Взаємодія неалельних генів: типи і форми

Передача ознак з покоління в покоління обумовлена взаємодією між собою різних генів. Що таке ген, і які ж є види взаємодії між ними?

Що таке ген?

Під геном в даний час, мають на увазі одиницю передачі спадкової інформації. Гени знаходяться в ДНК і утворюють її структурні ділянки. Кожен ген відповідає за синтез певної білкової молекули, яка і обумовлює прояв тієї або іншої ознаки у людини.

Кожен ген має кілька підвидів або алелей, які і обумовлюють різноманітність ознак (наприклад, карий колір очей обумовлений домінантною аллелью гена, в той час як блакитний колір є рецесивним ознакою). Аллели розташовані в однакових ділянках гомологічниххромосом, і передача тієї чи іншої хромосоми обумовлює прояв тієї або іншої ознаки.

Всі гени взаємодіють між собою. Існує кілька видів їх взаємодії - алельних і неалельних. Відповідно, виділяють взаємодію алельних і неалельних генів. Чим же вони відрізняються між собою і як проявляються?

Історія відкриття

До того як були відкриті типи взаємодії неалельних генів, було прийнято вважати, що можливо тільки повне домінування (якщо є домінантний ген, то ознака проявітся- якщо ж його немає, то і ознаки не буде). Переважало вчення про аллельном взаємодії, яке довгий час було основним догматом генетики. Домінування ретельно досліджувалося, і були відкриті такі його типи, як повне і неповне домінування, кодомінування і наддомінування.

Всі дані принципи підпорядковувалися перший закону Менделя, який свідчив про однаковості гібридів першого покоління.

При подальшому спостереженні і дослідженні було відмічено, що не всі ознаки підбудовувалися під теорію домінування. При більш глибокому вивченні було доведено, що не тільки однакові гени впливають на прояв ознаки або групи властивостей. Таким чином і були відкриті форми взаємодії неалельних генів.

Реакції між генами

Як було сказано, довгий час переважало вчення про домінантному спадкуванні. В даному випадку мало місце алельних взаємодія, при якому ознака проявлявся тільки в гетерозиготному стані. Після того як були відкриті різні форми взаємодії неалельних генів, вчені отримали можливість пояснити досі незрозумілі типи успадкування та отримати відповіді на багато питань.

Було з`ясовано, що генное регулювання безпосередньо залежало від ферментів. Дані ферменти дозволяли генам вступати в реакції по-різному. При цьому взаємодія алельних і неалельних генів протікало по одним і тим же принципам і схемами. Це дозволило зробити висновок про те, що спадкування не залежить від умов, в яких гени взаємодіють, а причина атипової передачі ознак криється в самих генах.

Неалельні взаємодія є унікальним, що дозволяє отримувати нові комбінації ознак, що обумовлюють нову ступінь виживання і розвитку організмів.

Неалельні гени

Неалельних називають ті гени, що локалізуються в різних ділянках хромосом. Функція синтезу у них одна, проте кодують вони утворення різних білків, які обумовлюють різні ознаки. Такі гени, реагуючи між собою, можуть обумовлювати розвиток ознак в декількох комбінаціях:

• Одна ознака буде обумовлений взаємодією кількох, абсолютно різних за будовою генів.
• Кілька ознак будуть залежати від одного гена.

Реакції між даними генами протікають дещо складніше, ніж при аллельном взаємодії. Проте кожен з даних видів реакцій володіє власними рисами й особливостями.

Які ж є типи взаємодії неалельних генів?

• Епістаз.
• Полімерія.
• Компліментарність.
• Дія модіфікаторних генів.
• Плейотропна взаємодію.

Кожен з цих типів взаємодії має свої унікальні властивості і проявляється по-своєму.

Слід зупинитися детальніше на кожному з них.

Епістаз

Дане взаємодія неалельних генів - епистаз - спостерігається в тому випадку, коли один ген пригнічує активність іншого (що пригнічує ген носить назву епістатічного, а придушений - гіпостатічного гена).

Реакція між даними генами може бути домінантною і рецесивною. Домінантний епістаз спостерігається у випадку, коли Епістатичний ген (зазвичай він позначається буквою I, якщо не має зовнішнього, фенотипічного прояви) пригнічує Гіпостатичний ген (його зазвичай позначають В або b). Рецесивний епістаз спостерігається тоді, коли рецессивная аллель Епістатичний гена пригнічує прояв будь-який з алелей гіпостатіческогот гена.

Розщеплення за фенотипическому ознакою, при кожному з видів цих взаємодій, також відрізняється. При домінантному Епістаз частіше спостерігається наступна картина: у другому поколінні по фенотипам поділ буде наступним - 13: 3, 7: 6: 3 або 12: 3: 1. Все залежить від того, які гени зійдуться.

При реціссівний Епістаз поділ таке: 9: 3: 4, 9: 7, 13: 3.

Компліментарність

Взаємодія неалельних генів, при якому при об`єднанні домінантних алелів декількох ознак утворюється новий, досі не зустрічався фенотип, і називається комплементарностью.

Наприклад, найбільш часто цей тип реакції між генами зустрічається у рослин (особливо у гарбузів).

Якщо в генотипі рослини є домінантна аллель А чи В, то овоч отримує сферичну форму. Якщо ж генотип реціссівний, то форма плоду зазвичай подовжена.

При наявності в генотипі одночасно двох домінантних алелів (А і В) гарбуз набуває дисковидную форму. Якщо ж і далі проводити схрещування (тобто продовжувати це взаємодія неалельних генів з гарбузами чистої лінії), то у другому поколінні можна отримати 9 особин з дисковидной формою, 6 - зі сферичною і одну гарбуз подовженої форми.

Подібне схрещування дозволяє отримувати нові, гібридні форми рослин з унікальними властивостями.

У людей даний тип взаємодії обумовлює нормальний розвиток слуху (один ген - розвиток равлики, інший - слухового нерва), а при наявності тільки одного домінантної ознаки проявляється глухота.

Полімерія

Часто в основі прояву ознаки лежить не наявність домінантною або рецесивною аллели гена, а їх кількість. Взаємодія неалельних генів - полімерія - є прикладом подібного прояву.

Полімерне дію генів може протікати з накопичувальним (кумулятивним) ефектом або без нього. При кумуляції ступінь прояву ознаки залежить від загального генного взаємодії (чим більше генів, тим сильніше ознака виражений). Потомство при подібному ефекті розділяється наступним чином - 1: 4: 6: 4: 1 (ступінь вираженості ознаки зменшується, т.е в однієї особини ознака максимально виражений, в інших спостерігається його згасання аж до повного зникнення).

Якщо кумулятивного дії не спостерігається, то прояв ознаки залежить від домінантних алелів. Якщо є хоча б одна така аллель, ознака матиме місце. При подібному ефекті розщеплення в потомстві протікає у співвідношенні 15: 1.

Дія генів-модифікаторів

Взаємодія неалельних генів, контрольоване дією модифікаторів, спостерігається порівняно рідко. Приклад такої взаємодії наступний:

• Наприклад, є ген D, який відповідає за інтенсивність забарвлення. У домінантному стані, даний ген регулює поява забарвлення, у той час як при утворенні реціссівний генотипу з даного гену, навіть якщо є інші гени, які контролюють безпосередньо колір, буде проявлятися "ефект розбавлення забарвлення", що часто спостерігається у мишей молочно-білого кольору.
• Іншим прикладом подібної реакції є поява плямистості на тілі тварин. Наприклад, є ген F, основна функція якого - рівномірність фарбування вовни. При утворенні рецесивного генотипу шерсть буде пофарбована нерівномірно, з появою, наприклад, білих плям в тій чи іншій області тіла.

Подібна взаємодія неалельних генів у людини проявляється досить рідко.

Плейотропія

При даному типі взаємодії один ген регулює прояв або впливає на ступінь вираженості іншого гена.

У тварин плейотропія виявлялася таким чином:

• У мишей прикладом плейотропний є карликовість. Було відмічено що при схрещуванні фенотипно нормальних мишей в першому поколінні всі мишенята виявилися карликовими. Був зроблений висновок, що карликовість обумовлюється рецесивним геном. Рецесивні гомозиготи переставали рости, спостерігалася недорозвиненість їх внутрішніх органів і залоз. Даний ген карликовості впливав на розвиток гіпофіза у мишей, що й призводило до зниження синтезу гормонів і викликало всі наслідки.
• Платинова забарвлення у лисиць. Плейотропія в даному випадку виявлялася летальним геном, який при утворенні домінантною гомозиготи викликав загибель ембріонів.
• У людей Плейотропна взаємодія показано на прикладі фенілкетонурії, а також синдрому Марфана.

Роль неалельні взаємодії

В еволюційному плані всі вищевказані види взаємодії неалельних генів відіграють важливу роль. Нові генні комбінації зумовлюють появу нових ознак і властивостей живих організмів. У деяких випадках, ці ознаки сприяють виживанню організму, в інших - навпаки, зумовлюють смерть тих особин, що будуть значно виділятися серед свого виду.

Неалельні взаємодія генів широко використовується в селекційній генетиці. Деякі види живих організмів зберігаються завдяки подібній генної рекомбінації. Інші види набувають властивостей, які високо цінуються в сучасному світі (наприклад, виведення нової породи тварин, що володіють більшою витривалістю і фізичною силою, ніж її батьківські особини).

Ведуться роботи з приводу використання даних типів успадкування у людей з метою виключення негативних ознак з генома людини і створення нового, бездефектного генотипу.