Взаимодействие генов
Ген — это участок ДНК хромосом. Различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом и определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака называются аллелями.
Аллельные гены бываю и доминантными, и рецессивными. Мы говорили о том, что доминантные гены подавляют рецессивные в большинстве случаев. Однако это бывает не всегда.
Взаимоотношения между генами и признаками носят сложный характер.
Выяснилось: что один и тот же ген может оказывать влияние на развитие нескольких признаков. А один и тот же признак может развиваться под влиянием многих генов.
Различают две основных группы взаимодействия генов: взаимодействие между алл е льными генами и взаимодействие между неалл е льнимы генами.
Однако следует понимать, что это не физическое взаимодействие самих генов, а взаимодействие продуктов, которые эти гены кодируют.
В цитоплазме происходит взаимодействие между белками – ферментами или между веществами, которые образовываются под влиянием этих ферментов.
Рассмотрим виды взаимодействия генов в генотипе.
К взаимодействиям аллельных генов относят: полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование и аллельное исключение.
К взаимодействиям неаллельных генов относят: комплемент а рность, эпист а з, полимер и ю.
К множественному действию одного гена относят ─ плейотр о плость.
Полное доминирование
Полное доминирование — это вид взаимодействия аллельных генов, при котором фенотип гетерозигот не отличается от фенотипа гомозигот по доминанте, то есть в фенотипе гетерозигот присутствует продукт доминантного гена.
Полное доминирование широко распространено в природе, имеет место при наследовании, например, окраски и формы семян гороха, цвета глаз у человека, резус-фактора и многое другое.
Наличие резус-фактора эритроцитов обусловливается доминантным геном Rh.
То есть генотип резус-положительного человека может быть двух видов: или RhRh, или Rhrh; а генотип резус-отрицательного человека только rhrh.
Если, например, мать — резус-отрицательная, а отец резус-положительный и гетерозиготен по этому признаку, то при данном типе брака с одинаковой вероятностью может родиться как резус-положительный, так и резус-отрицательный ребёнок.
Неполное доминирование
Это вид взаимодействия аллельных генов, при котором фенотип гетерозигот отличается как от фенотипа гомозигот по доминанте, так и от фенотипа гомозигот по рецессиву и имеет среднее (промежуточное) значение между ними.
В одном из предыдущих уроков мы говорили о неполном доминировании. Когда при скрещивании растений ночной красавицы с пурпурной окраской цветков и белой… в первом поколении получались розовые цветки. То есть возникал промежуточный признак.
Так как у одного родительского растения оба аллеля (AA) кодируют ферменты, ответственные за синтез красного пигмента. А у второго с белыми цветками аллели (аа) содержат мутацию в результате которой фермент теряет активность, и окраска цветков получается белой.
Поэтому у растений с розовыми цветками с генотипом A а только один из аллелей кодирует фермент, который ответственный за красный цвет.
Кодоминирование
Это вид взаимодействия аллельных генов, при котором фенотип гетерозигот отличается как от фенотипа гомозигот по доминанте, так и от фенотипа гомозигот по рецессиву, и в фенотипе гетерозигот присутствуют продукты обоих генов.
Кодоминирование наблюдается при формировании, например, IV группы крови системы АВ0 у человека.
Для того чтобы представить, как происходит наследование групп крови у человека, можно посмотреть рождение детей с какой группой крови возможно у родителей, имеющих один — вторую, другой — третью группы крови и являющихся гетерозиготными по этому признаку.
Аллельное исключение
Аллельное исключение наблюдается при отсутствии одного из пары генов. В этом случае в фенотипе присутствует продукт другого гена. Например, при гемизиготности, делеции, гетерохроматизации участка хромосомы, в котором находится нужный ген.
Перейдём к изучению взаимодействия неаллельных генов.
Комплементарность или дополнительное взаимодействие
Это такой тип взаимодействия неаллельних генов, когда один доминантный ген дополняет действие другого неаллельного доминантного гена, и они вместе определяют новый признак, который отсутствует у родителей. Причём соответственный признак развивается только в присутствии обоих неаллельних генов.
Например, при скрещивании двух чистых линий душистого горошка, которые имеют белые цветки у гибридов первого поколения все цветки будут иметь пурпурную окраску.
Почему так происходит? Дело в том, что в данном случае доминантные неаллельные гены АВ, каждые в отдельности кодируют недостаточное количество красного пигмента антоциана для окраски цветка.
И только при наличии обоих неаллельных доминантных генов АВ, которые кодируют достаточное количество пигмента цветки окрашиваются в красный цвет.
По принципу комплементарности наследуется окраска плодов у перца. Цвет плодов обеспечивается двумя типами пигментов – хлорофиллом и пигментами красного и жёлтого цвета.
В зависимости от их сочетания плоды могут иметь четыре различных варианта окраски: красные, коричневые (бурые), жёлтые и зелёные.
Доминантный аллель А контролирует образование красного пигмента, тогда как рецессивный аллель а- жёлтого пигмента. Доминантный аллель В блокирует синтез хлорофилла, не влияя на образование пигментов, тогда как рецессивный аллель b не влияет на его синтез и такие растения синтезируют хлорофилл нормально.
При скрещивании растений с коричневыми плодами и растений с жёлтыми плодами в первом поколении все потомство будет иметь красные плоды. А при скрещивании гетерозиготных растений перца из первого по-коления во втором поколении будет наблюдаться расщепление 9 к 3 к 3 к 1.
Эпистаз
Это вид взаимодействия неаллельных генов, при котором одна пара генов подавляет (не даёт проявиться в фенотипе) другую пару генов.
Угнетение могут вызывать как доминантные, так и рецессивные гены, и в зависимости от этого различают эпистаз доминантный и рецессивный.
Ген-подавитель называют эпистатичным, подавляемый ген — гипостатичным.
Доминантный эпистаз характерен для окраски плодов у тыквы. У этого растения известно три цвета плодов: белая, жёлтая и зелёная. Доминантный аллель гена А определяет жёлтую окраску тыквы, рецессивный аллель а – зелёный цвет. Второй ген В проявляет эпистатическое действие – подавляет образование пигмента как жёлтого, так и зелёного цвета, делая их белыми. Рецессивный аллель b – не влияет на проявление окраски плодов тыквы.
При скрещивании растений с белыми и зелёными плодами, все потомство первого поколения будет белым. А во втором поколении расщепление признаков будет соответствовать формуле 12 к 3 к 1.
В этом случае рецессивная гомозигота ab фенотипически отличима от одного из гетерозиготных классов.
Таким образом, растения, имеющие в своём генотипе хотя бы один доминантный ген В, будут образовывать белые плоды независимо от того, какие аллели гена А будут присутствовать в их генотипах.