План

I. Проявление Действия генов.

II. Типы взаимодействия генов

1) Взаимодействие аллейных генов

2) Взаимодействие неаллейных генов

а) комплементарность

б) эпистаз

в) полимерия

III. Влияние факторов внешней среды на действие генов.

Под действием генов (экспрессией, выражением генов) понимают способность их контролировать свойства или, точнее, синтез белков. Для действия генов характерен ряд особенностей, важнейшей из которых является их экспрессивность, под которой понимают степень фенотипической выраженности генов, т. е. «силу» действия генов, проявляющуюся в степени развития контролируемых ими признаков. Термин предложен Н. В. Тимофеевым-Ресовским (1900—1981). Экспрессивность генов не является постоянным свойством наследственности, ибо она очень вариабельна у растений, животных и у человека. Например, у разных людей проявляется по-разному такой признак, как способность ощущать вкус фенилтиокарбамида. Для одних людей это вещество является слишком горьким, для других его горечь кажется меньшей, что является результатом разной степени экспрессивности гена, контролирующего способность ощущать вкус этого соединения. Примером вариабельности экспрессивности генов является также экспрессивность доминантного гена, контролирующего ювенильную катаракту глаз человека. Экспрессия этого гена у разных индивидуумов варьирует от слабого помутнения хрусталика глаз до его полной непрозрачности.

С другой стороны, для действия генов у млекопитающих характерен так называемый геномный импринтинг, заключающийся в том, что два аллеля гена экспрессируются дифференциально, т. е. экспрессируется только один аллель из двух аллелей (отцовского и материнского), унаследованных от родителей. Например, у человека ген инсулинподобного фактора 2 нормально экспрессируется только из аллеля, унаследованного от отца, тогда как соседний с ним ген, кодирующий нетранслируемую РНК, экспрессируется только из аллеля, унаследованного от матери.

Важнейшей особенностью действия генов является также их пенетрантность, впервые описанная тоже Н. В. Тимофеевым-Ресовским. Под ней понимают частоту проявления того или иного гена, измеряемую частотой встречаемости признака в популяции, т. е. частотой встречаемости в популяции организмов, обладающих этим признаком. Перетрантность является статистической концепцией регулярности, с которой выражается (экспрессируется) тот или иной ген в популяции. Если какой-либо ген в популяции фенотипически выражается у индивидуумов, количество которых составляет 75% обследованных, то считают, что его пенетрантность тоже составляет 75%. Например, доминантный ген, контролирующий изменение цвета склеры глаз человека встречается у 90% людей. Следовательно, пенетрантность этого гена составляет 90%.

Экспрессивность и пенетрантность подвержены колебаниям. Причины этих колебаний не совсем ясны. Тем не менее обычно вариабельность в экспрессивности и пенетрантности генов объясняют либо модифицирующим влиянием других генов, которые получили название генов-модификаторов, либо совместным действием обоих этих факторов, а возможно и других факторов. Учет природы экспрессивности и пенетрантйости генов имеет большое практическое значение в генетике человека, животных и растений. В случае человека эти явления учитывают при диагностике наследственных болезней, тогда как в животноводстве и растениеводстве они используются в селекции животных и растений.

Организмы наследуют от своих родителей не признаки и не свойства, как это долго считали ранее. Они наследуют гены, которые действуют на протяжении всей жизни организмов. В соответствии с существующими представлениями действие генов осуществляется через мРНК и приводит к образованию белков. Следовательно, мРНК являются первичными продуктами, тогда как белки являются конечными продуктами действия генов, т. е. результатом действия генов. Другими словами, гены контролируют структуру белков и ничего больше.

Поскольку материалом генов является ДНК, то в самом начале после открытия генетической роли ДНК возник вопрос и сводился к следующему: каким образом ДНК осуществляет свои функции в контроле синтеза белков? Ответ на этот вопрос заключается в том, что в ДНК содержится (закодирована) генетическая информация о синтезе белков, т. е. в ДНК содержится генетический код, под которым понимают систему записи в молекулах ДНК генетической информации о синтезе белков. Реализация генетического кода происходит в два этапа, один из которых называют транскрипцией, второй — трансляцией. Поток информации реализуется по схеме ДНК — РНК -г белок. С тех пор как были открыты генетический код и механизмы его реализации (действия), эта схема получила название центральной догмы биологии.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ.

Простейшая форма взаимодействия генов (доминантность - рецессивность) была открыта Менделем. Это пример аллельных отношений. Доминирование не всегда бывает полным, как в менделевских опытах на горохе. Вскоре после вторичного открытия законов Менделя были обнаружены факты, указывающие на сложность межгенных отношений в системе генотипа. Это касается как меж аллельных взаимодействий, так и взаимного влияния неаллельных генов.

Множественные аллели. Многие, может быть даже все, гены у разных организмов существуют более чем в двух аллельных формах, хотя один диплоидный организм не может быть носителем более двух аллелей. Впервые множественные аллели были открыты в локусе white, определяющем окраску глаз у дрозофилы, Морганом и его сотрудниками. Особенность аллельных отношений заключается в том, что аллели можно расположить в ряд с убывающей степенью доминирования. Другими словами, ген красноглазости - дикого (т. е. наиболее распространенного в природе) типа (w+) -будет доминировать над всеми остальными аллелями (их около 15), тогда как последующий член серии аллелей будет доминировать над всеми остальными членами, кроме w+: w+>wch:>we]> >wa>w. Символами ch, e и а обозначены различные оттенки цвета глаз: вишневый (от англ, cherry), эозино-вый (от англ, eosin), абрикосовый (от англ, apricot). Мухи с аллелью w (от англ, white - белый) - белоглазые.

Хорошо изучены серии аллелей генов окраски у кролика, формы цветка львиного зева, остистости колоса у пшеницы. Существование множественных аллелей само по себе указывает на относительный характер доминирования, на то, что оно проявляется только в конкретных условиях генотипической среды.

Кодоминирование. Этим термином обозначают такие варианты аллельных отношений, когда признаки обоих родителей проявляются одновременно в FI. Так, у человека аллели 1Л и 1В, определяющие антигены групп крови, кодоминантны. У гетерозигот 1А1В присутствуют оба генных продукта. Аллели 1А и 1В доминируют над рецессивной аллелью i. Поэтому у человека система АВО определяет четыре группы крови: группа А - 1А1А, или IAi; группа В - 1В1В, или IBi, группа АВ - 1А1вл 0 группа - ii. В сущности, кодоминантные гены также представляют собой множественные аллели.