Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2008 №5 - Журнал «Домашняя лаборатория»

Ответьте на несколько занятных вопросов.

Сколько женщин будут лысыми, если у мужчин лысый каждый десятый?

Ответ. Частота фенотипа плешивости у женщин равна квадрату частоты аллеля, следовательно, одна из ста.

Может ли у неплешивых родителей быть плешивая дочь?

Ответ. Нет: так как отец неплешивый, значит у него нет такого аллеля (у мужчины аллель плешивости доминантный и должен был проявиться) — оба аллеля определяют нормальную обволосненность. Значит, дочь обязательно получит аллель волосатости от отца, а этот аллель у женщин (в отличие от мужчин) доминантен. Плешивой она не будет независимо от того, какой аллель придет от матери.

Может ли у неплешивых родителей быть плешивый сын?

Ответ. Да: если у мамы есть аллель плешивости он рецессивен и не проявится, он может передаться сыну у которого этот аллель проявится как доминантный.

Если у неплешивых родителей один сын плешивый, какова вероятность того, что другой тоже будет неплешивый?

Ответ: 50 %. Аллель плешивости не у отца — иначе бы у него этот аллель проявился как доминантный. Значит аллель плешивости у матери. Раз она волосатая, то второй аллель у нее — нормальная обволосненность, а аллель плешивости не проявляется, так как у женщин он рецессивен. Следовательно, мать — гетерозигота — 1 аллель и нее — плешивость, 1 — норма. Поэтому расщепление по этому признаку у ее сыновей будет 1:1 (50 % плешивых)

Так генетика решает практически важные для нас задачи.

Экспрессия некоторых генотипов может зависеть от внешних условий. Ниже показаны два кролика, один из которых с темными пятнами. Аллель гималайской окраски у кролика температурочувствителен. При повышенной температуре белок не функционален и необходимый пигмент не образуется, а при нормальной температуре получается кролик, у которого некоторые участки шкуры окрашены.

Проявление аллеля himalayan в зависимости от температуры

Мутанты, проявление которых зависит от условий среды, сыграли очень важную роль в биологии вообще и в молекулярной биологии в частности, в понимании того, как работает генетический материал. Многие генетические феномены, были открыты и исследованы после получения и использования условно летальных мутантов (условно смертельные). Наиболее распространенные мутанты такого типа — температурочувствительные. Получены мутанты многих микроорганизмов и вирусов, которые не способны жить при повышенной температуре (ts-мутанты). У такого мутанта структура белка при повышенной температуре изменена, и белок не функционален (леталь), а при нормальной температуре структура обычная, и белок функционален. При этом, возможно исследовать особенности функционирования белка и его роли в формировании какой-либо структуры или сложной функции. Для этого клетки растят до нужной стадии, в условиях, когда белок функционален, затем разделяют клетки (обычно суспензию) на две части, в одной температура остается нормальной, а в другой — поднимается, так что белок теряет функциональность.

Есть также другой тип условно летальных мутаций — нонсенс-мутации, летальные на одном генетическом фоне и нелетальные на другом. Нонсенс-мутация приводит к изменению кодона для какой-либо аминокислоты в данном белке на стоп-кодон трансляции. Белок при этом образуется укороченный и нефункциональный. Нонсенс-мутация подавляется (супрессируется), в тех клетках, где образуется супрессорная тРНК. Супрессорная тРНК, это измененная тРНК, у которой антикодон по-прежнему узнает стоп-кодон в матричной РНК, но вместо терминации (окончания) трансляции белка на этом участке происходит подстановка определенного аминокислотного остатка. Белок с нонсенс-мутацией синтезируется полноразмерным и функциональным в присутствии тРНК.

При создании модели наследования признака для выяснения его генетического контроля начинают с проверки типа наследования по базовой, простейшей схеме — менделевской и, если соответствия нет, то добавляют к этой схеме дополнительные условия, понятные на сегодня:

• неравную вероятность образования и сочетания гамет и выживания потомства;

• однородительский тип наследования (Y — волосатые уши, мтДНК — болезнь Лебера)

• взаимодействие аллелей: наличие доминирования;

• взаимодействие генов;

• сцепление генов;

• ограничения признака полом;

• вероятность проявления признака при данном генотипе;

• влияние среды (не всегда формализуемое).

Напомним, что менделевский характер наследования относится к признакам качественным. Сколько менделирующих признаков известно у человека? Они зафиксированы в базе данных OMIM («Менделевское наследование у человека»). Их там перечислено около пяти тысяч признаков. А мы у себя можем насчитать гораздо больше признаков. Огромное количество остальных наших признаков зависит от действия многих генов. Здесь следует отметить важный идеологический аспект. Общей модели, по которой происходит формирование признаков под воздействием многих генов, сейчас нет. Наверное, ее и быть не может. Чтобы понять, как данный фенотип возникает на фоне данного генотипа, нам нужно еще узнать, как конкретно реализуется каждый этап передачи генетической информации: что происходит с модификацией ДНК, с какой из многих возможных вариантов РНК образуется с данного участка генетической информации, как модифицируется белок, образуемый с этой мРНК. В ДНК заложена лишь возможность всех этих вариантов реализации генетической информации. Произойдет ли это или нет, зависит от среды. Понятие среды мы пока толком формализовать не можем. Но если, подобно структуре ДНК, мы их будем знать структуру и модификацию РНК и белков, то понимание связи генотипа с фенотипом будет гораздо более глубоким, а предсказательная сила наших знаний будет больше. Как бы там ни было, одного знания генотипа часто недостаточно для предсказания фенотипа. Поэтому мы должны изучать следующие этапы экспрессии генетической информации.

В заключительной части лекции речь пойдет об определении пола и признаках, сцепленных с полом. Ниже показано, как выглядят половые хромосомы человека. Х-хромосома по длине ДНК больше чем Y-хромосома приблизительно в три раза.

А так выглядят клетки, транспортирующие эти хромосомы. Маленькая образована организмом генотипа XY, а большая — генотипа XX. Такое соотношение физических размеров имеют половые клетки.

Так выглядит человек после того, как он уже начал развиваться:

Вид человека на кончике иглы на стадии первых делений после оплодотворения яйцеклетки

Это игла, и на ее конце находится несколько поделившихся клеток, полученных из оплодотворенной яйцеклетки. Такой наш размер на стадии 4-5-ого деления.

Еще раз напомню, что у нас цикл развития двухстадийный. На нижней части рисунка изображена диплоидная стадия, период нашей долгой и счастливой жизни, которая с точки зрения генетического процесса заканчивается мейозом, после которого мы начинаем жить как бы в следующей стадии, гаплоидной. Это гаметы, у нас они не обладают способностью к самостоятельному существованию, хотя у многих растений именно гаплоид является основной частью жизненного цикла. Существование гамет заканчивается оплодотворением и появлением опять диплоидного организма.

X и Y хромосомы сильно отличаются. Они гомологичны только