Обидва поняття запровадив 1926 р. О. Фогтдля опису варіювання мутантних фенотипів.
Експресивність– це ступінь проявумутантної ознаки у фенотипі. Наприклад, мутація eyelessу дрозофіли викликає редукцію ока, ступінь якої неоднакова у різних особин.
Пенетрантність –це частота,або ймовірність проявумутантного фенотипу серед усіх особин, що несуть цю мутацію. Наприклад, 100% пенетрантність рецесивної мутації означає, що у всіх гомозиготних особин вона проявляється у фенотипі. Якщо ж фенотипно вона виявляється лише у половини особин, то пенетрантність мутації дорівнює 50%.
Умовні мутації
Ці мутації проявляються лише за виконання певних умов.
Температуро-чутливі мутації. Мутанти цього типу живуть і розвиваються нормально за однієї ( пермісивний) температурі та виявляють відхилення при іншій ( рестриктивної). Наприклад, у дрозофіли виділяють холодочутливі (при 18°С) ts -мутації (temperature sensitive) та теплочутливі (при 29°С) ts -Мутації. При 25°З зберігається нормальний фенотип.
Мутації чутливості до стресу. У даному випадкумутанти розвиваються і зовні виглядають нормально, якщо їх не піддавати будь-яким стресуючим впливам. Так, мутанти sesB (stress sensitive) дрозофіли в звичайних умовахне виявляють будь-яких відхилень.
Однак, якщо різко струсити пробірку, у мух починаються судоми і вони не здатні рухатися.
Ауксотрофні мутації у бактерій. Вони виживають тільки на повному середовищі або ж на мінімальному, але з добавкою тієї чи іншої речовини (амінокислоти, нуклеотиду і т. д.).
Методи обліку мутацій
Особливості методів обліку мутацій. Методи виявлення мутацій мають бути різними залежно від способу розмноження організму. Видимі морфологічні змінивраховуються легко; складніше визначити фізіологічні та біохімічні зміни у багатоклітинних організмів. Найлегше виявляються видимі домінантнімутації, які можуть виявлятися в гетерозиготному стані в першому поколінні, важче аналізувати рецесивні мутації, їх необхідно переводити в гомозиготний стан.
Для добре вивчених у генетичному відношенні об'єктів (дрозофілу, кукурудзи, ряду мікроорганізмів) вивчення нової мутації проводити досить легко. Наприкладдля дрозофіли розроблені спеціальні методики обліку частоти мутацій.
Метод СlВ. Меллерстворив лінію дрозофіл СlВ (Сі Ель Бі) у якої одна з Х-хромосом маркована домінантним геном Bar (В) і інверсією, названої З . Ця інверсія перешкоджає кросинговеру і має рецесивний летальним ефектом – l. Тому лінія і названа СlВ .
Самок цієї лінії-аналізаторасхрещують із самцями з досліджуваної вибірки. Якщо самці взяті з природної популяції, можна оцінити частоту леталей у ній. Або ж беруть самців, оброблених мутагеном. І тут оцінюється частота летальних мутацій, викликаних цим мутагеном.
У F 1відбирають самок СlВ/+, гетерозиготних за мутацією Bar, і схрещують індивідуально (кожну самку в окремій пробірці із самцем дикого типу). Якщо в хромосомі, що перевіряється немає мутації, то в потомстві буде два класи самок і один клас самців ( B +), оскільки самці СlВгинуть через наявність літаючих l , тобто. загальне розщеплення по підлозі буде 2:1 (Див. малюнок).
Якщо ж у дослідній хромосомі є летальна мутація l m , то в F 2 будуть лише самки, оскільки самці обох класів загинуть - в одному випадку через наявність літали в Х-хромосомі СlВ, в іншому – через наявність літали l m у досвідченій Х-хромосомі (див. рисунок). Визначаючи відношення числа Х-хромосом (пробирок з індивідуальними схрещуваннями), в яких виникла леталь, до загального числа вивчених Х-хромосом (пробирок), підраховують частоту летальних мутацій у певній групі
Меллер неодноразово модифікував свій метод виявлення леталей Х-хромосомі дрозофіли, внаслідок чого з'явилися такі лінії - аналізатори, як Mu-5 , а пізніше – лінії – балансери Basc, Binsnта ін.
Метод Cy L/Pm . Для обліку летальних мутацій у автосомахдрозофіли використовують лінії збалансованих леталів. Для прояву рецесивної летальної мутації в автосомі теж необхідно, щоб вона виявилася у гомозиготному стані. Для цього необхідно поставити два схрещування, а облік нащадків вести у F 3. Для виявлення леталей в другийхромосомі використовують лінію Cy L/Pm (Сай Ел Пі Ем) (див. рисунок).
У мух цієї лінії другій хромосомірозташовані дві домінантні мутації Cy (Curly - Загнуті крила ) і L (Lobe - маленькі часточкові очі ) , кожна з яких у гомозиготному стані викликає летальний ефект Мутації є протяжними інверсіїу різних плечах хромосоми. Обидві вони замикають» кросинговер. У гомологічній хромосомі також є домінантна мутація – інверсія Pm (Plum – карі очі). Аналізованого самця схрещують із самкою з лінії CyL/Pm (на малюнку показані в повному обсязі класи нащадків).
У F 1відбирають самців Cy L/Pm + і індивідуальносхрещують їх із самками вихідної лінії Cy L/Pm . У F 2відбирають самців та самок Cy L , У яких гомологічна хромосома є випробуваною. Внаслідок схрещування їх між собою виходить три класи нащадків. Один із них гине через гомозиготність за мутаціями Cy і L Ще один клас нащадків - це гетерозиготи Cy L/Pm +, а також клас гомозигот за випробуваною хромосомою. У результаті виходять мухи Cy L і Cy + L + у співвідношенні 2:1 .
Якщо у випробуваній хромосомі відбулася летальна мутація, у потомстві від останнього схрещування будуть тільки мухи Cy L . За допомогою такого методу можна враховувати частоту рецесивних летальних мутацій у другій хромосомі дрозофіли.
Врахування мутацій в інших об'єктів. Аналогічні методиВиявлення мутацій розроблено і для інших об'єктів. В основу їх покладено ті самі принципи:
1) виявити рецесивнумутацію можна, переводячи її в гомо-або гемізиготнестан,
2) врахувати точно частоту мутацій можна лише за умови відсутності кросинговерау гетерозиготних особин.
Для ссавців(миша, кролик, собака, свиня та ін.) розроблено методику обліку частоти виникнення домінантних летальнихмутацій. Про частоту мутацій судять з різниці між числом жовтих тіл у яєчнику та розвиваються ембріоніву розкритої вагітної самки.
Врахування частоти виникнення мутацій в людинидуже утруднений, проте генеалогічний аналіз , тобто. аналіз родоводів дозволяє встановити виникнення нових мутацій. Якщо родовід подружжя протягом кількох поколінь не зустрічався якийсь ознака, а в одного з дітей він з'явився і став передаватися наступним поколінням, значить мутація виникла в гаметі одного з цих подружжя.
Облік мутацій у мікроорганізмів. Вивчати мутації у мікроорганізмів дуже зручно, тому що всі гени у них в однині і мутації виявляються вже у першому поколінні.
Мутантів легко знайти методом відбитків, або реплік, який запропонували подружжя е..і Дж. Ледербергі.
Для виявлення у Е. сoli мутацій стійкості до бактеріофага Т1 бактерії висівають на живильний агар, щоб утворилися окремі колонії. Потім за допомогою оксамитової репліки ці колонії передруковують на чашки з суспензією нанесеної частинок фага Т1. Більшість клітин вихідної чутливої ( TonS ) культури не утворюватиме колоній, оскільки їх лізує бактеріофаг. Виростуть лише окремі мутантні колонії ( TonR ), стійкі до фагу. Підраховуючи кількість колоній у контрольному та досвідченому (наприклад, після опромінення ультрафіолетовим світлом) варіантах, легко визначити частоту індукованих мутацій.
Пенетрантність – частота прояву гена. Визначається за відсотком особин у популяції у складі несучих ген, які він проявився. При повній пенетрантності домінантний або гомозиготно-рецесивний алель проявляється у кожної особини, а при неповній пенетрантності – у частини особин.
Експресивність - ступінь фенотипного прояву гена як міри сили його дії, що визначається за ступенем розвитку ознаки. На експресивність можуть впливати гени – модифікатори та фактори середовища. У мутантів з неповною пенентрантністю часто змінюється експресивність. Пенетрантність – явище якісне, експресивність кількісне.
У медицині пенетрантність - це частка людей з цим генотипом, які мають хоча б один симптом захворювання (іншими словами, пенетрантність визначає ймовірність захворювання, але не його тяжкість). Деякі вважають, що пенетрантність змінюється з віком, наприклад, при хворобі Гентінгтона, проте зазвичай відмінності у віці початку захворювання приписують мінливій експресивності. Іноді пенетрантність залежить від факторів довкіллянаприклад, при недостатності Г-6-ФД.
Пенетрантність може мати важливе значення при медико-генетичному консультуванні у разі аутосомно-домінантних захворювань. Здорова людина, у якої один з батьків страждає на подібне захворювання, з точки зору класичного успадкування не може бути носієм мутантного гена. Однак, якщо враховувати можливість неповної пенетрантності, то картина зовсім інша: зовні здорова людинаможе мати мутантний ген, що не виявляється, передати його дітям.
Методи генної діагностики дозволяють визначити, чи є у людини мутантний ген, і відрізнити нормальний ген від мутантного гена, що не виявляється.
На практиці визначення пенетрантності часто залежить від якості методів дослідження, наприклад, за допомогою МРТ можна виявити симптоми хвороби, які раніше не виявляли.
З точки зору медицини ген вважають таким, що проявився навіть при безсимптомному захворюванні, якщо виявлено функціональні відхилення від норми. З точки зору біології ген вважають таким, що проявився, якщо він порушує функції організму.
Хоча зазвичай говорять про пенетрантність та експресивність аутосомно-домінантних хвороб, ці ж принципи застосовні при хромосомних, аутосомно-рецесивних, Х-зчеплених та полігенних хворобах.
Розвиток зародка протікає при безперервній взаємодії спадкових і зовнішніх факторів. У процесі таких взаємовідносин формується фенотип, що фактично відображає результат реалізації спадкової програми у конкретних умовах середовища. Незважаючи на те, що внутрішньоутробний розвиток зародка у ссавців відбувається у відносно постійному середовищі оптимальних умовах, вплив зовнішніх несприятливих чинників у період зовсім виключено, особливо за її зростаючому накопиченні у навколишньому середовищі у зв'язку з технічним прогресом. В даний час людина у всі періоди свого життя піддається впливу хімічних, фізичних, біологічних та психологічних факторів.
Експериментальне вивчення розвитку тварин призвело до уявлення про так звані критичні періоди у розвитку організмів. Під цим терміном розуміють періоди, коли зародок найбільш чутливий до дії, що пошкоджує, різноманітних факторів, які можуть порушити нормальний розвиток, тобто. це періоди найменшої стійкості зародка до чинників довкілля.
| Попередні матеріали: |
Пенетрантність (penetrance, лат. penetrantis- Проникає, що досягає) - Частота або ймовірність прояву алелю певного гена у різних особин спорідненої групи організмів (ступінь прояву алелю у окремої особи називають експресивністю). Розрізняють повну (аллель проявляється у всіх особин) і неповну пенетрантність (аллель проявляється у частини особин). Більшість мутантних алелів характеризується неповною пенетрантністю. Пенетрантність виявляється у % (повна пенетрантність - 100 %). Термін «Пенетрантність» запропонований М. В. Тимофеєвим-Ресовським у 1927 р.
Існуючі визначення цього терміна неоднозначні, та його часто плутають. У медицині пенетрантність - це частка людей з цим генотипом, які мають хоча б один симптом захворювання (іншими словами, пенетрантність визначає ймовірність захворювання, але не його тяжкість). Деякі вважають, що пенетрантність змінюється з віком, наприклад при хворобі Гентінгтона, проте зазвичай відмінності у віці початку захворювання приписують мінливій експресивності. Іноді пенетрантність залежить від факторів навколишнього середовища, наприклад, при недостатності Г-6-ФД.
Пенетрантність може мати важливе значення при медико-генетичному консультуванні у разі аутосомно-домінантних захворювань. Здорова людина, у якої один з батьків страждає на подібне захворювання, з точки зору класичного успадкування не може бути носієм мутантного гена. Однак якщо враховувати можливість неповної пенетрантності, то картина зовсім інша: зовні здорова людина може мати мутантний ген, що не виявляється, передати його дітям.
Методи генодіагностики дозволяють визначити, чи є у людини мутантний ген, і відрізнити нормальний ген від мутантного гена, що не виявляється.
На практиці визначення пенетрантності часто залежить від якості методів дослідження, наприклад, за допомогою МРТ можна виявити симптоми хвороби, які раніше не виявляли.
З точки зору медицини ген вважають таким, що проявився навіть при безсимптомному захворюванні, якщо виявлено функціональні відхилення від норми. З точки зору біології ген вважають таким, що проявився, якщо він порушує функції організму.
Хоча зазвичай говорять про пенетрантність та експресивність аутосомно-домінантних хвороб, ці ж принципи застосовні при хромосомних, аутосомно-рецесивних, Х-зчеплених і полігенних хворобах.
Пенетрантністю алелі називають частоту його прояви у популяції. Експресивністю алелі називають вираженість його прояви в однієї особини. При повній пенетрантності алелі ознака спостерігається у всіх особин популяції. При неповній пенетрантності ознака не у всіх особин.
Пенетрантність у генетиці - це частка осіб із цим генотипом, у яких він фенотипно проявляється. Якщо хвороба проявляється не у всіх осіб відповідного генотипу, говорять про неповну пенетрантність гена.
Ген, наявний в генотипі в необхідній для прояву кількості (1 алель для домінантних ознак і 2 алелі для рецесивних) може виявлятися у вигляді ознаки різною мірою у різних організмів (експресивність) або взагалі не виявлятися (пенетрантність). Причини:
- модифікаційна мінливість (вплив умов довкілля)
- комбінативна мінливість (вплив інших генів генотипу).
Експресивність- Ступінь фенотипічного прояву алелю. Наприклад, алелі груп крові АВ0 у людини мають постійну експресивність (завжди виявляються на 100%), а алелі, що визначають забарвлення очей, – мінливу експресивність. Рецесивна мутація, що зменшує кількість фасеток ока у дрозофіли, у різних особин по-різному зменшує кількість фасеток аж до повної їх відсутності.
Пенетрантність- Імовірність фенотипного прояву ознаки за наявності відповідного гена. Наприклад, пенетрантність уродженого вивиху стегна в людини становить 25%, тобто. хворобою страждає лише 1/4 рецесивних гомозигот. Медико-генетичне значення пенетрантності: здорова людина, у якої один з батьків страждає на захворювання з неповною пенетрантністю, може мати мутантний ген, що не виявляється, і передати його дітям.
Прояв дії гена має певні показники.
Один і той же мутантний ген у різних організмів може проявити свій ефект по-різному. Це зумовлено генотипом даного організму та умовами зовнішнього середовища, за яких протікає його онтогенез.
Фенотипове прояв гена може варіювати за рівнем вираженості ознаки. Це М.
В. Тимофєєв-Ресовський ще 1927 р. запропонував називати експресивністю гена. Дія гена може бути більш менш константним, стійким у своєму прояві або нестійким, варіабільним. З мінливістю прояви мутантного гена у різних організмів ми справді зустрічаємося досить часто. У дрозофіли є «безока» мутантна форма (eyeless) з сильно редукованим числом фасеток. Переглядаючи потомство однієї батьківської пари, можна побачити, що з одних мух очі майже повністю позбавлені фасеток, тоді як в інших число фасеток у власних очах сягає половини нормального числа.
Таке ж явище спостерігається у реалізації багатьох ознак і в інших тварин та рослин.
Одна і та сама мутантна ознака може виявлятися в одних і не виявлятися в інших особин родинної групи. Це явище М. В. Тимофєєв-Ресовський назвав пенетрантністюпрояви гена. Пенетрантність вимірюється за відсотком особин у популяції, що мають мутантний фенотип.
При повній пенетрантності (100%) мутантний ген виявляє свою дію у кожної особини, яка має; при неповній пенетрантності (менше 100%) ген виявляє свій фенотипічний ефект не у всіх особин.
Експресивність, як і пенетрантність, обумовлена взаємодією генів у генотипі та різною реакцією останнього на фактори зовнішнього середовища. Експресивність та пенетрантність характеризують фенотипічний прояв гена. Пенетрантність відбиває гетерогенність ліній, популяцій за основному гену, визначальному конкретний ознака, а, по генам - модифікаторам, створюючим генотипове середовище для прояви гена.
Експресивність є реакцією подібних генотипів на середовище. Обидва вказані явища можуть мати пристосувальне значення для життя організму та популяції, і тому експресивність та пенетрантність прояву гена підтримуються. природним відбором. Ці два явища дуже важливо враховувати і за штучного відбору.
Експресивність гена у розвитку залежить від впливу чинників довкілля.
Найлегше поки що вдається простежити вплив різних зовнішніх агентів на мутантні гени. Так, у кукурудзи відомі мутантні гени, що визначають карликовість рослин, позитивний геотропізм (рослини, що нахиляються) та ін. В основі дії цих генів лежать відповідні біохімічні зміни. Відомо, наприклад, що з нормального зростання рослини необхідні ростові речовини типу ауксинов. У мутантної карликової форми кукурудзи ауксин виробляється нормально, але ген карликовості гальмує утворення ферменту, який окислює ауксин, внаслідок чого знижена активність ауксину, що призводить до гальмування росту рослин.
Якщо на таку рослину впливати під час зростання гібереліновою кислотою, то рослина прискорює ріст і стає за фенотипом невідмінною від нормального.
Добавка гиббереллиновой кислоти заповнює те, що мала б зробити нормальна алель гена карликовости.
Вплив гіберелінової кислоти на ріст кукурудзи
З цього прикладу видно, що ген контролює утворення певного ферменту, який змінює характер росту рослин. Таким чином, знаючи механізм дії мутантного гена, можна виправляти і нормалізувати дефекти, що викликаються ним.
Згадаймо, що гімалайське забарвлення кролика визначається одним членом серії множинних алелів - с11.
Звичайне фенотипове прояв цього гена при нормальній температурі(близько 20 °) характеризується тим, що при загальному білому забарвленні вовни кінчики лап, вуха, ніс та хвіст кролика виявляються чорними.
Фенотипова зміна фарбування вовни гімалайського кролика під впливом різних температур
Таке забарвлення залежить як від певних біохімічних реакцій, які у шкірі, що з виробленням меланістичних пігментів, і від температури довкілля.
На тому ж малюнку показано, що кролик, вирощений при температурі вище 30 °, виявляється білим. Якщо ж вищипати невелику ділянку білої вовни і потім систематично її охолоджувати, то на ній виростає чорна шерсть. У разі дія температури позначається прояві гена, впливаючи вироблення певних ферментів.
У рослини примули відомий ген забарвлення квітки, який також виявляє свою дію в залежності від температури.
Якщо рослини вирощуються при температурі 30-35 ° і високій вологості, то квітки будуть білими, а при нижчій температурі - червоними.
Ще в 1935 р. Ф. А. Смирнов провів роботу з вивчення числа індукованих мутацій у дрозофіли: летальних, семилітальних та мутацій з підвищеною та нормальною життєздатністю, та виявив різне співвідношення перерахованих класів у різних температурних умовах.
Пізніше це підтвердилося і на популяціях Drosophila pseudoobscura. З дикої популяції цього виду були виділені мутанти, які нормально розвивалися при температурі 16,5°, при 21° були напівлегальними, а при 25° виявлялися повністю летальними. Такі дослідження тепер ведуться на мутаціях мікроорганізмів.
Ці мутації називаються amber-мутаціями.
У вершника Habrobracon hebitor відомий ген kidney (k). Він має майже 100% пенетрантність як леталь при 30 °, а при низькій температурі розвитку майже не проявляється. Такого типу залежність пенетрантності від умов середовища відома для більшості мутацій у всіх тварин, рослин та мікроорганізмів.
Дія одного і того ж фактора зовнішнього середовища позначається по-різному на різних генах, і різні факторипо-різному впливають на прояв одного й того ж гена.
Вивчення впливу факторів довкілля показало, що деякі рецесивні гени, які у звичайних умовах у гетерозиготному стані фенотипно не виявляються, можуть проявитися за змінених умов.
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.
Однокласники
Жодні ознаки не успадковуються. Ознаки розвиваються на основі взаємодії генотипу та середовища. Успадковується лише генотип, тобто. комплекс генів, який визначає норму біологічної реакції організму, що змінює прояв та вираженість ознак у різних умовахсередовища.
Таким чином, організм реагує на властивості довкілля. Іноді той самий ген залежно від генотипу і зажадав від умов довкілля по-різному виявляє ознака чи змінює повноту вираженості.
Ступінь прояву фенотипу – експресивністьь. Образно її можна порівняти зі ступенем тяжкості хвороби клінічній практиці. Експресивність підпорядковується законам розподілу Гаусса (деякі у малій чи середній кількості).
В основі мінливості експресивності лежать і генетичні фактори, і фактори довкілля. Експресивність – дуже важливий показникфенотипічного прояву гена Кількісно її ступінь визначають, використовуючи статистичний показник.
Експресивністьтакож є показником, що характеризує фенотипове прояв спадкової інформації.
Вона характеризує ступінь вираженості ознаки і, з одного боку, залежить від дози відповідного аллеля гена при моногенному наслідуванні або від сумарної дози домінантних алелів генів при полігенному наслідуванні, а з іншого - від факторів середовища. Прикладом служить інтенсивність червоного забарвлення квіток нічної красуні, що зменшується серед генотипів АА, Аа, аа, чи інтенсивність пігментації шкіри в людини, що збільшується у разі зростання кількості домінантних алелей у системі полігенів від 0 до 8 (див.
Мал. 3.80). Вплив середовищних факторів на експресивність ознаки демонструється посиленням ступеня пігментації шкіри у людини при ультрафіолетовому опроміненні, коли з'являється засмага, або збільшенням густоти вовни у деяких тварин залежно від зміни температурного режимуу різні сезони року.
Генетична ознака може навіть не виявлятися у деяких випадках.
Якщо ген є в генотипі, але він зовсім не проявляється - він пенетрований. (Російський вчений Тимофєєв-Рісовський 1927). Пенетрантність– кількість особин (%), які виявляють у фенотипі даний ген, стосовно кількості особин, у яких ця ознака могла б проявитися.
Пенетрантність властива прояву багатьох генів. Важливий принцип – «усі чи нічого» – або проявляється, любо немає.
- Спадковий панкреатит - 80%
- вивих стегна - 25%
- вади розвитку очей
- ретинобластома - 80%
- отосклероз - 40%
- колотокома - 10%
— Пенетрантністьвідображає частоту фенотипного прояву наявної в генотипі інформації.
Вона відповідає відсотку особин, які мають домінантний аллель гена проявився в ознака, стосовно всіх носіїв цього аллеля.
Неповна пенетрантність домінантного алелю гена може бути обумовлена системою генотипу, в якій функціонує даний аллель і є своєрідним середовищем для нього. Взаємодія неалельних генів у процесі формування ознаки може призвести при певному поєднанні їх алелів до непрояву домінантного алелю одного з них.
Хорея Гентінгтона проявляється у мимовільному посмикуванні голови. Кінцівок поступово прогресує і призводить до смерті.
Може проявитися в ранньому постембріональному періоді, зрілому віціабо не виявитися взагалі. І експресивність, і пенетрантність підтримуються природним добором, тобто.
гени, що контролюють патологічні ознаки можуть мати різну експресивність і пенетрантність: хворіють не всі носії гена, а у хворих ступінь прояву буде різним.
Прояв або неповний прояв ознаки, а також його відсутність залежить від середовища та від модифікуючої дії інших генів.
Ген може діяти плейотропно(Множинно), тобто. опосередковано впливати протягом різних реакцій та розвитку багатьох ознак. Гени можуть впливати інші ознаки на різних стадіяхонтогенезу.
Якщо ген включається в пізньому онтогенезі, виявляється незначна дія. Якщо на ранніх стадіях- Зміни більш значні.
Фенілкетанурія. У хворих є мутація, яка вимикає фермент – фенілаланін – гідролазу. Тому фенілаланін не перетворюється на тирозин. В результаті в крові кількість фенілаланіну підвищується. Якщо виявити цю патологію рано (до 1 місяця) та перевести дитину на інше харчування, розвиток йде нормально, якщо пізніше – знижений розмір головного мозку, розумова відсталість, Не розвиваються нормально, відсутня пігментація, розумові здібності мінімальні.
Плейотропність відображає інтеграцію генів та ознак.
Людина має патологічний ген, що призводить до синдрому Фанконі (порок розвитку або відсутність великого пальця, порок або відсутність променевої кістки, недорозвинення нирки, коричневі пігментні плями, нестача кров'яних тілець).
Є ген, пов'язаний із Х-хромосомою.
Несприйнятливість до інфекцій та нестача кров'яних тілець.
Домінантний ген, зчеплений з Х-хромосомою – пілонефрит, лабіринтна приглухуватість.
Синдром Марфані – павучі пальці, вивих кришталика ока, вади розвитку серця.
Генокопія(грец.
Поняття про пенетрантність та експресивність генів.
genos рід, походження + лат. copia безліч) — термін у 1957 р. запропонував
німецький генетик Нахтсхейм (H.Nachtsheim). Позначає подібні зміни однієї й тієї ознаки під впливом різних неалельних генів, які іноді називають міметичними генами гетерогенної групи.
genocopies- генокопії.
Поодинокі зміни фенотипу, зумовлені алелями різних генів, а також що мають місце в результаті різних генних взаємодій або порушень різних етапів одного біохімічного процесу з припиненням синтезу кінцевого продукту, - наприклад, у Drosophila melanogaster відомий ряд мутацій неалельних генів, що зумовлюють фенотип порушений синтез коричневого пігменту).
42. Мінливість.
Форми мінливості: модифікаційна та генотипічна, їх значення в онтогенезі та еволюції.
Мінливість
Однією з ознак життя є мінливість.
Будь-який живий організм відрізняється від інших представників виду
Мінливість- властивість живих організмів існувати в різних формах. Групова і індивідуальна мінливість - класифікація за еволюційним значенням.
Мінливість, реалізована групою організмів, називається груповою, в одного організму чи групи його клітин – індивідуальна.
-фенотипова
- Випадкова
- Модифікаційна
-генотипова
- Соматична
- генеративна (мутаційна, комбінативна)
а) генна
б) хромосомна
в) геномна
Модифікаційна мінливість
фенокопії. Фенокопії- Викликані умовами зовнішнього середовища фенотипічні модифікації, що імітують генетичні ознаки.
Мінливість буває спадкова (невизначена, індивідуальна генотипічна) та неспадкова (певна, групова, модифікаційна). Спадкова мінливість пов'язані з зміною генотипу, ненаследственная- зі зміною фенотипу під впливом умов довкілля.
Значення мод.ізм.:Адаптація-пристосування до даних умов середовища
Значення генотипу.
ізм:Матеріал для природного та штучного відбору, поширення в популяції нових спадкових змін.
43.Фенотипова мінливість та її види. Модифікації та його характеристики.
Норма реакції ознаки. Фенокопії. Адаптивний характермодифікацій.
За характером зміни ознак та механізму:
-фенотипова
- Випадкова
- Модифікаційна
Модифікаційна мінливістьвідображає зміну фенотипу під впливом факторів зовнішнього середовища (посилення та розвиток м'язової та кісткової маси у спортсменів, збільшення еритропоезу в умовах високогір'я та крайньої півночі).
Частковий випадок фенотипічної мінливості - фенокопії. Фенокопії- Викликані умовами зовнішнього середовища фенотипічні модифікації, що імітують генетичні ознаки. Під впливом зовнішніх умовна генетично нормальний організмкопіюються ознаки зовсім іншого генотипу.
Прояв дальтонізму може статися під впливом харчування, поганої психічної конституції, підвищеної дратівливості.
У людини виникає захворювання вітіліго (1% людей) – порушення пігментації шкіри. Генетичний дефект є у 30% хворих, в інших - професійне вітіліго (вплив на організм спеціальних хімічних та отруйних речовин). У Німеччині 15 років тому народжувалися діти з фекомелією – укороченими ластоподібними руками. З'ясувалося. Що народження таких дітей відбувалося, якщо мати приймала Телідомід (заспокійливий засіб, показаний вагітним).
В результаті нормальний немутантний генотип отримував мутацію.
Фенокопії з'являються в більшості випадків при дії довкілля на ранніх стадіях ембріогенезу, що призводить до уродженим захворюваннямипороків розвитку.
Наявність фенокопій ускладнює діагностику захворювань.
Дата публікації: 2015-01-26; Прочитано: 3805 | Порушення авторського права сторінки
studopedia.org - Студопедія. Орг - 2014-2018 рік. (0.003 с) ...
Експресивність (expressivity)
Експресивність (expressivity): не однаковий прояв ознаки в індивідуумів, які виявляють цю ознаку; ступінь фенотипічного прояву мутації
Прикладом може бути прояв мутації Lobe, що змінює очі у дрозофіли. Мутація домінантна, але якщо порівнювати гетерозиготні індивідууми, то, незважаючи на однаковий генотип, її прояв дуже різний. повної відсутностіочей до великих очей майже дикого типу.
У проміжку зустрічаються індивідууми з усіма можливими варіантамиочей. Це випадок варіабельної експресивності. У найпростішому випадку можна говорити про сильний і слабкий прояв ознаки, якщо аллель, що кодує цю ознаку пенетрантен. Пенетрантність є якісною характеристикою, що враховує лише прояв чи непрояв ознаки. Експресивність враховує кількісний бік прояву ознаки, якщо він проявився.
Експресивність відображає характер та тяжкість симптомів, а також вік початку захворювання.
Наочний приклад такої мінливості - МЕН типу I.
У хворих із однієї сім'ї з однією мутацією може бути гіперплазія або неоплазія як однієї, так і всіх ендокринних тканин, включаючи підшлункову залозу, паращитовидні залози, гіпофіз, а також жирову тканину. У результаті клінічна картина хвороби надзвичайно різноманітна: у хворих із однієї сім'ї можна виявити виразкову хворобу, гіпоглікемію, сечокам'яну хворобучи пухлини гіпофіза.
5.8. Експресивність та пенетрантність. Генокопії
Іноді при домінантних хворобах, для яких характерним є утворення пухлин, відмінності в експресивності обумовлені додатковими мутаціями в генах-супресорах пухлинного росту.
Такі хвороби, як хвороба Гентінгтона та полікістоз нирок, виявляються в різному віці, Часто тільки у дорослих, незважаючи на те, що мутантний ген у хворих присутній з самого народження.
До кінця не ясно, чи слід вважати мінливість віку початку хвороби результатом мінливої експресивності. З одного боку, для доказу неповної пенетрантності необхідно повне обстеженнячленів сім'ї та спостереження протягом усього їхнього життя.
З іншого боку, відсутність прояву можна як мінімальну експресивність гена.
Якщо людина, яка страждає на домінантну хворобу, хоче знати, наскільки важко буде протікати хвороба у її дитини, яка успадкувала мутацію, то вона ставить питання про експресивність. За допомогою генодіагностики можна виявити мутацію, що навіть не виявляється, але не можна передбачити діапазон експресивності мутації в цій сім'ї.
Мінлива експресивність, аж до повної відсутності прояву гена, може бути обумовлена:
- Впливом генів, розташованих в тому ж або в інших локусах;
- Впливом зовнішніх і випадкових факторів.
Наприклад, тяжкість спадкового овалоцитозу, спричиненого дефектом альфа-спектрину, залежить від ступеня експресії гена. У гетерозигот низька експресія мутантного алелю полегшує захворювання, а гомологічного алелю (транс-алелю) - посилює його.
При муковісцидозі вага прояву мутації R117H (заміни аргініну на гістидин у положенні 117 білка-регулятора мембранної провідності) залежить від цис-дії поліморфізму в сайті сплайсингу, який визначає концентрацію нормальної мРНК.
Гени, які у інших локусах, теж впливають прояв мутації. Так, тяжкість серповидноклітинної анемії залежить від генотипу локусу альфа-ланцюгів глобіну, а моногенних гіперліпопротеїдемій - від генотипу декількох локусів.
Тяжкість моногенних гіперліпопротеїдемій, порфірій та гемохроматозу залежить від режиму харчування, споживання алкоголю, куріння та фізичного навантаження. Приклад впливу випадкових факторів різний ступіньтяжкості та поширеності уражень у однояйцевих близнюків з ретинобластомою, нейрофіброматозом або туберозним склерозом.
Випадкові фактори визначають відмінності в інактивації Х-хромосоми у однояйцевих гетерозиготних дівчаток-близнюків при Х-зчепленому захворюванні або генні перебудови та мутації при дозріванні генів імуноглобулінів та антигенних рецепторів Т-лімфоцитів.
Хоча зазвичай говорять про пенетрантність та експресивність аутосомно-домінантних хвороб, ці ж принципи застосовні при хромосомних, аутосомно-рецесивних, Х-зчеплених та полігенних хворобах.
Посилання:
Ці поняття вперше запроваджено 1926 р. Н.В. Тимофеєвим Рессовським і 0. Фогтом для опису варіюючого прояву ознак і генів, що їх контролюють. Експресивністьє ступінь виразності (варіювання) однієї й тієї ознаки в різних осіб, мають ген, контролює даний ознака. Спостерігається низька та висока експресивність. Розглянемо, наприклад, різну вираженість риніту (нежиті) у трьох різних хворих (А, Б і С) з тим самим діагнозом 0РВІ.
У хворого А риніт виражений у легкого ступеня(«шморгання носом»), що дозволяє протягом дня обходитися однією хусткою; у хворого Б риніт виражений в середньому (щодня 2-3 носові хустки); у хворого С - високий ступінь вираженості риніту (5-6 хусток).
Коли говорять про експресивність не окремо взятої ознаки, а захворювання в цілому, лікарі часто оцінюють стан хворого як задовільний або середнього ступеня тяжкості, або як важкий,
у разі поняття експресивності аналогічно поняттю «тяжкість перебігу хвороби».
Пенетрантність— це ймовірність прояву однієї й тієї ж ознаки в різних осіб, які мають ген, який контролює цю ознаку. Пенетрантність вимірюється у відсотку осіб з певною ознакою від загальної кількості осіб, які є носіями гена, що контролює цю ознаку.
0на буває неповною або повною.
Прикладом захворювання з неповною пенетрантністю служить той самий риніт при 0РВІ. Так, можна вважати, що у хворого А немає риніту (але є інші ознаки захворювання), тоді як у хворих на В і С риніт є.
7 . Типи успадкування ознак, їхня характеристика. Експресивність та пенетрантність.
Тож у разі пенетрантність риніту становить 66,6%.
Приклад захворювання з повною пенетрантністю – аутосомнодомінантна хорея Гентінгтона(4р16). 0на маніфестує переважно в осіб віком 31-55 років (77% випадків), в інших хворих — в іншому віці: як у перші роки життя, так і в 65, 75 років і більше. Важливо наголосити: якщо ген цієї хвороби передано нащадку від одного з батьків, то хвороба виявиться обов'язково, в чому полягає повна пенетрантність.
Щоправда, пацієнт не завжди доживає до маніфестації хореї Гентінгтона, помираючи з іншої причини.
Генокопіювання та його причини
Генокопії (лат.
genocopia) - це подібні фенотипи, що сформувалися під впливом різних неалельних генів.
Ряд подібних по зовнішньому проявуознак, у тому числі й спадкових хвороб, може викликатись різними неалельними генами. Таке явище називається генокопією.
Біологічна природа генокопій полягає в тому, що синтез однакових речовин у клітині у ряді випадків досягається різними шляхами.
У спадковій патології людини велику роль також грають фенокопії — модифікаційні зміни.
Вони зумовлені тим, що в процесі розвитку під впливом зовнішніх факторів ознака, яка залежить від певного генотипу, може змінитися; при цьому копіюються ознаки, характерні для іншого генотипу.
Тобто це однакові зміни фенотипу, зумовлені алелями різних генів, а також такі, що мають місце в результаті різних генних взаємодій або порушень різних етапів одного біохімічного процесу з припиненням синтезу.
Виявляється як ефект певних мутацій, що копіюють дію генів або їхню взаємодію.
Одна і та сама ознака (група ознак) буває зумовлена різними генетичними причинами (або гетерогенністю). Такий ефект, на пропозицію німецького генетика Х. Нахтхайма, отримав у середині 40-х років XX ст.
назва генокопіювання.Відомі три групи причин генокопіювання.
Причини першої групипоєднує гетерогенність за рахунок полілокусності або дії різних генів, розташованих у різних локусах на різних хромосомах. Наприклад, серед спадкових хвороб обміну складних цукрів - глюкозоаміногліканів виділено 19 типів (підтипів) мукополісахаридозів. Всі типи харак-
теризуються дефектами різних ферментів, але проявляються однією і тією ж (або подібною) симптоматикою гаргоілічного дисморфізмуабо фенотипу дзвонаря Квазімодо - головного героя роману "Собор Паризької Богоматері" класика французької літератури Віктора Гюго.
Такий фенотип часто спостерігається і при муколіпідозах (порушення обміну ліпідів).
Інший приклад полілокусності – фенілкетонурія. Зараз виділено не лише її класичний тип, обумовлений дефіцитом фенілаланін-4-гідроксилази (12q24.2), але і три атипові форми: одна викликана дефіцитом дигідроптеридинредуктази (4р15.1), а ще дві - дефіцитом ферментів пірувоілтетрагідроптерин-синтетази та тетрагідробіоптерину (відповідні гени поки не визначені).
Додаткові приклади полілокусності: глікогенози (10 генокопій), синдром Еллерса-Данлоса (8), нейрофібраматоз Реклінгаузена (6), вроджений гіпотиреоз (5), гемолітична анемія(5), хвороба Альцгеймера (5), синдром Барде-Бідля (3), рак грудної залози (2).
Причини другої групипоєднує внутрішньолокусна гетерогенність.
Вона обумовлена або множинним алелізмом (див. розділ 2), або наявністю генетичних компаундів,або подвійних гетерозигот, що мають два однакові патологічні алелі в ідентичних локусах гомологічних хромосом. Приклад останнього - гетерозиготна бета-таласемія (11р15.5), що формується в результаті делецій двох генів, що кодують бета-ланцюги глобінів, що веде до підвищеного вмісту гемоглобіну HbA2 і підвищеного (або нормального) рівня гемоглобіну HbF.
Причини третьої групипоєднує гетерогенність за рахунок мутацій у різних точках одного й того ж гена.
Приклад - муковісцидоз (7q31-q32), що розвивається через наявність майже 1000 точкових мутацій у гені, що відповідає за хворобу.
За загальної довжини гена муковісцидозу (250 тис. н.п.) у ньому передбачається виявити до 5000 таких мутацій. Даний ген кодує білок, відповідальний за трансмембранне перенесення іонів хлору, що веде до збільшення в'язкості секрету екзокринних залоз (потових, слинних, під'язикових та ін) і закупорці їх проток.
Інший приклад - класична фенілкетонурія, обумовлена наявністю 50 точкових мутацій в гені, що кодує фенілаланін-4-гідроксилазу (12q24.2); всього за цієї хвороби передбачається виявити понад 500 точкових мутацій гена.
Більшість їх виникає через поліморфізм за довжиною рестрикційних фрагментів (RFLP) або за кількістю тандемних повторів (VNTP). Встановлено: головна мутаціягена фенілкетонурії в слов'янських популяціях - R408 W/
Ефект плейотропії
Вищезгадана неоднозначність характеру зв'язків між генами та ознаками виражається також у ефект плейотропіїабо плейотропної дії, коли один ген викликає формування цілого ряду ознак.
Наприклад, ген аутосомно-рецесивної атаксії-телеангіектазії, або синдрому Луї-Бар(11q23.2) відповідальний за одночасне ураження не менше шести систем організму (нервова та імунна системи, шкірні покриви, слизові оболонки органів дихання та шлунково-кишковий тракта також кон'юнктива очей).
Інші приклади: ген синдрому Барде-Бідля(16q21) обумовлює недоумство, полідактилію, ожиріння, пігментну дегенерацію сітківки; ген анемії Фанконі (20q13.2-13.3), що контролює активність топоізомерази I, викликає анемію, тромбоцитопенію, лейкопенію, мікроцефалію, аплазію променевої кістки, гіпоплазію п'ясткової кістки I пальця, пороки розвитку серця та нирок, гіпоспад .
Виділяють первинну та вторинну плейотропію.
Первинна плейотропіяобумовлена біохімічними механізмами дії мутантного білка-ферменту (наприклад, недостатністю фенілаланін-4-гідроксилази при фенілкетонурії).
Вторинна плейотропіяобумовлена ускладненнями патологічного процесу, що розвинувся внаслідок первинної плейотропії.
Наприклад, за рахунок посиленого кровотворення та гемосидерозу паренхіматозних органів у хворого з таласемією виникають потовщення кісток черепа та гепатолієнальний синдром.
Багато генетичні захворювання чітко визначаються у ній; тобто. аномальний фенотип легко відрізнити від нормального. З клінічного досвідуПроте відомо, що деякі захворювання можуть не проявлятися, хоча людина має той же генотип, який викликає захворювання у інших членів сім'ї. В інших випадках те саме захворювання може мати надзвичайно варіабельний прояв з точки зору клінічної тяжкості, діапазону симптомів або віку початку.
Фенотипова експресія аномального генотипуможе модифікуватися ефектами старіння, інших генетичних локусів чи чинниками довкілля. Відмінності в експресії можуть часто призводити до труднощів в інтерпретації діагнозу та родоводу. Є два різні механізми, які можуть пояснити відмінності в експресії: знижена пенетрантність та варіабельна експресивність.
Пенетрантність- ймовірність того, що ген матиме будь-які фенотипічні прояви. Якщо частота експресії фенотипу менше 100%, тобто. Існують особи, які мають відповідний генотип без будь-яких його проявів, кажуть, що ген має неповну пенетрантність. Пенетрантність – поняття типу «все чи нічого». Це відсоток людей із патологічним генотипом та його проявами, хоча б до певної міри.
Експресивністьтяжкість експресії фенотипу серед індивідуумів з одним патологічним генотипом. Коли тяжкість хвороби відрізняється у людей, які мають той самий генотип, кажуть, що фенотип має варіабельну експресивність. Навіть в одному родоводі два індивідууми, що несуть ті ж мутантні гени, можуть мати деякі однакові ознаки та симптоми, а інші прояви хвороби можуть відрізнятися залежно від уражених тканин та органів.
Деякі труднощіу розумінні успадкування фенотипу хвороби, що виникають внаслідок вік-залежної пенетрантності та змінної експресивності, можна розглянути на прикладі аутосомно-домінантного нейрофіброматозу НФ1. Нейрофіброматоз 1-го типу часте захворювання нервової системи, очей та шкіри, зустрічається приблизно 1 на 3500 пологів. Значних відмінностей у частоті хвороби серед етнічних груп немає.
Приклад успадкування нейрофіброматозу 1 типу – НФ1Нейрофіброматоз 1-го типу(НФ1) характеризується зростанням у шкірі численних доброякісних об'ємних пухлин, нейрофібром; присутністю численних плоских нерегулярних пігментованих ділянок шкіри, відомих як "кавові" плями або плями кольору "кави з молоком"; зростанням невеликих доброякісних пухлин (гамартом) у райдужці ока (вузликів Лиша); іноді розумовою затримкою, пухлинами ЦНС, розсіяними плексиформними нейрофібромами та розвитком злоякісних пухлин нервової системи або м'язів Таким чином, захворювання має плейотропний фенотип.
1-го типу(НФ1) вперше повністю описаний лікарем фон Реклінгаузеном у 1882 р., але, ймовірно, хвороба була відома з давніх часів. Хоча дорослі гетерозиготи майже завжди мають якісь ознаки хвороби (тобто пенетрантність у дорослих 100%), деякі можуть мати тільки «кавові» плями, ластовиння в пахвової областіі вузлики Лиша, тоді як інші можуть мати загрозливі для життя доброякісні пухлини, що зачіпають спинний мозокчи злоякісні саркоми кінцівок.
Таким чином, існує варіабельна експресивність; навіть у межах одного родоводу деякі хворі сильно уражені, а інші тільки злегка. Постановка діагнозу ускладнюється в дітей віком, оскільки симптоматика розвивається поступово з віком. Наприклад, у періоді новонародженості менш ніж половина всіх уражених має хоча б найбільше легка ознакахвороби, "кавові" плями. Пенетрантність, отже, залежить віку.
У гені NF1виявлено безліч різних мутацій, що спричиняють зниження функції продукту гена, нейрофіброміну. Приблизно у половині випадків НФ1 викликаний новою, а чи не успадкованою мутацією.
Головна генетична проблема при консультування сімей пацієнтів з НФ1- необхідність вибору між двома можливостями: хвороба пробанда спорадична, тобто. нова мутація, або пацієнт успадкував клінічно значущу форму захворювання від батька, у якого ген представлений, але слабко поводиться. Якщо пробанд успадкував дефект, ризик, що будь-який з його сибсів також успадкують це захворювання - 50%; але якщо пробанд має нову мутацію, ризик для сібс дуже невеликий.
Важливо, що і в тому, і в іншому випадку ризик того, що пацієнт передасть ген потомствустановить 50%. Враховуючи цю невизначеність, сім'ям пацієнтів з НФ1 потрібно знати, що захворювання може бути виявлено пресимптоматично і навіть пренатально за допомогою молекулярного генетичного аналізу. На жаль, молекулярна діагностика зазвичай може лише відповісти на питання, чи розвиватиметься захворювання, але не може визначити ступінь його тяжкості. За винятком асоціації повної делеції гена з дисморфіями, розумовою затримкою та великою кількістю нейрофібром ранньому віці, кореляції між тяжкістю фенотипу та конкретними мутаціями в гені NF1 не виявлено.
Інший приклад аутосомно-домінантної вади розвитку з неповною пенетрантністю. порушення поділу кисті типу ектродактилії. Порок розвитку виникає на шостому чи сьомому тижні розвитку, коли формуються кисті та стопи. Захворювання демонструє локусну гетерогенність. Виявлено принаймні п'ять локусів, хоча фактично відповідальний ген підтверджено лише у кількох із них. Неповна пенетрантність у родоводів з вадами розвитку кисті може призвести до пропуску поколінь, і це ускладнює генетичне консультування, оскільки людина з нормальними руками може передавати ген захворювання і таким чином мати хворих дітей.
Хоча загалом правила успадкування моногенних захворюваньможуть бути легко класифіковані на аутосомні або Х-зчеплені та домінантні або рецесивні, успадкування в індивідуальному родоводі може затемнюватися безліччю інших факторів, які роблять важкою інтерпретацію виду спадкування.
Діагностичні проблеми можуть бути наслідком неповної пенетрантностіабо варіабельної експресивності хвороби; на експресію гена можуть впливати інші гени та фактори навколишнього середовища; деякі генотипи не доживають до народження; може бути відсутня точна інформація про присутність захворювання у родичів або про сімейних відносинах; домінантні та Х-зчеплені хвороби можуть викликати нові мутації; і нарешті, при невеликому розмірі сім'ї, типовому сьогодні більшість розвинених країн, пацієнт може випадково виявитися єдиним хворим у ній, коли дуже важко прийняти рішення про тип наслідування.
Генетичне захворюванняможе з'являтися у будь-який час протягом усього життя людини, починаючи з раннього внутрішньоутробного розвиткудо старості. Деякі з них можуть бути летальними внутрішньоутробно, інші можуть створювати перешкоди. нормального розвиткуплоди і виявлятися пренатально (наприклад, ультрасонографією), але сумісні з живонародженням; треті можуть бути виявлені лише після народження. (Часто плутають генетичні та вроджені захворювання.
