИТЕЛЕЙ Пример. У пшеницы ген карликового роста (А) доминирует над геном нормального роста (а). Определите генотип потомства от скрещивания: а) гомозиготной карликовой пшеницы с нормальной; б) двух гетерозиготных карликовых растений пшеницы. Решение. Для решения задач важно правильно записать условия задачи и схему скрещивания с использованием генетической символики. Запись признаков генов, их определяющих, лучше делать в виде данных под названием «Дано», при этом необходимо указать название организма и признак: Дано: Схема скрещивания пшеница – рост А – карликовый рост а – нормальный рост генотипы F1 – ? Далее определяем генотипы и продуцируемые гаметы родительских форм. а) По условию задачи растения с карликовым ростом гомозиготно, следовательно, его генотип АА. Вторая родительская форма имеет нормальный рост. Поскольку ген нормального роста рецессивен, 5 растение может быть только гомозиготным и иметь генотип аа (иначе проявится доминантный ген). Записываются эти данные в виде схемы скрещивания. Родительские формы обозначаются буквой Р, первое поколение – F1, второе поколение – F2. Затем определяем типы гамет, продуцируемых родительскими формами. Поскольку оба родителя гомозиготны, они производят только один тип гамет. Пшеница карликового роста дает гаметы, несущие ген А, пшеница нормального роста – гаметы, несущие ген а. Гаметы записываем на следующей строчке под генотипом родителей, на третей строчке записываем генотип потомков первого поколения F1 – Аа, т.к. они получают от одного родителя ген А, от другого ген а. Следовательно, все потомки в F1 гетерозиготны. Поскольку ген А доминантен, все растения имеют карликовый рост. Дано: Схема скрещивания: пшеница – рост А – карликовый рост а – нормальный рост генотипы F1 – ? Р G АА х карликовый рост А А аа нормальный рост а а Аа F1 б) По условию скрещиваются два гетерозиготных организма. Надо определить фенотип потомков. Сначала определяем, какие типы гамет продуцируют исходные формы – это два типа гамет: половина А, половина а. Сочетание этих гамет дает три генотипа: ¼ особей имеет генотип АА, ½ – генотип Аа, ¼ – генотип аа. Дано: Схема скрещивания: пшеница – рост Р АА х Аа карликовый рост карликовый рост А – карликовый рост а – нормальный рост G А А А а генотипы F1 – ? F1 АА Аа Аа аа Карликовый рост Нормальный рост Особи с генотипом АА и Аа фенотипически одинаковые, и имеют карликовый рост. Особи с генотипом аа – имеют нормальный рост. При решении задач такого типа в отношении человека следует иметь в виду, что говорить о точном количественном соотношении генотипов в потомстве нельзя, т.к. у человека число детей слишком мало для достоверности результатов, поэтому можно говорить только о вероятности количественных соотношений генотипов. В) Дигибридным называется скрещивание, при котором рассматривается наследование двух альтернативных признаков, кодируемых генами, расположенными в разных парах гомологичных хромосом. Для определения фенотипов и генотипов потомства при дигибридном скрещивании удобно пользоваться решеткой Пеннета, для построения которой по вертикальной оси следует отметить гаметы одного родительского организма, а по горизонтальной – другого. В месте пересечения вертикалей и горизонталей записываются генотипы дочерних организмов. Решетка Пеннета А – желтая окраска семян (ж), Гаметы: ♂ а – зеленая окраска семян (з), AB Ab aB ab ♀ В – гладкая поверхность семян (г), b – морщинистая поверхность семян (м). AABB AABb AaBB AaBb AB ж. г. ж. г. ж. г. ж. г. 9 A*B* – желтая гладкая 3 A*bb – желтая морщинистая AABb Aabb AaBb Aabb Ab ж. г. ж. м. ж. г. ж. м. 3 ааB* – зеленая гладкая 1 aabb – зеленая морщинистая AaBB AaBb aaBB aaBb aB ж. г. ж. г. з. г. з. г. ab AaBb ж. г. Aabb з. м. aaBb з. г. aabb з. м. Пример.У человека сложные формы близорукости доминируют над нормальным зрением, карий цвет глаз – над голубым. Кареглазый близорукий мужчина, мать которого имела голубые глаза и 6 нормальное зрение, женился на голубоглазой женщине с нормальным зрением. Какова вероятность в % рождения ребенка с признаками матери? Решение: Дано: Схема скрещивания: А – определяет развитие близорукости P: AaBb x aabb а – нормальное зрение G: AB Ab ab B– карие глаза и ген aB ab, b – голубые глаза F1 AaBb; Aabb; aaBb; aabb генотипы F1 – ? (см. решетку Пеннета) Ответ: Голубые глаза и нормальное зрение имеет ребенок с генотипом aabb. Вероятность рождения такого ребенка составляет 25 %. ТЕМА 2: Взаимодействие генов. Наследование групп крови и резус-фактора у человека. ЦЕЛЬ: Изучить явление взаимодействия генов из одной и из разных аллельных пар. Научиться давать заключение о потомстве при явлениях взаимодействия генов. Изучить наследование групп крови по системе АВО и резус-фактора человека. Научиться рассчитывать возможные генотипы детей и родителей при наследовании групп крови и резус-фактора. Задание для самоподготовки 1) Взаимодействие генов из одной аллельной пары (доминирование, неполное доминирование, сверхдоминирование, кодоминирование). 2) Множественные аллели. 3) Наследование резус-фактора у человека. 4) Летальные гены. 5) Комплементарное взаимодействие. 6) Эпистатическое взаимодействие. 7) Полимерное взаимодействие. 8) Плейотропное действие гена. 9) Решить задачи. В каждом организме имеют место сложные взаимодействия генов. Они могут быть представлены следующей схемой: ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ одной аллельной пары разных аллелей - полное доминирование - комплементарное - неполное доминирование - эпистатическое - сверхдоминирование - полимерное - кодоминирование - плейотропия При анализе работ Менделя рассматривалось взаимодействие генов, при котором совершенно не учитывалось наличие в любом организме генов других аллелей, не учитывалось влияние условий внешней среды. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ ИЗ ОДНОЙ АЛЛЕЛЬНОЙ ПАРЫ. Полное доминирование – это такое взаимодействие генов одной аллельной пары, при котором в гетерозиготном состоянии один аллель (доминантный) подавляет проявление альтернативного ему (рецессивного) аллеля. При этом гетерозиготы будут иметь такой же фенотип, как и доминантные гомозиготы. Пример: Желтый цвет семян гороха (А) доминирует над зеленым (а). Гетерозиготы будут иметь такой же фенотип, как и доминантные гомозиготы: АА и Аа – желтые семена, аа – зеленые семена. Неполное доминирование – это такое взаимодействие аллельных генов, при котором в гетерозиготном состоянии ни один из аллелей не доминирует над другим. При этом гетерозиготы обладают фенотипом, промежуточным между фенотипами доминантной и рецессивной гомозигот. Пример. При скрещивании чистопородных андалузских кур с черным и белым оперением появляется потомство с голубоватым оперением. Чем это объяснить? Каким будет потомство от скрещивания гибридов первого поколения (двух птиц с голубоватым оперением)? 7 Черное оперение обусловлено доминантным аллелем гена В, определяющим синтез черного пигмента меланина. У белых кур этот пигмент отсутствует – аллель b. У гетерозигот меланин развивается не в полной мере, создавая голубоватый отлив на оперении. При скрещивании гибридов F1 и F2 наблюдается ♂ bb Р: ♀ ВВ расщепление 1:2:1, характерное для неполного Х доминирования. черные белые Сверхдоминирование – это такое взаимодействие F1: Вb аллельных генов, при котором в гетерозиготном голубые состоянии у доминантного аллеля отмечается более Р: ♀ Вb Х ♂ Вb сильное проявление признака, чем в гомозиготном голубые голубые F2: 1 ВВ : 2Вв : 1вв состоянии. Это явление получило название гетерозиса черные голубые белые или гибридной силы. Кодоминирование – это такое взаимодействие аллельных генов, при котором в гетерозиготном состоянии проявляется качественно новый признак, определяемый обеими аллелями. Пример: Наследование IV группы крови у человека. Следует учесть, что к числу аллельных могут относиться не два, а большее число генов. Они получили название серии множественных аллелей. Возникают множественные аллели в результате многократного мутирования одного и того же локуса в хромосоме. Кроме основных (доминантного и рецессивного) аллелей гена появляются промежуточные аллели, которые по отношению к доминантному ведут себя как рецессивные, а по отношению к рецессивному – как доминантные аллели того же гена. Множественными аллелями контролируются группы крови у человека. Наследование групп крови у человека по системе АВО. Аллели, ведущие к появлению ряда характерных для человека групп крови, связаны с особенностями антигенов красных кровяных телец, которые обуславливают появление специфического антитела в сыворотке крови. Наличие групп крови было установлено Ландштейнером, который обнаружил, что в определенных случаях при переносе эритроцитов одного человека в сыворотку другого, наблюдается агглютинация этих телец. При переливании крови это явление может привести к смерти. Было установлено наличие в эритроцитах двух антигенов А и В, а в сыворотке – двух агглютинирующих их антител и . Популяция человека оказалась разбитой по свойствам крови на четыре группы: группа А – наличие антигена А и антител , группа В – наличие антигена В и антител , группа АВ – оба антигена, антител нет, группа О – отсутствие обоих антигенов, наличие обоих антител. Исследования показали, что группа крови контролируется Фенотип Генотип аутосомным геном J, который имеет три аллеля, (группы обозначаемые буквами А, В, О. Аллели А и В – доминантные, крови) о о а аллель О – рецессивен по отношению к ним обоим. I (О) jj При наследовании IV группы крови наблюдается А А А о II (А) J J J j кодоминирование аллелей JА и JВ. III (В) JВJВ JВjо В России более распространена II группа крови (37,25%), IV (АВ) JАJВ менее – I группа (33,7%), реже встречаются III группа (20,9%) и IV группа (7,9%). Наследование групп крови иногда имеет значение для определения отцовства в судебной медицине. Примеры решения задач о наследовании групп крови Пример 1. Какие группы крови возможны у детей, если у отца I группа крови, а у матери II группа? Решение: Дано: 1 вариант (мать гомозиготна) 2 вариант (мать гетерозиготна) Человек – группы крови JOJO – I гр. Р ♀ JAJA x ♂ JOJO ♀ JAJO x ♂ JOJO JAJA, JAJO – II гр. II гр. I гр. II гр. I гр. F1 Фенотипы F1 – ? JAJO II гр. JAJO : JOJO II гр. I гр. Все дети со II группой 50% детей со II группой, 50% детей с I группой крови Пример 2. У мальчика I группа крови, у его сестры – IV. Определите группы крови их родителей. 8 Решение: У мальчика генотип JOJO, у сестры – JAJB. Такие зиготы образуются при слиянии гамет JO, JA, JB. Следовательно, генотипы родителей JAJO и JBJO, т.е. у родителей II и III группы крови. Дано: ♀ JAJO x ♂ JBJO Р Человек – группы крови II III O O J J – I гр. JAJA, JAJO – II гр. F1 ♀ JAJB ♂ JOJO JBJB, JBJO – III гр. IV I JAJB – IV гр. Фенотипы Р – ? Наследование резус-фактора у человека. В настоящее время открыто большое количество новых групп крови, их генетика успешно исследуется. Было обнаружено, что эритроциты некоторых людей агглютинируются сывороткой кролика, иммунизированного кровью обезьян резус (Maccacus rhesus). Антиген эритроцитов, вызывающих агглютинацию, был назван резус-фактором (Rh). Кровь людей, имеющая этот антиген, называется резусГенотип Фенотип положительной (Rh+), такие люди могут быть гомозиготными RhRh, Rhrh Rh+ (RhRh) или гетерозиготными (Rhrh). Люди с резусrhrh Rh– отрицательной кровью(Rh-) гомозиготны по рецессиву (rhrh). Было установлено, что наследование резус-фактора может определить появление смертельной анемии плодов или новорожденных, так называемый эритробластоз плода, вызванный резусконфликтом. Такой плод имеет резус-положительную кровь, а его мать – резус-отрицательную. Свой фактор Rh эмбрион получает от отца. Этот резус-антиген плода вызывает в ряде случаев появление резус-антител в крови матери. Когда эти антитела накапливаются в ней в достаточном количестве, они проникают в плод и разрушают его эритроциты. Спасти ребенка можно лишь полной заменой крови. В стерильных условиях через пупочную артерию выводят из тела новорожденного его кровь, а через пупочную вену вводят соответствующую донорскую кровь. У людей европеоидной расы ген Rh встречается в 84% случаев, а ген rh – в 16% случаев. У людей негроидной расы и аборигенов Австралии (если среди их предков не было людей европеоидной расы) резус-конфликта не существует, т.к. концентрация гена Rh составляет у них 100%. Близко к этому (99-100%) распространение гена Rh у монголоидов (японцы, корейцы, китайцы). Примеры решения задач о наследовании резус-фактора Пример 1. Мужчина, имеющий резус-положительную кровь, женился на женщине с резусотрицательной кровью. Какова вероятность рождения резус-положительного ребенка и наступления резус-конфликта? Дано: Человек – резус-фактор RhRh, Rhrh – Rh+ Rhrh – Rh– вероятность Rh+ и резус-конфликта – ? Р F1 1 вариант 2 вариант (мужчина гомозиготен) (мужчина гетерозиготен) ♀ rhrh ♀ rhrh x ♂ RhRh Rhrh все дети Rh+ возможен резус-конфликт 9 x ♂ Rhrh Rhrh rhrh 50% детей Rh+ резус-конфликт возможен 50% детей Rh– резус-конфликт не возможен Пример 2. Генотип мужа rhrh JAJO (II группа крови Rh–), жены – Rhrh JBJB (III группа крови Rh+). Какова вероятность рождения резус-положительного ребенка с IV группой крови? Дано: Человек – резус-фактор RhRh, Rhrh – Rh+ Rhrh – Rh– вероятность Rh+ JAJB – ? Р ♀ Rhrh JBJB G RhJB F1 Rhrh JAJB Rh+ IV вероятность 25% x rhJB ♂ rhrh JAJO rhJA Rhrh JBJO Rh+ II rhrh JBJO Rh– II rhJO rhrh JAJB Rh– IV В ряде случаев расщепление в F2 может отличаться от менделевского 3:1 в связи с тем, что гены называются летальными – гомозиготы по некоторым генам оказываются нежизнеспособными. Пример. У диких мышей наблюдается две окраски шерсти: серая (агути) и желтая. Обнаружено, что в потомстве желтых мышей наблюдается расщепление в соотношении 2/3 желтых и 1/3 агути. Скрещивание желтых мышей с агути всегда дает расщепление 1:1. Объясните полученные результаты. Расщепление 1:1 наблюдается при скрещивании гетерозиготы с рецессивной гомозиготой (анализирующее скрещивание). Р: ♀ Аа X ♂ аа 2Аа : 2аа 1 : 1 Следовательно, генотип желтой мыши – Аа, а агути – аа. При скрещивании двух гетерозигот желтой окраски наблюдается следующее расщепление: Р: ♀ Аа X ♂ Аа желтая желтая F1 АА : 2 Аа : 1 аа желтые желтые агути (гибнут до рождения) Желтые гомозиготы гибнут до рождения, т.к. ген желтой окраски А в гомозиготном состоянии оказывает летальное действие. По фенотипу наблюдается расщепление 2:1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ РАЗНЫХ АЛЛЕЛЬНЫХ ПАР Комплементарным называют такое взаимодействие двух неаллельных генов, при котором у гибридных особей появляется качественно новый признак, отличный от признаков гомозигот. Для формирования такого признака необходимо наличие в генотипе двух неаллельных доминантных генов. Существует 3 варианта комплементарного взаимодействия: 1. Каждый из доминантных аллелей комплементарных генов в отдельности воспроизводит свой признак, а при совместном их присутствии в гетерозиготе проявляется новый признак. При этом в поколении F2 наблюдается расщепление как при дигибридном скрещивании у Менделя 9:3:3:1. Пример. Каждая порода кур имеет определенное, характерное для нее строение гребня. Так, например, леггорны обладают листовидным или простым гребнем, а белые виандотты имеют розовидный гребень – низкий, утолщенный спереди, заостренный сзади и у основания покрытый сосочками. Некоторые породы европейского происхождения обладают гороховидным гребнем – невысоким, с тремя продольными пластинками. У этих пород никогда не встречается так называемый ореховидный гребень, напоминающий поверхность половинки грецкого ореха. Он характерен для кур малайского происхождения. При скрещивании кур, имеющих розовидный гребень, с курами, имеющими простой гребень, в первом поколении F1 доминирует розовидный тип (ген А). Подобное же отношение получается и при скрещивании кур с гороховидным и простым гребнями. Доминантным признаком здесь является гороховидный тип (ген В). Когда скрещиваются куры, имеющие розовидный и ореховидный гребни, то их потомки в F1 оказываются с ореховидной формой гребня. В F2 появляются куры с четырьмя типами гребней в отношении 9/16 ореховидных, 3/16 гороховидных, 3/16 розовидных, 1/16 F1 10 листовидных. Во втором поколении численное соотношение сходно с менделевским, но отличие в том, что оно идет по одному, а не по двум свойствам (форма гребня). На основании полученных данных следует предположить, что исходные породы с розовидными и гороховидными гребнями были гомозиготами и имели генотипы ААbb и ааВВ. В этом случае, первое поколение должно быть гетерозиготным по этим двум генам, то есть АаВb, которые при взаимодействии определяют развитие ореховидного гребня. А – розовидный гребень, В – гороховидный гребень, а – листовидный гребень, b – листовидный гребень. Р: F1: Р: F2: F2: ♀ ААbb розовидный X ♂ ааВВ гороховидный АаВb ореховидный ♀ АаВb X ♂ АаВb гаметы АВ Аb ААВВ ААВb АВ ореховидный ореховидный ААВb ААbb Аb ореховидный розовидный АаВВ АаВb аВ ореховидный ореховидный АаВb Ааbb аb ореховидный розовидный 9 А-В- : 3 А-bb : 3 ааВ- : ореховидный розовидный гороховидный аВ АаВВ ореховидный АаВb ореховидный ааВВ гороховидный ааВb гороховидный 1 ааbb листовидный аb АаВb ореховидный Ааbb розовидный ааВb гороховидный ааbb листовидный Из таблицы видно, что присутствие двух доминантных аллелей генов А и В у 9/16 кур второго поколения ведет к образованию ореховидного гребня. Присутствие гена А в доминантном гомозиготном или гетерозиготном состоянии и гена b в рецессивном состоянии определяет розовидную форму гребня у 3/16 особей, а присутствие другого гена В в доминантном гомозиготном или гетерозиготном состоянии и гена a в рецессивном состоянии обуславливает развитие гороховидной формы у 3/16 особей. Гомозиготное состояние по обоим рецессивным признакам ведет к развитию простого листовидного гребня у 1/16 особей. Куры, имеющие этот гребень, при скрещивании друг с другом в последующих поколениях не дают расщепления. 2. Каждый из комплементарных генов в отдельности не может обусловить развитие признака. Он развивается при совместном присутствии в гетерозиготе двух доминантных аллелей этих генов. При этом в F2 наблюдается расщепление по фенотипу 9:7. Пример. При скрещивании двух рас душистого горошка с белыми цветками в F1 получили гибриды с пурпурными цветками, в F2 имело место расщепление: 9/16 с пурпурными, 7/16 с белыми цветками. А – ген, обуславливающий наличие пигмента. В – ген, обуславливающий наличие фермента, придающего окраску. Р: ♀ ААbb X ♂ ааВВ белые белые F1: АаВb пурпурные (присутствуют и фермент, и пигмент) Р: ♀ АаВb F2: 9 А-В- : пурпур. X 3 А-bb : белые ♂ АаВb 3 ааВ- : белые 1 ааbb белые 9 пурпурные : 7 белые 3. Один из генов имеет собственное фенотипическое проявление, а действие другого может проявиться только в присутствии первого. При этом возникает новый признак. В F2 наблюдается расщепление по фенотипу 9:3:4. 11 Пример. При скрещивании черных и белых мышей гибриды имеют серую окраску. В F2 наблюдается расщепление: 9/16 серых, 3/16 черных, 4/16 белых мышей. А – ген, обусловливающий наличие черного пигмента. В – ген, обусловливающий распределение пигмента по волосу (доминантный аллель – неравномерное, рецессивный аллель – равномерное), в отсутствие гена А не имеет собственного проявления. Р: ♀ ААbb X ♂ ааВВ черные белые F1: АаВb серые (пигмент распределен неравномерно) Р: ♀ АаВb F2: 9 А-В- : серые X 3 А-bb : черные ♂ АаВb 3 ааВ- : белые 1 ааbb белые 9 серые : 3 черные : 4 белые 4. Каждый доминантный аллель из комплементарных генов в отдельности воспроизводит один одинаковый признак, а вместе они обусловливают проявление нового признака. В F2 наблюдается расщепление по фенотипу 9:6:1. Пример. При скрещивании двух сортов тыквы с шаровидными плодами гибриды имеют дисковидные плоды. При дальнейшем скрещивании гибридов между собой, во втором поколении наблюдается расщепление: 9/16 особей с дисковидными плодами, 6/16 – с шаровидными плодами, 1/16 – с удлиненными плодами. Р: ♀ ААbb X ♂ ааВВ шаровидные шаровидные F1: АаВb дисковидные Р: ♀ АаВb X ♂ АаВb F2: 9 А-В- : 3 А-bb : дисковид. шаровид. 3 ааВ- : шаровид. 1 ааbb удлинен. 9 дисковидные : 6 шаровидные : 1 удлиненные Эпистатическим называется такое взаимодействие неаллельных генов, при котором аллель одного гена подавляет действие аллелей другого гена. Гены-подавители называются супрессорами или эпистатическими, подавляемые гены – гипостатическими. Эпистаз может быть доминантным и рецессивным. Доминантный эпистаз – эпистатическое действие оказывает доминантный аллель (J). При этом во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу 13:3. Пример. Скрещивание гомозиготных белых кур леггорнов с гомозиготными белыми виандоттами дает дигетерозигот, имеющих белую окраску. В F2 наблюдается расщепление 13/16 белых и 3/16 окрашенных кур. Ген С обуславливает наличие пигмента. Ген J подавляет окраску. Р: ♀ CCJJ X ♂ ccjj белые белые F1: CcJj белые есть пигмент, но подавлен Р: ♀ CcJj X ♂ CcJj белые белые F2: 9 C-J- : белые 3ccJ- : белые 3C-jj : окраш. 1ccjj белые 12 нет подавления окраски 13 белые : 3 окрашенные Рецессивный эпистаз – эпистатическое действие оказывает рецессивный ген в гомозиготном состоянии (jj). При этом во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу 9:3:4. Пример. Скрещивание гомозиготных серых и белых кроликов дает серое потомство. В F2 наблюдается расщепление 9/16 серые, 3/16 черные, 4/16 белые (альбиносы). Аллель А обуславливает серую окраску, аллель а – черную, аллель J – не подавляет окраску, аллель j – подавляет окраску в гомозиготном состоянии. Р: ♀ AAJJ X ♂ aajj серые белые (окраска подавлена) F1: AaJj серые Р: F2: ♀ AaJj серые 9 A-J- : серые X 3 aaJ- : черные ♂ AaJj серые 3 A-jj : белые 1 aajj белые (окраска подавлена) 9 серые : 3 черные : 4 белые Полимерия – взаимодействие неаллельных генов, при котором на проявление количественного признака оказывают влияние одновременно несколько генов. Такие гены называются полимерными, а признаки – полигенными. Полимерные гены обозначают одной буквой латинского алфавита с указанием цифрового индекса: А1, А2, А3, а1, а2, а3 и т.д. Чем больше в генотипе доминантных аллелей, обусловливающих этот признак, тем ярче этот признак выражается. Изучение наследования полигенных признаков было начато в 1908 году шведским генетиком Г. Нильсоном-Эле. Пример. При скрещивании рас пшеницы с красными и белыми зернами во втором поколении он наблюдал расщепление в отношении 15/16 окрашенных и 1/16 белых. Окраска зерен из первой группы варьировала от темно-красных до бледно-красных. Анализ характера расщепления позволил установить, что в данном случае красную окраску зерен определяют доминантные аллели двух разных генов – А1А1А2А2. Сочетание их рецессивных аллелей в гомозиготном состоянии определяет отсутствие окраски – а1а1а2а2. Интенсивность окраски зерен зависит от числа доминантных генов, присутствующих в генотипе: максимальное – у доминантных дигомозигот, минимальное – у носителей одного из доминантных аллелей. Р: ♀ А1А1А2А2 X ♂ а1а1а2а2 темно-красные белые F1: А1а1А2а2 светло-красные Р: ♀ А1а1А2а2 X ♂ А1а1А2а2 светло-красные светло-красные F2: гаметы А1А2 А1а2 а1А2 а1а2 А1А1А2А2 А1А1А2а2 А1а1А2А2 А1а1А2а2 А1А2 темно-красный красный красный светло-красный А1А1А2а2 А1А1а2а2 А1а1А2а2 А1а1а2а2 А1а2 красный светло-красный светло-красный розовый А1а1А2А2 А1а1А2а2 а1а1А2А2 а1а1А2а2 а1А2 красный светло-красный светло-красный розовый А1а1А2а2 А1а1а2а2 а1а1А2а2 а1а1а2а2 а1а2 светло-красный розовый розовый белый Расщепление: 1 (темно-красный):4 (красный):6 (светло-красный):4 (розовый):1 (белый) У человека примеры полимерного наследования – рост, масса тела, цвет кожи, величина АД. На рост человека влияет 10 пар наследственных генов. Доминантные гены обуславливают низкий рост, рецессивные – высокий. Т.о., чем больше у человека рецессивных генов, тем выше рост. 13 Наследование цвета кожи исследовал Деверкорт на острове Ямайка. Он установил, что доминантные аллели обуславливают черный цвет, а рецессивные – белый. При браке черного человека с белым рождаются мулаты. При браке мулатов возможны различные цветные вариации кожи (черные, темные, мулаты, светлые, белые). Чем больше в генотипе доминантных генов, тем цвет кожи темнее. Изучение полимерных генов имеет не только теоретический интерес. Хозяйственно ценные признаки животных, растений, такие как жирномолочность коров, яйценоскость кур, длина колоса пшеницы, содержание сахара в корнеплодах свеклы и многое другое наследуется по типу полимерии. Появление полигенных признаков зависит от условий внешней среды. Так, продуктивность животных зависит от условий кормления и содержания. Изменяя условия внешней среды можно проводить профилактику гипертонии, ожирения у человека. Плейотропные взаимодействия Плейотропия – множественное действие гена, способность одного гена оказывать влияние на развитие нескольких признаков организма. Впервые на явление плейотропии обратил внимание Г. Мендель. Он указал, что наличие красноокрашенных цветков, бурой кожуры семян и красной окраски черешков листьев гороха зависит от одного наследственного фактора (гена). Обнаружено, что у мухи дрозофилы ген белой окраски глаз одновременно оказывает действие на цвет тела и внутренних органов, длину крыльев, строение полового аппарата, снижает плодовитость, уменьшает продолжительность жизни. У человека известен доминантный ген, вызывающий характерную картину синдрома Марфана. Такие люди отличаются длинным ростом конечностей, особенно ног и пальцев рук (паучьи пальцы). Кроме того, этот же ген вызывает нарушения в строении хрусталика и сердечно-сосудистой системы. При первичной плейотропии ген одновременно вызывает развитие нескольких признаков: признак А признак В ген белок-фермент последовательность химических реакций признак С При вторичной плейотропии, которая встречается чаще, развивается ступенчатый процесс проявления признаков: белокпоследовательность ген признак А признак В признак С фермент химических реакций Так, при серповидно-клеточной анемии у гомозигот первым проявлением дефектного гена будет синтез аномального гемоглобина, эритроцитов серповидной формы, затем будет наблюдаться слипание и разрушение эритроцитов, анемия, увеличение селезенки, поражение кожи, сердца, почек, мозга. Эти проявления будут вторичными. На основе изучения взаимодействия генов и множественного действия генов можно сделать вывод, что любой наследственный признак определяется многими генами, точнее всем генотипом. Каждый ген может действовать и на развитие многих признаков, на всю систему развивающегося организма. Отсюда, генотип является не суммой, а сложной системой взаимодействия генов. ТЕМА 3: Хромосомная теория наследственности. Сцепление генов, картирование хромосом. Наследование, сцепленное с полом. ЦЕЛЬ: Изучить сцепление генов, явление кроссинговера и обмена между хромосомами, приобрести практические навыки составления карт хромосом, уметь выявлять признаки, сцепленные с полом и проявляющиеся в силу этого исключительно или преимущественно только у одного пола. Задание для самоподготовки 1.Работы школы Моргана. Основные положения хромосомной теории наследственности. 2.Полное и неполное сцепление генов. Эксперименты Моргана на дрозофиле. 3.Частота рекомбинации генов. Принцип построения генетических карт хромосом. Цитологические карты хромосом. 4.Пол. Хромосомный механизм определения пола. Сингамное, эпигамное и прогамное определение пола. 14 5.Цитогенетический метод определения пола. Исследование полового хроматина. 6.Признаки, сцепленные с полом. Наследование гемофилии. 7. Решить задачи. На основе работ Т.Моргана и многих других генетиков были сформулированы основные положения ХРОМОСОМНОЙ ТЕОРИИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ (1911-1926гг.). Носители наследственной информации в клетке – хромосомы. Каждый биологический вид характеризуется специфическим набором хромосом (кариотипом). Единица наследственности – ген. Гены располагаются в хромосомах. Набор и число генов каждой хромосомы уникальны. Гены в хромосомах расположены линейно и занимают определенное место – локус. Аллельные гены располагаются в идентичных локусах гомологичных хромосом. Гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются вместе и называются группой сцепления, число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом. Сила сцепления генов в хромосомах обратно пропорциональна расстоянию между ними. Работы Моргана по открытию явления сцепления генов У дрозофил встречается серая и черная окраска тела, длинные и зачаточные крылья. Ген серого цвета (В) доминирует над геном черного цвета (b), ген нормальной длины крыльев (V) – над геном зачаточных крыльев (v). Если муху, имеющую оба рецессивных гена (bbvv) скрестить с гомозиготной доминантной (ВВVV), то в первом поколении все потомство окажется доминантным гетерозиготным (ВbVv). Здесь еще нет никакого отличия от обычного дигибридного скрещивания. Чтобы узнать, какие гаметы образуют особи первого поколения, следует провести анализирующее скрещивание. Если два гена, относящихся к различным аллельным парам, локализованы в разных хромосомах, не сцеплены, то у дигетерозиготы следует ожидать образования четырех типов гамет: 25% гамет ВV, 25% – bV, 25% – Вv, 25% – bv, а после оплодотворения появление 4 типов потомков: Р: ♀ ВbVv Х ♂ bbvv G: BV Bv BV bv bv F2: BbVv Bbvv bbVv bbvv Серые длиннокрылые Серые с зачаточными крыльями Черные длиннокрылые Черные с зачаточными крыльями Если два гена лежат в одной паре хромосом (сцеплены), то соотношение потомков должно быть: Р: ♀ ВbVv Х ♂ bbvv G: BV bv bv F2: ВbVv Вbvv Серые длиннокрылые Черные с зачаточными крыльями 1 : 1 Морган провел такое скрещивание несколько раз и ни разу не получил ни один из ожидаемых результатов. Он получил следующее соотношение потомков: 41,5% ВbVv 41,5% bbvv Серые длиннокрылые Черные крыльями с 83 % нерекомбинантных особей 8,5% Вbvv зачаточными Серые с крыльями 8,5% bbVv зачаточными Черные длиннокрылые 17% рекомбинантных особей Полученные данные объясняются следующими выводами: Гены цвета и длины крыльев находятся в одной хромосоме, т.е. сцеплены, так как имеются потомки с фенотипами родителей. Аллели каждого гена расположены в гомологичных хромосомах, во время мейоза между ними происходит кроссинговер (обмен генами), то есть наблюдается неполное сцепление генов. При этом дигетерозиготные самки способны образовать два типа гамет в исходной группе сцепления и два типа гамет в мейозе. Первые два типа гамет получили название некроссоверных гамет (ВV и bv), а появившиеся в результате мейоза гаметы называются кроссоверными (Bv и bV). Число рекомбинантов Частота рекомбинации генов = х 100% Общее число потомков В нашем примере она равна 17% 15 СОСТАВЛЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ КАРТ ХРОМОСОМ Генетическая карта – схема строения хромосомы, в которой обязательно указывается группа сцепления, полное или сокращенное название гена, расстояние гена от одного из концов хромосомы, принятого за начало отсчета (за 0.0). Расстояние между генами выражается в морганидах. Одна морганида – 1% частоты рекомбинации или наименьшее расстояние между генами, при котором на 100 гамет встречается одна кроссоверная гамета. Расстояние 3 морганиды означает, что 3% гамет – кроссоверные, 97% – некроссоверные. Рассмотрим, как составляются генетические карты хромосом. С – пурпурный цвет Р – киноварный цвет глаз N – длина крыльев Опытами установлено, что расстояние CN – 13%, СР – 3%. Если PN – 10%, то ген Р лежит между генами N и С. 10 3 С Р N 13 ХРОМОСОМНЫЙ МЕХАНИЗМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛА ПОЛ – это совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающих его участие в воспроизводстве потомства и передача наследственной информации за счет образования гамет. Самец и самка имеют закономерное различие, касающееся одной пары хромосом. Они называются ГЕТЕРОХРОМОСОМАМИ (половыми хромосомами). Остальные пары – АУТОСОМАМИ. Пол, имеющий одинаковые половые хромосомы (ХХ) и образующий один тип гамет называется ГОМОГАМЕТНЫМ. Пол с разными половыми хромосомами, образующий два типа гамет, называется ГЕТЕРОГАМЕТНЫМ. Гетерогаметный пол бывает двух типов: 1. ХО (нет У хромосомы) – тип Protenor 2. ХУ – тип Lygaeus Гетерогаметным может быть женский (птицы, пресмыкающиеся, бабочки) и мужской пол. СИНГАМНОЕ определение пола происходит в момент слияния гамет в процессе оплодотворения, характерно для организмов с гетерогаметным мужским полом (человек, животные, большинство растений). Пол потомка зависит от того, какой спермий оплодотворит яйцеклетку: Р: ♀ ХХ Х ♂ ХУ G: Х Х Х У яйцеклетки спермии F1: 2ХХ : 2ХУ Самки : Самцы 1 1 ПРОГАМНОЕ определение пола происходит в процессе созревания яйцеклеток при овогенезе, характерно для организмов с гетерогаметным женским полом (птицы, пресмыкающиеся, бабочки). Пол будущего потомка зависит от типа яйцеклетки: если яйцеклетка содержит Х-хромосому, то из нее после оплодотворения развивается самец, если яйцеклетка содержит У-хромосому, то из нее после оплодотворения развивается самка. ЭПИГАМНОЕ определение пола является нехромосомным и происходит после оплодотворения в процессе индивидуального развития организма под влиянием условий внешней среды, характерно для организмов, у которых отсутствуют половые хромосомы и гены, отвечающие за половые признаки, распределены по всему генотипу (некоторые животные, морской червь Bonellia). ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД определения пола заключается в исследовании наличия полового хроматина (тельца Барра) в неделящихся соматических клетках слизистой оболочки щеки (буккальный соскоб) или на мазках крови в ядрах нейтрофиллоцитов ("барабанные палочки"). Он присутствует только у женщин (в норме). НАСЛЕДОВАНИЕ, СЦЕПЛЕННОЕ С ПОЛОМ Признаки, определяемые генами, находящимися в половых хромосомах, называются ПРИЗНАКАМИ, СЦЕПЛЕННЫМИ С ПОЛОМ. Это явление было открыто Морганом у дрозофилы. 16 У человека с У-хромосомой связано несколько аномалий, которые передаются только по мужской линии: рыбья кожа (ихтиоз), синдактилия (перепончатые пальцы), гипертрихоз (оволоснение ушной раковины). В Х-хромосоме локализуются гены, обуславливающие развитие около 200 признаков. ДОМИНАНТНЫЕ: гипофосфатемический рахит (аномалия костей, не лечащаяся витамином "D"), гипоплазия эмали (потемнение эмали зубов). РЕЦЕССИВНЫЕ: дальтонизм, гемофилия, подагра, дистрофия Дюшена, отсутствие потовых желез и др. Признаки, сцепленные с Х-хромосомой по рецессиву, передаются от матерей к сыновьям, а от отцов к дочерям. Такой тип передачи получил название КРЕСТ-НАКРЕСТ или КРИСС-КРОСС. Признаки, сцепленные с У-хромосомой, передаются от отца к сыну и проявляются у самцов. Такой тип передачи называется ГОЛАНДРИЧЕСКОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ. Пример. Женщина, страдающая дальтонизмом, вышла замуж за мужчину с нормальным зрением. Каким будет восприятие цвета у сыновей и дочерей этих родителей? Решение: у человека цветовая слепота (дальтонизм) обусловлена рецессивным геном w, а нормальное цветовое зрение – его доминантным аллелем W. Ген дальтонизма сцеплен с Ххромосомой. У-хромосома не имеет соответствующего локуса и не содержит гена, контролирующего цветовое зрение. Поэтому в диплоидном наборе мужчин присутствует только один аллель, отвечающий за восприятие цвета, а у женщин – два, так как они имеют две Х-хромосомы. Схема скрещивания для этого типа задач составляется несколько иначе, чем схемы для признаков, не связанных с полом. В этих схемах указываются символы не только генов, но и символы половых хромосом особей мужского и женского пола Х и У. Это необходимо сделать, чтобы показать отсутствие второго аллеля у особей мужского и женского пола. Так, по условию задачи схема скрещивания будет выглядеть следующим образом. Женщина имеет две Х-хромосомы и в каждой из них по рецессивному гену цветовой слепоты (Х w). Мужчина имеет только одну Х-хромосому, несущую ген нормального цветового зрения (ХW), и У-хромосому, не содержащую аллельного гена. Сначала обозначаем две Х-хромосомы женщины и указываем, что они содержат гены дальтонизма (ХwХw). Затем обозначаем хромосомы мужчины (ХWУ). Ниже выписываем гаметы, которые они производят. У женщины они одинаковы, все содержат Ххромосому с геном дальтонизма. У мужчины половина гамет несет Х-хромосому с геном нормального цветового восприятия, а половина – У-хромосому, не содержащую аллеля. После этого определяет генотипы F1. Дано: Человек – дальтонизм ХW – норма Хw – дальтонизм Восприятие цвета у детей – ? Р G F1 ♀ XwXw x Xw ♂ XWУ XW XW Xw XWУ нормальное У XwУ дальтонизм Все девочки получают одну Х-хромосому от отца, которая содержит ген нормального зрения (W), а другую Х-хромосому от матери, содержащую ген цветовой слепоты (w). Таким образом, у девочек будет два гена Ww, а так как доминирует ген нормального зрения, то у них не будет дальтонизма. Все мальчики получают свою единственную Х-хромосому от матери и расположенный в ней ген цветовой слепоты (w). Так как второй аллель у них отсутствует, то они будут страдать дальтонизмом. 17 ТЕМА 4: Изменчивость и наследственность. Методы изучения наследственности. Генетика человека. ЦЕЛЬ: Изучить явление изменчивости и наследственности, виды изменчивости. Уметь давать оценку степени и характеру изменчивости и определяющим ее факторам, прогнозировать степень риска проявления наследственной патологии. Задание для самоподготовки 1.Наследственность и изменчивость – функциональные свойства живого. Диалектическое единство наследственности и изменчивости. 2.Понятие о генетическом материале и его свойствах: хранение, изменение, репарация. 3.Виды изменчивости: модификационная, комбинативная, мутационная. 4.Классификация мутаций: а) соматические и генеративные; б) спонтанные и индуцированные; в) генные, хромосомные, геномные. 5.Методы изучения наследственности человека. Генеалогический и близнецовый методы, их значение для медицины. 6.Цитологический и биохимический методы диагностики хромосомных нарушений человека, их значение для медицины. 7. Популяционно-статистический метод. Закон Харди-Вайнберга. 8. Дерматоглифика в изучении наследственности человека. 9. Наследственные болезни человека. 10.Решить задачи. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ – это свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обуславливать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях внешней среды. ИЗМЕНЧИВОСТЬ – это изменение наследственных факторов и проявление этих изменений в процессе развития. Благодаря изменчивости, организмы способны приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды. Различают изменчивость: ненаследственную или фенотипическую наследственную или генотипическую. Наследственность и изменчивость неразрывно связаны с эволюцией. В процессе филогенеза органического мира они находятся в диалектическом единстве. Новые свойства организма появляются только благодаря изменчивости, но она лишь тогда может играть роль в эволюции, когда появившиеся изменения сохраняются в последующих поколениях, т.е. наследуются. ГЕНОТИП – совокупность наследственной информации, закодированной в генах. Элементарная единица наследственности – ген – участок ДНК, определяющий последовательность аминокислот в белке. ДНК хранится в ядре клетки. Ген имеет сложную структуру, внутри которой могут осуществляться процессы мутирования и рекомбинации. Гены могут не кодировать белок, а контролировать этот процесс. Под действием различных физических и химических агентов, а также при нормальном биосинтезе ДНК в клетке могут возникнуть повреждения. Репарация – способность клеток к исправлению повреждений в молекулах ДНК. Она может быть световой и темновой. При световой репарации исправляются повреждения, возникшие только под воздействием ультрафиолетовых лучей, осуществляются на свету ферментом, активирующимся квантами видимого света. При темновой репарации исправляются повреждения, появившиеся под влиянием физических и химических агентов, происходит без участия видимого света. ФЕНОТИП – совокупность всех внешних и внутренних признаков организма, сформировавшихся в процессе онтогенеза в данных условиях среды. Формирование того или иного фенотипа, т.е. особи с определенными признаками и свойствами, обусловлено, с одной стороны, генотипом этой особи, а с другой – теми конкретными условиями среды, в которых протекает развитие фенотипа. Ненаследуемые фенотипические изменения, вызванные воздействием условий среды, называют МОДИФИКАЦИОННОЙ изменчивостью. Размах модификационной изменчивости зависит от нормы реакции организма. Норма реакции – диапазон изменений, при котором один генотип может давать различные фенотипы. Это предел модификационной изменчивости данного признака. 18 Модификационная изменчивость соответствует условиям окружающей среды и является приспособительной. Генотипическая изменчивость связана с изменением генотипа. Виды генотипической изменчивости: Комбинативная,мутационная. КОМБИНАТИВНАЯ изменчивость связана с получением новых сочетаний генов в генотипе. Достигается это в результате 3-х процессов (цитологическое обоснование комбинативной изменчивости): независимого расхождения хромосом при мейозе, случайного их сочетания при оплодотворении, рекомбинации генов благодаря кроссинговеру. При этом сами гены не изменяются, но новые сочетания их между собой приводят к появлению организмов с новым фенотипом. МУТАЦИОННАЯ изменчивость – скачкообразные и устойчивые изменения генетическоего материала, передающиеся по наследству. При мутационной изменчивости изменяется структура гена, структура или число хромосом. В зависимости от места возникновения различают мутации соматические и генеративные. СОМАТИЧЕСКИЕ – возникающие в соматических клетках. Они приводят к изменению только части организма, возникают мозаично. Особи, в которых они возникают, называют химерами или мозаиками. ГЕНЕРАТИВНЫЕ – возникающие в незрелых и зрелых половых клетках. Генеративные мутации передаются по наследству и проявляются при скрещивании в последующих поколениях. В зависимости от причин возникновения мутации бывают спонтанные и индуцированные. СПОНТАННЫЕ возникают в естественных условиях без специального воздействия необычными агентами или в результате физиологических и биохимических изменений организма. ИНДУЦИРОВАННЫЕ возникают под влиянием специальных воздействий (ионизирующая радиация, рентгеновские лучи, химические вещества, экстремальные условия и прочее). По характеру нарушения генотипа различают мутации генные, хромосомные и геномные. ГЕННЫЕ – изменения в структуре ДНК. ХРОМОСОМНЫЕ – связаны с нарушением структуры хромосом. ГЕНОМНЫЕ – связаны с изменением числа хромосом. Таким образом, наследственность и изменчивость – общие свойства жизни, лежат в основе относительной стабильности видов. Они связаны между собой, составляя противоположные стороны одного и того же явления. В процессе филогенеза они находятся в непрерывном, диалектическом единстве. ИЗУЧЕНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА Изучение генетики человека связано с определенными трудностями: малым количеством потомков, поздним половым созреванием и связанной с этим медленной сменой поколений, большим количеством хромосом, невозможностью экспериментирования, невозможностью создания одинаковых условий жизни. Тем не менее, использование современных методов исследования позволило изучить генетику человека на уровне классических генетических объектов (бактерий, вирусов, дрозофилы). При изучении генетики человека используются следующие методы: генеалогический, близнецовый, биохимический, цитогенетический, популяционно-статистический, дерматоглифический и др. Одним из наиболее распространенных методов изучения наследственности человека является метод анализа родословных – ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД. Исследуя несколько поколений (3-4) одной семьи, можно выявить характер наследования того или иного признака (аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, сцепленный с полом и т.д.) и одновременно установить генотипы членов семьи. Подобный анализ позволяет прогнозировать степень риска проявления наследственной патологии в потомстве. Для проведения анализа родословных необходимо составить генеалогические таблицы. БЛИЗНЕЦОВЫЙ МЕТОД используется при изучении проявление признаков у моно- и дизиготных близнецов. Он позволяет выявить роль наследственности и среды в онтогенезе. БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД используется для изучения активности ферментов и химического состава клеток, которые определяются наследственностью. Этим методом выявляются генные мутации и гетерозиготные носители рецессивных генов. 19 ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ изучается кариотип человека, что позволяет выявить геномные и хромосомные мутации. ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД позволяет изучать распространение отдельных генов и генотипов в человеческих популяциях. Он позволяет выявить частоту встречаемости генов в популяции и базируется на законе Харди-Вайнберга: идеальная популяция должна характеризоваться бесконечно большой величиной, свободным скрещиванием (панмиксия), отсутствием мутаций по данному гену, отсутствием миграций и отбора (по признаку, кодируемому данным геном). В идеальной популяции соотношение разных генотипов (по одному гену А) остается постоянным и определяется по формуле: p2 + 2pq + q2 = 1 (где p – процент доминантных аллелей, q – процент рецессивных аллелей, p2 – частота генотипа АА, 2pq – частота генотипа Аа, q2 – частота генотипа аа). ДЕРМАТОГЛИФИКА изучает рельеф кожи (папиллярные узоры) на пальцах, ладонях и подошвенных поверхностях стоп. Эти исследования имеют большое значение в определении зиготности близнецов, в диагностике некоторых наследственных заболеваний, в судебной медицине и др. Многие тяжелые заболевания человека связанны с нарушением генетического аппарата и передаются по наследству. Это наследственные заболевания. Они наследуются по разным механизмам. Аутосомно-доминантное наследование – аномалия находится в аутосоме и является доминантным признаком. Такие заболевания встречаются в каждом поколении у доминантных гомозигот и гетерозигот, протекают с особой тяжестью у доминантных гомозигот. Это такие заболевания как ахондроплазия (карликовость), брахидактилия (укорочены концевые фаланги пальцев) и др. Аутосомно-рецессивное наследование – аномалия находится в аутосоме и является рецессивным признаком. Такие заболевания проявляются только у рецессивных гомозигот (серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия и др.). Наследование, сцепленное с полом – аномалии находятся в половых хромосомах и могут быть как доминантными, так и рецессивными. Yсцепленные заболевания наследуются только по мужской линии (синдактилия, гипертрихоз и др.). Хсцепленные заболевания наследуются по принципу крисс-кросс (гемофилия, дальтонизм). Правила составления родословных Лицо, по отношению к которому составляется родословная (исследуется наследственность семьи), называется пробандом, его братья и сестры – сибсами. Лица женского пола обозначаются кружком, лица мужского – квадратом. Пробанд отмечается стрелочкой. Символы членов семьи, несущих исследуемый признак, выделяются с помощью цвета или штриховки. Каждому поколению отводится строка, на ней слева направо вряд располагаются символы членов семьи в порядке рождения и соединяются с проведенной над ними горизонтальной линией. Символы лиц, состоящих в браке, соединяются линией брака. Римскими цифрами обозначены последовательные поколения, арабскими – потомки одного поколения. Анализ родословных При решении задач обратите внимание на следующее: Для решения вопроса, какой тип наследования имеет место – доминантный или рецессивный следует учесть фенотип родителей. Если больные дети рождаются у больных родителей (болен один или оба) то признак доминантный, если у здоровых родителей – признак рецессивный. Проследить связь признака с полом. Если признак проявляется в равной мере у лиц мужского и женского пола, то тип наследования – аутосомный. Если признак проявляется преимущественно или исключительно у лиц одного пола, то имеет место наследование, сцепленное с полом. В определении генотипов может помочь подсчет потомков, несущих признак или не имеющих его в одном поколении (1:1, 1:3 и др.). В качестве примера решения задач приводится анализ родословной, представленной на рис. Это родословная семьи с ахондроплазией. Наследственная патология проявляется в каждом поколении. 20 От браков, где один из родителей имеет ахондроплазию, а другой здоров, рождаются дети с аномалией, следовательно, тип наследования доминантный. В браках, где оба родителя здоровы, дети с аномалией не рождаются. Это подтверждает доминантный тип наследования. Ахондроплазия наблюдается у мужчин и женщин, следовательно, тип наследования аутосомный. Для определения генотипов членов семьи обозначим ген ахондроплазии – А, а ген нормального строения пальцев – а. В I поколении здоровых и больных потомков примерно поровну (1:1), что соответствует результатам менделевского анализирующего скрещивания. Следовательно, в исходном браке прабабушка будет гомозиготной (аа), прадедушка гетерозиготный (Аа). Такие же числовые соотношения находим во втором поколении. Значит, все особи с ахондроплазией имеют генотип Аа, а все здоровые – аа. Это остается в силе и для следующих поколений. ВЫВОД: Ахондроплазия наследуется по аутосомно-доминантному типу. Все члены семьи с заболеванием гетерозиготны (Аа), а все здоровые гомозиготны (аа). I II III IV 21 поколения Приложение 1 Некоторые общие методические приемы, которые помогут при решении задач: 1.Оформление задач по генетике При оформлении задач необходимо уметь пользоваться символами, принятыми в традиционной генетике и приведенными ниже: ♀ женский организм ♂ мужской организм × знак скрещивания P родительские организмы F1, F2 дочерние организмы первого и второго поколения А, В, С... гены, кодирующие доминантные признаки а, b, с... аллельные им гены, кодирующие рецессивные признаки АА, ВВ, СС... генотипы особей, моногомозиготных по доминантному признаку Аа, Вb, Сс... генотипы моногетерозиготных особей аа, bb, сс... генотипы рецессивных особей АаВb, AaBbCc генотипы ди- и тригетерозигот А B, CD a b cd генотипы дигетерозигот в хромосомной форме при независимом и сцепленном наследовании А, а, АВ , cd гаметы Подавляющее большинство ошибок, допускаемых студентами, связано с невыполнением простых правил, которые они должны усвоить из курса генетики. К этим правилам относятся следующие: 1.Каждая гамета получает гаплоидный набор хромосом (генов). Все хромосомы (гены) имеются в гаметах. 2.В каждую гамету попадает только одна гомологичная хромосома из каждой пары (только один ген из каждой аллели). 3.Число возможных вариантов гамет равно 2n, где n – число хромосом, содержащих гены в гетерозиготном состоянии. 4.Одну гомологичную хромосому (один аллельный ген) из каждой пары ребенок получает от отца, а другую (другой аллельный ген) – от матери. 5.Гетерозиготные организмы при полном доминировании всегда проявляют доминантный признак. Организмы с рецессивным признаком всегда гомозиготны. 6.Решение задачи на дигибридное скрещивание при независимом наследовании обычно сводится к последовательному решению двух задач на моногибридное (это следует из закона независимого наследования). Кроме того, для успешного решения задач по генетике следует уметь выполнять некоторые несложные операции и использовать методические приемы, которые приводятся ниже. Прежде всего, необходимо внимательно изучить условие задачи. Даже те учащиеся, которые хорошо знают закономерности наследования и успешно решают генетические задачи, часто допускают грубые ошибки, причинами которых является невнимательное или неправильное прочтение условия. Следующим этапом является определение типа задачи. Для этого необходимо выяснить, сколько пар признаков рассматривается в задаче, сколько пар генов кодирует эти признаки, а также число классов фенотипов, присутствующих в потомстве от скрещивания гетерозигот или при анализирующем скрещивании, и количественное соотношение этих классов. Кроме того, необходимо учитывать, связано ли наследование признака с половыми хромосомами, а также сцепленно или независимо наследуется пара признаков. Относительно последнего могут быть прямые указания в условии. Также, свидетельством о сцепленном наследовании может являться соотношение классов с разными фенотипами в потомстве. Для облегчения решения можно записать схему брака (скрещивания) на черновике, отмечая фенотипы и генотипы особей, известных по условию задачи, а затем начать выполнение операций по выяснению неизвестных генотипов. Для удобства неизвестные гены на черновике можно обозначать значками *, _ или ?. Выяснение генотипов особей, неизвестных по условию, является основной методической операцией, необходимой для решения генетических задач. При этом решение всегда надо начинать с особей, несущих рецессивный признак, поскольку они гомозиготны и их генотип по этому признаку однозначен – аа. Выяснение генотипа организма, несущего доминантный признак, является более сложной проблемой, потому что он может быть гомозиготным (АА) или гетерозиготным (Аа). 2.Пример оформления генетической задачи 22 Задача. Существуют два вида наследственной слепоты, каждый из которых определяется своим рецессивным геном (а или Ь). Оба аллеля находятся в различных парах хромосом и не взаимодействуют друг с другом. Определите генотипы родителей, страдающих различными видами слепоты (дигомозиготных), возможные генотипы и фенотипы потомства, вероятность рождения слепых детей от такого брака. Составьте схему решения задачи. Объясните полученные результаты. 1. Условие задачи: Признак, фенотип Нормальное зрение Слепота Нормальное зрение Слепота Ген, генотип А А В В ♀-? ♂-? ? ? Р: страдают различными видами слепоты F1: ? Вероятность рождения слепых детей 1. Решение задачи: Пример записи решения задачи в буквенной форме в хромосомной форме: Р: ♀слепая Х ♂слепой Р: ♀слепая Х ♂слепой АА вв ааВВ Ав аВ GАв аВ Ав АВ F1: 100% АаВв GАв аВ F1: 100% АаВв Нормальное зрение Нормальное зрение 2. Объяснение решения задачи: так как родители по условию задачи страдают слепотой, обусловленной различными видами рецессивных генов, которые не взаимодействуют между собой, их генотипы можно представить таким образом: ♀ (мать) — AAbb, ♀ (отец) — ааВВ. От такого брака могут родиться только дети с нормальным зрением (генотип детей — АаВЬ). Рождение слепых детей в таком браке невозможно. 4.Ответ: 1)генотипы родителей, страдающих разными видами слепоты: (мать) — AAbb (гаметы АЬ), ♀ (отец) — ааВВ — ааВВ (гаметы аВ); 2)фенотипы и генотипы потомков — все имеют нормальное зрение, АаВЬ; 3)вероятность рождения в этой семье слепых детей — 0%, так как рецессивные гены двух видов слепоты перешли в гетерозиготное состояние и не проявляются в фенотипе детей. 23 Приложение 2 СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ . 1. Задачи на наследование признаков: А) при моногибридном скрещивании: 1. У человека карий цвет глаз доминирует над голубым. Гомозиготный кареглазый мужчина женился на гетерозиготной кареглазой женщине. Будут ли у них голубоглазые дети? Гомозиготный кареглазый мужчина женился на голубоглазой женщине. Какой цвет глаз унаследуют их дети? Гетерозиготный кареглазый мужчина женился на гетерозиготной кареглазой женщине. Определить вероятность рождения ребенка с голубыми глазами. 2. Ген курчавости – доминантный. У курчавой матери и гладковолосого отца два ребенка: курчавый и гладковолосый. Определить генотипы родителей и их детей. 3. У курчавого отца (его мать имела курчавые, а отец гладкие волосы) и гладковолосой матери первый ребенок с курчавыми волосами. Какие волосы могут быть у следующих детей? 4. У здоровых супругов двое детей больны фенилкетонурией (заболевание, наследуемое по рецессивному типу), трое детей здоровы. Какова вероятность, что здоровым будет и шестой ребенок, которому предстоит родиться? 5. Аутосомно-доминантный ген, вызывающий в гомозиготном состоянии резкую деформацию конечностей, обуславливает у гетерозигот укорочение пальцев (орахидактилию). Укажите вероятность (в %) наличия той патологии у детей, если брахидактилией страдают оба родителя. 6. Ген альбинизма является рецессивным по отношению к гену, обусловливающему нормальную пигментацию. Укажите (в %) вероятность рождения альбиноса в семье, где оба родителя альбиносы. 7. Женщина-альбинос вышла замуж за здорового мужчину и родила альбиноса. Какова вероятность (в %), что второй ребенок тоже окажется альбинос? 8. Редкий в популяции ген а вызывает у человека наследственную анофтальмию (безглазие), аллельный ген А обуславливает нормальное развитие глаз, у гетерозигот глазные яблоки уменьшены. супруги гетерозиготны по гену А. Определить расщепление по фенотипу и генотипу в потомстве. мужчина, геторозиготный по гену А, женился на женщине с нормальными глазами. Какое расщепление по фенотипу ожидается в потомстве? 9. Ретинобластома (опухоль сетчатки глаз) обусловлена доминантным геном, пенетрантность которого составляет 70%. В медико-генетическую консультацию обратилась Анни Браун с просьбой определить вероятность данного заболевания у ее младшего сына. Анни и ее супруг здоровы, но у их старшего сына Ганса возникла ретинобластома. Кроме того, отец Питера в юности был прооперирован по поводу ретинобластомы. У матери Питера и родителей Анни, а также у ее сибсов, этого заболевания не было. Ответьте на вопрос, интересующий пробанда. 10. У человека умение владеть преимущественно правой рукой доминирует над умением владеть преимущественно левой рукой. Мужчина правша, мать которого была левшой, женился на женщине правше, имевшей трех братьев и сестер, двое из которых – левши. Определите возможные генотипы женщины и вероятность того, что дети, родившиеся от этого брака, будут левшами. 11.Миоплегия передается по наследству как доминантный признак. Определите вероятность рождения детей с аномалиями в семье, где отец гетерозиготен, а мать не страдает миоплегией. 12.Фенилкетонурия наследуется как рецессивный признак. Какими могут быть дети в семье, где родители гетерозиготны по этому признаку? в) при дигибридном скрещивании: 14. У человека карий цвет глаз доминирует над голубым, а способность лучше владеть правой рукой - над леворукостью, причем гены обоих признаков находятся в разным парах хромосом. Кареглазый правша женится на голубоглазой левше. Какие признаки можно ожидать, у их потомства, если мужчина гомозиготен по обоим признакам? 15. Голубоглазый правша жениться на кареглазой правше. У них родилось двое детей кареглазый левша и голубоглазая правша. От второго брака у этого же мужчины с другой кареглазой правшой родились 9 кареглазых детей. Все они были правши. Каковы генотипы каждого из родителей? 16. Кареглазый правша женился на голубоглазой правше. Их первый ребенок левша и имеет голубые глаза. Какие признаки будут у дальнейших потомков этой пары? 17. Рыжеволосый (доминантный признак) и без веснушек мужчина и русоволосая женщина с веснушками (доминантный признак) имеют 5 детей. Определите вероятность рождения у таких родителей детей с рыжими волосами и с веснушками и не рыжими без веснушек. 18. Ген A определяет шестипалость (полидактилия), ген a –-нормальную кисть. Ген B определяет наличие веснушек, а b– их отсутствие. Гетерозиготная женщина с нормальной кистью, имеющая веснушки вступила в брак с шестипалым гетерозиготным мужчиной, у которого нет веснушек. Какова вероятность рождения у них ребенка с нормальной кистью и без веснушек? 19. Гены, определяющие кактаракту и рыжие волосы, находятся в разных парах хромосом. Рыжеволосая с нормальным зрением женщина вышла замуж за светловолосого мужчину с катарактой. С какими фенотипами у них могут родиться дети, если мать мужчины имеет такой же фенотип, как и жена? 3) Задачи на наследование признаков при взаимодействии аллельных генов. А) при не- и полном доминировании: 20. У львиного зева растения с кремовыми цветками при скрещивании дают потомство с кремовыми цветками, а растения с красными цветками – потомство с красными цветками. В результате скрещивания их между собой появляются растения 24 с розовыми цветками. Какие потомки будут от скрещивания двух растений с розовыми цветками? А от скрещивания растений с розовыми и кремовыми цветками? 21. Кохинуровые норки появляются при скрещивании белых норок с темными норками. Скрещивание белых норок дает белое потомство, темных – темное. Какое потомство будет при скрещивании кохинуровых норок? А при скрещивании кохинуровых с белыми? 22. Обнаружено, что в потомстве платиновых лисиц наблюдается расщепление в соотношении 2/3 платиновые и 1/3 черно-бурые лисицы. При скрещивании платиновых лисиц с черно-бурыми всегда наблюдается расщепление 1:1. Объясните полученные результаты. 23. У мексиканского дога ген, вызывающий отсутствие шерсти, в гомозиготном состоянии ведет к гибели потомства. При скрещивании двух нормальных догов часть потомства погибала. При скрещивании того же дога с другой самкой гибели потомства не было. Но при скрещивании потомков от этих скрещиваний опять наблюдается гибель щенков. Определите генотип всех скрещиваемых догов. В) о наследовании групп крови: 24. Женщина с I группой крови вышла замуж за мужчину, гетерозиготного по III группе крови. Какие группы крови могут иметь их дети? 25. Мать гомозиготная по II группе крови, отец - по III. Какую группу крови унаследуют их дети? 26. Гетерозиготная женщина со II группой крови вышла замуж за мужчину с I группой. Какие группы крови возможны у их детей и какие исключаются? 27. Родители гетерозиготны по III группе крови. Определить вероятность рождения ребенка с той же группой крови. 28. В родильном доме перепутали двух мальчиков. Родители одного из них имеют I и II группы крови, родители другого II и IV. Исследование показало, что дети имеют I и II группы крови. Определите родителей детей. 29. У матери и ребенка II группа крови, у мужа - I, у подозреваемого в отцовстве - IV. Можно ли установить истинное отцовство? Поможет ли в этом тот факт, что у матери I группа крови? 30. У матери II группа крови, у ребенка – III. Группа крови отца неизвестна. Чью кровь (отца или матери) можно перелить ребенку? Можно ли перелить кровь отца, не определяя ее группу? 31. У мальчика группа крови IV, резус положительный, а у его брата – I, резус отрицательный. Каковы группы крови у родителей? 32. Богатый канадский коммерсант Жан Мазепе, скончавшийся в весьма преклонном возрасте, завещал весь свой капитал своей второй жене Марии и двум малолетним сыновьям от этого брака – Пьеру и Шарлю. Дети Мазепы от первого брака - Анна и Лизи - обратились в суд, требуя признать завещание незаконным и лишить Марию и ее детей права на наследство. В заявлении, которое представил суду адвокат Анны и Лизи, было сказано, что Пьер и Шарль - не сыновья Мазепы. Основания для обвинения Марии в супружеской неверности и отказа ей и ее детям в праве на наследство послужили данные о несоответствии групп крови у Мазепы и мальчиков, которых он считал своими сыновьями. Мария и первая супруга Мазепы имеют первую группу крови, такая же группа определена у Анны и Лизи. Сам Мазепа имел IV группу крови. Группа крови у Пьера - III, у Шарля - II. Что постановил суд? В) о наследовании резус- фактора: У человека наличие в эритроцитах антигена резус-фактор (фенотип Rh+) обусловлено доминантным геном - Д. Его аллель d обуславливает отсутствие этого антигена (фенотип Rh-). Ген I группы крови (IО) рецессивен в отношении генов II группы (IА) и третьей ( IВ). Два последних аллеля кодоминантны, и их сочетание (I АIВ) обуславливает IV группу крови. 33) Генотип мужа ddIAIO, жены DdIBIB. Какова вероятность рождения резус-положительного ребенка IV группы? 34) Резус-положительная женщина II группы, отец которой имел резус-отрицательную кровь I группы, вышла замуж за резус-отрицательного мужчину I группы. Какова вероятность того, что ребенок унаследовал оба признака отца? 35) Мужчина, имеющий резус-отрицательную кровь IV группы, женился на женщине, имеющей резус-положительную кровь III группы. Отец жены имел резус-отрицательную кровь I группы. В семье имеются два ребенка: первый имеет резус-отрицательную кровь III группы, второй резус-положительную кровь I группы. Судебно-медицинская экспертиза установила, что один из этих детей внебрачный. По какой из двух пар аллелей исключается отцовство? 36) В брак вступают женщина с отрицательным резус-фактором и I группой крови и мужчина с положительным резусфактором и IV группой крови. Определите вероятность иммунного конфликта у детей и возможную группу крови при этом, если известно, что у матери мужа кровь была резус-отрицательная. 4. Задачи на наследование признаков при взаимодействии неаллельных генов: А) при комплементарном наследовании: 1. При скрещивании кур и петухов, имеющих ореховидные гребни, получили 279 цыплят с ореховидными гребнями, 122 – с гороховидными, 109 – с розовидными и 35 – с простыми. Как это можно объяснить? Каковы генотипы родителей и потомков? 2. У волнистых попугайчиков окраску оперенья контролируют две пары неаллельных генов. При наличии в генотипе доминантного аллеля второго гена (В) развивается синяя окраска, их рецессивные аллели вызывают развитие белой окраски. Содержание в одном генотипе двух доминантных неаллельных генов (А и В) обуславливает зеленую окраску оперенья. Какова вероятность появления белых птиц в потомстве от скрещивания попугайчиков с желтым и синим опереньем? В каком гибридном поколении они могут проявится, если исходные родительские особи были гомозиготными по двум парам неаллельных генов? 3. При скрещивании растения душистого горошка с белыми цветками с растением, имеющих пурпурные цветки 5/8 – белые. Определите генотипы родителей и F1, если пурпурная окраска цветков у горошка формируется при комплементарном взаимодействии двух неаллельных доминантных генов. В) при полимерном наследовании: 4. Сын белой женщины и негра женится на белой женщине. Может ли ребенок от этого брака быть темнее своего отца? 5.Какой фенотип потомства будет: А) от брака негра и светлой мулатки; 25 В) от брака белого и темной мулатки? 6. Какое потомство получится от брака: - двух средних гетерозиготных мулатов; - двух средних гомозиготных мулатов? 7. Два средних мулата имеют двух детей-близнецов: черного и белого ребенка. Можно ли установить генотипы родителей? 8. От брака среднего мулата и светлой мулатки родилось много детей, среди которых, оказалось по 3/8 средних и светлых мулатов и по 1/8 – темных мулатов и белых. Каковы возможные генотипы родителей? 9. Может ли у одной пары родителей родиться двое детей-близнецов, один из которых белый, а другой – негр? 10. У пшеницы окрашенность зерна контролируется двумя парами неаллельных генов. При скрещивании двух гомозиготных растений пшеницы с темно – красной и белой окраской зерна в F1 все растения имели светло – красными, красными, свело – красными, бледно – красными и белыми зерновками. Каково численное соотношение гибридов F2? Определите генотипы родительских растений, гибридов F1 и F2, объясните характер наследования признака. 11. объясните результаты и определите генотипы родителей в следующих скрещиваниях, поставленных на пастушьей сумке (наследуется форма плода): 12. Р: жен. треугольная * муж. Овальная F1: ¾ треугольная ¼ овальных 13. жен. треугольная * муж. треугольная F1: 15 треугольных : 1 овальная. В) при эпистатичного наследовании: 14.У лука за красную окраску чешуи отвечает ген В, за белую – в. Ген I подавляет действие гена В и , встречаясь в генотипе, совместно с В формирует белую окраску чешуи. Как пройдет расщепление в F2, если скрещиваются: жен. IIBB * муж. iibb? 15. При скрещивании тыкв с белыми плодами в F1 ,было получено следующее потомство: 67 растений с белыми, 19 – с желтыми и 6 – с зелеными плодами. Как это можно объяснить? Каковы генотипы родителей и гибридов F1? 16.При скрещивании растений одного из сортов тыквы с белыми и желтыми плодами все потомство F1 имело белые плоды. При скрещивании этого потомства между собой в их потомстве F 2 было получено: 204 растения с белыми плодами, 53 растения с желтыми плодами, 17 растений с зелеными плодами. Определить возможные генотипы родителей и потомства. 17. При скрещивании двух линий шелковичного червя с коричневой окраской тела в F1 получили 9/16 коричневых и 7/16 белых червей. Объясните результаты расщепления и определите генотипы родителей и гибридов, если за развитие данного признака отвечают две пары неаллельных генов. Одна из которых не имеет своего фенотипического проявления. 5. Задачи на сцепленное наследование генов: 1. Катаракта и полидактилия обусловлены доминантными аутосомными тесно сцепленными генами. Женщина унаследовала катаракту от своей матери, а полидактилию – от отца. Ее муж здоров в отношении обоих признаков. Чего скорее можно ожидать у их детей. Одновременного проявления катаракты и полидактилии, отсутствие этих аномалий или наличие только одной из них? 2. Катаракта и полидактилия обусловлены доминантными аутосомными тесно сцепленными генами. Какое потомство можно ожидать в семье, где муж здоров, а жена гетерозиготна по обоим признакам, если известно, что мать жены также страдала обеими аномалиями, а отец здоров? 3. Катаракта и полидактилия обусловлены доминантными аутосомными тесно сцепленными генами. Какое потомство можно ожидать от брака гетерозиготных по обоим признакам супругов, если известно, что их матери страдали только катарактой, а отец – полидактилией? 4. У человека резус-фактор сцеплен с локусом, определяющим форму эритроцитов, и находится от него на расстоянии 3 морганид. Резус-положительность и эллиптоцитоз (эритроциты эллиптической формы) определяются доминантными аутосомными генами. Один из супругов гетерозиготен по обоим признакам. Второй супруг – резус-отрицателен и имеет нормальные эритроциты. Определить процентные соотношения вероятных генотипов и фенотипов детей в этой семье. 6. Задачи на составление генетических карт хромосом. 1. Пользуясь следующими данными: СА – 15%, NА – 2%, определить положение гена А. 2. Определить последовательность расположения генов в одной из хромосом дрозофилы, если известно, что частота рекомбинаций между генами составляет в морганидах: Желтое тело y – белые глаза w – 1.5 Щетинистое тело E – желтое тело y – 5.5 Белые глаза w – щетинистое тело E – 4.0 Рубиновые глаза V – сцепление жилок крыльев C – 19.3 Рубиновые глаза V – миниатюрные крылья M – 3.1 Сцепление жилок C – миниатюрные крылья M – 22.4 Щетинистое тело E – миниатюрные крылья M – 30.6 Сцепление жилок C – щетинистое тело E – 8.2 6. Задачи на наследование, сцепленное с полом. 1. Ген дальтонизма – рецессивный. У родителей, имеющих нормальное зрение, две дочери с нормальным зрением, а сын – дальтоник. Каковы генотипы родителей? 26 2. Гемофилия – наследственное рецессивное заболевание, сцепленное с Х-хромосомой. Мужчина – гемофилик женился на здоровой женщине, отец которой болел гемофилией. Каковы генотипы мужа и жены? Какой фенотип будет у их детей? 3. У женщины сын – гемофилик. Какова вероятность, что у ее сестры сын также будет гемофилик? В каком случае вероятность выше: если ген гемофилии получен женщиной от отца или от матери? 4. Отец и сын дальтоники. Правильно ли будет сказать, что сын унаследовал болезнь от отца? 5. Отсутствие потовых желез у человека передается по наследству как рецессивный признак, сцепленный с X – хромосомой. Здоровый юноша женился на девушке, отец которой лишен потовых желез, а мать и ее предки здоровы. Какова вероятность, что дети от этого брака будут страдать отсутствием потовых желез? 6. У нормальных в отношении зрения мужчины и женщины есть: сын, страдающий дальтонизмом, но имеющий нормальную дочь, нормальная дочь с нормальным сыном и с сыном-дальтоником, нормальная дочь с пятью нормальными сыновьями. Каковы вероятные генотипы родителей, их детей и внуков? 7. У человека альбинизм обусловлен аутосомным рецессивным геном. Отсутствие потовых желез проявляется как сцепленный с полом рецессивный признак. У одной супружеской пары, нормальной по этим признакам, родился сын с обеими указанными аномалиями. Указать генотипы отца и матери. 8. Альбинизм и отсутствие потовых желез – рецессивные признаки, но первый зависит от аутосомного гена а, а второй – от гена б, находящегося в Х-хромосоме. Аравийский шейх Махмуд, владелец нефтяных месторождений, был альбиносом и не имел потовых желез. Его сын Джалиль и дочь Лейла имеют нормальный фенотип. После смерти Махмуда управление фирмы на себя взял его младший брат Анис (тоже альбинос без потовых желез), но наследником фирмы он не является. Согласно завещанию, оставленному Махмудом, все имущество должен получить тот из его детей, у которого родится девочка-альбинос без потовых желез. По совету своей матери Лейла вышла замуж за своего дядю Аниса, а Джалиль женился на его фенотипически нормальной дочери Сауд. Каковы их шансы получить нефтяные вышки? 9. Ген контролирующий окраску глаз у дрозофилы (Ww), локализован в Х- хромосоме, причем красная окраска глаз доминирует. Как наследуется окраска глаз в потомстве от скрещивания красноглазой гетерозиготной самки с белоглазым самцом? Какова вероятность проявления белоглазой самки в F1? 10.Девушка, имеющая нормальное зрение, отец которой был дальтоником, выходит замуж за мужчину с нормальным зрением, отец которого тоже был дальтоником. Какое зрение может быть у потомства от этого брака, если дальтонизм – это рецессивный признак. Сцепленный с полом? 7. Задачи на составление родословных: 1 . Пробанд – женщина правша. Ее две сестры – правши, два брата – левши. Мать правша. У нее два брата и сестра все правши. Бабка и дед – правши. Отец пробанда – левша, его сестра и брат – левши, другие два брата и сестра – правши. Составьте родословную. 2. Нормальные в отношении зрения мужчина и женщина имеют сына, страдающего дальтонизмом и двух дочерей с нормальным зрением. У внука от сына зрение нормальное, внук от одной из дочерей страдает дальтонизмом, а внучка здорова. У другой дочери пять сыновей, имеющих нормальное зрение. На основании приведенных данных составьте родословную семьи. 3. Пробанд имеет с материнской стороны бабушку с нормальным зрением и дедушку дальтоника. Мать пробанда – дальтоник, отец имеет нормальное зрение. Какие генотипы бабушки, дедушки, матери и отца пробанда. Каким зрением обладает он сам? Его сестра? Какое зрение будет у его детей, если он женится на женщине, имеющей генотип подобный генотипу его сестры? 4. Пробанд страдает гемофилией. У его матери и отца нормальная свертываемость крови. У дедушки со стороны матери гемофилия, а бабушка здорова. Дети пробанда: две дочери и один сын с нормальной свертываемость крови, другой сын страдает гемофилией. В семье отца больных гемофилией нет. Составьте родословную семьи и используйте ее для проведения генеалогического анализа. 5. Составьте родословную Вашей семьи, проследив наследование любого произвольно выбранного признака (цвет глаз, цвет волос, свободная мочка уха, вьющиеся и прямые волосы и т.д.). 27 Приложение 3. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ, АНОМАЛИЙ И ПОЯСНЕНИЕ МЕДИЦИНСКИХ ТЕРМИНОВ, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ В ЗАДАЧНИКЕ Агаммаглобулинемия – отсутствие или резкое снижение содержания белковой фракции гамма-глобулинов в плазме крови. Имеет несколько форм. При одной из них болезни Брутона – резко понижается устойчивость к бактериальным инфекционным заболеваниям (пневмонии, отитам, сепсису). Дефицит гамма-глобулинов наследуется как рецессивный, аутосомный или рецессивный, сцепленный с полом признак. Акаталазия (акаталаземия) обусловлена отсутствием каталазы в крови и тканях. У половины носителей генов в юношеском возрасте развиваются язвы па деснах, у других акаталаземия проходит бессимптомно. Наследование болезни трактуется как аутосомно-рецессивное. Альбинизм общий обусловлен инактивацией тирозиназы, вследствие чего меланоциты не способны образовывать меланин. В этих случаях кожа имеет молочно-белый цвет, волосы очень светлые, вследствие отсутствия пигмента в сетчатке просвечивают кровеносные сосуды, глаза имеют красновато-розовый цвет, повышенная чувствительность к свету. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Иногда альбинизм является составной частью сложных синдромов, например галактоземии. Альбинизм глазной (альбинизм глазного дна) включает ряд морфологических изменений глаза и нарушений его функции: снижения зрения, расстройства цветового зрения и др. При этом пигментация радужной оболочки, а также кожи и волос не изменена. Наследуется как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой. Алькаптонурия сопровождается выделением с мочой гомогентизиновой кислоты, подщелоченная моча при этой аномалии быстро темнеет. Проявляется окрашиванием хрящевых тканей, в пожилом возрасте развивается артрит. Аутосомно-рецессивный тип наследования. Амавротичсская семейная идиотия имеет несколько форм. Детская форма Тея – Сакса обнаруживается на первом году жизни и заканчивается летальным исходом в возрасте 4 – 5 лет вследствие изменений в нервных клетках, главным образом коры больших полушарий и мозжечка. Рецессивно-аутосомное наследование. Ангидрозная эктодермальная дисплазия характеризуется комплексом признаков: отсутствием потоотделения и части зубов, скудным оволосением, нарушением терморегуляции. Наследуется как рецессивный, сцепленный с полом признак. Ангиокератома – заболевание кожи, характеризующееся появлением преимущественно на тыле пальцев кистей и стоп тёмнокрасных узелков с гиперкератозом на поверхности. Заболевание связано с нарушением обмена фосфата и липидов. Сопровождается почечной недостаточностью, помутнением роговицы глаз, повышением артериального давления. Наследуется как рецессивный, сцепленный с полом признак. Ангиоматоз сетчатой оболочки - часть системного заболевания глаз и головного мозга. Выражается в резком расширении и. новообразованиях сосудов сетчатки и в дегенерации нервных элементов. Наследуется по аутосомнодоминантному типу с пенетрантностыо 50%. Анемия. Существует ряд форм анемий, обусловленных различными нарушениями в ферментативных системах крови. В настоящее пособие включены задачи по четырем формам, наследственная обусловленность которых выяснена достаточно полно. Анемия микроцитариая, или анемия Кули, или талассемия обусловлена расстройством синтеза нормального и взрослого гемоглобина. Кроме нарушения морфологии эритроцитов (мишеневидная форма) наблюдается в различной степени выраженная желтуха, изменения в скелете и др. Гомозиготы в 90 – 95% случаев гибнут в раннем возрасте, у гетерозигот талассемия проходит субклинически. Наследование аутосомное с неполным доминированием. Анемия серповидиоклеточная обусловлена мутацией гена нормального гемоглобина на S-гемоглобин. Аномальная молекула гемоглобина при низких напряжениях кислорода в клетке переходит в состояние геля, эритроциты принимают форму серпа или полумеся ца. Выражена гипоксия, нарушен внутриклеточный метаболизм. Гомозиготы редко доживают до половой зрелости, у гетерозигот клиническая картина выражена неясно. Наследуется аутосомно с неполным доминированием. Носители гена талассемии и серповидноклеточной анемии устойчивы к малярии. Анемия примахииовая, или фавизм, связана с дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Р. Григлевский (1970) указывает, что этот дефект не имеет существенного значения для функционирования эритроцита в нормальных физиологических условиях. После приема фенацетина, сульфамидных и некоторых других препаратов происходит гемолиз эритроцитов, вследствие чего развивается гемолитическая анемия. Наследуется как доминантный, сцепленный с Х-хромосомой признак. Метгемоглобинемия наследственная обусловлена нарушением восстановления метгемоглобина в гемоглобин. В свою очередь, она имеет две формы. Одна связана с мутацией нормального гемоглобина в гемоглобины Бостон, Чикаго и некоторые другие. Наследуется по аутосомно-доминантному типу и характеризуется тяжелыми патологическими состояниями организма. Другая форма связана с дефицитом фермента диафоразы в эритроцитах, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, в большинстве случаев не дает ярко выраженной клинической картины. Аниридия характеризуется отсутствием радужной оболочки. Обычно двустороннее заболевание. Сопровождается помутнением роговицы и хрусталика, понижением зрения, иногда катарактой, светобоязнью и др. Наследуется по аутосомно-доминантному типу. Арахнодактилия, или синдром Марфана, характеризуется сочетанием различных скелетных, глазных и висцеральных аномалий: длинные и тонкие конечности с очень длинными и тонкими пальцами, вывих хрусталика, аневризм аорты, выделение с мочой отдельных аминокислот, астеническая конституция. Аутосомно-доминантное наследование с пенетрантностыо 30 %. Афибриногенемия – полное отсутствие в плазме одного из ее белков – фибриногена. Характеризуется кровоточивостью желудочно-кишечного тракта, мочеполовых путей и пр. Клинические проявления сводятся к развитию 28 кровотечений, главным образом после травмы, операций. Тяжелые кровотечения часто заканчиваются смертью. Наследование аутосомно-рецессивное. Ахондроплазня, или хондродистрофия плода начинает развиваться в раннем эмбриональном периоде. Характеризуется непропорционально короткими конечностями при нормально развитом туловище, карликовым ростом, нос часто седловидной формы. Подавляющая часть детей гибнет внутриутробно, родившиеся жизнеспособны. Наследуется как доминантный аутосомный признак. Близорукость имеет много проявлений и наследуется различно. Довольно широко распространена рабочая, пли школьная, близорукость, развивающаяся в юношеском возрасте и не прогрессирующаяся в дальнейшем. А. А. Малиновский (1970) указывает, что две формы этой близорукости наследуются независимо друг от друга как доминантные аутосомные признаки. При наличии генов умеренной и высокой близорукости фенотипически выявляется только высокая. Таким образом, ген высокой близорукости оказывается эпи-статическим по отношению к гену умеренной. Брахидактилия, или короткопалость. Проявляется различно. Часто укорачиваются вес пальцы за счет определенных фаланг. Есть формы брахндактилии, когда укорачиваются фаланги только отдельных пальцев рук и ног или только кости пястья и плюсны. Наследуется по аутосомно-доминантному типу. В большинстве случаев короткопалые ниже ростом, чем их братья и сестры с нормальными кистями конечностей. Ван дер Хеве синдром включает три важнейших признака: повышенную ломкость костей, голубую склеру и глухоту. Наследование аутосомно-доминантное. Однако каждый из трех признаков, определяемых этим геном, имеет свою пенетрантность. Поэтому совпадение всех трех аномалий колеблется от 7 до 44%. Данные по пенетрантности каждого признака также "Колеблются. Меньше всего пенетрирует глухота – от 26 до 60 %; хрупкость костей – от 29 до 63%; голубая склера – около 100%.. Вильсона болезнь, или гепато-церебральная дистрофия, связана с нарушением синтеза белка церулоплазмина, транспортирующего медь, которая в избытке откладывается в печени, мозге, почках, роговице и ряде других органов. Развивается цирроз печени, происходят дегенеративные изменения ткани мозга, нарушается перенос глюкозы, аминокислот, мочевой кислоты и фосфата в почечных канальцах. Наследуется как аутосомно-рецессивный признак. Заболевание, как правило, начинается в возрасте 10 – 15 лет. Вывих бедра врожденный наследуется как аутосомный доминантный признак. Экспрессивность изменчива, средняя пенетрантность составляет 25%. У девочек вывих бедра встречается в 6 раз чаще, чем у мальчиков. Галактоземия обусловлена неспособностью использовать галактозу вследствие пониженной активности галактоза-1-фосфат-уридилтран-сферазы. Выражается комплексом признаков: желтуха, исхудание, цирроз печени, катаракта, слабоумие и др. Наследуется как аутосомно-рецессивный признак. Гемералопия – ночная, или куриная, слепота. Неспособность видеть при сумеречном или ночном освещении. Обычно является составной частью каких-либо синдромов. Чаще наследуется как рецессивный, сцепленный с Ххромосомой признак. Имеется аутосомно-рецессивный тип наследования. К. Штерн (1965) приводит случай аутосомнодоминантного наследования ночной слепоты. Гемоглобин – основной белок, содержащийся в эритроцитах и выполняющий транспортную функцию. Наиболее широко распространен гемоглобин А — нормальный гемоглобин. Однако известно множество замещений аминокислот как в α-, так и в β-цепи. Г. Харрис (1973) приводит 26 вариантов замещений в α-цепи и 31 вариант – в β-цепи. Замещение хотя бы одной аминокислоты меняет первичную структуру белка, пространственное расположение его частей и соответственно функцию гемоглобина. Полиморфизм гемоглобинов, видимо, имеет приспособительное значение. Так, выяснено, что гемоглобин S не может быть использован малярийным плазмодием, следовательно, носителя S гемоглобина устойчивы к малярии. Вместе с тем гемоглобины с замещенными аминокислотами вызывают аномалии и заболевания различной тяжести, вплоть до летальных исходов: гомозиготы по S-гемоглобину, гомозиготы по Fгемоглобину (см. Анемия серповидноклеточная и талассемия). Гемофилия – не свертываемость крови. Она связана с отсутствием различных факторов свертывания крови, участвующих в образовании плазматического тромбопластина. В задачи включена лишь классическая гемофилия, обусловленная резким снижением антигемофильного глобулина. Наследуется как рецессивный, сцепленный с полом, признак. Есть виды гемофилии, которые наследуются по аутосомно-доминантному и аутосомно-рецессивному типам. В настоящее время различают четыре вида гемофилии. Гипертрихоз выражается в вырастании волос на крае ушной раковины. Наследуется как сцепленный с Yхромосомой признак. Гиперхолестеринемия связана с дефектом обмена холестерина. Биохимический анализ крови показывает повышенное содержание холестерина, витамина D и каротина. У гомозигот на коже в области локтевых, коленных и межфаланговых суставов развиваются узелковые ксантомы – доброкачественная опухоль. В связи с поражением сердечно-сосудистой системы рано развивается стенокардия и инфаркт миокарда. Наследуется через аутосомы как доминантный признак (в гомозиготном состоянии проявление заболевания резко усиливается) Гипоплазия эмали выражается в резком истончении эмали, сопровождается изменением цвета зубов. Наследуется как доминантный, сцепленный с полом признак. Гипофосфатемия – заболевание костной системы, напоминает рахит. Обусловлена пониженной активностью щелочной фосфатазы печени. С мочой выделяется фосфоэтаноламин, содержание кальция в крови иногда повышается. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Глаукома связана с нарушением оттока внутриглазной жидкости через угол передней камеры, что ведет к различным патологическим изменениям и, в конечном итоге, к потере зрения. Существует много форм, различных по характеру проявления и типу наследования. Часть наследуется по аутосомно-доминантному типу, часть – по аутосомнорецессивному, имеются формы с неполной пенетрантностью. Встречаются не наследственные формы фенокопии. Глухонемота связана с врожденной глухотой, которая препятствует усвоению речи. Различают глухоту звуковоспринимающего и звукопроводящего типа. Наследственно обусловлено около половины всех заболеваний, другая 29 половина – фенокопии. Наследственные формы чаще передаются рядом неаллельных аутосомных рецессивных генов. Имеются аутосомно-доминантные и рецессивные, сцепленные с Х-хромосомой формы. Группы крови. К настоящему времени известно более ста различных антигенов крови человека, которые объединяются в несколько систем. Наиболее полно изучена система АВ0, представляемая минимум тремя состояниями гена (тремя аллелями) одного локуса. Системы Кель-Келлано, Лютеран, Кидд, Джей, Райт, Люис и ряд других определяются парой аллельных генов. Существуют системы, определяемые несколькими парами генов из разных локусов, например резус-фактор. Распространение тех или иных генов среди различных популяций на земном шаре разнообразно. Некоторые авторы пытались связать антигенный полиморфизм с защитными реакциями организма. Удалось установить корреляцию между группами крови и некоторыми терапевтическими и инфекционными заболеваниями. Дальтонизм (ахроматопия), или частичная цветовая слепота. Различают слепоту на красный цвет – протанопию, зеленый – дейтеранопию и синий цвет – тританопию. Наследуется как рецессивный, сцепленный с полом признак. Есть формы, наследуемые по аутосомно-рецессивному типу. Дегенерация роговицы – изменения в различных участках тканей роговицы, которые ведут к потере зрения. Имеется несколько форм заболевания, отличающихся по характеру морфологических изменений, срокам наступления дегенерации и типу наследования. Большинство форм наследуется по аутосомно-доминантному типу, реже встречаются аутосомно-рецессивные. Ихтиоз врожденный характеризуется резкими изменениями кожных покровов. Простой и эпидерматический ихтиоз наследуются по аутосомно-доминантному типу. Есть формы ихтиоза, передающиеся как аутосомно-рецессивные признаки. Большинство этих форм летальны. Ген одной из форм ихтиоза сцеплен с Х-хромосомой и передается как рецессивный признак. Катаракта – помутнение хрусталика, имеет много форм. Врожденные катаракты наследуются как по аутосомнодоминантному, так и по аутосомно-рецессивному типу. Встречаются фенокопии врожденных катаракт. Поздние катаракты наследуются по аутосомно-доминантному типу. Миопатия – прогрессивная атрофия мускулатуры – имеет несколько форм. Плече-лопаточно-лицевая форма относится к поздним формам и сопровождается характерным поражением лицевой мускулатуры. Наследуется как аутосомно-доминантпый признак. Миопатия Дюшенна чаще наследуется как рецессивный, сцепленный с полом, реже как аутосомпо-рсцсссивный признак Миоплегия - периодически повторяющиеся параличи, связанные с потерей мышечными клетками калия. Существует несколько форм. Начинающаяся в возрасте 20 – 40 лет наследуется по аутосомно-доминантному н аутосомно-рецессивному типу. Другая форма начинается в детском возрасте и наследуется по аутосомно-доминантному типу Мозжечковая атаксия доминантная обусловлена атрофией мозжечка и пирамидных путей спинного мозга. Начинается после 20 лет и характеризуется прогрессирующим снижением интеллекта. Наследуется по аутосомнодоминантному типу. Существует ряд других форм атаксии с различными типами наследования. Нейрофиброматоз – опухоли, связанные с нервными стволами, преимущественно туловища. Характеризуется появлением на коже светло-коричневых пятен Может сопровождаться расстройством чувствительности, иногда болями. При внутримозговой локализации симптомы осложняются. Наследуется как доминантный аутосомный признак Отосклероз обусловлен заболеванием косточек среднего уха Экспрессивность признака (степень потери слуха) зависит от расположения очагов поражения Наследование аутосомно-доминантное с пенетрантностыо 30%. Парагемофилия – одна из форм несвертываемости крови, обусловленная недостатком проакселерина. Характеризуется сильными кровотечениями при мелких травмах, склонностями к кожным и носовым кровотечениям. Наследуется как аутосомно-рецессивный признак. Пельгеровская аномалия сегментирования ядер лейкоцитов обусловлена нарушением созревания сегментоядерных лейкоцитов. У гомозигот сегментация ядер отсутствует, у гетсрозигот сегментация необычная. Наследуется как аутосомно-домипантный признак с неполным доминированием. Пигментный ретинит характеризуется прогрессирующим сужением поля зрения, что приводит к усиливающейся ночной слепоте, а затем к полной потере зрения. Существует ряд наследственных форм, передающихся по аутосомно-доминантному, аутосомно-рецессивному типу и как рецессивный признак, сцепленный с полом. Подагра обусловлена нарушением обмена мочевой кислоты, в результате чего концентрация се в организме повышена. Происходит отложение уратов в различных тканях, проявляется приступами артритов и образованием почечных камней. Клиническая картина выражена не всегда. Передастся как аутосомно-доминантный признак с пенетрантностыо 20 % у мужчин и почти полным не проявлением у женщин. Полидактилия – шестипалость. Степень выраженности признака может сильно варьировать. Шесть пальцев может быть на всех конечностях или только на одной, двух, трех. Иногда бывает по семь пальцев. Наследуется по аутосомно-доминантному типу. Рахит, резистентный к витамину D (фосфат-диабет). Клиническая картина сходна с рахитом. Характерно искривление длинных трубчатых костей, голеностопные и коленные суставы деформированы. При отсутствии лечения дети утрачивают способность ходить. Отмечается необычно низкая концентрация неорганического фосфора в крови. Наследуется по доминантному типу, сцепленному с полом. Резус-фактор – один из множества антигенных свойств крови (см. Группы крови). В простейшем варианте резусположительность доминирует над резус-отрицательностью. Однако ряд исследований показывает, что резус-фактор определяется рядом тесно сцепленных генов, что обусловливает большое разнообразие вариантов резуснесовместимости. В связи с тем, что не все подробности наследования резус-фактора выяснены, задачи ограничены простейшим вариантом. 30 Ретинобластома – злокачественная опухоль глаза, связанная с нервными элементами сетчатки. Начинается, как правило, в возрасте до 3 лет, бессимптомно и постепенно приводит к потере зрения. При несвоевременном лечении может привести к смерти. Наследуется по аутосомно-доминантному типу с пенетрантностыо около 60 %. Поражается один или оба глаза. Двустороннее поражение встречается у 50 % больных. Синдактилия – сращение пальцев. Степень выраженности признака варьирует. Наследуется по аутосомнодоминантному типу. Синдром – комплекс признаков заболевания, связанных единством происхождения. В большинстве случаев это обусловлено плейотропным действием гена. Иногда пенетрантность (степень пробиваемости гена в признак) и экспрессивность (степень выраженности наследственно-обусловленного признака), составляющие синдром симптомов, различны. Например, при синдроме Ван дер Хеве (см. Ван дер Хеве синдром) почти всегда выражен признак голубой склеры, а признаки хрупкости костей и глухоты проявляются примерно в 60 % случаев. Наиболее разнообразные симптомы характеризуют, например, синдром Фанкони (см. Фанкони синдром). Слепота – термин, обозначающий, по существу, результат многих и разнообразных заболеваний глаз (см. Гемералопия, Глаукома, Катаракта, Дальтонизм). В связи с тем, что ряд заболеваний глаз, ведущих к слепоте, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, в некоторых задачах не уточняется характер заболевания. Спленомегалия – собирательный термин, обозначающий преимущественно хроническое увеличение селезенки, обусловленное различными причинами. Этиология и механизм развития ряда заболеваний, сопровождающихся спленомсгалией, окончательно не выяснены. Талассемия, или анемия Кули (см. Анемия). Фанкони синдром. В настоящее время различают семь форм этого синдрома. Описываемая форма – Фанкони (семейный цистинозовый диабет, аминокислотный диабет, цистиноз) наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Связан с нарушением обмена цистина, кристаллы которого откладываются в тканях. Возникают нарушения в деятельности почечных канальцев с их дегенерацией, происходят рахитоподобные изменения в костях и развивается комплекс других симптомов. Смерть наступает от сердечной и почечной недостаточности. Фенилкетонурия связана с отсутствием фермента, превращающего феиилаланин в тирозин. В результате нарушения в крови резко повышено содержание фенилаланина, но уменьшено содержание тирозина. Фенилаланин превращается в фенилпировиноградную кислоту, выделяющуюся с мочой. Развивается слабоумие - следствие поражения центральной нервной системы. Перевод младенца на диету, лишенную фенилаланина, предупреждает развитие заболевания. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Фруктозурия имеет две формы. Одна из форм связана с недостаточностью фермента фруктокиназы печени и сопровождается повышенным выделением фруктозы в моче при отсутствии клинически выраженных симптомов. Аутосомно-рецессивное наследование. Частота аномалии 7:1000 000. Вторая форма вызвана недостаточностью ряда ферментов печени, почек и слизистой оболочки кишечника. В результате в крови и тканях накапливается фруктоза и продукты ее обмена, что ведет к ряду нарушений, в том числе к торможению физического и умственного развития. При ранней диагностике и раннем диетическом лечении возможно предотвращение тяжелых последствий. Наследуется также по аутосомно-рецессивному типу, не сцеплена с предыдущей формой фруктозурии. Цистинурия характеризуется повышенным содержанием в моче цистина и некоторых других аминокислот. Обычно протекает бессимптомно у гетерозигот, у гомозигот образуются цистиновые камни в почках. Наследование аутомосно-рецессивного тина. Черепно-лицевой дизостоз – группа скелетных аномалий (главным образом черепа): черепные швы зарастают рано, большой родничок долго не зарастает и т. п. Наследуется как аутосомно-доминантный признак с пенетрантностыо 50 %. Шизофрения – группа психических заболеваний, различающихся как по характеру проявления и течения, так и по типу наследования. Экспрессивность различна. Некоторые формы наследуются по аутосомно-рецессивному типу, некоторые — по аутосомио-домииантному. Пенетрантность гена различна, видимо как у разных форм шизофрении, так и в зависимости от гомо- или гетерозиготности организма. Эллиптоцитоз характеризуется изменением формы значительной части эритроцитов – они приобретают овальную форму. В ряде случаев отмечена аномалия без патологических изменении или с легкой анемией в первые месяцы жизни. В гомозиготном состоянии, видимо, развивается тяжелая гемолитическая анемия. Наследование аутосомно-доминантное. Эпидермолиз буллезный врожденный наследуется по аутосомно-доминаитному и аутосомно-рсцсссивному типу. Заболевание начинает проявляться в раннем детском возрасте и характеризуется образованием пузырей на голенях, в области коленных и локтевых суставов. Образованию пузырей обычно предшествуют механические травмы. Оба пола болеют одинаково часто. 31 Приложение 4 Занимательные задания по генетике: Кроссворд «Генетические термины» 14 11 9 10 8 7 6 5 4 15 12 3 1 2 1. совокупность внешних и внутренних признаков организма 2. место расположения гена в хромосоме 3. общее свойство всех организмов приобретать новые признаки в пределах вида 4. особь, в генотипе которой находятся одинаковые аллели одного гена 5. наука о наследственности и изменчивости 6. особь, в генотипе которой находятся разные аллели одного гена 7. объекты, с которыми проводил свои опыты Т. Морган 8. гены, обеспечивающие развитие альтернативных признаков 9. совокупность генов, полученная организмом от родителей 10. основоположник генетики 11. общее свойство всех организмов передавать свои признаки потомкам 12. одна особь гибридного поколения 13. признак, подавляющий другие 14. подавляемый признак 15. хромосомы, по которым у самцов и самок нет различий. Занимательные генетические задачи « Сказка про драконов» У исследователя было 4 дракона: огнедышащая и неогнедышащая самки, огнедышащий и неогнедышащий самцы. Для определения способности к огнедышанию у этих драконов им были проведены всевозможные скрещивания: Огнедышащие родители – всё потомство огнедашащее. Неогнедышащие родители – всё потомство неогнедышащее. Огнедышащий самец и неогнедышащая самка – в потомстве примерно поровну огнедышащих и неогнедышащих дракончиков. 4. Неогнедышащий самец и огнедышащая самка – всё потомство неогнедышащее. Считая, что признак определяется аутосомным геном, установите доминантный аллель и запишите генотипы родителей. 1. 2. 3. «Консультант фирмы «Коктейль» Представьте себе, что вы – консультант небольшой фирмы «Коктейль», что в буквальном переводе с английского означает «петушиный хвост». Фирма разводит экзотические породы петухов ради хвостовых перьев, которые охотно закупают владельцы шляпных магазинов во всём мире. Длина перьев определяется геном А (длинные) и а (короткие), цвет: В – чёрные, в – красные, ширина: С – широкие, с – узкие. Гены не сцеплены. На ферме много разных петухов и кур со всеми возможными генотипами, данные о которых занесены в компьютер. В будущем году ожидается повышенный спрос на шляпки с длинными чёрными узкими перьями. Какие скрещивания нужно провести, чтобы получить в потомстве максимальное количество птиц с модными перьями? Скрещивать пары с абсолютно одинаковыми генотипами и фенотипами не стоит. « Контрабандист» В маленьком государстве Лисляндии вот уже несколько столетий разводят лис. Мех идёт на экспорт, а деньги от его продажи составляют основу экономики страны. Особенно ценятся серебристые лисы. Они считаются национальным достоянием, и перевозить через границу строжайше запрещено. Хитроумный контрабандист, хорошо учившийся в школе, хочет обмануть таможню. Он знает азы генетики и предполагает, что серебристая окраска лис определяется двумя рецессивными аллелями гена окраски шерсти. Лисы с хотя бы одним доминантным аллелем – рыжие. Что нужно сделать, чтобы получить серебристых лис на родине контрабандиста, не нарушив законов Лисляндии? «Расстроится ли свадьба принца Уно?» Единственный наследный принц Уно собирается вступить в брак с прекрасной принцессой Беатрис. Родители Уно узнали, что в роду Беатрис были случаи гемофилии. Братьев и сестёр у Беатрис нет. У тёти Беатрис растут два сына – здоровые крепыши. Дядя Беатрис целыми днями пропадает на охоте и чувствует себя прекрасно. Второй же дядя умер ещё мальчиком от потери крови, причиной которой стала глубокая царапина. Дяди, тётя и мама Беатрис – дети одних родителей. С какой вероятностью болезнь может передаться через Беатрис королевскому роду её жениха? 32 Образование гамет при моно-, ди- и полигибридном скрещивании Пример. Сколько типов гамет, и какие именно образуют следующие организмы: а) организм с генотипом ААВВ б) дигибрид АаВв в) гетерозигота по n парам генов г) организм с генотипом АаввССDd? Решение: а) Гены А и В неаллельные, лежат в негомологичных хромосомах и при мейозе распределяются в одну гамету: ААВВ→АВ. Таким образом, организм ААВВ образует один тип гамет АВ. б) Гены А и а аллельные, лежат в гомологичных хромосомах и при мейозе распределяются в разные гаметы. Гены А и В неаллельные, лежат в негомологичных хромосомах и при мейозе распределяются в разные гаметы. Возможны 4 варианта гамет: АаВв АВ ав аВ ав в) Особь гетерозиготная по одной паре аллельных генов (А и а) продуцирует только два типа гамет: А и а (2 1=2), особь гетерозиготная по двум парам аллельных генов (АаВв) продуцирует четыре типа гамет: (2 2=4), общее число типов гамет, продуцируемых особью, равно 2n, где n – число пар аллельных генов, в которых аллели не одинаковы. г) Организм с генотипом АаввССDd – гомозигота по двум (в и С) и гетерозигота по двум (A и D) парам генов. Дигетерозигота образует 22=4 типа гамет. Гомозигота образует один тип гамет и не влияет на ассортимент гамет, которые способен произвести данный организм. Таким образом, организм с генотипом АаввССDd образует 4 типа гамет: Аа вв СС Dd АвСD АвСd авCD авСd 1. Сколько типов гамет и какие образует особь с генотипом ААВвСс? 2. Сколько типов гамет и какие образует особь: а) тригетерозиготная DdКkМм? б) дигомозиготная Аавв? в) дигетерозиготная АаВв? 3. Какие и сколько гамет образует особь, имеющая генотип ССDDUUMm? 4. Рецессивный ген в, обусловливающий черный цвет тела у мухи дрозофилы, локализован во II паре хромосом. В этой же хромосоме находится рецессивный ген y, детерминирующий зачаточные крылья. Сколько и какие типы гамет продуцирует дигетерозиготная по черному цвету тела и зачаточным крыльям самка дрозофилы ВвУу? Литература 1. Асанов, А.Ю. Медицинская генетика / А.Ю. Асанов, Н.П. Бочков, Н.А. Жученко. – М.: ГЭОТАР-мадиа, 2008. – 230 с. 2. Гайнутдинов, И.К. Медицинская генетика / И.К. Гайнутдинов, Э.Д. Рубак. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 315 с. 3. Заяц, Р.Г. Основы общей и медицинской генетики / Р.Г. Заяц, И.В. Рачковская. – Минск: Вышэйшая школа, 2003. – 232 с. 4. Песецкая, Л.Н. Сборник задач с решениями по генетике / Л.Н. Песецкая. – Минск, 2005. – 112 с. 5. Колесников С.И. Биология. Пособие-репетитор. – М.: ИКЦ «МарТ», 2004. 6. Палеев Н.Г. Сборник задач по генетике: Учебное пособие.- Ростов н/Д: СевКавинВЭС, 1993. 7. Реймерс Н.Ф. Основные биологические понятия и термины. -М.: Просвещение, 1988. 33 ОГЛАВЛЕНИЕ Пояснительная записка…………………………………………………………………………. Методические указания для самостоятельной работы студентов по следующим темам программы: Введение в генетику Г.И. Мендель – основоположник науки…………………………………………. Тема 1 Закономерности наследования, установленные Менделем…………………….. Тема 2 Взаимодействие генов. …………………………………………………………….. Тема 3 Хромосомная теория наследственности………………………………………….. Тема 4 Изменчивость и наследственность. Методы изучения наследственности. Генетика человека.……………………………………………………………….. Приложения: Приложение 1 Некоторые общие методические приемы, которые помогут при решении задач …………………………………………………………………………… Приложение 2 Ситуационные задачи для самостоятельного решения………………………………………………………………………… Приложение 3 Краткое описание наследственных болезней, аномалий и пояснение медицинских терминов ..……………………………………………………………….. Приложение 4 Занимательные задания по генетике……………………………………….. Литература………………………………………………………………………………………… 34 2 3 3 7 14 18 22 24 28 32 33
