Взаимодействие аллельных генов

На этой странице вы узнаете

• Почему у глухих родителей могут рождаться дети с нормальным слухом?
• Почему Г.-Х. Андерсон никогда не уставал, хотя жил до изобретения энергетиков?

Термином «взаимодействие» можно описать очень разные процессы: от простого и понятного сотрудничества между людьми до сложных процессов ядерной физики. В этой статье мы разберем, как строятся отношения в мире генов, и могут ли они быть взаимовыгодными или, например, конфликтными.

Взаимодействие аллельных генов

Для того чтобы хорошо разобраться в этой теме, нам нужно знать основные термины генетики. Подробнее о них можно прочитать в статье «Общие понятия генетики». 

Сейчас мы кратко вспомним ключевые понятия. 

• Хромосома — это специализированная структура в ядре клетки, которая хранит в себе наследственную информацию, а также реализует ее и передает. Хромосома содержит множество генов. 

• Ген — это участок хромосомы, который несет в себе определенный признак.

• Гены не лежат в хромосоме беспорядочно, они имеют свое место, оно называется локус. Иными словами, локус — это как бы «квартира» гена в большом «доме» — то есть целой хромосоме. 

• Генотип — это совокупность генов определенного организма.
  
• Аллельные гены — это гены, которые расположены в одинаковых участках хромосом и определяют развитие одного и того же признака. 
• Аллели — это варианты одного и того же гена. 

Представим женщину и мужчину с разным цветом глаз. У женщины карий цвет глаз, а у мужчины голубой. Голубой цвет глаз — это рецессивный признак, а карий — доминантный.

• Доминантные признаки — это те признаки, которые имеют преимущество и с большей вероятностью проявляются у потомства. Они обычно подавляют действие рецессивного признака. 
• Рецессивные признаки — это те признаки, которые проявляться у потомства будут с меньшей вероятностью. Они чаще всего не проявляются в присутствии доминантного гена. 

В данном примере дети этой пары с большей вероятностью унаследуют карий цвет глаз от матери. 

Что обозначают буквы, которыми записан генотип на схеме? Это общепринятые правила оформления генетических задач: большой латинской буквой обозначаются доминантные признаки, малой — рецессивные. Признаки могут обозначаться не только буквами А и а, но и любыми буквами, чаще всего латинскими. Например, B и b.

В зависимости от того, какие гены участвуют в определении того или иного признака, выделяют взаимодействие: 

• аллельных генов,
• неаллельных генов. 

Оба эти вида взаимодействия имеют еще несколько подвидов. Сейчас мы поговорим с вами о различных вариантах взаимодействия именно аллельных генов. О взаимодействии неаллельных генов речь пойдет в одноименной статье.

Взаимодействие аллельных генов при полном доминировании

Полное доминирование — это тип взаимодействия генов, при котором доминантный ген полностью подавляет действие рецессивного.

Например, возьмем 2 горошка, один зеленого цвета, а другой желтого. Произведем скрещивание. В первом поколении проявится только желтый цвет горошка. Это означает, что желтый цвет является доминантным признаком, а зеленый рецессивным.

Почему у глухих родителей могут рождаться дети с нормальным слухом? У человека врожденная глухота может определяться генами а и b, то есть будет проявляться только в гомозиготном состоянии (аа, bb). В браках между людьми с разными формами такой глухоты, но с гомозиготностью по другому признаку (AАbb и aaBB) все дети получатся с дигетерозиготами (AaBb) и будут обладать нормальным слухом. Проще говоря, у двух глухих родителей с глухотой разной формы будут рождаться здоровые дети, так как оба вида глухоты — рецессивные признаки.

Гомозиготное состояние гена — это наличие у организма одинаковых аллелей одного гена, доминантных или рецессивных. Например, АА или аа. 

Гетерозиготное состояние гена — это наличие у организма разных аллелей одного гена. Например, Аа.

Прежде чем мы перейдем к примерам, разберемся с основными правилами оформления задач.
— Аллели генов принято обозначать латинскими буквами и писать слитно, например, Аа или АА, а если признака у нас 2, то запишем так же: АаBb.
— Родители на схеме скрещивания обозначаются буквой «Р».
— Между родителями принято ставить знак скрещивания — «х».
— Гаметы (половые клетки, участвующие в размножении) принято обозначать латинской буквой «G», их можно обводить в кружок, но это не является обязательным.
— Потомков от скрещиваний принято обозначать буквой «F»: если это первое скрещивание, то «F₁», если второе, то «F₂».
— Когда мы записали генотип (совокупность генов организма), под ним или над ним нужно указать фенотип — это будут внешние проявления признака, например: «карие глаза».
— Не забываем также записать ответ. 

Закрепим полученные знания на примере.

Уточним, что в данной статье все примеры будут разбираться при моногибридном скрещивании, то есть в задачах будет рассматриваться тот или иной вариант наследования одного признака. О дигибридном скрещивании (когда нас интересуют два признака) можно прочитать в статье «Закономерности наследования, установленные Г. Менделем, их цитологические основы».

Задача 1. 
Какое соотношение фенотипов в потомстве может получиться при скрещивании гетерозиготных серых кроликов при полном доминировании признака? 

Перед тем как решать, необходимо прочитать и выделить из условия задачи, что дано.

Что нужно найти?	Соотношение фенотипов.
Какой тип скрещивания?	Моногибридное, так как один признак — цвет шерсти кроликов.
Какое взаимоотношение генов?	Полное доминирование признака.

По условию задачи скрестили двух гетерозиготных кроликов (Р) с серым цветом шерсти, следовательно, они имели генотип Аа. 

Каждый из кроликов способен образовать два типа гамет (G): А и а. 

В потомстве (\(F_1\)) от этого скрещивания мы получили три серых кролика (АА, Аа, Аа), а также одного белого (аа). Появление белого кролика было обеспечено сочетанием двух рецессивных аллелей а и а. Поэтому мы получаем следующее расщепление: три серых кролика и один белый, арифметически можем выразить это как 3:1. Таким образом, соотношение фенотипов здесь 3:1.

Ответ: соотношение фенотипов 3 : 1.

Взаимодействие аллельных генов при неполном доминировании

Неполное доминирование — это взаимодействие генов, при котором в генотипе доминантный ген (А) не полностью подавляет действие рецессивного гена (а).

Результатом такого взаимодействия генов является проявление промежуточного состояния признака. Проще говоря, в потомстве появится новый признак, которого у родителей не было. 

Например, так наследуются форма человеческого волоса, степень выпуклости губ или носа, или окраска перьев у птиц, окраска цветов или плодов и т.д.

Посмотрим на скрещивание растений с разной окраской цветков (Р): фиолетовой и белой. Обратим внимание, что в первом поколении (\(F_1\)) появляется новый, нетипичный признак — розовая окраска цветов. Потомство первого поколения единообразно — все растения имеют цветки розового цвета.

А во втором поколении (\(F2\)) наблюдается расщепление по фенотипу — 25% фиолетовых цветков, 50% розовых и 25% белых. Этот пример неполного доминирования.

Почему здесь доминирование неполное? Мы видим, что изначально скрестили фиолетовый и белый цветки, а потомство (первое поколение) у них получилось розовым — это промежуточный признак, то есть ни один из фенотипов родителей не проявился полностью, образовался новый признак. Но во втором поколении (от скрещивания растений с розовыми цветками между собой) мы уже видим, что в потомстве появился фиолетовый цветок, два розовых и один белый, арифметически можем выразить это соотношение потомков по фенотипу как 1:2:1.

Мы можем подытожить, что в данном случае генотип АА — это фиолетовые цветы, аа — белые, а если генотип Аа — то цветы будут розовыми. Доминантный ген А не полностью подавляет рецессивный а.

Разберем полученные знания на примере:

Задача 2.
Какая вероятность (%) рождения детей с рецессивным фенотипом у гетерозиготных родителей с волнистыми волосами при неполном доминировании признака?

Что нужно найти?	Вероятность появления рецессивного фенотипа в данном скрещивании, то есть сколько процентов потомков будут иметь рецессивный признак.
Какой тип скрещивания?	Моногибридное, так как один признак — форма волос.
Какое взаимоотношение генов?	Неполное доминирование признака.

Итак, скрещивают родителей (Р) с волнистыми волосами. По условию задачи они гетерозиготны, то есть имеют генотип Аа. Таким образом, оба родителя дают два типа гамет (G), А и а.

В потомстве F1 данного скрещивания мы видим появление у таких родителей детей с тремя разными фенотипами. Это обусловлено неполным доминированием.

• Один ребенок имеет кучерявые волосы — АА — кудрявые, сильно-сильно волнистые, самое яркое проявление доминантного признака. 
• У двоих детей волнистые волосы — Аа — доминантный-кудрявый ген не полностью подавляет рецессивный-прямой, в результате — легкая кудрявость (волнистый).  
• И еще у одного прямые волосы — аа — проявление рецессивного-прямого гена при полном отсутствии влияния доминантного-кудрявого. 

Здесь волнистые волосы — это промежуточный признак, поэтому при скрещивании двух родителей с таким признаком мы будем наблюдать расщепление по фенотипу 1:2:1 (аналогично второму скрещиванию ранее разобранной нами задачи про скрещивание фиолетовых и белых цветков).

Можем подытожить, что доминантный ген кучерявых волос (АА) не полностью подавляет рецессивный ген прямых волос (аа), благодаря чему возможно появление волнистых волос (Аа).

Так как в условии задачи нас просят назвать вероятность проявления рецессивного признака (прямые волосы) в потомстве в процентах, нам нужно это подсчитать. Всего в потомстве у нас четверо детей — это 100%. Из них прямые волосы имеет только один, а значит, вероятность его появления будет равна: 100 : 4= 25%.

Ответ: 25 %.

Кодоминирование

Кодоминирование — это тип взаимодействия аллелей, для которого характерно проявление обоих признаков аллелей в равной мере.

По типу кодоминирования наследуются группы крови. Всего существует 4 группы крови, каждая из них будет записываться по-своему. Давайте разберем, как они обозначаются в генетических задачах: 

• Первую группу крови принято обозначать так: \(I^0 I^0\). 

Вы можете встретить в задачниках вариант \(i^0 i^0\), а иногда можно встретить запись без 0, она тоже верна. 

• Вторую группу крови принято обозначать так: \(I^A I^A\) или \(I^A I^0\). Здесь варианты записи неравноценны, нужно подбирать его в зависимости от конкретной задачи. 
• Третью группу крови принято обозначать так: \(I^B I^B\) или \(I^B I^0\). Здесь варианты записи также неравноценны, нужно подбирать его в зависимости от конкретной задачи. 

И, наконец, четвертая группа крови записывается только так: \(I^A I^B\).

Например, при скрещивании мы получили не усредненный вариант двух родительских признаков, а новый вариант, отличающийся от признаков обеих гомозигот. Такое взаимодействие у человека наблюдается при проявлении 4-ой группы крови, сочетание родительских аллелей \(I^A\) (вторая группа крови) и \(I^B\)(третья группа крови) дает генотип \(I^A I^B\), что соответствует четвертой группе крови.

На изображении мы видим таблицу возможных вариантов наследования групп крови. От того, какие аллели достанутся от матери и отца, будет зависеть группа крови ребенка. В ячейках таблицы указаны все возможные сочетания.

Задача 3.
Какова вероятность в процентах рождения ребенка с IV группой крови у родителей с I и II группами?

Так как II группа крови имеет 2 варианта генотипов — \(I^A I^A\) или \(I^A I^0\), то необходимо провести 2 возможных скрещивания: если родители \(I^0 I^0\) и \(I^A I^A\), или — \(I^0 I^0\) и \(I^A I^0\).Четвертая группа крови, напомним, имеет генотип \(I^A I^B\). То есть нам надо проверить, с какой вероятностью она может проявиться у потомства в каждом из скрещиваний.

Первый вариант:

Генотипа четвертой группы крови у потомства первого поколения не проявилось.

Второй вариант:

Генотипа четвертой группы крови у потомства первого поколения также не проявилось.

Таким образом, мы выяснили, что в обоих вариантах скрещиваний не может родиться ребенок с четвертой группой крови.

Ответ: 0% вероятность рождения ребенка с IV группой крови.

Сверхдоминирование

Сверхдоминирование — доминантный ген в гетерозиготном состоянии проявляет признак сильнее, чем он был в гомозиготном состоянии.

Иными словами, генотип Аа (гетерозиготный) будет давать более сильное проявление признака, чем АА (гомозиготный). Как правило, такие гибриды будут более сильными, жизнеспособными и продуктивными. 

Так, селекционерам удалось вывести сорта томатов, имеющих набор аллельных генов Аа. Эти сорта обладали более высокой урожайностью по сравнению с томатами, имеющими набор генов AA.

У человека примером сверхдоминирования может быть синдром Марфана или серповидноклеточная анемия.

Почему Г.-Х. Андерсон никогда не уставал, хотя жил до изобретения энергетиков? Люди с синдромом Марфана всю жизнь находятся в возбужденном состоянии. Дело в том, что надпочечники усиленно выделяют в кровь гормон адреналин. Адреналин возбуждает нервную систему и делает таких людей невероятными трудоголиками. Синдром Марфана был у Г.-Х. Андерсана, К. Чуковского, А. Линкольна.

Множественный аллелизм

Во всех рассмотренных ранее случаях взаимодействия каждый признак организма контролировался одним геном, который мог быть представлен одной из двух аллельных форм — доминантной (A) или рецессивной (a). Но так бывает не всегда.

Множественный аллелизм — наличие в популяции больше двух аллелей одного гена.

Выше мы узнали о неполном доминировании, когда возникает новый промежуточный признак у гетерозигот (Aa), при данном взаимодействии проявляется аналогичный эффект. Промежуточное состояние обеспечивается проявлением третьего аллельного гена, а не гетерозиготой. 

Говоря проще, множественный аллелизм означает, что один ген может существовать в трех и более вариантах. 

Такой вид взаимодействия наблюдается при наследовании групп крови, структур гемоглобина или резус-фактора человека, окраски шерсти кроликов и так далее.

Заметили, что наследование групп крови можно отнести и к кодоминированию и к множественному аллелизму? Это не ошибка. На самом деле в них есть небольшое отличие, но в рамках школьной программы нам с вами этого не потребуется и задачи на множественный аллелизм в рамках ОГЭ и ЕГЭ не встречаются. Поэтому теоретическую информацию о множественном аллелизме нужно просто запомнить, она может встретиться лишь в первой части экзаменов — тестовой.

Летальные гены

Существует такое понятие, как летальные гены. 

Летальные гены — это гены, сочетание доминантных (например, АА) или рецессивных (например, аа) аллелей которых вызывает гибель организма в эмбриональном периоде (период развития организма от момента образования яйцеклетки до появления на свет). 

Примером такого взаимодействия генов может быть наследование желтой окраски у мышей. При скрещивании двух гетерозиготных мышей c желтой окраской шерсти (Уу) в потомстве (F₁) наблюдается гибель организма с доминантным генотипом (УУ). Это происходит потому, что в данном случае сочетание аллелей У и У является летальным — такая мышь гибнет в эмбриональном периоде. 

При решении задач с участием летальных генов следует придерживаться тех же правил, что и при решении задач на полное доминирование. Разница будет лишь в том, что при составлении соотношения получившихся потомков арифметически, потомка с летальным генотипом мы в него не записываем, поэтому вместо соотношения 3:1 будет соотношение 2:1. 

Подведем небольшой итог. Аллельные гены могут взаимодействовать друг с другом в 5 различных вариантах. Это можно представить следующей схемой. 

В ЕГЭ знания о взаимодействии генов пригодятся в заданиях 4 и 29. Они подразумевают собой решение задач по генетике различной степени сложности. Разберем один из примеров.

Скрестили белую кошку с черным котом, все котята в потомстве имели серый цвет. Затем провели еще скрещивание, где скрестили серую кошку и серого кота. Какое соотношение фенотипов получим в этом скрещивании?

Решение: из текста задачи мы можем понять, что доминирование неполное, так как у потомства первого скрещивания появился новый признак — серый цвет шерсти.

Что нужно найти?	Соотношение фенотипов во втором скрещивании.
Какой тип скрещивания?	Моногибридное, так как один признак — цвет шерсти кошек.
Какое взаимоотношение генов?	Неполное доминирование признака, поскольку появился новый признак у потомства.

Дано:
АА — белая шерсть;
аа — черная шерсть;
Аа — серый цвет.

Составим схему первого скрещивания:

Здесь мы видим, что в первом скрещивании все потомки имели серую шерсть. Составим схему второго скрещивания:

Таким образом, мы видим, что во втором скрещивании появилось расщепление, появились следующие фенотипы у потомства: АА — белая шерсть, Аа — серая шерсть (два раза) и аа — черная шерсть. В задаче просят нас найти числовое соотношение потомков во втором скрещивании.

А мы с вами уже знаем, что во втором скрещивании при неполном доминировании расщепление всегда будет 1:2:1. В ответ запишем только числа без знаков.

Ответ: 121.

Мы привыкли, что дети обычно похожи на своих родителей или бабушек и дедушек. Порой сходство родственников между собой поражает. Но иногда бывает так, что дети имеют те признаки, которых не было у их родителей. Так, у желтого и голубого попугая в потомстве может появиться зеленый попугай. Подробнее об этом можно прочитать в статье «Взаимодействие неаллельных генов».

Фактчек

• При полном доминировании действие рецессивного гена полностью подавляется в присутствии доминантного. 
• Если в потомстве появляется новый признак, который является промежуточным между признаками родителей, то мы можем думать о неполном доминировании. 
• При кодоминировании наблюдается проявление обоих аллелей гена в равной степени. 
• При сверхдоминировании некоторые гены могут давать более сильное проявление признака, находясь в гетерозиготном состоянии. 
• Множественный аллелизм характеризуется тем, что в популяции имеется три и более варианта одного гена. 
• Некоторые гены в гомозиготном состоянии могут быть летальными, то есть вызывать гибель организма.

Проверь себя

Задание 1.
Примером какого взаимодействия генов является синдром Марфана? 

1. кодоминирование 
2. полное доминирование 
3. сверхдоминирование 
4. неполное доминирование

Задание 2.
При каком типе взаимодействия генов потомки имеют промежуточный признак?

1. полное доминирование
2. неполное доминирование 
3. кодоминирование 
4. сверхдоминирование 

Задание 3.
Сочетание каких аллелей обуславливает появление четвертой группы крови у потомков? 

1. \(I^0\) и \(I^0\)
2. \(I^B\) и \(I^0\)
3. \(I^A\) и \(I^B\)
4. \(I^A\) и \(I^A\)

Задание 4.
Для какого типа взаимодействия генов характерно проявление обоих признаков аллелей в равной мере?

1. сверхдоминирование
2. кодоминирование
3. неполное доминирование
4. полное доминирование

Ответы: 1. — 3; 2. — 2; 3. — 3; 4. — 2.