Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №5 - Смолин

формы горошины. При этом, как только мы продвигаемся от ДНК выше, тем больше влияние условий окружающей среды. Например, возможность функционирования разных аллелей на уровне ДНК (транскрипция папиной и маминой копии гена) будет мало зависеть от температуры, а возможность функционирования тех же аллелей на уровне белка может критически зависеть от температуры. При некоторых температурах белок (например, аллель 1) будет работать, а другой (аллель 2) не будет работать. Как только мы выдвигаемся на более высокий уровень в реализации фенотипа, появляется больше возможностей для влияния окружающей среды на проявление признака.

И наоборот, чем ближе мы продвигаемся к генотипу, тем предсказуемее связь между генотипом и фенотипом. При идентификации человека в судебно-медицинской экспертизе чаще всего используются маркеры, которые различают одни и те же участки гомологичных (папины и мамины) хромосом. Обычно эти различия — микровставки в данном месте молекулы ДНК. Принцип метода таков. Мы можем размножить in vitro фрагмент молекулы ДНК в нужном месте хромосомы, например, с координатами от позиции N до позиции N+100. Этот фрагмент мы выбрали потому, что в нем у каждого человека в каждой хромосоме есть вставка, например, динуклеотид СА. В каждой хромосоме длина этой вставки может быть своя. Допустим, в одной хромосоме этот динуклеотид повторен в данном месте 10 раз, а в том же месте другой хромосомы — 15 раз. При размножении этого участка хромосомы мы получим фрагменты двух длин 100 +2*10=120 пар нуклеотидов и 100 + 2*15 = 130 пар нуклеотидов. Фрагменты каждого из этих размеров отличимы после их фракционирования электрофорезом в геле.

Пусть и папа и мама гетерозиготны по этому локусу, подобно гибридам первого поколения Менделевского моногибридного скрещивания. Обозначим их генотипы по характеристической длине размножаемых фрагментов ДНК — 120/130. Тогда их дети будут иметь такие генотипы 1 120/120 (гомозиготы по аллелю 120): 2 120/130 (гетерозиготы): 1 130/130 (гомозиготы по аллелю 130). Естественно, присутствие в образце фрагмента ДНК одной длины не влияет на возможность детекции фрагмента ДНК другой длины, то есть, используемые маркеры ко-доминантны. Они обе проявляются. Понятно, что здесь проявляются те же менделевские закономерности передачи и расщепления признаков, хотя в качестве признака мы использовали морфологию самой молекулы ДНК — различную длину фрагмента молекулы в данном месте хромосомы.

После переоткрытия законов Менделя выяснялось, что Мендель то в одном как бы как бы не прав, то в другом как бы не прав. Обнаруживались дополнительные обстоятельства, которые модифицировали проявление менделевских закономерностей.

Например, число классов генотипов и фенотипов зависит от плоидности, даже если аллелей всего два. К примеру, эндосперм в зерне кукурузы триплоидный. У него два генома маминых, а один папин (из пыльцевого зерна). Получали растения кукурузы, которые различались по числу доминантного аллеля гена Y. Этот аллель необходим для образования витамина А. Когда в эндосперме была одна копия аллеля Y, то Если относительное количество витамина А при одной копии аллеля Y составляло единицу, то при двух копиях — 2,2, а при трех копиях — 3,3. То есть выраженность конкретного признака может зависеть от дозы гена. А может и не зависеть — как в случае полного доминирования одного аллеля над другим. Все зависит от конкретного механизма формирования признака.

То, что от дозы гена зависит количество его продукта, используется в биотехнологиях, как основа всех современных процессов, основанных на рекомбинантных ДНК. Во всех этих случаях в клетке увеличивают дозу гена. Увеличение дозы гена приводит к нужным нам результатам, но клетка от этого может умереть. Обычно при производстве это безразлично. Критерием эффективности в биотехнологии является получение целевого вещества с минимальными затратами. Впрочем, если бы могли получить корову, которая бы дала сразу цистерну молока, а потом бы умерла, это было бы очень технологично, но не этично. Однако с бактериями так и поступают: выращивают бактерии в идеальных условиях, а затем включают синтез, который стоит бактериям жизни.

Выраженность признака макет увеличиваться с ростом дозы гена в геноме — это основа современной биотехнологии рекДНК.

Количество витамина А в эндосперме зерна кукурузы зависит от числа доминантных аллелей гена Y

Например, с помощью технологий рекомбинантных ДНК сконструированы бактерии, превращающие сахар в аминокислоту треонин. Более половины углерода, поглощенного такими бактериями превращается в единственный целевой продукт. Меньше половины сахара превращается в тысячи других углерод-содержащих соединений клетки, а, кроме того, расходуется еще и как источник энергии, чтобы все это синтезировать и просто жить. Треонин накапливается в среде до концентрации в 100 грамм на литр, что близко к пределу его растворимости. Мировые объемы производства рекомбинантных продуктов составляют десятки тысяч тонн в год (треонин) и даже сотни тысяч тонн (лизин).

В менделевском случае каждый признак формировался под действием как бы одного гена, который на другие признаки не влиял (ведь растение с гладкими семенами могло быть разной высоты, иметь разного цвета семена и цветы и др.), На самом деле формирование каждого признака требует работы многих генов, и большинство генов влияют более, чем на один признак. Например, относительное содержание каждого из трех метаболитов в эндосперме кукурузы (на слайде) зависит от генотипа по каждому из трех исследованных генов.

Отдельным признак может определяется многими генами (здесь признак — относительное содержание метаболита в эндосперме кукурузы)

Относительное содержание данного метаболита (признак) свое для каждого генотипа: количество триптофана при генотипе Ьt1 большее 1.4 раза, чем для su1, а при генотипе sh2 больше в 2 раза, чем для su1

M.Е… Лобашев. Генетика. Л.,1967. стр. 155

Видно, что на каждый признак влияет каждый из трех генов, и таких генов наверняка больше. Для формирования каждого признака нужно много генов. Объясним это на примере слуха. Чтобы человек слышал, нужны многие структуры уха: молоточки, наковаленки, барабанные перепонки, и если не будет какого-то белка, нужного, чтобы сформировать эти структуры, то человек не будет слышать. Поэтому глухота у человека может возникать из-за дефектов в десятках известных генов (контролирующих много элементов слухового аппарата, передачу сигнала в нервной ткани т. д.). При этом разные генотипы могут приводить к одному фенотипу (глухота). Внешне одинаковые фенотипы, обусловленные разными генетическими причинами, называются фенокопиями. Мутации глухоты редки и обычно рецессивны. Глухота проявляется обычно как моногенный аутосомный дефект с наследованием по менделевскому типу. Известны случаи, когда муж и жена, оба глухие, хотели бы, чтобы и их будущий ребенок был глухим, чтобы он также принадлежал их сообществу. Этот пример показывает — понятие нормы и болезни