Качественная и количественная специфика проявления генов

Генотип конкретного организма целиком зависит от генетического разнообразия генофонда популяции, в которой обитает индивид. Генофонд – совокупность всех генов особей в популяции. Поэтому генотип каждого члена популяции представляет комбинацию тех, и только тех генов, которые есть в генофонде данной популяции.

Одной из основных особенностей популяции является свободное скрещивание, или панмиксия, при котором происходит случайный выбор партнера, при этом часто игнорируются фенотипические и тем более генотипические особенности. В этих условиях последующим поколениям могут передаваться не только давно имеющиеся в популяции гены, но вновь возникшие у конкретного организма.

По мере обновления генофонда, а каждом поколении генофонд популяции обогащается разными мутациями в разных генах, возникают различные формы взаимоотношений между генами. Основной формой взаимодействия между генами является доминирование. Любой ген в популяции может быть представлен разными аллелями: минимально двумя (доминантным и рецессивным), максимально – без ограничений (множественные аллели). Однако эволюционная судьба доминантных и рецессивных генов в популяции может быть различной.

Доминантные мутации обнаруживаются в первом же поколении потомков того организма, в гаметах которого произошла, и сразу же попадают под действие естественного отбора. В случае их летального эффекта они быстро, в течение одного поколения, удаляются из генофонда. Доминантные гены с полулетальным эффектом могут сохраняться в популяции определенное время.

Фенотипический эффект рецессивной мутации, в отличие от доминантной, остается в скрытом виде на протяжении ряда поколений. В это время происходит накопление гена в популяции. А после случайной встречи двух гетерозиготных осей только в 25% появится возможность рецессивной мутации проявить себя фенотипически.

Признак

нормальный ген (ы) измененный ген (ы)

Преобладание того или иного гена определит характер развития признака. Данные медицинской генетики свидетельствуют, что примерно в 50% нормальные аллели доминируют над патологическими, а в 50% - наоборот. А в этом соотношении заключается парадокс эволюции человечества: как при таком количестве патологических доминантных генов может нормально развиваться и существовать человек?

Можно привести много примеров, когда доминантный ген приводит к нарушению развития и функций отдельных клеток, органов и всего организма.

Эллиптоцитоз –нарушение формы эритроцитов

Анонихия – недоразвитие ногтей

Брахидактилия – укрочение пальцев на руках и ногах

Полидактилия – увеличение количества пальцев

Ахондроплазия – форма карликовости, при которой голова и туловище достигают

обычных размеров, а конечности укорочены в результате нарушения роста эпифи-зарных хрящей длинных трубчатых костей.

Хорея Гентингтона – прогрессирующая гибель клеток нервной системы, сопрово-ждающееся снижением мышечного тонуса (размашистые движения), гримасы лица, нарушение речи.

Поэтому особый интерес представляют особенности проявления доминантных генов.

1. Частота встречаемости доминантных генов в популяции обычно низкая. Следует различать два понятия: «доминантность» и «частота встречаемости». Частота встречаемости зависит от количества генов возникших в предыдущих поколениях и количества новых генов, образовавшихся в данной популяции. Существуют специальные математические методы для определения частоты встречаемости генов. Так, например, частота встречаемости больных с ахондроплазией составляет 1: 100 000 человек, но при этом только 10% обусловлено геном, полученным от родителей. Частота же вновь возникающих мутаций составляет 4-6 гаметы из каждого млн.

2. Частота встречаемости доминантного гена зависит от патологического эффекта данного гена. В ряде случаев ген не нарушает основные жизненно важные функции организма. Такие гены будут сохранятся в популяции и передаваться последующим поколениям.

3. Действие гена может начать проявляться в любом периоде онтогенеза. Закономе-рности формирования наследственных болезней во времени строго соответствуют роли и месту первичных продуктов деятельности гена в онтогенезе. Так, патология ферментативных систем проявляется во внутриутробном периоде и в течение 1-го года жизни; рецепторов – от года до периода полового созревания, а мутации регуляторных генов – в период зрелости. Классический пример позднего проявления доминантного гена – хорея Гентингтона.

4. У гомозиготных организмов заболевание обычно протекает тяжелее, чем у гетерозиготных. У гетерозиготных организмов с брахидактилией наблюдается укорочение пальцев, но больших неудобств это больным обычно не доставляет, за исключением, пожалуй, пианистов. У гомозиготных организмов отмечаются значительные нарушения развития скелета, приводящие к гибели.

5. Активность патологических генов часто блокируется другими генами (явления эпистаз, гены-супрессоры). Генотип в целом функционирует как хорошо скоординированная система. Вместе с патологическим геном индивид получает от родителей комбинации других генов, которые могут усиливать или ослаблять действие патологического гена. Способность гена проявить себя в фенотипе называется термином «ПЕНЕТРАНТНОСТЬ» и выражается в процентах. Если ген проявляется в фенотипе у всех его носителей, то пенетрантность гена равна 100% (полная пенетрантность наблюдается, например, при арахнодактилии). В современных руководствах по генетике при характеристике наследственных заболеваний обычно указывается их пенетрантность. На пенетрантность доминантного гена, кроме генетических механизмов, могут влиять факторы среды, пол организма, возрастные особенности. Примеры: галактоземия, подагра (у мужчин пенетрантность гена – 20%, у женщин – 0%), ограниченное полом наследование.

6. Степень выраженности признака (или клинических симптомов при заболеваниях) может быть различной. Показатель степени выраженности признака обозначается термином «ЭКСПРЕССИВНОСТЬ». В практической медицине термин «экспрессивность» заменяется термином «клинический полиморфизм». Примеры: при многих болезнях выделяют различные степени тяжести заболевания, олигофрения (имбецильность, идиотия, кретинизм).

7. К особенностям проявления генов следует отнести и такое явление как плейотро-пное действие гена. Подавляющее большинство генных наследственных заболеваний характеризуются различными клиническими проявлениями (симптомами). Для доказательства плейотропии необходимо выделить в генотипе патологических ген и определить его первичный эффект. Если белок (фермент) кодируемый данным геном участвует в функционировании (или развитии) различных клеток и органов, то мы вправе ожидать нарушения функций (развития) различных клеток и органов. Поэтому одной из актуальных задач современной генетики является определение первичного эффекта генов.