Пенетрантность и экспрессивность проявления доминантных мутаций. Пенетрантность, экспрессивность, норма реакции

Пенетрантность и экспрессивность. Что такое?

Пенетрантность и экспрессивность проявления доминантных мутаций. Пенетрантность, экспрессивность, норма реакции

Многие генетические заболевания четко определяются в семье; т.е. аномальный фенотип легко отличить от нормального.

Из клинического опыта, тем не менее, известно, что некоторые заболевания могут не проявляться, хотя человек имеет тот же генотип, который вызывает заболевание у других членов семьи.

В других случаях одно и то же заболевание может иметь чрезвычайно вариабельное проявление с точки зрения клинической тяжести, диапазона симптомов или возраста начала.

Фенотипическая экспрессия аномального генотипа может модифицироваться эффектами старения, других генетических локусов или факторами окружающей среды. Различия в экспрессии могут часто приводить к трудностям в интерпретации диагноза и родословной. Есть два различных механизма, которые могут объяснить различия в экспрессии: пониженная пенетрантность и вариабельная экспрессивность.

Пенетрантность — вероятность того, что ген будет иметь любые фенотипические проявления. Если частота экспрессии фенотипа менее 100%, т.е.

существуют лица, имеющие соответствующий генотип без каких-либо его проявлений, говорят, что ген имеет неполную пенетрантность. Пенетрантность — понятие типа «все или ничего».

Это процент людей с патологическим генотипом и его проявлениями, хотя бы в некоторой степени.

Экспрессивность — тяжесть экспрессии фенотипа среди индивидуумов с одним патологическим генотипом.

Когда тяжесть болезни различается у людей, имеющих тот же генотип, говорят, что фенотип имеет вариабельную экспрессивность.

Даже в одной родословной два индивидуума, несущих те же мутантные гены, могут иметь некоторые одинаковые признаки и симптомы, а другие проявления болезни могут различаться в зависимости от пораженных тканей и органов.

Некоторые трудности в понимании наследования фенотипа болезни, возникающие вследствие возраст-зависимой пенетрантности и переменной экспрессивности, можно рассмотреть на примере аутосомно-доминантного нейрофиброматоза НФ1. Нейрофиброматоз 1-го типа — частое заболевание нервной системы, глаз и кожи, встречается приблизительно 1 на 3500 родов. Значимых различий в частоте болезни среди этнических групп нет.

Пример наследования нейрофиброматоза 1 типа – НФ1

Нейрофиброматоз 1-го типа (НФ1) характеризуется ростом в коже многочисленных доброкачественных объемных опухолей, нейрофибром; присутствием многочисленных плоских нерегулярных пигментированных участков кожи, известных как «кофейные» пятна или пятна цвета «кофе с молоком»; ростом небольших доброкачественных опухолей (гамартом) в радужке глаза (узелков Лиша); иногда умственной задержкой, опухолями ЦНС, рассеянными плексиформными нейрофибромами и развитием злокачественных опухолей нервной системы или мышц. Таким образом, заболевание имеет плейотропный фенотип.

Нейрофиброматоз 1-го типа (НФ1) впервые полностью описан врачом фон Реклингаузеном в 1882 г., но, вероятно, болезнь была известна с древних времен. Хотя взрослые гетерозиготы почти всегда имеют какие-нибудь признаки болезни (т.е.

пенетрантность у взрослых 100%), некоторые могут иметь только «кофейные» пятна, веснушки в подмышечной области и узелки Лиша, тогда как другие могут иметь угрожающие жизни доброкачественные опухоли, затрагивающие спинной мозг или злокачественные саркомы конечностей.

Таким образом, существует вариабельная экспрессивность; даже в пределах одной родословной некоторые больные поражены сильно, а другие только слегка.

Постановка диагноза усложняется у детей, поскольку симптоматика развивается постепенно с возрастом.

Например, в периоде новорожденности менее чем половина всех пораженных имеет хотя бы наиболее легкий признак болезни, «кофейные» пятна. Пенетрантность, следовательно, зависит от возраста.

В гене NF1 обнаружено множество различных мутаций, вызывающих снижение функции продукта гена, нейрофибромина. Приблизительно в половине случаев НФ1 вызван новой, а не унаследованной мутацией.

генетическая проблема при консультировании семей пациентов с НФ1 — необходимость выбора между двумя равновероятными возможностями: болезнь пробанда спорадическая, т.е.

новая мутация, или пациент унаследовал клинически значимую форму заболевания от родителя, у которого ген представлен, но слабо проявляет себя.

Если пробанд унаследовал дефект, риск, что любой из его или ее сибсов также унаследуют это заболевание — 50%; но если пробанд имеет новую мутацию, риск для сибсов очень небольшой.

Важно, что и в том, и в другом случае риск того, что пациент передаст ген потомству, составляет 50%. Учитывая эту неопределенность, семьям пациентов с НФ1 нужно знать, что заболевание сможет быть обнаружено пресимптоматически и даже пренатально с помощью молекулярного генетического анализа.

К сожалению, молекулярная диагностика обычно может только ответить на вопрос, будет ли развиваться заболевание, но не может определить степень его тяжести.

За исключением ассоциации полной делеции гена с дисморфиями, умственной задержкой и большим количеством нейрофибром в раннем возрасте, корреляции между тяжестью фенотипа и конкретными мутациями в гене NF1 не выявлено.

Другой пример аутосомно-доминантного порока развития с неполной пенетрантностью — нарушение разделения кисти типа эктродактилии. Порок развития возникает на шестой или седьмой неделе развития, когда формируются кисти и стопы. Заболевание демонстрирует локусную гетерогенность.

Выявлено по крайней мере пять локусов, хотя фактически ответственный ген подтвержден только в нескольких из них.

Неполная пенетрантность в родословных с пороками развития кисти может привести к пропуску поколений, и это усложняет генетическое консультирование, поскольку человек с нормальными руками может, тем не менее, передавать ген заболевания и таким образом иметь больных детей.

Хотя в целом правила наследования моногенных заболеваний могут быть легко классифицированы на аутосомные или Х-сцепленные и доминантные или рецессивные, наследование в индивидуальной родословной может затемняться множеством других факторов, которые делают трудной интерпретацию вида наследования.

Диагностические трудности могут быть следствием неполной пенетрантности или вариабельной экспрессивности болезни; на экспрессию гена могут влиять другие гены и факторы окружающей среды; некоторые генотипы не доживают до рождения; может отсутствовать точная информация о присутствии заболевания у родственников или о семейных отношениях; доминантные и Х-сцепленные болезни могут вызывать новые мутации; и наконец, при небольшом размере семьи, типичным сегодня для большинства развитых стран, пациент может случайно оказаться единственным больным в семье, когда очень трудно принять решение о типе наследования.

Генетическое заболевание может появляться в любое время в течение всей жизни человека, начиная с раннего внутриутробного развития до старости.

Некоторые из них могут быть летальными внутриутробно, другие могут создавать помехи для нормального развития плода и выявляться пренатально (например, ультрасонографией), но совместимы с живорождением; третьи могут быть выявлены только после рождения. (Часто путают генетические и врожденные заболевания.

Генетическое заболевание определяется генами, а врожденное — просто присутствует при рождении и может не иметь генетической основы.

) Таким образом, в родословной семьи с летальным заболеванием, влияющим на зародыш в начале беременности, проявление болезни может быть скрытым, поскольку все, что наблюдается, — это многочисленные выкидыши и смерть плода или снижение фертильности, а не сама болезнь.

И наоборот, в семье с доминантным заболеванием с поздним началом больной может иметь внешне здоровых родителей и детей, поскольку родители-носители болезни умерли от других причин прежде, чем развилась болезнь, а дети не достигли возраста, в котором мутантный ген проявит себя в фенотипе.

– Также рекомендуем “Генетическая гетерогенность: аллельная и локусная”

Оглавление темы “Моногенные болезни”:

Источник: https://meduniver.com/Medical/genetika/penetrantnost_i_ekspressivnost.html

Экспрессивность и пенетрантность мутаций

Пенетрантность и экспрессивность проявления доминантных мутаций. Пенетрантность, экспрессивность, норма реакции

Оба понятия ввел в 1926 г. О. Фогт для описания варьирования мутантных фенотипов.

Экспрессивность – это степень проявления мутантного признака в фенотипе. Например, мутация eyeless у дрозофилы вызывает редукцию глаза, степень которой неодинакова у разных особей.

Пенетрантность –это частота,или вероятность проявления мутантного фенотипа среди всех особей, несущих данную мутацию.

Например, 100%-ная пенетрантность рецессивной мутации означает, что у всех гомозиготных особей она проявляется в фенотипе.

Если же фенотипически она обнаруживается только у половины особей, то пенетрантность мутации равна 50%.

Условные мутации

Эти мутации проявляются только при выполнении определенных условий.

Температуро-чувствительные мутации. Мутанты этого типа живут и развиваются нормально при одной (пермиссивной) температуре и обнаруживают отклонения при другой (рестриктивной).

Например, у дрозофилы выделяют холодочувствительные (при 18°С) ts–мутации (temperature sensitive) и теплочувствительные (при 29°С) ts–мутации. При 25°С сохраняется нормальный фенотип.

Мутации чувствительности к стрессу. В данном случае мутанты развиваются и внешне выглядят нормально, если их не подвергать каким-либо стрессирующим воздействиям. Так, мутанты sesB (stress sensitive) дрозофилы в обычных условиях не проявляют каких-либо отклонений.

Однако если резко встряхнуть пробирку, у мух начинаются судороги и они не способны двигаться.

Ауксотрофные мутации у бактерий. Они выживают только на полной среде или же на минимальной, но с добавкой того или иного вещества (аминокислоты, нуклеотида и т. д.).

Методы учета мутаций

Особенности методов учета мутаций. Методы обнаружения мутаций должны быть разными в зависимости от способа размножения организма.

Видимые морфологические изменения учитываются легко; сложнее определить физиологические и биохимические изменения у многоклеточных организмов.

Легче всего обнаруживаются видимые доминантные мутации, которые могут проявляться в гетерозиготном состоянии в первом же поколении, труднее анализировать рецессивные мутации, их необходимо переводить в гомозиготное состояние.

Для хорошо изученных в генетическом отношении объектов (дрозофила, кукуруза, ряд микроорганизмов) изучение новой мутации проводить довольно легко. Например, для дрозофилы разработаны специальные методики учета частоты мутаций.

Метод СlВ.

Мёллер создал линию дрозофил СlВ (Си Эль Би) у которой одна из Х-хромосом маркирована доминантным геном Bar (В) и инверсией, названной С. Эта инверсия препятствует кроссинговеру и обладает рецессивным летальным эффектомl. Поэтому линия и названа СlВ.

Самок этой линии-анализатора скрещивают с самцами из исследуемой выборки. Если самцы взяты из природной популяции, то можно оценить частоту леталей в ней. Или же берут самцов, обработанных мутагеном. В этом случае оценивается частота летальных мутаций, вызванных этим мутагеном.

В F1 отбирают самок СlВ/+, гетерозиготных по мутации Bar, и скрещивают индивидуально (каждую самку в отдельной пробирке с самцом дикого типа).

Если в проверяемой хромосоме нет мутации, то в потомстве будет два класса самок и один класс самцов (B+), поскольку самцы СlВ гибнут из-за наличия летали l, т.е.

общее расщепление по полу будет 2:1 (см. рисунок).

Если же в опытной хромосоме естьлетальная мутация lm, то в F2 будут только самки, так как самцы обоих классов погибнут – в одном случае из-за наличия летали в Х-хромосоме СlВ, в другом – из-за наличия летали lm в опытной Х-хромосоме (см. рисунок). Определяя отношение числа Х-хромосом (пробирок с индивидуальными скрещиваниями), в которых возникла леталь, к общему числу изученных Х-хромосом (пробирок), подсчитывают частоту летальных мутаций в определенной группе.

Мёллер неоднократно модифицировал свой метод выявления леталей в Х-хромосоме дрозофилы, в результате чего появились такие линии – анализаторы, как Mu-5, а позднее – линии – балансерыBasc, Binsn и др.

Метод Cy L/Pm. Для учета летальных мутаций в аутосомах дрозофилы используют линии сбалансированных леталей.

Для проявления рецессивной летальной мутации в аутосоме тоже необходимо, чтобы она оказалась в гомозиготном состоянии. Для этого необходимо поставить два скрещивания, а учет потомков вести в F3.

Для обнаружения леталей во второй хромосоме используют линию Cy L/Pm (Сай Эл Пи Эм) (см. рисунок).

У мух этой линии во второй хромосоме расположены две доминантные мутации Cy (Curly– загнутые крылья) и L (Lobe– маленькие дольковидные глаза), каждая из которых в гомозиготном состоянии вызывает летальный эффект.

Мутации представляют собой протяженные инверсии в разных плечах хромосомы. Обе они «запирают» кроссинговер. В гомологичной хромосоме также присутствует доминантная мутация – инверсия Pm (Plum – коричневые глаза).

Анализируемого самца скрещивают с самкой из линии CyL/Pm (на рисунке показаны не все классы потомков).

В F1 отбирают самцов Cy L/Pm+и индивидуально скрещивают их с самками исходной линии Cy L/Pm. В F2 отбирают самцов и самок Cy L, у которых гомологичная хромосома является испытуемой. В результате скрещивания их между собой получается три класса потомков.

Один из них погибает из-за гомозиготности по мутациям Cy и L, еще один класс потомков – это гетерозиготы Cy L/Pm+, а также класс гомозигот по испытуемой хромосоме. В итоге получаются мухи Cy L и Cy+ L+ в соотношении 2:1.

Если в испытуемой хромосоме произошла летальная мутация, в потомстве от последнего скрещивания будут только мухи Cy L. С помощью такого метода можно учитывать частоту рецессивных летальных мутаций во второй хромосоме дрозофилы.

Учет мутаций у других объектов. Аналогичные методы обнаружения мутаций разработаны и для других объектов. В основу их положены те же принципы:

1) обнаружить рецессивную мутацию можно, переводя ее в гомо- или гемизиготное состояние,

2) учесть точно частоту возникающих мутаций можно лишь при условии отсутствия кроссинговера у гетерозиготных особей.

Для млекопитающих (мышь, кролик, собака, свинья и др.) разработана методика учета частоты возникновения доминантных летальных мутаций. О частоте мутаций судят по разнице между числом желтых тел в яичнике и развивающихся эмбрионов у вскрытой беременной самки.

Учет частоты возникновения мутаций у человека очень затруднен, однако генеалогический анализ, т.е. анализ родословных, позволяет установить возникновение новых мутаций.

Если в родословной супругов в течение нескольких поколений не встречался какой-то признак, а у одного из детей он появился и стал передаваться следующим поколениям, значит мутация возникла в гамете одного из этих супругов.

Учет мутаций у микроорганизмов. Изучать мутации у микроорганизмов очень удобно, так как все гены у них в единственном числе и мутации проявляются уже в первом поколении.

Мутантов легко обнаружить методом отпечатков, или реплик, который предложили супруги Э. и Дж. Ледерберги.

Для выявления у Е. сoli мутаций устойчивости к бактериофагу Т1 бактерии высевают на питательный агар, чтобы образовались отдельные колонии. Затем при помощи бархатной реплики эти колонии перепечатывают на чашки с нанесенной суспензией частиц фага Т1.

Большая часть клеток исходной чувствительной (TonS) культуры не будет образовывать колоний, поскольку их лизирует бактериофаг. Вырастут лишь отдельные мутантные колонии (TonR), устойчивые к фагу.

Подсчитывая число колоний в контрольном и опытном (например, после облучения ультрафиолетовым светом) вариантах, легко определить частоту индуцированных мутаций.

Просмотров 992 Эта страница нарушает авторские права

Источник: https://allrefrs.ru/5-47556.html

Пенетрантность, экспрессивность, норма реакции

Пенетрантность и экспрессивность проявления доминантных мутаций. Пенетрантность, экспрессивность, норма реакции

Рассматривая действие гена, его аллелей, учитывают не только генные взаимодействия, но и действие генов-модификаторов и модифицирующее действие среды, в которой развивается организм.

У примулы окраска цветков розовая (Р_) и белая (рр) наследуется по моногибридной схеме, если растение развивается в интервале t – 15-25 °С. Если растение F2 вырастить при / = 30-35 °С, то все цветки у него окажутся белыми.

При выращивании растений F2 в условиях температуры, колеблющейся около 30 °С, можно получить разнообразные соотношения от 3 Р_ : 1 рр до 100 % растений с белыми цветками. Такое взаимоотношение генов зависит от условий внешней среды и условий генотипической среды. С.С.

Четвериковым оно названо варьирующей пенетрантностью. Это понятие подразумевает возможность проявления или непроявления признаков у организмов, одинаковых по исследуемым генотипическим факторам. Беляев добился рождения живых щенков лис (см. рис. 2.

5), гомозиготных по доминантному аллелю, платиновой окраски, варьируя длину дня для беременных самок. В связи с этим может быть ликвидирована пенетрантность проявления летального эффекта.

Пенетрантность выражается долей особей, проявляющих исследуемый признак, среди всех особей одинакового генотипа по изучаемому гену.

От внешней среды и генов-модификаторов может зависеть степень выраженности признака. Дрозофила гомозиготная по аллелю зачаточности крыльев более контрастно проявляет этот признак при понижении температуры окружающей среды. Другой признак дрозофилы – отсутствие глаз – варьирует от 0 до 50 % в зависимости от числа фасеток, характерного для данного типа мух.

Степень проявления варьирующего признака называется экспрессивностью. Экспрессивность выражают количественно, в зависимости от уклонения признака от дикого типа.

Понятия пенетрантность и экспрессивность введены в генетику в 1925 г. Тимофеевым-Ресовским для описания варьирующего проявления генов. Факт проявления или непроявления признака особей данного генотипа в зависимости от условий говорит о том, что это результат взаимодействия генов в конкретных условиях существования организма.

Способность генотипа так или иначе проявляться в различных условиях среды отражает норму его реакции – способность реагировать на варьирующие условия развития. Этот факт учитывают при экспериментах и при введении новых форм хозяйственно ценных организмов.

Отсутствие изменений говорит о том, что используемое воздействие не влияет на данную норму реакции, а гибель организма – на то, что оно за пределами нормы реакции.

Селекция растений, животных, микроорганизмов представляет собой отбор организмов с узкой и специализированной нормой реакции на внешние воздействия: удобрение, обильное кормление, характер (и технологию) выращивания.

Искусственное сужение или сдвиг нормы реакции используют для маркирования жизненно важных генов. Этим методом были исследованы гены, контролирующие воспроизведение ДНК, синтез белка у бактерий и дрожжей, гены, контролирующие развитие дрозофилы. Во всех случаях получали мутантов, нежизнеспособных при повышенной температуре культивирования, т. е. условно летальных.

Генотип представляет собой систему взаимодействующих генов, которые проявляются фенотипически в зависимости от условий генотипической среды и условий существования. Благодаря принципам менделев- ского анализа можно любую сложную систему условно разложить на элементарные признаки-фены и тем самым идентифицировать отдельные дискретные единицы генотипа – гены.

Контрольные вопросы и задания:

  • 1. Дайте понятие терминов доминантность и рецессивность.
  • 2. Что такое моногибридное скрещивание?
  • 3. Как происходит расщепление по признакам? Назовите гены – носители наследственности.
  • 4. Объясните, как происходит независимое комбинирование (дигибрид- ное скрещивание).
  • 5. Объясните расщепление признаков при тригибридном скрещивании. Расскажите о множественных аллелях.
  • 6. Назовите виды взаимодействия генов.
  • 7. Объясните явления пенетрантности и экспрессивности.
  • 8. Что такое комплементарное взаимодействие генов?
  • 9. Какие типы взаимодействия генов, приводящие к отклонению от мен- делевских закономерностей, вы знаете?
  • 10. В чем отличие доминирования от эпистаза?
  • 11. Влияют ли внешние условия на проявление действия гена?
  • 12. Приведите примеры полимерного и плейотропного действия гена.

Источник: https://studme.org/191395/geografiya/penetrantnost_ekspressivnost_norma_reaktsii

Пенетрантность и экспрессивность генов

Пенетрантность и экспрессивность проявления доминантных мутаций. Пенетрантность, экспрессивность, норма реакции

Ген, имеющийся в генотипе в необходимом для проявления количестве (1 аллель для доминантных признаков и 2 аллеля для рецессивных) может проявляться в виде признака в разной степени у разных организмов (экспрессивность) или вообще не проявляться (пенетрантность).

Причины:

– модификационная изменчивость (воздействие условий окружающей среды)

– комбинативная изменчивость (воздействие других генов генотипа).

Экспрессивность – степень фенотипического проявления аллеля.

Например, аллели групп крови АВ0 у человека имеют постоянную экспрессивность (всегда проявляются на 100%), а аллели, определяющие окраску глаз, – изменчивую экспрессивность.

Рецессивная мутация, уменьшающая число фасеток глаза у дрозофилы, у разных особей по разному уменьшает число фасеток вплоть до полного их отсутствия.

Экспрессивность отражает характер и тяжесть симптомов, а также возраст начала заболевания.

Если человек, страдающий доминантной болезнью, хочет знать, насколько тяжело будет протекать болезнь у его ребенка, унаследовавшего мутацию, то он ставит вопрос об экспрессивности. С помощью генодиагностики можно выявить мутацию, даже не проявляющуюся, но нельзя предсказать диапазон экспрессивности мутации в данной семье.

Изменчивая экспрессивность, вплоть до полного отсутствия проявления гена, может быть обусловлена:

– влиянием генов, расположенных в том же или в других локусах;

– воздействием внешних и случайных факторов.

Пенетрантность – вероятность фенотипического проявления признака при наличии соответствующего гена. Например, пенетрантность врожденного вывиха бедра у человека составляет 25%, т.е.

болезнью страдает только 1/4 рецессивных гомозигот.

Медико-генетическое значение пенетрантности: здоровый человек, у которого один из родителей страдает заболеванием с неполной пенетрантностью, может иметь непроявляющийся мутантный ген и передать его детям.

Определяется по проценту особей в популяции из числа несущих ген, у которых он проявился. При полной пенетрантности доминантный или гомозиготно-рецессивный аллель проявляется у каждой особи, а при неполной пенетрантности – у части особей.

Пенетрантность может иметь важное значение при медико-генетическом консультировании в случае аутосомно-доминантных заболеваний .

Здоровый человек, у которого один из родителей страдает подобным заболеванием, с точки зрения классического наследования не может быть носителем мутантного гена.

Однако если учитывать возможность неполной пенетрантности, то картина совсем иная: внешне здоровый человек может иметь непроявляющийся мутантный ген, передать его детям.

Методы генодиагностики позволяют определить, есть ли у человека мутантный ген, и отличить нормальный ген от непроявляющегося мутантного гена.

На практике определение пенетрантности часто зависит от качества методов исследования, например, с помощью МРТ можно обнаружить симптомы болезни, которые раньше не выявляли.

С точки зрения медицины ген считают проявившимся даже при бессимптомном заболевании, если выявлены функциональные отклонения от нормы. С точки зрения биологии ген считают проявившимся, если он нарушает функции организма.

Полигенное наследование

Полигенное наследование – наследование, при котором несколько генов определяют проявление одного признака.

Комплементарность— такое взаимодействие генов, при котором 2 или более генов вызывают развитие признака. Например, у человека гены, ответственные за синтез интерферона, располагаются на 2 и 5 хромосомах.

Для того чтобы организм человека мог продуцировать интерферон, необходимо, чтобы хотя бы по одному доминантному аллелю присутствовало одновременно и на 2, и на 5 хромосоме. Обозначим гены, связанные с синтезом интерферона и располагающиеся на 2 хромосоме — А (а), а на 5 хромосоме — В (в).

Варианты ААВВ, АаВВ, ААВв, АаВв будут соответствовать возможности выработки организмом интерферона, а варианты аавв, ААвв, ааВВ, Аавв, ааВв — неспособностью.

Тип наследования признаков, обусловленных действием многих генов, каждый из которых оказывает лишь слабое действие. Фенотипически проявление полигенно обусловленного признака зависит от условий внешней среды.

У потомков наблюдается непрерывный ряд вариаций количественного проявления подобного признака, а не появление четко различающихся по фенотипу классов.

В ряде случаев при блокировании отдельного гена признак не проявляется вообще, несмотря на его полигенную обусловленность. Это свидетельствует о пороговом проявлении признака.

Тип наследования признаков, обусловленных действием многих генов, каждый из которых оказывает лишь слабое действие. Фенотипически проявление полигенно обусловленного признака зависит от условий внешней среды.

У потомков наблюдается непрерывный ряд вариаций количественного проявления подобного признака, а не появление четко различающихся по фенотипу классов.

В ряде случаев при блокировании отдельного гена признак не проявляется вообще, несмотря на его полигенную обусловленность. Это свидетельствует о пороговом проявлении признака.

Так как на развитие полигенных признаков большое влияние оказывают факторы внешней среда, выявление роли генов в этих случаях затруднительно.

Полимерия— несколько генов действуют на один признак одинаково. При этом при формировании признака не важно, какой паре принадлежат доминантные аллели, важно их количество.

Например, на цвет кожи у человека влияет особое вещество — меланин, содержание которого обеспечивает палитру цвета от белого до чёрного (кроме рыжего). Наличие меланина зависит от 4-5 пар генов.

Для упрощения задачи будем условно считать, что таких генов два. Тогда генотип негра можно записать — АААА, генотип белого — аааа.

Светлокожие негры будут иметь генотип АААа, мулаты — ААаа, светлые мулаты — Аааа.

Плейотропия — влияние одного гена на появление нескольких признаков. Примером может служить аутосомно-доминантное заболевание из группы наследственных патологий соединительной ткани.

В классических случаях лица с синдромом Марфана высоки (долихостеномелия), имеют удлинённые конечности, вытянутые пальцы (арахнодактилия) и недоразвитие жировой клетчатки.

Помимо характерных изменений в органах опорно-двигательного аппарата (удлинённые трубчатые кости скелета, гипермобильность суставов), наблюдается патология в органах зрения и сердечнососудистой системы, что в классических вариантах составляет триаду Марфана.

Без лечения продолжительность жизни лиц с синдромом Марфана часто ограничивается 30-40 годами и смерть наступает вследствие расслаивающейся аневризмы аорты или застойной сердечной недостаточности.

В странах с развитым здравоохранением больные успешно лечатся и доживают до преклонного возраста. Среди известных исторических личностей данный синдром проявлялся у А. Линкольна, Н. Паганини, К.И. Чуковского (рис.

3.4, 3.5).

Эпистаз — подавление одним геном другого, неаллельного. Примером эпистаза может служить “бомбейский феномен”. В Индии описаны семьи, в которой родители имели вторую (АО) и первую (00) группу крови, а их дети — четвёртую (АВ) и первую (00).

Чтобы ребёнок в такой семье имел группу крови АВ, мать должна иметь группу крови В, но никак не О.

Было выяснено, что в системе групп крови ABO имеются рецессивные гены-модификаторы, которые подавляют экспрессию антигенов на поверхность эритроцитов, и фенотипически у человека проявляется группа крови О.

Ещё одним примером эпистаза может служить появление белых альбиносов в семье темнокожих. В данном случае рецессивный ген подавляет выработку меланина, и если человек гомозиготен по этому гену, то независимо от того, какое количество доминантных генов, ответственных за синтез меланина, он имеет, окрас кожи у него будет альбиотический (рис. 3.6).

Синдром Морриса— синдром нечувствительности к андрогенам (синдром тестикулярной феминизации) проявляется нарушениями полового развития, которые развиваются в результате слабого реагирования на мужские половые гормоны у лиц с мужским набором хромосом (ХУ). Первым ввёл термин “синдром тестикулярной феминизации” американский гинеколог Джон Моррис в 1953 году.

Данный синдром является наиболее известной причиной развития мужчины как девушки или наличия проявлений феминизации у мальчиков, которые родились с мужским набором хромосом и нормальным уровнем половых гормонов. Имеются две формы андрогенной нечувствительности: полная или частичная нечувствительность.

Дети с полной формой нечувствительности имеют однозначно женский внешний вид и развитие, в то время как люди с частичной формой могут иметь сочетание женских и мужских внешних половых признаков, в зависимости от степени нечувствительности андрогенов. Частота заболеваемости — примерно 1-5 на 100000 новорождённых. Чаще встречается синдром частичной нечувствительности к андрогенам.

Полная нечувствительность к мужским половым гормонам является очень редким заболеванием.

Заболевание обусловлено мутацией в гене ЛЯ на Х-хромосоме. Этот ген определяет функцию андрогенных рецепторов — белка, который реагирует на сигналы от мужских половых гормонов и запускает клеточный ответ. При отсутствии активности андрогенных рецепторов не будет происходить развития мужских половых органов.

Андрогенные рецепторы необходимы для развития лобковых и подмышечных волос, регулируют рост бороды и деятельность потовых желез. При полной андрогенной нечувствительности нет андрогенной активности рецепторов.

Если некоторые клетки имеют нормальное количество активных рецепторов, то это синдром частичной нечувствительности к андрогенам.

Синдром наследуется с Х-хромосомой как рецессивный признак. Это означает, что мутация, вызывающая синдром, расположена на X-хромосоме. Согласно некоторым сведениям, в частности исследованию причин гениальности В.П. Эфроимсоном, синдром Морриса был у Жанны д'Арк.

Плейотропное действие генов

Плейотропное действие генов– это зависимость нескольких признаков от одного гена, то есть множественное действие одного гена.

У дрозофилы ген белого цвета глаз одновременно влияет на цвет тела, длины, крыльев, строение полового аппарата, снижает плодовитость, уменьшает продолжительность жизни.

У человека известна наследственная болезнь – арахнодактилия (“паучьи пальцы”-очень тонкие и длинные пальцы), или болезнь Марфана.

Ген, отвечающий за эту болезнь, вызывает нарушение развития соединительной ткани и одновременно влияет на развитие нескольких признаков: нарушение строения хрусталика глаза, аномалии в сердечно-сосудистой системе.

Источник: https://cyberpedia.su/11x262a.html

Экспрессивность и пенетрантность

Пенетрантность и экспрессивность проявления доминантных мутаций. Пенетрантность, экспрессивность, норма реакции

Проявление действия гена имеет определенные характеристики.

Один и тот же мутантный ген у разных организмов может проявить свой эффект различным образом. Это обусловлено генотипом данного организма и условиями внешней среды, при которых протекает его онтогенез. Фенотипическое проявление гена может варьировать по степени выраженности признака. Это явление Н. В.

Тимофеев-Ресовский еще в 1927 г. предложил называть экспрессивностью гена. Действие гена может быть более или менее константным, стойким в своем проявлении или нестойким, вариабильным. С изменчивостью проявления мутантного гена у разных организмов мы действительно встречаемся довольно часто.

У дрозофилы имеется «безглазая» мутантная форма (eyeless) с сильно редуцированным числом фасеток. Просматривая потомство одной родительской пары, можно видеть, что у одних мух глаза почти полностью лишены фасеток, тогда как у других число фасеток в глазах достигает половины нормального числа.

Такое же явление наблюдается в реализации многих признаков и у других животных и растений.

Один и тот же мутантный признак может проявляться у одних и не проявляться у других особей родственной группы. Это явление Н. В. Тимофеев-Ресовский назвал пенетрантностью проявления гена.

Пенетрантность измеряется по проценту особей в популяции, имеющих мутантный фенотип.

При полной пенетрантности (100%) мутантный ген проявляет свое действие у каждой особи, обладающей им; при неполной пенетрантности (меньше 100%) ген проявляет свой фенотипический эффект не у всех особей.

Экспрессивность, как и пенетрантность, обусловлена взаимодействием генов в генотипе и различной реакцией последнего на факторы внешней среды. Экспрессивность и пенетрантность характеризуют фенотипическое проявление гена.

Пенетрантность отражает гетерогенность линий, популяций не по основному гену, определяющему конкретный признак, а по генам — модификаторам, создающим генотипическую среду для проявления гена. Экспрессивность есть реакция сходных генотипов на среду.

Оба указанных явления могут иметь приспособительное значение для жизни организма и популяции, и поэтому экспрессивность и пенетрантность проявления гена поддерживаются естественным отбором. Эти два явления очень важно учитывать и при искусственном отборе.

Экспрессивность гена в развитии зависит от действия факторов внешней среды. Легче всего пока удается проследить влияние различных внешних агентов на мутантные гены. Так, у кукурузы известны мутантные гены, определяющие карликовость растений, положительный геотропизм (наклоняющиеся растения) и др.

В основе действия этих генов лежат соответствующие биохимические изменения. Известно, например, что для нормального роста растения необходимы ростовые вещества типа ауксинов.

У мутантной карликовой формы кукурузы ауксин вырабатывается нормально, но ген карликовости тормозит образование фермента, который окисляет ауксин, вследствие чего понижена активность ауксина, что и приводит к торможению роста растений.

Если на такое растение воздействовать во время роста гиббереллиновой кислотой, то растение ускоряет рост и становится по фенотипу неотличимым от нормального. Добавка гиббереллиновой кислоты как бы восполняет то, что должна была бы произвести нормальная аллель гена карликовости.

Влияние гиббереллиновой кислоты на рост кукурузы

Из этого примера видно, что ген контролирует образование определенного фермента, который изменяет характер роста растения. Таким образом, зная механизм действия мутантного гена, можно исправлять и нормализовывать вызываемые им дефекты.

Вспомним, что гималайская окраска кролика определяется одним членом серии множественных аллелей — с11. Обычное фенотипическое проявление этого гена при нормальной температуре (около 20°) характеризуется тем, что при общей белой окраске шерсти кончики лап, уши, нос и хвост кролика оказываются черными.

Фенотипическое изменение окраски шерсти гималайского кролика под влиянием различных температур

Такая окраска зависит как от определенных биохимических реакций, протекающих в коже, связанных с выработкой меланистических пигментов, так и от температуры окружающей среды.

На том же рисунке показано, что кролик, выращенный при температуре выше 30°, оказывается сплошь белым. Если же выщипать небольшой участок белой шерсти и потом систематически его охлаждать, то на нем вырастает черная шерсть.

В данном случае действие температуры сказывается на проявлении гена, влияя на выработку определенных ферментов.

У растения примулы известен ген окраски цветка, который также проявляет свое действие в зависимости от температуры. Если растения выращиваются при температуре 30—35° и высокой влажности, то цветки будут белыми, а при более низкой температуре — красными.

Еще в 1935 г. Ф. А. Смирнов провел работу по изучению числа индуцированных мутаций у дрозофилы: летальных, семилетальных и мутаций с повышенной и нормальной жизнеспособностью, и обнаружил разное соотношение перечисленных классов в разных температурных условиях.

Позднее это же подтвердилось и на популяциях Drosophila pseudoobscura. Из дикой популяции этого вида были выделены мутанты, которые нормально развивались при температуре 16,5°, при 21° они были полулегальными, а при 25° оказывались полностью летальными.

Такого рода исследования теперь ведутся на мутациях микроорганизмов. Эти мутации называются amber-мутациями.

У наездника Habrobracon hebitor известен ген kidney (k). Он имеет почти 100%-ную пенетрантность как леталь при 30°, а при низкой температуре развития почти не проявляется. Такого типа зависимость пенетрантности от условий среды известна для большинства мутаций у всех животных, растений и микроорганизмов.

Действие одного и того же фактора внешней среды сказывается различным образом на разных генах, и разные факторы различным образом влияют на проявление одного и того же гена. Изучение влияния факторов внешней среды показало, что некоторые рецессивные гены, которые в обычных условиях в гетерозиготном состоянии фенотипически не проявляются, могут проявиться при измененных условиях.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://www.activestudy.info/ekspressivnost-i-penetrantnost/

Пенетрантность и экспрессивность

Пенетрантность и экспрессивность проявления доминантных мутаций. Пенетрантность, экспрессивность, норма реакции

Признаки, для которых характерна дискретная изменчивость, обычно контролируются одним или двумя главными генами, у которых может быть два или несколько аллелей, и внешние условия на них мало влияют. Дискретную изменчивость, ограниченную некоторыми четко выраженными признаками, называют качественной изменчивостью, в отличие от количественной или непрерывной.

Фенотипическое проявление гена зависит не только от его доминантности или рецессивности, но и от влияния других генов из генотипа конкретного организма, а также факторов внешней среды.

Все это может значительно изменить признак. Для оценки степени фенотипического проявления гена используют показатели пснетрантности и экспрессивности, предложенные в 1926 г. О. Фогтом и Н.В.

Тимофеевым- Ресовским.

Пенетрантность — процентная доля особей, у которых рассматриваемый признак проявился хотя бы в незначительной степени, среди особей данного генотипа. Относится к заболеванию в целом и определяет частоту соответствия фенотипа определенному генотипу. Пенетрантность — частота проявления или количественный показатель гена у заведомых носителей данного гена. Она выражается в процентах.

Некоторые заболевания характеризуются 100%-ной пснстрантнос- тью. Это означает, что наличие гена в генотипе человека обязательно приведет к появлению патологического признака. Большинство патологических состояний имеет более низкую пенетрантность: 60-80%. Чаше всего пенетрантность определяется для аутосомно-доминантных признаков.

Если она ниже 100%, то здоровый потомок больного родителя может иметь ребенка с таким же заболеванием. Если действие гена проявляется нс у всех носителей, говорят о неполной пснстрантно- сти. При неполной пснетрантности в родословной с аутосом- но-доминантным типом наследования патологии отмечается пропуск поколения, индивиды, имеющие пораженного предка, имеют и пораженных потомков.

Во многих случаях трудно выявить взаимосвязь между геном и конкретным признаком.

Экспрессивность — это понятие относится к симптомам заболевания и отражает степень выраженности признака. Она является качественной характеристикой проявления гена в фенотипе. В зависимости от фенотипических особенностей признака выделяют низкую и высокую экспрессивность.

При описании патологических состояний человека этот термин равнозначен степени тяжести заболевания. Экспрессивность заболевания может рахчичаться даже у представителей одной семьи.

Например, варьирующаяся экспрессивность выражена в различных проявлениях тяжести течения наследственного аутосомно-доминантного заболевания — нейрофибромато- за.

Часто в одной семье имеются больные с легким течением, таким как наличие пигментных пятен, небольшого количества нейрофибром, и тяжелым течением заболевания — перерождение нейрофибром в злокачественные образования, опухоли цнс.

Степень тяжести экспрессивности зависит от влияния факторов внешней среды и других генов организма, а также иногда связана с патологическими изменениями структуры самого аномального гена в процессе его наследования от родителя к ребенку.

В 1902 г. У. Сэттон и биолог Т. Бовсри высказали мнение, что хромосомы являются носителями мснделевских факторов, и сформулировали теорию наследственности.

В 1906 г. У. Бэтсон и Р. Псннет открыли явление сцепления генов, но не смогли правильно оценить полученные результаты. Правильное объяснение этому явлению дал американский исследователь Т.

Морган, подтвердивший открытия Менделя и блестяще дополнивший их, создав хромосомную теорию.

Было установлено, что гены не всегда наследуются независимо друг от друга, иногда они передаются целыми группами.

Эксперименты группы Т. Моргана стали основными доказательствами хромосомной теории наследственности, сформулированной в 1911 — 1926 гг. В создании этой теории принимали участие знаменитые отечественные ученые Н.К. Кольцов и А.С. Серебровский.

Основные положения теории Т. Моргана:

  • 1) Гены располагаются в хромосомах, разные хромосомы содержат неодинаковое количество генов, но набор генов является строго специфичным для каждой хромосомы.
  • 2) Гены расположены вдоль хромосомы линейно, один за другим, но каждый ген находится в своем, четко определенном месте (локусе).
  • 3) Гены, расположенные на одной хромосоме, могут передаваться потомкам сцепленно и образуют группу сцепления.
  • 4) Во время мейоза между гомологичными хромосомами происходит обмен генами.

У человека 24 группы сцеплений: 22 пары аутосом, X- и У-хромосомы.

Сцепленные гены

Знаменитый ученик Т. Моргана — Альфред Стертевант впервые обнаружил, что чем ближе друг к другу расположены гены на хромосоме, тем с большей вероятностью они будут передаваться потомкам совместно, т. е. сцепленно.

Сцепление генов наблюдается в тех случаях, когда два разных гена находятся в одной и той же хромосоме и совместно передаются по наследству. Сцепление генов является следствием физической целостности в структуре хромосомы, несущей гены.

Такой структурой и являются хромосомы.

Если гены одной группы сцепления находятся друг от друга далеко, то они наследуются независимо — 3-й закон Менделя.

Морган высказал мнение, что кроесинговер, т. е. обмен аллелями хроматид между гомологичными хромосомами в профазе первого деления мейоза, является причиной такого независимого распределения в потомстве генов, расположенных на одной хромосоме.

Кроесинговер вероятен между генами, расположенными на хромосоме далеко друг от друга. Обмен генетическим материалом в мейозе происходит почти между всеми гомологичными структурами. Аллели, входящие в группу сцепления у родителей, разделяются и образуют новые сочетания, которые попадают в гаметы.

Этот процесс называется генетической рекомбинацией.

Кроссинговср представляет собой важный источник генетической изменчивости, обеспечивает независимое распределение в потомстве генов, расположенных далеко друг от друга, не нарушая порядка генов на хромосомах.

Таким образом, каждый потомок получает совершенно новую комбинацию наследственных признаков (рис. 4.3).

В генотипе любого живого существа, имеющего половое размножение, присутствуют гены всех четырех прародителей (у человека — дедушки и бабушки как по отцу, так и по матери).

Рис. 4.3.Схема распределения генов при кроссинговере

Источник: https://ozlib.com/832597/meditsina/penetrantnost_ekspressivnost

МедНаука
Добавить комментарий