Аллельные и неаллельные гены, их взаимодействие. Типы моногенного наследования презентация

план
Основные понятия генетики, основные законы Г. Менделя для моногибридного скрещивания
Взаимодействие аллельных и неаллельных генов в генотипе
Типы моногенного наследования.
3 закон Менделя и отклонения от него

Наследственность – способность организмов передавать потомкам генетическую информацию о тех или иных признаках. Обеспечивает фенотипическое сходство особей поколения, популяции, расы, вида.
Законы наследственности были открыты чешским ученым Грегором Менделем в 1865 году.

Генотип –
совокупность всех генов (ядерного и внеядерного наследственного аппарата) клетки или организма, это система взаимодействующих генов ядерного и внеядерного наследственного аппарата.

Фенотип
– совокупность всех признаков организма, развившихся в результате экспрессии взаимодействующих генов ядерного и внеядерного наследственного аппарата организма в конкретных условиях среды.

Закономерности наследования
Мендель сформулировал их в виде трех законов
единообразия,
расщепления,
независимого комбинирования.
Наследование признаков по законам Менделя называют моногенным (м.н.),
не по законам Менделя – полигенным (п.н.).

Для записи скрещивания и его результатов используются следующие символы:
Р – родители;
♀ – женский организм;
♂ – мужской организм;
х – знак скрещивания (или брака);
F1 – гибриды (потомки, дети) первого поколения;
F2 – гибриды второго поколения;
А – ген, который определяет доминантный признак (= доминантный ген);
а – ген, который определяет рецессивный признак (= рецессивный ген);
АА – генотип организма, гомозиготного по доминантному признаку;
аа – генотип организма, гомозиготного по рецессивному признаку;
Аа – генотип гетерозиготного организма.

Генетическая схема 1-го закона Менделя:
Р: ♀ АА х ♂ аа
желтый зеленый
Гаметы: А а
F1: Аа
желтый
100%
При скрещивании гомозиготных аллелей AA и aa потомство генетически гетерозиготно (Aa) и фенотипически однотипно

Генетическая схема второго закона Менделя:
Р: ♀ Аа х ♂ Аа
желтый желтый
Гаметы: А а А а
F2: АА; Аа; Аа; аа
желтый желтый желтый зеленый
75% 25%
при скрещивании гетерозиготных аллелей Aa и Aa потомство расщепляется генетически как1(AA):2(Aa):1(aa), а фенотипически–как 3(AAиАа):1(аа).

Признаки человека
Доминантные
Бас у ♂
Выпяченная нижняя губа
Крупный с горбинкой нос
Белая прядь волос надо лбом
Праворукость
Толстая отвисающая нижняя губа
Длинные уши
Рецессивные
Тенор у ♂, Альт у ♀
Нормальная губа
Нос обычных размеров
Отсутствие ее
Леворукость
Нормальная губа
Короткие уши

Взаимодействие аллельных генов в генотипе (в зависимости от фенотипического эффекта) :
доминирование,
неполное доминирование,
кодоминирование,
межаллельная комплементация,
аллельное исключение
Все виды взаимодействия аллельных генов наблюдаются только у гетерозиготных организмов.

Доминирование и неполное доминирование
Доминантно-рецессивные отношения – это такой вид взаимодействия аллельных генов, когда в фенотипе гетерозиготных организмов на уровне конечного признака продукт одного гена проявляется сильнее (доминирует) продукта другого типа (рецессивный признак).
Степень доминирования может быть различной (полное и неполное доминирование).

При неполном доминировании
гибриды первого поколения
имеют фенотип промежуточный
между фенотипами родителей
У гибридов второго поколения
расщепление1:2:1
и по фенотипу, и по генотипу,
поскольку каждому генотипу
соответствует свой фенотип

кодоминирование
– вид взаимодействия аллельных генов, при котором на уровне конечного признака в фенотипе проявляются продукты обоих генов
Пример: формирование признака IV (АВ) группы крови у человека)

Наследование групп крови системы АВО
Ген расположен в 9 хромосоме.
Молекулярные формы гена: А = В > О.
Генотипы: ОО, АА, АО, ВВ, ВО, АВ.
Фенотипы: 1(О) 11(А) 111(В) 1У(АВ)
Тип насл. А-Р А-Д Кодоминантный

межаллельная комплементация
– вид взаимодействия аллельных генов, когда за счет образования гибридного белка у гетерозиготы восстанавливается нормальный фенотип.

аллельное исключение
- при котором один из аллельных генов из пары не работает – продукт гена не образуется (гетерохроматинизация одной из Х-хромосом у женщин).
Мозаицизм женского организма по наличию или отсутствию нормальных потовых желез в коже, обусловленный экспрессией нормального или мутантного аллелей гена Х-хромосомы

МОНОГЕННЫЕ ПРИЗНАКИ
М.п. – это дискретные (чаще качественные), т.е. встречающиеся в человеческих популяциях (семьях) в 2–3 альтернативных формах.
Альтернативная форма м.п. – результат мутации 1 гена (1 пары).
Среда на формирование м.п. или не влияет, или изменяет экспрессивность (пенетрантность) гена.

Примеры нормальных м.п.:
цвет глаз, волос, группы крови АВ0 (Н), Rh, MNS, HLA и др.
К патологическим м.п. относят генные (моногенные) наследственные болезни (Г.Н.Б.) и моногенно обусловленную предрасположенность к болезням.

Типы скрещиваний
Анализирующее – А? * аа
Реципрокное - ♂АА * ♀аа или ♂аа * ♀АА
Интеркросс – Аа * Аа

Все количественные генетические соотношения - вероятностные
Р ♂Аа * ♀аа
карегл. голубогл.
F1 50% Аа, 50% аа
карегл. голубогл.
1:1

Моногенное наследование

Прогнозирование Г.Н.Б.
не зависит
от степени родства,
тяжести болезни родственников, количества больных в семье,
А-Д и А-Р болезней и от пола,
но зависит от типа брака (генотипов родителей)

Особенности аутосомного и сцепленного с полом типов наследования

Аутосомно-доминантные болезни
Полипоз кишечника
Пигментирующий ретинит
Брахидактилия (короткопалость)
Ахондроплазия (карликовость)
Глаукома
хорея Гентингтона
Ретинобластома (опухоль глаза)

Ретинобластома
Ретинобластома – злокачественная опухоль глаза, развивающаяся преимущественно в детском возрасте из тканей эмбрионального происхождения. Пик заболевания приходится на 2 года.
Распространенность ретинобластомы -1 случай на 20 000 новорожденных.

Брахидактилия (короткопалость)

синдром Марфана

Пенетрантность гена – частота проявления признака у лиц, в генотипе которых имеется соответствующий ген.
При полной пенетрантность (100%) ген получает фенотипическое выражение у каждой особи, обладающей этим геном,
при неполной пенетрантности ген проявляет свой фенотипический эффект не у всех особей.

Прогнозирование при А-Д типе наследования с неполной пенетрантностью гена.
А –«Янтарные зубы», П – 80%.
Р Аа х аа
янтарные белые
G А а а
F Аа, аа
янтарные белые
50% 50%
Вероятность для потомства:
50% - П100%
Х - П 80%
Х = 40%

Аутосомно-доминантные признаки
Зависимые от пола раннее полысение у ♂♂, мигрень у ♀♀
С варьирующей экспрессивностью
с. Марфана
С неполной пенетрантностью врожденная катаракта
С поздней проявляемостью
с. Гентингтона (после 40 лет)

А-Д тип
в семье болеют родители (ль) и дети;
болеют лица мужского и женского пола;
больные встречаются в каждом поколении;
риск рождения больного ребенка при типичном браке (Аа х аа) равен 50%, если пенетрантность (проявляемость) гена 100%.
Если пенетрантность гена меньше 100%, то меньше и риск.

Типы браков при аутосомно-доминантном (А-Д) типе наследования
1. аа * аа 2. Аа * аа 3. Аа * Аа
4. АА * аа 5. АА * Аа 6. АА * АА

Наиболее часто встречающийся тип брака А-Д наследования
Р Аа * аа
F1 Аа, аа по 50%
По фенотипу: 50% больны,
50% здоровы
или

Родословная с аутосомно-доминантным типом наследованием болезни (синдром Марфана)

Наследование групп крови системы резус-Rh.
Ген расположен в 1 хромосоме.
Молекулярные формы гена: Rh, rh
Генотипы: RhRh, Rhrh, rhrh
Фенотипы: положительный отрицательный
резус-фактор резус-фактор
Среди европейцев: 84% - с положительным резус-фактором.
16% - с отрицательным резус- фактором.

Несовместимость крови по резус-фактору матери и плода
Р мать rhrh x отец Rhrh
отрицательный положительный
резус-фактор резус-фактор
G rh Rh rh
F Rhrh, rhrh
положительный отрицательный
резус-фактор резус-фактор
50% 50%
Возможно
развитие конфликта

Аутосомно-рецессивные заболевания
Альбинизм
светлые глаза и волосы
Анемия серповидно-клеточная
близорукость
Глухота
90% наследственных болезней обмена веществ (фенилкетонурия)
Гидроцефалия
Леворукость

По А-Р типу
наследуются рецессивные признаки (Р.П.), гены которых локализованы в аутосомах.
Для формирования Р.П. требуется 2 «дозы» гена (генотип ааbb).

Типы браков при А-Р наследовании
1. аа * аа 2. Аа * аа 3. Аа * Аа
4. АА * аа 5. АА * Аа 6. АА * АА

Типичный брак при А-Р наследовании
Р ♂ Аа * ♀ Аа (здоровы)
F1 25% АА 50% Аа
25% аа - больны

Характеристика А-Р типа наследования
Больные рождаются у здоровых
Вероятность рождения больного в браке Аа * Аа равна 25% для каждого ребенка
У больного родителя (др. здоров) рождаются здоровые дети АА * аа Аа
Рецессивность способствует распространению вредных мутаций
Все дети и родители больных являются гетерозиготными носителями патологического гена
Более высокий, чем в популяции, % кровнородственных связей
Болеют, в основном, сибсы, а не родители и дети, как при А-Д
Теоретически соотношение больных и здоровых детей у гетерозиготных родителей составляет 1:3
Одинаково часто болеют ♀♀ и ♂♂

СЦЕПЛЕННОЕ С ПОЛОМ НАСЛЕДОВАНИЕ
Участки гомологии Х и У хромосом нужны для их спаривания в мейозе у мужчин.
Соотношение сперматозоидов с Х и У хромосомой получается 1:1 Это определяет равное соотношение полов у потомков

Схема гомологичных и негомологичных локусов
в половых хромосомах человека:

По Х-сцепленному Д-типу
наследуются Д.П., гены которых локализованы в Х-хромосоме.
Для их формирования у мужчин и женщин достаточно 1 «дозы» гена (генотипы: Х’Х и Х’У).
Для Х-сцепленного Д-типа характерно:
болеют лица мужского и женского пола;
больной отец передает мутантный ген дочерям и не передает сыновьям;
болезнь прослеживается по вертикали и горизонтали.

Примеры признаков, наследуемых по Х-Д-типу:
коричневая эмаль зубов,
витамин Д-устойчивый рахит

Типичные типы браков при Х-Д типе наследования.
Х* - коричневая эмаль зубов
Х – белая эмаль зубов
Р Х*Х х ХУ
коричневая белая
G Х* Х Х У
F Х*Х, ХХ, Х*У, ХУ
корич. белая корич. белая
25% 25% 25% 25%
Вероятность: 50% 50%
коричневая белая
эмаль эмаль
------------------------------------------------------------------------------
Р ХХ х Х*У
белая коричневая
G Х Х* У
F Х*Х, ХУ
корич. белая
50% 50%

Родословная с Х-сцепленным доминантным типом наследования (витамин D резистентный рахит)

Х-рецессивный тип наследования

Примеры признаков человека, наследуемые по Х-Р-типу:
мышечная дистрофия Дюшена – Беккера,
гемофилия А и В,
протаномалия («красная слепота»),
дейтераномалия («зеленая слепота»),

По Х-сцепленному Р-типу
наследуются Р.П., гены которых локализованы в Х-хромосоме.
Для их формирования у женщин требуется 2 «дозы» гена (генотип Х’Х’), у мужчин достаточно 1 «дозы» гена (генотип Х’У).
Для Х-сцепленного Р-типа характерно:
болеют преимущественно лица мужского пола;
при типичном браке (Х’Х и ХУ) риск заболеть для мальчиков – 50%, девочки здоровы, но 50% из них – носительницы мутантного гена;
больны родственники мужского пола, со стороны матери.

Х-сцепленный рецессивный тип
Р ХГХг * ХГУ
ХгУ 50%
болен сыновей!
ХГХг 50% дочерей
здоровы «кондукторы»
здорова
здоров

Наследование гемофилии. Х-Р-тип.
Х* - гемофилия
Х – нормальное свертывание крови.
Р ХХ* х ХУ норм.св.кр. норм.св.кр.
G Х Х* Х У
F ХХ, ХХ*, ХУ, Х*У
н.св.кр. н.св.кр. н.св.кр. гемофилия
25% 25% 25% 25%
Риск для потомства:
25% - от всего ожидаемого потомства,
50% - от мальчиков.

Гемофилия «А»
Дефицит VIII фактора свертываемости крови
Гемофилия «В»
Дефицит IX фактора свертываемости крови

Синдром Леш-Нигена («эффект саморазрушения»)
Недостаточность фермента G-6-FD («фавизм», «острая лекарственная анемия»)

Цветовая слепота
рецессивный ген, определяющий цветовую слепоту (дальтонизм), локализован в Х-хромосоме (Ха):
Р: ХАХА х ХаY
ХА Ха; Y
F: ХАХа ХАY
нормальное нормальное
50% 50%
нормальное дальтонизм

протанопия

дейтеранопия

Ихтиоз – заболевание кожи

По У-сцепленному типу
наследуется мало признаков (в У-хромосоме мало генов).
Для У-сцепленного наследования характерно: болеют только мужчины;
больные отцы передают мутантный ген сыновьям;
в родословной пробанда родственники мужского пола со стороны отца больны.

Примеры признаков человека, наследуемых по У-типу:
гипертрихоз ушной раковины, перепончатость пальцев ног

Родословная с Y-сцепленным типом наследования (оволосение ушной раковины)

Перепончатость пальцев ног

«ХУ» - тип (гены находятся в конъюгирующих участках Х- и У- хромосом)
Полная цветовая слепота
Синдром Альпорта

Неаллельные гены

Неаллельные гены -
Гены, локализованные в разных парах гомологичных хромосом
АаВв
Типы гамет: АВ, Ав, аВ, ав
Разнообразие типов гамет, образуемых организмом, определяется степенью его гетерозиготности и выражается формулой
2n,
где n — число локусов в гетерозиготном состоянии.

у дигетерозиготного организма (АаВb) образуется 4 типа гамет в равных количественных соотношениях (АВ – 25%, Аb – 25%, аВ – 25%, аb – 25%),
у гомозиготной особи (ааbb) – один тип гамет аb, а поэтому в потомстве образуется 4 типа фенотипических классов в равных количественных соотношениях (по 25% каждого класса).

Формулировка 3 закона Менделя
При ди- и полигибридном скрещивании каждая пара признаков наследуется независимо от других, комбинируясь с ними во всех возможных сочетаниях

Независимое наследование признаков
(цвета и формы горошин)

Р АаВв х АаВв
Решетка Пеннета
По генотипу: 4:2:2:2:2:1:1:1:1 (9 классов)
По фенотипу: 9:3:3:1 (4 класса)

Цитологические основы независимого наследования моногенных признаков – случайное и независимое расхождение гомологичных хромосом к полюсам клетки в анафазе1 мейоза.

Отклонения от закона:
1) если аллельные гены взаимодействуют между собой по типам – кодоминирования и неполного доминирования,
2) если неаллельные гены (их продукты) вступают между собой в какое-либо взаимодействие – комплементарность, эпистаз, полимерию, модифицирующее влияние, эффект положения гена,
3) если гены локализованы в одной паре гомологичных хромосом и наследуются сцепленно.

Виды взаимодействия неаллельных генов:
1. Модифицирующее влияние
2. Комплементарность
3. Эпистаз
4. Эффект положения гена
5. Полимерия

Модифицирующее влияние –
вид взаимодействия неаллельных генов, когда продукт одной пары генов модифицирует (изменяет) фенотипический эффект другой пары генов.
Наличие А, В или Н-антигенов в слюне (и других секретах) зависит от секреторного гена Se (расположен в 19 хро-ме).
Секреторы: SeSe, Sese.
Несекреторы: sese.
Например:
АВSeSe, ABSese – в слюне обнаруживаются антигены А и В.
АВsese – в слюне не обнаруживаются антигены А и В.
ООSese – в слюне обнаруживается антиген Н.

Комплементарность –
вид взаимодействия неаллельных доминантных генов, в результате которого формируется новый конечный признак.
А и В –комплементарные гены, обусловливают развитие нормального слуха.
Р АаВв х АаВв
норм.сл норм.сл
F АВ Ав аВ ав
9 : 3 : 3 : 1
норм.сл. г л у х о н е м о т а

Эпистаз –
вид взаимодействия неаллельных генов, когда аллель из одной пары генов подавляет (усиливает) фенотипический эффект другой пары генов.

Эпистаз – проявление одного гена полностью подавляется другим геном
Н-антиген – предшественник антигенов А и В.
Рецессивный эпистаз.
Группа крови Бомбей ( среди индусов частота 1:13000).
Генотипы: ААhh, AOhh, BBhh, BOhh, ABhh – 1(O) группа крови
(группа крови Бомбей). Нет Н-предшественника антигенов А и В.
Группы крови системы АВО(Н)

Бомбейский феномен
hhIAIB
I(0) группа
НhIAIB
IV группа
IAIB
Н

Эффект положения гена:
фенотипический эффект гена зависит от соседних генов.
Если ген в результате перекомбинации генов окажется в зоне гетерохроматина, его активность будет снижена.