Критерии основных типов ядерного наследования

Для успешного определения типа наследования в конкретной родословной, необходимо знать характерные особенности, которыми обладает родословная каждого из основных типов наследования. Эти особенности обусловлены расположением генов в хромосомах и особенностями взаимодействия между их аллелями.

Существуют следующие критерии основных типов ядерного наследования.

А) Аутосомно-рецессивное наследование:

1) признак встречается относительно редко, не в каждом поколении;

2) если признак имеется у обоих родителей, то этот признак имеют все их дети;

3) признак встречается и у детей, родители которых не имеют изучаемого признака;

4) мужчины и женщины с изучаемым признаком встречаются с приблизительно одинаковой частотой.

Б) Аутосомно-доминантное наследование:

1) признак встречается часто, в каждом поколении;

2) признак встречается у детей, у которых хотя бы один из родителей имеет изучаемый признак;

3) мужчины и женщины с изучаемым признаком встречаются с приблизительно одинаковой частотой.

В) Сцепленное с Y-хромосомой, или голандрическое, наследование:

1) признак встречается часто, в каждом поколении;

2) признак встречается только у мужчин;

3) признак передается по мужской линии: от отца к сыну и т.д.

Г) Рецессивное сцепленное с Х-хромосомой наследование:

1) признак встречается относительно редко, не в каждом поколении;

2) признак встречается преимущественно у мужчин, причем у их отцов признак обычно отсутствует, но имеется у дедов (прадедов) по материнской линии;

3) у женщин признак встречается только тогда, когда он имеется и у их отца.

Д) Доминантное сцепленное с Х-хромосомой наследование:

1) признак встречается часто, в каждом поколении;

2) признак встречается у детей, у которых хотя бы один из родителей имеет изучаемый признак;

3) признак встречается и у мужчин, и у женщин, но женщин с таким признаком приблизительно в два раза больше, чем мужчин;

4) если изучаемый признак имеет мужчина, то все его дочери будут иметь этот признак, а у всех его сыновей этот признак будет отсутствовать.

 

В конкретной семье соотношение индивидуумов с изучаемым признаком и без признака может значительно отличаться от теоретически ожидаемых соотношений, характерных для определенного типа наследования. Это объясняется главным образом случайным характером распределения хромосом в процессе гаметогенеза. Тем не менее, характер родословной, особенности передачи признака (заболевания) из поколения в поколение, соответствие родословной критериям наследования того или иного типа позволяют сделать определенный вывод о типе наследования признака (патологии) в конкретной семье.

Установление типа наследования заболевания часто является решающим в постановке правильного диагноза и, следовательно, в выборе эффективного лечения, проведении адекватных профилактических мероприятий и даче оправданных медико-генетических рекомендаций.

5. Содержание учебных задач по анализу родословных

 

В большинстве типовых учебных задач по анализу родословных бывает необходимо выполнить следующую последовательность действий:

1) по словесному описанию составить графическое изображение родословной;

2) определить тип наследования изучаемого признака (или болезни);

3) определить генотип пробанда;

4) рассчитать вероятность рождения у пробанда ребенка с тем или иным альтернативным проявлением изучаемого признака.

В качестве примера приведем результат генеалогического анализа родословной мужчины, страдающего гемофилией.

 

Легенда (словесное описание родословной).

Пробанд – мужчина, страдающий гемофилией. Две его старшие сестры, его младший брат и его родители имеют нормальную свертываемость крови. Два младших брата матери страдают гемофилией, а две ее младшие сестры здоровы. У ее первой сестры муж и сын здоровы. Бабушка и дедушка пробанда со стороны матери имели нормальную свертываемость крови.

Чему равна вероятность рождения у пробанда здорового ребенка в браке со здоровой женщиной, в генотипе которой нет патологических аллелей?

Графическое изображение родословной.

 

 

Рис. 5. Графическое изображение родословной с рецессивным сцепленным с Х-хромосомой типом наследования признака.

 

Тип наследования гемофилии в родословной пробанда: рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой.

Генотип пробанда: Х^аY.

Вероятность рождения здорового ребенка в браке пробанда с генотипически здоровой женщиной равна 100 %.

 

6. Рекомендации по определению типа наследования признака.

 

Для определения типа наследования признака рекомендуют придерживаться следующей последовательности действий:

1) Определите, доминантным или рецессивным является изучаемый признак.

Если люди с изучаемым признаком встречаются в родословной редко, не в каждом поколении, и если признак встречается у человека, родители которого не имеют изучаемого признака, то можно думать, что изучаемый признак является рецессивным.

Если, наоборот, люди с изучаемым признаком встречаются в родословной часто, в каждом поколении, и если дети с таким признаком рождаются в тех семьях, где хотя бы один из родителей имеет данный признак, то можно думать, что изучаемый признак является доминантным.

2) Определите, в аутосоме или в половой хромосоме находится ген, обусловливающий формирование изучаемого признака.

Если особи разного пола, имеющие изучаемый признак, встречаются приблизительно с одинаковой частотой, например, одинаково часто или одинаково редко, то можно думать, что изучаемый признак является аутосомным, то есть обусловливающий его ген расположен в аутосоме.

Если особи разного пола, имеющие изучаемый признак, встречаются с разной частотой вплоть до отсутствия признака у представителей одного пола, то можно думать, что изучаемый признак сцеплен с полом: обусловливающий его ген расположен в половой хромосоме. Анализ передачи такого гена из поколения в поколение позволяет определить, в какой именно половой хромосоме – Х или Y - расположен этот ген.

3) Если ген находится в половой хромосоме, то определите: в какой именно половой хромосоме – Х или Y – находится ген, обусловливающий формирование изучаемого признака. При этом возможны следующие варианты:

а) Если признак встречается только у особей мужского пола и передается только от отца сыну, то можно думать, что изучаемый ген находится в Y-хромосоме.

б) Если в конкретной родословной рецессивный признак встречается только у особей мужского пола, у отцов которых данный признак отсутствует, но имеется у дедов или прадедов по материнской линии, то можно думать, что рецессивный аллель, обусловливающий развитие изучаемого признака, расположен в Х-хромосоме.

в) Если среди особей с доминантным признаком особи женского пола встречаются приблизительно в два раза чаще, чем особи мужского пола, и у мужчины с доминантным признаком все дочери тоже имеют этот признак, а у всех его сыновей этот признак отсутствует, то можно думать, что доминантный аллель, обусловливающий развитие изучаемого признака, расположен в Х-хромосоме.

4) Установив тип наследования изучаемого признака, проверьте: обладает ли анализируемая родословная теми признаками, которые характерны для выбранного вами типа наследования. Затем убедитесь, что родословная не обладает комплексом признаков, характерных для других типов наследования.

В качестве примера приведем последовательность рассуждений при определении типа ядерного наследования признака в следующей родословной.

 

Рис. 6. Графическое изображение родословной.

 

1. Люди с изучаемым признаком встречаются часто, в каждом поколении; человек, имеющий изучаемый признак, рождается в семье, где обязательно хотя бы один из родителей имеет изучаемый признак. Поэтому можно сделать первый предварительный вывод: изучаемый признак является доминантным.

2. В родословной 6 женщин и 5 мужчин имеют изучаемый признак. Можно считать, что изучаемый признак с приблизительно равной частотой встречается и среди мужчин, и среди женщин. Это характерно для признаков, гены которых расположены не в половых хромосомах, а в аутосомах. Поэтому можно сделать второй предварительный вывод: изучаемый признак является аутосомным.

3. Таким образом, по основным особенностям наследование изучаемого признака в этой родословной можно отнести к аутосомно-доминантному типу. Кроме того, эта родословная не обладает набором особенностей, характерных для других типов наследования.

Однако окончательный вывод можно сделать, только определив генотипы всех членов родословной и убедившись в том, что только при аутосомно-доминантном типе наследования возможны такая передача гена, обусловливающего развитие изучаемого признака, и такая закономерность формирования у них изучаемого признака, которые отражаются в анализируемой родословной.

Несмотря на кажущуюся простоту, определение типа наследования в конкретной родословной реального человека всегда является серьезной генетической задачей, которую часто может решить только врач-генетик.

Определив тип наследования изучаемого признака, можно легко выяснить генотип пробанда и сделать прогноз о его вероятном потомстве.

 

7. Определение генотипа пробанда.

 

При определении генотипа пробанда необходимо знать основные закономерности наследования генов и хромосом и помнить, что ребенок может иметь в своем генотипе только те гены, которые были у его родителей и которые он в ходе оплодотворения получил от них в составе половых клеток.

Определяя генотип пробанда, мы фактически решаем простейшую генетическую задачу на моногибридное скрещивание, где информация о признаках у тех или иных членов семьи представлена не в виде текста, а в виде графического изображения. Например, для фрагмента родословной, изображенного на рис. 4 и содержащего графические изображения членов семьи пробанда, такой текст будет иметь следующий вид: “Для изучаемого признака характерен рецессивный сцепленный с Х-хромосомой тип наследования. Мальчик имеет изучаемый признак, а у его родителей, двух старших сестер и младшего брата изучаемый признак отсутствует. Каков генотип мальчика?” Поэтому при определении генотипа пробанда необходимо придерживаться той последовательности действий, которую рекомендуют при решении типовых генетических задач.

Во избежание ошибки в определении генотипа пробанда мы рекомендуем определять не только генотип пробанда, но и генотипы всех членов родословной. В этом случае рекомендуется придерживаться следующей последовательности действий.

1. Рядом с графическим изображением родословной напишите название альтернативных признаков и обусловливающие их аллели, то есть изобразите видоизмененную таблицу “Признак - ген”.

2. Учитывая парность хромосом, парность аллелей изучаемого аутосомного гена и особенности расположения генов в половых хромосомах, запишите будущий генотип, используя точки для обозначения аллелей. Предварительная запись генотипа будет иметь следующий вид:

- для аутосомного наследования: . . ;

- для сцепленного с Х-хромосомой наследования: Х^.Х^. и Х^.Y;

- для сцепленного с Y-хромосомой наследования: Х Х и Х Y^..

2. Тем членам родословной, которые имеют изучаемый признак, поставьте вместо точки соответствующее обозначение аллеля гена – строчную или заглавную букву:

- для аутосомного и сцепленного с Х-хромосомой доминантного наследования: один аллель А;

- для аутосомно-рецессивного наследования: два аллеля а;

- для рецессивного сцепленного с Х-хромосомой наследования: Х^аХ^а и Х^аY;

- для сцепленного с Y-хромосомой наследования можно использовать любое изображение буквы.

3. Соответствующее обозначение аллеля гена поставьте вместо точки тем членам родословной, у которых изучаемый признак отсутствует:

- для аутосомно-доминантного наследования: два аллеля а;

- для аутосомного и сцепленного с Х-хромосомой рецессивного наследования: один аллель А;

- для доминантного сцепленного с Х-хромосомой наследования: Х^аХ^а и Х^аY;

- для сцепленного с Y-хромосомой наследования следует использовать изображение буквы, отличное от используемого для обозначения генотипа особи с изучаемым признаком.

4. Определите аллели в тех генотипах, которые нельзя определить по личному фенотипу особи, но можно определить по генотипу ее родителей или детей. При этом необходимо учитывать, что в генотипе особи могут быть только те аллели, которые были в генотипе его родителей. Например, если при аутосомно-рецессивном типе наследования женщина не имеет изучаемого признака, но этот признак был у ее отца, то генотип этой женщины будет содержать рецессивный аллель а и будет иметь вид Аа. Аллель А мы нашли по фенотипу женщины, а аллель а – по генотипу ее отца. Укажите стрелкой направление передачи найденного аллеля от родителя к ребенку.

В качестве примера рассмотрим последовательность рассуждений при определении генотипа пробанда в родословной, фрагмент которой имеет следующий вид:

 

Тип наследования признака – рецессивный сцепленный с Х-хромосомой.

 

Для обозначения гена, обусловливающего развитие изучаемого и альтернативного ему признака, возьмем одну букву алфавита, например, букву “А”. Если символ “А” будет обозначать название гена, то символ А будет обозначать доминантный аллель этого гена, а символ а – рецессивный аллель гена “А”. Поскольку по условию задачи изучаемый ген находится в Х-хромосоме, то аллели этого гена необходимо записывать с Х-хромосомой.

Учитывая вышесказанное, рядом с фрагментом родословной напишем названия альтернативных признаков с указанием обусловливающих их аллелей гена “А”.

 

Рядом с графическим изображением каждого члена родословной напишем его половые хромосомы, учитывая пол человека и ставя точку (.) на том месте, где в последующем будет написано обозначение аллеля гена. После этого фрагмент родословной приобретает следующий вид.

Поместим рецессивный аллель а в обозначение генотипа члена родословной, имеющего изучаемый признак. После этого фрагмент родословной приобретает следующий вид.

Поместим доминантный аллель А в обозначение генотипов членов родословной, не имеющих изучаемый признак, после чего фрагмент родословной приобретает следующий вид.

 

 

Мать пробанда имеет в своем генотипе рецессивный аллель а, поскольку только она могла передать пробанду имеющийся в его Х-хромосоме рецессивный аллель а (от отца пробанд получил Y-хромосому). Нарисуем стрелку от генотипа матери пробанда к генотипу пробанда, обозначая таким образом направление передачи рецессивного аллеля а. Сестры пробанда могут иметь генотип Х^АХ^А или Х^АХ^а, так как аллель А они получили от отца вместе с его Х-хромосомой, а от матери могут получить или аллель А, или аллель а с той или иной ее Х-хромосомой. Напишем под генотипами сестер пробанда их возможные генотипы, после чего фрагмент родословной приобретает следующий вид.

Таким образом, мы нашли, что генотип пробанда – Х^аY, и убедились, что действительно имеем дело с родословной, для которой характерен рецессивный сцепленный с Х-хромосомой тип наследования признака.

 

8. Расчет вероятности рождения у пробанда ребенка с тем или иным альтернативным проявлением признака.

 

Важнейшим этапом генеалогического метода является прогнозирование потомства пробанда. В простейших случаях оно заключается в вычислении вероятности рождения у пробанда ребенка с тем или иным альтернативным проявлением признака.

Вероятность рождения ребенка с тем или иным альтернативным признаком определяется как доля детей с эти признаком среди потомков, имеющих все фенотипы, которые только возможны у детей анализируемой родительской пары. Например, при таком ожидаемом расщеплении (соотношении) потомства по фенотипу, как 3 больные : 1 здоровые, вероятность рождения больного ребенка будет равна ¾, а вероятность рождения здорового ребенка – ¼.

Расчет вероятности рождения ребенка с тем или иным признаком рекомендуется производить в следующей последовательности:

1. Напишите генотипы родителей.

2. Напишите типы гамет, которые производят родители.

3. Напишите расщепление (соотношение) потомков F₁ по генотипу и фенотипу.

4. Рассчитайте вероятность рождения ребенка с интересующим вас фенотипом (признаком).

На следующем примере познакомьтесь с итоговой записью расчета вероятности рождения ребенка у родителей с известными генотипами.

 

Пример.

Условие задачи.

Болезнь наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Пробанд болен, и его родословная имеет следующий вид:

 

Жена пробанда здорова и не содержит в своем генотипе патологических аллелей. Чему равна вероятность рождения у пробанда здорового ребенка?

Решение:

 

Генная запись скрещивания:

 

Здоровая Больной

Р ♀ АА х ♂ аа

 

Типы гамет А а

 

F₁ Аа

Здоровые

 

Вероятность рождения здорового ребенка (генотип Аа):

 

Р = 1/1 = 1 (100%)

 

Ответ: Вероятность рождения у пробанда здорового ребенка равна 1 (100%).

 

9. Задания для самостоятельной работы.

 

Определите тип наследования, генотип пробанда в следующих родословных.

 

Родословная 1.

 

Родословная 2.

 

Родословная 3.

 

Родословная 4.

 

Родословная 5.

 

Дополнения

 

При составлении родословных применяют стандартные обозначения. Персона (индивидуум), с которого начинается исследование, называется пробандом (если родословная составляется таким образом, что от пробанда спускаются к его потомству, то ее называют генеалогическим древом). Потомок брачной пары называется сиблингом, родные братья и сестры – сибсами, кузены – двоюродными сибсами и т.д. Потомки, у которых имеется общая мать (но разные отцы), называются единоутробными, а потомки, у которых имеется общий отец (но разные матери) – единокровными; если же в семье имеются дети от разных браков, причем, у них нет общих предков (например, ребенок от первого брака матери и ребенок от первого брака отца), то их называют сводными.

 

 

Доминантные и рецессивные признаки человека

 

Признак	Доминантные	Рецессивные
Глаза	Большие	Маленькие
Цвет глаз	Карие	Голубые
Разрез глаз	Прямой	Косой
Тип глаз	Монголоидный	Европеоидный
Острота зрения	Близорукость	Нормальное
Верхнее веко	Нависающее монголоидное веко	Нормальное
Форма лица	Круглая форма лица	Квадратная форма лица
Ямочки на щеках	Отсутствуют	Имеются
Ямочки на подбородке	Отсутствуют	Имеются
Уши	Широкие	Узкие
Уши	Длинные	Короткие
Уши	Свободная мочка уха	Сросшаяся мочка уха
Подбородок	Прямой	Отступающий назад
Подбородок	Широкий	Узкий и острый
Подбородок	Круглый подбородок	Квадратный подбородок
Нос	Круглый нос	Заостренный нос
Ноздри	Круглые ноздри	Узкие ноздри
Выступающие зубы и челюсти	Имеются	Отсутствуют
Щель между резцами	Отсутствует	Имеется
Волосы	С мелкими завитками	Вьющиеся, волнистые
Волосы	Жесткие, прямые, «ежик»	Прямые, мягкие
Волосы	Вьющиеся	Волнистые или прямые
Поседение волос	В возрасте 25 лет	После 40 лет
Облысение	У мужчин	У женщин
Белая прядь волос надо лбом	Имеется	Отсутствует
Рост волос по средней линии лба	Отсутствует	Имеется
Брови	Густые брови	Тонкие брови
Брови	Брови не соединяются	Брови соединяются
Ресницы	Длинные ресницы	Короткие ресницы
Губы	Толстые губы	Тонкие губы
Нижняя губа	Толстая и отвисающая	Нормальная
Способность загибать язык назад	Отсутствует	Имеется
Способность сворачивать язык трубочкой	Отсутствует	Имеется
Зубы при рождении	Имеются	Отсутствуют
Кожа	Толстая	Тонкая
Цвет кожи	Смуглый	Белый
Веснушки	Отсутствует	Имеется
Кисть	Полидактилия (6 или 7 пальцев)	Норма 5 пальцев
Кисть	Брахидактилия (короткие пальцы)	Норма
	Синдактилия (сросшиеся пальцы)	Норма
Преобладающая рука	Правая	Левая
Голос (у женщин)	Сопрано	Альт
Голос (у мужчины)	Бас	Тенор
Абсолютный музыкальный слух	Отсутствует	Имеется
Наследственная глухота	Отсутствует	Имеется
Рост	Карликовость	Нормальный рост
Катаракта	Отсутствие	Имеется
Косоглазие	Отсутствие	Имеется
Усвоение глюкозы	Нормальное усвоение	Сахарный диабет
Пигментация	Нормальная пигментация кожи, глаз, волос	Альбинизм
Резус-фактор	Положительный	Отрицательный
Группа крови	АВ
Гемофилия (сцепление с Х хромосомой)	Норма	Имеется
Дальтонизм (сцепление с Х хромосомой)	Норма	Имеется
Потовые железы (сцепление с Х хромосомой)	Имеется	Отсутствие
Синдром Франческетти-Ядассона (сцепление с Х хромосомой)	Имеется	Норма
Очаговая мезоэктодермальная дисплазия (сцепление с Х хромосомой)	Имеется	Норма
Псевдогипопаратиреоз (сцепление с Х хромосомой)	Имеется	Норма
Нефрогенный несахарный диабет (сцепление с Х хромосомой)	Имеется	Норма
Гипертрихоз ушных раковин (сцепление с Y хромосомой)

 

Неполное доминирование

Признаки	Варианты
Расстояние между глазами	Большое	Среднее	Малое
Размер глаз	Большие	Средние	Маленькие
Тип волос	Курчавые	Вьющиеся	Прямые
Цвет бровей	Очень темные	Темные	Светлые
Размер носа	Большой	Средний	Маленький

 

Наследование цвета волос при взаимодействии генов по типу полимерии

(контролируется четырьмя генами, наследуется полимерно)

 

Количество доминантных аллелей	Цвет волос
	Черные
	Темно-коричневые
	Темно-каштановые
	Каштановые
	Русые
	Светло-русые
	Блондин
	Очень светлый блондин
	Белые

 

Примечание. Рыжий цвет волос контролируется геном D. Этот признак проявляется, если доминантных генов меньше 6: DD – ярко-рыжие, Dd – светло-рыжие, dd – нерыжие