Сцепленное наследование признаков

Законы Г.Менделя носят всеобщий характер, но они выполняются, если анализируемые гены находятся в разных парах гомологичных хромосом. Но генов гораздо больше, чем хромосом – у человека 23 пары хромосом, а генов – более 30 000. Значит, в одной хромосоме находится несколько тысяч генов и эти гены, расположенные в одной хромосоме, должны передаваться потомкам все вместе, единым комплексом. То есть, помимо независимого распределения аллельных пар по гаметам, должна иметь место и зависимая, комплексная их передача. Гены, которые расположены в одной хромосоме, должны наследоваться совместно (сцепленно).

В исследованиях У. Бэтсона и Р. Пеннета (1906 г.) удлиненная форма пыльцевых зерен и пурпурные цветки душистого горошка явно предпочитали наследоваться совместно. Ученые скрещивали сорт душистого горошка с красными цветками и удлиненной формой пыльцы с сортом с белыми цветками и окрулыми пыльцевыми зернами. Первое поколение было с красными цветками и продолговатыми пыльцевыми зернами, но при скрещивании гибридов между собой вместо ожидаемого расщепления по фенотипу в соотношении 9: 3: 3: 1 в потомстве 3/4 растений были красноцветковыми с удлиненной пыльцой и 1/4 растений белоцветковых с округлой пыльцой. Стало ясно, что не для всех генов характерно независимое распределение в потомстве и свободное комбинирование.

Рис. 410 Т.Х.Морган (1886 – 1945)

При проведении анализирующего скрещивания самки F₁ с самцом, имевшим рецессивные признаки, теоретически ожидалось получить потомство с комбинациями этих признаков в соотношении 1: 1: 1: 1. Однако в потомстве явно преобладали особи с признаками родительских форм (41, 5% серые длиннокрылые и 41, 5% черные с зачаточными крыльями) и лишь незначительная часть мушек имела перекомбинированные признаки (8, 5% черные длиннокрылые и 8, 5% серые с зачаточными крыльями).

Анализируя полученные результаты, Морган пришел к выводу, что гены, обусловливающие развитие серой окраски тела и длинных крыльев, локализованы в одной хромосоме, а гены, обусловливающие развитие черной окраски тела и зачаточных крыльев, – в другой. Явление совместного наследования признаков Морган назвал сцеплением. Материальной основой сцепления генов является хромосома. Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно и образуют одну группу сцепления. Поскольку гомологичные хромосомы имеют одинаковый набор генов, количество групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом (например, у человека 23 пары гомологичных хромосом, соответственно 23 группы сцепления).

Явление совместного наследования генов, локализованных в одной хромосоме, называют сцепленным наследованием. Сцепленное наследование генов, локализованных в одной хромосоме, называют законом Моргана: «Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются преимущественно вместе и входят в одну группу сцепления».

Рис. 411. Явление сцепленного наследования признаков у дрозофилы.

Но поскольку кроссинговер происходит не во всех гаметах, числовое соотношение фенотипов не соответствует соотношению 1: 1: 1: 1. В зависимости от особенностей образования гамет, различают некроссоверные гаметы – гаметы с хромосомами, образованными без кроссинговера (АВ и ав) и кроссоверные гаметы – гаметы с хромосомами, претерпевшими кроссинговер (Ав и аВ).

Соответственно этому различают: рекомбинантные (кроссоверные) особи – особи, возникшие с участием кроссоверных гамет; нерекомбинантные (некроссоверные) особи – особи, возникшие без участия кроссоверных гамет.

Гены в хромосомах имеют разную силу сцепления. Сцепление генов может быть полным, если между генами, относящимися к одной группе сцепления, рекомбинация невозможна (у самцов дрозофилы полное сцепление генов, хотя у подавляющего большинства других видов кроссинговер протекает сходно как у самцов, так и у самок) и неполным, если между генами, относящимися к одной группе сцепления, возможна рекомбинация.

Вероятность возникновения перекреста между генами зависит от их расположения в хромосоме: чем дальше друг от друга расположены гены, тем выше вероятность перекреста между ними. За единицу расстояния между генами, находящимися в одной хромосоме, принят 1% кроссинговера. Его величина зависит от силы сцепления между генами и соответствует проценту рекомбинантных особей от общего числа потомков, полученных при скрещивании. Например, в рассмотренном выше анализирующем скрещивании получено 17% особей с перекомбинированными признаками. Следовательно, расстояние между генами серой окраски тела и длинных крыльев (а также черной окраски тела и зачаточных крыльев) равно 17%. В честь Т. Моргана единица расстояния между генами названа морганидой. Сила сцепления между генами окраски тела и формы крыльев вычисляется по формуле:

100% – 17% кроссоверных гамет = 83%

Если доминантные аллели генов расположены в одной хромосоме, а рецессивные – в гомологичной, то аллели расположены в цис-фазе – АВ//аb. Если в каждой хромосоме расположены и доминантный и рецессивный аллели – Аb//aB, то аллели расположены в транс-фазе.

Результатом исследований Т.Моргана стало создание им хромосомной теории наследственности:

1. Гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов, причем набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален;

2. Каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме; в идентичных локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены;

3. Гены расположены в хромосомах в определенной линейной последовательности;

4. Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов;

5. Сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера; это приводит к образованию рекомбинатных хромосом;

6. Частота кроссинговера является функцией расстояния между генами: чем больше расстояние, тем больше величина кроссинговера (прямая зависимость);

7. Каждый вид имеет характерный только для него набор хромосом – кариотип.

Явление кроссинговера помогло ученым установить расположение каждого гена в хромосоме, создать генетические картыхромосом. Чем дальше друг от друга расположены на хромосоме два гена, тем чаще они будут расходиться в разные хромосомы в процессе кроссинговера. Таким образом, вероятность расхождения двух генов по разным хромосомам в процессе кроссинговера зависит от расстояния между ними в хромосоме. Следовательно, подсчитав частоту кроссинговера между какими-либо двумя генами одной хромосомы, отвечающими за различные признаки, можно точно определить расстояние между этими генами, а значит, и начать построение генетической карты, которая представляет собой схему взаимного расположения генов, составляющих одну хромосому.