Взаимодействие неаллельных генов

На этой странице вы узнаете

• Что такое «Бомбейский феномен»?
• Кто виноват в появлении веснушек: солнце или гены?

Взаимодействие аллельных генов, которое мы разбирали ранее, можно сравнить с работой сотрудников в одном отделе компании (гомологичные хромосомы). А вот с неаллельными генами дела обстоят несколько иначе. Их совместную работу можно представить как взаимодействие разных отделов в компании или разных компаний (негомологичные хромосомы). Об этом более подробно в нашей сегодняшней статье.

Неаллельные гены и виды их взаимодействия

Неаллельные гены — гены, которые располагаются в разных участках гомологичных или негомологичных хромосом и отвечают за формирование разных признаков.

Неаллельные гены могут взаимодействовать друг с другом в 5 различных вариантах. Это можно представить следующей схемой. 

Каждый из видов взаимодействия мы рассмотрим подробнее ниже.

Кооперация

Кооперация — формирование нового признака при совместном действии двух доминантных неаллельных генов, который отсутствует у родителей.

На изображении мы видим, что скрестили курицу с розовидным гребнем с петухом, который имел гороховидный гребень. В потомстве появился новый признак — ореховидный гребень. Формирование этого нового признака обусловлено тем, что сочетание доминантных генов из разных пар вызывает формирование нового признака. Так, сочетание Аb (розовидный гребень) и aB (гороховидный гребень) проявляется появлением АВ (ореховидного гребня). 

Во втором поколении мы видим расщепление, то есть распределение доминантных и рецессивных признаков среди потомства в определенном числовом соотношении. Это обусловлено тем, что новый признак проявляется только при сочетании АВ, по отдельности эти гены проявятся своим признаком. Нижнее подчеркивание в генотипе означает, что на данном месте может оказаться как доминантный, так и рецессивный ген, и это не повлияет на проявление признака. 

На ЕГЭ задания 4 и 29 посвящены генетике. В них встречаются задачи на взаимодействие неаллельных генов. Разберем одну из таких возможных задач.

Форма гребня у кур определяется взаимодействием двух генов, каждый из которых имеет два аллеля — доминантный и рецессивный. При этом, если у особи в генотипе имеются доминантные аллели обоих генов, то она будет иметь гребень ореховидной формы, а если оба аллеля будут рецессивными — листовидной формы. Сочетание доминантного первого гена и рецессивного второго определяет гребень розовидной формы, а при сочетании первого рецессивного гена и второго доминантного возникает гребень гороховидной формы. Какое потомство можно ожидать при скрещивании дигомозиготной курицы с гороховидным гребнем и дигетерозиготного петуха с ореховидным гребнем? Назовите данный тип взаимодействия генов.

Решение.
В первую очередь нужно обратить внимание на предпоследнее предложение в условии. Из него мы знаем, что скрещивали дигомозиготную курицу с дигетерозиготным петухом. При этом курица имела гороховидный гребень (который проявляется только в сочетании первого рецессивного и второго доминантного неаллельных генов), а петух — ореховидный (оба аллеля несут доминантный ген). Составим данную схему скрещивания: 

То есть расщепление в потомстве будет 1:1 (50% будет с ореховидным гребнем, 50% — с гороховидным).
Уже исходя из условия задачи мы знали, что бывает четыре проявления признака (ореховидный, листовидный, гороховидный и розовидный), поэтому сразу уточняем, что это пример кооперации. Вот и все, задача решена!

Ответ: Расщепление 1:1 (50% будет с ореховидным гребнем, 50% — с гороховидным), тип взаимодействия — кооперация.

Комплементарность 

Комплементарность — это форма взаимодействия нескольких доминантных неаллельных генов, усиливающих проявление друг друга. 

Если эти доминантные гены находятся вместе в генотипе, тогда проявляется признак с большей степенью. 

Например, у волнистых попугаев взаимодействие доминантных генов желтой (А) и синей (В) окраски определяет зеленую окраску (АВ). А отсутствие этих неаллельных доминантных генов дает в итоге белую окраску (никакой цвет не проявляется). 

То есть, чтобы была зеленая окраска у потомков, должны быть в генотипе оба гена: А и В. Если будет только А — будет желтая окраска, если только В — синяя. А если ни А, ни В (если он рецессивная дигомозигота — aabb), то окраска будет белой, так как никакого из этих генов в генотипе нет.  

Здесь стоит понимать, что при обсуждении вариантов окраски, мы говорим о силе выработке пигмента — красящего вещества. Если в генотипе особи встречается только доминантная аллель А — будет вырабатываться только желтый пигмент. Если встречается только B — будет вырабатываться синий пигмент. Если в генотипе особи имеются и А, и B — пигментация усиливается, вырабатываются и желтые, и синие пигменты, смешение которых приводит к проявлению зеленой окраски. При отсутствии доминантных генов А и В пигментации (окрашивания) нет — особи будут белого цвета.

Эпистаз

Эпистаз — это тип взаимодействия генов, при котором ген из одной аллельной пары подавляет действие гена другой аллельной пары.

Аллели, подавляющие действие других генов, могут быть как доминантными, так и рецессивными.

Если доминантный аллель А подавляет другой доминантный аллель В (А > В), то речь идет о доминантном эпистазе, а если же рецессивный аллель b в гомозиготном состоянии подавляет доминантный аллель В (bb > A, bb > aa), то о рецессивном эпистазе.

Чтобы далее рассмотреть примеры разных видов эпистаза, нам сначала потребуется познакомиться с новыми терминами: 

Ген-супрессор — это ген, который не позволяет проявиться другому гену, то есть подавляет его (часто обозначается I или i, от английского inhibitor — замедлитель). 

Гипостатический ген — это ген, который подавляется геном-супрессором. 

А теперь разберем непосредственно примеры.

Может ли близорукость передаваться по наследству? У человека по доминантному эпистазу наследуются доминантные формы близорукости (миопии), когда доминантный аллель одного гена вызывает развитие высокой степени близорукости, а аллель другого гена — близорукости средней степени. То есть, если у ребенка один из родителей был с близорукостью сильной степени, а второй родитель был с близорукостью более слабой степени, то у ребенка тоже будет близорукость, причем шансы на то, что она будет сильной степени, достаточно высоки, так как это доминантный эпистаз. 

Что такое «Бомбейский феномен»? Примером рецессивного эпистаза у человека является нетипичное наследование группы крови. Данное явление встречается очень редко во всем мире, за исключением одной из малых народностей Индии, в силу чего оно получило название «Бомбейского феномена». Что же представляет собой этот феномен? Все дело в том, что у родителей появляются дети, чья группа крови не соответствует обычным правилам наследования. Например, рождение у матери со второй группой крови и у отца с первой группой крови ребенка с четвертой группой крови. О том, почему подобная ситуация в норме не возможна, мы говорим в статье «Взаимодействие аллельных генов». Процедура подтверждения отцовства у людей с этой группой крови затруднена (что логично, учитывая описанное выше). В других случаях редкая группа крови не доставляет ее обладателю практически никаких проблем, кроме одной — если ему вдруг понадобится переливание крови, то использовать можно только такую же «бомбейскую».

Полимерия

Полимерия — взаимодействие неаллельных генов, при котором доминантные гены двух или более аллелей дублируют друг друга, усиливая развитие одного и того же признака.

То есть полимерия — это ситуация, когда на формирование одного признака одновременно влияют несколько пар неаллельных генов, каждый раз дополняя и усиливая друг друга. Степень проявления признака будет зависеть непосредственно от количества задействованных в этом процессе доминантных полимерных генов. Следовательно, чем больше полимерных генов присутствует в генотипе, тем ярче проявится признак. 

Представим этот процесс на отвлеченной ситуации. Допустим, доминантные полимерные гены — это кусочки сахара, а генотип — это чай. Чем больше кусочков сахара мы положим в чай, тем он станет слаще. То есть признак «сладость чая» проявится сильнее. 

Теперь посмотрим на человека. 

Цвет кожи определяется количеством пигмента (красящего вещества) меланина. Чем больше его вырабатывается, тем темнее цвет кожи. А количество меланина определяется шестью парами полимерных генов. 

Чем больше среди них будет доминантных генов, тем больше выработается пигмента и тем темнее станет цвет кожи. Если из этих шести пар доминантными генами будут все шесть, то оттенок проявится в самой сильной степени. Это характерно для негроидной расы. А если все гены будут рецессивными, то и кожа будет наиболее светлая.   

То есть тон кожи определяет сочетание нескольких полимерных доминантных генов в одном генотипе (у одного человека). У негроидной расы преобладают доминантные аллели черного цвета (6,5,4), у представителей европеоидной расы — рецессивные аллели белого цвета (1,0). 

Плейотропия

Плейотропия — это когда один ген влияет одновременно на проявление нескольких признаков.

До этого мы с вами привыкли говорить, что тот или иной ген влияет на проявление одного признака. Но в случае плейотропного взаимодействия один ген влияет на проявление сразу нескольких признаков. 

Например: красные цветы сопровождаются у некоторых видов растений красноватым стеблем, у сортов с белыми цветами — стебли зеленые. То есть ген красной окраски влияет на цвет не только цветков, но и стеблей.

Кто виноват в появлении веснушек: солнце или гены? У человека ген MC1R веснушек проявляется благодаря плейотропии. Этот же ген отвечает за светлый цвет кожи и рыжий цвет волос. А солнце лишь стимулирует процесс проявления веснушек. Поэтому редко можно встретить брюнета со смуглой кожей и веснушками.

Теперь, с учетом информации, которую мы получили в этой статье и в статье «Взаимодействие аллельных генов», мы можем составить общую схему типов взаимодействия генов. 

На ЕГЭ в задании №6, в котором необходимо установить соответствие, может также потребоваться знание теории генетики, как в примере ниже.

Задание: Установите соответствие между видами взаимодействия неаллельных генов и их примерами.

Здесь мы видим различные примеры, которые нужно сопоставить с типом наследования. 
Проанализируем имеющиеся данные и сопоставим их с нашими теоретическими знаниями:

А) Белые голубоглазые глухие коты: три признака — один ген. Плейотропия — несколько признаков контролируются одним геном.
Б) Бомбейский феномен — это классический пример эпистаза, как мы сказали выше, его просто нужно запомнить.
В) Окраска и длина семени: два признака — один ген. Плейотропия — несколько признаков контролируются одним геном.
Г) Цвет кожи человека — пример полимерии — два и более генов при совместном действии усиливают проявление признака.
Д) Окраска пшеницы различной интенсивности — тоже пример полимерии, так как речь идет не о двух конкретных проявлениях признака, а о различной степени силы проявления окраски.

Ответ: 13122

Кто бы мог подумать, что наши внешние данные наследуются столь необычно! Пожалуй, этим можно объяснить то, насколько мы все друг на друга не похожи. Удивительно, но даже у одних родителей могут родиться абсолютно разные дети. А обусловлено это комбинативной изменчивостью. Кстати, подробнее про закономерности изменчивости можно прочитать здесь. 

Термины

Аллели — это варианты одного и того же гена.

Аллельные гены — это гены, которые расположены в одинаковых участках хромосом и определяют развитие одного и того же признака.

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

Генотип — это совокупность генов определенного организма. 

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

Гомозиготное состояние гена — это наличие у организма одинаковых аллелей одного гена, доминантных или рецессивных. Например, АА или аа. Если речь идет о двух признаках, оба из которых доминантные или рецессивные, то будет встречаться название дигомозигота (ААВВ, аавв, ааВВ, ААвв).

Гомологичные хромосомы — это хромосомы одной пары, то есть они одинаковы. 

Доминантные признаки — это те признаки, которые имеют преимущество и с большей вероятностью проявляются у потомства. Они обычно подавляют действие рецессивного признака. 

Негомологичные хромосомы — это хромосомы разных пар, они будут разными. 

Рецессивные признаки — это те признаки, которые проявляться у потомства будут с меньшей вероятностью. Они чаще всего не проявляются в присутствии доминантного гена. 

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

Фактчек

• Новый признак появляется при таком взаимодействии генов как кооперация.
• При комплементарности один неаллельный доминантный ген усиливает действие другого. 
• При эпистазе ген одной аллельной пары подавляет проявление гена из другой аллельной пары. 
• При полимерном взаимодействии генов за проявление признака отвечают один или несколько полимерных генов, чем больше будет таких генов, тем сильнее будет выражен признак. 
• Если один ген оказывает влияние на проявление нескольких признаков организма, то такое взаимодействие называется плейотропией.

Проверь себя

Задание 1.
Что не относится к взаимодействию неаллельных генов?

1.  эпистаз, неполное доминирование, полимерия
2.  кооперация, множественный аллелизм
3.  кодоминирование, неполное доминирование, полное доминирование
4.  плейотропия, неполное доминирование

Задание 2.
Какой тип взаимодействия генов определяет цвет кожи человека?

1. полимерия
2. доминантный эпистаз
3. сверхдоминирование
4. рецессивный эпистаз

Задание 3.
Какой тип взаимодействия генов сможет объяснить «бомбейский феномен»?

1. доминантный эпистаз
2. сверхдоминирование
3. рецессивный эпистаз
4. полное доминирование

Задание 4.
Как называется явление, когда один ген влияет на проявление нескольких признаков?

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

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