Взаимодействия неаллельных генов

В организме одновременно функционирует множество генов из разных аллелей, в том числе и расположенные в разных парах хромосом и распределяющиеся независимо друг от друга. Различают 3 типа взаимодействия неаллельных генов: эпистаз, комплементарность, полимерия.

Эпистаз – подавление действия генов одного аллеля генами другого. Различают эпистаз доминантный и рецессивный. В первом случае геном-подавителем является доминантный ген, во втором – рецессивный. Анализ при эпистазе ведется по схеме дигибридного скрещивания. В случае скрещивания дигибридов при доминантном эпистазе расщепление в F₁ оказывается 13 : 3 или 12 : 3 : 1, т.е. во всех случаях, когда присутствует доминантный ген-подавитель, подавляемый ген не проявится. В случае скрещивания дигибридов при рецессивном эпистазе расщепление во втором поколении наблюдается в отношении 9 : 3: 4.

Задача 9. Белое оперение определяется двумя парами несцепленных неаллельных генов. В одной паре доминантный ген определяет окрашенное оперение, рецессивный – белое. В другой паре доминантный ген подавляет окраску, рецессивный не подавляет окраску. Определить расщепление по фенотипу в F₂при скрещивании белых птиц, имеющих генотип CCII, с белыми птицами, имеющие генотип ccii.

Дано:

С – окраска пера с – отсутствие окраски I – подавление гена окраски i – отсутствие подавления

Определить F₁ , F₂

Ответ. F₁ белого цвета, т.к. проявляется закон единообразия и явление доминантного эпистаза. В F₂происходит расщепление в соотношении 13 белых : 3 окрашенных (выделенные генотипы).

Комплементарность – явление, при котором определенный фенотип формируется лишь при совместном действии неаллельных генов и не может проявиться при раздельном действии каждого из генов. Например, известно, что у некоторых растений пурпурная окраска возникает только при наличии двух доминантных генов (С и Р). Эти гены необходимы для появления ферментов, участвующих в синтезе пурпурного пигмента антоциана. Если в генотипе имеется лишь один из доминантных генов (С_рр, ссР_) или оба доминантных гена отсутствуют, то цвет будет белым.

Задача 10. Каковы будут расщепления по фенотипу F₁ и F₂ при скрещивании душистого горошка с белыми цветами с генотипами ССрр и ссРР?

Дано:

С – синтез пропигмента с – пропигмент не синтезируется Р – синтез фермента, переводящего пропигмент в пигмент р – фермент не синтезируется

Определить F₁ , F₂

Ответ. Гибриды F₁ единообразны, пурпурного цвета. В F₂ произошло расщепление по фенотипу в соотношении 9 пурпурных (выделенные генотипы) : 7 белых.

Полимерия – обусловленность количественного фенотипического признака суммарными действиями нескольких неаллельных генов (полигенов). Выраженность признака пропорциональна количеству генов в генотипе и зависит от количества доминантных генов, вносящих вклад в его развитие. Поскольку неаллельные гены оказывают одинаковое действие на один и тот же признак, их принято обозначать одной буквой латинского алфавита с указанием пары с помощью индекса (A₁A₁A₂A₂). У человека подобная закономерность прослеживается в наследовании пигментации кожи, роста, комплекции.

Задача 11. Цвет кожи человека определяется взаимодействием нескольких пар генов по типу полимерии, т.е. цвет кожи тем темнее, чем больше доминантных генов в генотипе.

Возможные генотипы и фенотипы цвета кожи:

черная кожа – A₁A₁A₂A₂ темная – A₁A₁A₂a₂ смуглая (мулат) – A₁a₁A₂a₂ светлая – A₁a₁a₂a₂ белая – a₁a₁a₂a₂

Если два мулата (A₁a₁A₂a₂) имеют детей, то можно ли ожидать среди них детей с черной, смуглой и белой кожей? Какую часть составят дети каждого типа?

Решение

Ответ. В этой семье возможны дети всех цветов кожи: 1 : 4 : 6 : 4 : 1, т.е.

черные – 1/16  темные – 4/16  смуглые – 6/16  светлые – 4/16  белые – 1/16

ДНК и РНК состоят из нуклеотидов.  Главная часть нуклеотида – 1 из 4 азотистых (пуриновых или пиримидиновых) оснований (аденин, гуанин, тимин, цитозин для ДНК, в РНК вместо тимина – урацил), а также сахар (дезоксирибоза или рибоза). 

Одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (триплетами). Между количеством пуриновых и пиримидиновых оснований в молекуле ДНК есть соответствие (комплементарность), отраженная в правиле Чаргаффа: содержание аденина в молекуле ДНК = содержанию тимина; содержание гуанина = содержанию цитозина (А=Т, Г=Ц). Одна из двух цепочек ДНК служит матрицей для РНК, которая строится тоже по закону комплементарности, но при переходе от ДНК к РНК аденину соответствует не тимин, а урацил. Например, аминокислоте триптофан в ДНК соответствует кодон АЦЦ, а в РНК кодон УГГ.  Для решения задач обычно пользуются таблицей кодонов РНК.

Таблица кодонов РНК

Особенности генетического кода

Всего существует 20 аминокислот. Триплетов (т.е. сочетаний по 3 нуклеотида из 4

возможных) может существовать 64. Выяснилось, что 3 триплета не несут информации об аминокислотах (УАА, УАГ, УГА – это Стоп), а 61 триплет кодируют 20 аминокислот. Каким образом? Группа из трех нуклеотидов, соответствующая одной аминокислоте, называется кодоном (кодон – это три основания, триплет, которые кодируют одну аминокислоту. Как правило, для кодирования достаточно первых двух нуклеотидов. Например, аминокислота тирозин имеет два варианта кодирования: УАУ и УАЦ, а аминокислота треонин – даже четыре: АЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГ. По одному варианту кодирования имеют только две аминокислоты – триптофан и метионин.При «включении» гена происходит локальное расплетение спирали ДНК. Затем с гена, кодирующего белковую молекулу, синтезируется его РНК-копия. После ряда «превращений» она становится матричной (информационной) РНК, т. е. матрицей для синтеза белка. мРНК переносится из ядра клетки в цитоплазму, где связывается с рибосомами, на которых и «производится» белок. Он синтезируется из активированных аминокислот, присоединенных к специальным транспортным РНК.

Свойства генетического кода 

1. Триплетность (каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами). 

2. Неперекрываемость (соседние триплеты не имеют общих нуклеотидов). 

3. Вырожденность (как правило, аминокислота кодируется не одним, а двумя и более триплетами). 

4. Универсальность (генетический код в основном одинаков для всех живых организмов). 

5. Колинеарность (совпадение линейного порядка триплетов в ДНК, информационной РНК и аминокислот в синтезирующейся белковой цепочке). 

Ген – это последовательность нуклеотидов в ДНК (у некоторых вирусов – в РНК). Обычно это сотни или тысячи нуклеотидов. Геном (число генов) у вирусов – десятки или сотни генов, бактерий – одна или несколько тысяч, млекопитающих – из тысяч генов (это 1-2 на 109 пар оснований), причем избыточной (молчащей) ДНК в десятки раз больше, чем кодирующей белки.