Летальные гены

В гл. 16 мы познакомились с несколькими парами генов, в которых один ген был доминантным, а другой рецессивным. Почему один ген является доминантным, а другой рецессивным? Ответить на этот вопрос по большей части совсем не просто, но иногда причина бывает ясна.

Мутантная ДНК, не кодирующая никакой белок или кодирующая белок, лишенный активности, не будет экспрессироваться, т. е. представляет собой рецессивный ген. У гетерозиготных индивидуумов нормальный ген направляет синтез нормального белка, а рецессивный ген никакого вклада в синтез функционального белка не вносит. Такой индивидуум имеет нормальный фенотип; нормальный ген в этом случае доминирует. У индивидуума, гомозиготного по данному рецессивному гену, соответствующий белок не образуется, а поэтому нормальная экспрессия данного признака невозможна. Рецессивный фенотип-это отсутствие нормального признака; так, белый экземпляр растения это результат «отсутствия хлорофилла», а карликовость - результат «отсутствия ростовых веществ».
Если белок, о котором идет речь, необходим для жизни данного организма, то организм, неспособный образовать активную форму этого белка, обречен на гибель, и дефектный ген называется в этом случае летальным геном. Доминантные летальные гены существуют, но в большинстве случаев они быстро элиминируются, потому что вызывают гибель несущего их организма. Рецессивные же летальные гены могут и не причинять вреда гетерозиготному индивидууму; поэтому они могут передаваться следующим поколениям и распространяться в популяции весьма широко. Подсчитано, что в среднем человек гетерозиготен приблизительно по 30 летальным рецессивным генам. Это больше, чем у многих других организмов, и отчасти именно этим объясняется тот факт, что у людей среди потомков от браков между близкими родственниками процент летальных наследственных признаков выше, нежели при близкородственных скрещиваниях у большинства других видов.
Если одна копия «нормального» гена не обеспечивает образования его белкового продукта в количестве, достаточном для нормального функционирования организма, то по данному гену наблюдается неполное доминирование. В таких случаях гетерозигота отличается по фенотипу от обеих гомозигот. У человека, например, имеется летальный ген, обусловливающий в гетерозиготном состоянии брахидактилию, т.е. укорочение средней фаланги пальцев; палец при этом выглядит так, как будто в нем не три, а две фаланги. У гомозигот этот ген является причиной аномального развития скелета. Дети, гомозиготные по этому гену, рождаются без пальцев и с другими нарушениями в развитии скелета, приводящими к смерти в раннем возрасте.
В тех случаях, когда брахидактилией страдают оба родителя, можно ожидать, что из каждых четырех детей один будет гомозиготен по этому летальному гену и умрет в раннем детстве, два будут гетерозиготны, т.е. будут страдать брахидактилией, и один будет нормальным (рис. 17.2). Это отношение 1:2 1, типично для тех случаев, когда нормальный ген обладает неполным доминированием.
Некоторые летальные гены представляют собой результат мутации генов, кодирующих белки, настолько важные для организма, что без них зародыш не может развиваться нормально. У животных, приносящих одновременно по нескольку детенышей, зародыши, гибнущие на ранних стадиях развития, рассасываются в матке, так что оставшиеся потомки дают отношение 2:1, т.е.

2/з гетерозигот и 1/3 гомозиготных нормальных потомков (рис. 17.3). У мышей, например, ген короткохвостое™ (Т') в гомозиготном состоянии вызывает гибель зародышей на ранних стадиях развития. Погибшие зародыши рассасываются. Если в ранние сроки беременности извлечь таких зародышей из матки, то можно убедиться в том, что у них отсутствует позвоночник, а также те ткани, из которых позднее должны развиться мышцы, почки и многие другие важные органы. У гетерозигот (ТТ') хвосты короче, чем у нормальных особей (ТТ).
Подобный летальный ген имеегся и у кошек. Бесхвостые кошки гетерозиготны по этому гену; их позвоночник укорочен и поэтому у них нет хвоста. Нарушение развития может затронуть не только последние позвонки, но и задний отдел кишечника; такой кошке уже, очевидно, не прожить «девять жизней».
Широко известный ген человека, который в гомозиготном состоянии часто оказывается летальным, ответствен за серповидноклеточную анемию. Соответствующий нормальный ген кодирует одну из полипептидных цепей (бета-цепь) гемоглобина - белка, функция которого заключается в переносе кислорода; этот белок находится в эритроцитах и обусловливает их красный цвет.

У мутантного гена один из нуклеотидов, присутствующих в нормальной ДНК, заменен другим, в результате чего и в бета-цепи гемоглобина одна из аминокислот заменена другой.
Это изменение, казалось бы столь ничтожное, влечет за собой роковые последствия. При аномально низком содержании кислорода молекулы гемоглобина в эритроцитах, содержащих гемоглобин S, агрегируют, образуя волокна. Вследствие этого эритроциты деформируются, приобретая серповидную форму (рис. 17.4). Такие эритроциты застревают в мелких кровеносных сосудах, и кровоснабжение участков, обслуживаемых этими сосудами, нарушается. Нарушение кровоснабжения вызывает разнообразные симптомы: чувство усталости, судороги, раздражительность.
Ген серповидноклеточности и соответствующий нормальный ген кодоминантны, так что у гетерозиготных индивидуумов синтезируются и нор-

мальные и мутантные бета-цепи. Эритроциты таких людей приобретают серповидную форму лишь при крайне низком содержании кислорода, например на больших высотах. Без специальных тестов такие гетерозиготные индивидуумы могут и не знать о том, что они являются носителями гена серповидноклеточное™. Гомозиготные индивидуумы страдают гораздо сильнее, потому что у них дефектны все бета-цепи.
Индивидуумов, гетерозиготных по тому или иному генетическому нарушению, называют носителями, а гомозиготных-больными. Про людей, гетерозиготных по гену серповидноклеточности, иногда говорят, что они больны серповидноклеточной анемией. Это неверно, ибо это предполагает, что носитель данного гена менее жизнеспособен, нежели нормальный гомозиготный индивидуум. Между тем в действительности это обычно не так.
Около 90% индивидуумов, гомозиготных по гену серповидноклеточности, умирает в раннем возрасте. Можно было бы ожидать, что такой летальный ген будет быстро элиминироваться естественным отбором, поскольку гомозиготы по этому гену умирают слишком рано и не могут передать его потомству. Однако в тропической Африке на весьма обширных пространствах от 20 до 40% людей гетерозиготны по этому гену. В пятидесятых годах исследователи обратили внимание на один примечательный факт: оказалось, что эти

люди живут в местах, где распространена особо вирулентная форма малярии.
Наличие хотя бы одной копии серповидноклеточное™ делает человека более устойчивым к малярии. Эритроциты, содержащие гемоглобин S, приобретают серповидную форму легче, если они заражены малярийным плазмодием. Когда эритроцит деформируется, находящийся в нем паразит погибает. Это позволяет защитной системе организма справиться с паразитами, оставшимися в недеформированных эритроцитах, прежде чем болезнь войдет в полную силу. Таким образом, в районах, где распространена малярия, гетерозигот- ность по гену серповидноклеточности дает человеку определенное преимущество. Хотя в гомозиготном состоянии этот ген обычно летален, для гетерозиготных индивидуумов он служит защитой от болезни, которая часто заканчивается смертью.
Болезнь Тея-Сакса, проявляющаяся в нарушении развития головного мозга и приводящая к смерти в возрасте около четырех лет, обусловлена наличием рецессивного летального гена. У индивидуумов, гомозиготных по этому гену, отсутствует фермент, ответственный за метаболические превращения определенного липида в клетках мозга. Без этого фермента липид накапливается, и клетки утрачивают способность нормально функционировать. Лечить эту болезнь пока не умеют. Известно, что среди еврейского населения Восточной Европы из каждых 30 человек один гетерозиготен по данному гену. Однако в США приблизительно одна треть всех случаев болезни Тея-Сакса приходится на долю детей из нееврейских семей.
Среди белого населения США чаще всего встречается летальный ген, обусловливающий кистозный фиброз - болезнь, при которой бронхиолы, а также протоки поджелудочной железы и печени заполняются густой слизью. Жертвы кистозного фиброза умирают обычно от инфекционных респираторных заболеваний в детском и юношеском возрасте, не доживая до 20 лет. Предполагают, что ген, ответственный за кистозный фиброз, кодирует один из ферментов цепи переноса электронов (см. разд. 12.4).

<< | >>

Источник: Кемп П., Арме К.. Введение в биологию. 1988

Еще по теме Летальные гены:

- Биология индивидуального развития - Для внеклассного чтения - История биологии - Книги по биологии - Научно-популярная биология - Теория эволюции - Физиология животных -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -