Взаимодействие неаллельных генов

Здравствуйте, уважаемые читатели блога репетитора биологии по Скайпу  biorepet-ufa.ru.

Еще раз уместно подчеркнуть, что понятие наследование признаков употребляют обычно как образное выражение. В действительности наследуются не признаки, а молекулы ДНК, состоящие из различных генов.

В генах закодирована информация об определенных белках организма и эти определенные белки, синтезируясь в клетках, и являются уже основой проявления того или иного признака организма.

Сами признаки формируются в ходе индивидуального развития организма.  Они определяются лишь теми генами из всего огромного арсенала генов, называемого генотипом организма, которые проявляют себя в конкретных условиях внешней среды. Поэтому и говорим, что фенотип организма определяется генотипом и факторами внешней среды.

Эта статья является продолжением двух предыдущих и касается вопроса классификации типовых задач по генетике. Как было отмечено ранее, гены  могут иметь две различные природы по способности реализовываться в конкретные признаки. Это  реализация взаимодействий: 1) аллельных  и  2) неаллельных генов.

Типы  взаимодействий аллельных  генов рассмотрены в предыдущей статье. В этой — дадим характеристику основным четырём типам  взаимодействий неаллельных генов: комплементарности, эпистазу, полимерии и плейотропному действию генов.

Кто захочет разобраться в теме взаимодействия неаллельных генов предлагаю купить мой сборник «Задачи по генетике на взаимодействие неаллельных генов» (в сборнике есть и теоретическая часть, и подробно разбираются решения задач).

                                  1. Комплементарное взаимодействие генов

Это когда один доминантный ген дополняет действие другого неаллельного ему доминантного гена. В результате происходит образование нового ПРОЯВЛЕНИЯ признака по типу взаимопомощи, взаимодополнения друг друга.

Снова обращаю ваше внимание, что не «нового признака«, а лишь «нового проявления того же самого признака», так как во всех здесь рассматриваемых типах  взаимодействий аллельных и неаллельных генов речь всегда идёт об изучении наследования какого-то одного признака (но разных формах его проявления).

Не надо путать комплементарное взаимодействие неаллельных генов (то есть совершенно разных генов, но тоже отвечающих за проявление одного признака) с явлением кодоминирования, присущим для аллельных генов.

В табличке ниже  иллюстрируются возможные случаи расщеплений по фенотипу и генотипу в F₂ при        комплементарном взаимодействии неаллельных генов. Обратите внимание, что именно в F₂ , то есть от скрещивания «дигетерозигот» друг с другом.

Почему пишу «дигетерозигот» в кавычках? Потому что это совсем не Менделевские дигетерогизоты  (то есть гетерозиготные организмы по двум парам разных  признаков), а «дигетерозиготы», хотя и тоже  по двум парам разных генов, но отвечающих за проявление одного признака.

На примере наследования  окраски у  цветков душистого горошка

можно хорошо проследить явление комплементарного взаимодействия генов  по варианту 2.  из перечисленных в таблице.

При скрещивании двух различных линий этого растения с белыми цветками у гибридов F₁ цветки оказались пурпурными.

При скрещивании  растений   F₁ друг с другом (самоопылении) в F₂ наблюдается расщепление признаков окраски   цветков растений в отношении близком к  9 : 7. Пурпурные цветки были обнаружены у 9/16 растений, белые у 7/16.

Объяснение такого результата состоит в том, что каждый из доминантных генов не может вызвать появление окраски, определяемой пигментным белком антоцианом. У душистого горошка есть ген А, обусловливающий синтез бесцветного предшественника антоциана — пропигмента. Ген В определяет синтез ферментного белка, под действием которого из пропигмента образуется антоциан.

Почему цветки душистого горошка с генотипами    ААbb и ааВВ имеют белый цвет? В первом случае есть пропигмент, но нет фермента, переводящего его в пигмент. Во втором случае — есть фермент, но нет пропигмента.

Проводя скрещивание таких двух линий растений душистого горошка с белыми цветками,  у дигетерозиготных растений первого поколения АаВb есть уже и пропигмент (А), и фермент (В), участвующие в образовании пурпурного пигмента.

Вывод: оказывается, что формирование такого, казалось бы, элементарного признака, как окраска цветков душистого горошка зависит от взаимодействия по крайней мере двух неаллельных генов, продукты которых взаимно дополняют друг друга. Такая форма взаимодействия генов разных аллельных пар и носит название комплементарности — взаимодополнения.

                                  2. Эпистатическое взаимодействие   генов

Противоположно комплементарному действию генов. В общем виде сущность эпистаза сводится к подавлению проявления генов одной аллельной пары генами другой  пары.

Если, например, ген I подавляет действие гена C, то такой тип подавления носит название — доминантный эпистаз. Ген, который подавляет действие другого гена, называется ингибитор   (I — ингибитор).

Если гены ii подавляют действие гена С, то это пример рецессивного эпистаза.

В табличке ниже  иллюстрируются возможные случаи расщеплений по фенотипу и генотипу в F₂ при доминантном (1-3) и рецессивном(4) эпистатическом взаимодействии неаллельных генов:

Таким образом,  если в предлагаемом нам задании мы видим, что расщепление по фенотипу   одно из четырех перечисленных в табличке выше, то значит решать такое задание надо с учетом эпистатического взаимодействия неаллельных генов.

Из таблицы видно, что формулы 3. и 4. являются одинаковыми по фенотипу, но разными по генотипу, так как в строке 4. записано наследование генотипов при рецессивном эпистазе, а в строках 1., 2. и 3. — при доминантном.

                                                                  3. Полимерия

Это когда несколько разных доминантных генов отвечают за проявление одного и того же признака.

То есть гены разные, но отвечают за проявление одного и того же признака. Присутствие хотя бы одного доминантного аллеля любого из этих различных генов в генотипе дает развитие доминантного признака, а рецессивный признак развивается только тогда, когда в генотипе имеются только рецессивные аллели.

Интенсивность проявления признака зависит от количества доминантных генов в генотипе. Обычно этими генами определяются количественные признаки (интенсивность роста, яйценоскость, жирность и количество молока, содержание витаминов в плодах, интенсивность пигментации кожи человека, интенсивность окраски колосьев или зерна  злаковых  и т.п.). Но могут определяться и качественные признаки.

Полимерные гены обозначают одной буквой (не путать с аллельными генами одного признака!), но с различной нумерацией, чтобы показать, что это разные гены, например,  А₁,А₂,А₃ и т.д.

Полимерное взаимодействие действие генов обычно рассматривают на примере скрещивания разных сортов пшеницы с белыми (а1а1а2а2) и темно-красными (А₁А₁А₂А₂) колосьями. Как мы видим за интенсивность красной окраски отвечают два разных доминантных гена А₁ и А₂, а сама интенсивность красной окраски зависит от того, все ли аллели каждого доминантного гена присутствуют в генотипе организма.

В F₁ по первому закону Менделя наблюдается единообразие гибридов первого поколения — все потомки получились красными, но не темно-красными, как доминантная родительская форма.

Почему так получилось?    За интенсивность красной окраски отвечают оба разных гена и А₁, и А₂, а   присутствие   в генотипе потомства F₁ только по одному их аллелю обеднило  интенсивность красной окраски. Вторые то пары аллелей в F₁ рецессивные а₁ и а₂, поэтому они не несут признака красной окраски.

Но какая же интересная картина наблюдается во втором поколении!

В F₂ от скрещивания красной пшеницы А₁а₁А₂а₂ с такой же красной  А₁а₁А₂а₂ обнаруживаются и темно-красные (как «дедушка» — А₁А₁А₂А₂), и темновато-красные (А₁А₁А₂а₂ или А₁а₁А₂А₂), и снова просто красные (но уже с разнообразными генотипами: А₁а₁А₂а₂, А₁А₁а₂а₂ и а₁а₁А₂А₂), и светло-красные (А₁а₁а₂а₂, а₁а₁А₂а₂),> и чисто белые (как «бабушка» — а₁а₁а₂а₂).

Вообще «полимерия» —  наглядный пример  того,  как можно легко разобраться от чего зависит формирование признаков  в организме:

1) за формирование одних признаков отвечает по одному гену (причем аллелей этих генов в каждом организме всегда только два, но всего аллельных генов какого-то конкретного признака может быть и больше двух — аллельные взаимодействия генов). Кодоминирование, например, при формировании  групп крови человека, зависящих  от трех аллелей одного гена;

2) за формирование других признаков могут быть ответственными более одного гена — вот это уже и есть полимерия как пример  взаимодействия  неаллельных генов.

Понимаю, что утомительно для одного поста столько терминов и определений, но осталось разобраться с плейотропным действием генов и картина  взаимодействий неаллельных генов при формировании признаков организма станет достаточно полной.

                                                      4. Плейотропия

Это зависимость нескольких признаков от одного гена. Видите, как просто можно запомнить?  Это явление как бы противоположно явлению полимерии.

Сам механизм множественного действия гена заключается в том, что белок, кодируемый этим геном, может в той или иной степени участвовать в различных  процессах. Более того, можно утверждать, что большинство генов имеют плейотропное действие (просто, изучать наследование признаков всегда удобно по каким то наиболее контрастным, значимым, видимым проявлениям их).

Так,  еще Мендель заметил, что красная окраска цветков гороха была связана   и с образованием красных пятен в пазухах листьев, и с темным цветом семян.

Другой пример, у дрозофил ген белой окраски глаз одновременно проявляется и на цвете тела и внутренних органов, и на длине крыльев, и на строении полового аппарата, и на уменьшении продолжительности жизни.

В плейотропии заключается соотносительный (коррелятивный) характер наследования признаков организмов, которому вообще то уделяется недостаточное внимание. Чаще всего рассматриваются лишь две  формы наследственной изменчивости: мутационная и комбинативная.

____________________________

P.S. Вот мы и закончили вводную часть по ознакомлению с различными типами генных взаимодействий. «Вводную», имею в виду, для возможности приступить к осознанному решению генетических задач. Поскольку, для решения задач по генетике важно знать, что типов  взаимодействий генов всего два: для аллельных и неаллельны генов. Но каждый из этих типов имеет свои формы (основные из которых мы и разобрали).

В моем платном сборнике «Задачи по генетике на взаимодействие неаллельных генов» рассматривается теоретическая часть и  проводится подробное описание решений различных типов задач по комплементарному, эпистатическому и полимерному взаимодействию неалллельных генов.

Приобретя мою книгу, вы сможете  лучше разобраться в самих законах наследственности и подготовиться к сдаче экзаменов. А, главное, разве не интересно узнать вообще, как  глубоко уже человеческая мысль вторглась в познание «устройства» самого ценного во Вселенной — Жизни?!

                                  ******************************************************************
У меня на блоге вы можете приобрести  ответы на все тесты ОБЗ ФИПИ за все годы проведения экзаменов  по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).