как понять что гены сцеплены
Из условий задачи определяем – гены сцеплены или нет
По ходу чтения «визуализируем» задачу: Например,
2)Во всех задачах всегда сразу смотрим на F1.
Из условий задачи определяем – гены сцеплены или нет.
Если в условиях задачи на это не указывается, опять смотрим на F1:
При скрещивании АаВв х АаВв в F2 расщепление не 9:3:3:1, а два фенотипа в соотношении 3:1. Это говорит, что гены сцеплены и кроссинговера нет.   При скрещивании АаВв х аавв в F1 расщепление не 1:1:1:1, а два фенотипа в соотношении 1:1. Это говорит, что гены сцеплены и кроссинговера нет.   | При скрещивании АаВв х АаВв в F2 расщепление не 9:3:3:1, а четыре фенотипа в разном соотношении (не 1:1:1:1) с перекомбинацией генов. Это говорит, что гены сцеплены и произошел кроссинговер. Тогда нужно находить кроссоверные и некроссоверные гаметы.  |
4) Если есть указание на неполное доминирование (промежуточное наследование) –
не забываем: гетерозиготы Аа имеют промежуточный признак.
5) Всегда смотрим на расщепления: по ним можно определить генотипы родителей:
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Сцепленное наследование
Автор статьи — Саид Лутфуллин.
После открытия законов наследственности Менделя стали замечать, что не всегда эти законы срабатывают.
Серое тело и нормальные крылья – доминантные признаки.
По законам Менделя схема скрещивания такая:
Но практический результат скрещивания отличается.
Как правило, в потомстве наблюдается расщепление 1:1,
Не срабатывает закон независимого наследования. Почему же так? Неужели законы Менделя действительно не работают? Конечно же, нет, законы природы, могут быть «нарушены», только если это позволяет другой закон (исключение из правила).
Естественно, что количество хромосом значительно меньше количества генов, поэтому в одной хромосоме закодировано несколько генов.
Гены, находящиеся в одной хромосоме наследуются вместе, то есть сцеплено.
А гены, находящиеся в разных хромосомах наследуются независимо,
так как при гаметогенезе хромосомы распределяются случайно, следовательно, два несцепленных гена могут попасть вместе в одну гамету гамете, а могут и нет.
Гены, находящиеся в одной хромосоме, обязательно окажутся в одной гамете.
Гены цвета тела и длины крыльев находятся в одной хромосоме.
Самка дигетерозиготна, есть две гомологичные хромосомы:
в другой — гены черного тела и укороченных крыльев
Но получается всего два вида гамет — признаки цвета тела и размера крыльев «неделимы»
Отцовская особь по этим признакам дигомозиготная:
и в другой гомологичной хромосоме так же.
Признаки из одной группы сцепления наследуются вместе.
И как можно догадаться,
количество групп сцепления равно количеству хромосом в гаплоидном наборе.
Примеры задач
Задача 1:
Немного другое оформление: сцепленные признаки записываются на «палочках», например генотип самки из нашей задачи следует записать вот так:
То есть запись говорит:
признаки АВ сцеплены друг с другом; признаки ab так же сцеплены друг с другом
Разберем на примере:
1) В условии задачи сразу указаны все признаки, заполним таблицу:
2) Первое растение дигетерозиготно, сказано, что доминантные признаки локализованы в одной хромосоме, то есть сцеплены. Причем доминантные признаки находятся на одной гомологичной хромосоме, следовательно на другой гомологичной хромосоме располагаются рецессивные признаки (цис-положение). Генотип первого растения: AB \\ ab.
Получаем всего два вида гамет (так как признаки сцеплены):
3) Так как у второго растения проявил ись рецессивные признаки, делаем вывод, что оно дигомозиготно. И его генотип: ab\\ab. Образуется только один сорт гамет: ab.
4) Наконец, составим схему скрещивания:
И ответим на последний вопрос задачи — про закон:
Но случается, что даже гены из одной группы сцепления (локализованные в одной хромосоме) наследуются раздельно, то есть «расцепляются».
Для примера, возьмем скрещивание из предыдущей задачи.
При таком же скрещивании может получиться и 4 фенотипические группы (вместо положенных 2) в потомстве, как и при независимом наследовании. Это объясняется возможностью кроссинговера между гомологичными хромосомами (тем, кто не понимает о чем речь, советую прочитать статью кроссинговер ).
Допустим если у особи признаки AB сцеплены, то при образовании гамет, если произойдет кроссинговер, есть вероятность, что участок хромосомы, в котором закодирован один из генов «перескочит» на другую гомологичную хромосому, и сцепление нарушится. На примере нашей задаче, в случае кроссинговера скрещивание будет следующим:
Чем дальше друг от друга находятся гены в хромосоме, тем больше вероятность того, что сцепленные гены, будут «разлучены» при рекомбинации, происходящей во время кроссинговера.
И соответственно, чем ближе друг к другу расположены гены в хромосоме, тем вероятность их разъединения.
Эта зависимость вероятности разделения генов кроссинговером и расстояния между генами оказалась настолько «удобной», что расстояние между генами измеряют в процентах вероятности их разъединения при кроссинговере. По формуле:
Единица эта называется морганида. Назвали единицу в честь известного генетика Томаса Моргана, который изучал это явление
1 морганида = 1% вероятности, что сцепленные гены, в результате кроссинговера, окажутся на разных гомологичных хромосомах
Хромосомная теория
Хромосомная теория наследственности
Концепция данной теории заключается в том, что передача наследственной информации в ряду поколений осуществляется путем передачи хромосом, в которых в определенной линейной последовательности расположены гены.
Данная теория была сформулирована в начале XX века. Значительный вклад в ее развитие внес американский генетик Томас Морган.
Группы сцепления
В предыдущей статье были раскрыты суть и применение в задачах III закона Менделя, закона независимого наследования, в основе которого лежат гены, расположенные в разных хромосомах. Но что если гены лежат в одной хромосоме? Такие гены образуют группу сцепления, в этом случае говорят о сцепленном наследовании.
Сцепление генов
Далее Морган применил анализирующее скрещивание. Полученную в первом поколении дигетерозиготу (AaBb) он скрестил с черной особью с зачаточными крыльями (aabb). Результат весьма удивил Моргана и его коллег: помимо потомства с ожидаемыми фенотипами (серое тело + длинные крылья, черное тело + зачаточные крылья) были получены особи со смешанными признаками.
Потомство со смешанными признаками подразумевает под собой особи Aabb (серое тело + зачаточные крылья) и aaBb (черные тело + длинные крылья). Но откуда они могли взяться, если гены A и B находятся в одной хромосоме? Значит, образовались еще какие-то дополнительные гаметы, помимо AB и ab?
Пример решения генетической задачи №1
«Катаракта и полидактилия у человека обусловлены доминантными аутосомными генами, расположенными в одной хромосоме. Гены полностью сцеплены. Какова вероятность родить здорового ребенка в семье, где муж нормален, жена гетерозиготна по обоим признакам, мать жены также страдала обеими аномалиями, а отец был нормален».
Пример решения генетической задачи №2
«Гены доминантных признаков катаракты и эллиптоцитоза локализованы в 1-й аутосоме. Гены неполностью сцеплены. Женщина, болеющая катарактой и эллиптоцитозом, отец которой был здоров, выходит замуж за здорового мужчину. Определите возможные фенотипы потомства и вероятность рождения больного обеими аномалиями ребенка в этой семье».
Ключевые слова в тексте этой задачи, на которые следует обратить внимание: «гены неполностью сцеплены». Это означает, что между ними происходит кроссинговер.
Наследование, сцепленное с полом
Природа, несомненно, бережет женских особей. Женщины имеют две гомологичные хромосомы XX, и если ген наследственного заболевания попал в одну из X-хромосом, то чаще всего в другой X-хромосоме окажется «здоровый» ген, доминантный, которой подавит действие рецессивного гена. С генетической точки зрения, женщина будет носительницей заболевания, может его передать по поколению, но сама болеть не будет.
У мужчин если ген заболевания оказался в X-хромосоме, то не проявиться он не может. Именно по этой причине мужчины чаще страдают дальтонизмом, гемофилией и т.д.
Пример решения генетической задачи №3
«Рецессивный ген дальтонизма располагается в X-хромосоме. Женщина с нормальным зрением (отец был дальтоник) выходит замуж за мужчину с нормальным зрением, отец которого был дальтоником. Определите возможные фенотипы потомства».
Пример решения генетической задачи №4
Пример решения генетической задачи №5
«Рецессивные гены, кодирующие признаки дальтонизма и гемофилии, сцеплены с X-хромосомой. Мужчина с нормальным цветовым зрением и гемофилией женится на здоровой женщине, отец которой был дальтоником, но не гемофиликом. Известно, что мать женщины была гомозиготна по исследуемым признакам. Какое потомство получится от брака их дочери со здоровым мужчиной?»
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Что ребенок наследует от отца? И при чем тут анализ ДНК
По мнению большинства обывателей, наследование индивидуальных черт строения тела, болезней и предрасположенностей к тем или иным видам деятельности – это генетическая рулетка. Однако, это не так. По данным исследований, проведенных британскими учеными, наследование генов от отца и матери происходит в равной мере, однако агрессивность последних различна. Отцовские гены имеют более выраженную агрессивность, именно поэтому ребенок так часто имеет сходные внешние черты с отцом.
Y-хромосома: что это?
Генотип мужчины можно схематично представить как XY, что означает различный состав половых хромосом у представителей мужского пола. Y-хромосома содержит сцепленные с ней аллельные гены, которые специфичны только для мужской ДНК.
Отцовская хромосома определяет пол ребенка
Пол ребенка формируется посредством передачи половой хромосомы от матери (всегда Х) и половой хромосомы от отца (может быть как Х, так и Y – вероятность того или иного исхода 50%). Если в процессе образования зиготы сперматозоид передаст Y-хромосому, то на свет родится мальчик, если X-хромосому, то появится девочка.
Механизм, отвечающий за передачу той или иной части ДНК мужчины, до сих пор неизвестен. Однако имеется статистический факт, согласно которому: если у родителей мужчины рождались преимущественно дочки, то скорее всего большинство его детей будут иметь женский пол, и, наоборот, если у родителей мужчины на свет появлялись в основном мальчики, то его дети будут иметь мужской пол. По поводу мужчин, у которых нет родных братьев и сестер, однозначно нельзя предсказать пол будущих детей.
Заболевания, передающиеся от отца к сыну
К сожалению, гены, связанные с Y-хромосомой, всегда имеют доминантный характер. Существует большое количество заболеваний, которые передаются только от отца к сыну:
Также существуют исследования, которые декларируют, что предрасположенность к заболеваниям сердечно-сосудистой системы также передается от отца к сыну. Девочки не наследуют от отцов предрасположенность к развитию заболеваний, связанных с патологическими изменениями в функционировании сердечно-сосудистой системы.
Заболевания, передающиеся от отца к дочери
Девочки больше защищены от «некачественных» отцовских генов нежели мальчики. Проявление той или иной патологии зависит от характера аллельных генов, сцепленных с отцовской и материнской Х-хромосомой. Если патологические гены, передаваемые от отца, окажутся рецессивными, а мамины доминантными, то девочка будет носителем патологии, которая у неё не будет проявляться. Про рецессивные и доминантные гены в наследовании внешних признаков (цвет волос, глаз и прочее) можно прочитать в нашей статье.
Однако если папина Х-хромосома все же окажется доминантной, то у дочери могут развиться следующие патологии:
Отцовские гены определяют рост ребенка
Согласно современным научным данным рост ребенка определяется более чем восьмьюдесятью генами, которые наследуются от папы и от мамы. Однако существуют исследования, которые указывают на то, что рост ребенка в большей степени зависит от отцовских генов. Подтверждением данной теории является тот факт, что инсулиноподобный фактор роста (посредник действия гормона роста) экспрессируется генами, которые сцеплены с мужской хромосомой. Гены матери экспрессируют инсулиноподобный рецептор гормона роста, который посредством связывания соматотропного гормона, замедляет рост человека.
Важно отметить, что рост родителей прямым образом не коррелирует с ростом ребенка. Так, например, если мама ребенка высокая, а отец нет, то нельзя однозначно определить длину их будущего чада. Рост ребенка определяется «борьбой» генов матери и отца, которые отвечают за данный параметр.
Британские ученые в недавних исследованиях обнаружили занимательный факт: чем старше отец, тем более высокие получаются дети. На данный момент биологического обоснования этому факту нет, однако существует целый статистические перечень, подтверждающий обнаруженную в Англии закономерность.
Случай из нашей практики
К сожаление, к нам часто обращаются клиенты с целью провести тест на отцовство или материнство, в случае, когда у ребенка обнаруживается то или иное генетическое заболевание. Потому что не понимают, как, например, абсолютно здоровый отец может передать ребенку генетическое заболевание. Но это не совсем так. Оба родители могут иметь определенный набор генов, отвечающие за предрасположенность к конкретному заболеванию, и эти предрасположенности могу подавляться «нормальными генами». Например, если оба родители не болеют муковисцидозом, но являются носителями этого гена, то с вероятностью 25% у них может родится ребенок с таким заболеванием.
Как понять что гены сцеплены
Анализ сцепления — метод картирования генов, использующий семейные исследования для определения связи между двумя генами при их передаче от одного поколения другому. Для того чтобы решить, что два локуса сцеплены и, если да, то как сильно, мы основываемся на двух видах информации.
Во-первых, мы устанавливаем, значимо ли отклоняется частота рекомбинации Q между двумя локусами от 0,5; определение сцепления между двумя локусами эквивалентно выяснению того, отличается ли доля рекомбинаций между ними от 0,5 ожидаемой для несцепленных локусов.
Во-вторых, если доля рекомбинаций менее чем 0,5, нужно оценить ее наилучшим образом, поскольку это покажет, насколько тесно сцеплены локусы. В обоих случаях применяют статистический метод отношения правдоподобия. Правдоподобие — меры вероятности, шансы — отношения правдоподобия. Отношения правдоподобия рассчитывают следующим образом.
Изучают фактические семейные данные, подсчитывают число детей, имеющих рекомбинацию между локусами и, наконец, вычисляют правдоподобие (вероятность) наблюдаемого значения Q в интервале от 0 до 0,5. Затем вычисляют вторую вероятность, основанную на гипотезе, что два локуса не сцеплены, т.е. Q=0,50. Мы рассматриваем отношение правдоподобия наблюдаемых в семейных данных значений Q и правдоподобия при условии отсутствия сцепления между локусами и тем самым получаем отношение шансов:
1) Правдоподобие данных, если локусы сцеплены с некоторым коэффициентом Q
2) Правдоподобие данных, если локусы не сцеплены (Q = 0)
Вычисленные отношения шансов для значений Q обычно представляют в форме десятичных логарифмов и называют LOD-оценкой (Z) логарифма шансов (log of the odds). (Использование логарифмов позволяет объединять данные, полученные из разных семей простым сложением).
Анализ сцепления менделирующих болезней, основанный на моделях (прототипах)
• Анализ сцепления называют модельным (или параметрическим), если допускают, что существует конкретный тип наследования (аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный или Х-сцепленный), объясняющий наследование признака.
• Анализ LOD-оценки допускает картирование генов, мутации в которых вызывают болезни, передающиеся по менделирующему типу.
• LOD-оценка дает:
— наилучшую оценку частоты рекомбинации (Qmax) между маркерным локусом и локусом болезни;
— оценку того, насколько хорошо подтверждается сцепление этой величиной Qmax. Величины LOD-оценки более 3 считают надежным подтверждением.
• Сцепление с конкретным значением Qmax локуса гена болезни и маркера с известной физической позицией подразумевает, что локус гена болезни должен располагаться около маркера.
Отношение шансов важно в двух смыслах. Во-первых, оно обеспечивает статистически правильный метод для использования семейных данных при оценке частоты рекомбинации между локусами. Дело в том, что статистическая теория гласит, что величина, дающая наибольшую величину Z, фактически, наилучшая оценка доли рекомбинации, которую можно сделать, основываясь на имеющихся данных. Эта величина называется Qmax. Если Q отличается от 0,50, мы получаем подтверждение сцепления.
Тем не менее хотя Qmax — наилучшая оценка Q, насколько она хороша? Отношение шансов отвечает и на этот вопрос, поскольку, гем выше велигина Z, тем лугше оценка Qmax. Положительные величины Z (шансы >1) при данной Q указывают, чтобы два локуса сцеплены, тогда как отрицательные (шансы 
Максимальная величина Z равна 1,81, встречающаяся, когда Q=0, и предполагает, но не уверенно, наличие сцепления, поскольку значение Z — положительное, но меньше 3.
Объединение информации LOD-оценки из разных семей
Таким же образом, каждый мейоз в семье, производящей нерекомбинантное или рекомбинантное потомство — независимый случай, так же независимы и мейозы, происходящие в других семьях. Следовательно, мы можем перемножить вероятности в числителе и знаменателе отношений правдоподобия отдельных семей. Аналогичное, но более удобное вычисление — сложить десятичные логарифмы (log10) всех вычисленных отношений правдоподобия, формируя общую Z-оценку для всех семей.
Родословная наследования пигментного ретинита
В случае пигментного ретинита на рисунке, предположим, что изучались две других семьи и в одной не обнаружена рекомбинация между локусом 2 и пигментным ретинитом у четырех детей, а в третьей нет рекомбинации у пяти детей. Для каждой семьи рассчитаны индивидуальные LOD-оценки, затем сложенные вместе. В этом случае, можно было бы говорить, что ген пигментного ретинита в этой группе семей сцеплен с локусом 2.
Поскольку хромосомная позиция полиморфного локуса 2 известна — 7р14, пигментный ретинит в этой семье может картироваться в области вокруг 7р14, рядом с локусом RP9, уже определенным для одной из форм аутосомно-доминантного пигментного ретинита.
Если некоторые анализируемые семьи имеют пигментный ретинит из-за мутаций в другом локу-се, оценки LOD между семьями будут расходиться: некоторые будут показывать небольшую положительную, другие — резко отрицательную оценку. Можно все еще складывать Z-оценки вместе, но результат даст быстрый спад в общей LOD-оценке. Таким образом, при анализе сцепления, включающем более одной семьи, не заподозренная гетерогенность локуса может скрывать сцепление, существующее в подмножестве семей.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021