Взаимодействие генов — это совместное действие нескольких генов, в результате которого появляется признак, которого нет у родителей, или усиливается проявление уже имеющегося признака.
Для объяснения результатов взаимодействия генов важно понимать механизм формирования признаков.
Ген — это участок ДНК, в котором закодирована информация об одном белке. В простейшем случае формирование признака может происходить в результате действия одного белка, синтез которого определяется одним геном:
— но обычно признак формируется в результате сложных биохимических процессов. В клетке происходит взаимодействие между белками-ферментами, синтез которых определяется генами, или между веществами, которые образуются под влиянием этих ферментов.
Возможны следующие типы проявления генов в фенотипе:
· один признак формируется в результате взаимодействия нескольких белков, синтез которых определяется несколькими генами:
· один ген определяет синтез белка, который влияет на формирование нескольких признаков:
— как показано на схеме.
Возможно взаимодействие как между аллельными генами, так и между неаллельными.
Аллельные гены расположены в одинаковых участках гомологичных хромосом и определяют один признак. Примеры взаимодействия аллельных генов:
· полное доминирование;
· неполное доминирование.
Неаллельные гены расположены в разных участках негомологичных хромосом. Формы взаимодействия неаллельных генов:
Комплементарность, эпистаз и полимерия — это взаимодействия, при которых несколько генов определяют один признак.
Наследование, при котором один ген влияет на формирование нескольких признаков, называется плейотропия (или множественное действие гена).
Комплементарность (дополнительное действие генов) — взаимодействие неаллельных генов, при котором они дополняют друг друга, а признак формируется лишь при одновременном действии двух доминантных генов, каждый из которых в отдельности не вызывает развития признака.
Пример:
наследование окраски цветков у душистого горошка:
| генотип | признак |
| A−B− | фиолетовые цветки |
| A−bb | белые цветки |
| aaB− | белые цветки |
| aabb | белые цветки |
Ни один из доминантных генов не определяет окраску цветка. Фиолетовая окраска появляется только при наличии в генотипе растения двух доминантных генов A и B.
При скрещивании дигетерозигот результаты следующие.
Расщепление по генотипу: 9A−B−:3A−bb:3aaB−:1aabb.
Расщепление по фенотипу: 9 (фиолетовые):7 (белые).
При комплементарном взаимодействии генов могут наблюдаться и другие типы расщепления признака.
У людей данный тип взаимодействия обуславливает нормальное развитие слуха (один ген определяет развитие улитки, а другой ген — развитие слухового нерва). Нормальный слух формируется при наличии двух доминантных генов. Если один из генов присутствует в доминантной форме, а второй — в рецессивной, то проявляется глухота, так как один из органов слухового анализатора не развивается.
Эпистаз — взаимодействие неаллельных генов, при котором ген одной аллельной пары подавляет действие доминантного гена другой аллельной пары.
Гены, которые подавляют действие других генов, называют генами-супрессорами, или генами-ингибиторами.
Реакция между данными генами может быть доминантной и рецессивной.
Доминантный эпистаз наблюдается в случае, когда доминантная аллель гена-супрессора (обычно он обозначается буквой I) подавляет действие другого гена.
Рецессивный эпистаз наблюдается, когда рецессивная аллель гена-супрессора угнетает проявление любой из аллелей другого гена.
Расщепление по фенотипу при каждом из видов этих взаимодействий различается. При доминантном эпистазе при скрещивании дигетерозигот расщепление может быть следующим — 13:3, 7:6:3 или 12:3:1. При рецессивном эпистазе расщепление такое: 9:3:4, 9:7 или 13:3.
Пример:
у большинства пород кур наличие пигмента в перьях определяет доминантный аллель A. Ген I подавляет синтез пигмента.
| Генотип | Признак |
| A−I− | белые перья |
| A−ii | окрашенные перья |
| aaI− | белые перья |
| aaii | белые перья |
При скрещивании двух белых дигетерозиготных птиц в потомстве появляются цыплята с окрашенным оперением.
Расщепление по фенотипу: 13 (белые):3 (окрашенные).
Полимерия
Многие количественные и некоторые качественные признаки у живых организмов определяются не одной, а несколькими парами взаимодействующих генов. В этом случае, чем больше в генотипе доминантных генов, тем сильнее проявляется признак. Такая форма взаимодействия неаллельных генов называется полимерией.
Полимерия — это взаимодействие нескольких пар неаллельных генов с одинаковым действием.
Пример:
цвет кожи у человека определяют четыре пары неаллельных генов, ответственных за выработку пигмента меланина. Чем больше имеется доминантных генов, тем больше в коже меланина, и тем темнее её окраска.
У человека с доминантными генами A1A1A2A2A3A3A4A4 кожа самая тёмная. У человека, в генотипе которогосодержатся только рецессивные гены a1a1a2a2a3a3a4a5, кожа самая светлая. В зависимости от соотношения числа доминантных и рецессивных генов цвет кожи изменяется от светлого до тёмного.
Такой тип взаимодействия называется кумулятивной полимерией. При кумуляции степень проявления признака зависит от числа доминантных генов (чем больше генов, тем сильнее выражен признак). Потомство при кумулятивной полимерии разделяется следующим образом — 1:4:6:4:1 (у одной особи признак выражен максимально, у остальных наблюдается его угасание до полного исчезновения).
По этому типу наследуются многие важные количественные признаки сельскохозяйственных животных и растений: молочность коров, яйценоскость кур, содержание сахара в корнеплодах, длина початка кукурузы, длина колоса, окраска колоса у злаковых и др.
При некумулятивной полимерии проявление признака не зависит от числа доминантных аллелей. Признак будет проявляться, если есть хотя бы один доминантный ген. При подобном эффекте наблюдается расщепление в потомстве в соотношении 15:1.
Пример:
наличие оперения на ногах у кур определяется двумя неаллельными доминантными генами — A1 и A2. Оперенные ноги будут иметь куры с генотипами: A1−A2−, A1a2a2 и a1a1A2−. Неоперенные ноги будут только у птиц с генотипом a1a1a2a2.
Плейотропия, или множественное действие гена