28.7: Шаблони спадкування

Цілі навчання

• Диференціювати генотип і фенотип
• Опишіть, як алелі визначають риси людини
• Підсумуйте експерименти Менделя і пов'яжіть їх з генетикою людини
• Поясніть успадкування аутосомно-домінантних та рецесивних та статевих генетичних порушень

Ми обговорили події, які призводять до розвитку новонародженого. Але що робить кожного новонародженого унікальним? Відповідь лежить, звичайно, в ДНК сперми та яйцеклітини, які об'єдналися, утворюючи ту першу диплоїдну клітину, людську зиготу.

Від генотипу до фенотипу

Кожна клітина людського тіла має повний доповнення ДНК, що зберігається в 23 парах хромосом. \(\PageIndex{1}\)На малюнку зображені пари в систематичному розташуванні, званому каріотипом. Серед них одна пара хромосом, звана статевими хромосомами, яка визначає стать особини (XX у самок, XY у самців). Решта 22 хромосомні пари називаються аутосомними хромосомами. Кожна з цих хромосом несе сотні або навіть тисячі генів, кожен з яких кодує для складання конкретного білка - тобто гени «виражаються» у вигляді білків. Повний генетичний склад людини називається його або її генотип. Характеристики, які виражають гени, будь то фізичні, поведінкові чи біохімічні, є фенотипом людини.

Ви успадковуєте по одній хромосомі в кожній парі - повне доповнення 23 - від кожного з батьків. Це відбувається, коли сперматозоїд і яйцеклітина об'єднуються в момент вашого зачаття. Гомологічні хромосоми - ті, що складають комплементарну пару - мають гени для тих же характеристик в тому ж місці хромосоми. Оскільки одна копія гена, алель, успадковується від кожного з батьків, алелі в цих взаємодоповнюючих парах можуть відрізнятися. Візьмемо, наприклад, аллель, який кодує для ямочок. Дитина може успадкувати аллель, що кодує ямочки на хромосомі від батька і аллель, який кодує для гладкої шкіри (без ямочок) на хромосомі від матері.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Хромосомний комплемент чоловіка. Кожна пара хромосом містить від сотень до тисяч генів. Шаблони смуг майже ідентичні для двох хромосом всередині кожної пари, що вказує на однакову організацію генів. Як видно в цьому каріотипі, єдиним винятком з цього є пара XY статевих хромосом у чоловіків. (кредит: Національний науково-дослідний інститут геному людини)

Хоча у людини може бути два однакових алелі для одного гена (гомозиготного стану), можливо і у людини два різних алелі (гетерозиготний стан). Два алелі можуть взаємодіяти декількома різними способами. Експресія алеля може бути домінантною, для чого активність цього гена буде маскувати експресію недомінантного, або рецесивного, алеля. Іноді домінування є повним; в інший час воно є неповним. У деяких випадках обидва алелі виражаються одночасно у формі вираження, відомої як кодомінантність.

При найпростішому розкладі одна пара генів визначить єдину спадкову характеристику. Однак, це досить часто для декількох генів взаємодіяти, щоб надати особливість. Наприклад, вісім або більше генів - кожен зі своїми алелями - визначають колір очей у людини. Більше того, хоча будь-яка одна людина може мати лише два алелі, що відповідають даному гену, у популяції зазвичай існує більше двох алелів. Це явище називається множинними алелями. Наприклад, існує три різних алелі, які кодують групу крові АВО; вони позначаються I ^A, I ^B і i.

Понад 100 років теоретичних та експериментальних генетичних досліджень, а також більш пізнього секвенування та анотації генома людини допомогли вченим розробити краще розуміння того, як генотип індивіда виражається як їх фенотип. Цей набір знань може допомогти вченим та медичним працівникам передбачити або, принаймні, оцінити деякі особливості, які потомство успадкує, вивчаючи генотипи або фенотипи батьків. Одним з важливих застосувань цих знань є виявлення ризику індивіда для певних спадкових генетичних порушень. Однак більшість захворювань мають мультигенну схему успадкування і також можуть впливати на навколишнє середовище, тому вивчення генотипів або фенотипів батьків людини надасть лише обмежену інформацію про ризик успадкування захворювання. Тільки для декількох одногенних порушень генетичне тестування дозволяє клініцистам обчислити ймовірність, з якою дитина, народжена двома випробуваними батьками, може успадкувати певне захворювання.

Теорія спадкування Менделя

Наше сучасне розуміння генетики спирається на працю ченця дев'ятнадцятого століття. Працюючи в середині 1800-х років, задовго до того, як хтось знав про гени або хромосоми, Грегор Мендель виявив, що горох садовий передає свої фізичні характеристики наступним поколінням дискретно і передбачувано. Коли він спаровував, або схрещував, два чисто розмножуються горохових рослини, які відрізнялися певною характеристикою, потомство першого покоління все виглядало як один з батьків. Наприклад, коли він схрещував високі та карликові рослини гороху, все потомство було високим. Мендель назвав високий зріст домінантним, оскільки воно виражалося в потомстві, коли він був присутній у чистокровного батька. Карликовість він назвав рецесивним тому, що воно маскувалося в потомстві, якщо один з чистокровних батьків володів домінуючою характеристикою. Відзначимо, що високий і карликовість - це варіації за характеристикою висоти. Мендель назвав таку варіацію рисою. Тепер ми знаємо, що ці риси є експресією різних алелів гена, що кодує висоту.

Мендель виконав тисячі схрещувань у горохових рослин з різними ознаками за різноманітними характеристиками. І він неодноразово пригадував одні й ті ж результати - серед рис, які він вивчав, одна завжди була домінуючою, а інша завжди була рецесивною. (Однак пам'ятайте, що цей домінантно-рецесивний зв'язок між алелями не завжди буває; деякі алелі є співдомінуючими, а іноді домінантне домінування є неповним.)

Використовуючи своє розуміння домінуючих та рецесивних рис, Мендель перевірив, чи може рецесивна риса бути втрачена взагалі в гороховій лінії, чи вона з'явиться в більш пізньому поколінні. Схрещуючи потомство другого покоління чистокровних батьків один з одним, він показав, що останнє вірно: рецесивні риси знову з'явилися у рослин третього покоління в співвідношенні 3:1 (три потомства, що мають домінуючу рису, і одне має рецесивну рису). Потім Мендель запропонував, щоб такі характеристики, як висота, визначалися спадковими «факторами», які передавалися, по одному від кожного з батьків, і успадковувалися парами потомством.

Мовою генетики теорія Менделя, застосована до людини, говорить, що якщо індивід отримує два домінантних алелі, по одному від кожного з батьків, фенотип індивіда буде виражати домінуючу рису. Якщо індивід отримує два рецесивних алелі, то рецесивна риса буде виражена в фенотипі. Особи, які мають два однакових алелі для даного гена, будь то домінантний або рецесивний, як кажуть, є гомозиготними для цього гена (гомо- = «те саме»). І навпаки, людина, яка має один домінантний алель та один рецесивний алель, як кажуть, є гетерозиготною для цього гена (гетеро- = «інший» або «інший»). У цьому випадку буде виражена домінуюча риса, а індивід буде фенотипічно ідентичний індивіду, який володіє двома домінуючими алелями для ознаки.

У генетиці поширена практика використання великих та малих літер для представлення домінантних та рецесивних алелів. Використовуючи як приклад рослини гороху Менделя, якщо висока рослина гороху гомозиготна, вона матиме два високих алелі (ТТ). Рослина карликового гороху повинна бути гомозиготною, оскільки її карликовість може бути виражена лише тоді, коли присутні два рецесивні алелі (tt). Гетерозиготна рослина гороху (Tt) була б високою і фенотипічно не відрізняється від високої гомозиготної рослини гороху через домінуючого високого алелю. Мендель зробив висновок, що співвідношення домінантного до рецесивного 3:1 буде вироблено випадковою сегрегацією спадкових факторів (генів) при схрещуванні двох гетерозиготних рослин гороху. Іншими словами, для будь-якого даного гена батьки з однаковою ймовірністю передадуть або один зі своїх алелів своєму потомству в гаплоїдній гаметі, і результат буде виражений у домінантно-рецесивній схемі, якщо обидва батьки гетерозиготні за ознакою.

Через випадкову сегрегацію гамет при прогнозуванні ймовірності даного фенотипу вступають закони випадковості та ймовірності. Розглянемо щось середнє між індивідом з двома домінуючими алелями для ознаки (AA) і індивідом з двома рецесивними алелями для однієї і тієї ж ознаки (aa). Усі батьківські гамети від домінуючої особи були б А, а всі батьківські гамети від рецесивної індивіди були б (Рисунок\(\PageIndex{2}\)). Все потомство того другого покоління, що успадковує по одному алелю від кожного з батьків, матиме генотип Аа, і ймовірність вираження фенотипу домінантного алеля становила б 4 з 4, або 100 відсотків.

Це здається досить простим, але схема спадкування стає цікавою, коли перетинаються особини другого покоління Aa. У цьому поколінні 50 відсотків гамет кожного з батьків - A, а інші 50 відсотків - a. За принципом випадкової сегрегації Менделя можливими комбінаціями гамет, які може отримати потомство, є АА, Аа, Аа (що те саме, що Аа) і аа. Оскільки сегрегація та запліднення є випадковими, кожне потомство має 25-відсотковий шанс отримати будь-яку з цих комбінацій. Тому, якби хрест Аа × Аа виконувався 1000 разів, приблизно 250 (25 відсотків) потомства було б АА; 500 (50 відсотків) було б Aa (тобто Aa плюс Aa); і 250 (25 відсотків) було б aa. Генотипічне співвідношення для цієї моделі успадкування становить 1:2: 1. Однак ми вже встановили, що особи АА і Аа (і Аа) все виражають домінуючу рису (тобто мають один і той же фенотип), і тому можуть бути об'єднані в одну групу. Результатом є співвідношення фенотипів третього покоління Менделя 3:1.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Випадкова сегрегація. При утворенні гамет однаково ймовірно, що або один з парних алелей від одного з батьків буде передаватися потомству. Ця цифра слідує можливим поєднанням алелів через два покоління після схрещування гомозиготних домінантних та гомозиготних рецесивних батьків першого покоління. Рецесивний фенотип, який маскується в другому поколінні, має 1 на 4, або 25 відсотків, шанс знову з'явитися в третьому поколінні.

Спостереження Менделя за рослинами гороху також включало в себе безліч схрещувань, які задіяли множинні риси, що спонукало його сформулювати принцип самостійного асортименту. Закон стверджує, що члени однієї пари генів (алелей) від батьків будуть сортувати незалежно від інших пар генів під час формування гамет. Застосовується до рослин гороху, це означає, що алелі, пов'язані з різними ознаками рослини, такими як колір, висота або тип насіння, сортуватимуться незалежно один від одного. Це справедливо, за винятком випадків, коли два алелі розташовані близько один до одного на тій же хромосомі. Самостійний асортимент передбачає велику ступінь різноманітності в потомстві.

Менделева генетика представляє основи успадкування, але є два важливих кваліфікатори, які слід враховувати при застосуванні висновків Менделя до досліджень спадкування у людей. По-перше, як ми вже зазначали, не всі гени успадковуються в домінантно-рецесивній схемі. Хоча всі диплоїдні особи мають два алелі для кожного гена, пари алелів можуть взаємодіяти, створюючи кілька типів моделей успадкування, включаючи неповне домінування та співдомінування.

По-друге, Мендель виконував свої дослідження, використовуючи тисячі рослин гороху. Він зміг визначити фенотипічне співвідношення 3:1 у потомства другого покоління, оскільки його великий розмір вибірки подолав вплив мінливості, що виникає внаслідок випадковості. На відміну від цього, жодна людська пара ніколи не мала тисяч дітей. Якщо ми знаємо, що чоловік і жінка є гетерозиготними для рецесивного генетичного захворювання, ми б передбачили, що кожен четвертий їхній дитина буде вражений хворобою. Однак у реальному житті вплив випадковості може значно змінити це співвідношення. Наприклад, якщо чоловік і жінка є гетерозиготними щодо муковісцидозу, рецесивного генетичного захворювання, яке виражається лише тоді, коли у людини є два дефектні алелі, ми очікуємо, що кожен четвертий їхній дитина матиме муковісцидоз. Однак у них цілком можливо мати семеро дітей, жоден з яких не постраждав, або мати двох дітей, обидва з яких постраждали. Для кожної окремої дитини наявність або відсутність одного генного розладу залежить від того, які алелі дитина успадковує від своїх батьків.

Аутосомно-домінантне успадкування

У разі муковісцидозу розлад є рецесивним до нормального фенотипу. Однак генетична аномалія може бути домінуючою до нормального фенотипу. Коли домінантний алель розташований на одній з 22 пар аутосом (нестатевих хромосом), ми називаємо його схему успадкування аутосомно-домінантною. Прикладом аутосомно-домінантного розладу є нейрофіброматоз I типу, захворювання, яке викликає пухлинне утворення в нервовій системі, що призводить до деформацій шкіри та скелета. Розглянемо пару, в якій один з батьків гетерозиготний для цього розладу (і у кого, отже, нейрофіброматоз), Nn, а один з батьків гомозиготний для нормального гена, nn. Гетерозиготний батько мав би 50-відсотковий шанс передати домінантний алель для цього розладу своєму потомству, а гомозиготний батько завжди передавав би нормальний алель. Тому однаково ймовірні чотири можливі генотипи потомства: Nn, Nn, nn і nn. Тобто кожна дитина цієї пари мала б 50-відсотковий шанс успадкувати нейрофіброматоз. Ця схема успадкування показана на малюнку\(\PageIndex{3}\), у формі під назвою квадрат Пуннетта, названий на честь його творця, британського генетика Реджинальда Паннетта.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Аутосомно-домінантне успадкування. Схема успадкування аутосомно-домінантного розладу, такого як нейрофіброматоз, показана в квадраті Пуннетта.

Інші генетичні захворювання, які успадковуються за цією схемою, - це ахондропластична карликовість, синдром Марфана та хвороба Хантінгтона. Оскільки аутосомно-домінантні розлади виражаються наявністю лише одного гена, людина з розладом буде знати, що у нього є принаймні один несправний ген. Вираз захворювання може проявитися пізніше в житті, після дітородних років, що має місце при хворобі Гентінгтона (більш детально розглянуто далі в цьому розділі).

Аутосомно-рецесивне успадкування

Коли генетичне порушення успадковується за аутосомно-рецесивним малюнком, розлад відповідає рецесивному фенотипу. Гетерозиготні особини не виявлять симптомів цього розладу, оскільки їх неуражений ген компенсує. Така особина називається носієм. Носії аутосомно-рецесивного розладу можуть ніколи не знати свого генотипу, якщо вони не мають дитини з розладом.

Прикладом аутосомно-рецесивного розладу є муковісцидоз (КФ), який ми ввели раніше. КФ характеризується хронічним скупченням густої, живучої слизу в легенях і травному тракті. Десятиліття тому діти з КФ рідко дожили до дорослого життя. З досягненням медичних технологій середня тривалість життя в розвинених країнах зросла до середнього дорослого віку. CF є відносно поширеним розладом, який зустрічається приблизно у 1 в 2000 кавказців. Дитина, народжена двома носіями CF, мала б 25-відсотковий шанс успадкувати хворобу. Це те саме 3:1 домінант:рецесивне співвідношення, яке Мендель спостерігав у своїх горохових рослин, застосовував би тут. Патерн показаний на малюнку\(\PageIndex{4}\), використовуючи діаграму, яка відстежує ймовірну частоту виникнення аутосомно-рецесивного розладу на основі батьківських генотипів.

З іншого боку, дитина, народжена у носія CF, і хтось із двома непорушеними алелями матиме 0-відсоткову ймовірність успадкування CF, але мав би 50 відсотків шансів бути носієм. Інші приклади аутосомних рецесивних генетичних захворювань включають розлад крові серповидно-клітинну анемію, фатальний неврологічний розлад хвороби Тай-Сакса та порушення обміну речовин фенілкетонурію.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Аутосомно-рецесивне успадкування. Схема успадкування аутосомно-рецесивного розладу з двома батьками-носіями відображає ймовірність вираження серед потомства 3:1. (кредит: Національна медична бібліотека США)

X-зв'язане домінантне або рецесивне успадкування

Х-зчеплена схема передачі включає гени, розташовані на Х-хромосомі 23-ї пари (рис.\(\PageIndex{5}\)). Нагадаємо, що у самця є одна X і одна Y-хромосома. Коли батько передає Y-хромосому, дитина - чоловік, а коли він передає Х-хромосому, дитина - жінка. Мати може передавати тільки Х-хромосому, оскільки обидві її статеві хромосоми є Х-хромосомами.

Коли аномальний алель для гена, який виникає на Х-хромосомі, є домінуючим над нормальним алелем, картина описується як Х-зв'язана домінанта. Це стосується рахіту, стійкого до вітаміну D: уражений батько передасть ген хвороби всім своїм дочкам, але жодному з його синів, оскільки він дарує лише Y-хромосому своїм синам (див. Рисунок 28.7.5.a). Якщо це мати, яка постраждала, всі її діти - чоловіки чи жінки - мали б 50-відсотковий шанс успадкувати розлад, оскільки вона може передати лише Х-хромосому своїм дітям (див\(\PageIndex{5}\). Рис. Для ураженої жінки схема успадкування була б ідентичною моделі аутосомно-домінантного успадкування, в якій один з батьків гетерозиготний, а інший - гомозиготний для нормального гена.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): X-зв'язані шаблони успадкування. Діаграма Х-зв'язаних моделей домінантного успадкування відрізняється залежно від того, чи уражена хворобою (а) батько чи (б) мати. (кредит: Національна медична бібліотека США)

Х-зчеплене рецесивне успадкування набагато частіше, оскільки жінки можуть бути носіями захворювання, але все ще мають нормальний фенотип. Захворювання, що передаються Х-зчепленим рецесивним успадкуванням, включають кольорову сліпоту, порушення згортання крові, гемофілію та деякі форми м'язової дистрофії. Для прикладу Х-зчепленого рецесивного спадкування розглянемо батьків, у яких мати є непорушеним носієм, а батько - нормальним. Жодна з дочок не захворіла б на хворобу, оскільки вони отримують нормальний ген від батька. Однак вони мають 50-відсотковий шанс отримати ген хвороби від матері і стати носієм. На відміну від цього, постраждали б 50 відсотків синів (рис.\(\PageIndex{6}\)).

При Х-пов'язаних рецесивних захворюваннях чоловіки або мають захворювання, або є генотипично нормальними - вони не можуть бути носіями. Самки, однак, можуть бути генотипічно нормальними, носієм, який є фенотипічно нормальним або ураженим захворюванням. Дочка може успадкувати ген для Х-пов'язаної рецесивної хвороби, коли її мати є носієм або ураженим, або постраждав її батько. Дочка буде вражена хворобою тільки в тому випадку, якщо вона успадкує Х-зчеплений рецесивний ген від обох батьків. Як ви можете собі уявити, Х-пов'язані рецесивні розлади вражають набагато більше чоловіків, ніж жінок. Наприклад, дальтонізм вражає щонайменше 1 з 20 самців, але лише близько 1 з 400 самок.

Малюнок\(\PageIndex{6}\): X-зв'язане рецесивне успадкування. Враховуючи двох батьків, у яких батько нормальний, а мати є носієм рецесивного розладу, пов'язаний із Х-зв'язаним, син мав би 50-відсоткову ймовірність постраждати від розладу, тоді як дочки були б або носіями, або зовсім не постраждали. (кредит: Національна медична бібліотека США)

Інші моделі спадкування: неповне домінування, співдомінування та смертельні алелі

Не всі генетичні порушення успадковуються в домінантно-рецесивній схемі. При неповному домінуванні потомство виражає гетерозиготний фенотип, який є проміжним між гомозиготною домінантною ознакою одного з батьків та гомозиготною рецесивною рисою іншого батька. Приклад цього можна побачити у левиних зів, коли рослини з червоними квітами та рослини з білими квітами схрещуються, щоб отримати рослини з рожевими квітами. У людини неповне домінування відбувається з одним з генів для текстури волосся. Коли один з батьків проходить алель кучерявого волосся (неповністю домінантний алель), а інший батько проходить алель прямого волосся, вплив на потомство буде проміжним, в результаті чого волосся хвилясте.

Кодомінантність характеризується рівним, чітким та одночасним вираженням різних алелей обох батьків. Цей візерунок відрізняється від проміжних, змішаних ознак, помічених в неповному домінуванні. Класичним прикладом кодомінантності у людини є група крові АВО. Люди групи крові А, якщо у них є алель для ферменту, який полегшує вироблення поверхневого антигену А на їх еритроцитах. Цей алель позначається I ^А. Таким же чином люди відносяться до групи крові В, якщо вони експресують фермент для виробництва поверхневого антигену Б. Люди, які мають алелі для обох ферментів (I ^A і I ^B) виробляють як поверхневі антигени A, так і B. В результаті вони є групою крові AB. Оскільки спостерігається ефект обох алелів (або ферментів), ми говоримо, що алелі I ^A і I ^B є кодомінантними. Існує і третій алель, який визначає групу крові. Цей алель (i) виробляє нефункціональний фермент. Люди, які мають два алелі i, не виробляють ні A, ні B поверхневих антигенів: вони мають кров типу O. Якщо у людини є I ^A і i алелі, у людини буде група крові А. зверніть увагу, що це не має ніякої різниці, чи є у людини два алелі I ^A або один I ^A і один i алель. В обох випадках людина є групою крові А. Тому що I ^A маски i, ми говоримо, що I ^A є домінуючим до i. Таблиця\(\PageIndex{1}\) підсумовує вираження групи крові.

Таблиця\(\PageIndex{1}\)

Експресія типів крові
Група крові	Генотип	Патерн спадкування
A	I ^A I ^A або I ^A i	I ^A є домінуючим до i
Б	I ^B I ^B або I ^B i	I ^B є домінуючим до i
АБ	Я ^А І ^Б	I ^A є домінуючим до I ^B
O	ii	Дві рецесивні алелі

Певні комбінації алелів можуть бути смертельними, тобто вони перешкоджають розвитку людини внутрішньоутробно або спричиняють скорочений термін життя. У рецесивних летальних схемах спадкування дитина, яка народилася у двох гетерозиготних (носіїв) батьків і яка успадкувала несправний алель від обох, не вижила б. Прикладом цього є Тей-Сакс, смертельний розлад нервової системи. При цьому розладі батьки з однією копією аллеля для розладу є носіями. Якщо вони обидва передадуть свій аномальний алель, їх потомство розвине хворобу і помре в дитинстві, як правило, до 5 років.

Домінантні летальні моделі успадкування зустрічаються набагато рідше, оскільки ні гетерозиготи, ні гомозиготи не виживають. Звичайно, домінантні летальні алелі, які виникають природним шляхом через мутацію і викликають викидні або мертвонародження, ніколи не передаються наступним поколінням. Однак деякі домінантні летальні алелі, такі як алель при хворобі Гентінгтона, спричиняють скорочений термін життя, але можуть бути виявлені лише після досягнення людиною репродуктивного віку та народження дітей. Хвороба Хантінгтона викликає незворотну дегенерацію нервових клітин і смерть у 100 відсотків постраждалих осіб, але вона може не виражатися, поки індивід не досягне середнього віку. Таким чином, домінантні летальні алелі можуть зберігатися в людській популяції. Особи з сімейною історією хвороби Гентінгтона зазвичай пропонують генетичне консультування, яке може допомогти їм вирішити, чи хочуть вони пройти тестування на несправний ген.

Мутації

Мутація - це зміна послідовності нуклеотидів ДНК, які можуть впливати або не впливати на фенотип людини. Мутації можуть виникати спонтанно через помилки під час реплікації ДНК, або вони можуть бути наслідком екологічних образів, таких як радіація, певні віруси або вплив тютюнового диму або інших токсичних хімічних речовин. Оскільки гени кодують для складання білків, мутація в нуклеотидній послідовності гена може змінювати послідовність амінокислот і, отже, структуру та функцію білка. Спонтанні мутації, що виникають під час мейозу, вважаються причиною багатьох спонтанних абортів (викиднів).

Хромосомні розлади

Іноді генетичне захворювання викликано не мутацією в гені, а наявністю неправильної кількості хромосом. Наприклад, синдром Дауна викликаний наявністю трьох копій хромосоми 21. Це відомо як трисомія 21. Найпоширенішою причиною трисомії 21 є хромосомна неріз'юнкція під час мейозу. Частота недиз'юнкційних подій, як видається, збільшується з віком, тому частота виношування дитини з синдромом Дауна збільшується у жінок старше 36 років. Вік батька має значення менше, тому що неразрушення набагато рідше відбувається в спермі, ніж в яйцеклітині.

Тоді як синдром Дауна викликаний наявністю трьох копій хромосоми, синдром Тернера викликаний лише однією копією Х-хромосоми. Це відоме як моносомія. Уражена дитина завжди жіноча. Жінки з синдромом Тернера стерильні, оскільки їх статеві органи не дозрівають.

КАР'ЄРНІ ЗВ'ЯЗКИ

Генетичний радник

Враховуючи складну оркестровку експресії генів, міграції клітин та диференціації клітин під час пренатального розвитку, дивно, що переважна більшість новонароджених здорові та вільні від великих вроджених вад. Коли жінка старше 35 років вагітна або має намір завагітніти, або її партнер старше 55 років, або якщо є сімейний анамнез генетичного захворювання, вона та її партнер можуть захотіти поговорити з генетичним консультантом, щоб обговорити ймовірність того, що їхня дитина може постраждати від генетичного або хромосомного розладу. Генетичний консультант може інтерпретувати сімейний анамнез пари та оцінити ризики для їх майбутнього потомства.

При багатьох генетичних захворюваннях ДНК-тест може визначити, чи є людина носієм. Наприклад, статус носія для Fragile X, X-зв'язаного розладу, пов'язаного з розумовою відсталістю, або для муковісцидозу, можна визначити за допомогою простого взяття крові для отримання ДНК для тестування. Генетичний консультант може навчити пару про наслідки такого тесту і допомогти їм вирішити, чи варто проходити тестування. При хромосомних порушеннях доступні варіанти тестування включають аналіз крові, амніоцентез (при якому досліджують навколоплідні води) і забір ворсин хоріона (при якому тестується тканина з плаценти). Кожен з них має переваги і недоліки. Генетичний консультант також може допомогти подружжю впоратися з новиною про те, що або один, або обидва партнери є носієм генетичного захворювання, або що у їх майбутньої дитини діагностовано хромосомне порушення або інший вроджений дефект.

Щоб стати генетичним консультантом, потрібно завершити 4-річну програму бакалаврату, а потім отримати ступінь магістра наук з генетичного консультування в акредитованому університеті. Сертифікація Ради досягається після проходження іспитів Американською радою генетичного консультування. Генетичні консультанти є важливими професіоналами у багатьох галузях медицини, але існує особливий попит на передзачаття та пренатальних генетичних консультантів.

Відвідайте веб-сайт Національного товариства генетичних консультантів для отримання додаткової інформації про генетичних консультантів.

Відвідайте веб-сайт Американської ради генетичних консультантів, Inc., для отримання додаткової інформації про генетичних консультантів.

Огляд глави

Є два аспекти генетичного складу людини. Їх генотип відноситься до генетичного складу хромосом, знайдених у всіх їх клітині, і алелів, які передаються від батьків. Їх фенотип - це вираження цього генотипу, засноване на взаємодії парних алелів, а також на тому, як умови навколишнього середовища впливають на цю експресію.

Працюючи з рослинами гороху, Мендель виявив, що фактори, що враховують різні риси у батьків, дискретно передаються потомству парами, по одному від кожного з батьків. Він сформулював принципи випадкової сегрегації та незалежного асортименту для врахування спостережень, які він спостерігав. Факторами Менделя є гени, причому різні варіанти називаються алелями, а ці алелі є домінуючими або рецесивними в експресії. Кожен батько передає по одному алелю для кожного гена потомству, і потомство однаково ймовірно успадковує будь-яку комбінацію пар алелів. Коли Мендель схрещував гетерозиготних особин, він неодноразово виявляв домінантно-рецесивне співвідношення 3:1. Він правильно постулював, що вираз рецесивної ознаки маскується в гетерозиготах, але з'явиться в їх потомстві передбачуваним чином.

Генетика людини зосереджена на виявленні різних алелей та розумінні того, як вони виражають себе. Медичні дослідники особливо зацікавлені у виявленні моделей успадкування генетичних порушень, що забезпечує засоби для оцінки ризику того, що потомство даної пари успадкує генетичне захворювання або розлад. Шаблони успадкування у людини включають аутосомне домінування та рецессивність, Х-зчеплене домінування та рецессивність, неповне домінування, кодомінування та летальність. Зміна нуклеотидної послідовності ДНК, яка може проявлятися або не проявлятися в фенотипі, називається мутацією.

Переглянути питання

Синдром Марфана успадковується за аутосомно-домінантним малюнком. Що з наступного вірно?

А. Жіноче потомство частіше є носіями захворювання.

Б. чоловіче потомство частіше успадковує хворобу.

С. чоловіче і жіноче потомство мають однакову ймовірність успадкування захворювання.

D. жіноче потомство частіше успадковує хворобу.

Відповідь: C

В. Крім кодомінантності, антигени групи крові АВО також є прикладом ________.

А. неповне домінування

B. X-зчеплене рецесивне успадкування

C. множинні алелі

D. рецесивний летальний спадок

Відповідь: C

У Зої муковісцидоз. Яке з перерахованого нижче є найбільш ймовірним поясненням?

Зоя, ймовірно, успадкувала один несправний алель від батька, який є носієм, і один нормальний аллель від матері.

Зої, ймовірно, успадкувала один несправний алель від матері, яка також повинна мати муковісцидоз, і один нормальний алель від батька.

Зої, мабуть, успадкувала дефектні алелі від обох батьків, обидва з яких також повинні мати муковісцидоз.

D. Zoe, мабуть, успадкувала несправні алелі від обох батьків, обидва з яких є носіями.

Відповідь: D

Питання критичного мислення

Питання: Поясніть, чому було важливо, щоб Мендель виконував свої хрести, використовуючи великий розмір вибірки?

A. Використовуючи великі розміри вибірки, Мендель мінімізував ефект випадкової мінливості, що виникає внаслідок випадковості. Це дозволило йому виявити справжні співвідношення, що відповідають домінантно-рецесивній спадщині.

Питання: Як жінка-носій Х-зв'язаного рецесивного розладу може мати дочку, яка постраждала?

A. Єдиний спосіб народження постраждалої дочки - це якщо жінка-носій спарилася з чоловіком, який постраждав. У цьому випадку постраждало б 50 відсотків дочок. Як варіант, але надзвичайно малоймовірний, дочка може постраждати від спонтанної мутації.

Глосарій

алель

альтернативні форми гена, які займають специфічний локус на конкретному гені

аутосомна хромосома

у людини 22 пари хромосом, які не є статевими хромосомами (XX або XY)

аутосомно-домінантний

шаблон домінантного успадкування, який відповідає гену на одній з 22 аутосомних хромосом

аутосомно-рецесивний

шаблон рецесивного успадкування, який відповідає гену на одній з 22 аутосомних хромосом

перевізника

гетерозиготна особа, яка не проявляє симптомів рецесивного генетичного розладу, але може передавати розлад своєму потомству

співдомінування

шаблон успадкування, який відповідає рівному, чіткому та одночасному вираженню двох різних алелей

домінуючим

описує ознаку, яка виражається як в гомозиготній, так і в гетерозиготній формі

домінантний летальний

схема успадкування, при якій особи з однією або двома копіями летального алеля не виживають внутрішньоутробно або мають скорочений термін життя

генотип

повний генетичний склад індивіда

гетерозиготний

мають два різних алелі для даного гена

гомозиготний

мають два однакових алелі для даного гена

неповне домінування

патерн успадкування, при якому гетерозиготний генотип виражає фенотип проміжний між домінантним і рецесивним фенотипами

каріотип

систематичне розташування зображень хромосом в гомологічні пари

мутації

зміна нуклеотидної послідовності ДНК

фенотипу

фізичне або біохімічне прояв генотипу; експресія алелів

Площа Паннетта

сітка використовується для відображення всіх можливих комбінацій алелів, переданих батьками потомству, і прогнозування математичної ймовірності успадкування потомством даного генотипу

рецесивних

описує ознаку, яка виражається лише в гомозиготній формі і маскується в гетерозиготній формі

рецесивний летальний

схема успадкування, при якій особи з двома копіями летального алеля не виживають внутрішньоутробно або мають скорочений термін життя

статеві хромосоми

пара хромосом, що беруть участь у визначенні статі; у чоловіків - хромосоми XY; у самок - XX хромосоми

риса

варіація вираженої характеристики

Х-зчеплений

схема успадкування, при якій алель переноситься на Х-хромосомі 23-ї пари

Х-зв'язана домінанта

шаблон домінантного успадкування, який відповідає гену на Х-хромосомі 23-ї пари

Х-зчеплений рецесивний

картина рецесивного успадкування, що відповідає гену на Х-хромосомі 23-ї пари