Взаимодействие генов

Отклонение от законов Менделя вызывают различные ви­ды взаимодействия генов (за исключением полного домини­рования), обусловленного геномным уровнем организации наследственного материала.

Различают взаимодействия аллельных и неаллельных генов.

Взаимодействие генов одной аллели называется внутриаллельным. Выделяют следующие его виды: полное доминиро­вание, неполное доминирование, сверхдоминирование, кодоминирование и аллельное исключение.

Взаимодействие генов разных аллелей называется межаллельным. Различают следующие его виды: комплементарность, эпистаз, полимерию и "эффект положения".

При комплементарности присутствие в одном ге­нотипе двух доминантных (рецессивных) генов из разных аллельных пар приводит к появлению нового варианта призна­ка. Различают три разновидности комплементарного взаимо­действия генов.

I. Два доминантных неаллельных гена по отдельности не имеют фенотипического проявления, а дополняя друг друга, обусловливают новый вариант признака.

Развитие слуха у человека. Для нормального слуха в генотипе человека должны присутство­вать доминантные гены из разных аллельных пар - D и Е. Ген D отвечает за нормальное развитие улитки, а ген Е - за нор­мальное развитие слухового нерва (DdEe). У рецессивных гомозигот dd будет недоразвита улитка, а при генотипе ее - слуховой нерв. Люди с генотипами D-ee, ddE- и ddee будут глухими.

У млекопитающих и человека для защиты от вирусов выра­батывается специфический белок интерферон. Его синтез в организме человека обусловлен комплементарным взаимо­действием двух неаллельных генов, локализованных в разных (второй и пятой) хромосомах.

Гемоглобин человека содержит 4 полипептидные цепи, каждая из которых кодируется отдельным независимым ге­ном. Следовательно, в синтезе гемоглобина участвуют 4 ком­плементарных гена.

II. Один из доминантных комплементарных генов имеет фенотипическое проявление, а второй не имеет; одновремен­ное их присутствие в генотипе обусловливает новый вариант признака. Так у мышей наследуется окраска шерсти агути (в основании и на конце волос — черный пигмент, а в средней части — желтое кольцо). Ген А детерминирует синтез черного пигмента, его аллель а не дает информации для синтеза пиг­мента. Ген В распределяет пигмент вдоль волоса неравномер­но, а его аллель b — равномерно:

Расщепление - в соотношении 9:3:4.

III. Каждый из комплементарных генов имеет собственное фенотипическое проявление; одновременное их присутствие в генотипе обусловливает развитие нового варианта признака. Так наследуется форма гребня у кур:

Расщепление - в соотношении 9:3:3:1.

При эпистазедоминантный (рецессивный) ген из од­ной аллельной пары подавляет действие доминантного (ре­цессивного) гена из другой аллельной пары. Это явление про­тивоположно комплементарности. Подавляющий ген назы­вается супрессором (ингибитором). Различают доминантный и рецессивный эпистаз. Примером доминантного эпистаза может служить полидактилилия. Иногда встречается у «совершенно здоровых» родителей. Предполагается, что действие данного аллеля у родителей подавлялось другими генеми.

Примером рецессивного эпистаза является "бомбейский фено­мен". У женщины, получившей от матери аллель I^В, фенотипиче-ски определялась 1(0) группа крови. При детальном исследова­нии было установлено, что действие гена I^В (синтез в эритроци­тах антигена В) было подавлено редким рецессивным геном, который в гомозиготном состоянии оказал эпистатическое дей­ствие. В проявлении некоторых наследственных болезней обме­на веществ (ферментопатий) основную роль играет эпистати­ческое взаимодействие генов, когда наличие или отсутствие продуктов реализации одного гена препятствует образованию активных ферментов, кодируемых другим геном.

При полимерии гены из разных аллельных пар влияют на степень проявления одного и того же признака. Полимер­ные гены принято обозначать одной буквой латинского ал фавита с цифровыми индексами, например A₁A₁A₂а₃а₃ и т.д. Признаки, детерминируемые полимерными генами, называются полигенными (мультифакториальными). Таким образом у животных и человека наследуются многие количественные и некоторые качественные признаки: рост, масса тела, величи­на артериального давления, цвет кожи и др. Степень проявле­ния этих признаков зависит от количества доминантных ге­нов в генотипе (чем их больше, тем сильнее выражен признак) и в значительной мере от влияния условий среды. У человека может наблюдаться предрасположенность к различным забо­леваниям: гипертонической болезни, ожирению, сахарному диабету, шизофрении и др. Данные признаки при благопри­ятных условиях среды могут и не проявиться или быть слабо­выраженными. Это отличает полигенно-наследуемые признаки от моногенных. Изменяя условия среды и проводя про­филактические мероприятия, можно значительно снизить ча­стоту и степень выраженности некоторых мультифакториальных заболеваний. Суммирование "доз" полимерных генов (ад­дитивное действие) и влияние среды обеспечивают существо­вание непрерывных рядов количественных изменений. Пиг­ментация кожи у человека определяется пятью или шестью полимерными генами. У коренных жителей Африки преобла­дают доминантные аллели, у представителей европеоидной расы — рецессивные. Мулаты являются гетерозиготами и име­ют промежуточную пигментацию. У родителей-мулатов рож­даются как белые, так и чернокожие дети. Минимальное ко­личество полимерных генов, при котором проявляется при­знак, называется пороговым эффектом.

Под "эффектом положения" понимают взаимное влияние генов разных аллелей, занимающих близлежащие локусы одной хромосомы. Оно проявляется в изменении их функциональной активности. Резус-принадлежность челове­ка определяется тремя генами, расположенными в коротком плече первой хромосомы на близком расстоянии друг от дру­га (тесно сцепленными). Каждый из них имеет доминантную и рецессивную аллели (С, D, Е и с, d, e). Организмы с набором генов CDE/cDe и CDe/cDE генетически идентичны (у них об­щий баланс генов одинаковый). Однако у лиц с первой ком­бинацией генов образуется много антигена Е и мало антигена С, а у лиц со второй комбинацией аллелей - наоборот, мало антигена Е и много антигена С. Вероятно, близкое соседство аллели Е с аллелью С (первый случай) снижает функциональ­ную активность последней.