Nepopolna penetracija. Koncept genske ekspresivnosti in penetracije. Pomen enotnosti zunanjega in notranjega okolja v razvoju organizma. Interakcija alelnih genov

Pri obravnavi delovanja gena in njegovih alelov je treba upoštevati ne le interakcije genov in delovanje modifikatorskih genov, temveč tudi modifikacijski učinek okolja, v katerem se organizem razvija. Znano je, da je barva cvetov jegliča roza (P-) - bela (pp) se deduje po monohibridnem vzorcu, če se rastline razvijajo v temperaturnem območju 15-25°C. Če rastline F 2 gojenih pri temperaturi 30-35°C, potem so vsi njihovi cvetovi beli. Končno, pri gojenju rastlin F 2 v pogojih temperaturnega nihanja okoli 30°C je možno dobiti različna razmerja iz 3Р:1рр do 100 % rastlin z belimi cvetovi. Tako spremenljivo razmerje razredov med delitvijo, odvisno od okoljskih pogojev ali pogojev genotipskega okolja (kot je S.S. Chetverikov imenoval variacijo genotipa z geni modifikatorji), imenujemo spremenljivo penetracija: Ta koncept pomeni možnost manifestacije ali ne-prikazovanja lastnosti v organizmih, ki so identični glede na proučevane genotipske dejavnike.

Primer pleiotropnega učinka gena je bil že omenjen - prevladujoča platinasta obarvanost lisic z recesivnim letalnim učinkom. Kot prikazuje D.K. Belyaev in njegovi sodelavci, je mogoče doseči rojstvo živih mladičkov, homozigotnih za dominantni alel platinaste barve, če je dolžina dneva za breje samice raznolika. Tako se lahko zmanjša prebojnost letalnega učinka (ne bo več 100%).

Penetračnost je izražena z deležem posameznikov, ki kažejo proučevano lastnost med vsemi posamezniki istega genotipa za nadzorovani (proučevani) gen.

Stopnja izraženosti lastnosti je lahko odvisna tudi od zunanjega okolja in modifikatorskih genov. Na primer, Drosophila, homozigotna za alel vgvg(rudimentarna krila), prikaže to značilnost bolj kontrastno, ko se temperatura zniža. Drug znak Drosophile je odsotnost oči. (oči) variira od 0 do 50 % števila faset, značilnih za divje vrste muh.

Stopnja manifestacije različne lastnosti se imenuje izraznost. Ekspresivnost je običajno izražena kvantitativno glede na odstopanje lastnosti od divjega tipa.

Oba pojma - prodornost in ekspresivnost - je leta 1925 uvedel N.V. Timofeeva-Resovskega za opis spremenljivega izražanja genov (slika 1).

riž. 1 - Shema, ki pojasnjuje variacije v ekspresivnosti in penetrantnosti lastnosti

Dejstvo, da se lastnost lahko pojavi ali ne pojavi pri posameznikih določenega genotipa, odvisno od pogojev ali se lahko razlikuje glede na različni pogoji okolje, nas prepriča, da je fenotip rezultat delovanja (in interakcije) genov v specifičnih pogojih obstoja organizma.

Sposobnost genotipa, da se na tak ali drugačen način manifestira v različnih okoljskih razmerah, odraža normo njegove reakcije - sposobnost odzivanja na različne razvojne pogoje. Hitrost reakcije genotipa je treba upoštevati tako med poskusi kot pri vzreji novih oblik gospodarsko vrednih organizmov. Odsotnost sprememb v manifestaciji lastnosti kaže, da uporabljeni vpliv ne vpliva na to normo reakcije, smrt organizma pa kaže, da je že zunaj norme reakcije. Izbor visokoproduktivnih oblik rastlin, živali in mikroorganizmov v veliki meri predstavlja izbor organizmov z ozko in specializirano normo reakcije na take zunanji vplivi, kot so gnojila, obilno hranjenje, narava gojenja itd.

Umetno zoženje ali premik v reakcijski normi se uporablja za označevanje številnih vitalnih genov. Tako so preučevali gene, ki nadzorujejo reprodukcijo DNA in sintezo beljakovin v bakterijah in kvasovkah, gene, ki nadzorujejo razvoj Drosophila itd.. V tem primeru so bili pridobljeni mutanti, ki niso bili sposobni preživeti pri povišana temperatura gojenje, tj. pogojno smrtonosno.

Tako gradivo, obravnavano v tem poglavju, kaže, da je genotip sistem medsebojno delujočih genov, ki se fenotipsko manifestirajo glede na pogoje genotipskega okolja in življenjskih pogojev. Le z uporabo principov mendelejevske analize lahko ta kompleksni sistem pogojno razgradimo na elementarne značilnosti - fene in s tem identificiramo posamezne, diskretne enote genotipa - gene.

100 RUR bonus za prvo naročilo

Izberite vrsto dela Diplomsko delo Tečajna naloga Povzetek magistrskega dela Poročilo o praksi Članek Poročilo Pregled Test Monografija Reševanje problemov Poslovni načrt Odgovori na vprašanja Ustvarjalno delo Esej Risanje Eseji Prevajanje Predstavitve Tipkanje Drugo Povečanje unikatnosti besedila Magistrsko delo Laboratorijske vaje Spletna pomoč

Ugotovite ceno

Izraz "penetracija" je uvedel Timofeev-Ressovski. Ta koncept se nanaša na sposobnost genov, da se manifestirajo v genotipu; in je izražen kot količnik števila osebkov z lastnostjo, deljen s skupnim številom osebkov, ki imajo gen za to lastnost. Primeri prodornosti so: barva cveta kitajskega jegliča je odvisna od temperature zraka; znaki 100% penetracije - krvna skupina, desničarstvo.

Izraznost je stopnja manifestacije lastnosti. Obe lastnosti sta odvisni od zunanjih pogojev. Primeri ekspresivnosti so: gen elony (»e//e« homozigot) - črna barva telesa pri drozofilah; siva barva telesa (»+//+« homozigot); če je temperatura nižja od 20 °, potem temno siva barva ("+//e" heterozigot); če je več kot 20°, potem siva (»+//e« heterozigot); torej nizka temperatura kaže na prevlado recesivnih genov in toplota pol-dominantni geni.

Večkratni alelizem.

Če ima gen veliko število alelov, potem to skupino imenujemo serija alelov. Ugotovljena je bila serija alelov gena, odgovornega za barvo oči pri Drosophili: mutacija belih oči (bela - bela (I kromosom)).

P w//w (bela) x wa// (marelična)

F1 w//wa (svetlo rumena - spojina); w// (bela)

Posamezniki so heterozigoti za določen gen (spojino). Spojina ne kaže vrnitve v divji tip; ti (posamezniki) imajo vmesno manifestacijo značilnosti. Odsotnost reverzije na divji tip je diagnostični znak alelnosti teh mutacij.

wa//wa - kromosom I (marelica)

+//+ - kromosom III (marelica)

+//+ - I kromosom (svetel)

st//st - kromosom III (svetel)

wa in st - nealelni znaki

In + - divji tip

C > ch > cch > albino

Divja himalajska albino činčila

C x sa - divja oblika

Ajda in tobak imata gene, odgovorne za nezdružljivost stigme in pestiča:

C1 C2 C3 C4 C5…

Р С1С2 x С1С2 Р С1С2 x С1С3

samooprašitev nemogoča delna sterilnost

Mnogi genetske bolezni jasno opredeljena v družini; tiste. nenormalni fenotip zlahka ločimo od normalnega. Od klinične izkušnje Vendar pa je znano, da se nekatere bolezni morda ne manifestirajo, čeprav ima oseba enak genotip, ki povzroča bolezen pri drugih družinskih članih. V drugih primerih ima lahko ista bolezen izjemno spremenljivo predstavitev v smislu klinične resnosti, obsega simptomov ali starosti nastopa.

Fenotipsko izražanje nenormalni genotip lahko spremenijo učinki staranja, drugi genetski lokusi ali dejavniki okolju. Razlike v izražanju lahko pogosto povzročijo težave pri razlagi diagnoze in rodovnika. Obstajata dva različna mehanizma, ki bi lahko pojasnila razlike v izražanju: zmanjšana penetracija in spremenljiva izraznost.

Penetrance- verjetnost, da bo gen imel kakršno koli fenotipsko manifestacijo. Če je pogostnost izražanja fenotipa manjša od 100 %, tj. Obstajajo posamezniki, ki imajo ustrezen genotip brez kakršnih koli njegovih manifestacij, pravijo, da ima gen nepopolno penetracijo. Penetrance je koncept vse ali nič. To je odstotek ljudi s patološkim genotipom in njegovimi manifestacijami, vsaj do neke mere.

Ekspresivnost- resnost izraženosti fenotipa med posamezniki z enim patološkim genotipom. Kadar se resnost bolezni razlikuje med ljudmi z enakim genotipom, velja, da ima fenotip spremenljivo izraženost. Tudi znotraj istega rodovnika imata lahko dva posameznika, ki nosita iste mutirane gene, nekatere enake znake in simptome, druge manifestacije bolezni pa se lahko razlikujejo glede na prizadeta tkiva in organe.

nekaj težave Pri razumevanju dedovanja fenotipov bolezni, ki nastanejo kot posledica starostno odvisne penetracije in spremenljive ekspresivnosti, lahko upoštevamo primer avtosomno dominantne nevrofibromatoze NF1. Nevrofibromatoza tipa 1 - pogosta bolezen živčni sistem oči in kože, se pojavi pri približno 1 od 3500 rojstev. Med etničnimi skupinami ni bistvenih razlik v pojavnosti bolezni.

Nevrofibromatoza tipa 1(NF1) je značilna rast številnih benignih tumorjev, nevrofibromov, v koži; prisotnost številnih ravnih, nepravilno pigmentiranih predelov kože, znanih kot kavni madeži ali madeži café au lait; rast majhnih benignih tumorjev (hamartomov) v šarenici očesa (Lisch vozliči); včasih duševna zaostalost, tumorji centralnega živčnega sistema, diseminirani pleksiformni nevrofibromi in razvoj maligni tumorjiživčnega sistema ali mišic. Tako ima bolezen pleiotropni fenotip.

1. vrsta(NF1) je prvi v celoti opisal zdravnik von Recklinghausen leta 1882, vendar je bolezen verjetno znana že od antičnih časov. Čeprav imajo odrasli heterozigoti skoraj vedno nekaj znakov bolezni (tj. 100-odstotno penetracijo odraslih), imajo lahko nekateri samo madeže kave, aksilarne pege in Lischeve nodule, drugi pa lahko življenjsko nevarne benigni tumorji, ki vpliva hrbtenjača ali maligni sarkomi okončin.

Tako obstaja spremenljiva izraznost; Tudi znotraj istega rodovnika so nekateri bolniki hudo prizadeti, medtem ko so drugi le rahlo prizadeti. Diagnoza je pri otrocih težja, ker se simptomi s starostjo razvijajo postopoma. V obdobju novorojenčka ima denimo manj kot polovica vseh obolelih vsaj največ blag simptom bolezni, “kavni” madeži. Penetracija je torej odvisna od starosti.

IN gen NF1 Odkritih je bilo veliko različnih mutacij, ki povzročajo zmanjšanje delovanja genskega produkta nevrofibromina. Približno polovica primerov NF1 je posledica nove mutacije in ne podedovane.

Glavna genetska težava z svetovanje družinam bolnikov z NF1- potreba po izbiri med dvema enako verjetnima možnostma: probandova bolezen je sporadična, tj. novo mutacijo ali pa je bolnik klinično dedoval smiselno obliko bolezni od staršev, pri katerih je gen prisoten, vendar se slabo manifestira. Če proband podeduje napako, je tveganje, da bo to stanje podedoval tudi kateri od njegovih bratov in sester, 50 %; če pa ima proband novo mutacijo, je tveganje za brate in sestre zelo majhno.

Pomembno je, da je v obeh primerih tveganje, da bo bolnik prenesel gen potomstvo, je 50 %. Glede na to negotovost morajo družine bolnikov z NF1 vedeti, da je mogoče bolezen odkriti presimptomatsko in celo prenatalno z uporabo molekularno genetskega testiranja. Žal lahko molekularna diagnostika večinoma le odgovori na vprašanje, ali se bo bolezen razvila, ne more pa ugotoviti njene resnosti. Z izjemo povezave popolne delecije gena z dismorfijo, duševno zaostalostjo in velikim številom nevrofibromov v zgodnja starost, ni bilo ugotovljene korelacije med resnostjo fenotipa in specifičnimi mutacijami v genu NF1.

Drug primer avtosomno dominantne malformacije z nepopolno penetracijo je kršitev ločevanja rok, kot je ektrodaktilija. Malformacija se pojavi v šestem ali sedmem tednu razvoja, ko se oblikujejo dlani in stopala. Bolezen kaže heterogenost lokusa. Identificiranih je bilo vsaj pet lokusov, čeprav je bil dejanski odgovorni gen potrjen le v nekaterih izmed njih. Nepopolna penetracija v rodovnikih z okvarami rok lahko povzroči preskočene generacije, kar oteži genetsko svetovanje, saj lahko oseba z normalnimi rokami kljub temu prenese gen bolezni in ima tako prizadete otroke.

Čeprav na splošno pravila dedovanja monogene bolezni lahko zlahka razvrstimo kot avtosomno ali X-vezano ter dominantno ali recesivno, lahko dedovanje v posameznem rodovniku prikrijejo številni drugi dejavniki, ki otežujejo razlago vzorca dedovanja.

Diagnostične težave so lahko posledica nepopolne prodornost ali spremenljiva izraženost bolezni; Na izražanje genov lahko vplivajo drugi geni in okoljski dejavniki; nekateri genotipi ne preživijo do rojstva; Morda ni natančnih informacij o prisotnosti bolezni pri sorodnikih oz družinski odnosi; dominantne in X-vezane bolezni lahko povzročijo nove mutacije; in končno, zaradi majhnosti družine, ki je danes značilna za večino razvitih držav, je lahko bolnik slučajno edina bolna oseba v družini, zaradi česar se je zelo težko odločiti za vrsto dedovanja.

Genetska bolezen se lahko pojavi kadarkoli v človekovem življenju, od zgodnjega razvoja ploda do starosti. Nekateri od njih so lahko smrtni v maternici, drugi lahko motijo ​​normalen razvoj ploda in se odkrijejo prenatalno (npr. ultrazvok), vendar so združljivi z živim rojstvom; spet druge je mogoče identificirati šele po rojstvu. (Genetske in prirojene bolezni se pogosto zamenjujejo.

M

Nikolaj Vladimirovič Timofejev-Resovski

Ekspresivnost se izraža kvantitativno.Pogostost pojavljanja te lastnosti v generaciji se imenuje penetracija (izraz je predlagal N.V. Timofeev-Ressovski leta 1927). Izražena je količinsko v odstotkih. Penetranca je lahko popolna (100% pojavnost lastnosti) ali nepopolna (pojavnost lastnosti je manjša od 100%). Na primer, pri ljudeh je penetracija prirojenega izpaha kolka 25 %, penetracija očesne napake "koloboma" pa približno 50 %.

Poznavanje mehanizmov in narave izražanja je pomembno pri medicinskem genetskem svetovanju in določanju možnega genotipa fenotipsko »zdravih« ljudi, katerih sorodniki so imeli dedne bolezni. Fenomeni ekspresivnosti kažejo, da je dominanco (manifestacijo dominantnega alelnega gena) mogoče nadzorovati, smiselno iskanje sredstev za preprečevanje razvoja dednih nepravilnosti in patološko obremenjene dednosti pri človeku. Za medicino je zelo pomembno dejstvo, da je lahko isti genotip vir razvoja različnih fenotipov. To pomeni, da ni nujno, da se obremenjena dednost pokaže v organizmu v razvoju. V nekaterih primerih je razvoj bolezni mogoče preprečiti, zlasti z dieto ali zdravili.

Znano enake spremembe fenotipa, ki jih povzročajo spremembe alelov različnih genov – genokopije. Njihov pojav je posledica nadzora lastnosti s strani številnih genov. Ker biosinteza molekul v celici praviloma poteka v več korakih, lahko mutacije različnih genov, ki nadzorujejo različne stopnje ene biokemične poti, vodijo do enakega rezultata - odsotnosti končnega produkta verige reakcij in , torej enaka sprememba fenotipa. Tako pri ljudeh poznamo več oblik naglušnosti, ki jih povzročajo mutirani aleli treh avtosomnih genov in enega gena kromosoma X. Vendar pa v različnih primerih gluhost spremlja bodisi retinitis pigmentosa, golša ali nepravilnosti v delovanju srca. Problem genskih kopij je pomemben tudi v medicinski genetiki za napovedovanje možne manifestacije dednih bolezni pri potomcih, če so starši imeli podobne bolezni ali razvojne anomalije.

Zdravilo- kemično sredstvo, ki povzroča omamljenost, komo ali neobčutljivost za bolečino.

Vpliv drog na potomce odvisnika od drog je škodljiv. To je posledica mutageni vpliv narkotične snovi za spermo in jajčeca, tako z neposrednim toksičnim učinkom na razvoj zarodka. Če bodoča mati med nosečnostjo ne preneha jemati drog, se lahko otrok rodi kot odvisnik od drog. Če se to ne zgodi, potem Tveganje odvisnosti od drog traja vse življenje.

Neposredno učinek zdravil na plod se začne že v prvih sekundah spočetja.Droge lahko neposredno vplivajo na plod, uničevanje njegov celični struktura, ali skozi sprememba lupina maternica, poslabša prekrvavitev ploda in povzroči občasno hipoksijo. Jetra nahaja se tudi razvijajoči se organizem na obdobja nastanek, Zato zdravila, prodoren Za plod lahko zadrževati se in neovirano uničiti postopoma sistemi in organov nerojeno organizem.

Naravno je, da nevarnost mrtvorojenosti med odvisniki od mamil je neverjetno veliko – 80%, odcepitev posteljice - 15%, prezgodnji porod,

Otroci imajo povečano tveganje prirojene okvare pri novorojenčkih se pojavljajo razvoj, zaostanek v rasti ali poporodne psihovedenjske motnje (ki se kažejo v hiperaktivnosti, hipertoničnosti in slabem učenju, možna je duševna zaostalost, vse do hude demence), skeletne anomalije in izolirane atrezije.

Otrok, rojen materi odvisnici od drog, kaže znake odvisnosti od drog že v prvih urah življenja. Njegovo telo potrebuje droge, ki jih je prejel v krvi od matere, telo se na to odzove s krči, jokom in drugimi manifestacijami, značilnimi za odrasle odvisnike od drog v stanju odtegnitve.