Наследование, сцепленное с полом

Как мы уже говорили, Х-хромосома содержит множество генов, тогда как в Y-хромосоме генов очень мало. В результате аллели локусов Х-хромосомы у самцов (мужчин) находятся в гемизиготе, т. е. в единственной копии, не имеющей своей визави, тогда как самки (женщины) имеют, как и в случае «обычных хромосом», т. е. аутосом, по два аллеля, полученных от отца и от матери, которые могут оказаться в гомозиготе и гетерозиготе. Это приводит к определенным особенностям наследования признаков, кодируемых генами, расположенными в половых хромосомах, иногда их довольно нестрого называют перекрестным наследованием, или крисс-кросс-наследованием. Проще всего рассмотреть это явление на примере наследования цвета глаз у мушки дрозофилы. Глаза у нее в норме красные, красный цвет может быть разных оттенков, что определяется многими генами, но есть один ген, обозначаемый w (от white) и локализующийся в Х-хромосоме, который кодирует белок, транспортирующий пигмент в клетки глаза, потеря функции которого приводит к тому, что глаза становятся не окрашенными, т. е. белыми. В генетике дрозофилы аллели принято обозначать надстрочными символами к обозначению локуса, но если мы рассматриваем единственный аллель, не способный выполнять функцию гена (как правило – производить нормальный белок), надстрочный символ можно опустить – в наше случае такой аллель будет обозначаться просто w. Аллель дикого типа обозначается надстрочным символом +, в нашем случае это будет w⁺.

Если самец имеет красные глаза, то из наших знаний о природе гена w⁺ и его локализации на Х-хромосоме мы должны заключить, что он гемизиготен по нормальному (функциональному) аллелю W. Пусть у нас есть белоглазые самки. Если данный фенотип вызван аллелем w (а есть и другие гены с таким эффектом), то они должны быть гомозиготны по аномальному (мутантному) аллелю, ww. Скрестим тех самцов с этими самками. Наши самки производят одинаковые яйцеклетки, несущие аллель w. Сперматозоиды же самцов несут либо Y-хромосому, на которой нет аллелей нашего гена, либо Х-хромосому, несущую аллель w⁺. Сливаясь с яйцеклетками, сперматозоиды первого типа дадут самцов, гемизиготных по аллелю w, так как единственная их Х-хромосома получена от матери. Не имея ни одного функционального аллеля рассматриваемого гена, все эти самцы будут белоглазыми. Сперматозоиды второго типа будут давать гетерозиготных самок w⁺w, которые будут иметь красные глаза. Итак, мы взяли белоглазых самок и красноглазых самцов, а получили красноглазых самок и белоглазых самцов – пола поменялись цветами. Такие случаи и привели к понятию «перекрестное наследование». Но это лишь метафора, описывающая именно такую ситуацию – скрещивание самок, гомозиготных по рецессивному аллелю с самцами, гемизиготными по доминантному аллелю. Теперь скрестим самцов и самок первого поколения друг с другом. Все наши самки являются гетерозиготами w⁺w и соответственно проихводят яйцеклетки двух типов, несущие один из аллелей. Самцы также производят сперматозоиды двух типов, несущие либо Х-хромосому с аллелем w, от которых родятся самки, либо Y-хромосому, от которых родятся самцы. Поскольку самцы лишены нормального аллеля w⁺ и не передают его в потомство, цвет глаз потомства никак не зависит от отца и целиком определяется аллелем, полученным от матери. Таким образом, мы имеем аналог анализирующего скрещивания, и во втором поколении гибридов получаем соотношение красноглазых и белоглазых мух 1: 1 независимо от пола.

Теперь скрестим белоглазых самцов, которые, как мы знаем, гемизиготны по аллелю w, с красноглазыми самками, гомозиготными по нормальному аллелю, w⁺ w⁺. Наши самки производят одинаковые яйцеклетки, несущие аллель w⁺. Сперматозоиды же самцов несут либо Y-хромосому, на которой нет аллелей нашего гена, либо Х-хромосому, несущую аллель w. Сливаясь с яйцеклетками, сперматозоиды первого типа дадут самцов, гемизиготных по аллелю w⁺, так как единственная их Х-хромосома получена от матери. Сперматозоиды второго типа будут давать гетерозиготных самок w⁺w. Нетрудно понять, что все эти гибридные мухи первого поколения (F1) будут красноглазыми, так как имеют как минимум один функциональный аллель w⁺. В этом случае цвет глаз поменял мужской пол – все родительские самцы были белоглазые, все самцы первого поколения гибридов – красноглазыми. Однако цвет глаз женского пола остался какой и был. Давайте теперь скрестим самцов и самок первого поколения друг с другом. Поскольку все дочери всегда получают одну Х-хромосому от отца, а в нашем случае она несет аллель w⁺, то все они будут красноглазыми (а их генотипы будут представлены двумя классами, w⁺w и w⁺ w⁺, в соотношении 1: 1). Сыновья получают от отца Y-хромосому, но ни одного аллеля нашего гена. Таким образом, их цвет глаз целиком определяется аллелем, полученным от матери. Все матери первого поколения гибридов являются гетерозиготами w⁺w, производят поровну гаметы, несущие аллели w⁺ и w, и таковы же будут генотипы и их соотношение у сыновей. Так что в данной ситуации самцы второго поколения будут поровну и красноглазыми, и белоглазыми.

Но это мухи, а интересные гены, находящиеся в половой Х-хромосоме, имеются и у людей. Их наследование, естественно, ничем не отличается от находящихся в половых хромосомах генов дрозофилы. Мы уже упоминали про гемофилию в связи с особами королевских фамилий в Европе. Все говорит о том, что данный конкретный аллель возник благодаря мутации, случившейся не где-нибудь, а в клетках зародышевого пути самой королевы Виктории. Ген, рецессивный аллель которого определяет гемофилию, находится в Х-хромосоме. Там же находится ген, рецессивный (мутантный) аллель которого определяет дальтонизм (дефект цветового зрения). В случае генов человека нас мало интересует вопрос, что будет, если скрещивать такие-то и такие-то генотипы друг с другом, поскольку люди скрещиваются друг с другом по своему усмотрению, а не по желанию экспериментатора. Но для нас небезразлична частота встречаемости соответствующих патологических фенотипов в популяции. Обозначим как p частоту в популяции мутантного аллеля, вызывающего в гомозиготе или гемизиготе дальтонизм. Кто может сказать, с какой частотой у нас будут рождаться девочки, страдающие дальтонизмом? Чтобы страдать дальтонизмом, они должны иметь несчастье родиться гомозиготами по мутантному аллелю. Вероятность этого сложного события, т. е. выпадения мутантного аллеля дважды, для Х-хромосомы, полученной от матери, и Х-хромосомы, полученной от отца, есть p x p = p². А мальчики? У них имеется единственная Х-хромосома, полученная от матери, и если она несет мутантный аллель – они будут дальтониками. Таким образом, рождение мальчика-дальтоника – это простое случайное событие, как то попадание Х-хромосомы с мутантным аллелем от матери. Значит, мальчики с дальтонизмом будут рождаться с вероятностью p, равной частоте мутантного аллеля в популяции. Поскольку p, являясь частотой, по определению меньшей единицы, величина p много больше p ², т. е. мальчики-дальтоники рождаются гораздо чаще, чем девочки, что и имеет место в действительности.

Можно было бы порассуждать на тему, что природа-мать бережет своих дочерей, но экспериментирует, тестируя аллели на выживаемость, на сыновьях, которых и немного достаточно в качестве производителей, чтобы обеспечить потомство, тогда как каждая самка дорога, ведь ей предстоит если не воспитывать потомство, то образовывать богатые запасами яйцеклетки. Но чтобы этого не делать, достаточно вспомнить, что у многих животных гетерогаметным является женский пол. У них все схемы наследования и частоты появления самцов и самок с мутантным фенотипом в отношении генов, находящихся в половых хромосомах, остаются теми же самыми, но зеркальными в отношении самцов и самок.

Дата добавления: 2014-11-16