Х-сцепленный доминантный тип наследования

Генетика пола и сцепленных с
полом признаков
Хромосомная гипотеза наследственности
 Сразу же после переоткрытия законов
Менделя ученые обратили внимание на
факт удивительного сходства в поведении
менделеевских наследственных факторов
с закономерностями распределения
хромосом в процессе деления клетки. Уже
в 1902 году Уильям Сеттон и Теодор
Бовери, опираясь на этот факт,
обосновали хромосомную гипотезу
наследственности
Хромосомная теория наследственности
 Основные экспериментальные доказательства того, что гены
находятся в хромосомах, были получены в исследованиях Т.Г.
Моргана и его учеников, выполненных на плодовой мушке
дрозофиле. Таким образом хромосомная гипотеза была
трансформирована в хромосомную теорию наследственности.
 Т.Морган смог впервые объяснить результаты некоторых
несоответствий в расщеплении признаков в отдельных
вариантах скрещиваний дрозофил. Эти несоответствия
стандартному менделеевскому расщеплению оказались
характерны для т.н. признаков сцепленных с полом, т.е. для
признаков, определяемых генами, локализованными в
половых хромосомах.
 В биологии понятие «Пол» принято
определять как
совокупность признаков и свойств
организма, обеспечивающих функцию
воспроизводства потомства и передачу
наследственной информации за счет
образования гамет
В онтогенезе пол особи может
определяться:
а) до оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом
(прогамное) определение пола;
б) в момент оплодотворения (сингамное)
определение пола;
в) после оплодотворения (эпигамное) определение
пола.
примеры
 До оплодотворения (прогамно) пол определяется у некоторых
организмов в результате разделения яйцеклеток на быстро и
медленно растущие. Первые (более крупные) после слияния с
мужской гаметой дают самок, а вторые (мелкие) — самцов. У
коловраток, способных размножаться помимо обычного
полового размножения с оплодотворением,
партеногенетически, часть партеногенетических яйцеклеток
во время развития лишается половины хромосом. Из таких
яиц развиваются самцы, а остальная часть дает начало
самкам.
 (эпигамно) У морского кольчатого червя бонеллия
определение пола происходит в процессе онтогенеза: если
личинка садится на дно, из нее развивается самка, а если
прикрепляется к хоботку взрослой самки, то самец.
 Известно, что диплоидный набор хромосом
возникает в зиготе в результате слияния двух
гаплоидных гамет в процессе оплодотворения.
Гаплоидные наборы хромосом гамет оказываются
настолько соответствующими друг другу, что
каждая из хромосом зиготы оказывается в составе
пары (гомологичные хромосомы).
 Из этого следует принцип аллельного
(парного) состояния гена у диплоидных
организмов, который не соблюдается
лишь для некоторых генов,
локализованных в половых хромосомах
при наличии т.н. гетерогаметного пола.
Гетерогаметность пола достигается цитологической и
генетической неравноценностью пары половых хромосом
Половая дискриминация? Нет –
компенсация дозы активных генов!
 Чтобы сбалансировать
действие генов Х хромосомы у
мужчин (где Х-хромосома одна)
и у женщин (где Х-хромосомы
две) природа предусмотрела
инактивацию одной из Ххромосом в каждой клетке
женского организма. У женщин
одна Х-хромосома
инактивирована, то есть гены
в ней не работают, а работают
только в другой хромосоме – не
инактивированной.
Инактивиация вызвана
компактизацией хромосомы
даже в интерфазе. Поэтому
компактизированная
хромосома видна при
окрашивании – в виде так
называемого тельца Барра
Типы хромосомного определения пола
Набор половых
хромосом
Самцы
Самки
ХY
ХХ
ZZ
ZW
Х0
ХХ
ZZ
Z0
Типичные представители
Млекопитающие,
многие
насекомые
(Ligaeus, drosophila) и часть растений.
Птицы, бабочки, некоторые виды рыб,
земноводных, покрытосемянные растения.
Некоторые насекомые: водяной клоп
(Protenor), кузнечики, наездники.
Отдельные
виды
пресмыкающихся,
насекомых (Fumea)
Гапло-диплоидия
 Помимо этого у
некоторых видов
насекомых (пчелы, осы,
муравьи) существует
особый т.н. гаплодиплоидный тип
определения пола, при
котором половые
хромосомы отсутствуют
вообще. У этих видов
при сперматогенезе
число хромосом не
редуцируется, т.о.
самки оказываются
диплоидны, а самцы –
гаплоидны.
Матка, рабочая пчела и
трутень
Функции половых хромосом
 Помимо основной своей задачи определения
пола Х и У хромосомы выполняют и другие
функции. Природа экономна: кроме генов
влияющих на пол, в них расположены и
обычные гены. Признаки, развитие
которых определяют эти гены называются
сцепленными с полом.
«Гены находятся в хромосомах»
 Изучение механизма наследования
признаков сцепленных с полом явилось
экспериментальным доказательством
хромосомной теории наследственности
Вернемся к опытам Т.Моргана,
выполненным на дрозофиле
В Х-хромосоме этого вида известно
более 500 структурных генов. Для
самцов дрозофилы, имеющих в
норме половые хромосомы Х и У,
состояние большинства генов,
локализованных в Х-хромосоме
нельзя отнести ни к гомозиготному,
ни к гетерозиготному. Такое
состояние гена в Х-хромосоме у
организма с гетерогаметным полом,
при котором гены не имеют
аллельных гомологов, называется
гемизиготным. Наследование
гемизиготных генов происходит
своеобразно, в чем и убедился в свое
время Т.Морган (1909г.)
 В частности, Морган заметил, что наследование
окраски глаз у дрозофилы зависит от пола
родительских особей, несущих альтернативные
аллели. Красная окраска глаз (доминантный ген
w+) доминирует над белой (рецессивный ген w).
При скрещивании белоглазых мух с мухами,
имеющими дикий тип по окраске глаз, были
получены различия в результатах реципрокных по
полу скрещиваний.
 (Два скрещивания, различающиеся по тому, кто из родителей
вносит в зиготу доминантную или рецессивную аллель,
называются реципрокными).
Мутации глаз у Drozophila
melanogaster
 Мутации окраски и
формы глаз у плодовой
мушки дрозофилы 1 дикий тип тускло
красные глаза (w+);
мутантные формы: 2 розовые глаза; 3 белые глаза (w);4 уменьшенные
«плосковидные» (Вar).
Так, при скрещивании белоглазого самца с красноглазой самкой в F1 были
получены в равном числе красноглазые самцы и самки. Во втором поколении
наблюдалось расщепление по фенотипу 3/1 (3 части красноглазых особей и 1
часть – белоглазых).
Р
Хw+ Хw+ x
гаметы P
Хw+
F1
Хw+ Хw х
гаметы F1 Хw+, Хw
F2
Хw+ Хw+, Хw+Хw,
красноглазая красноглазая
самка
самка
Хw У
Хw, У
Хw+У
Хw+, У
Хw+ У, Хw У
красноглазый
самец
белоглазый
самец
В реципрокном скрещивании красноглазого самца с белоглазой самкой в F1
наблюдалось расщепление 1:1, причем белыми глазами обладали только самцы, а
красными – лишь самки. Т.о., в этом случае имело место т.н. крисс-кросс (или
крест-накрест) наследование, при котором сыновья наследуют признак матери,
а дочери - признак отца.
Р
Хw Хw
x
Хw+ У
гаметы P
Хw
Хw+, У
F1
Хw+Хw х
ХwУ
гаметы F1 Хw+, Хw
Хw, У
F2
Хw+ Хw, ХwХw, Хw+ У, Хw У
красноглазая белоглазая красноглазый
самка
самка
самец
1
1
1
белоглазый
самец
1
При дальнейшем скрещивании мух F1, между собой было получено поколение
F2, в котором с равной вероятностью встречались красноглазые и белоглазые
самцы и самки.
 Объяснить полученные результаты
наблюдаемого расщепления по окраске
глаз Т.Морган смог, только предположив,
что ген, отвечающий за окраску глаз,
локализован в Х-хромосоме, а Yхромосома таких генов не содержит.
Сцепленное с полом наследование
при нерасхождении Х-хромосом
Продолжая эксперименты по скрещиванию
дрозофил, аспирант Т.Моргана Кальвин Бриджес в
1913г. обнаружил явление, которое нарушало схему
наследования «крест-накрест». С частотой 0,0010,1% в потомстве появлялись т.н.
«исключительные» мухи – красноглазые самцы и
белоглазые самки. Бриджес предположил, что во
время мейоза в направительное тело могут
отходить две Х-хромосомы, а в яйцеклетку – ни
одной. Второй возможный вариант возникает когда
в направительное тело Х-хромосомы не отходят, а
обе поступают в яйцеклетку. Это явление получило
название первичное нерасхождение хромосом
Сцепленное с полом наследование
при нерасхождении Х-хромосом
Р
Хw Хw
x
Хw+ У
Гаметы: самка/самец
Хw+
У
Хw
Хw+ Хw
красноглазая самка
Хw У
белоглазый самец
Хw Хw
Хw+Хw Хw
трисомия по Ххромосоме (гибнут)
Хw Хw У
белоглазая самка
-
Хw+
красноглазый самец
У
(гибнут)
Балансовая теория определения
пола у дрозофилы
 В 1921 году К.Бриджес обнаружил несколько
фертильных самок, имевших триплоидный набор
хромосом (3X + 3A). В результате скрещивания этих
самок с нормальными самцами (2A + XY) в
потомстве среди нормальных самок и самцов были
обнаружены особи с промежуточным или
необычным проявлением половых признаков. Все
потомство распалось на восемь классов в
зависимости от соотношения половых хромосом и
аутосом.
Балансовая теория определения
пола у дрозофилы
Р
3X + 3A
х
ХУ + 2А
Гаметы: самка/самец
Х +А
У+А
2Х +2А
3Х +3А
самка
2ХУ +3А
интерсекс
2Х + А
3Х +2А
сверхсамка
2ХУ + 2А
самка
Х +2А
2Х +3А
интерсекс
ХУ +3А
сверхсамец
Х+А
2Х + 2А
самка
ХУ + 2А
самец
К. Бриджес пришел к выводу, что пол определяется балансом числа половых хромосом и
набором аутосом, а Y-хромосома у дрозофилы вообще не играет роли в определении пола.
 Балансовая теория оказалась
неприменимой к человеку и высшим
растениям. У человека Y-хромосома
играет другую роль. Известно, что XX и
XY – соотношения половых хромосом у
человека приводят к образованию
нормальных женской и мужской особей
соответственно. Однако при отсутствии
Y-хромосомы формируется особь
женского пола при любом числе Xхромосом.
Синдром Шерешевского-Тернера
Особь X0 развивается
главным образом по
женскому типу, но
имеет отличия от
нормы, известные под
названием "синдром
Тернера« (45,Х0).
Такие особи
возникают с частотой
1/5000 новорожденных
Синдром Клайнфельтера
Синдром Клайнфельтера
встречается у одного из 400600 новорождённых
мальчиков и проявляется в
недоразвитии первичных и
вторичных половых
признаков, искажении
пропорций тела.
Клинические проявления
значительно варьируют:
большинство мужчин
47ХХУ внешне нормальны,
обладают нормальным
интеллектом, но стерильны.
Гинандроморфизм
 Еще одно доказательство того, что гены находятся в
хромосомах, было получено на мухах дрозофилах,
называемых латеральными (боковыми,
«сторонними») гинандроморфами. У таких мух
после первого деления яйцеклетки в одной из
клеток была утрачена Х-хромосома. Эта клетка при
последующих делениях дала клетки с генотипом
Х0, поэтому половина тела таких мух
сформирована как у самца и во ее всех клетках
цитологически наблюдается утрата одной из Ххромосом. Левая половина тела, происходящая из
клеток с нормальным генотипом ХХ, формируется
как самка.
Гинандроморфизм
В представленном на рисунке
случае муха была
гетерозиготна по гену окраски
глаз и по гену, влияющему на
форму крыла. Эти гены
расположены в Х-хромосоме.
Поэтому правый глаз мухи
неокрашен: проявилась
рецессивная мутация white,
присутствующая в одной из Ххромосом. Крыло изменено по
форме. Левый глаз окрашен и
крыло нормальной формы,
поскольку в нем остались обе
Х-хромосомы, в одной из
которых присутствует
рецессивный ген white, а в
другой – доминантный ген w+.
Признаки сцепленные с полом у
человека
 К настоящему времени в Х-хромосоме у человека
идентифицировано немногим более 1000
структурных генов, большинство из которых
детерминирует формирование нормальных и
патологических признаков. Генетический состав Ухромосомы значительно меньше - 78 генов, причем
54 из них имеют гомологию с генами Х-хромосомы.
Признаки, определяемые генами, находящимися в
Х и У- хромосомах сцеплены с полом и наследуются
отлично от аутосомных признаков.
Признаки сцепленные с полом у
человека
 В зависимости от природы гена и его
локализации можно выделить 3 основных
типа наследования признаков сцепленных
с полом у человека:
1. Х-сцепленный рецессивный тип
наследования;
2. Х-сцепленный доминантный тип
наследования;
3. Голандрический (У-сцепленный) тип
наследования
Х-сцепленный рецессивный тип
наследования

Х-сцепленный рецессивный тип наследования характеризуется следующими
признаками: 1) больные появляются не в каждом поколении;
2) больной ребенок рождается у здоровых родителей;
3) болеют преимущественно мужчины;
4) проявление признака (болезни) наблюдается преимущественно по
горизонтали;
5) вероятность наследования — у 25 % всех детей, в том числе у 50 %
мальчиков;
6) здоровые мужчины не передают болезни. Так наследуются у человека
гемофилия, дальтонизм, умственная отсталость с ломкой Х-хромосомой,
мышечная дистрофия Дюшенна, синдром Леша-Найхана и др.
Дальтонизм
частичная цветовая слепота, один из видов
нарушения цветового зрения. Д. впервые описан в
1794 Дж. Дальтоном, который сам страдал этим
недостатком. Д. встречается у 8% мужчин и у 0,5%
женщин. Предполагается, что в сетчатой оболочке
глаза существуют три элемента, каждый из
которых воспринимает только один из трёх
основных цветов (красный, зелёный, фиолетовый),
смешением которых получаются все
воспринимаемые нормальным глазом оттенки. Это
- нормальное, т. н. трихроматическое
цветоощущение. При выпадении одного из этих
элементов наступает частичная цветовая слепота —
дихромазия.
Гемофилия А
Гемофилия А - тяжелое заболевание, обусловленное дефектом
фактора VIII свертывания крови. Встречается с частотой
1:2500 новорожденных мальчиков. Ген расположен в длинном
плече Х-хромосомы (Xq28), структура его установлена.
Заболевание распознается обычно на 2-3-м году жизни. Для
него характерны множественные гематомы. Преобладают
кровоизлияния в крупные суставы конечностей, подкожные,
внутри- и межмышечные гематомы, кровотечения при
травмах и хирургических вмешательствах, наличие крови в
моче. Кровоизлияния в полость суставов приводят к
развитию стойкой их тугоподвижности из-за остеоартрозов
(развитие соединительной ткани в суставах).
Механизм наследования гемофилии
Х-сцепленный доминантный тип
наследования
Х-сцепленный доминантный тип наследования сходен с
аутосомно-доминантным, за исключением того, что мужчина
передает этот признак только дочерям (сыновья получают от
отца Y-хромосому). Примером такого заболевания является,
устойчивая к лечению витамином D особая форма рахита.
Голандрический тип наследования
Голандрический тип наследования характеризуется следующими
признаками:
1) больные во всех поколениях;
2) болеют только мужчины;
3) у больного отца больны все его сыновья;
4) вероятность наследования у мальчиков 100 %. Так наследуются у
человека некоторые формы ихтиоза, гипертрихоз наружных
слуховых проходов и средних фаланг пальцев, некоторые формы
синдактилии (перепонки между пальцами ног) и др.