Закон Томаса Моргана: описание хромосомной теории наследственности

Суть концепции

Генетический материал в эукариотической клетке не располагается в хаотичном порядке, а представлен нитями ДНК, которые во время некоторых стадий клеточного цикла конденсируются в хромосомы. Хромосома представляет собой структуру, состоящую из дезоксирибонуклеиновой кислоты, гистоновых и негистоновых белков, которая содержит большое количество генов.

Томас Морган предположил, что гены, которые находятся в единой хромосоме передаются из поколения в поколение совместно, что впоследствии сам же и подтвердил, проводя опыты на дрозофилах (дрозофилы были выбраны объектом опыта, так как они очень быстро размножаются). Данный вывод американского биолога полностью противоречил третьему закону Менделя, однако вскоре противоречие разрешилось: законы Менделя применяются к генам, расположенным в различных хромосомах, а закон наследования Моргана применим к генам, которые располагаются в пределах одной и той же хромосомы.

Резюмируя вышесказанное, обозначим простую формулировку закона наследования Моргана: гены, которые локализуются в одной хромосоме, образуют группы сцепления и передаются из поколения в поколение сцеплено. Обозначим также основные положения теории Моргана:

• любой ген имеет характерную ему локализацию в хромосоме;

• отдельные гены участвуют в образовании, так называемых, групп сцепления;

• участки ДНК, в рамках вышеуказанных групп, наследуются чаще всего вместе;

• кариотип – характерная особенность каждого конкретного биологического вида;

• между отдельными участками разных (а именно гомологичных) хромосом может произойти кроссинговер;

• вероятность кроссинговера пропорциональна отдаленности генов между собой в хромосоме.

Группы сцепления

Группой сцепления называют те гены, которые наследуются преимущественно совместно. Однако участки ДНК в рамках одной и той же группы сцепления могут наследоваться различным образом, это связано с явлением кроссинговера, которое наблюдается в первую стадию первого мейотического деления клетки.

Под кроссинговером понимается обмен аллельными генами между идентичными по строению хромосомами в результате чего нарушаются группы сцепления, и в силу вступает третий закон Менделя.

Сцепление генов

Благодаря знанию явления сцепления отдельных участков ДНК можно предугадать вероятность появление тех или иных признаков в следующем поколении. Прежде чем переходить к разбору примеров задача на «сцепление генов» обозначим основные, необходимые для усвоения материала, понятия:

• гамета – это клетка с одинарным набором ДНК;

• морганида – это единица кроссинговера.

Примеры решения генетических задач

Задача: при скрещивании двух растений (гетерозиготных) семейства томатовых первое поколение потомство получилось неидентичным по фенотипическим признакам (круглые плоды, длинные стебли и грушевидные плоды, короткие стебли). Объяснить, каково соотношение получившихся вариантов.

Пример решения: известно, что данные фенотипические проявления у томатов наследуются сцеплено, также известно, что генотипы родителей представлены следующим генетическим набором: АаВв. Образовавшиеся гаметы: аВ, Ав. Участок ДНК: А – отвечает за образование круглых плодов, а – за образование грушевидных, В – за развитие длинных стебелей, в- за развитие коротких. Перекрестив гаметы между собой получим три возможных комбинации в потомстве по фенотипам: томаты, обладающие круглыми плодами и длинными стеблями (АаВа), томаты, обладающие короткими стеблями и круглыми плодами (ААвв), и томаты, обладающие длинными стеблями и короткими плодами (ааВВ). Распределение по фенотипу составляет: 2:1:1, то есть вероятность появление комбинации АаВв составляет 50%, Аавв - 25%, ааВВ – 25%.

Задача: первое поколение потомства при скрещивании двух гетерозиготных растений по двум признакам из семейства огурцовых имело распределение по фенотипу: 2:1:1, необходимо объяснить какое явление лежит в основе подобных результатов скрещивания.

Пример решения: распределение 2:1:1 указывает на проявление классического сцепленного наследования признаков, так как аналогичный второй закон Менделя имеет расщепление 3 к 1. Подобное же расщепление 2:1:1 объясняется тем, что два взятых признака наследуются сцеплено и между экспрессирующими их участками молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты не произошло кроссинговера в первую фазу мейотического деление растительной клетки.

Наследование, сцепленное с полом

Очень часто то или иное фенотипическое проявление наследуются совместно с половой хромосомой, в результате этого возникают так называется только «женские» или только «мужские» болезни, примером последних являются оба типа гемофилии, которые проявляются только у представителей мужского пола, обладающих генотипом (ХУ).

Примеры решения задач

Задача: от здоровых родителей на свет появился ребенок (мальчик), страдающий гемофилией типа Б, необходимо дать объяснений произошедшему явлению.

Решение: итак, родители имеют следующие наборы хромосом: отец ХУ, мать ХХ. Известно, что оба родителя здоровых значит, оба родителя имеют доминантный ген, который определяет наличие девятого плазменного свертывания в крови человека. Однако вторая женская хромосома, имеющаяся в составе генотипа матери, имеет рецессивный ген, который определяет отсутствие девятого плазменного фактора свертывания крови у человека.

Проявление у ребенка гемофилии объясняется тем, что он унаследовал мужскую половую хромосому от отца и женскую половую хромосому, имеющую рецессивный аллель участка ДНК, ответственного за отсутствие в крови девятого фактора свертывания, от матери. Шанс рождения такого ребенка составлял 25% (75% детей родились бы здоровыми).

Данное явление объясняет наличием сцепленного с полом наследования генов, отвечающих за развитие такого заболевания, как гемофилия типа Б.

Задача: у мужчины, который болен гипертрихозом и здоровой женщины появилось три ребенка: девочка – здоровая, два мальчика – оба имеющих повышенную волосистость в ушных раковинах, необходимо объяснить, в чем причина данного явления.

Гипертрихоз – наследственная патология, которая передается с У хромосомой. Доминантный ген, связан с У хромосомой, именно поэтому данное заболевание проявляется только у мальчиков (так как девочки имеют следующий генотип: ХХ). Явление гипертрихоза объясняется наследование, сцепленным половой хромосомой (в данном случае с мужской половой хромосомой).

Резюмируя вышесказанное, необходимо обозначить: хромосомная теория наследования Моргана внесла огромный вклад в развитие не только общей генетики, но и генетики человека. Благодаря данной теории и её продолжениям появилась возможность предугадывать развитие тех или иных заболеваний на основе анализа генетических карт и древ.