Комплементарность. Комплементарными (complementum – средство пополнения) называются взаимодополняющие гены, когда для формирования признака необходимо наличие нескольких неаллельных (обычно доминантных) генов. Этот тип наследования широко распространен в природе.
Комплементарное взаимодействие неаллельных генов характерно для человека, например процесс формирования половой принадлежности. Определение пола у человека происходит в момент оплодотворения, если яйцеклетку оплодотворяет сперматозоид с X - хромосомой - рождаются девочки, если с У - рождаются мальчики. Установлено, что У хромосома определяет дифференцировку половых желез по мужскому типу синтезирующих гормон тестостерон и не всегда способна обеспечить развитие организма мужского пола. Для этого нужен белок - рецептор, который синтезируется особым геном, имеющимся в другой хромосоме. Этот ген может мутировать, и тогда особь с кариотипом ХУ внешне похожа на женщину. Эти люди не могут иметь потомства, т.к. половые железы - семенники - недоразвиты, а формирование организма часто идет по женскому типу, но недоразвита матка и влагалище. Это синдром Морриса или тестикулярная феминизация.
Типичным примером комплементарности является развитие слуха у человека. Для нормального слуха в генотипе человека должны присутствовать доминантные гены из разных аллельных пар - D и Е, где D отвечает за нормальное развитие улитки, а ген Е - за развитие слухового нерва. У рецессивных гомозигот (dd) будет недоразвита улитка, а при генотипе ее - недоразвит слуховой нерв. Люди с генотипами ДДЕЕ, ДДЕе, ДдЕЕ, ДдЕе будут иметь нормальный слух, у людей с генотипами ДДее, Ддее, ддЕЕ, ддее слух будет отсутствовать.
Эпистаз -это взаимодействие неаллельных генов, противоположное комплементарному. Существует эпистатический ген или ген ингибитор, который подавляет действие как доминантного, так и рецессивного неаллельных генов. Различают доминантный и рецессивный эпистаз.
Доминантный эпистаз можно наблюдать при наследовании окраски оперения у кур.
С – синтез пигмента в пере.
с – отсутствие пигмента в пере.
J – эпистатический ген, подавляющий действие гена С.
j – не подавляет действие гена С.
Примером рецессивного эпистаза у человека может служить «бомбейский феномен» в наследовании групп крови. Он описан у женщины, получившей от матери аллель J В (третья группа крови), а фенотипически женщина имеет первую группу крови. Было выяснено, что деятельность аллеля J В подавлена редким рецессивным аллелем гена х, который в гомозиготном состоянии оказывает эпистатическое действие (I B I B хх).
Полимерия –это явление, при котором несколько доминантных неаллельных генов детерминируют (определяют) один признак. Степень проявления признака зависит от количества доминантных генов в генотипе. Чем их больше, тем интенсивнее выражен признак.
По типу полимерии наследуется цвет кожи у человека.
S 1 S 2 – темная кожа.
s 1 s 2 – светлая кожа.
Таким же образом, наследуются многие количественные и качественные признаки у человека и животных: рост, масса тела, величина артериального давления и др.
В значительной мере проявление полигенных признаков зависит также от условий окружающей среды. У человека может наблюдаться предрасположенность к различным заболеваниям: гипертонической болезни, ожирению, сахарному диабету, шизофрении и др. Данные признаки при благоприятных условиях среды могут и не проявиться или быть слабо выраженными. Это отличает полигенно наследуемые признаки от моногенных. Изменяя условия среды и проводя профилактические мероприятия можно значительно снизить частоту и степень выраженности некоторых мультифакториальных заболеваний.
Плейотропное действие гена - это детерминация одним геном нескольких признаков. Множественное действие гена обусловлено синтезом разных полипептидных цепей белка, которые влияют на развитие нескольких не связанных между собой признаков и свойств организма. Впервые это явление было обнаружено Менделем у растений с пурпурными цветками, у которых в основании черешка листьев всегда была красная окраска, а кожура семян была бурая. Эти три признака определяются действием одного гена.
Плейотропное действие гена можно наблюдать также у каракульских овец.
А – серая окраска.
а – черная окраска.
АА – серая окраска + аномалия в строении желудка (отсутствие рубца), то есть гомозиготные по доминантному гену особи погибают после рождения.
У человека плейотропное действие гена наблюдается при наследовании заболевания – синдрома Марфана . При этом один ген отвечает за наследование нескольких признаков: подвывих хрусталика глаза, аномалии в сердечно-сосудистой системе, «паучьи пальцы».
Самостоятельная работа
Другим типом взаимодействия неаллельных генов является комплементарность. Она заключается в том, что развитие признака требует наличия в генотипе доминантных аллелей двух определенных генов. Классическим примером комплементарного взаимодействия генов является наследование окраски лепестков венчика цветов душистого горошка. При скрещивании цветов белой окраски у потомства появляется новый признак – лепестки венчика красной окраски, а во втором поколении расщепление составляет 9 красных к 7 белых.
М – хромоген N – хромогеназа
m – отсутствие n – отсутствие
Р: ♀ ММnn ´ ♂ mmNN
белые белые
по генотипу: дигетерозиготны
по фенотипу: пурпурно – красные
P: ♀ MnNn ´ ♂ MmNn
F 2: по решётке Пеннета
| ♀ ♂ | MN | Mn | mN | mn |
| MN | MMNN | MMNn | MmNN | MmNn |
| Mn | MMNn | MMnn | MmNn | Mmnn |
| mN | MmNN | MmNn | mmNN | mmNn |
| mn | MmNn | Mmnn | mmNn | mmnn |
по генотипу: 1: 2: 2: 1: 4: 1: 2: 2: 1
по фенотипу: 9: 7
пурпурно - красные белые
Таким образом, при комплементарном взаимодействии генов также наблюдается отклонение от закона независимого наследования.
У человека комплементарным действием обладают гены пигментации волос:
m 1 – значительное количество меланина
m 2 - среднее количество меланина
m 3 – малое количество меланина
R - красный пигмент
r - отсутствие пигмента
Сочетание аллелей указанных генов дают весь спектр окрасок волос. При этом степень доминирования следующая: тm 1 >m 2 >R>m 1 >r
Генотипы: Фенотип:
m 1 m 1 RR брюнет (с глянцем)
m 1 m 1 Rr брюнет (лоснящиеся волосы)
m 1 m 1 rr брюнет
m 1 m 2 RR темный шатен
m 1 m 3 rr шатен
m 2 m 2 Rr каштановый
m 2 m 2 RR темно-рыжий
М 2 m 3 RR темно-рыжий
m 3 m 3 RR ярко-рыжий
m 3 m 3 Rr блондин с рыжеватым оттенком
m 3 m 3 rr блондин
Другим примером комплементарного взаимодействия является продукция клетками человека противовирусного вещества – интерферона. Его синтез зависит от присутствия в генотипе двух доминантных генов из разных аллельных пар:
Фенотипический радикал: Фенотип:
А-В - интерферон синтезируется
ааВ – интерферон не синтезируется
А-вв интерферон не синтезируется
аавв интерферон не синтезируется
Наследование нормального гемоглобина зависит от 4-х доминантных генов из разных аллельных пар. Только при фенотипическом радикале А-В-С-Д- гемоглобин связывается с О 2 (оксигемоглобин) и с СО 2 (карбоксигемоглобин). При всех других сочетаниях генов как-то.
Передача признаков из поколения в поколение обусловлена взаимодействием между собой различных генов. Что такое ген, и какие же есть виды взаимодействия между ними?
Что такое ген?
Под геном в настоящее время, подразумевают единицу передачи наследственной информации. Гены находятся в ДНК и образуют ее структурные участки. Каждый ген отвечает за синтез определенной белковой молекулы, которая и обуславливает проявление того или иного признака у человека.
Каждый ген имеет несколько подвидов или аллелей, которые и обуславливают разнообразие признаков (например, карий цвет глаз обусловлен доминантной аллелью гена, в то время как голубой цвет является рецессивным признаком). Аллели расположены в одинаковых участках и передача той или иной хромосомы обуславливает проявление того или иного признака.
Все гены взаимодействуют между собой. Существует несколько видов их взаимодействия - аллельное и неаллельное. Соответственно, выделяют взаимодействие аллельных и неаллельных генов. Чем же они отличаются между собой и как проявляются?
История открытия
До того как были открыты типы взаимодействия неаллельных генов, было принято считать, что возможно только (если есть доминантный ген, то признак проявится; если же его нет, то и признака не будет). Преобладало учение об аллельном взаимодействии, которое долгое время являлось основным догматом генетики. Доминирование тщательно исследовалось, и были открыты такие его типы, как полное и неполное доминирование, кодоминирование и сверхдоминирование.
Все данные принципы подчинялись первому который гласил о единообразии гибридов первого поколения.
При дальнейшем наблюдении и исследовании было замечено, что не все признаки подстраивались под теорию доминирования. При более глубоком изучении было доказано, что не только одинаковые гены влияют на проявление признака или группы свойств. Таким образом и были открыты формы взаимодействия неаллельных генов.
Реакции между генами
Как было сказано, долгое время преобладало учение о доминантном наследовании. В данном случае имело место аллельное взаимодействие, при котором признак проявлялся только в гетерозиготном состоянии. После того как были открыты различные формы взаимодействия неаллельных генов, ученые получили возможность объяснить доселе необъяснимые типы наследования и получить ответы на многие вопросы.
Было выяснено, что генное регулирование напрямую зависело от ферментов. Данные ферменты позволяли генам вступать в реакции по-разному. При этом взаимодействие аллельных и неаллельных генов протекало по одним и тем же принципам и схемам. Это позволило сделать вывод о том, что наследование не зависит от условий, в которых гены взаимодействуют, а причина атипичной передачи признаков кроется в самих генах.
Неаллельное взаимодействие является уникальным, что позволяет получать новые комбинации признаков, обуславливающие новую степень выживания и развития организмов.
Неаллельные гены
Неаллельными называют те гены, что локализуются в различных участках негомологичных хромосом. Функция синтеза у них одна, однако кодируют они образование различных белков, обуславливающих разные признаки. Такие гены, реагируя между собой, могут обуславливать развитие признаков в нескольких комбинациях:
- Один признак будет обусловлен взаимодействием нескольких, совершенно разных по строению генов.
- Несколько признаков будут зависеть от одного гена.
Реакции между данными генами протекают несколько сложнее, чем при аллельном взаимодействии. Однако каждый из данных видов реакций обладает собственными чертами и особенностями.
Какие же есть типы взаимодействия неаллельных генов?
- Эпистаз.
- Полимерия.
- Комплементарность.
- Действие модификаторных генов.
- Плейотропное взаимодействие.
Каждый из этих типов взаимодействия имеет свои уникальные свойства и проявляется по-своему.
Следует остановиться поподробнее на каждом из них.
Эпистаз
Данное взаимодействие неаллельных генов - эпистаз - наблюдается в том случае, когда один ген подавляет активность другого (подавляющий ген носит название эпистатичного, а подавляемый - гипостатичного гена).
Реакция между данными генами может быть доминантной и рецессивной. Доминантный эпистаз наблюдается в случае, когда эпистатический ген (обычно он обозначается буквой I, если не имеет внешнего, фенотипического проявления) подавляет гипостатический ген (его обычно обозначают В или b). Рецессивный эпистаз наблюдается тогда, когда рецессивная аллель эпистатического гена угнетает проявление любой из аллелей гипостатическогот гена.
Расщепление по фенотипическому признаку, при каждом из видов этих взаимодействий, также отличается. При доминантном эпистазе чаще наблюдается следующая картина: во втором поколении по фенотипам разделение будет следующим - 13:3, 7:6:3 или 12:3:1. Все зависит от того, какие гены сойдутся.
При рециссивном эпистазе разделение такое: 9:3:4, 9:7, 13:3.
Комплементарность
Взаимодействие неаллельных генов, при котором при объединении доминантных аллелей нескольких признаков образуется новый, доселе не встречавшийся фенотип, и называется комплементарностью.
Например, наиболее часто этот тип реакции между генами встречается у растений (особенно у тыкв).
Если в генотипе растения имеется доминантная аллель А или В, то овощ получает сферическую форму. Если же генотип рециссивный, то форма плода обычно удлиненная.
При наличии в генотипе одновременно двух доминантных аллелей (А и В) тыква приобретает дисковидную форму. Если же и дальше проводить скрещивание (т.е. продолжать это взаимодействие неаллельных генов с тыквами чистой линии), то во втором поколении можно получить 9 особей с дисковидной формой, 6 - со сферической и одну тыкву удлиненной формы.
Подобное скрещивание позволяет получать новые, гибридные формы растений с уникальными свойствами.
У людей данный тип взаимодействия обуславливает нормальное развитие слуха (один ген - развитие улитки, другой - слухового нерва), а при наличии только одного доминантного признака проявляется глухота.
Полимерия
Часто в основе проявления признака лежит не наличие доминантной или рецессивной аллели гена, а их количество. Взаимодействие неаллельных генов - полимерия - является примером подобного проявления.
Полимерное действие генов может протекать с накопительным либо без него. При кумуляции степень проявления признака зависит от общего генного взаимодействия (чем больше генов, тем сильнее признак выражен). Потомство при подобном эффекте разделяется следующим образом - 1:4:6:4:1 (степень выраженности признака уменьшается, т.е у одной особи признак максимально выражен, у других наблюдается его угасание вплоть до полного исчезновения).
Если кумулятивного действия не наблюдается, то проявление признака зависит от доминантных аллелей. Если есть хотя бы одна такая аллель, признак будет иметь место. При подобном эффекте расщепление в потомстве протекает в соотношении 15:1.
Действие генов-модификаторов
Взаимодействие неаллельных генов, контролируемое действием модификаторов, наблюдается сравнительно редко. Пример такого взаимодействия следующий:
Подобное взаимодействие неаллельных генов у человека проявляется довольно редко.
Плейотропия
При данном типе взаимодействия один ген регулирует проявление или влияет на степень выраженности другого гена.
У животных плейотропия проявлялась следующим образом:
- У мышей примером плейотропности является карликовость. Было замечено что при скрещивании фенотипически нормальных мышей в первом поколении все мышата оказались карликовыми. Был сделан вывод, что карликовость обуславливается рецессивным геном. Рецессивные гомозиготы переставали расти, наблюдалась недоразвитость их внутренних органов и желез. Данный ген карликовости влиял на развитие гипофиза у мышей, что и приводило к снижению синтеза гормонов и вызывало все последствия.
- Платиновая окраска у лисиц. Плейотропия в данном случае проявлялась летальным геном, который при образовании доминантной гомозиготы вызывал гибель эмбрионов.
- У людей плейотропное взаимодействие показано на примере фенилкетонурии, а также
Роль неаллельного взаимодействия
В эволюционном плане все вышеуказанные виды взаимодействия неаллельных генов играют немаловажную роль. Новые генные комбинации обуславливают появление новых признаков и свойств живых организмов. В некоторых случаях, эти признаки способствуют выживанию организма, в других - наоборот, обуславливают смерть тех особей, что будут значительно выделяться среди своего вида.
Неаллельное взаимодействие генов широко используется в селекционной генетике. Некоторые виды живых организмов сохраняются благодаря подобной генной рекомбинации. Другие виды приобретают свойства, которые высоко ценятся в современном мире (например, выведение новой породы животных, обладающих большей выносливостью и физической силой, чем ее родительские особи).
Ведутся работы по поводу использования данных типов наследования у людей с целью исключения негативных признаков из и создания нового, бездефектного генотипа.
К комплементарным , или дополнительным , генам относят такие гены, которые при совместном действии в генотипе в гомо- или гетерозиготном состояниях (А-В-) обусловливают развитие нового признака.
Действие же каждого гена в отдельности (А-bb или ааВ-) воспроизводит признак лишь одного из скрещиваемых родителей.
Впервые такого рода взаимодействие было обнаружено у душистого горошка (Lathyrus odoratus). При скрещивании двух рас этого растения с белыми цветками у гибрида F 1 цветки оказались пурпурными. При самоопылении растений F 1 в F 2 наблюдалось расщепление по окраске цветков в отношении, близком к 9:7. Один фенотипический класс (9 / 16) имел такую же окраску цветков, как и у растений первого поколения, а второй (7 / 16) - белую окраску, такую же, как у родительских растений.
Чтобы выяснить, укладывается ли это расщепление в схему дигибридного менделевского расщепления, представим себе, что у каждой исходной расы душистого горошка имеется в гомозиготном состоянии лишь по одной из доминантных аллелей (AAbb и ааВВ), которые при взаимодействии определяют развитие окраски. Поскольку у гибрида первого поколения присутствуют доминантные аллели обоих генов (АаВb), цветки гибридных растений F 1 будут окрашенными. Во втором поколении происходит расщепление в отношении 9 / 16 А-В-: 3 / 16 А-bb: 3 / 16 ааВ-: 1 / 16 aabb. Каждый из генов в отдельности не может обусловить развитие окраски, так как выработка антоциановых пигментов осуществляется лишь при наличии доминантных аллелей обоих генов. Поэтому растения с генотипами А-bb, ааВ- и aabb имеют белые цветки и во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в отношении 9: 7. Анализирующим скрещиванием и анализом в F 3 можно точно подтвердить данное выше объяснение.
Приведем еще несколько примеров, иллюстрирующих действие комплементарных генов у растений и животных.
У земляники развитие «усов», т. е. вегетативных самоукореняющихся побегов, определяется доминантной аллелью, а «безусость» - рецессивной. Но существуют такие формы безусой земляники, которые при скрещивании друг с другом дают гибрид F 1 с сильно выраженным признаком «усатости». Исследованиями Т. С. Фадеевой было показано, что в потомстве такого гибрида в F 2 получается расщепление, близкое к отношению 9: 7, а именно: из 752 растений F 2 419 оказались с усами, 333 - без усов. Это соответствует теоретически ожидаемому расщеплению: 752 X 9 / 16 = 423 и 752 X 7 / 16 = 329.
У белого клевера имеются формы с высоким и низким содержанием цианида. Цианиды, как известно, блокируют дыхательный фермент, но повышают активность папаина (растительной протеазы), катепсина и других ферментов. Высокое содержание цианида в белом клевере связано с усиленным вегетативным ростом без снижения его кормовых качеств. При скрещивании растений с высоким и низким содержанием цианида в F 1 доминирует первое свойство, а в F 2 наблюдается расщепление, близкое к отношению 3: 1.
Эти результаты указывают на то, что в данном случае альтернативные признаки определяются одной парой аллелей. Но иногда при скрещивании двух растений клевера с низким содержанием цианида гибриды F 1 характеризуются высоким его содержанием, а в F 2 расщепление оказывается близким к отношению: 9 / 16 - с высоким содержанием цианида и 7 / 16 - с низким. Так же, как у душистого горошка, в данном случае имеет место обычное дигибридное расщепление, в котором 9 / 16 потомков обладают двумя доминантными генами А-В-, а 7 / 16 относятся к трем остальным фенотипически неотличимым классам: 3 / l 6 A-bb + 3 / 16 ааВ + 1 / 16 aabb = 7 / 16 . Доминантные аллели разных генов в отдельности не увеличивают содержание цианида по сравнению с тем низким уровнем, который характерен для растения, гомозиготного по рецессивным аллелям обоих генов, но при совместном действии доминантных аллелей обоих генов содержание цианида повышается.
Подобное явление можно показать на примере кукурузы. При скрещивании некоторых форм кукурузы с белыми зернами в F 1 зерна в початках оказываются пурпурными. В F 2 происходит расщепление на 9 / 16 пурпурных (А-В-) и 7 / 16 белых (ааВ-, А-bb и aabb).
До сих пор мы рассматривали примеры комплементарного взаимодействия доминантных генов, при котором каждый из генов в отдельности не обладал способностью вызывать развитие признака. Последний развивался лишь в результате взаимодействия доминантных аллелей двух генов. В силу этого в F 2 обнаруживались только два фенотипических класса в соотношении 9:7. Известны, однако, случаи, когда один или оба комплементарных гена характеризуются самостоятельным проявлением. В соответствии с этим меняется и характер расщепления в F 2 .
Рассмотрим наследование трех типов окраски шерсти у мышей: дикой, или рыжевато-серой (агути), черной и белой. Окраска дикого типа зависит от наличия гена, определяющего развитие окраски, и от гена, обусловливающего распределение пигмента по длине волоса. Каждый волос у мышей агути имеет по длине кольцо желтого пигмента, а в основании и на конце волоска - черный пигмент. Такое зонарное распределение пигментов и создает окраску агути, свойственную диким грызунам (белка, кролик, морская свинка и др.). У черных мышей отсутствует зонарное распределение пигмента - волосы до всей длине окрашены равномерно. Белые мыши с красной радужной оболочкой глаз, так называемые альбиносы, лишены пигмента.
Надо сказать, что альбинизм встречается у животных почти всех классов - млекопитающих, птиц, амфибий и др. Встречается альбинизм и у человека. Так, например, иногда у родителей-негров рождаются дети альбиносы, т. е. с белой кожей и белыми волосами, но с чертами лица негритянского типа. Известны случаи, когда в семье негров рождаются двойни (разнояйцевые), и один из детей оказывается альбиносом. Такой ребенок имеет рецессивную аллель гена альбинизма в гомозиготном состоянии.
Окраска шерсти у мышей типа агути доминирует над черной, и над белой. При скрещивании черных мышей с белыми с белыми, все гибриды F 1 оказываются агути, а в F 2 наблюдается расщепление в отношении 9 / 16 агути: 3 / 16 черных: 4 / 16 белых.
Взятые в скрещивание мыши-альбиносы являются, очевидно, гомозиготными по рецессивной аллели гена окраски и доминантной аллели гена попарного распределения пигмента (ааВB), а черные мыши - гомозиготными по доминантной аллели гена окраски и рецессивной аллели гена распределения пигмента в волоске (AAbb). У гибридов F 1 (АаВb) вследствие взаимодействия доминантных аллелей обоих генов развивается окраска типа агути. Такая же окраска характерна и для 9 / 16 особей в F 2 с генотипом А-В-. Черными в F. оказываются мыши, имеющие генотип А-bb, а белыми - все остальные - (ааВ- и aabb) в силу отсутствия у них гена А, определяющего образование пигмента. Ген В в отсутствие гена А не имеет собственного проявления.
Подобные примеры наследования известны и у растений (лук, кукуруза и др.). У лука скрещивание формы, имеющей неокрашенную (белую) луковицу, с формой, имеющей желтую луковицу, дает в F 1 растения с красными луковицами, а в F 2 появляются растении с красными (9 / 16), желтыми (3 / 16) и белыми (4 / 16) луковицами. В этом случае опять-таки одна из доминантных аллелей двух генов способна действовать самостоятельно (определяет желтую окраску луковицы), а другой ген проявляется лишь в присутствии комплементарного гена.
Известны и такие случаи, когда каждый из двух комплементарных генов способен проявлять свое действие самостоятельно. Один таких примеров мы уже рассматривали при анализе наследования формы гребня у кур. Каждая из доминантных аллелей генов обусловливала развитие гребня определенной формы (гороховидной или розовидной), а взаимодействие этих генов определяло развитие новой формы гребня ореховидной. В данном примере каждый из комплементарных доминантных генов характеризуется собственным специфическим эффектом, а взаимодействие между ними приводит к новообразованию, к новому выражению признака.
Ряд подобных примеров наследования известен и у других животных и растений. Так, у дрозофилы рецессивная аллель гена scarlet в гомозиготном состоянии определяет ярко-красную окраску глаз, а рецессивная аллель другого гена - brown (также в гомозиготном состоянии) определяет коричневую окраску глаз. При скрещивании гибриды F 1 оказываются красноглазыми (дикого типа), рели же оба эти рецессивных гена находятся в гомозиготном состоянии, то такая особь оказывается белоглазой. Если скрестить красноглазых мух F 1 друг с другом, то во втором поколении по признаку окраски глаз будет наблюдаться расщепление на 4 фенотипических класса в отношении 9 / 16 красных: 3 / 16 ярко-красных: 3 / 16 коричневых: 1 / 16 белых. Такое поведение признаков в наследовании также говорит о расщеплении по двум комплементарным генам с самостоятельным действием.
Если генотип мух с коричневыми глазами условно обозначить ААbb, с ярко-красными - ааВВ, а генотип красноглазых гибридов F 1 - АаВb и белоглазых мух - aabb, то фенотипические радикалы полученных в F 2 классов могут быть представлены как А-В- (9 / 16), ааВ- (3 / 16), А-bb(3 / 16) и aabb(1 / 16).
Природа взаимодействия генов в этом случае более ясна, чем в случае наследования формы гребней у кур. Нормальная красная окраска глаз у мух обеспечивается в основном тремя видами пигментов красным, коричневым и желтым. В гомозиготном состоянии рецессивный ген а блокирует образование коричневого пигмента, вследствие чего развиваются ярко-красные глаза, а другой рецессивный ген b в гомозиготном состоянии блокирует одновременно образование красного и желтого пигментов, и поэтому развиваются коричневые глаза. В F 1 объединяются доминантные аллели этих генов, поэтому образуются все пигменты, дающие в совокупности красную окраску глаз. Новый класс белоглазых мух, появляющихся в F 2 , очевидно, является результатом одновременного блокирования синтеза всех трех пигментов.
Подобные примеры можно привести и на растительных объектах. Известно, что окраска плодов у томатов обусловливается каротиновыми пигментами (ликопины и бета-каротин), имеющими огромное значение в синтезе витаминов. Анализ наследования окраски плодов у томатов показывает, что красная окраска плодов определяется взаимодействием комплементарных доминантных генов R и Т, оранжевые плоды образуются на растениях с генотипом R-tt, желтые - на растениях с генотипом rrТ-, промежуточные, желтооранжевые - на растениях rrtt. Здесь также расщепление в F 2 соответствует генетической формуле дигибридного скрещивания 9:3:3: 1. При этом установлено, что красные и оранжевые плоды содержат наибольшее количество каротинов, а желтые - наименьшее. Двойной рецессив содержит промежуточное количество каротинов в плоде. Качественные различия в наборе каротинов соответствуют определенным различиям в генотипе.
Во всех разобранных примерах мы имели дело с комплементарным взаимодействием доминантных и рецессивных неаллельных генов. Взаимодействие доминантных генов обусловливало развитие ореховидного гребня у кур, красной окраски глаз у дрозофилы, красной окраски плодов у томатов. Взаимодействие рецессивных аллелей этих генов приводило к развитию пластинчатого, или ликвидного, гребня у кур, белых глаз у дрозофилы, желто-оранжевой окраски плодов у томатов.
Следует отметить, что в ряде случаев комплементарные гены, способные к самостоятельному проявлению, при отсутствии дополнительного гена могут давать каждый в отдельности сходный фенотипический эффект. Характер расщепления дигибрида в F 2 при этом также изменяется. Так, у тыквы (Cucurbita реро) имеются сорта с разной формой плода: сферической, дисковидной и удлиненной. Сферическая форма плода является рецессивной по отношению к дисковидной.
От скрещивания растений с плодами сферической формы, но имеющими разное происхождение, возникают гибридные растения, дающие плоды только дисковидной формы. В потомстве этих растений в F 2 появляются три фенотипических класса в отношении 9/16 дисковидными плодами, 6/16 - со сферическими и 1 / 16 - с удлиненными. Зная закономерности дигибридного расщепления при взаимодействии генов, нетрудно понять, что и здесь имеет место взаимодействие двух генов, влияющих на развитие формы плода, каждый из доминантных комплементарных генов обусловливает развитие плодов сферической формы, а их взаимодействие приводит к образованию дисковидных плодов. Взаимодействие рецессивных аллелей этих генов определяет развитие плодов удлиненной формы.
Рассматривая примеры комплементарного действия генов, мы убеждаемся, что такое взаимодействие генов приводит к развитию признаков, свойственных диким предкам данных видов (серая окраска грызунов, дисковидная форма у тыквы и т. д.). Некоторые авторы рассматривают это явление как пример атавизма. Эти представления основываются на предположении, что в процессе эволюции животных и растений доминантные гены, действующие комплементарным образом, изменились, мутировали в рецессивное состояние (А → а, В → b, С → с и т. д.).
У диких предков домашних животных и растений доминантные гены комплементарного действия поддерживались естественным отбором вместе в одном генотипе (например, серая окраска грызунов, дисковидная форма плода у тыквы, красная окраска глаз у дрозофилы и др.). При одомашнивании и проведении селекции с помощью скрещиваний и искусственного отбора комплементарные гены как бы разобщились. Генотип АаВb разлагался селекционерами на генотипы ААЬЬ и ааВВ. Поэтому при скрещивании таких организмов иногда наблюдается как бы возврат к признакам диких предков.
Мы остановились более подробно на комплементарном действии генов потому, что этот тип взаимодействия иллюстрирует один из путей возникновения комбинативной изменчивости и имеет отношение к широко используемому явлению гибридной мощности - гетерозису.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
В том случае, когда признак появляется только при сочетании двух доминантных аллелей разных генов (например, А и В) их взаимодействие называют комплементарностью , а сами гены комплементарными (дополняющими друг друга). При этом каждый из взаимодействующих неаллельных генов в отсутствии другого не обеспечивает формирования признака. Комплементарное взаимодействие двух генов можно обозначить в виде формулы: Аа Вв
Известным примером комплементарного взаимодействия неаллельных генов является наследование окраски цветков душистого горошка (Lathyrus odoratus) при скрещивании двух родительских форм с белыми цветками ААвв и ааВВ. В потомстве F1 (АаВв), а также в F2 (фенотипический класс А-В-) будет появляться новая окраска – пурпурная.
При этом в F2 соотношение классов с окрашенными цветками (А-В-) и классов с неокрашенными цветками (А- bb; ааВ- и ааbb) будет соответствовать формуле 9:7 . Основными пигментами, определяющими окраску цветков душистого горошка, являются антоцианы.
Аналогичным примером является образование коричневого пигмента у шелкопрядов. Известно, что синтез пигмента ксантомматина (пигмент оммохромового ряда) осуществляется из триптофана.У шелкопряда известны рецессивные мутации двух неаллельных генов, которые, будучи в гомозиготном состоянии (генотипы ааВВ или ААbb) делают насекомых неокрашенными, поскольку мутации в любом из генов А или В блокирует синтез пигмента, а промежуточные соединения L-кинуренин и 3-оксикинуренин не имеют окраски. У гибридов первого поколения (АаВb) синтез пигмента восстанавливается в результате комплементарного взаимодействия генов А и В. В F2 наблюдается расщепление 9:7. По такому же принципу наследуется содержание цианида у растений клевера. У земляники развитие «усов», т. е. вегетативных самоукореняющихся побегов, определяется доминантным аллелем, а «безусость» – рецессивным. Но существуют такие формы безусой земляники, которые при скрещивании друг с другом дают гибриды F1 с сильно выраженным признаком «усатости». Было показано, что в потомстве такого гибрида в F2 наблюдается расщепление, близкое к отношению 9:7. Это наиболее простые примеры комплементарного взаимодействия неаллельных генов, когда действие каждого из них в отдельности вообще не проявляется. Признак развивается лишь в результате взаимодействия доминантных аллелей двух неаллельных генов. В силу этого в F2 обнаруживается только два фенотипических класса в соотношении 9:7. Известны, однако, случаи, когда один или оба комплементарных гена характеризуются самостоятельным проявлением . В соответствии с этим меняется и характер расщепления в F2. Пример комплементарного действия генов при наследовании формы плода у тыквы (Cucurbita pepo). В связи с тем, что генотипы ААвв и ааВВ фенотипически не различимы, то они в сумме дают цифру 6. Дисковидная форма возникает в результате взаимодействия двух доминантных генов (А и В), а удлиненная форма плода – как следствие сочетания их рецессивных аллелей. Рис. 33. Наследование формы плода у тыквы при комплементарном взаимодействии двух генов (расщепление 9: 6: 1)
ааВВ ААвв сферической формы формы F1: АаВв дисковидной формы F2: 9 А-В- : 3 ааВ- : 3 А-вв: аавв дисковидная сферическая удлиненная. Расщепление 9: 3: 4.
В том случае, когда фенотип одного из родителей (например, имеющего генотип ааВ-) совпадает с фенотипом рецессивной гомозиготы (ааbb), расщепление в F2 будет 9: 3: 4.
Наследование формы гребня у кур. В данном примере каждый из комплементарных доминантных генов характеризуется собственным специфическим эффектом, а взаимодействие между ними приводит к новообразованию, к новому выражению признака. Расщепление в F2 по фенотипу при этом полностью соответствует менделевскому отношению 9:3:3:1, ибо каждый из четырех классов (А-В-, А-bb, ааВ-, aabb) имеет свой особый фенотип. Откуда появляется дикий тип при скрещивании мутантных форм? Значит признаки комплементируют между собой (дополняют друг друга). К комплементарным, или дополнительным генам относят такие гены, которые при совместном действии в генотипе в гомо- или гетерозиготном состояниях (А-В-) обусловливают развитие нового признака.
Действие же каждого гена в отдельности (А-bb или ааВ-) воспроизводит признак лишь одного из скрещиваемых родителей.