Двойной рецессивный эпистаз. Характеристика и примеры рецессивного эпистаза.

При таком варианте эписгатического взаимодействия рецессивные аллели имеют собственное фенотипичсское проявление; в двойных гомозиготах рецессивные аллели взаимно подавляют друг друга: аа > bb, abb> аа.

Примером может служить взаимодействие мутации дрозофилы brown, bw (коричневые глаза) с мутациями vermilion, v; cinnabar, ев; scarlet, st и cardinal, cd, каждая из которых фенотипически проявляется как ярко-красные глаза. Мутации bw и сп локализованы во второй хромосоме, st - в третьей, v — в первой хромосоме. Мутации различных генов: сп, st, v и им подобные X. Нахтсхайм (1946) стал называть генокопиями. поскольку они имеют сходный фенотип. Ранее Н.В. Тимофеев-Ресовский называл такие мутации гетерогенными группами генов.

Соотношение по фенотипу в F2 от скрещиваний мутантов bw х st, bwxv зависит от локализации этих генов. При локализации взаимодействующих генов в различных аутосомах (bw и st) наблюдается расщепление по фенотипу - 9 bw+ st+: 3 bw+ sr: 3bw st+ : 1 bwst. В такой форме записи указаны только те аллели, которые проявляются на фенотип ическом уровне, индексы «+» означают нормальные аллели (или аллели дикого типа), доминантные по отношению к bw, v, и st. При этом последовательность записи генов в фенотипе и генотипе соответствует порядковому номеру хромосомы.
Например, ген bw локализован во второй хромосоме, a st — в третьей, поэтому ген bw в генотипе bw/bw; st/st записывается раньше гена st.

Генотипы Р и F,:
Р: 9 bw+/bw+ ; st/st х d bw/bw;m*/st+
F1: 9 bw+/bw; st/st+ x 6 bw^/bw;st/sf1'

Обозначения:
/ - гомологичные хромосомы; верхние индексы «+» над символами мутаций - нормальные аллели генов;
brown, bw — коричневые глаза, мутация второй хромосомы;
scarlet, st - ярко-красные глаза, мутация третьей хромосомы.

эпистаз генов в хромосомах

Расщепление по фенотипу в F2 можно рассчитать по формуле, исходя из гетерозиготности самок и самцов по генам bw и st, и независимого наследования этих генов, локализованных в разных хромосомах:
(3bw+ 1bw)x(3st++1st)
Фенотипы F2:
9 bw+st+ — темно-красные глаза (нормальные)
3 bw st+ - коричневые глаза
3 bw+st - ярко-красные глаза
1 bw st — белые глаза

В случае сцепленного с полом наследования одной из мутаций (v) отношение по фенотипу в F2 будет иным: 3 + + : 3 v + :1+ bw : 1v bw. При скрещивании самок vermilion с самцами brown в первом поколении самки имеют нормальный фенотип, а самцы — vermilion. Исходя из генотипов самок и самцов F, по генам vermilion — v/v+ х v/Yn brown - bw/bw+ x bw/bw+ можно рассчитать по формуле ожидаемое расщепление по фенотипу в F2: (1 v+ + 1 v) x (3 bw+ + 1 bw) = 3 v+ bw + : 3 v bw+ : 1 v+ bw A v bw или 3 + + : 3 v +: 1 + bw : I v bw. У мух v bw глаза белого цвета, поскольку образование красного и коричневого пигментов у них блокировано.

Р: + v/v\ bw+/bw+ x + +/Y;
bw/bw F1 v/v+; bw/bw+ x v/Y;
bw/bw+ F2:3+ + :3v+: 1 + bw : \vbw

Таким образом, количественно расщепление по фенотипу во втором поколении зависит не только от типа взаимодействия, но и от локализации генов в аутосомах или половых хромосомах.

Изучена биохимическая природа взаимодействия этих генов. Известно, что каждый из этапов метаболизматого или иного соединения катализируется ферментами. В свою очередь фермент находится под контролем одного или нескольких генов в зависимости от числа неидентичных субъединиц, входящих в его структуру В метаболических путях продукт каждой предыдущей ферментативной реакции является субстратом следующей. Так происходит до тех пор, пока не образуется конечный продукт. При этом последовательно активируются гены, кодирующие ферменты, которые необходимы для превращения субстратов в продукты на всех этапах биосинтеза.

Биосинтез коричневого пигмента у Drosophila metanogaster представляет собой именно такой метаболический путь; различные этапы этого пути блокируются мутациями v, en, si, cd.

Мутация гена vermilion блокирует превращение триптофана в формилкинуренин вследствие потери активности фермента триптофанпирролазы. У мутантов cinnabar из-за отсутствия активности кинуренингидроксилазы нарушено превращение кинуренина в 3-оксикинуренин. Мутации cardinal и scarlet нарушают последний этап биосинтеза оммохромов из 3-оксикинуренина. При этом у мутантов cardinal снижена активность феноксазино-синтетазы, а у мутантов scarkt нарушено поглощение кинуренина тканям и. Носители мутаций, блокирующих синтез коричневого пигмента, но не влияющих на синтез красных пигментов, имеют сходный фенотип: ярко-красную окраску глаз.

Каждый из аутосомных генов, блокирующих один из этапов биосинтеза коричневых пигментов, наследуется по менделевским правилам. Так, при скрещивании мутантов bw х bw+; st x s/+; cd x cd+ в первом поколении у гетерозигот bw/bw+, st/st+, cd/cd+ доминируют нормальные аллели, а во втором поколении во всех скрещиваниях наблюдается расщепление 3:1. С одной стороны, такой тип наследования признака, судя по зависимости признака от определенного гена, является моногенным. Но, с другой стороны, в биохимической цепи синтеза коричневого пигмента каждый следующий этап синтеза зависит от предыдущего, находящегося под контролем другого гена.

Так кинуренингидроксилаза (первичный продукт гена cinnabar) обеспечивает синтез 3-оксикинуренина из кинуренина, но кинуренин образуется из предыдущего соединения (формилкинуренина) при действии фермента триптофанпирролазы, кодируемого другим геном - vermilion. Поэтому образование коричневого пигмента зависит от согласованного действия всех нормальных аллелей генов; v+, сn+, st+ и cd+. На этом примере видно, что моногенность наследования признаков отнюдь не означает абсолютную независимость действия генов, которые кодируют ферменты, участвующие в последовательных реакциях одного метаболического пути.

В приведенном примере мутации v, сп, st, cd, с одной стороны, и мутация bw - с другой, блокировали пути биосинтеза различных пигментов. Вместе с тем у эукариот известны примеры взаимосвязанных метаболических путей, когда одна мутация может одновременно блокировать разные цепи биохимических процессов.

Так в экспериментах на Drosophlla melanogaster была показана биохимическая природа взаимодействия двух мутаций Pgd (Phosphogluconate dehydrogenase) и Zw (Zwischenferment), локализованных в Х-хромосоме. Мутации гена Pgd, (6ФГД) блокируют превращение 6-фосфоглюконата в рибулозо- 5 -фосфат вследствие снижения активности фермента 6-фосфоглюконатдегидрогеназы. 6-Фосфоглюконат (промежуточный продукт пентозного пути) ингибирует фермент гликолиза - глюкозофосфатизомеразу, превращающую глкжозо-6-фосфат во фруктозо-6-фосфат. Блокирование двух путей окисления глюкозы гликолиза и пентозо-фосфатного цикла является летальным, поскольку в отсутствие гликолиза организм не обеспечен достаточным количеством молекул АТР, а пентозо-фосфатный путь необходим для синтеза молекул NADPH и нуклеиновых кислот.

Супрессорами для всех Pgd-деталей служат мутации в гене Zw. При наличии мутаций в гене Zw снижается активность глкжозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФД); в результате глюкозо-6-фосфат может быть использован в гликолизе. В этом случае 6-фосфоглюконат не ингибирует гликолиз, а выступает в роли субстрата для образования пентоз. Мутации гена Zw восстанавливают жизнеспособность мух без восстановления функции локуса Pgd.

- Читать далее "Гены модификаторы. Взаимодействие эмбриональных генов."

Оглавление темы "Взаимодействие генов.":
1. Генетический материал. Генный уровень организации генетического материала.
2. Контроль матричных процессов генами. Рибосомная РНК.
3. Транспортная РНК или тРНК. Генные аллели и их взаимодействие.
4. Неполное доминирование в генетике. Кодоминирование в генных аллелях.
5. Неустойчивая и условная доминантность в генетике. Множественные аллели признака.
6. Механизмы доминантности и рецессивности генов. Контроль доминирования в аллелях.
7. Взаимодействие неаллельных генов. Комплементарность генов. Эпистаз генов.
8. Двойной рецессивный эпистаз. Характеристика и примеры рецессивного эпистаза.
9. Гены модификаторы. Взаимодействие эмбриональных генов.
10. Полигенное наследование признаков. Принципы полигенного наследования.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: