Раздел 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1.3. Онтогенетический уровень организации жизни

1.3.2. Основы генетики человека

1.3.2.8. Полигенное наследование количественных признаков

Большинство количественных признаков организмов определяется несколькими неаллельнимы генами (полигенных). Взаимодействие таких генов в процессе формирования признака называется полимерной (от греч. poly - много, meros - часть).

В этом случае два или более доминантных аллеля в равной степени влияют на развитие одной и той же признаки. Поэтому полимерные гены принято обозначать одной буквой латинского алфавита с цифровым индексом, например: А₁А₁ а₁а₁, А₂А₂ а₂а₂; А₃А₃ а₃а₃ и т. д. Впервые однозначные факторы были обнаружены шведским генетиком Нильсон-Эле (1908 г.) при изучении наследования цвета пшеницы. Было установлено, что эта признак зависит от двух полимерных генов, поэтому при скрещивании доминантных и рецессивных дигомозигот - окрашенной (А₁А₁А₂А₂) с бесцветной (а₁а₁ а₂а₂) - в F₁ все растения дают окрашенные семена, хотя они заметно светлее, чем родительские экземпляры, которые имеют красное семя. В F₂ при скрещивании особей первого поколения проявляется расщепление по фенотипу в соотношении 15 : 1, потому бесцветным является лишь рецессивные дигомозиготы (а₁а₁ а₂а₂). В пигментированных экземпляров интенсивность цвета очень колеблется в зависимости от количества полученных ими доминантных аллелей: максимальная в доминантных дигомозигот (А₁А₁А₂А₂) и минимальная у носителей одного доминантных аллелей (A₁ a₁ а₂а₂ и а₁а₁ А₂ а₂). Важная особенность полимерии - суммация (аддитивность) действия неаллельных генов на развитие количественных признаков. Если при моногенном наследовании признака возможны три варианта "доз" гена в генотипе: АА, Аа, аа, то при полигенных количество их возрастает до четырех и больше. Суммация "доз" полимерных генов обеспечивает существование непрерывных рядов количественных изменений.

Биологическое значение заключается полимерии еще и в том, что признаки, которые кодируются этими генами, более стабильны, чем те, что кодируются одним геном. Организм без полимерных генов был бы очень неустойчивым: любая мутация или рекомбинация приводила бы к резкой изменчивости, а это в большинстве случаев имеет неблагоприятный характер.

У животных и растений есть много полигенных признаков, среди них и ценные для хозяйства: интенсивность роста, скороспелость, яйценоскость, количество молока, содержание сахаристых веществ и витаминов и т.д.

Пигментация кожи у человека определяется пятью или шестью полимерными генами. У коренных жителей Африки (негроидной расы) преобладают доминантные аллели, у представителей европеоидной расы - рецессивные. Поэтому мулаты имеют промежуточную пигментацию, но при браках мулатов в них возможно появление как более, так и менее интенсивно пигментированных детей (рис. 1.106).

Рис. 1.106/ Негр. Мулат. Европеец.

Много морфологических, физиологических и патологических особенностей человека определяются полимерными генами: рост, масса тела, величина артериального давления и др. Развитие таких признаков у человека подчиняется общим законам полигенного наследования и зависит от условий среды. В этих случаях наблюдается, например, склонность к гипертонической болезни, ожирения и т.д. Данные признаки при благоприятных условиях среды могут не проявиться или проявиться в незначительной степени. Этим полігенно-наследственные признаки отличаются от моногенных. Изменяя условия среды, можно в значительной мере обеспечить профилактику ряда полигенных заболеваний.

Плейотропия (от греч. πλείων - более многочисленный, τροπή - поворот, направление). Плейотропное действие генов - это зависимость нескольких признаков от одного гена, то есть множественное действие одного гена. В дрозофилы ген белой окраски глаз одновременно влияет на цвет тела, длину крыльев, строение полового аппарата, снижает плодовитость, уменьшает продолжительность жизни. У человека известна наследственная болезнь - арахнодактилия ("паучьи пальцы" - очень тонкие и длинные пальцы), или болезнь Марфана. Ген, который отвечает за эту болезнь, вызывает нарушение развития соединительной ткани и одновременно влияет на развитие нескольких признаков: нарушение строения хрусталика глаза, аномалии в сердечно-сосудистой системе.

Плейотропное действие гена может быть первичной и вторичной. При первичной плейотропіїген проявляет свой множественный эффект. Например, при болезни Хартнупа мутация гена приводит к нарушению всасывания аминокислоты триптофана в кишечнике и его реабсорбции в почечных канальцах. При этом поражаются одновременно мембраны эпителиальных клеток кишечника и почечных канальцев с расстройствами пищеварительной и выделительной систем. При вторичной плейотропии есть один первичный фенотипний проявление гена, вслед за которым развивается ступенчатый процесс вторичных изменений, которые приводят к множественным эффектам. Так, при серпоподібноклітинній анемии у гомозигот наблюдается несколько патологических признаков: анемия, увеличенная селезенка, поражения кожи, сердца, почек и мозга. Поэтому гомозиготы по гену серповидно клеточной анемии гибнут, как правило, в детском возрасте. Все эти фенотипические проявления гена составляют иерархию вторичных проявлений. Первопричиной, непосредственным фенотипним проявлением дефектного гена является аномальный гемоглобин и эритроциты серповидной формы. Вследствие этого происходят последовательно другие патологические процессы: слипание и разрушение эритроцитов, анемия, дефекты в почках, сердце, мозге. Эти патологические признаки являются вторичными. Более распространенная вторичная плейотропия (рис. 1.107).

Рис. 1.107. Варианты действия плейотропних генов.

При плейотропии ген, воздействуя на какую-то одну основную признак, может также изменять, модифицировать проявление других генов, в связи с чем введено понятие о генах-модификаторах. Последние усиливают или ослабляют развитие признаков, которые кодируются "основным" геном.

Показателями зависимости функционирования наследственных задатков от характеристик генотипа является пенетрантность и экспрессивность. Эти термины были предложены российским ученым М. В. Тимофєєвим-Ресовським в 1925 г.

Рассматривая действие генов и их аллелей необходимо учесть и модифицирующее влияние среды, в которой развивается организм. Если растения примулы скрещивать при температуре 15-20 °С, то в F_p согласно менделивской схеме, все поколения будет иметь розовые цветы. Но когда такое скрещивание проводить по температуры 35 °С, то все гибриды будут иметь цветы белого цвета. Если же осуществлять скрещивание при температуре около 30 °С, то возникает разное соотношение (от 3:1 до 100%) растений с белыми цветами.

Такое колебания классов при расщеплении в зависимости от условий среды получило название пенетрантность (от лат. penetrans - проникновение, достижения) - сила фенотипного проявления. Итак, пенетрантность - частота проявления гена, явление появления или отсутствия признака у организмов, одинаковых по генотипу.

Пенетрантность значительно колеблется как среди доминантных, так и рецессивных генов. Наряду с генами, фенотип которых появляется только при сочетании определенных условий и достаточно редких внешних условий (высокая пенетрантность), у человека есть гены, фенотипний проявление которых происходит за любых сочетаний внешних условий (низкая пенетрантность).

Пенетрантность измеряется процентом организмов с фенотипным признаком от общего количества обследованных носителей соответствующего апеля.

Если ген регулярно определяет фенотипное проявление, то он имеет пенетрантность 100 процентов. Однако некоторые доминантные гены проявляются менее регулярно. Так, полидактилия (рис. 1.108) имеет четкое вертикальное наследование, но бывают пропуски поколений. Доминантная аномалия - преждевременное половое созревание - присуще только мужчинам, однако иногда может передаться заболевания от человека, который не страдал этой патологией. Пенетрантность показывает, в каком проценте носителей гена оказывается соответствующий фенотип. Так, у гомозигот шизофрения проявляется в 100 % - это полная пенетрантность. Если у носителей определенного типа признак проявляется только в части особей - это неполная пенетрантность. Например: шизофрения у гетерозигот составляет 20 %, сахарный диабет - 20 %, врожденный вывих бедра - 25 %, ретинобластома - 60 %.

Рис. 1.108. Полидактилия.

Итак, пенетрантность зависит от генов, от среды, от того и другого. Таким образом, это не константное свойство гена, а функция генов в определенных условиях среды.

Экспрессивность (от лат. expressio - выражение) - это изменение количественного проявления признака у разных особей - носителей соответствующего аллеля.

При доминантных наследственных заболеваниях экспрессивность может колебаться. В одной и той же семье могут проявляться наследственные болезни по течению от легких, едва заметных до тяжелых: различные формы гипертонии, шизофрении, сахарного диабета и т.д.

Рецессивные наследственные заболевания в рамках семьи проявляются однотипно и имеют незначительные колебания экспрессивности.