X. Множественные аллели. Летали

До сих пор во всех примерах мы сталкивались с парами аллельных генов: карий и голубой, рогатый и комолый, гладкий и морщинистый. Однако почему бы не допустить существования большого числа аллелей данного гена. В действительности очень часто так и бывает. В таких случаях мы говорим о множественных аллелях. Все множественные аллели данного гена обозначают одной и той же буквой, а отдельные аллели - индексами к этой букве.

На рис. 24 показан случай множественного аллелизма у кролика. На нем изображены: дикий кролик с окрашенной шерстью; кролик шиншилла с серебристой шерстью; гималайский кролик с розовыми глазами и белой шерстью, за исключением ушей, лап, носа и кончика хвоста, и кролик-альбинос с белой шерстью и розовыми глазами. Окраска всех этих кроликов определяется аллеломорфами одного и того же гена. Аллель альбиноса с^Н, обусловливающий полное отсутствие окраски, рецессивен по отношению ко всем остальным аллелям. Аллель, определяющий гималайскую окраску с^Н, доминантен по отношению к аллелю с и рецессивен по отношению к остальным аллелям. Аллель, вызывающий окраску шиншилла с^сh, доминантен по отношению к аллелям гималайского кролика и кролика-альбиноса и рецессивен относительно аллеля дикого типа + или С. Аллель С доминирует над всеми остальными аллелями. Если мы используем знак > вместо слов "доминантен по отношению к", то сможем расположить эти четыре гена в следующем порядке:

Рис. 24. Множественные аллели у кролика

Любой из кроликов может, конечно, нести не более двух из перечисленных аллелей, так как он имеет только одну пару хромосом с данным геном. Например, генотип может быть Сс, и тогда кролик будет иметь окраску дикого типа, или с^сhc, и тогда кролик будет шиншилла, или с^Н с^Н, и тогда он будет гималайским и т. д.

Хорошо известная серия множественных аллеломорфов человека лежит в основе так называемых групп крови (А, В и 0), которые легко определить в лабораторных условиях и которые имеют большое значение при выборе донора. Основными аллелями этой серии являются А, В и 0 (правильнее эти аллели было бы обозначить I^А, I^В и I⁰, но для большей простоты мы будем пользоваться только индексами). Аллели А и В доминантны по отношению к аллелю 0, но ни один из них не доминирует над другим Следовательно, генотипы и соответствующие им фенотипы (группы крови) можно записать так, как показано в табл. 8.

Tabлица 8

Из табл. 8 можно сделать некоторые выводы о наследовании группы крови. Так, женщина или мужчина с группой крови АВ передает детям ген А или В и поэтому не имеет детей с группой крови 0. Если родители имеют группу крови А, то их дети будут иметь группы крови А или 0, но не В или АВ.

Другой ген имеет свою серию множественных аллелей, определяющих группу крови по Rh (это начальные буквы названия обезьяны резус, у которой была впервые обнаружена данная группа крови).

Эта серия состоит из очень большого числа аллелей, но для практических целей обычно бывает достаточным различать два аллеля, определяющих соответственно резус-положительную и резус-отрицательную реакции крови (Rb⁺ и Rh^-). Аллель Rh⁺ доминирует над аллелем Rh^-. Таким образом, человек с резус-отрицательной реакцией крови должен быть гомозиготным по гену Rh^-, а человек с резус-положительной реакцией может быть и гомозиготным (Rh⁺ Rh⁺), и гетерозиготным (Rh⁺Rh^-). При браке между резус-отрицательной женщиной и резус-положительным мужчиной (гомозиготным или гетерозиготным) ребенок может получить ген Rh⁺ от отца. Особое значение группы крови по Rh заключается в том, что резус-положительный ребенок, развивающийся в утробе резус-отрицательной матери, иногда рождается с тяжелой формой анемии. В настоящее время у беременных женщин определяют группу крови по Rh. Если женщина резус-отрицательна, то определяют группу крови и у ее мужа. Если он оказывается резус-положительным, то за протеканием беременности устанавливают специальное наблюдение, чтобы своевременно принять меры для предотвращения малокровия у новорожденного или сразу же начать необходимое лечение, если все же родится не вполне здоровый ребенок.

У мышей, кроликов и других близких к ним животных пестрая серовато-коричневая окраска шерсти обусловлена наличием желтой перетяжки на каждом волоске, имеющем в остальном черную окраску. Это легко заметить, если подуть против шерсти так, чтобы приподнялась часть волос. Этот тип окраски называется агути. Нормальный ген, вызывающий образование желтой перетяжки, обозначают буквой А. Он принадлежит к серии множественных аллелей. Один из аллелей этой серии а определяет отсутствие перетяжки, и тогда каждый волос оказывается окрашенным в черный цвет. Аллель а рецессивен по отношению к аллелю A, и поэтому животные с генотипом аа будут черными, а с генотипом Аа - агути. Особый интерес представляет тот аллель данной серии, который доминирует над всеми остальными. Он вызывает ярко-желтую окраску шерсти и поэтому называется желтым. Чтобы была ясна его принадлежность к аллелям серии агути, его обозначают A^Y.

Впервые желтую мышь обнаружили в одном из вивариев еще в прошлом веке. После повторного открытия законов Менделя генетики начали изучать наследование желтой окраски и обнаружили интересное явление. Желтые мыши, скрещенные с агути или с неагути (черные мыши), всегда давали в потомстве некоторое количество агути или черных мышей. Очевидно, все эти желтые мыши были гетерозиготными (A^YА или A^Yа). Чтобы получить гомозиготных мышей, генетики скрестили гетерозиготных желтых мышей между собой:

Среди желтых мышей первого поколения каждая третья мышь (¹/₄ от ³/₄) должна бы быть гомозиготной. Чтобы выявить таких гомозиготных мышей, генетики провели испытание по потомству, скрестив желтых мышей F₁ с агути или с черными мышами, поскольку аллель A^Y доминирует и над А, и над а, все потомство гомозиготных мышей должно быть желтым

Однако даже при испытании большого числа желтых мышей в каждом помете помимо желтых мышат были агути или черные. Из 4776 мышат, появившихся в результате этих скрещиваний, 2378 имели желтую окраску, а 2398 - агути или черную, что и следовало ожидать, если бы все испытанные желтые мыши были гетерозиготными. Оказалось, что скрещивание между желтыми мышами просто не дает ожидаемых гомозигот.

Как это можно объяснить? К тому времени уже не вызывало сомнений, что в соответствии с первым законом Менделя при скрещивании гетерозиготных организмов ¹/₄ зигот должна быть гомозиготной по любому аллелю. Если тем не менее гомозиготы по аллелю A^Y не появлялись в потомстве, то, очевидно, они погибали еще до рождения. Тогда скрещивания между двумя желтыми мышами должны были бы давать меньшие по численности пометы, чем скрещивания, в которых хотя бы один из родителей не имел желтой окраски. И это, действительно, подтвердилось

Более того, в пометах, полученных в результате скрещиваний гетерозиготных мышей, 2386 мышат были желтыми, и 1236 - агути или черными. Эти числа не соответствуют обычному отношению 3:1, но очень близки к отношению 2:1, которое и следовало бы ожидать при гибели мышей, гомозиготных по желтой окраске, еще до рождения Действительно, тщательное исследование показало, что при этих скрещиваниях около ¹/₄ эмбрионов погибают на самой ранней стадии развития.

Гены, которые приводят к гибели организмы, гомозиготные по этим генам, называются рецессивными леталями. Ген желтой окраски у мышей - это и есть рецессивная леталь. Однако внешнее проявление данного гена в окраске шерсти доминантно, и поэтому при желании можно не допустить его летального действия, если не скрещивать желтых мышей между собой. К сожалению, большинство рецессивных леталей, которые нередко несут домашние животные, не проявляют себя в гетерозиготах. Например, рецессивный ген, вызывающий щель в нёбе у свиней, действует как леталь, так как поросята, гомозиготные по этому гену, не могут сосать; гетерозиготы же - совершенно нормальные животные. Рецессивная леталь, вызывающая отсутствие шерсти, приводит к гибели телят почти сразу же после рождения; и опять же гетерозиготы нормальны. В таких случаях невозможно произвести даже обычное испытание по потомству (см. главу VI), поскольку ни одно гомозиготное животное, необходимое для такого скрещивания, не выживает. Скотовод обнаруживает гетерозиготных животных, только если они скрещиваются между собой и дают летальное потомство; это позволяет ему отбраковать данных животных как производителей.

Иногда бывает так, что животное, которое несет рецессивную леталь или какой-либо другой вредный ген, широко используют на племя, так как оно обладает некоторыми ценными качествами. Например, ген слепоты у ирландских сеттеров (см. главу VI) очень распространился в 30-е годы, когда почти все чистопородные сеттеры оказались потомками одной знаменитой собаки (♀), которая, очевидно, была гетерозиготной по этому гену. Хорошо известен случай распространения среди шведского крупного рогатого скота летального гена, определяющего отсутствие шерсти, полученного от знаменитого быка гольштейнфризской породы, которого широко использовали как производителя.

Выводы

1. Множественные аллели являются аллелями одного и того же гена; все они аллельны по отношению друг к другу. Организм может быть гомозиготным по любому аллелю и гетерозиготным по любым двум аллелям, но он никогда не несет более двух аллелей одного гена.

2. Рецессивными леталями являются гены, приводящие гомозиготы к гибели до их рождения или сразу после рождения. Некоторые из леталей проявляют себя в фенотипе гетерозиготных организмов как доминантные гены; в этих случаях от них легко избавиться. Большинство же рецессивных леталей домашних животных не проявляют себя в гетерозиготах и поэтому могут широко распространиться, прежде чем будут выявлены в результате случайного скрещивания гетерозиготных организмов между собой и гибели части потомства.

Задание

1. Ген серии агути у мышей имеет пять аллелей по окраске шерсти: желтый (А^Y), агути с белым брюшком (А^w) агути - окраска дикого типа (А), черный с рыжевато-коричневым - черная спинка и рыжевато-коричневое брюшко (a^t) и неагути (а). У живых мышей можно встретить все генотипы, которые могут быть образованы этими аллелями (кроме генотипа А^Y A^Y). Сколько всего может быть генотипов?

2. В табл. 9 приведены различные группы крови родителей и ребенка. Какие из этих комбинаций в действительности невозможны?

Таблица 9

3. Гетерозиготный бык +/l, который несет рецессивную деталь, вызывающую отсутствие шерсти, скрещен с несколькими коровами, гомозиготными по нормальному аллелю:

а) какая часть телят будет гетерозиготной по l?

б) выросшие телки могут быть скрещены со своим отцом. Какова при этом вероятность рождения теленка без шерсти, если мать гетерозиготна?

в) используя ответы, полученные на первые два вопроса, вычислите вероятность рождения нежизнеспособного теленка в результате скрещивания гетерозиготного быка +/l с одной из его дочерей от нормальной коровы.

(Скрещивание быков с их дочерьми - прием, которым можно пользоваться для выявления рецессивной летали у быка.)