Взаимодействие генов: раскрывая тайны генетики

Генетика хранит еще много загадок. Как гены взаимодействуют друг с другом? Почему одни признаки проявляются, а другие — нет? Как среда влияет на реализацию генетической программы? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в нашей статье. Приглашаем в захватывающее путешествие в мир взаимодействия генов!

Основы генетики

Генетика — это наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Она изучает механизмы передачи признаков от родителей к потомкам и реализацию наследственной информации в процессе индивидуального развития.

«Наследственность есть способность организмов повторять в ряду поколений сходство с родительскими формами» (Н.И. Вавилов)

Основоположником генетики считается австрийский монах Грегор Мендель, который в 1865 году сформулировал три фундаментальных закона наследования признаков.

1. Закон единообразия гибридов первого поколения
2. Закон расщепления признаков
3. Закон независимого комбинирования признаков

Эти законы лежат в основе современной генетики. Для их объяснения были введены такие ключевые понятия, как:

• Ген — единица наследственности, участок молекулы ДНК, кодирующий определенный белок
• Аллель — одна из возможных форм гена
• Гомозигота — организм с одинаковыми аллелями гена
• Гетерозигота — организм с разными аллелями одного гена
• Фенотип — совокупность всех признаков организма
• Генотип — совокупность всех генов организма

Изучение законов наследования привело к открытию хромосом как материальных структур, несущих в себе генетический материал клетки. Было выяснено, что...

Формы взаимодействия генов

Помимо независимого наследования отдельных признаков, контролируемых разными генами, бывают и более сложные формы взаимодействия между генами. Различают несколько основных типов такого взаимодействия.

Эпистаз

Эпистаз — это подавление действия одного гена другим геном при их совместном присутствии в генотипе. При этом один ген как бы «сильнее» другого, его действие доминирует.

Например, у некоторых пород кур белый цвет оперения определяется доминантным геном А. Но есть еще ген I, который подавляет синтез пигмента и делает оперение белым, даже если ген А отсутствует. То есть ген I эпистатичен по отношению к гену А.

Комплементарность

Это такой тип взаимодействия генов, при котором для проявления определенного признака необходимо совместное присутствие в генотипе сразу нескольких генов. Например, у душистого гороха белые цветки определяются рецессивным геном а, а фиолетовые — рецессивным геном b. Но для проявления фиолетовой окраски цветков необходимы оба рецессивных гена:

А_В_ - белые цветки

ааВ_ или А_bb - белые цветки

аабб - фиолетовые цветки

То есть гены а и b действуют комплементарно, их совместное присутствие необходимо для проявления признака.

Полимерия

Это явление, при котором один и тот же признак контролируется сразу несколькими генами. Чем больше таких генов в доминантном состоянии присутствует в генотипе, тем сильнее выраженность признака.

Классическим примером полимерного действия генов является наследование окраски кожи человека. Этот признак контролируется сразу двумя парами генов. Чем больше доминантных аллелей, тем темнее кожа. То есть гены действуют суммарно, их эффект складывается.

Различают кумулятивную и некумулятивную формы полимерии. При кумулятивной каждый дополнительный доминантный ген усиливает выраженность признака. А при некумулятивной уже наличие одного доминанта обеспечивает максимальное проявление признака, добавление же других доминантных генов ничего не меняет.

Таким образом, существует несколько форм взаимодействия между генами, которые усложняют картину наследования признаков по сравнению с простыми законами Менделя для отдельных независимых генов.

Влияние среды

Помимо взаимодействия между самими генами, большое значение имеет и влияние факторов внешней среды. Одни и те же гены в разных условиях могут по-разному проявлять себя.

К основным факторам, способным влиять на реализацию генетической программы, относятся:

• Температура
• Влажность
• Освещенность
• Наличие питательных веществ
• Уровень радиации, загрязнения
• Паратипические факторы (гормоны, нейромедиаторы)

Например, у одного и того же растения в условиях высокогорья могут не проявиться некоторые признаки, которые есть у его собратьев, растущих на равнине. Или цветок, выросший в тени, будет бледнее такого же цветка на солнце.

Таким образом, фенотип любого организма является результатом комплексного взаимодействия генотипа и факторов среды. Гены задают лишь потенциал, возможность развития тех или иных признаков. А среда определяет степень реализации этого потенциала.

Мутации

Еще одним важным аспектом взаимодействия генов является возможность спонйного изменения последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Такие структурные изменения генетического материала называются мутациями.

Существует несколько типов мутаций:

• Точечные замены оснований
• Делеции и вставки фрагментов ДНК
• Инверсии — переворачивание участка молекулы
• Дупликации — удвоения

Мутации могут приводить как к появлению новых качеств, так и к потере или ухудшению прежних. Причиной большинства генетических заболеваний человека являются мутации.

Но с другой стороны, именно мутации обеспечивают изменчивость и эволюцию видов. Природа как бы экспериментирует, создавая разные варианты генов, из которых отбираются наиболее приспособленные.

Применение знаний о генетике

Углубленное изучение закономерностей взаимодействия генов между собой и с факторами среды имеет большое практическое значение.

Эти знания используются в процессе селекции растений, животных и микроорганизмов. Направленно комбинируя нужные гены в генотипе, селекционеры создают организмы с заданными свойствами.

Также генетические исследования помогают вывести новые сорта полезных культур, повысить урожайность и устойчивость растений к вредителям и фитопатогенам.

Огромное значение имеет применение знаний о взаимодействии генов в медицине. На их основе разрабатываются новые методы диагностики и лечения наследственных заболеваний, прогнозирования генетических рисков.