Суть неаллельного взаимодействия генов

Что такое генотип в биологии

У данного понятия есть очень много различий с термином генофонд. Генотип является характеристикой одной конкретной особи, а не целого вида, как в случае с генофондом. Если сужать смысл, то генотип трактуется в качестве соединения генных аллелей или же локусов у определенного индивидуума. Процедура нахождения генотипа именуется генотипированием. 

Средством определения фенотипа определенной особи является соединение генотипа и условий среды, которая окружает ее. Очень часто случается такое, что у особей с различными генотипами все равно проявляется сходный или такой же фенотип. Тогда как индивидуумы с похожими или такими же генотипами в разных жизненных рамках могут обладать значительными отличиями друг от друга. 

Авторство понятия генотип, а также фенотип и ген приписывается генетику датскому ученому, исследующему генетику, Вильгельму Людовику Иогансену. Он употребил все эти термины в собственной работе о нюансах наследственности — она была выпущена в 1909 году. 

Так выглядел В.Л. Иогансен: 

 

Источник: ru.wikipedia.org

Генотипы всех живых организмов, которые проживают на планете, являются не исключительно общностью разных комбинаций генов, которые обуславливают, как будут развиваться (и будут ли) различные признаки. Они находятся в устойчивом подчинении конкретных законов транспортирования от одного носителя (предка) к другому (наследнику). 

Живой организм по своей сути является крайне запутанной и сложной системой, в которой четко координируется взаимное влияние всех компонентов в его рамках, в частности и на генном уровне. Взаимовлияние на генном уровне генов между друг другом формирует отношения абсолютно всех протекающих в организме процессов. Получается, что генотип представляет собой цельную сформированную систему.  

В научной среде существует понимание того, как различные виды кооперации генов проявляются. Так, биолог чешско-австрийского происхождения, ученый, родоначальник генетики как науки Грегор Иоганн Мендель опытным путем показал, какие законы взаимного влияния аллельных генов, то есть генов, которые находятся в похожих локусах хромосом со сходной структурой, существуют. Все свои эксперименты он проводил на разных сортах гороха. Он вывел, что взаимоотношения такого рода также можно наблюдать и в рамках неаллельных генов, которые располагаются в разных областях хромосом. Они отвечают за задание различных характеристик организма. 

Так выглядел Г.И. Мендель:

 

Источник: ru.wikipedia.org

Типы взаимодействия неаллельных генов: принцип и эффект

В науке выделяется три основных типа взаимодействия неаллельных генов в организме: 

• эпистаз; 
• комплементарность; 
• полимерия. 

Взаимодействие генов по типу комплементарности (или же вспомогательное взаимовлияние) является видом взаимоотношений неаллельного генного материала, в котором доминирующие аллели в случае коллективного существования в рамках генотипа живого организма создают новое выражение характерной черты по фенотипу. 

Прекрасным примером взаимодействия генного материала комплементарного типа можно считать явление передачи по наследству расцветки цветков у гороха душистого. Так, чистые линии данных организмов, у которых генотипы AAbb, а также aaBB обладают белой расцветкой, после скрещивания образуют унифицированное поколение, у которого генотип AaBb и пурпурный окрас растения. Причиной такого изменения является тот факт, что доминирующие неаллельные гены B и A сепаратно не дают соединение антоциана, то есть пигмента, который должен окрашивать цветок. Если эти гены наблюдаются в рамках одной клетки, происходит синтез антоциана, что приводит к окрашиванию цветков. Возможно, что техника данного взаимного влияния состоит в том, что доминирующий ген занимается кодированием лишь некоторой белковой части, в то время как другой доминирующий ген занимается кодированием иной части данного белка. Цельный белок создается исключительно в случаях, если есть два гена в рамках одной клетки. 

Также видом взаимного влияния неаллельных генов, в рамках которого один ген полноценно начинает угнетать второй, считается эпистаз. Все гены, которые подавляют активность иных генов, именуются ингибиторами. Другое название для них — супрессоры. Обычно они бывают и доминирующими, и рецессивными, из-за этого в науке можно встретить такое деление эпистаза: 

• доминирующий (доминантный); 
• рецессивный. 

В рамках доминирующего эпистаза происходит подавление одним доминирующим геном всех способов проявить себя другому доминирующему гену. Прекрасный пример данного взаимного влияния генов — процесс создания цвета у тыквенных плодов. Доминантный ген Y ответственен за то, чтобы тыквенный плод стал желтым, тогда как рецессивные гены y отвечают за то, чтобы цвет был зеленый. Доминирующий ген W, который наблюдается в иной паре, угнетает в собственной структуре выражение абсолютно любого цвета. Тогда как аллельный рецессивный ген w никак не препятствует тому, чтобы цвет все-таки проявился. Из-за этого растения, у которых в генотипе располагается хотя бы один доминирующий ген W, сформируют плоды белого цвета. И будет неважно, какие генные аллели Y не будут проявляться в генотипах плодов. Получается, что белый окрас получат тыквы, чей генотип будет выглядеть таким образом: 

• YYWW;
• YyWw;
• yyWw. 

В случае рецессивного эпистаза в отношении доминирующих генов можно наблюдать комплементарность, аллель рецессии гена будет угнетать проявление неаллельного доминирующего гена. 

К примеру, лен обладает аллелью A, которая обуславливает, будет ли венчик иметь окрас или нет. Аллель aa несет в себе данные о белом цвете венчика, тогда как bb сформирует розовый окрас, а B — голубой. Получается, что ген A нужен для соединения пигмента предка, без него не сможет образоваться никакой цвет венчика. Растения гетерозиготного типа A B обладают голубым цветом на венчике, а это чистый пример работы комплементарного типа взаимодействия доминирующих генов. В случае Aabb сочетания, венчик получит розовый цвет, а рецессивные генные аллели a в условиях гомозиготного положения будут угнетать соединение и голубого цвета в генотипе aaBb и генотипе aaBB, и розового цвета в случае aabb, что показывает реализацию рецессивного типа эпистаза. 

Эпистатический тип взаимодействия генов способен сформировать у человека очень серьезные патологии с точки зрения генетики. Все они связываются с угнетением активности гена, который отвечает за соединение определенного фермента иным, неаллельным геном. 

Рецессивный тип эпистаза считается основной причиной бомбейского феномена, который был найден в Индии. Он проявляется следующим образом: в одной семье у отца наблюдается первая группа крови, мать обладает третьей группой крови. Ребенок, который у них родился, (девочка) получил первую группу крови. Это прекрасно отражает типичную линию передачи группы крови в семье. Позже эта девочка выросла и стала женой мужчины, у которого была вторая группа крови. Они произвели на свет двух детей. Одна дочка получила четвертую группу крови, а другая получила первую. То, что в третьем поколении семьи появился ребенок-обладатель четвертой группы крови, хотя родители его обладали первой и второй группой крови, стало шоком для многих. 

Бомбейский феномен встречается примерно раз в тринадцать тысяч человек, при этом он проявляется у жителей Индии, которые говорят на махарати и проживают в Мумбаи. Также он встречался в изоляционных условиях на острове Reunion. Это может быть связано с тем, что в данных группах заключаются браки среди слишком близких родственников. Обычно данный признак проявляется из-за того, что нарушается фермент, который принимает участие в антигенном синтезе. В Европе данный феномен практически невозможно встретить. Его частотность здесь — один человека на 200 тысяч, что составляет меньше 1 процента. 

Количественные характеристики живого организма вроде все, плодородности, размера, производительности, цвета и иных черт могут наблюдаться у организма в различных пропорциях. Данные признаки именуются полигенными, то есть образуются под влиянием некоторого количества генов, активность которых прибавляется друг к другу. Признак выражается интенсивнее, если большое количество доминирующих пар генов занимаются контролем его развития. Данное взаимодействие генов именуется полимерией или же полимерной активностью генов. Получается, что у пшеницы красный окрас зерна формируется посредством двух доминирующих генов A1 и A2. У тех растений, у которых генотип — a1a1a2a2 нет никакого окраса зерен, тогда как A1a1a2a2 генотип формирует небольшой оттенок розового на семенах. Сильный цвет семен проявляется у тех особей, у которых генотип — A1A1A2A2. 

В человеческом организме полимерный синтез генов A1, A2, A3, A4, которые занимаются контролем соединения меланина, то есть кожного пигмента, формирует цвет кожи человека. Большое количество доминирующих генов в рамках генотипа делает кожу темной. В брачных союзах между разными расами и национальностями, дети появляются на свет с самой разной вариацией насыщенности цветов кожи. 

В человеческом организме плейотропность реализуется только тогда, когда есть какое-то заболевание в генетике. Например, в случае синдрома Марфана, который связан напрямую с мутационными изменениями в рамках одного гена, который занимается контролем становлением соединительной ткани. Белок, который кодируется данным геном, принимает участие в разных процессах, которые между собой почти не связаны. Это приводит к различным трансформациям патологического типа в организме человека. У людей, которые страдают синдромом Марфана, наблюдаются длинные и крайне тонкие пальцы, подвижность суставов невероятная, также могут наблюдаться вывихи глазных хрусталиков, нарушается сосудистая функция, часто встречаются пороки развития клапанов сердца и т.д. 

Характеристика синдрома Марфана: 

Источник: media.nenaprasno.ru

Некоторые влиятельные и известные люди страдали от данного синдрома. Так, носителями его были Никколо Паганини, известный итальянский скрипач, датский писатель Ганс Кристиан Андерсон, американский президент Авраам Линкольн. 

Так выглядел Никколо Паганини: 

Источник: ru.wikipedia.org

Выводы

Неаллельные гены способны вступать во взаимодействие друг с другом. Это процесс, при котором одна характеристика реализуется под воздействием общности некоторого количества генов. 

Бывают такие взаимные отношения неаллельных генов: 

Источник: iu.ru

Данный тип взаимного отношения двух генов обозначается в качестве такой формулы: 

Комплементарное взаимодействие двух генов можно обозначить в виде формулы: AaBb. 

Примерами характерных черт в случае комплементарного взаимовлияния генов 

• у горошка душистого появится потомство, оно получит цветки пурпурного цвета, хотя родители обладали белым окрасом; 
• у шелкопряда потомство будет иметь окрас личинок темно-коричневого цвета, при соединении родителей без окраса; 
• у мышей шерсть становится по цвету агути в результате соединения родителей с белой и черной шерсткой; 
• у льна потомство получит голубой цвет цветков в результате соединения родителей, у которых не было окраса. 

Доминирующий эпистаз наблюдается в случае, когда доминирующий супрессор проявляет себя: A > B. Фенотипное расщепление в процессе эпистаза доминирующего типа происходит в пропорции 12 к 3 к 1 или 13 к 3. 

Рецессивным эпистазом называют случай, когда проявляется рецессивный супрессор, то есть либо aa > B, либо aa > bb. Фенотипное расщепление проходит в пропорции 9 к 3 к 4 или 9 к 7. 

Приведем пример эпистаза: у большого количество куриных пород существование перьевого пигмента формируется посредством доминирующей аллели A. Ген первого типа угнетает соединение пигмента. Если происходит скрещивание двух дигетерозеготных особей с белым окрасом перьев, потомство будет иметь цветные перья. 

Доминантный эпистаз проявляется следующим образом: 

• получение от родителя цвета плодов в случае тыквы (желтый, белый и зеленый); 
• получение от родителей цвета зерна в случае овса (серый, черный, белый); 
• получение от родителя масти в случае лошади (вороные, серые, рыжие); 
• получение от родителей цвета шерсти в случае мышей. 

Плейотропией называется феномен многократного воздействия гена. Он проявляется в возможностях одного гена повлиять на некоторое количество признаков фенотипа. Ферментный белок, который формируется под надзором гена, формирует развитие и определенного признака, и влияет на дополнительные биосинтетические реакции иных признаков и характеристик, провоцируя трансформации. 

Примерами плейотропии являются: 

• у большинства растений ген, который отвечает за цвет цвета, провоцирует трансформацию цвета иных органов; 
• у человека ген, который занимается контролем развития соединительных тканей, при мутации вызывает синдром Марфана; 
• гены, которые провоцируют появление рыжих волос, отвечает также за более светлый цвет кожи и веснушки на лице. 

Полимерией называется взаимное влияние неаллельных генов, в рамках которого одна характеристика подвергается контролю со стороны некоторого количества доминирующих неаллельных генов. Они действуют на данную характеристику одинакового, увеличивая интенсивность ее проявления. Данные гены именуются полигенами или же полимерными генами. В науке их обозначают буквой латиницы и индексом-цифрой. 

Бывает два типа полимерии: 

1. Кумулятивный. Тип наследственной передачи гена, в рамках которого при росте количество доминирующих генов увеличивается уровень выражения признака (к примеру, цвета кожи). 
2. Некумулятивный. Признак выражается вне зависимости от числа доминирующих генов с конкретным проявлением фенотипа, характеристики развиваются полноценно, если есть хотя бы один ген (к примеру, форма плодов сумки пастуха). 

К примерам полимерии можно отнести: 

• то, каков цвет кожи будет у человека, формируют 4 пары неалельных генов, которые отвечают за выделение меланина — большее количество доминирующих генов ведет к тому, что кожа будет более насыщена меланином и станет темнее; 
• факт существования перьев на куриных ногах обуславливается двумя неаллельными доминирующими генами A1 и A2 — ноги без оперения будут у особей, чей генотип a1a1a2a2, а ноги с оперением будут у особей с A1a2a2 и a1a1A2. 

Задачи, в которых есть неаллельное взаимодействие генов

Решение 

Из-за того, что в первом поколении потомство однородное, можно сделать вывод, что родители — гомозиготные. Другая окраска, появившаяся во втором поколении, свидетельствует о дигибридном соединении. Получается, что в потомстве наблюдается 16 классов генотипа. Все второе поколение состоит из 207 особей. Величина класса генотипа равна 13 путем деления всех особей на количество классов. Тех, которые имеют оранжевые крылья, всего 9 классов генотипа (115 делится на 13). Тех, которые имеют красные крылья, всего 6 классов генотипа (79 делится на 13). Тех, которые имеют желтые крылья, всего один класс (13 делится на 13). Получается, что пропорция во втором поколении — 9 к 6 к 1. Это комплементарное взаимовлияние генов.