§ 36. ВЗАЄМОДІЯ ГЕНІВ
У Психологічній енциклопедії взаємодія визначається як прямий чи опосередкований вплив суб’єктів один на одного, який характеризується виникненням зв’язків і їх взаємозумовленістю. Дослідженнями встановлено існування таких видів взаємодії, як співдружність, конкуренція й конфлікт. А які особливості взаємодії генів у генотипі?
Які особливості взаємодії генів?
Успадкування ознак не завжди є такими простими й зрозумілими, як їх пояснюють закономірності Менделя. Пригадаємо, що основним постулатом менделівських схрещувань є те, що кожна ознака визначається своїм геном. У дійсності все набагато складніше. Наприклад, сучасні дослідження науковців указують на те, що в успадкуванні кольору очей у людини беруть участь мінімум шість генів. Їхня взаємодія визначає наявність, кількість та щільність розподілу форм меланіну в клітинах райдужної оболонки, що й визначає карий, зелений й блакитний – основні кольори та їхні відтінки.
Під взаємодією генів розуміють не взаємовпливи генів на активність один одного (цю функцію здійснюють регуляторні гени), а їхню спільну участь у формуванні ознаки. Молекулярні механізми взаємодії генів полягають в тому, що розвиток будь-яких ознак у організмів є наслідком складної взаємодії між функціональними продуктами діяльності генів – білками та РНК. Ці сполуки беруть участь в одних і тих самих клітинних біохімічних процесах, що впливають на формування ознаки. Таким чином, взаємодія генів – це взаємодія їхніх продуктів діяльності в цитоплазмі клітин.
Генотип особин є цілісною системою, хоча і складається з окремих генів. У цій історично сформованій системі виокремлюють два основні типи взаємодії генів: взаємодію алельних та взаємодію неалельних генів.
Види взаємодії генів
Взаємодія неалельних генів
Отже, ВЗАЄМОДІЯ ГЕНІВ – взаємовпливи алельних генів за участі функціональних продуктів, особливості яких і визначають різні види успадкування ознак.
Як відбувається взаємодія алельних генів?
Взаємодія алельних генів – це взаємовпливи генів, які займають подібні локуси в гомологічних хромосомах.
Основною формою взаємодії алельних генів є повне домінування, яке вперше описано Г. Менделем. Повне домінування – це форма взаємодії алельних генів, за якої у гетерозиготного організму (Аа) домінантний алель (А) повністю пригнічує дію рецесивного (а). В результаті такого впливу в гетерозигот спостерігається домінантний прояв ознаки (іл. 93). Прикладом цієї форми взаємодії є успадкування забарвлення насіння гороху, зросту людини (низький зріст – домінантний прояв, високий – рецесивний).
Іл. 93. Успадкування забарвлення квітів гороху за типом повного домінування
Неповне домінування – це форма взаємодії алельних генів, за якої у гетерозиготного організму (Аа) домінантний алель (А) не повністю пригнічує рецесивний алель (а), внаслідок чого проявляється проміжний стан ознаки. За неповного домінування розщеплення за генотипом й фенотипом збігається і становить 1 : 2 : 1 (іл. 94). Прикладами ознак, які успадковуються за неповним домінуванням є: форма волосся людини (кучеряве, хвилясте і пряме), забарвлення пір’я курей (чорне, зозулясте і біле), забарвлення плодів суниць (червоне, рожеве і біле) та ін.
Іл. 94. Успадкування забарвлення плодів суниць за типом неповного домінування
Таблиця 9. ГЕНОТИПИ ЛЮДИНИ З РІЗНИМИ ГРУПАМИ КРОВІ ЗА СИСТЕМОЮ АВ0
Група крові
Множинний алелізм – це явище, за якого ознака в популяції визначається не двома, а декількома алелями. Множинні алелі виникають внаслідок мутації одного гена в різних особин. Початковий нормальний стан гена позначається як «дикий тип». Так, у людини три алельні гени (їх позначають і 0 , І А , І В ) в різних поєднаннях визначають 4 групи крові за системою АВ0 (табл. 9). Серії множинних алелей визначають також забарвлення хутра у лисиць, кроликів, гвінейських свинок, кішок, забарвлення очей у дрозофіли та ін.
Отже, основними формами взаємодії алельних генів є повне домінування, неповне домінування і множинний алелізм.
Як відбувається взаємодія неалельних генів?
Взаємодія неалельних генів – це взаємовпливи генів, що розташовані в різних неідентичних ділянках гомологічних хромосом.
Комплементарність — це форма взаємодії декількох домінантних неалельних генів, які разом визначають розвиток нового прояву ознаки. За цього виду взаємодії ознака буде розвиватися внаслідок взаємодії білків, утворених під контролем двох неалельних генів. Так, у хвилястих папуг взаємодія домінантних генів жовтого (А) і синього (В) забарвлення визначає зелене забарвлення (АВ) (іл. 95). За типом комплементарної взаємодії успадковуються колір шерсті у кроликів, форма гребеня у курей, синтез захисних білків-інтерферонів та розвиток нормального слуху (за наявності двох домінантних генів) у людини та ін.
Іл. 95. Комплементарна взаємодія генів у хвилястих папуг
Полімерія – це форма взаємодії неалельних генів, за якої декілька домінантних неалельних генів впливають на ступінь розвитку ознаки. Неалельні гени, що одночасно діють на формування однієї і тієї самої ознаки, називають полімерними. Так, колір шкіри у людини визначається шістьма полімерними генами. У корінних жителів Африки переважають домінантні алелі чорного забарвлення, у представників європеоїдної раси – рецесивні алелі білого кольору (іл. 96). Полімерна взаємодія генів визначає також урожайність пшениці, цукристість буряку, несучість курей, кількість і жирність молока великої рогатої худоби, артеріальний тиск людини, вміст вітамінів у плодах та ін.
Іл. 96. Полімерне спадкування кольору шкіри у людини
Множинна дія генів (плейотропія) – це явище впливу одного гена на прояв різних ознак. Так, у людини один ген визначає руде забарвлення волосся, світлий колір шкіри і наявність ластовиння (іл. 97). Причиною плейотропії може бути також участь продукту одного гена в кількох біохімічних реакціях. Наприклад: червоні квіти супроводжуються в деяких видів рослин червонуватим стеблом, у сортів з білими квітами – стебла зелені, у дрозофіл відсутність пігменту в очах призводить до забарвлення органів, знижує плодючість і тривалість життя та ін.
Іл. 97. Множинна дія гена в людини
Отже, основними формами взаємодії неалельних генів є комплементарність, полімерія та множинна дія генів.
Завдання на застосування знань
Застосуйте знання та визначте характер успадкування наведених спадкових ознак людини.
Прояви ознаки
Вид взаємодії генів
Низький зріст (домінантний ген), високий (рецесивний)
Кучеряве – домінантний прояв, пряме – рецесивний прояв, хвилясте (проміжний прояв)
Групи крові за системою АВ0
Наявність антигенів (домінантні гени), їхня відсутність (рецесивний)
Чорне забарвлення – домінантні прояви, біле – рецесивні
Нормальний слух за наявності двох домінантних генів, глухонімота – за відсутності одного чи обох
Розв’язування вправ
Вправа 1. Якими можуть бути діти від шлюбу чоловіка і жінки з хвилястим волоссям, якщо кучеряве волосся – домінантний прояв ознаки, а пряме – рецесивний?
Вправа 2. У матері І група крові, а в батька – IV. Чи можуть діти успадкувати групу крові одного з батьків?
Біологія + Практика
Колір очей – надзвичайно цікава тема, якою переймалися дослідники протягом століть. Практично завжди очі новонароджених мають саме блакитний колір, який згодом темнішає в міру впливу на нього сонячного світла. Приблизно до трьох-чотирьох років очі дитини зазвичай набувають постійного, що залишається на все життя, кольору, будь він блакитним, зеленим, коричневим, бурштиновим, сірим, фіолетовим і навіть червоним. Застосуйте статистичний метод, проведіть дослідження і визначте частоту зустрічальності (у відсотках) проявів кольору очей у різних класах вашої школи.
Завдання для самоконтролю
1. Що таке взаємодія генів? 2. Назвіть основні типи взаємодії генів. 3. Що таке взаємодія алельних генів? 4. Назвіть основні форми взаємодії алельних генів. 5. Що таке взаємодія неалельних генів? 6. Наведіть приклади взаємодії неалельних генів.
7. Які особливості взаємодії генів? 8. Як відбувається взаємодія алельних генів? 9. Як відбувається взаємодія неалельних генів?
10. Застосуйте знання генетики і на конкретному прикладі поясніть особливості взаємодії генів у генотипі.
3. Основні взаємодії алельних генів
Основними видами взаємодії алельних генів є повне домінування, неповне домінування, кодомінування та множинний алелізм.
Повне домінування — це форма взаємодії алельних генів, за якої у гетерозиготного організму домінантний алель (\(А\)) повністю пригнічує дію рецесивного (\(а\)).
У результаті такого впливу в гетерозигот спостерігається домінантний прояв ознаки. Прикладом цієї форми взаємодії є успадкування кольору плодів у томата, довжини стебла в гороху тощо.
Неповне домінування — це форма взаємодії алельних генів за якої у гетерозиготного організму (\(Аа\)) домінантний алель (\(А\)) не повністю пригнічує рецесивний алель (\(а\)), внаслідок чого проявляється проміжний стан ознаки.
За повного домінування розщеплення за генотипом і фенотипом збігається і становить \(1\) : \(2\) : \(1\).
Прикладами ознак, які успадковуються за неповним домінуванням, є: форма волосся людини (кучеряве, хвилясте або пряме), забарвлення пір’я курей (чорне, зозулясте або біле), забарвлення квітів нічної красуні (червоне, рожеве або біле) тощо.
Множинний алелізм — це явище, за якого ознака в популяції визначається не двома, а декількома алелями.
Множинні алелі виникають внаслідок мутації одного гена в різних особин. Так, у людини три алельні гени (їх позначають I O , I A , I B ) в різних поєднаннях визначають \(4\) групи крові за системою \(ABO\). Серії множинних алелей визначають також забарвлення хутра в лисиць, колір шерсті гімалайського кролика. У мухи дрозофіли відома серія алелів за геном забарвлення очей, що складається з \(12\) варіацій: червона, коралова, вишнева, абрикосова, біла та ін.).
Кодомінування — це взаємодія алельних генів, за якої у фенотипі організму проявляються обидва алелі гена. За типом кодомінування в людини успадковується четверта група крові (генотип I A I B ).
Отже, між алельними генами за участі їхніх функціональних продуктів постійно відбуваються різного роду взаємодії.
Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. заг. серед. освіти / В. І. Соболь. – Кам’янець-Подільський : Абетка, 2018. с. 143-144.
Алелі
Алелі (від грецького слова allelon – взаємно), або алеломорфи, – різні форми одного і того ж гена (в однині – алель).
У самому простому випадку ген представлений двома алелями (наприклад, алелі, що визначають зелений і жовтий кольори горошин в дослідах Г. Менделя). Приклад трехаллельного гена – ген, що визначає у людини систему груп крові АВ0 (читається «А-Б-нуль»). При різних поєднаннях цих алелей утворюється перша група крові (00), друга (А0, АА), третя (В0, ВВ) і четверта (АВ). Алелей буває і більше: для гена гемоглобіну людини їх відомо багато десятків.
Ще Мендель встановив, що дія одних алелей – рецесивних пригнічується дією інших – домінантних алелів. Наприклад, алель, що обумовлює зелений колір горошин, пригнічується алелем, що обумовлює жовтий колір; нормальна забарвлення у тварин домінує над відсутністю її (альбінізмом).
У ядрі «працюють» обидва алелі: якщо, наприклад, у людини є алелі як нормального гемоглобіну, так і аномального (гемоглобіну серповидних еритроцитів), методами біохімії з його еритроцитів можна виділити обидва ці гемоглобіну.
Скількома алелями не був би представлений ген, у статевій клітці є тільки один алель (закон чистоти гамет), а в диплоїдної клітині організму максимум двох – від кожного з батьків (критерій алелізм).
Зараз генна інженерія дозволяє виділяти окремі алелі, розшифровувати їх будова і з точністю до однієї підстави в ДНК відрізняти один алель від іншого.
Деякі алелі, якщо будуть успадковані від батька і від матері (рецесивні) або хоча б від одного з батьків (домінантні), приводять організм до загибелі на ранній стадії розвитку (летальні алелі). Інші ж, навпаки, дають якийсь позитивний ефект, і за ними буквально полюють селекціонери. Кожна високопродуктивна порода домашніх тварин і цінний сорт культурних рослин – вдало підібрана комбінація алелей.