12 Генетическое сцепление (Лекции по генетике)

Лекция 12ГЕНЕТИЧЕСКОЕ СЦЕПЛЕНИЕ«Генетика», ФЕН и МФ НГУ, бакалавриат, 3 курс ноябрь 2014 г.Костерин О.Э., kosterin@bionet.nsc.ru12.1. Феноменология генетического сцепления.Пусть у нас есть объект, который мы можем скрещивать и проводить анализгенетического расщепления в потомстве. Пусть мы выявили у него два альтернативныхпризнака и убедились, что каждый из них контролируется парой аллелей одного локуса,один из которых доминантен, а второй - рецессивен. Можно предположить, что двапризнака контролируются двумя же локусами – a и b, каждый из которых представлендвумя аллелями – A, a – и соответственно – B, b. Пусть мы провели дигибридноескрещивание: получили две линии, гомозиготные соответственно по A, B и a, b, скрестилиих между собой, убедились в единообразии поколения F1 (проявляющее, как емуположено, фенотип A, B), скрестили особей этого поколения друг с другом и получилипотомство F2.

Мы ожидаем дигибридное расщепление, в котором количество потомковчетырех возможных фенотипов будет флуктуировать вокруг ожидаемого соотношения 9 :3 : 3 : 1. А получаем всего два класса фенотипов идентичных фенотипам родительскимлиний в соотношении 3:1, как например в седующем случае:ФенотипыAaСумманаблюдаемаяОжидаемыесумма исоотношениеB9809896 (3/4b0303032 (1/4)Сумманаблюдаемая9830128128Ожидаемые96 (3/4) 32 (1/4)сумма исоотношение1281Здесь и далее в таблице жирным шрифтом выделены наблюдемые экспериментальныечисленности классов, обычным шрифтом записаны теоретически ожидаемые величины ивычисленные на их основе параметры.Или пусть два аллеля гена а, a1 и a2 проявляют кодоминирование, т. е. мы умеемотличать гетерозиготы по этому гену от обоих типов гомозигот. В таком случае вситуации дигибридного скрещивания мы получили бы в F2 шесть возможных фенотипов.И вот допустим мы снова сталкиваемся с тем, что в реальном потомстве не все из нихоказались представлены.

Путь мы получили расщепление, приведенное в следующейтаблице:Фенотипыa1 a1a1 a2a2 a2СумманаблюдаемаяОжидаемыесуммаи соотношениеB336509896 (3/4)b00303032 (1/4)Сумманаблюдаемая336530128128Ожидаемые32 (1/4) 64 (2/4)32(1/4)128суммаи соотношениеИ наконец, если кодоминирование проявляют оба гена, вместо девяти ожидаемыхфенотипических классов мы можем получить в F2 всего три, к примеру, в такихсоотношениях, которые представлены в таблице.Фенотипыa1 a1a1 a2a2 a2lСумманаблюдаемаяОжидаемыесуммаи соотношениеb1 b133003332 (1/4)b1 b206506564 (2/4)b2 b200303032 (1/4)Сумманаблюдаемая33653012812864 (2/4)32 (1/4)128Ожидаемы32 (1/4)е сумма исоотношение2Нетрудно видеть, что все три таблицы, по сути, показывают одно и то же расщепление,но так, как если бы наша способность различать генотипы по фенотипам с каждым разомувеличивалась.

Иначе говоря, в первых двух таблицах представлены такие цифры,которые получились бы, если бы при анализе расщепления, представленного в последнейтаблице, мы отказались от нашей способности видеть гетерозиготы по локусу b иобъявили, что аллель b1 доминирует над b2, а в первой таблице - если бы мы кроме тогоотказались и от нашей способности видеть гетерозиготы по локусу a.Мы видим, что каждое моногибридное расщепление фенотипов, т. е. расщепление,рассмотренное отдельно по локусу a и локусу b, очень близко к теоретически ожидаемому– 96 : 32 для генов, в которых наблюдается доминирование одного аллеля над другим, и32 : 64 : 32 и 33 : 65 : 30 для генов с кодоминирующими аллелями. В то же времядигибридное расщепление одновременно по двум локусам не имеет ничего общего сожидаемым, а именно аллели двух локусов ведут себя как единое целое.

Все те гибридыF2, которые несут аллель a1, одновременно оказываются несущими аллель b1, и нет ниодного носителя аллеля b1, который не нес бы аллель a1. Какой мы можем сделать отсюдавывод?Казалось бы, самый естественный вывод такой: на самом деле мы имеем дело с одними тем же локусом, который проявляет плейотропию, то есть влияет одновременно на обанаших признака. Выяснив механизм наследования каждого признака по отдельности, мыпредположили, что они контролируются каждый своим локусом, a и b, а на самом деле этоодин и тот же локус. Аллель a1 является одновременно аллелем b1, аллель a2 - аллелемb2. Это очень логичное предположение, и зачастую так и оказывается.

Но мы можемстолкнуться со скрещиванием, в котором наблюдаем обычное генетическое расщеплениетолько по одному из наших признаков, причем тест на аллелизм покажет аллельностьрецессивного аллеля тому, который был рассмотрен в системе с двумя признаками.Конечно, может оказаться, что мы столкнулись с разными аллелями одного локуса, одиниз которых имеет плейотропный эффект, а другой – нет, но такая интерпретация будетвыглядеть натянутой. Можно также предположить, что мы имеем дело все же с двумяразными локусам и, но по какой-то причине аллель a1 всегда наследуется вместе саллелем b1, а аллель a2 – с аллелем b2.

Как если бы эти аллели разных генов былисцеплены друг с другом.В трех нижеследующих таблицах приведем еще несколько примеров расщеплений,причем не умозрительных, а взятых из наших собственных опытов с горохом,опубликованных в журнале Pisum Genetics. В первом и втором случае сохраняемнастоящие обозначения генов. Аллель Astr определяет наличие фиолетовых пятен на3бобах и доминирует над аллелем astr, пятен не вызывающих. Аллель D определяетналичие пурпурного кольца в основании прилистников и доминирует над аллелем d,кольца не формирующим. Аллель tl в гомозиготе приводит к тому, что на месте усов угороха формируются листочки.

Как мы помним, у гетерозигот Tl tl усы имеются, но еслиприсмотреться, то вдоль каждого из них идет узкая листовая пластинка, т. е. онипроявляют некоторую тенденцию к превращению в листочки. У гомозигот Tl Tl усики всечении четырехгранные, без пластинки.ФенотипыDdСумманаблюдаемаяAstr6827067,5 (3/4)astr3172022,5 (1/4)Сумманаблюдаемая7119909067,5 (3/4)22,5 (1/4)90Ожидаемыесумма исоотношениеp = 6,0 ± 2,6 %Ожидаемые суммаи соотношение(Здесь и далее под таблицей приведена оценка вероятности рекомбинации p,полученная при помощи метода максимального правдоподобия, см.

раздел 12.3.4.)В этом примере мы, между прочим, видим, что теоретически ожидаемые численностифенотипов не являются круглыми целыми числами, что лишний раз указывает наневозможность получения «точных» расщеплений в реальных ситуациях, а лишь навозможность получать фактические расщепления, более или менее к нимприближающиеся.СуммаОжидаемые сумманаблюдаемаяи соотношениеФенотипыTl TlTl tltl tlAstr235648384,75 (3/4)astr210183028,25 (1/4)Сумманаблюдаемая25662211311328,25 (1/4)113Ожидамые28,25 (1/4) 56,5 (2/4)сумма исоотношениеp = 16,6 ± 3,8 %4В следующей таблице обозначениями a1, a2 и b1, b2 заменены громоздкие обозначенияреальных кодоминантных аллелей двух локусов, кодировавших белки, анализируемые вэлектрофорезе.Фенотипыa1 a1a1 a2a2 a2lСумманаблюдаемаяОжидаемыесумма исоотношениеb1 b118512424,25 (ј)b1 b254165248,5 (2/4)b2 b206152124,25 (ј)Сумманаблюдаемая235222979748,5 (2/4)24,25 (ј)97Ожидаемые сумма24,25 (1/4)исоотношениеp = 13 ± 3.0 %В этих расщеплениях мы наблюдаем все теоретически ожидаемые классы, заисключением класса a1 a1, b2 b2 в последней таблице.

Однако наблюдаемые численноститех классов, в которых комбинации признаков не совпадают с признаками участвовавшихв скрещивании родительских линий и гибридов F1, гораздо ниже теоретическиожидаемых для дигибридного расщепления.По сравнению с ожидаемым расщеплением 9:3:3:1, во всех трех случаях мы наблюдаемизбыточную численностей классов, расположенных по главной диагонали и недостаток востальных классах. Но бывает возможно наблюдать и расщепления, при которыхизбыточными оказываются классы, расположенные по побочной диагонали, например,следующее:5ФенотипыBlbblbСумманаблюдаемаяA62218392,3 (3/4)a3644030,7 (1/4)982512392,3 (3/4)30,7 (1/4)123СумманаблюдаемаяОжидаемыесумма исоотношениеОжидаемые суммаи соотношение123p = 33,8 ± 7,9 %Такая ситуация возникает, когда доминантные аллели по двум разным локусам неслиразные родители, то в приведенном примере скрещивались родители с генотипами A Ablb blb и a a Blb Blb.Все эти результаты можно интерпретировать следующим образом.

Если первые тритаблицы этого раздела иллюстрировали случаи абсолютного сцепления аллелей разныхгенов, унаследованных от одного родителя, то в трех последних аллели также сцеплены икак правило наследуются вместе, но в определенном проценте случаев онирекомбинируют, образуя сочетания, не свойственные родителям (например D Astr или a1b2).Не напоминает ли вам это что-либо из того, что мы успели изучить ранее? Да, этафеноменология хорошо соответствует поведению хромосом в мейозе. Каждая парагомологов распределяется между образовавшимися в мейозе гаплоидными клеткаминезависимо от других пар гомологов. Это соответствует независимому наследованиюгенов, рассмотренному ранее.

Таким образом, аллели двух локусов, расположенных наразных хромосомах, будут расщепляться независимо друг от друга. Вто же время если дваразных гена располагаются в одной и той же хромосоме, то их аллели, принадлежащиекаждому из гомологов, должны были бы быть сцеплены и наследоваться всегда вместе.Однако, как вы помните, в профазе мейоза гомологи обмениваются между собойучастками ДНК за счет процесса, называемого кроссоверная рекомбинация, иликроссинговер.

Если рекомбинация произойдет между двумя локусами, то аллели этихлокусов образуют новые сочетания, не имевшие места у гомологов до мейоза.6Любопытно, что Менделю не встретился ни один случай генетического сцепления,который шел бы вразрез с его предположением о независимой комбинациинаследственных задатков. Остается только гадать, что было бы, если бы он с нимистолкнулся, – задержалось ли бы возникновение генетики как науки либо Мендель смогбы дополнить свою теорию представлением о генетическом сцеплении.О феномене генетического сцепления впервые сообщил Карл Корренс 1900 г., когда онполучил результаты, нарушающие третье правило Менделя – независимоекомбинирование элементов наследственности в потомстве гетерозигот.