ХРОМОСОМНА ТЕОРІЯ СПАДКОВОСТІ. Генетика статі.
Основні положення хромосомної теорії спадковості та її значення
Хромосомну теорію спадковості сформулювали і експериментально обгрунтували в дослідах на плодовій мушці дрозофілі (Drosophila melanogaster) американський генетик Т.Х. Морган та його школа – А.Стертевант, Г.Меллер, К. Бріджес (1910-1925).
Томас Хант Морган (англ. Thomas Hunt Morgan; 25 вересня 1866, Лексінгтон — 4 грудня 1945 Пасадіна) — американський біолог, один з основоположників генетики, іноземний член-кореспондент РАН (1923) і іноземний почесний член АН СРСР, голова Шостого Міжнародного конгресу з генетики в Ітака, штат Нью-Йорк (1932). Лауреат Нобелівської премії з фізіології та медицини 1933 року «За відкриття, пов’язані з роллю хромосом у спадковості».
В 1902 У. Сеттон в США, що звернув увагу на паралелізм в поведінці хромосом т.з. «спадкових чинників» за Менделем. Т. Бовер
і
в Германії висунув хромосомну гіпотезу спадковості, згідно якої спадкові чинники (згодом-гени) Менделя локалізовані в хромосомах. Перші підтвердження цієї гіпотези були отримані при вивченні генетичного механізму визначення статі у тварин, коли було з’ясовано, що в основі цього механізму лежить розподіл статевих хромосом серед нащадків. Подальше обгрунтування хромосомної теорії спадковості належить американському генетикові Т. Х.Моргану, який відмітив, що передача деяких генів (наприклад, гена, обумовлюючого білі очі у самок дрозофіли при схрещуванні з червоноокими самцями) пов’язана з передачею статевої Х-хромосоми. Тобто виявилося, що успадковуються ознаки, зчеплені зі статтю(у людини відомо декілька десятків таких ознак, у тому числі деякі спадкові дефекти — дальтонізм, гемофілія і ін.).
Доказ хромосомної теорії спадковості було отримано в 1913 американським генетиком До. Бріджесом, що відкрив нерозходження хромосом в процесі мейозу у самок дрозофіли і відзначив, що порушення в розподілі статевих хромосом супроводиться змінами в успадкуванні ознак, зчеплених зі статтю.
З розвитком хромосомної теорії спадковості було встановлено, що гени, розташовані в одній хромосомі, складають одну групу зчеплення і повинні успадковуватися спільно; число груп зчеплення дорівнює числу пар хромосом, постійному для кожного виду організмів; ознаки, залежні від зчеплених генів, також успадковуються спільно. Внаслідок цього закон незалежного комбінування ознак повинен мати обмежене використання; незалежно повинні успадковуватися ознаки, гени яких розташовані в різних (негомологічних) хромосомах. Явище неповного зчеплення генів (коли поряд з батьківськими поєднаннями ознак в потомстві від схрещувань виявляються і нові рекомбінантні, їх поєднання) було детально досліджено Морганом і його співробітниками (А. Р. Стертевантом і ін.) і послужило обгрунтуванням лінійного розташування генів в хромосомах. Морган передбачив, що зчеплені гени гомологічних хромосом, що знаходяться у батьків в одній групі зчеплення в мейозі в гетерозиготної форми можуть мінятися місцями, внаслідок чого поряд з гаметамі АВ і ab утворюються гамети Ab і аВ. Подібні перекомбінації відбуваються завдяки розривам гомологічних хромосом на ділянці між генами і подальшому з’єднанню розірваних кінців в новому поєднанні: Реальність цього процесу, названого перехрещенням хромосом, або кросинговером, була доведена в 1933 йому, ученим К. Штерном в дослідах з дрозофілою і американськими ученими Х. Крейтономі Б. Мак-Клінток — з кукурудзою. Чим далі один від одного розташовані зчеплені гени, тим більша вірогідність кросинговеру між ними. Залежність частоти кросинговеру від відстаней між зчепленими генами була використана для побудови генетичних карт хромосом. В 30-х рр. 20 ст Ф. Добржанський показав, що порядок розміщення генів на генетичних і цитологичних картах хромосом збігається.
Згідно з уявленнями вчених школи Моргана, гени є дискретними і неділимими носіями спадкової інформації. Проте відкриття в 1925 радянськими ученими Г. А. Надсоном і Г. С. Філіпповим, а в 1927 американським вченим Р. Меллером
впливу рентгенівських променів на виникнення спадкових змін ( мутацій ) в дрозофіли, а також використання рентгенівських променів для прискорення мутаційного процесу в дрозофіли дозволили радянським ученим А. С. Серебровському, Н. П. Дубініну і ін. сформулювати в 1928—30 р.р. уявлення про подільність гена на дрібніші одиниці, розташовані в лінійній послідовності і їх схильність до мутаційних змін. У 1957 ці висновки були доведені роботою американського ученого С.Бензера з бактеріофагом Т4. Використання рентгенівських променів для стимулювання хромосомних перебудов дозволило Н. П. Дубініну і Б. Н. Сидорову виявити в 1934 ефект положення гена (відкритий в 1925 Стертевантом), тобто залежність прояву гена від місця розташування його на хромосомі. Виникло уявлення про єдність дискретності і безперервності в будові хромосоми.
Хромосомна теорія спадковості розвивається у напрямі поглиблення знань про універсальних носіїв спадкової інформації — молекул дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Встановлено, що безперервна послідовність пуринових і піримідинових основ уздовж ланцюга ДНК(дезоксирибонуклеїнової кислоти) утворює гени, міжгенні інтервали, знаки початку і кінця зчитування інформації в межах гена; визначає спадковий характер синтезу специфічних білків клітини і, отже, спадковий характер обміну речовин. ДНК складає матеріальну основу групи зчеплення у бактерій і багатьох вірусів (в деяких вірусів носієм спадкової інформації є рибонуклеїнова кислота ); молекули ДНК, що входить до складу мітохондрій, пластид і ін.органел
клітки, служать матеріальними носіями цитоплазматичної спадковості.
Хромосомна теорія спадковості пояснює закономірності успадкування ознак у тварин і рослинних організмів, грає важливу роль в сільськогосподарський науці і практиці. Вона озброює селекціонерів методами виведення порід тварин і сортів рослин із заданими властивостями. Деякі положення хромосомну теорії спадковості дозволяють раціональніше вести сільськогосподарське виробництво. Так, явище зчепленого зі статтю успадкування ряду ознак в сільськогосподарських тварин дозволило виявити методи штучного регулювання статі в тутового шовкопряда, вибраковувати кокони менш продуктивної статі, способи розділення курчат за ознакою статі відповідно до досліджень клоаки — відбраковувати півники і т.п. Найважливіше значення для підвищення врожайності багатьох сільськогосподарських культур має використання поліплоїдії. На знанні закономірностей хромосомних перебудов грунтується вивчення спадкових захворювань людини.
Основні положення хромосомної теорії спадковості:
1. Гени знаходяться в хромосомах. Гени, розташовані в одній хромосомі, утворюють групу зчеплення. Число груп зчеплення генів у кожного виду організмів дорівнює гаплоїдному числу хромосом.
2. Кожний ген у хромосомі займає певне місце (локус). Гени в хромосомі розташовані по її довжині в лінійному порядку (один за одним).
3. Алельні гени займають певні й ідентичні локуси гомологічних хромосом.
4. У мейозі може відбуватися взаємний обмін ділянками гомологічних хромосом – кросинговер.
5. Кожний біологічний вид характеризується специфічним набором хромосом – каріотипом.
Значення. Хромосомна теорія спадковості – основна теорія генетики, за якою матеріальними носіями спадковості є хромосоми, в яких лінійно розташовані гени. Її положення, вперше встановлені на дрозофілі, виявилися прийнятними і для людини. За розробку хромосомної теорії спадковості Т.Морган одержав Нобелівську премію (1933).
Зчеплене успадкування – феномен зкорельованого успадкування алелей генів, розташованих в одній хромосомі.
Повної кореляції не буває через процес кросинговеру, тому що зчеплені гени можуть розійтися по різних гаметах. Кросинговер спостерігається у вигляді розчеплення у потомства тих алелей генів і, відповідно, станів ознак, які були зчеплені у батьків.
Спостереження, проведені Томасом Морганом, показали, що ймовірність кросинговеру між різними парами генів різна. Звідси з’явилася ідея створити генні карти на підставі частот кросинговеру між різними генами. Перша генна карта була побудована студентом Моргана, Альфредом Стертевантом в 1913 році на прикладі Drosophila melanogaster.
Відстань між генами, розташованими в одній хромосомі, прямо пропорційна частоті кросинговеру між ними. За одиницю відстані прийнятий 1% кросинговеру (1 морганіда або 1 сантиморганіда). Чим далі гени знаходяться один від одного в хромосомі, тим частіше між ними буде відбуватися кросинговер. Максимальна відстань між генами, розташованими в одній хромосомі, може дорівнювати 49 сантиморганідам.
Цитоплазматична (нехромосомна) спадковість
У разі партеногенезу або успадкування при поліплоїдії успадковані ознаки передавалися через ядерні структури – хромосоми. Відмінності полягали лише в тому, скільки таких хромосом є у клітинці і чи отримує організм їх від обох батьків або лише від 1-го. Але, крім того, існує ще особливий тип передачі успадкованих ознак – не через ядро, а через цитоплазму клітини. У даному випадку говорять про нехромосомной, або цитоплазматичної спадковості. Більш принципові випадки нехромосомной спадковості – це спадкування пластид і мітохондрій.
Рослинні клітини містять особливі органели, так звані пластиди, які мають свою кільцеву хромосому і плодяться поділом. Якщо клітинка втратила пластиди, то вона не здатна утворити їх заново. Приміром, традиційно евглена зеленувата містить близько 100 хлоропластів. При вирощуванні евглени в темряві її хлоропласти не діляться, у той час як самі одноклітинні продовжують ділитися. У результаті цього процесу виникають евглени, що не мають хлоропластів. У таких евглена новітні хлоропласти не утворюються.
Пластиди традиційно передаються з яйцеклітиною, але не передаються зі спермою, фактично позбавленими цитоплазми. Але є і виключення, наприклад, спермін герані містять цитоплазму і пластиди.
Ясно, що успадкування пластид підпорядковується особливим правилам. Цей тип спадкування був описаний німецькими вченими, (перевідкрили закони Менделя) ще в 1908 р. при дослідженні передачі в спадщину ряболиста у рослин. Роздивимось цей приклад найбільш ретельно.
Ряболисті рослини складаються з клітин з нормальними пластиду, що містять хлорофіл і мають зеленуватий колір, і з клітин з мутантними пластиду, які не містять хлорофілу і мають білосніжний колір. Листя таких рослин “строкаті”, тобто складаються з ділянок з різним забарвленням, від чисто зеленуватою до чисто білосніжною. Часто одна гілка такого рослини несе зеленуваті листя, а інша – білосніжні. Уявіть собі один факт про те, що самі по собі білосніжні листя не могли б вижити, тому що в них не йде процес фотосинтезу. І навіть не треба і говорити про те, що але на ряболисті рослин вони виживають, і на гілках з такими листами навіть можуть розвиватися квіти, тому що вони отримують поживні речовини від звичайних частин рослини.
Пластиди успадковуються лише по материнській лінії. Так як пилкові клітини не містять пластид, то, наприклад, при запиленні квітки звичайного зеленуватого рослини пилком рослин, розвинулися на гілках з зеленуватими або з безбарвними листям, все одно виходять модифікації з нормальними пластиду, тобто з фенотипом материнської рослини.
Тими ж рисами, що і пластиди, мітохондрії володіють, мають свою ДНК. Мітохондрії сперматозоїда при заплідненні не потрапляють всередину клітини або руйнуються в ній. Так що всі мітохондрії організм отримує від мами. Оскільки переважна більшість клітин еукаріот містять мітохондрії, нехромосомна спадковість – буденне явище. Цей тип спадковості залежить від 2-ох причин: по-1-х, від вдачі розподілу даних мітохондрій по дочірнім клітинам при розподілі материнської клітини, по-2-х, від параметрів генів, які локалізовані в ДНК пластид або мітохондрій. Всі давно знають те, що наприклад, в одну з дочірніх клітин може потрапити більше мутантних пластид, а в іншу менше або не потрапити зовсім. Всім відомо про те, що в підсумку нащадки цих дочірніх клітин будуть володіти різними ознаками.
У ряді випадків показано, що хромосомна спадковість і нехромосомна можуть комбінуватися, даючи складні випадки спадкування ознак. Справа в тому, що не всі білки, потрібні для функціонування мітохондрій, закодовані в їх ДНК. Велика частинатаких білків (до 90%) закодована в ядерній ДНК клітини. Ті ознаки мітохондрій, які закодовані в хромосомах ядра клітини, успадковуються за законами Менделя, а ті ознаки, які закодовані в ДНК самих мітохондрій, успадковуються (спільно з самими мітохондріями) з цитоплазмою яйцеклітини, тобто по материнській лінії. У мікробів теж є генетичний матеріал (плазміди), який не пов’язаний з їхньою єдиною хромосомою.
Наприкінці XIX століття біологи витратили багато праці, щоб спочатку довести, що носієм спадковості є ядро клітини, а потім конкретизувати це твердження і довести хромосомну теорію спадковості. Противники даної точки зору пробували довести, що спадкові ознаки передаються через цитоплазму клітини. У даній дискусії було придумано і проведено багато тестів і теорій. Проводилась пересадка ядер з одних клітин в інші, видалення окремих хромосом з яйцеклітин і т.д. У результаті хромосомна теорія перемогла, а думка цітоплазматіческоі спадковості, хоча не була відкинута на сто відсотків, але животіла. Але в крайні десятиліття ХХ століття було показано, що такі принципові органели, як пластиди і мітохондрії, мають свій генетичний матеріал і передаються в дочірні клітини з цитоплазмою.
Таким чином, були визначені межі застосування кожної з теорій, після чого вони зайняли в генетиці свої законні місця.
Хромосомне визначення статі
З давніх-давен люди шукали відповіді на питання: чому в одних випадках народжуються хлопчики, в інших – дівчатка? Чим пояснити, що співвідношення статей в природі, як правило, становить 1:1, тобто на 100 самців, що народжуються, припадає 100 самок. Відповіді на ці питання дала хромосомна теорія спадковості, яка встановила роль статевих хромосом у визначенні статі.
Стать, як і будь-яка інша ознака, генетично детермінована. У більшості роздільностатевих видів, у тому числі і в людини, стать визначається в момент запліднення (сингамно) і залежить від комбінації статевих хромосом від обидвох батьків у зиготі. Стать успадковується як менделююча ознака. Розщеплення за статтю відбувається як при аналізуючому моногібридному схрещуванні в співвідношенні 1♀:1♂. Розрізняють гомогаметну і гетерогаметну стать. Гомогаметна – стать, в якій обидві статеві хромосоми однакові. Гетерогаметна – стать з різними статевими хромосомами. Гомогаметна стать утворює один тип гамет щодо статевих хромосом, гетерогаметна – два типи. У людини, ссавців, дрозофіли гомогаметною статтю є жіноча стать, гетерогаметною – чоловіча. Жінка (ХХ) в мейозі утворює один тип яйцеклітин (Х), чоловік (ХY) – два типи сперматозоїдів у рівному співвідношенні: половина сперматозоїдів містить Х-хромосому, інша половина – Y-хромосому. У деяких організмів (птахи, метелики, плазуни) гетерогаметною є жіноча, а гомогаметною – чоловіча стать.
Стать – сукупність морфологічних, фізіологічних, біохімічних і інших ознак організму, обумовлюючих відтворення собі подібного. При вивченні наборів хромосом чоловічих і жіночих особин звернули увагу на той факт, що у більшості жіночих організмів всі хромосоми утворюють пари, а у чоловічих крім парних (гомологічних) хромосом є дві непарні. Надалі було встановлено, що ці непарні хромосоми якраз і визначають стать організму. Велика з непарних хромосом, яка міститься в жіночому каріотипі в подвійному наборі, а в чоловічому — в одиночному, названа X- хромосомою. Менша з непарних хромосом, яка міститься тільки у особин чоловічої статі, названа Y-хромосомою. Парні хромосоми, однакові у чоловічого і жіночого організму, називаються аутосомами, а X- і Y-хромосоми, за якими чоловіча і жіноча стать відрізняються одна від одної — статевими, або гетерохромосомами. В диплоїдному наборі у людини містяться 46 хромосом (23 пари): 22 пари аутосом і одна пара статевих хромосом. У жіночого організму це дві Х-хромосоми, а у чоловічого — X і Y. Набір хромосом жінки може бути представлений наступним записом: 44А+2Х, а чоловіка — 44A+XY.
Стать майбутнього організму залежить від гетерогаметної батьківської особини, яка утворює два типи гамет: та з цих гамет, яка візьме участь в заплідненні, та і визначить стать нащадка. Народиться дівчинка чи хлопчик, залежить від типу сперматозоїда, бо яйцеклітини за статевою хромосомою однакові. Можливі дві комбінації: 1) Якщо яйцеклітину Х запліднює Х-сперматозоїд, у зиготі поєднуються дві Х-хромосоми. З такої зиготи розвивається організм жіночої статі ХХ. 2) Якщо яйцеклітину Х запліднює Y-сперматозоїд, у зиготі поєднуються Х– і Y-хромосоми. З такої зиготи розвивається організм чоловічої статі ХY.
Співвідношення 1♀:1♂ забезпечується тим, що гетерогаметна стать (ХY) утворює два типи гамет, а гомогаметна (ХХ) – один тип гамет. Механізм цього співвідношення аналогічний аналізуючому моногібридному схрещуванню, коли гетерозигота Аа утворює два типи гамет, а рецесивна гомозигота аа – один тип.
1) Р ♀ ХХ х ♂ ХY 2) Р ♀ Аа х ♂ аа
Гамети Х Х, Y Гамети А, а а
F1 ХХ, ХY F1 Аа, аа
1♀ : 1♂ 1Аа : 1аа
Генетичні схеми, які ілюструють: 1) розщеплення за статтю (1♀:1♂) і 2) розщеплення при аналізуючому моногібридному схрещуванні (1Аа:1аа).
У людини генотипову чоловічу стать визначає Y-хромосома. Якщо вона є в хромосомному наборі особини, організм належить до чоловічої статі. Людина з каріотипом 47, ХХY (синдром Клайнфельтера) – чоловік, хоч і має в генотипі дві Х-хромосоми і статеві залози в нього недорозвинені. Людина з каріотипом 45, Х0 (синдром Шерешевського-Тернера) – жінка, хоч в неї лише одна Х-хромосома і недорозвинені яєчники.
Розвиток ознаки статі відбувається в два етапи. На першому етапі в момент запліднення стать визначається генотипно (хромосомний механізм визначення статі). На другому етапі в ході онтогенезу відбувається диференціація статі, тобто формування конкретного фенотипу (чоловічого чи жіночого) в результаті взаємодії генотипу і умов розвитку. У людини, як і в інших організмів, зигота потенціально бісексуальна. Фактором, який спрямовує фенотип у чоловічий бік є Y-хромосома, в якій міститься відповідний ген. Якщо на 6-10 тижні ембріогенезу зародок, що має Y-хромосому, не почав розвиватися за чоловічим типом, то надалі він набуває жіночих вторинних статевих ознак.
Ознаки, зчеплені із статтю
Ознаки, гени яких розташовані не в автосомах, а в статевих хромосомах (Х і Y), називають зчепленими із статтю, а успадкування таких ознак – успадкуванням, зчепленим із статтю. Його вперше встановив Т.Морган при вивченні успадкування кольору очей (червоного і білого) у дрозофіли.
Усі гени, локалізовані в статевих хромосомах людини, можна розділити на три групи залежно від того, в яких ділянках статевих хромосом вони знаходяться.
Першу групу складають гени, повністю зчеплені із статтю. Вони локалізовані в негомологічній ділянці Х-хромосоми, яка не має гомолога в Y-хромосомі, і передаються виключно через Х-хромосому. До числа таких генів належать рецесивні гени гемофілії, дальтонізму, домінантний ген гіпофосфатемії (вітамін D-резистентний рахіт).
Другу групу складає невелике число генів, теж повністю зчеплених із статтю, але розташованих у негомологічній ділянці Y-хромосоми. Вони передаються від батька до всіх його синів, бо Y-хромосому син одержує лише від батька (перетинки між пальцями, волохатість вушних раковин).
Третю групу складають гени, неповно (частково) зчеплені із статтю. Вони розташовані в гомологічних ділянках Х- і Y–хромосом, можуть передаватися як з Х-, так і з Y-хромосомою, і переходити з однієї в іншу при кросинговері.
Кросинговер як генетична закономірність, залежність його частоти від відстані між генами
Гени, розташовані в одній хромосомі, зчеплені не абсолютно. Сила зчеплення між генами обернено пропорційна відстані між ними (правило або закон Моргана). Зчеплення генів порушує кросинговер. Цитологічну картину перехрещених хромосом (хіазми) у мейозі вперше описав датський учений Ф.Янсен (1909), а генетичну сутність цього явища пояснив і назвав його кросинговером Т.Морган.
Кросинговер, або перехрест хромосом (англ.сrossing–over – перехрест) – взаємний обмін ділянками гомологічних хромосом, який відбувається під час їхньої кон’югації у профазі першого мейотичного поділу. У точках кросинговеру несестринські хроматиди гомологічних хромосом розриваються, а потім возз’єднуються, але вже в новому порядку (наприклад, материнська не з материнською, а материнська з батьківською). У результаті кросинговеру відбувається перерозподіл алелей (генетичні рекомбінації), материнський і батьківський генетичний матеріал у хромосомі перемішується, виникають хромосоми нового алельного складу. Гамети з хромосомами, які зазнали кросинговеру, називаються кросоверними, а ті, що утворилися без кросинговеру, – некросоверними. Відповідно до цього організми, які утворилися при злитті кросоверних гамет, називаються кросоверами, або рекомбінантами, інші – некросоверами, або нерекомбінантами. Кросовери поєднують ознаки обох батьків, некросовери мають ознаки одного з батьків. Число кросоверних гамет завжди менше, ніж некросоверних. Відповідно і менше кросоверів у порівнянні з некросоверами.
Нові комбінації алелей у результаті кросинговеру виникають за умови, якщо гени знаходяться в гетерозиготному стані (АВ//аb). У випадку гомозиготного стану генів (АВ//АВ або ab//ab) нові комбінації алелей не утворюються, хоч кросинговер може і відбуватися.
Частота кросинговеру – це відсоток числа кросоверів до загального числа особин у потомстві від аналізуючого схрещування. Частота кросинговеру прямо пропорційна відстані між генами: чим більша відстань, тим частіше відбувається кросинговер і, навпаки, чим ближче відстань, тим менше можливих точок кросинговеру. Частота кросинговеру для даних двох генів, за однакових умов, завжди постійна. Для інших генів цієї ж хромосоми частота кросинговеру обов‘язково інша, але теж постійна – від частин відсотка до 50 %. При частоті в 50 % і більше ознаки успадковуються незалежно. За допомогою частоти кросинговеру визначають відстань між генами в хромосомі і використовують ці дані для побудови хромосомних карт.
Морганіда – одиниця відстані між генами. Вона дорівнює відстані, на якій частота кросинговеру становить 1 %. Для визначення відстані між генами проводять аналізуюче схрещування (з рецесивною гомозиготою). Якщо, наприклад, в аналізуючому дигібридному схрещуванні одержано 17 % кросоверів від загального числа нащадків, то частота кросинговеру між відповідними генами теж дорівнює 17 %, а відстань між ними – 17 морганід.
Універсальність кросинговеру доведена на багатьох об’єктах і підтверджена цитологічно. У більшості організмів він відбувається в самців і самок. У самців дрозофіли його немає і ця обставина допомогла Т.Моргану відкрити явище кросинговеру. Кросинговер між двома генами може відбуватися не лише в одній, але і в двох (подвійний кросинговер) і навіть більшому числі точок (множинний кросинговер). Крім мейотичного, відомий мітотичний кросинговер. Гомологічні хромосоми можуть обмінюватися як ідентичними (рівний кросинговер), так і неідентичними ділянками (нерівний кросинговер).
Значення. Кросинговер порушує зчеплення генів і веде до нових комбінацій алелей у гаметах. Кросинговер – один з механізмів утворення комбінативної мінливості і, отже, має значення для еволюції.
Встановлення зчепленого зі статтю характеру успадкування на основі родоводів.
Оскільки до людських ознак неможливо застосувати гібридологічний метод, характер їх успадкування найчастіше встановлюють використовуючи генеалогічні дослідження. На зчеплене зі статтю рецесивне успадкування вказують такі ознаки:
· Ознака може проявлятись не у кожному поколінні.
· Ознака найчастіше зустрічається у чоловіків.
· Матері чоловіків, у яких проявляється ознака, також мають цю ознаку у фенотипі або є носіями, що підтверджується наявністю батька, братів або дядька по материнській лінії із цією ознакою.
· Батьками жінок, у яких проявляється ознака, повинні бути чоловік і жінка із цією ознакою, або уражений чоловік і жінка-носій.
· Всі сини жінок, у яких проявляється ознака, також мають її у фенотипі.
· У жінок-носіїв приблизно половина синів уражені.
Прикладом генеалогічного дерева, у якому простежуюється рецесивне, зчеплене зі статтю, успадкування, є родовід англійської королеви Вікторії, яка була носієм цього захворювання, внаслідок спонтанної мутації, що, ймовірно, виникла в гаметі одного з її батьків. Один із її синів — Леопольд, герцог Олбані — хворів гемофілією, двоє дочок були носіями. Через нащадків королеви Вікторії гемофілія передалась у королівські родини не тільки Великобританії, а й Іспанії і Росії.
На домінантне, зчеплене зі статтю успадкування, вказують такі закономірності:
· Ознака проявляється у кожному поколінні.
· Всі матері чоловіків, у яких проявляється ознака, також мають її у фенотипі.
· В уражених жінок батько або мати повинні бути ураженими.
· У чоловіка, в якого проявляється ознака, всі дочки також мають її, але жоден син не має.
· У гетерозиготної жінки, що має ознаку, приблизно половина дітей обох статей повинні бути уражені.
Хромосомна карта, її зміст, значення
Хромосомна карта буває генетичною і цитологічною. Генетична карта – графічне зображення хромосоми з позначенням на ній місця розташування генів і відносної відстані між ними. Гени на картах зображують точками (локусами). Генетична карта хромосом еукаріотів має вигляд прямої лінії, оскільки в еукаріотів лінійні і самі хромосоми. У бактеріальних клітин хромосома має кільцеву форму і хромосомні карти теж мають вигляд кільця. Генетичні карти складають для кожної пари хромосом. Групи зчеплення нумерують, вказують повну чи скорочену назву гена, відстань у відсотках від одного з кінців хромосоми, який приймають за нульову точку.
Генетичне картування – складний і багатоетапний процес. Його основу складає процес одержання мутантних форм і серія аналізуючих схрещувань, в яких встановлюються групи зчеплення і визначається частота кросинговеру.
Припустимо, що гени А, В і С успадковуються зчеплено, тобто розташовані в одній хромосомі. Відсоток кросинговеру між генами А і В складає 10 %, а між генами А і С – 3 %. Для визначення локуса гена С в хромосомі цього недостатньо. Він може бути розташований або ліворуч, або праворуч від гена А. Необхідно провести наступне схрещування і визначити частоту кросинговеру між генами В і С. Вона може складати або 7 % і тоді гени розташовані в хромосомі у послідовності: А–С– В, або 13 % і тоді послідовність буде іншою: С–А–В:
3 % 7 %
А С В
3 % 10 %
С А В
Схема побудови карт хромосом.
Для побудови генетичних карт хромосом застосовують переважно тригібридне аналізуюче схрещування, в якому одночасно визначають відстань і положення генів в хромосомі.
Поряд з генетичними картами в дрозофіли були складені цитологічні карти. Для цього використовували хромосомні перебудови, одержані дією мутагенів, і вивчали їх спочатку на мітотичних, а потім на велетенських хромосомах слинних залоз личинок дрозофіли. Велетенські (політенні) хромосоми перевищують розміри мітотичних хромосом в 100-200 разів, містять в 1000 разів більше хромонем.
Методи складання карт хромосом людини. Для побудови карт хромосом людини метод експериментальних схрещувань неприйнятний. З цією метою застосовують інші методи, у тому числі: 1) аналіз родоводів; 2) гібридизація соматичних клітин; 3) морфологічні варіанти і аномалії хромосом; 4) молекулярна гібридизація (гібридизація нуклеїнових кислот); 4) аналіз амінокислотної послідовності білків, ін.
Гібридизація соматичних клітин – метод одержання гібридних клітинних ліній шляхом злиття нестатевих клітин. Якщо в культурі змішати клітини миші і людини, то можна отримати гібридні клітини (гібридоми), які містять хромосоми обидвох видів. У нормі клітини людини мають 46, миші – 40 хромосом. У гібридних клітин – не 86, а найчастіше 41-55 хромосом, причому в процесі поділу втрачаються хромосоми людини. У гібридних клітин хромосоми миші і людини функціонують та кодують синтез певних білків. Морфологічно кожну хромосому можна диференціювати і встановити, з якими саме хромосомами людини пов’язаний синтез тих чи інших білків. Вивчення гібридомів людина-миша дозволило встановити, що ген тимідинкінази локалізований на хромосомі 17, ген інтерферону – на хромосомах 2 і 5, ген резус-фактора – на першій хромосомі.
У людини відомі 24 групи зчеплення (22 пари автосом, Х-, Y–хромосоми). Для кожної групи зчеплення побудовані карти хромосом, з них найбільш повна – для Х-хромосоми.
Значення. Карти хромосом необхідні для ранньої діагностики спадкових хвороб, для визначення медико-генетичного прогнозу.
Патологія в каріотипі статевих хромосом.
Як було зазначено раніше, на практиці часто зустрічаються різноманітні відхилення у розвитку первинних статевих ознак тварин. Більшість патологій розвитку статі у домашніх тварин починається слідом за хромосомним визначенням статі, далі відбувається диференціація клітин, що призводить до розвитку статевих відмінностей. Головним критерієм статі є формування відтворювальної здатності статевої системи, її фізіологічного (біохімічного) механізму, який забезпечує ефективність наступних схрещувань. Як відомо, зародкові гонади ембріонів тварин у статевому відношенні мають подвійну природу. Вони складаються з двох шарів – зовнішнього і внутрішнього. Зовнішній шар тканини називається кортексом – з нього розвивається жіноча тканина. З її внутрішнього шару, який називається медула, розвивається чоловіча тканина, враховуючи, що для біологічних систем характерна двохстатевість, у процесі диференціації статі спостерігається розвиток одного із зародків і пригнічення іншого. Враховуючи, що у чоловічій статі медулярна тканина розвивається швидше, вона пригнічує діяльність (жіночого) кортикального шару, в результаті цього зародкові гонади перетворюються у сім’яники. За умови одночасного розвитку в материнському організмі чоловічого і жіночого плоду, чоловічий плід своїми гормональними продуктами-ендрогенами спотворює нормальний розвиток жіночої особини. Таким чином, ми маємо справу з явищем інтерсексуальності. В результаті цього змінені жіночі особини називають фримартинами. Таким чином, подібні явища інтерсексуальності можливі з причини бісексуальності організму.
Фримартинізм теличок призводить до безпліддя, а у бичків нерідко спричинює порушення функції відтворення. Близько 1,5% ягнят, які народилися в багатоплідному окоті, є фримартинами. У теличок спостерігаються глибокі порушення розвитку внутрішніх статевих органів. Ступінь гермафродитизму не однаковий: від дуже редукованих яєчників до появи чоловічих залоз з чоловічих залоз з частково сформованими сім’явиносними протоками і передміхуровими залозами. Іноді статеві залози опускаються в рудиментарну мошонку, розміщену зразу за вим’ям. Статеві губи дуже розкриті, піхва коротка, з вузьким отвором або атрофована. Як правило, у нормальної самки у двотижневому віці довжина піхви становить 12-15 см. Часто зустрічаються бугаї з каріотипом ОО, ХХY, що призводить у них до гіпоплазії сім’яників, некроспермії чи олігоспермії.
Серед свиней і кіз часто спостерігають інтерсексів – тварин, які мають зовнішні ознаки чоловічої і жіночої статі. Як правило, для інтерсексів характерна поведінка як у самців, однак вони відрізняються за статевою активністю.
Виділено три основних типи інтерсексуальності:
Перший тип – зв’язаний з 38 ХУ каріотипом і зв’являється жіночий тип. Напівбрати таких тварин можуть бути крипторхами.
Другий тип – спостерігається недорозвинення гонад, як при синдромі Тернера (ХО) у людини з переважанням чоловічого типу.
Третій тип – асоціюється з 38 ХХ каріотипом і переважанням чоловічого фенотипу. У напівбратів таких індивідуалів часто зустрічається крипторхізм.
У бельгійських жеребців з двохстороннім крипторхізмом спостерігають мозаїцизм у клітинах сім’яників ХХ/ХY/ХХY.
Таким чином, аномалії статевих хромосом і пов’язані з ними порушення відтворювальної здатності зумовлюють необхідність проведення цитогенетичного контролю тварин.
Захворювання людини, що успадковуються зчеплено зі статтю
Загалом у людини існує кілька сотень локусів зчеплених із X-хромосомою. Одним із найбільш відомих розладів, що успадковуються рецесивно зчеплно зі статтю є дальтонізм — нездатність розрізняти червоний і зелений кольори. Виникає внаслідок дефекту у генах X-хромосоми, що визначають розвиток колбочок сітківки, чутливих до цих кольорів. Інший приклад рецесивних зчеплених зі статтю захворювань є гемофілія A і гемофілія B, що проявляється у порушенні зсідання крові. У цьому процесі задіяна велика кількість білків, дефект у будь-якому з них може призвести до неможливості зсідання. Тому крім двох «класичних» форм гемофілії, які успадковуються зчелпено із X-хромосомою, існують також і аутосомні форми. Інші рецесивні, зчеплені зі статтю, хвороби: м’язова дистрофія Дюшена (атрофія м’язів, яка врешті призводить до загибелі пацієнтів до у віці 20 років); рідкісний синдром нечутливості до андрогенів, внаслідок якого особи зі статевими хромосомами XY розвиваються у зовнішньо нормальних жінок, які проте є неплідними; та багато інших. Відомо значно менше домінантних зчелпених із статтю розладів, одним із таких є гіпофосфатемія — одна із форм рахіту, нечутлива до вітаміну D.
Інші типи успадкування пов’язані зі статтю.
Стать може впливати на закономірності успадкування не тільки X- чи Y-зчелпених генів. Існують також ознаки обмежені статтю, тобто наявні тільки в особин однієї статі, хоч визначаються автосомними генами, які є у всіх представників виду. У людей такими ознаками є, наприклад, розмір молочних залоз у жінок або розподіл волосся на обличчі у чоловіків. Такі обмежені статтю ознаки як дійність корів і несучість курей важливі для селекційної роботи.
Деякі ознаки, хоч наявні в обох статей, але проявляються значно більше в однієї. Наприклад, алель, що визначає схильність до облисіння, повністю проявляється у чоловіків, а у жінок викликає тільки витоншення волосся.
