сть по сцеплению с каждым поколением случайного скрещивания уменьшается, если только не существует какого-либо процесса, препятствующего достижению равновесности по сцеплению. Постоянная неравновесность по сцеплению может быть результатом естественного отбора, если одни комбинации аллелей в гаметах обеспечивают более высокую приспособленность, чем другие. Предположим, например, что две комбинации аллелей в состоянии «притяжения» дают как в гомозиготном, так и в гетерозиготном сочетании жизнеспособные зиготы, а две комбинации аллелей в состоянии «отталкивания» детальны даже в гетерозиготном сочетании. Результатом будет полная неравновесность по сцеплению, даже если оба локуса несцепленны. Однако столь крайние ситуации вряд ли встречаются в природе. Приближение к равновесности по сцеплению обеспечивается процессом рекомбинации, поэтому чем менее сцеплены два локуса, тем более интенсивным должен быть естественный отбор, необходимый для поддержания неравновесности по сцеплению. Соответственно в природных популяциях неравновесность по сцеплению чаще всего наблюдается между тесно сцепленными локусами.

Интересный пример неравновесности по сцеплению был обнаружен в работе Кана и соавторов по кластеру (группе) генов р-глобина в популяциях человека (рис. 25.11). Несколько сотен клонов, полученных от разных людей, анализировали с помощью рестрикционных эндонуклеаз. Длина каждого клона оказалась равной приблизительно 50 т.п.н; в состав каждого из них входило по пять функциональных генов и одному псевдогену. Обнаружены и межгенные (фланкирующие) участки. Выявлено 12 полиморфных сайтов: семь во фланкирующих последовательностях, три в интронах, один в псевдогене (\|ф1) и один-в кодирующем участке (мутация талассемии). Девять сайтов полиморфны во всех человеческих популяциях, причем каждый вариант представлен с частотой не ниже 5%; остальные три сайта полиморфны лишь в популяциях негров. Относительно шести полиморфных сайтов известно, что различия затрагивают одну пару нуклеотидов; вероятно, также обстоит дело и в отношении остальных шести полиморфных сайтов.

Поскольку каждый из 12 сайтов может быть представлен одной из двух форм, то всего возможно 212 = 4096 различных вариантов гаплоти-пов (нуклеотидных последовательностей); правда, если альтернативные

Дополнение 25.1. Случайное скрещивание

: при различии по двум локусам

В гл. 23 было показано, что равновесные частоты генотипов в любом аутосомном локусе достигаются за одно поколение случайного скрещивания. Однако, когда одновременно рассматриваются два локуса, это уже не так. Если частота рекомбинации между двумя локусами равна с, то значение неравновесности по сцеплению d убывает на величину cd в каждом поколении случайного скрещивания (при отсутствии отбора). Таким образом, если в исходном поколении неравновесность по сцеплению равна d0, то в следующем поколении

<*! =(1 -c)d0.

0,25,*

При наличии двух несцепленных локусов с = 0,5 и значение неравновесности по сцеплению в каждом поколении случайного скрещивания уменьшается вдвое. Когда с < 0,5, приближение к равновесию происходит медленнее. Например, если частота рекомбинаций равна 0,1, значение d в каждом последующем поколении будет составлять 90% его значения в предыдущем поколении. Процесс приближения к состоянию равновесия при случайном скрещивании и различных значениях с графически изображен на рис. 25.10.

0,20 0,15 0,10 0,05

с =0,05

0,10 0,20 * "'

_!_

0,50 _1_

_1_

01 2345 67 8 9 10 11 12 Поколения

Рис. 25.10. Уменьшение неравновесности по сцеплению (d) в ряду поколений для различных уровней сцепления (частота рекомбинаций с-от 0,05 до 0,50). Значение d после t поколений случайного скрещивания задается формулой dt = (l-cYd0.

формы сайтов встречаются не одинаково часто, то и теоретически ожидаемые частоты различных вариантов гаплотипа должны быть различны. Если принять во внимание, что повсеместно полиморфными являются девять сайтов, то число возможных гаплотипов составляет 29 = 512. В действительности большинство теоретически возможных гаплотипов никогда не встречалось. Широко распространены лишь девять гаплотипов, причем частота каждого из них много больше, чем того следовало ожидать, исходя из предположения о случайных комбинациях различных вариантов сайтов. Дело обстоит следующим образом. Последовательность в целом можно рассматривать как состоящую из двух частей: 5', включающей гены е, Gy, Ау и \[ф1 с их фланкирующими после

фЦ1 5 0

о—ш—d>

t t

tt

цифрами 1, 2 и 3; распространенные

довательностями, и 3', включающей р-ген и фланкирующую последовательность длиной 18 т.п.н. на З'-конце. Ген 5 расположен в промежуточном участке, и в нем полиморфных сайтов нет. Каждая из двух описанных частей последовательности представлена всего лишь в трех сравнительно широко распространенных вариантах, хотя теоретически

Таблица 25.6. Гены семейства р-глобинов человека. Наблюдаемые и теоретически ожидаемые частоты девяти распространенных гаплотипов. Любой гаплотип включает две составные части: 5' и 3', каждая из которых представлена тремя широко распространенными типами последовательности. Теоретически ожидаемые частоты гаплотипов (в скобках) вычислялись в предположении, что различные 3'- и 5'-последовательности сочетаются случайно

Частота 5'-последовательностей

Частота З'-после-

довательностей 12 3

0,66 0,16 0,12

А 0,50 В 0,28 С 0,16

0,35 (0,33) 0,09 (0,08) 0,06 (0,06)

0,19 (0,18) 0,05 (0,04) 0,02 (0,03)

0,12 (0,11) 0,02 (0,03) 0,02 (0,02)

их может быть много больше. (Например, З'-участок включает 5 полиморфных сайтов и, следовательно, теоретически возможно 25-32 варианта последовательностей.) Каждый из часто встречающихся вариантов последовательностей представлен в популяциях с частотой, много большей теоретически ожидаемой на основе представления о случайных сочетаниях различных вариантов сайтов. Однако варианты 5'- и З'-частей последовательности комбинируют друг с другом случайно (табл. 25.6). Таким образом, существует сильная неравновесность по сцеплению между различными вариантами сайтов внутри каждого из двух больших участков последовательности, но не между вариантами сайтов в различных частях последовательности.

Супергены

Рекомбинации уменьшают неравновесность по сцеплению. Вероятность сохранения благоприятных сочетаний аллелей в состоянии, неравновесном по сцеплению, возрастает, следовательно, при снижении частоты рекомбинаций между соответствующими локусами. Это может быть достигнуто в результате транслокаций или инверсий. Предположим, что два локуса, А и В, расположены в разных хромосомах. В результате транслокации они могут оказаться в одной хромосоме. Предположим теперь, что эти локусы, находящиеся в одной хромосоме, разделены локусами, которые мы обозначим FG ... MN, так что последовательность генов в хромосоме можно представить в виде

...AFG ...MNB...

Инверсия, захватывающая участок FG... MNB, приводит к тому, что локусы Ал В оказываются рядом друг с другом. Новая последовательность генов будет иметь вид

...ABNM ...GF...

Если отбор благоприятствует неравновесности по сцеплению, то он будет благоприятствовать также хромосомным перестройкам, усиливающим сцепление между локусами. Для обозначения нескольких тесно сцепленных локусов, влияющих на какой-то один признак или на целую серию взаимосвязанных признаков, используется термин суперген.

У первоцвета и других видов рода Primula обнаружен суперген, ответственный за определение двух фенотипов цветка, известных под названием «игольчатый» и «бахромчатый» (рис. 25.12). Этот полиморфизм был подробно описан еще Дарвином в 1877 г. и потому хорошо известен. Игольчатый фенотип характеризуется наличием удлиненного столбика над завязью. Рыльце пестика при этом оказывается на одном уровне с зевом венчика. Пыльники доходят лишь до половины длины трубки венчика. Бахромчатый фенотип отличается коротким столбиком с рыльцем, находящимся на половине длины трубки венчика; тычинки же, наоборот, настолько длинные, что пыльники расположены в зеве венчика. Игольчатый и бахромчатый фенотипы различаются также и по некоторым другим признакам, таким, как форма рыльца пестика и размер пыльцевых зерен. Кроме того, между ними существуют и физиологические различия: пыльца короткостолбиковых цветков лучше опыляет длинностолбиковые цветки и, наоборот, опыление оказывается более ус

пешным, если пыльца длинностолбиковых цветков попадает на рыльца короткостолбиковых.

Такой тип полиморфизма называется гетеростилией (что означает «разностолбиковость»). Гетеростилия способствует перекрестному опы-ленИю, которое осуществляется насекомыми, посещающими цветки обоих типов. Пыльца цветков одного типа прилипает к тем участкам тела насекомого, которые соприкасаются с рыльцем пестика цветков другого типа. Физиологические различия еще больше повышают вероятность перекрестного опыления.

Игольчатый и бахромчатый фенотипы, как правило, наследуются так, как если бы они контролировались генами одного локуса, содержащего два аллеля: S, определяющий бахромчатый тип, доминирует над s, определяющим игольчатый тип. Короткостолбиковые растения, однако, обычно гетерозиготны (Ss); при самоопылении или скрещивании с такими же растениями они дают потомство длинностолбиковых и коротко-столбиковых растений в отношении 3:1, т. е. получается типичное мен-делевское расщепление. Длинностолбиковые растения гомозиготны (ss) и при самоопылении или перекрестном опылении растениями того же типа дают пыльцу только «игольчатого» типа. В природе в большинстве случаев происходит перекрестное опыление между растениями разных типов и в потомстве происходит расщепление по данному признаку в отношении 1 :1. В природных популяциях растения обоих типов обычно встречаются приблизительно с одинаковой частотой.

Однако в действительности набор признаков, характерных для длинностолбиковых и короткостолбиковых растений, определяется не одним геном, а несколькими тесно сцепленными генами, образующими супер-ген. Существование множественных