Сцепленное наследование. Генетика пола

Сцепленное наследование — совместное наследование генов, расположенных в одной хромосоме. Открыто Томасом Ханом Морганом в начале XX века. Такие гены называются сцепленными и образуют группу сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом (у человека — 23). Сцепленные гены нарушают третий закон Менделя — они не наследуются независимо. При полном сцеплении потомство образует только два фенотипа (родительские комбинации). При неполном сцеплении кроссинговер нарушает сцепление и появляются рекомбинантные особи.

Хромосомная теория наследственности — учение Томаса Моргана, подтверждённое его экспериментами с дрозофилой. Основные положения: гены расположены в хромосомах в линейном порядке; каждый ген занимает строго определённый локус (место) в хромосоме; гены одной хромосомы образуют группу сцепления; сцепленные гены наследуются вместе, нарушая независимое расхождение; кроссинговер может разрушить сцепление и создать рекомбинантные хромосомы; частота кроссинговера между двумя генами пропорциональна расстоянию между ними в хромосоме. Расстояние между генами в хромосоме измеряется в морганидах (сантиморганах): 1 морганида = 1% кроссинговерных потомков.

Пол определяется половыми хромосомами. У человека: женский пол — XX (две Х-хромосомы); мужской пол — XY (одна Х и одна Y-хромосома). При оплодотворении: яйцеклетки всегда содержат X; сперматозоиды — 50% с X и 50% с Y. Если сперматозоид с X оплодотворяет яйцеклетку → XX → девочка. Если сперматозоид с Y → XY → мальчик. Пол определяется отцом (сперматозоидом). Вероятность рождения мальчика и девочки одинакова — 50:50. Кариотип человека: 46 хромосом = 44 аутосомы + 2 половые хромосомы.

У птиц система определения пола противоположна млекопитающим. Женский пол — ZW (гетерогаметный); мужской пол — ZZ (гомогаметный). Таким образом, пол потомства определяется не отцом, а матерью. Яйца с Z-хромосомой дают самцов (ZZ), яйца с W — самок (ZW). Аналогичная система у бабочек и некоторых рыб. Внимание! У млекопитающих гетерогаметный пол — мужской (XY). У птиц — женский (ZW). Это частая ошибка на ЕГЭ.

Аутосомы — хромосомы, одинаковые у обоих полов. У человека — 44 аутосомы (22 пары). Несут гены, не связанные с определением пола. Половые хромосомы — X и Y. Несут гены, определяющие пол, и другие гены. X-хромосома крупная и несёт около 1100 генов. Y-хромосома мелкая и несёт около 70 генов (в основном связанные с мужскими признаками, включая ген SRY — главный переключатель мужского пола). Гены, расположенные в X-хромосоме, называются X-сцепленными. Гены в Y-хромосоме — Y-сцепленными (голандрические): передаются строго от отца к сыну.

Наследование, сцепленное с полом — наследование признаков, гены которых расположены в половых хромосомах, чаще всего в X-хромосоме. Классические примеры X-сцепленных рецессивных заболеваний: гемофилия A и B (нарушение свёртывания крови) и дальтонизм (нарушение цветового зрения). Особенности наследования X-сцепленных рецессивных генов: мужчины болеют чаще: у них одна X-хромосома, и если она несёт рецессивный аллель — болезнь проявляется. Женщины болеют редко: нужны два рецессивных аллеля (XᵃXᵃ). Женщины-носители (XᴬXᵃ) здоровы, но передают болезнь сыновьям. Передача: через здоровых матерей-носителей к сыновьям.

Гемофилия — X-сцепленное рецессивное заболевание: ген нарушения свёртывания крови (hA) расположен в X-хромосоме. Обозначения: XH — нормальный аллель (доминантный); Xh — аллель гемофилии (рецессивный). Фенотипы: женщина здорова — XHXH или XHXh (носительница); женщина больна — XhXh (крайне редко); мужчина здоров — XHY; мужчина болен — XhY. Пример: носительница (XHXh) × здоровый мужчина (XHY). Дочери: 50% XHXh (носительницы) + 50% XHXH (здоровы). Сыновья: 50% XHY (здоровы) + 50% XhY (больны гемофилией). Известный исторический пример: гемофилия в европейских королевских семьях, «завезённая» королевой Викторией.

Дальтонизм (цветовая слепота) — X-сцепленное рецессивное заболевание. Обозначения: XD — нормальное зрение; Xd — дальтонизм. Мужчины: XdY — больны (около 8% мужчин). Женщины: XdXd — больны (около 0,5% женщин); XDXd — здоровы, носительницы. Если женщина-носительница (XDXd) выходит замуж за здорового мужчину (XDY): сыновья — 50% здоровы, 50% дальтоники; дочери — 50% здоровы, 50% носительницы. Если дальтоник-мужчина (XdY) женится на женщине-носительнице (XDXd): возможны все четыре варианта, включая дочери-дальтоники (XdXd).

Кариотип — совокупность всех хромосом клетки, характеризующаяся их числом, формой и размером. Кариотип человека в норме: 46 хромосом (2n = 46): 44 аутосомы + XX или XY. Хромосомные аномалии по числу хромосом (анеуплоидии): Синдром Дауна — трисомия по 21-й хромосоме (47, +21); 3 хромосомы вместо 2; умственная отсталость, характерные черты лица. Синдром Клайнфельтера — XXY у мужчин (47, XXY); бесплодие. Синдром Шерешевского-Тернера — X0 у женщин (45, X0); нет второй половой хромосомы; бесплодие, низкий рост. Синдром «кошачьего крика» — делеция (потеря) части 5-й хромосомы.

Картирование хромосом — определение порядка расположения генов в хромосоме и расстояний между ними. Принцип: чем дальше два гена друг от друга в хромосоме, тем выше частота кроссинговера между ними. Частота кроссинговера (рекомбинации) между двумя генами измеряется в морганидах: 1 морганида = 1% особей с рекомбинантными хромосомами в потомстве. Пример: если гены A и B рекомбинируют в 10% случаев, расстояние между ними — 10 морганид. Карты хромосом (генетические карты) составляются на основе таких данных и показывают относительное расположение генов. Молекулярное картирование использует непосредственное секвенирование ДНК и даёт физические расстояния.

Полигенное наследование — признак контролируется несколькими парами генов, каждая из которых вносит вклад в его выраженность. Примеры полигенных признаков: рост, масса тела, цвет кожи, интеллект человека. Все эти признаки имеют непрерывный ряд значений (не дискретный, как цвет горошин Менделя). Чем больше генов контролирует признак, тем более непрерывным и колоколообразным будет его распределение в популяции. Полигенные признаки сильно зависят от условий среды. На ЕГЭ полигенное наследование — усложнённый вариант задач: расщепление в потомстве значительно отличается от менделевских соотношений.

Геномный импринтинг — явление, при котором экспрессия гена зависит от того, от кого получен этот аллель — от отца или от матери. Один из двух аллелей «заглушается» химическими метками (метилированием ДНК) в ходе образования гамет. Пример: синдром Прадера-Вилли и синдром Ангельмана вызваны делецией в 15-й хромосоме. Если делеция в хромосоме отца — синдром Прадера-Вилли (ожирение, умственная отсталость); если в хромосоме матери — синдром Ангельмана (судороги, счастливое выражение лица). Имея одинаковую делецию, два разных синдрома — из-за импринтинга. Это нарушает классические менделевские закономерности.

Внимание! Первая ошибка — думать, что пол ребёнка определяется матерью. Нет: пол определяется сперматозоидом (у человека и млекопитающих): X-содержащий → девочка; Y-содержащий → мальчик. Вторая ошибка — путать пол у птиц и млекопитающих. У млекопитающих гетерогаметный пол — мужской (XY). У птиц — женский (ZW). Третья ошибка — считать, что X-сцепленный рецессивный признак может передаться от отца к сыну. Нет: отец передаёт сыну Y-хромосому, а не X. X-хромосома от отца передаётся только дочерям. Четвёртая ошибка — думать, что женщина-носительница больна. Носительница (XHXh) здорова; болезнь проявляется только у (XhXh).