Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Фактори виникнення кількісної мінливості



Полімерні гени. Тимчасово знехтуємо впливом факторів оточуючого середовища на фенотип і зосередимо свою увагу тільки на проблемі сумісної дії багатьох генів, яка сама по собі приводить до кількісної мінливості.

Ще на початку ХХ століття було виявлено, що окрема кількісна ознака обумовлена сумісною дією певної сукупності генів, механізм передачі кожного з яких наступним поколінням здійснюється за законами Г. Менделя. Такі гени були названі полімерними, а ознаки, що визначаються такими генами, – полігенними.

Яскравим прикладом полімерії може бути успадкування кольору шкіри у людини, яке визначається 4-ма парами алелей. При цьому корінний мешканець тропічної Африки, який відрізняється найтемнішим кольором шкіри, має таку сукупність полімерних генів: P1P1P2P2P3P3P4P4 (усі алелі домінантні), а, наприклад, норвежець – p1p1p2p2p3p3p4p4 (усі алелі рецесивні). Звичайно, населення середземноморських країн у своєму генотипу має приблизно половину домінантних алелей, які визначають колір шкіри, у різноманітних комбінаціях (P1P1P2P2p3p3p4p4; P1p1P2p2P3p3P4p4 тощо). Якщо ми зобразимо результати визначення кольору шкіри достатньої вибірки людей у вигляді діаграми чи кривої, то одержимо картину, подібну до розподілу частот зросту людини.

Умови середовища та норма реакції. Дуже часто неперервний характер може мати й мінливість, яка цілком визначається умовами середовища. Наприклад, якщо генетично ідентичні рослини (клони, чисті лінії) вирощувати в різноманітних умовах (кількість поживних речовин, води, тепла, світла тощо), то одержимо чітку неперервну мінливість за різними ознаками (висота стебла, розмір листків, кількість та маса насіння тощо). Явище впливу середовища на фенотип можна спостерігати і у людини, коли справжніх (однояйцевих) близнюків виховувати в різних умовах. Як засвідчили численні спостереження, ці близнюки відрізняються між собою за фізичним, психічним та розумовим розвитком.

У розглянутих вище випадках генотип організмів є постійною величиною, а фенотип – функцією умов зовнішнього середовища. Для аналізу цього явища необхідно ввести таке генетичне поняття як норма реакції.

Якщо даний генотип за певною ознакою чутливий до змін умов середовища, то, помістивши безліч однакових генотипів у різні строго фіксовані умови середовища, ми одержимо безліч різноманітних фенотипів. На підставі вимірювання значень даної ознаки ми зможемо побудувати графік залежності характеристики фенотипу від параметрів середовища. Цей графік і буде характеризувати норму реакції даного генотипу за даною ознакою. Різні генотипи за однією і тією ж ознакою мають різні норми реакції.

Таким чином, можна сказати, що успадковуються не певні ознаки, а норми реакцій.

Методи вивчення генетики людини

Людина як об'єкт генетичних досліджень

Дослідження закономірностей спадковості та мінливості людини стикаються зі значними труднощами, пов’язаними з неможливістю довільного схрещування, пізнім настанням статевої зрілості, малим числом нащадків в кожній сім'ї, складним каріо­типом, великою кількістю груп зчеплення та неможливістю урівняти умови життя потомства.

Однак, всупереч цьому, успіхи сучасної генетики людини досить значні. Усе, що нині відомо про спадковість та мінливість людини, одержано за допомогою різноманітних методів дослідження – популяційного, генеалогічного, близнюкового, прийомних дітей, цитогенетичного, біохімічного та молекулярно-генетичного.

Популяційний метод

Популяційний метод, використовуючи дані демографічної статистики, за допомогою спеціальних математичних формул дозволяє аналізувати розповсюдження спадкових хвороб людини та прогнозувати їх частоту в наступних поколіннях, оцінювати наслідки споріднених шлюбів, визначати вплив генетичних та середовищних чинників на фенотипічну мінливість людини за окремими ознаками, а також окреслювати генетичну історію окремої людської популяції.

Частота генів у ізольованій популяції за умови вільного схрещування визначається за формулами Харді-Вайнберга:

 

p + q = 1 (1)

 

та p2 + 2pq + q2 = 1 (2),

 

де p – частота у популяції домінантного алеля (А) певного гена, q – частота рецесивного алеля (а) цього ж гена, p2 – частота домінантних гомозигот (АА), 2pq – частота гетерозигот (Аа) та q2 – частота рецесивних гомозигот (аа) досліджуваного гена.

У популяціях різні аномалії розповсюджені з різною частотою. При цьому рецесивні алелі знаходяться переважно в гетерозиготному стані. Наприклад, приблизно кожний сімдесятий мешканець Європи гетерозиготний за геном альбінізму, тоді як проявляється ця ознака лише з частотою 1 на 20000. Дальтоніки тут зустрічаються з частотою 1 на 156, а гетерозиготний стан алеля дальтонізму наявний у кожного сьомого європейця.

Генеалогічний метод

Генеалогічний метод полягає у складанні родоводів та дослідженні успадкування окремих ознак у ряді поколінь. Він є одним із найбільш універсальних та використовуваних методів у генетиці людини. Генеалогічний метод дає змогу вирішити цілий ряд теоретичних та прикладних проблем:

– чи є дана ознака спадковою (по наявності її у родичів);

– тип і характер успадкування (домінантне чи рецесивне, аутосомне чи зчеплене зі статтю);

– зиготність осіб родоводу (гетерозиготні чи гомозиготні);

– вірогідність народження дитини із спадковою патологією (визначається за допомогою решітки Пеннета);

Для складання родоводів вживаються спеціальні умовні позначення.

Аналіз родоводу здійснюється за такими ознаками.

За аутосомно-домінантного успадкування: 1) досліджувана ознака наявна в кожному поколінні, незалежно від статі; 2) прояв ознаки спостерігається також по горизонталі (у братів, сестер); 3) народження дітей може мати різну вірогідність залежно від зиготності батьків за алелями, які контролюють ознаку (100%, якщо хоча б один із батьків гомозиготний; 75%, якщо обоє батьків гетерозиготні; 50%, якщо один із батьків гетерозиготний, а інший – гомозиготний за рецесивними алелями).

За аутосомно-рецесивного успадкування: 1)досліджувана ознака наявна не в кожному поколінні; 2) дитина з ознакою може народитися у батьків, які позбавлені цієї ознаки (гетерозиготні батьки); 3) ознака зустрічається з однаковою частотою незалежно від статі; 4) ознака спостерігається по горизонталі (у братів та сестер); 5) вірогідність успадкування аутосомно-рецесивної ознаки залежно від зиготності батьків за алелями, які контролюють ознаку, може бути різною (25%, якщо обоє батьків гетерозиготні; 50%, якщо один із батьків гетерозиготний, а інший гомозиготний за цим рецесивним алелем; 100%, якщо обоє батьків гомозиготні за рецесивним алелем).

При Х-зчепленому домінантному успадкуванні: 1) жінок з такою ознакою в два рази більше, ніж чоловіків; 2) ознака зустрічається в кожному поколінні; 3) батько-носій ознаки передає її всім своїм дочкам, а синам не передає; 4) мати-носій ознаки може передати її половині своїх дітей незалежно від статі; 5) у дітей ознака проявиться тоді, коли її нестиме хоча б один із батьків; 6) діти батьків, які позбавлені ознаки, теж не матимуть її.

При Х-зчепленому рецесивному успадкуванні: 1) ознака наявна не в кожному поколінні; 2) дитина-носій ознаки може народитися у батьків, позбавлених цієї ознаки; 3) ознака проявляється переважно у чоловіків і, як правило, по горизонталі; 4) батько, позбавлений ознаки, не є носієм алеля цієї ознаки і звичайно не передає її дочкам; 5) вірогідність успадкування Х-зчепленої рецесивної ознаки залежить від зиготності батьків за алелями ознаки (всі діти будуть без ознаки, якщо одружуються жінка, позбавлена ознаки, та чоловік з ознакою; у чоловіка без ознаки та жінки-носія алеля ознаки вірогідність народження хлопчика з ознакою складає 50% від усіх хлопців та 25% від усіх дітей; вірогідність народження дівчаток з ознакою дуже мала і можлива лише тоді, коли батько має ознаку, а мати гетерозиготний носій гена ознаки.

За Y-зчепленого успадкування: ознака наявна в усіх поколіннях і у всіх чоловіків.

При мітохондріальному успадкуванні (виключно спадкові патології): 1) патологія передається від хворої матері усім дітям незалежно від статі; 2) хворий батько нікому з дітей патологію не передає.

Близнюковий метод

Близнюковий метод – один з найбільш ранніх методів вивчення генети­ки людини, але він не втратив свого значення і в наш час.

Близнятами називаються одночасно народжені особини у одноплідних тварин (кінь, велика рогата худоба тощо) та людини. Близнята бувають монозиготними або дизиготними.

Монозиготні близнята розвиваються із однієї яйцеклітини, заплідненої одним сперматозооном, тому вони називаються також однояйцевими. Такі близнята однієї статі та генетично абсолютно однакові, але можуть відрізнятися по фенотипу, що зумовлюється дією чинників зовнішнього середовища. Монозиготні близнята мають однакові групи крові за системами ABO, MN, Rh та іншими, однаковий колір очей, однотипні візерунки на пальцях, а також лінії та візерунки на долонях тощо. Усі ці фенотипічні ознаки використовуються як критерії визначення зиготності близнят.

Дизиготні близнята розвиваються із двох одночасно дозрівши яйцеклітин, запліднених двома сперматозоїдами, і тому вони називаються також різнояйцевими. Такі близнята можуть бути однієї статі чи різностатеві, але спадково настільки різними, як і діти цієї подружньої пари, що народилися в різний час.

Людські близнята – цінний матеріал для вивчення важливої загальнобіологічної проблеми – ролі генетичних факторів та умов оточуючого середовища у розвитку ознак. У генетиці людини умовами середовища вважають сукупність біосферних та соціальних чинників.

Якщо досліджувана ознака наявна в обох близнюків однієї пари, то ця пара є конкордатною за даною ознакою. При співставленні монозиготних та дизиготних близнят визначають коефіцієнт парної конкордантності, який показує долю близнюкових пар, де досліджувана ознака проявилася в обох партнерів. Коефіцієнт конкордантності (C) виражається в процентах або в долях одиниці та визначається за формулою:

 

C = [Сn : (Сn + Dn)] ∙100% (в процентах),

C = Сn : (Сn + Dn) (в долях одиниці),

 

де Сn – кількість конкордатних пар, Dn – кількість неконкордантних пар.

 

Порівняння парної конкордантності монозиготних та дизиготних близнят дає уявлення про співвідношення ролі генотипу та середовища у розвитку тієї чи іншої ознаки. Коли значення коефіцієнтів конкордантності монозиготних та дизиготних близнят близькі, то вважається, що розвиток ознаки визначається переважно умовами оточуючого середовища. Якщо ж ступінь конкордантності у монозиготних близнят вище, ніж у дизиготних, це свідчить про домінуючу роль генетичних факторів у розвитку ознаки.

Для кількісної оцінки співвідношення впливу генотипу та середовища на досліджувану ознаку найчастіше користуються коефіцієнтом успадковуваності, який вираховується за формулою Хольцинґера:

 

h2 = [(CMZ% – CDZ%)∙100%] : [100% – CDZ%] ( в процентах),

h2 = (CMZ – CDZ) : (1 – CDZ) (в долях одиниці),

 

де h2 – коефіцієнт успадковуваності, CMZ – конкордантність (доля близнюкових пар, в яких досліджувана ознака наявна в обох партнерів; в частинах одиниці, або в процентах) монозиготних близнят, CDZ – конкордантність дизиготних близнят.

 

Величина коефіцієнта успадковуваності свідчить про співвідношення впливу генетичних та середовищних факторів на розвиток ознаки. Якщо результат розрахунків наближається до 100% (70-100%), то основна роль у розвитку ознаки належить спадковості, і навпаки, чим ближче результат до 0, тим більше роль середовищних чинників. При значенні коефіцієнта успадковуваності в межах 40-70% ознака розвивається під дією факторів оточуючого середовища, але за наявності генетичної зумовленості.

Метод прийомних дітей

Дослідження прийомних дітей також дозволяє чітко розмежувати вплив генетичних та середовищних чинників. Якщо діти були усиновлені в перші дні життя і ніколи не бачили своїх біологічних батьків, то з ними вони мають лише спільні гени. З батьками, які їх виховали, у прийомних дітей немає ніякої генетичної схожості, але спільні умови середовища існування. Співставлення прийомних дітей з їх біологічними та приймальними батьками здійснюється за допомогою коефіцієнтів кореляції. Коефіцієнт кореляції (r) для вимірних ознак вираховується за спеціальною формулою варіаційної статистики і визначається в долях одиниці..

Значна кореляція дітей (0,70-1,00) з біологічними батьками за певною ознакою свідчить на користь спадкових чинників, а з батьками, які їх виховали, – на користь умов середовища. Так, дослідження закономірностей успадкування коефіцієнту інтелекту (IQ) показало, що середня загальна кореляція цієї ознаки у дітей з прийомними батьками становила 0,19 (з батьком – 0,17; з матір’ю – 0,21). У той же час, цей показник між цими ж дітьми та їх біологічними батьками становив 0,50, що свідчить про значну роль генотипу в розвитку інтелекту..

У ряді країн (у тому числі в Україні та Росії), у зв'язку з існуючими тут традиціями усиновлення (таємниця усиновлення охороняється законом), використання методу прийомних дітей практично неможливе.

Цитогенетичні методи

Аналіз каріотипу

Принципи цитогенетичних досліджень сформува­лися протягом 20–30-х років минулого століття на кла­сичному об'єкті генетики – мушці дрозофілі та деяких рослинах. Метод полягає у мікроскопічному дослідженні хро­мосом на метафазній стадії мітозу. Найзручнішим об’єктом для цього виявилися культивовані в спеціальному розчині лімфоцити периферійної крові. Звичайно досліджувані клітини підлягають спеціальній обробці, в результаті якої хромосоми виявля­ються вільними та віддаленими одна від одної. Важливим етапом є фарбування хромосом за допомогою різноманітних методик в залежності від мети дослідження. Це дає можливість підраховувати їх і аналі­зувати. Нормальний каріотип людини вклю­чає 46 хромосом, із яких 22 пари аутосом та 2 статеві хромосоми.

Якщо порушення стосується стате­вих хромосом, то дослідження спрощу­ється. У цьому випадку проводиться аналіз не набору хромосом, а обстежуються соматичні клітини на наявність у них статевого хроматину. Статевий хроматин – це не­велике дископодібне тільце, яке інтен­сивно фарбується цитологічними барвниками. Воно виявляється в інтерфазних клітинних ядрах безпосередньо під ядерною мембраною. Статевий хроматин являє собою спіралізовану X-хромосо­му і утворюється у жінок ще в ранньому ембріогенезі до розвитку статевих залоз. Його наявність можна визначи­ти у будь-яких тканинах. Частіше всьо­го досліджуються епітеліальні клітини слизової оболонки щоки. У каріотипі нормальної жінки є дві X-хромосоми, і одна із них утворює тільце статевого хроматину. Кількість тілець статевого хроматину на одиницю менша, ніж число Х-хромосом у даної особини. У жінок, які мають каріотип 45[ХО] (Х–моносомія; синдром Шерешевського–Тернера), ядра клітин не мають стате­вого хроматину. При синдромі X–трисомії (47[XXX]) у жінки утворюються два тільця, у чоловіка з каріотипом 47[ХХY] (синдром Кляйнфельтера) є одне тільце (як у нормальних жінок).

Визначення статевого хроматину ви­користовують і в судовій медицині, ко­ли необхідно за плямами крові встано­вити статеву приналежність особи.

Цитогенетичні дослідження мають широке застосування для вивчення морфології хромосом людини в нормі та при патології, визначення їх кількості, вивчення процесу старіння тканин тіла людини, діагностування різноманітних захворювань спадкової природи тощо. При необхідності вони здійснюються разом з генеалогічним методом, коли цитологічні дані вдається пов’язати з фенотипічним проявом ознаки.




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.