Передача признаков из поколения в поколение обусловлена взаимодействием между собой различных генов. Что такое ген, и какие же есть виды взаимодействия между ними?
Что такое ген?
Под геном в настоящее время, подразумевают единицу передачи наследственной информации. Гены находятся в ДНК и образуют ее структурные участки. Каждый ген отвечает за синтез определенной белковой молекулы, которая и обуславливает проявление того или иного признака у человека.
Каждый ген имеет несколько подвидов или аллелей, которые и обуславливают разнообразие признаков (например, карий цвет глаз обусловлен доминантной аллелью гена, в то время как голубой цвет является рецессивным признаком). Аллели расположены в одинаковых участках гомологичных хромосом, и передача той или иной хромосомы обуславливает проявление того или иного признака.
Все гены взаимодействуют между собой. Существует несколько видов их взаимодействия – аллельное и неаллельное. Соответственно, выделяют взаимодействие аллельных и неаллельных генов. Чем же они отличаются между собой и как проявляются?
История открытия
До того как были открыты типы взаимодействия неаллельных генов, было принято считать, что возможно только полное доминирование (если есть доминантный ген, то признак проявится; если же его нет, то и признака не будет). Преобладало учение об аллельном взаимодействии, которое долгое время являлось основным догматом генетики. Доминирование тщательно исследовалось, и были открыты такие его типы, как полное и неполное доминирование, кодоминирование и сверхдоминирование.
Все данные принципы подчинялись первому закону Менделя, который гласил о единообразии гибридов первого поколения.
При дальнейшем наблюдении и исследовании было замечено, что не все признаки подстраивались под теорию доминирования. При более глубоком изучении было доказано, что не только одинаковые гены влияют на проявление признака или группы свойств. Таким образом и были открыты формы взаимодействия неаллельных генов.
Реакции между генами
Как было сказано, долгое время преобладало учение о доминантном наследовании. В данном случае имело место аллельное взаимодействие, при котором признак проявлялся только в гетерозиготном состоянии. После того как были открыты различные формы взаимодействия неаллельных генов, ученые получили возможность объяснить доселе необъяснимые типы наследования и получить ответы на многие вопросы.
Было выяснено, что генное регулирование напрямую зависело от ферментов. Данные ферменты позволяли генам вступать в реакции по-разному. При этом взаимодействие аллельных и неаллельных генов протекало по одним и тем же принципам и схемам. Это позволило сделать вывод о том, что наследование не зависит от условий, в которых гены взаимодействуют, а причина атипичной передачи признаков кроется в самих генах.
Неаллельное взаимодействие является уникальным, что позволяет получать новые комбинации признаков, обуславливающие новую степень выживания и развития организмов.
Неаллельные гены
Неаллельными называют те гены, что локализуются в различных участках негомологичных хромосом. Функция синтеза у них одна, однако кодируют они образование различных белков, обуславливающих разные признаки. Такие гены, реагируя между собой, могут обуславливать развитие признаков в нескольких комбинациях:
- Один признак будет обусловлен взаимодействием нескольких, совершенно разных по строению генов.
- Несколько признаков будут зависеть от одного гена.
Реакции между данными генами протекают несколько сложнее, чем при аллельном взаимодействии. Однако каждый из данных видов реакций обладает собственными чертами и особенностями.
Какие же есть типы взаимодействия неаллельных генов?
- Эпистаз.
- Полимерия.
- Комплементарность.
- Действие модификаторных генов.
- Плейотропное взаимодействие.
Каждый из этих типов взаимодействия имеет свои уникальные свойства и проявляется по-своему.
Следует остановиться поподробнее на каждом из них.
Эпистаз
Данное взаимодействие неаллельных генов – эпистаз – наблюдается в том случае, когда один ген подавляет активность другого (подавляющий ген носит название эпистатичного, а подавляемый – гипостатичного гена).
Реакция между данными генами может быть доминантной и рецессивной. Доминантный эпистаз наблюдается в случае, когда эпистатический ген (обычно он обозначается буквой I, если не имеет внешнего, фенотипического проявления) подавляет гипостатический ген (его обычно обозначают В или b). Рецессивный эпистаз наблюдается тогда, когда рецессивная аллель эпистатического гена угнетает проявление любой из аллелей гипостатическогот гена.
Расщепление по фенотипическому признаку, при каждом из видов этих взаимодействий, также отличается. При доминантном эпистазе чаще наблюдается следующая картина: во втором поколении по фенотипам разделение будет следующим – 13:3, 7:6:3 или 12:3:1. Все зависит от того, какие гены сойдутся.
При рециссивном эпистазе разделение такое: 9:3:4, 9:7, 13:3.
Комплементарность
Взаимодействие неаллельных генов, при котором при объединении доминантных аллелей нескольких признаков образуется новый, доселе не встречавшийся фенотип, и называется комплементарностью.
Например, наиболее часто этот тип реакции между генами встречается у растений (особенно у тыкв).
Если в генотипе растения имеется доминантная аллель А или В, то овощ получает сферическую форму. Если же генотип рециссивный, то форма плода обычно удлиненная.
При наличии в генотипе одновременно двух доминантных аллелей (А и В) тыква приобретает дисковидную форму. Если же и дальше проводить скрещивание (т.е. продолжать это взаимодействие неаллельных генов с тыквами чистой линии), то во втором поколении можно получить 9 особей с дисковидной формой, 6 – со сферической и одну тыкву удлиненной формы.
Подобное скрещивание позволяет получать новые, гибридные формы растений с уникальными свойствами.
У людей данный тип взаимодействия обуславливает нормальное развитие слуха (один ген – развитие улитки, другой – слухового нерва), а при наличии только одного доминантного признака проявляется глухота.
Полимерия
Часто в основе проявления признака лежит не наличие доминантной или рецессивной аллели гена, а их количество. Взаимодействие неаллельных генов – полимерия – является примером подобного проявления.
Полимерное действие генов может протекать с накопительным (кумулятивным) эффектом либо без него. При кумуляции степень проявления признака зависит от общего генного взаимодействия (чем больше генов, тем сильнее признак выражен). Потомство при подобном эффекте разделяется следующим образом – 1:4:6:4:1 (степень выраженности признака уменьшается, т.е у одной особи признак максимально выражен, у других наблюдается его угасание вплоть до полного исчезновения).
Если кумулятивного действия не наблюдается, то проявление признака зависит от доминантных аллелей. Если есть хотя бы одна такая аллель, признак будет иметь место. При подобном эффекте расщепление в потомстве протекает в соотношении 15:1.
Действие генов-модификаторов
Взаимодействие неаллельных генов, контролируемое действием модификаторов, наблюдается сравнительно редко. Пример такого взаимодействия следующий:
- Например, имеется ген D, отвечающий за интенсивность окраски. В доминантном состоянии, данный ген регулирует появление окраски, в то время как при образовании рециссивного генотипа по данному гену, даже если имеются другие гены, контролирующие непосредственно цвет, будет проявляться “эффект разбавления окраски”, что часто наблюдается у мышей молочно-белого цвета.
- Другим примером подобной реакции является появление пятнистости на теле животных. К примеру, имеется ген F, основная функция которого – равномерность окрашивания шерсти. При образовании рецессивного генотипа шерсть будет окрашена неравномерно, с появлением, например, белых пятен в той или иной области тела.
Подобное взаимодействие неаллельных генов у человека проявляется довольно редко.
Плейотропия
При данном типе взаимодействия один ген регулирует проявление или влияет на степень выраженности другого гена.
У животных плейотропия проявлялась следующим образом:
- У мышей примером плейотропности является карликовость. Было замечено что при скрещивании фенотипически нормальных мышей в первом поколении все мышата оказались карликовыми. Был сделан вывод, что карликовость обуславливается рецессивным геном. Рецессивные гомозиготы переставали расти, наблюдалась недоразвитость их внутренних органов и желез. Данный ген карликовости влиял на развитие гипофиза у мышей, что и приводило к снижению синтеза гормонов и вызывало все последствия.
- Платиновая окраска у лисиц. Плейотропия в данном случае проявлялась летальным геном, который при образовании доминантной гомозиготы вызывал гибель эмбрионов.
- У людей плейотропное взаимодействие показано на примере фенилкетонурии, а также синдрома Марфана.
Роль неаллельного взаимодействия
В эволюционном плане все вышеуказанные виды взаимодействия неаллельных генов играют немаловажную роль. Новые генные комбинации обуславливают появление новых признаков и свойств живых организмов. В некоторых случаях, эти признаки способствуют выживанию организма, в других – наоборот, обуславливают смерть тех особей, что будут значительно выделяться среди своего вида.
Неаллельное взаимодействие генов широко используется в селекционной генетике. Некоторые виды живых организмов сохраняются благодаря подобной генной рекомбинации. Другие виды приобретают свойства, которые высоко ценятся в современном мире (например, выведение новой породы животных, обладающих большей выносливостью и физической силой, чем ее родительские особи).
Ведутся работы по поводу использования данных типов наследования у людей с целью исключения негативных признаков из генома человека и создания нового, бездефектного генотипа.
