Наследование, сцепленное с полом

Механизм определения пола

Долгое время биологи не могли объяснить, почему среди потомков организма появляются особи то мужского, то женского пола. Оказалось, что пол, как и любой другой признак организма, наследственно детерминирован. Главная роль в определении пола и в поддержании закономерного соотношения полов у вида принадлежит хромосомному аппарату.

Пол – это совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающая его участие в воспроизводстве потомства и передаче наследственной информации за счет образования половых клеток (гамет).

В природе существуют различные механизмы определения пола у потомков. Их условно можно разделить на три основных типа: без связи с оплодотворением, в момент оплодотворения и после оплодотворения.

Первый тип наблюдается у тлей, кольчатых червей рода Rotatoria и у некоторых других организмов. У них пол определяется еще в оогенезе как результат неравномерного распределения цитоплазмы в процессе созревания половых клеток. При этом яйцеклетки становятся различными по размеру еще до момента оплодотворения. Из сформировавшихся крупных оплодотворенных яйцеклеток развиваются самки, а из мелких – только самцы.

У других организмов пол определяется после момента оплодотворения, под влиянием внешних условий. Например, у морского кольчатого червя бонеллии зеленой развитие мужского или женского организма зависит от того, прикрепится или нет личинка к телу другой особи червя. Если не прикрепится, то развивается самка, если прикрепится – будет самец. У крокодила и морской черепахи мужские или женские особи развиваются в зависимости от температуры внешней среды, где находится кладка их яиц.

Бонеллия зеленая: 1 — самка; 2 — самец

В большинстве случаев, например у млекопитающих (в том числе и у человека), пол закладывается в момент оплодотворения при образовании зиготы. От того, какие хромосомы попадают в зиготу в момент оплодотворения, и зависит пол потомства этих организмов.

Схема определения пола у дрозофилы: у самца образуются гаметы двух типов, у самки все гаметы одинаковые

Мужские и женские гаметы определяют специфические наследственные свойства, выражающие генотипы мужского или женского организма. Среди хромосом, содержащихся в клетках, различают аутосомные (телесные) хромосомы и половые хромосомы. При этом некоторые наследственные свойства определяются именно половыми хромосомами. По размеру и генетической информации, заключенной в них, различают женские и мужские хромосомы. Женские называют X-хромосомами, а мужские Y-хромосомами. Аутосомные хромосомы обозначаются буквой A.

После оплодотворения в зиготе может возникнуть определенное сочетание половых хромосом: либо XX, либо XY. Пол организма с набором одинаковых половых хромосом (XX) называется гомогаметным (от греч. homos – равный, одинаковый и гамета), а разных (XY) – гетерогаметным (от греч. heteros – иной, другой и гамета).

У млекопитающих, в том числе и у человека, из зиготы, гомогаметной по X-хромосоме, развивается женский организм (XX), а из гетерогаметной зиготы – мужской (XY). Позже, когда развившийся из зиготы организм уже будет способен формировать свои гаметы, в женском (XX) организме появятся яйцеклетки только с X-хромосомами, тогда как в мужском будут образовываться сперматозоиды двух типов: 50 % – с X-хромосомой и столько же – с Y-хромосомой.

В природе существуют и другие способы определения пола. Например, у большинства насекомых отсутствие парной половой хромосомы (X0) определяет мужской пол и его гетерогаметность, а наличие парной половой хромосомы – женский пол и его гомогаметность (XX). У некоторых насекомых, например у бабочки крыжовниковой пяденицы, у птиц, земноводных и отдельных видов рыб встречается обратная ситуация, когда женские особи гетерогаметны, а мужские гомогаметны. Половые различия раздельнополых организмов могут быть связаны и с разным количественным составом их хромосомных наборов.

Наследование признаков, сцепленных с полом

Признаки, которые определяются генами, находящимися в половых хромосомах (X или Y), называют сцепленными с полом. Так же и наследование этих признаков называют наследованием, сцепленным с полом. Это явление было открыто Т. Морганом при проведении опытов на дрозофиле.
Известно несколько признаков, определяемых генами, находящимися только в Y-хромосоме. Они передаются от отца всем сыновьям, внукам и т. д. Иными словами, их наследование осуществляется только по мужской линии. Существуют также признаки, которые передаются только с женскими половыми хромосомами. Открытие сцепленного с полом наследования позволило доказать, что передача генов от родителей к потомкам совпадает с поведением X- и Y-хромосом.

У многих видов X- и Y-хромосомы резко отличаются по величине и объему генетической информации. Так, если в Y-хромосоме человека содержится около 100 функциональных генов, то в X-хромосоме их более 1500. Если учесть, что в зиготу будущего женского организма попадают две X-хромосомы, а в зиготу будущего мужского организма – гены одной X-хромосомы и малое количество генов Y-хромосомы, то в зиготах потомства будут преобладать гены, сцепленные с X-хромосомой.

С X-хромосомой передаются некоторые наследственные заболевания человека, например гемофилия (несвертываемость крови) и дальтонизм (красно-зеленая слепота).

Гены этих болезней находятся в X-хромосоме. Поэтому женщина, будучи совершенно здоровой, является тем не менее носителем патологического гена. Рассмотрим путь передачи заболевания, показанный на схеме. Доминантная аллель гена обозначена буквой H, а рецессивная – h. Из схемы видно, что мальчики с генотипом XhY будут больны гемофилией. Аналогичный механизм имеет наследование дальтонизма.

Распространение гемофилии в королевских семьях Европы (красный круг – носительница гена; бордовый квадрат – больной гемофилией) Наследование признака, сцепленного с полом, – дальтонизма

Примером наследственных аномалий, обусловленных геном, локализованным в Y-хромосоме, может служить синдактилия (сращение второго и третьего пальцев ног).

Давно замечено, что вероятность проявления гемофилии и дальтонизма, а также других наследственных заболеваний значительно возрастает в потомстве от близкородственных браков. Для предотвращения таких наследственных аномалий близкородственные браки в нашей стране и во многих других странах запрещены законом.

Роль аутосомных хромосом

Генотип всегда выступает как единая целостная система, поэтому у представителей различных видов довольно часто можно наблюдать явление взаимодействия генов, контролирующих формирование половых признаков и других функций организма, зависимых от пола или ограниченных полом. Однако признаки, наследственно связанные с полом, передаются дочерним организмам не только половыми, но и аутосомными хромосомами.

Примером такого взаимодействия являются признаки, проявление которых зависит от пола. Контролирующие их гены могут находиться не только в половых хромосомах, но и в любой из аутосом. Так, ген, определяющий облысение (плешивость) у человека, имеет различную степень выраженности у мужчин и женщин. Он наследуется по аутосомно-доминантному типу, но у женщин он проявляет свое действие как рецессивный. Поэтому у женщин-гетерозигот плешивость не наблюдается, а у женщин-гомозигот проявление гена выражено, но гораздо слабее, чем у мужчин.

Наследование признаков, сцепленных с полом

Признаки, гены которых находится в половых хромосомах, называется сцепленные с полом. В у — хромосоме генов почти нет, поэтому если говорят, что признак сцеплен с полом, значит ген находится в х — хромосоме. Если ген расположен в у — хромосоме, то это обычно оговаривается. У человека известно около 300 генов, находящийся в х — хромосоме и вызывающих наследственные болезни. Почти все они рецессивны. Наиболее известны: гемофилия, дальтонизм, мускульная дистрофия. Если рецессивный ген болезни сцеплен с х — хромосомой, то носителем является женщина, а болеют мужчины, т.к. у них этот ген находится в одинарной дозе или гомозиготном состоянии. Доминантны х — сцепленных заболеваний известно мало, в том числе некоторые формы рахита, нарушение сегментации кожи.

Считается, что мутация в х — хромосоме чаще происходит в сперматогенезе, т.е. у отца и эту х-хромосому получит дочка. Наследование, сцепленное с у — хромосомой: в у — хромосоме находится около 35 генов, в том числе 7 вызывают болезни (гипертрикоз, нарушение сперматогенеза). Т.к. отец передает у — хромосому только сыну, такие болезни наследуются по мужской линии и называется голондрическими. У животных известно только х — сцепленное рецессивное наследование, в том числе гемофилия у собак, бесшерстность у телят, отсутствие зубов, деформация передних ног у телят, карликовость у кур.

Рассмотрим случай, когда женщина является носителем гена дальтонизма. Она может и не знать, что имеет этот дефектный ген в своем геноме. Мы обозначим ее нормальную Х-хромосому как Х-С, а хромосому, в которой находится дефектный ген, — Х-с. Ее партнер имеет нормальную Х-хромосому (Х-С) и Y-хромосому (рис. 1).

Рис. 1. Наследование дальтонизма. Носителем заболевания является мать

Генотип XX соответствует нормальной женщине, ХХ-С — нормальной женщине, которая является носителем. Генотип XY— нормальному мужчине, a X-CY — мужчине-дальтонику. Вы можете сами нарисовать решетку Пеннета, чтобы увидеть результаты скрещивания между нормальной женщиной и мужчиной-дальтоником, как это показано на рис. 2. Все потомство мужского пола будет нормальным, а все потомство женского пола будет нести ген дальтонизма.

Сцепленные с полом заболевания

При Х-сцепленном типе наследования мутантный ген расположен в Х-хромосоме. Если при этом мутация обладает доминантным эффектом, то больными могут быть как мужчины, так и женщины. Однако от больного отца заболевание с вероятностью 100% передается только девочкам, но не мальчикам, получающим от отца Y-хромосому. Вероятность передачи доминантной Х-сцепленной мутации от больной матери детям составляет 50%, причем болезнь с равной вероятностью может быть унаследована как дочерью, так и сыном.

Гораздо чаще Х-сцепленные заболевания наследуются по рецессивному типу. Отличительным свойством рецессивных Х-сцепленных заболеваний является то, что в семье болеют мужчины, а мутантный аллель они наследуют от своей здоровой гетерозиготной матери. Такие матери могут иметь больных братьев. Больные мужчины могут передавать свое заболевание только через поколение и только внукам (но не внучкам) через свою здоровую, но гетерозиготную дочь. Таким образом, если проследить в родословной наследование по мужской линии рецессивного Х-сцепленного заболевания, то получится что-то вроде «хода шахматного коня».

Смотрите так же:  Невский спор

Высока вероятность присутствия Х-сцепленного рецессивного заболевания у женщин с синдромом Шерешевского-Тернера (45,Х0). Так как они имеют только одну Х-хромосому, то вероятность этого события равна частоте гетерозиготного носительства соответствующей мутации в популяции. Очень редко больными могут быть гомозиготные женщины, унаследовавшие одну из гомологичных мутаций от матери, а вторую либо от больного отца, либо от здорового отца, у которого мутация возникла de novo. Не менее экзотической является ситуация, когда больными оказываются гетерозиготные женщины, у которых второй гомолог мутантного гена разрушен в результате транслокации или иной хромосомной перестройки, точка разрыва которой в Х-хромосоме локализована в области мутантного гена. Но подчеркнем еще раз, при Х-сцепленном рецессивном наследовании в подавляющем большинстве случаев болеют только мужчины.

К доминантному, сцепленному с Х-хромосомой, типу наследования относится витамин Д-резистентный рахит (синонимы: гипофосфатемия, семейная-Х-сцепленная гипофосфатемия, фосфатдиабет, синдром Олбрайта-Баттлера-Блюмберга), частота которого в среднем составляет 1 : 20 000 детского населения.

Ген фосфатдиабета PEX-ген локализован в Х-хромосоме (Хр22.2). В результате мутаций в этом гене возникает дефицит белков, регулирующих транспорт кальцияи фосфора в почечных канальцах и, возможно, в кишечнике с развитием гипофосфатемии и в части случаев гиперфосфатурии. Нарушение фосфорно-кальциевого обмена приводит к деминерализации костей, развитию рахитоподобных деформаций скелета и задержке роста.

Болезнь чаще всего дебютирует на 2-3-м году жизни, однако, в некоторых случаях первые ее симптомы могут манифестировать как на 1-м году жизни ребенка, так и в возрасте 7-8 лет. Основными клиническими симптомы фосфатдиабета являются непропорционально маленький рост, деформации нижних конечностей, гипофосфатемия, повышение активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови, гипофосфатурия при нормальном выделении кальция в моче. Для диагностики заболевания очень важное значение имеют данные родословной: наличие фосфадиабета у кого-либо из родителей больного или родственников по отцовской или материнской линии. При рентгенографии трубчатых костей конечностей наиболее выраженные изменения наблюдаются в эпифизах нижних конечностей, концы костей расширены, слабо очерчены, часто имеют бокаловидные углубления, в грубо искривленных диафизах зоны остеопороза чередуются с зонами остеосклероза, ядра окостенения эпифизов развиваются нормально. Для лечения больных применяются высокие дозы витамина Д и его синтетические аналоги.

Гемофилия А и В

Наиболее известными Х-сцепленными рецессивными заболеваниями являются гемофилии А и В. В основе развития гемофилии А лежат наследственные дефекты, затрагивающие фактор VIII свертывания крови, а при гемофилии В дефектным оказывается IX фактор. Оба гена, кодирующие факторы VIII и IX (F8C и F9), локализованы в длинном плече Х-хромосомы в областях Хq28 и Хq27.1-2 соответственно. Известно, что при гемофилии наблюдается нарушение свертывания крови, и самые незначительные порезы могут привести больного без специальной гематологической помощи к летальному исходу. Отметим, что у женщин – носителей мутаций в одном из генов гемофилии (так называемых «кондукторов») в отдельных случаях также наблюдается склонность к кровотечениям, что выражается в обильных месячных, длительных кровотечениях во время родов. Это обстоятельство необходимо учитывать акушерам-гинекологам при работе с женщинами-носителями мутантных аллелей в любом из генов гемофилии А или В.

У девочки заболевание с обсуждаемым типом наследования может быть в двух случаях. Первый – в том случае, если она имеет кариотип 45,Х, что бывает при синдроме Шерешевского-Тернера, и эта единственная половая хромосома может оказаться мутантной по одному из генов гемофилии. Не менее экзотической является вторая ситуация, когда мать больной девочки является носителем гена гемофилии, отец же – болен гемофилией. Подобные случаи описаны в литературе, хотя на практике они встречаются крайне редко.

Чаще всего больные мальчики с вероятностью 50% рождаются у женщины, несущей мутацию в любом из генов гемофилии в гетерозиготном состоянии. Дочери такой женщины при здоровом муже всегда здоровы, но с вероятностью 25% могут оказаться, подобно матери, носителями патологической мутации.

Частота гемофилии А составляет 1 : 2500 новорожденных мальчиков, гемофилия В встречается в 10 раз реже гемофилии А. Изолированные случаи гемофилии А составляют 30%, остальные 70% это семейные варианты. Показано, что мутации в гене F8С возникают в сперматогенезе в 3-5 раз чаще, чем в оогенезе. Это значит, что более чем в 80% спорадических случаев мать больного ребенка является носителем мутации, возникшей de novo в зародышевых клетках ее отца. Кроме того, около 14% матерей, не являющихся носителями мутации, могут быть соматическими или гонадными мозаиками, и вероятность повторного рождения больного ребенка у них также повышена. В настоящее время возможна пренатальная диагностика гемофилии А и В.

Около 10% всех идентифицированных мутаций в гене F8С – делеции одного или нескольких смежных нуклеотидов. Остальные мутации точковые – миссенс- или нонсенс-типа. В гене F8С зарегистрировано несколько случаев инсерционного мутагенеза, связанных с перемещением одного из мобильных элементов. Ранее мы уже писали о том, что в 22 интроне гена F8С локализованы два других гена F8А и F8В («ген в гене»), продукты которых функционально не связаны с фактором VIII свертывания крови. Для одного из этих генов – F8А – имеется копия, расположенная в противоположной ориентации недалеко от 5’-конца гена F8С. Такая организация этого района генома является причиной повышенной частоты возникновения хромосомных перестроек и, в частности, инверсий, которые полностью инактивируют ген F8С. Подобные инверсии обнаруживаются у 45% больных с тяжелыми формами гемофилии А.

Гемофилия В обусловлена наследственным дефектным IX фактора – компонента средней фазы внутреннего каскада свертывания крови. В плазме крови фактор IX находится в виде гетеродимера, состоящего из двух полипептидных цепей (легкой и тяжелой), ковалентно связанных между собой одним дисульфидным мостиком. Фактор IX циркулирует в виде неактивной формы до тех пор, пока не произойдет протеолетическое высвобождение его активирующего пептида. После этого фактор IX принимает конформацию активной сериновой протеазы. Его роль в свертывании крови связана с активацией фактора X посредством взаимодействия с ионами кальция, фосфолипидами мембраны и фактором VIII.

Для гена F9 также характерна высокая частота возникновения мутаций (4х10 –6 за поколение), причем мутации значительно чаще возникают в мужских половых клетках, чем женских. Считается, что вероятность получения больным ребенком мутации, возникшей de novo, от отца в 11 раз выше, чем от матери. При этом с возрастом вероятность возникновения новой мутаций в гене F9 у отца повышается. По разным оценкам считается, что в спорадических случаях вероятность гетерозиготного носительства мутации у матери составляет 80%. В 40% случаев при тяжелых формах гемофилии В у больных обнаруживаются делеции в гене F9 различной протяженности. Точковые мутации в промоторной области гена связаны с более легкими формами заболевания, такими, например, как Лейдоновская гемофилия, при которой у больных к возрасту половой зрелости наступает улучшение многих клинических показателей, и, в частности, исчезает кровоточащий диатез.

Миодистрофия Дюшенна / Беккера

Другим известным примером Х-сцепленного рецессивного заболевания является прогрессирующая псевдогипертрофическая мышечная дистрофия Дюшенна/Беккера. Первый вариант заболевания, подробно описанный Г. Дюшенном в 1868 году, представляет собой одну из наиболее частых и злокачественных форм нервно-мышечной патологии детского возраста. Частота заболевания составляет 1 на 3-5 тысяч новорожденных мальчиков. В 1955 году П. Беккер описал более мягкий вариант Х-сцепленной прогрессирующей мышечной дистрофии, встречающийся с частотой 1 на 20- 25 тысяч лиц мужского пола. В течение долгого времени шли дискуссии о том, являются эти заболевания одной или разными нозологическими формами. В настоящее время убедительно доказано, что это одно заболевание, обусловленное разными мутациями в одном и том же гене миодистрофии Дюшенна – DMD.

Первые признаки миодистрофии Дюшенна появляются в возрасте 2 – 7 лет. Для большинства больных характерна задержка раннего моторного развития. При начале ходьбы (в возрасте 14 месяцев и старше) отмечаются частые падения, неловкость в движениях, быстрая утомляемость. Рано развивается рестракция ахилловых сухожилий – ходьба на носках. Постепенно походка становится переваливающейся, затем появляются затруднения при подъеме по лестнице, вставании из положения на корточках, ходьбе. Развивается псевдогипертрофия преимущественно икроножных и дельтовидных мышц, создающая ложное впечатление атлетического телосложения. Затем псевдогипертрофия трансформируется в гипотрофию. Патологический процесс носит восходящий характер. Первыми поражаются мышцы тазового пояса и проксимальных отделов нижних конечностей, затем мышцы плечевого пояса, спины и проксимальных отделов верхних конечностей. По мере развития заболевания возникают вторичные деформации позвоночника (поясничный гиперлордоз, кифоз, сколиоз), грудной клетки, которая становится седловидной или килевидной, стоп. Формируются «осиная талия», крыловидные лопатки, симптом «свободных надплечий». Постепенно развиваются обездвиженность, рестракции сухожилий, контрактуры суставов. Вместе с уменьшением массы мышц угнетаются рефлексы. Сопутствующим признаком заболевания является кардиомиопатия, которая проявляется в виде гипертрофии левого желудочка и аритмии. Примерно у четверти больных диагностируется олигофрения в степени дебильности. Больные сохраняют способность к ходьбе до 10-12-летнего возраста, после чего передвигаются только с помощью инвалидной коляски. Основной причиной летального исхода в возрасте до 20-25 лет являются интеркуррентные инфекции, которые больной не в силах перенести из-за включения в патологический процесс дыхательной мускулатуры.

Прогрессирующая мышечная дистрофия Беккера дебютирует обычно во второй декаде жизни с появления слабости и утомляемости мышц тазового пояса и ног. Одним из ранних симптомов, проявляющихся у значительного числа больных, являются болезненные мышечные спазмы. Симптомы мышечной дистрофии при двух формах заболевания носят сходный характер, но при форме Беккера выражены значительно слабее. Гипертрофическая или дилатационная кардиомиопатия диагностируется у 50-60% больных. Болезнь носит медленно прогрессирующий характер, инвалидизация наступает чаще всего после 40 лет. При этом интеллект, как правило, сохранен. Больные вступают в брак, имеют здоровых детей, работоспособны.

Смотрите так же:  Трудовой кодекс рк о премировании

Картированию гена DMD в области Xp21.2, а затем и его и идентификации способствовало описание единичных случаев миодистрофии Дюшенна у девочек. Эти девочки оказались носителями редких транслокаций между Х-хромосомой и одной из аутосом, причем таких, которые разрушали ген миодистрофии Дюшенна. Основным продуктом гена DMD в мышцах является структурный стержневидный белок дистрофин, принадлежащий к спектрин/α-актининовому суперсемейству белков цитоскелета. Это полифункциональный белок, обеспечивающий поддержание целостности мембраны мышечного волокна при раундах сокращения-расслабления, а также участвующий в формировании нейромышечного синапса. Дистрофин состоит из четырех доменов и располагается на цитоплазматической поверхности мышечной сарколеммы.

N-концевой домен дистрофина связан с цитоскелетом мышечного волокна. Затем идет самый крупный домен, обеспечивающий гибкость молекулы. Он имеет структуру трехгранного стержня и образован 24 слегка повторяющимися мотивами. За стержневым доменом следуют два очень важные в функциональном отношении домена – цистеин-богатый и С-концевой. В области цистеин-богатого домена формируются кальциевые каналы и осуществляется связь дистрофина, а значит и цитоскелета мышечного волокна с внеклеточным матриксом через трансмембранный комплекс дистрофин-ассоциированных белков, которые, в свою очередь, разделяют на два субкомплекса – саркогликановый и дистрогликановый. В области С-концевого домена располагается синтрофиновый комплекс дистрофин-ассоциированных белков, функции которого особенно важны для формирования нейромышечного синапса.

В 65-70% случаев у больных миодистрофией Дюшенна/Беккера диагностируются протяженные внутригенные делеции, затрагивающие несколько соседних экзонов, причем эти делеции характерны для обеих форм заболевания. Различия в их характере заключаются в том, что при миодистрофии Дюшенна делеции сопровождаются сдвигом рамки считывания. В этих случаях дистрофин у больных вообще не образуется. При форме Беккера делеции не нарушают рамку считывания, и дистрофин у больных синтезируется, хотя конечно, он имеет аномалии. Клинические проявления подобных делеций зависят от их протяженности и локализации. Так, например, описан больной с очень мягкой формой миодистрофии Беккера, диагностированной в среднем возрасте (после 40 лет), у которого при молекулярном анализе была выявлена протяженная делеция, затрагивающая более 40% гена. Однако эта делеция была так удачно расположена, что в мутантном дистрофине отсутствовал внутренний участок стержневого домена, в то время как функционально значимые домены 1, 3 и 4 оказались совершенно сохранными. Это и обеспечило такое мягкое течение заболевания. С другой стороны гораздо меньшие по размеру делеции и даже точковые мутации, затрагивающие цисеин-богатый и С-концевые домены дистрофина, могут быть ассоциированы с тяжелой клиникой миодистрофии Дюшенна. В гене DMD идентифицированы также другие внутригенные перестройки (дупликации, микроделеции), а также много нонсенс-мутаций, сопровождающихся преждевременным прекращением синтеза белка. Миссенс-мутации в гене DMD встречаются редко. Все идентифицированные у больных мутации приводят к разрушению дистрофин-ассоциированного комплекса белков, что и служит патогенетической основой для развития мышечной дистрофии при этом заболевании.

Молекулярная диагностика делеций в гене DMD проводится с использованием мультиплексной (множественной) ПЦР, что позволяет во многих семьях высокого риска проводить профилактику заболевания на базе пренатальной диагностики. В 30% семей мать больного миодистрофией мальчика не является носителем мутации, а болезнь у ее сына развивается в результате спонтанного возникновения мутации de novo в процессе оогенеза. Такую ситуацию очень важно диагностировать, так как в этом случае риск повторного рождения больного ребенка может быть значительно меньше и в некоторых случаях не превышает общепопуляционного. Разработаны специальные методы для выявления гетерозиготного носительства мутаций в гене DMD, в частности, иммуногистохимический анализ дистрофина в биоптате мышц. Возможна иммунологическая диагностика заболевания с использованием специфических антител на дистрофин.

Серьезную проблему для медико-генетического консультирования представляют случаи гонадного мозаицизма, обусловленного возникновением мутации в первичных половых клетках, то есть на ранних стадиях внутриутробного развития будущей матери. Считается, что 6-7% всех спорадических случаев являются следствием гонадного мозаицизма у матери. При этом оценить величину аберрантного клона ооцитов не представляется возможным. Эмпирический риск повторного рождения больного ребенка в спорадических случаях миодистрофии Дюшенна и при отсутствии доказательств гетерозиготного носительства мутации у матери достигает 14%, и это делает обоснованным пренатальную диагностику заболевания не только в семейных, но и в спорадических случаях. На рис. 6 представлена родословная пробанда М-й, 26 лет, являющейся носителем мутации в гене мидистрофии Дюшенна. Прослежена мутантная хромосома (Х-1) у женщин носителей мутации и больных миодистрофией Дюшенна мужчин.

Отцовский или голандрический тип наследования

В редких случаях наблюдается отцовский или голандрический тип наследования, обусловленный присутствием мутаций в генах Y-хромосомы. При этом болеют и передают через Y-хромосому свое заболевание сыновьям только мужчины. В отличие от аутосом и Х-хромосомы Y-хромосома несет сравнительно мало генов, немногим менее 100. Большинство из них обусловливают развитие организма по мужскому типу, участвуют в контроле сперматогенеза, роста тела и зубов. В Y-хромосоме есть псевдоаутосомные области, гены в которых имеют гомологов в Х-хромосоме. Мутации в этих генах нарушают коньюгацию половых хромосом в мужском мейозе и приводят к бесплодию. Остальные гены, присутствующие только у мужчин, участвуют в контроле детерминации пола и сперматогенеза. Так, на Y-хромосоме находятся гены SRY (sex determining region – определяющий пол участок) и AZF (азоспермии фактор), ответственные за программу половой дифференцировки и сперматогенез. Мутации в любом из этих генов приводят к нарушениям развития яичек и блоку сперматогенеза, что выражается в азоспермии. Такие мужчины страдают бесплодием, и потому их заболевание не наследуется. Y-сцепленные заболевания, как правило, являются результатом мутаций, возникших de novo. Мутациями в одном из генов, расположенных в Y-хромосоме, обусловлены некоторые формы ихтиоза (рыбья кожа) с совершенно безобидным признаком – оволосением ушной раковины.

«Генетика пола. Наследование признаков, сцепленных с полом»

Разделы: Биология

Оборудование: компьютер, мультимедиапроектор, экран (интерактивная доска), презентация в Power Point.

Особенность: изучение темы урока осуществляется на основе просмотра презентации “Генетика пола. Наследование, сцепленное с полом”.

Тип урока: урок изучения новой темы.

Цель: сформировать у учащихся представление о генетике пола, наследовании признаков, сцепленных с полом.

1. Образовательные: сформировать понятия: аутосомы, гетерохромосомы, гомогаметный, гетерогаметный пол, сформировать представление о детерминации развития пола, признаках, сцепленных с полом, признаках наследуемых через Y-хромосому и Х-хромосому; познакомить учащихся с особенностями наследования половых хромосом, некоторыми патологическими состояниями человека, наследуемыми сцепленно с полом.

2. Воспитательные: формировать сознательное отношение к своему здоровью и здоровью потомков.

3. Развивающие: продолжить формирование умений и навыков решения генетических задач на сцепленное наследование генов, на наследование, сцепленное с полом, развивать мыслительные операции; терминологический аппарат.

1. Организационный момент.

Учитель приветствует учащихся. Объявляется тема, цель урока. (Приложение 1. Слайд презентации №1).

2. Изучение новой темы.

Генетика пола – важное и интересное направление современной генетики. Проблема происхождения половых различий, механизмов определения пола и поддержания определенного соотношения полов в группах животных организмов очень важна и для теоретической биологии, и для практики. Рассмотрим хромосомный набор человека. (Приложение 1. Слайд №2). Он содержит 22 пары хромосом, одинаковых у мужского и женского организма, и одну пару хромосом, по которой различаются оба пола. Хромосомы, одинаковые у обоих полов, называют аутосомами. Хромосомы, по которым мужской и женский пол отличаются друг от друга – это половые или гетерохромосомы. (Запишите определения в рабочую тетрадь). (Приложение 1. Слайд №3). Половые хромосомы у женщин одинаковы, их называют Х-хромосомами. У мужчин имеется Х-хромосома и одна Y-хромосома.

В результате гаметогенеза все яйцеклетки имеют по одной Х-хромосоме, а сперматозоиды – гаметы двух сортов: половина несет Х-хромосому, половина — Y-хромосому. (Приложение 1. Слайд №4). Пол потомка зависит от того, какой спермий оплодотворит яйцеклетку. Если яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом, несущим Х-хромосому, развивается женский организм. Если яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом, несущим Y-хромосому, развивается мужской организм. В результате случайного оплодотворения половина гамет получает Х-хромосому, другая половина Y-хромосому. Поэтому у раздельнополых организмов соотношение полов обычно составляет 1:1, т.е. самцы и самки встречаются одинаково часто.

Женщины (XХ) имеют одну Х-хромосому от отца и одну Х-хромосому от матери. Мужчина (XY) получает Х-хромосому только от матери. Этим обусловлена особенность наследования генов, расположенных в половых хромосомах. (Приложение 1. Слайд №5).

Пол, содержащий в своих клетках две Х-хромосомы, называется гомогаметным, так как он дает все гаметы одинаковые, а содержащий и Х– и Y-хромосомы, образующий два типа гамет – гетерогаметным. (Запишите определения в рабочую тетрадь).

Детерминация развития пола. (Приложение 1. Слайд №6).

1. У человека, большинства позвоночных, дрозофил, многих насекомых и двудомных растений гомогаметным является женский пол (XX), а гетерогаметным — мужской пол.

2. У птиц гомогаметным является мужской пол (XX), а гетерогаметным — женский пол (ХУ). Половые хромосомы у этих видов иногда обозначают буквами W и Z, при этом самцы обозначаются символами ZZ, а самки WZ.

3. У прямокрылых (кузнечиков) гомогаметным является женский пол (XX), а моногаметным — мужской пол (ХО).

4. Гаплоидия широко распространена у пчел и муравьев. У этих организмов нет половых хромосом: самки — это диплоидные особи, а самцы — гаплоидные. (Приложение 1. Слайд №7).

Смотрите так же:  Иск по договору перевод

5. У некоторых животных определение пола зависит от внешних условий. Например, у морского червя бонелии, особи, которые в личиночной стадии остаются свободно плавающими, становятся самками, а личинки, прикрепившиеся к телу взрослой самки, превращаются в самцов в результате мускулинизирующего действия гормона, выделяемого самкой.

Признаки, наследуемые с половыми хромосомами X и У, получили название сцепленных с полом. (Приложение 1. Слайд №8).

Y-хромосому часто называют генетически инертной или генетически пустой, так как в ней очень мало генов. У человека на У-хромосоме располагается ряд генов, регулирующих сперматогенез, проявления антигенов гистосовместимости, влияющих на размер зубов и т. д. Известны аномалии, сцепленные с Y-хромосомой, которые от отца передаются всем сыновьям (чешуйчатость кожи, перепончатые пальцы, сильное оволосение на ушах). У-хромосома передается от отца всем его сыновьям, и только им. Следовательно, для генов, содержащихся только в У-хромосоме, характерно голандрическое наследование, т. е. они передаются только от отца к сыну и проявляются у самцов.

Х-хромосома несет много различных признаков. (Приложение 1. Слайд №9). Описано более 370 болезней сцепленных с ней. В женском организме (XX) каждый признак по генам, будет являться либо гомо-, либо гетерозиготным. Поскольку у особей мужского пола одна Х-хромосома, то все локализованные в ней гены, даже рецессивные, сразу же проявляются в фенотипе.

У человека некоторые патологические состояния наследуются сцеплено с полом. К ним относится, например, гемофилия (повышенная кровоточивость), дальтонизм (аномалия зрения, при которой человек недостаточно различает красный и зеленый цвета). (Приложение 1. Слайд №10). Дальтонизм, частичная цветовая слепота, один из видов нарушения цветового зрения. Это заболевание впервые описано в 1794г. Дальтонизм встречается у 8% мужчин и у 0,5% женщин.

Гемофилия — сцепленное с полом рецессивное заболевание, при котором нарушается образование фактора VIII, ускоряющего свертывание крови. (Приложение 1. Слайд №11).

Ген находится в Х-хромосоме. Кровоточивость при гемофилии проявляется с раннего детства. Даже лёгкие ушибы вызывают обширные кровоизлияния – подкожные, внутримышечные. Порезы, удаление зуба и др. сопровождаются опасными для жизни кровотечениями, могут вызвать смерть. Эта патологическая мутация в гене F8C была в генотипе наследника царского престола русского царя Алексея. (Приложение 1. Слайд №12). Молекулярный дефект в Х– хромосоме способен самым жестоким образом распоряжаться жизнью многих поколений его потомков. Гемофилия А поражает почти исключительно людей мужского пола. В среднем, один из 10 000 мальчиков рождается с этой патологией, и только в 70% случаев в его родословной можно найти указания на наследственную передачу мутантного гена. Это значит, что для каждой третьей семьи, в которой случилось такое несчастье, последнее является полной неожиданностью. Рассмотрим родословную потомков английской королевы Виктории. Предполагают, что ген гемофилии возник в результате мутации у самой королевы Виктории или у одного из ее родителей. Краткий обзор родословной (Приложение 1. Слайд презентации №13).

(Приложение 1. Слайд №14). В Кемеровской области в Беловском районе проживает коренное население – телеуты, у которых наблюдается гемофилия. Рассмотрим родословную наследования гемофилии у телеутов Кемеровской области. Гемофилия прослеживается в пяти поколениях. Об этом свидетельствует родословная. (Приложение 1. Слайд №15). Предполагают, что это вновь возникшая мутация, родоначальником которой был мужчина (либо его мать). Сейчас это заболевание широко распространилось в данной популяции. Если в мире в среднем от 6,6 до 18 больных приходится на 10000 мужчин, то у телеутов частота заболевания гемофилией 3 человека на 1000 мужчин, что превышает мировой уровень в сотни раз. Таким образом, можно говорить о высокой накопляемости гена гемофилии в популяции телеутов. Возникает серьёзная опасность для данной народности, поскольку численность её всего 3, 5тысячи человек.

Задача (Приложение 1. Слайд презентации №16).

Изучив родословную наследования гемофилии у телеутов можно найти семью, в которой женщина – носитель вышла замуж за здорового мужчину. От этого брака родилось двое детей: мальчик – гемофилик и девочка – предполагаемый носитель заболевания. Родители очень обеспокоены здоровьем своих детей и внуков. Дайте прогноз в отношении здоровья внуков в этой семье. (Разбирается в качестве примера учителем на схеме. Приложение 1. Слайд №17). Особи женского пола, гетерозиготные по любому из сцепленных с полом признаков, фенотипически нормальны, но половина их гамет несет рецессивный ген. Несмотря на наличие у отца нормального гена, сыновья матерей-носителей с вероятностью 50% будут страдать гемофилией. Вторая часть задачи с определением фенотипа потомства детей от брака здоровой женщины и мужчины – гемофилика решается на доске учащимися под контролем учителя. После формулирования ответа учащимся можно предложить найти на родословной подобную семью. (Приложение 1. Слайд №18).

3. Закрепление изученного материала.

а)Учащимся предлагается ответить на вопросы: (Приложение 1. Слайд презентации №19).

  1. Как называются хромосомы, одинаковые у обоих полов?
  2. Какие хромосомы называются половыми или гетерохромосомами?
  3. От чего зависит пол будущего потомка?
  4. Какой пол и почему называется гомогаметным?
  5. Какой пол называется гетерогаметным?
  6. Какой пол гомогаметен у человека, большинства позвоночных, многих насекомых и двудомных растений?
  7. Какой пол гомогаметен у птиц, бабочек, рептилий, хвостатых амфибий?
  8. Какие признаки называются сцепленными с полом?
  9. Почему у особей мужского пола в фенотипе сразу проявляются даже рецессивные признаки, связанные с Х -хромосомой?
  10. Приведите примеры заболеваний, сцепленных с полом?

б) Учащимся предлагается решить задачи по теме “Наследование сцепленное с полом” (Приложение 1. Слайд презентации №20).

1. Гипоплазия эмали наследуется как сцепленный с Х-хромосомой доминантный признак. В семье, где оба родителя страдали этой аномалией, родился сын с нормальными зубами. Каким будет второй сын?

2. У человека псевдогипертрофическая мускульная дистрофия заканчивается смертью в 10–20 лет. В некоторых семьях эта болезнь зависит от рецессивного сцепленного с полом гена. Болезнь зарегистрирована только у мальчиков. Если больные мальчики умирают до деторождения, то почему это заболевание не исчезает из популяции?

3. Гипертрихоз (вырастание волос на краю ушной раковины) наследуется как признак, сцепленный с У-хромосомой. Какова вероятность рождения детей и внуков с этим признаком в семье, где отец и дедушка обладали гипертрихозом?

Наследование, сцепленное с полом

Наследование, сцепленное с полом

В предыдущих двух случаях, когда мы рассматривали наследование врожденных аномалий по доминантному и по рецессивному типу, предполагалось, что мутации затрагивают аутосомы (греч. autos — сам и soma — тело), то есть находятся не в половых хромосомах. Однако встречаются заболевания, причинами которых являются именно половые хромосомы. Как вы помните, в отличие от парных аллельных аутосом, эти хромосомы разные. Следовательно, каждый находящийся в них ген не имеет аллельной пары. К тому же, сочетания половых хромосом обуславливают половую принадлежность человека. Это и определяет во многом специфику наследования болезней, сцепленных с полом.

Чаще всего мутантные гены находятся в X хромосоме. Рассмотрим случай, когда такая мутация является доминантной. Ясно, что тогда заболевание будет проявляться и у мальчиков, и у девочек. Что еще характерно для подобной ситуации?

— Больных женщин вдвое больше, чем мужчин, несмотря на примерно равное соотношение полов в обществе;

— если в данном браке больна только мать, она передаст заболевание 50 % своих сыновей и 50 % своих дочерей;

— у мужчин заболевание обычно проявляется тяжелее;

— если в данном браке болен только отец, все его дочери окажутся больными, а сыновья родятся здоровыми.

Последнюю особенность легко объяснить. Мужчина обладает только одной X хромосомой. Именно ее он передает своим дочерям. Если такая хромосома несет доминантную мутацию, она обязательно проявится у дочерей больного отца. Своим сыновьям он передает только Y хромосому, которая не несет копию мутантного гена.

Если мутация, локализованная в X хромосоме, является рецессивной, то:

— заболевание проявляется только у мальчиков;

— у больных мальчиков нередко бывают больны дяди по матери;

— сестры больных братьев с вероятностью 50 % являются носительницами мутантного гена;

— больные мужчины передают мутантный ген всем своим дочерям, которые становятся его носительницами;

— мальчики, родившиеся от брака здорового мужчины с женщиной — носительницей мутантного гена, с 50 % вероятностью окажутся больными.

Классический пример заболевания, сцепленного с полом и передающегося в поколениях по данной схеме — гемофилия. При этом первое утверждение, что болеют только мальчики, строго говоря, не совсем верно. Ведь можно представить себе случай, когда обе женские X хромосомы содержат по мутантному аллелю данного гена. Такая ситуация может возникнуть в результате брака женщины — носительницы мутантного гена и больного мужчины. Половина всех их дочерей будет иметь по мутантному гену в обеих X хромосомах и, следовательно, такие девочки окажутся больными. Такие ситуации возникают все же достаточно редко, поэтому и считается, что та же гемофилия проявляется только у мужских представителях рода.

По сравнению с X хромосомой, Y хромосома несет мало генов. Поэтому известно лишь немного заболеваний, которые обусловлены мутациями, локализованными в Y хромосоме. Проявляются они, естественно, только у мальчиков. Поскольку «Y-гены» определяют развитие организма по мужскому пути, мутации в них часто приводят к стерильности. Следовательно, такие мутации появляются каждый раз вновь в результате случайных событий и не передаются в ряду поколений.