Осложнения

Как и можно было ожидать, дальнейшие исследования показали, что генетический механизм сложнее, чем представлял себе Мендель. Тем не менее ни одно из этих осложнений не-опровергает основных допущений Менделя о дискретности генов и их большой стабильности.

Теперь мы знаем, что степень доминирования одного гена над другим зависит от его экспрессивности, а не от каких-либо существенных различий между генетическими системами. При кодоминантности оба аллеля экспрессируются в одинаково® мере (т. е. аддитивны), именно это и происходит у кур андалу}*- ской породы. При частичном, или неполном, доминировании один из аллелей не активен (не экспрессируется), но другой активен полностью, так что в фенотипе эффект проявляется наполовину. При полном доминировании (то, что наблюдал Мендель) эффект одного аллеля эквивалентен эффекту двух аллелей, а при сверхдоминировании эффект одного аллеля выражен в большей степени, чем эффект двух таких аллелей в гомозиготном состоянии. Картина еще больше осложняется в тех случая!:, когда экспрессия аллелей, находящихся в одной части (локусеН) генного набора, регулируется экспрессией аллелей, находящю- ся в других локусах. Это явление известно под названием эпистаза. Например, при скрещивании двух гомозиготных мышеЬ, одна из которых доминантна по окраске шерсти—агути (серая шкурка), а другая — рецессивна (черная шкурка), все потомство должно было бы иметь окраску агути.

Например, Томас Хант Морган (Thomas Hunt Morgan), положивший в 1909 г. начало генетическому изучению плодовой мушки (Drosophila), обнаружил у двух генов D. melanogaster отклонение от второго закона Менделя; один из этих генов определяет цвет глаз (рг — пурпуровый, рг+—красный), а другой— длину крыла (vg — зачаточное, Hg+ — нормальное). Обратите внимание на то, что принцип обозначения генов здесь несколько иной: обозначение получает мутантный (обычно рецессивный) аллель, а доминантный аллель отличают от него индексом +.Такая система обозначений была принята потому, что для каждого локуса дрозофилы обнаружено большое число мутантных аллелей; она до сих пор используется генетиками, работающими с дрозофилой, наряду с другими обозначениями (см. [I]). Морган скрещивал гетерозиготных самок (ргрг+ с гомозиготными самцами (prpr ugug). На основании классической менделевской генетики следовало ожидать, что в Fi все четыре возможные сочетания генов будут представлены в равных количествах: prpr vgvg, prpr vgvg+, prpr+ vgvg, prpn vgvg+ (рис.

Первым признаком, хромосомную локализацию которого удалось установить (в результате ряда ключевых экспериментов, проведенных главным образом в США между 1900 и

1910 гг.), был пол. У млекопитающих и у дрозофилы одна хромосома (назовем ее хромосомой X) имеется у особей женского пола в двух экземплярах, а у особей мужского пола — только в одном. Вместо второй Х-хромосомы у самцов имеется отличная от нее Y-хромосома. Таким образом, самки несут хромосомы XX и образующиеся у них яйцеклетки содержат одну Х-хро- сому, а самцы несут хромосомы XY и образующиеся у них сперматозоиды содержат либо X-, либо Y-хромосому. Если допустить, что находящиеся в этих хромосомах ген или гены контролируют пол, то становится возможным объяснить наблюдаемое соотношение полов I : I при помощи следующей простой схемы:

(Отметим, что у птиц и у некоторых насекомых наблюдается обратная картина: гетерогаметны самки, а самцы гомогаметны.) Соотношение полов рассматривается более подробно в разд.

Половые хромосомы XhY морфологически отличаются от остальных хромосом (аутосом) и друг от друга. Поэтому можно ожидать, что они содержат уникальные аллели, которые не могут переходить из одной хромосомы в другую в результате кроссинговера. Это может привести к отклонениям от предсказаний Менделя; явление это известно под названием сцепления с полом. Например, аллель, определяющий красный цвет глаз у дрозофилы, о котором говорилось выше, как и аллель белого цвета глаз, локализован в Х-хромосомах. В Y-хромосомах этих аллелей нет. Красный цвет глаз доминирует над белым. Когда Морган скрещивал красноглазых самок с белоглазыми самцами, все потомство Fi оказалось красноглазым. При скрещивании красноглазых самцов и самок из Fj он получил красноглазых и белоглазых мух в соотношении 3:1, но все белоглазые мухи были мужского пола. Отношение красноглазых самок к красноглазым самцам составляло 2:1. Если, заменив обозначения, принятые на стр. 27, обозначить аллель красных глаз через Xw,

Такая ассоциация генов с морфологически различными хромосомами служит очень хорошим подтверждением того, что гены организованы в хромосомы. Непрерывно изменяющиеся признаки. Мендель сконцентрировал внимание на признаках, резко отличающихся один oj другого, однако большинству признаков свойственна непрерывная изменчивость. Так, например, организмы по общим размерам обычно не распадаются на дискретные классы, а образуют непрерывный ряд от минимальных до максимальных для данной группы размеров. Кроме того, чаще всего особи распределяются по данному признаку таким образом, что большая их часть концентрируется вблизи среднего значения признака, а по обе стороны от него частота постепенно сходит на нет (см., например, рис. 2.4). В течение некоторого времени полагали, что эта изменчивость выходит за рамки менделевской генетики; У.

Рациональное объяснение этого дает рис. 2.5. Вообще чем больше генов участвует в определении данного признака, тем более непрерывна изменчивость по этому признаку.

Рис. 2.4. Частотное распределение величины помета у мышей н числа щетннок на вентральной поверхности брюшка у дрозофилы. В обоих слу-i чаях кривая распределения приближается к нормальной (гауссовой) кривой. (Futuyama D. J., Evolutionary Biology, Sinauer Associates, Massachusetts, 1979.)

Помимо генетической основы изменчивости признаков существует еще и влияние окружающих условий. Например, на общие размеры животного или растения решающее влияние оказывают те условия, в которых оно развивается. Возможно, все признаки организма представляют собой продукт воздействия генетических и средовых факторов, так что нормальные распределения, подобные изображенным на рис. 2.4,— результат сочетания этих факторов. Передается по наследству только та компонента этой изменчивости, которая обусловлена генами; ее выражают как долю общей изменчивости и называют наследуемостью (часто обозначается как h2). Измерение наследуемости имеет важное значение для селекционеров и животноводов; ее можно определить по соотношению между признаками родительских особей и потомков, выращенных в тех же условиях.

Вильгельм Людвиг Иогансен (W. L. Johansen), специалист по генетике растений, был одним из первых ученых, обративших внимание (примерно в 1900 г.) на то, что каждый организм— продукт среды, в которой он обитает, и генов, которые он содержит. На этой основе Иогансен различал фенотип, т. е.

Рис. 2.5. Схема, иллюстрирующая возникновение фенотипической изменчивости при корпускулярной наследственности.

Допустим, что «сила» данного признака зависит от соотношения доминантных н рецессивных аллелей. В таком случае, чем больше число расщепляющихся локусов, определяющих этот признак, тем больше число возможных сочетаний доминантных и рецессивных признаков, а тем самым и число возможных фенотипических классов. (Strickberger М. W., Genetics, Macmillan, New York, 1968.)

организм, который мы видим, и генотип — совокупность содержащихся в нем генов, и это проведенное им разграничение сохранило свое важное значение по сей день. Мейотический драйв. Аллели, кодирующие один и тот же признак, находятся в отдельных хромосомах (гомологичных хромосомах), так что каждая клетка данной родительской особи содержит обычно некоторое число пар гомологичных хромосом (диплоидное состояние). При формировании гамет гомологичные хромосомы должны быть отделены одна от другой, с тем чтобы каждая гамета в конечном итоге получила по одной хромосоме от каждой пары (гаплоидное состояние). Этот процесс разделения известен под названием мейоза и лежит в основе первого закона Менделя — закона расщепления. Мейоз обеспечивает формирование гетерозиготной особью одинакового числа гамет, содержащих разные аллели. Однако некоторые процессы, детерминируемые генами, способны нарушить эти результаты. Такие процессы могут быть обусловлены событиями, как предшествующими мейозу, так и следующими за ним; и те и другие приводят к так называемому мейотическому драйву. Обзор по этой проблеме см. [16].

Один интересный пример связан с так называемыми генами SD (segregation distorter), обнаруженными у дрозофилы [5]. В этом случае гомологичные хромосомы конъюгируют, но гены SD оказывают на своих партнеров такое воздействие, что те в дальнейшем образуют нежизнеспособные сперматозоиды. Существование подобных SD-генов проявляется более четко в тех случаях, когда они редки, потому что при этом у них больше шансов оказаться в гетерозиготном состоянии. По мере того как они становятся более обычными, конъюгация между ними происходит чаще и они разрушаются. Поэтому следует ожидать, что гены SD сбалансированы в популяциях на довольно низких уровнях.