ну или какой-то-части генома и в случае различия в аллелях называются гете-рогенотами.

Гибридное состояние может сохраняться в течение ряда поколений, или же происходит рекомбинация. Рекомбинация может быть

а) на уровне целых хромосом — с образованием нового их

сочетания;

б) внутри хромосом — между их частями;

в) между геномом и плазмоном или плазмидами, вирусами

и другими дополнительными последовательностями ДНК.

10.2. РЕКОМБИНАЦИИ

Под рекомбинацией понимают обмен аллелями (10.1.3.0), перераспределение структур, несущих генетическую информацию, соединение их в новых сочетаниях. Предпосылкой для осуществления рекомбинаций является объединение различного генетического материала. Различают два основных типа такого объединения:

1) половой процесс, при котором происходит слияние генеративных клеток и их ядер;

2) парасексуальный процесс, когда происходит слияние вегетативных клеток, рекомбинация в вегетативных клетках или перенос части генома.

Когда говорят о переносе части генома, имеют в виду:

а) конъюгацию у бактерий — контакт между клетками, при

котором происходит передача плазмид или частей генома, активированных плазмидами (10.2.3.1);

б) трансдукцию—перенос генетического материала клетки

вирусами (10.2.3.2);

в) трансформацию — передачу ДНК через внеклеточную

среду (10.2.3.3);

г) рекомбинацию между вирусными геномами.

Объединение различного генетического материала в основном возможно лишь в пределах одного вида илн близко родственных видов. Наличие барьеров для скрещивания обусловлнвает сохранение видов.

У эукариот после объединения различного генетического материала в одном ядре образуются гетерозиготные клетки по

10.2.1. РЕКОМБИНАЦИЯ ЦЕЛЫХ ХРОМОСОМ

Этот процесс определяется двумя фазами:

1) слиянием гаплоидных (в норме) клеток в диплоидную

зиготу;

2) координированным распределением хромосом в мейозе.

Эти две ступени определяют характерные типы расщепления

после скрещиваний. Впервые эти типы наблюдал Мендель еще в 1865 г., и после их повторного открытия Корренсом, Чермаком и де Фризом (в 1900 г.) они были положены в основу классической генетики.

Рекомбинация у гаплоидов и диплоидов происходит в принципе одинаково. Различия связаны лишь с тем, что у гаплоидов фенотип определяет гапло-фаза, а у днплоидов — диплофаза (5.5).

10.2.1.1. Монофакториал ьное наследование у диплоидов. Участвующих в скрещивании родителей обозначают символом Р; При монофакториальном наследовании исходные индивидуумы (родители) различаются аллелями одного гена.

Различные аллели одного гена всегда обозначают одинаковым основным символом (например, а), чтобы отметить их принадлежность к одному генному локусу. Нормальный аллель, т. е. аллель дикого типа, помечают знаком «плюс» (например, а+), а в случае мутантного аллеля плюс не ставится (например, а или а ).

Пример (с гомозиготными родителями) — наследование фе~ нилкетонурии (10.1.3.3). Нормальный аллель обозначим а+, а мутантный аллель, который обусловливает дефект фермента

306 Глава 10

Наследственные изменения 307

[р] оо-а- х сго'а*(_2п)

Вольной Здоровый

Гаметы ® © ( п )

а-а- х ого- о*о- х о+о- а*о- х о«а*.(2п)

Здоровый йиьюй лл ЛЭоршш ЛЭ^рмыи

@© @©Г„«,©© ©© ©© ©©("'

о*а- о*а- а-а- а-о-Ц^ °+п» о+а- о+о; а-а- а*п* ° ° I2"'

Здоровые Вольные Зйоровые Больной здоровые

Рис. 10.7. Монофакториальное наследование. Пример: рецессивная наследственная болезнь, а* — нормальный аллель; аг — мутантный аллель, который обусловливает болезнь.

и тем самым болезнь, — а-. В нашем примере (рис. 10.7) отец гомозиготен с двумя нормальными аллелями, т. е. а+а+, а мать гомозиготна с двумя аномальными аллелями, т. е. агат. Она здорова только фенотипически благодаря правильной диете. Таким образом, родители различаются по аллелям одного гена (остальные различия мы ради простоты не учитываем). Это относится ко всем соматическим клеткам родителей. При образовании половых клеток диплоидное число хромосом 2л = 46 уменьшается до гаплоидного я=23. Аллели вместе с гомологичными хромосомами распределяются так, что все отцовские гаметы содержат аллель а+, все материнские — аллель от. При оплодотворении ядра гамет сливаются и образуется диплоидная зигота. Аллели а+ и аг объединены теперь в одном ядре, которое становится гетерозиготным (а+а~). Из такой зиготы в результате митозов развивается гетерозиготный эмбрион, и рождается ребенок F] (первое поколение потомства). Фенотипически ребенок здоров, так как нормальный аллель а+ доминирует над рецессивным мутантным аллелем аг (5.5). Так как все комбинации гамет в отношении данного гена должны быть одинаковы, то все дети от этого брака гетерозиготны и здоровы, хотя мать гомозиготна и больна.

В рассмотренном случае больные с наследственным заболеванием имеют с гомозиготным здоровым партнером здоровых детей. В отношении фенилкето-нурии сравнительно простым тестом для определения гомо- нли гетерозигот-ностн по данному гену служит повышенная нагрузка фенилаланином. Перед вступлением в брак можно с помощью этого теста установить, следует ли учитывать возможность рождения больных детей.

Потомство представителей фенотипически здорового, но гетерозиготного поколения Ft зависит от выбора брачного партнера. На рис. 10.7 представлены три возможных варианта. Когда партнер гетерозиготен (а+а~) или гомозиготен а-а~, могут родиться больные дети; если же он гомозиготен а+а+, то все дети будут здоровыми.

При гетерозиготных родителях (а+а~Ха+а-) наследование будет таким же, как при скрещивании гибридов Fi. У особей Fi все соматические клетки имеют генотип а+а~. В мейозе с одинаковой частотой образуются гаметы а+ и а~. При образовании зигот гаметы могут с одинаковой вероятностью сливаться в следующих сочетаниях (первой указана мужская гамета, второй — женская): 1) а+ с а+; 2) а+ с а-, 3) от с а+; 4) аг с от. Поэтому потомство F2 расщепляется в отношении 1 а+а+: 2 а+а~: : 1 а~а~.

Индивидуумы а~а- будут больны. Вероятность появления больных детей прн каждом рождении значительна (1:4), поэтому таким партнерам следовало-бы отказаться от возможности иметь детей. Особенно велика опасность появления больных детей при браке гомозиготного больного с гетерозиготным индивидуумом. В этом случае с одинаковой вероятностью можно ожидать рождения больных п здоровых детей (рнс. 10.7).

Скрещивания между гетерозиготами (а+а~) и соответствующими гомозиготами (а+а+ или а~а~) называют возвратными скрещиваниями.

Так, как выше было объяснено на примере фенилкетонурии, наследуются у диплоидных растений и животных, включая человека, все признаки, определяемые одним геном (монофакто-риально) с доминантным и рецессивным аллелями. При промежуточном наследовании происходит аналогичное расщепление по генотипу, но фенотипы гетерозигот занимают промежуточное положение между фенотипами родителей.

Мендель, основываясь на результатах своих экспериментов по скрещиванию, сформулировал закономерности, известные а настоящее время как «законы Менделя».

Первый закон Менделя (закон единообразия Fi): при скрещивании гомозиготных родительских форм в первом поколении потомства все особи однотипны (рис. 10.7).

Второй закон Менделя (закон расщепления): после скрещивания потомков Fi двух гомозиготных родителей в поколении F2 происходит закономерное расщепление. При различии по аллелям одного гена F2 расщепляется по генотипу в отношении 1:2:1. Расщепление по фенотипу зависит от взаимодействия аллелей. В большинстве случаев признак, определяемый аллелем дикого типа, доминирует над мутантными аллелями, реже наоборот. Кроме того, существуют все переходы от доминантности через неполное доминирование до промежуточного соотношения, при котором оба аллеля проявляются в одинаковой мере

308 Глава 10

Наследственные изменения 309

и фенотип оказывается «усредненным». При монофакториаль-яом наследовании потомство расщепляется по фенотипу в случае полного доминирования в отношении 3 : 1, а при неполном доминировании — в отношении 1:2:1.

Третий закон Менделя (закон независимого распределения): аллели каждого гена распределяются в потомстве независимо от аллелей других генов.

Этот закон справедлив только для генов, находящихся либо в разных хромосомах, либо в одной хромосоме, но достаточно далеко друг от друга (50 или «более единиц карты, 10.2.2).

Точного расщепления по Менделю можно ожидать только тогда, когда .анализируемое потомство достаточно велико.

Локализацию наследственных задатков в хромосомах и передачу их в соответствии с распределением хромосом впервые удалось продемонстрировать при изучении генетического определения пола у дрозофилы. Определение пола у человека (3.5.2.7), происходящее аналогичным образом, соответствует схеме возвратного скрещивания (рис. 10.8). Fj расщепляется на 50% d и 50% $ . У человека реальное соотношение полов при рождении в настоящее время 106с? : 100 9 .

В половых хромосомах (3.5.2.7) локализуются не только гены, необходимые для развития первичных и вторичных половых признаков. В Х-хромосо-мах находятся, например, гены цветового зрения (дефект: красно-зеленая слепота, нлн дальтонизм) и свертывания крови (дефект: гемофилия), передающиеся по наследству вместе с Х-хромосомой. В Y-хромосоме соответствующих аллелей нет, и поэтому рецессивные гены, находящиеся в Х-хромосоме, у особей мужского пола проявляются в фенотипе (гемизиготность).

10.2.1.2. Бифакториальное наследование у диплоидов. При различии по аллелям двух генов расщепление по каждому из этих генов следует первому и второму законам Менделя. Благодаря перекомбинированию аллелей обоих генов могут появляться новые формы, что имеет существенное значение для эволюции и для селекции животных и растений.

При мейозе в поколении Fi в результате независимого расхождения хромосом каждой пары возникают новые комбинации хромосом отцовского и материнского происхождения. Существуют две одинаково вероятные возможности ориентации спаренных хромосом, так что с одинаковой вероятностью образуются га