1.3 Хромосомные способы детерминации пола создают необходимость в компенсации дозы
И у млекопитающих, и у Drosophila самцы имеют одну копию каждой половой хромосомы, X и Y, тогда как самки обладают двумя копиями X. В обеих группах организмов Y бедна генами и в основном гетерохроматична. Она содержит всего несколько генов, необходимых для мужского развития или фертильности. Напротив, X является крупной, богатой генами хромосомой. Двукратная разница в числе копий, если ее не скорректировать, привела бы к двукратному различию во внутриклеточных концентрациях продуктов нескольких тысяч генов между полами. Поэтому не удивительно, что эволюция не может терпеть такое крупное различие между членами одного и того же вида. Вместо этого она выработала способы устранения этого различия с помощью механизмов компенсации дозы.
Говоря в общих словах, существуют только три способа уравнивания количеств транскриптов генов, сцепленных с Х-хромосомой, между гетерогаметным и гомогаметным полами. Это (1) выключение генов на одной из двух женских Х-хромосом, (2) удвоение скорости транскрипции генов на единственной мужской Х-хромосоме и (3) снижение наполовину скорости транскрипции на каждой из двух женских Х-хромосом. Конечный результат как (2), так и (3) один и тот же в том отношении, что гены на единственной мужской Х-хромосоме транскрибируются вдвое быстрее, чем эквивалентные гены на двух женских Х-хромосомах, но пути для достижения этого состояния фундаментально различны. Были найдены примеры всех трех механизмов. Млекопитающие используют первый способ, Drosophila — второй (глава 16), а червь-нематода С. elegans — третий (глава 15). Тот факт, что получили развитие — и по-видимому, независимо — три очень разных механизма компенсации дозы, подтверждает важность конечной цели, а именно, уравнивания между полами уровней продуктов генов, сцепленных с X (обзор см.: Marin et al., 2000). Как следствие этого, мутации, нарушающие компенсацию дозы у любого из этих трех организмов, летальны у затронутого такой мутацией пола.
Источник
Наследование пола и признаков, сцепленных с полом. Половые хромосомы и их роль в детерминации пола.
Наследование пола. Пол особи — это сложный признак, формируемый как действием генов, так и условиями развития. У человека одна из 23 пар хромосом — половые хромосомы, обозначаемые как X и Y. Женщины — гомогаметный пол, т.е. имеют две X-хромосомы, одну — полученную от матери, а другую — от отца. Мужчины — гетерогаметный пол, имеют одну X- одну Y-хромосому, причем X передается от матери, а Y — от отца. Заметим, что гетерогаметный пол не всегда обязательно мужской; например, у птиц это самки, в то время как самцы гомогаметны. Имеются и другие механизмы детерминации пола. Так, у ряда насекомых Y-хромосома отсутствует. При этом один из полов развивается при наличии двух X-хромосом, а другой — при наличии одной X-хромосомы. У некоторых насекомых пол определяется соотношением числа аутосом и половых хромосом. У ряда животных может происходить т.н. переопределение пола, когда в зависимости от факторов внешней среды зигота развивается либо в самку, либо в самца. Развитие пола у растений имеет столь же разнообразные генетические механизмы, как и у животных.
Признаки, сцепленные с X-хромосомой. Если ген находится в половой хромосоме (его называют сцепленным с полом), то проявление его у потомков следует иным, чем для аутосомых генов, правилам. Рассмотрим гены, находящиеся в X-хромосоме. Дочь наследует две X-хромосомы: одну — от матери, а другую — от отца. Сын же имеет только одну X-хромосому — от матери; от отца же он получает Y-хромосому. Поэтому отец передает гены, имеющиеся в его X-хромосоме, только своей дочери, сын же их получить не может. Поскольку X-хромосома более «богата» генами по сравнению с Y-хромосомой, то в этом смысле дочь генетически более схожа с отцом, чем сын; сын же более схож с матерью, чем с отцом.
Один из исторически наиболее известных сцепленных с полом признаков у человека — это гемофилия, приводящая к тяжелым кровотечениям при малейших порезах и обширным гематомам при ушибах. Она вызывается рецессивным дефектным аллелем 0, блокирующим синтез белка, необходимого для свертывания крови. Ген этого белка локализован в Х-хромосоме. Гетерозиготная женщина +0 (+ означает нормальный активный аллель, доминантный по отношению к аллелю гемофилии 0) не заболевает гемофилией, и ее дочери тоже, если у отца нет этой патологии. Однако ее сын может получить аллель 0, и тогда у него развивается гемофилия. Рецессивные заболевания, вызываемые генами X-хромосомы, намного реже поражают женщин, чем мужчин, поскольку у них заболевание проявляется только при гомозиготности — наличии рецессивного аллеля в каждой из двух гомологичных X-хромосом; мужчины заболевают во всех случаях, когда их единственная X-хромосома несет дефектный аллель.
Сцепление с Y-хромосомой. Сведения о генах, находящихся в Y-хромосоме, весьма скудны. Предполагается, что она практически не несет генов, обусловливающих синтез белков, необходимых для функционирования клетки. Но она играет ключевую роль в развитии мужского фенотипа. Отсутствие Y-хромосомы при наличии только одной X-хромосомы приводит к т.н. синдрому Тернера: развитию женского фенотипа с плохо развитыми первичными и вторичными половыми признаками и другими отклонениями от нормы. Встречаются мужчины с добавочной Y-хромосомой (XYY); они высокого роста, агрессивны и нередко аномального поведения. В Y-хромосоме выявлено несколько генов, ответственных за регуляцию синтеза специфических ферментов и гормонов, и нарушения в них приводят к патологиям полового развития. Имеется ряд морфологических признаков, которые, как полагают, определяются генами Y-хромосомы; среди них — развитие волосяного покрова ушей. Подобного рода признаки передаются только по мужской линии: от отца к сыну.
Генетическая детерминация пола, определяемая набором половых хромосом, поддерживает равное воспроизводство самок и самцов. Действительно, женские яйцеклетки содержат только X-хромосому, поскольку женщины имеют генотип XX по половым хромосомам. Генотип же мужчин — XY, и потому рождение девочки или мальчика в каждом конкретном случае определяется тем, несет ли спермий X- или Y-хромосому. Поскольку же в процессе мейоза хромосомы имеют равные шансы попасть в гамету, то половина гамет, производимых индивидами мужского пола, содержит X-, а половина — Y-хромосому. Поэтому половина потомков ожидается одного пола, а половина — другого.
Следует подчеркнуть, что предсказать заранее рождение мальчика или девочки невозможно, поскольку невозможно предугадать, какая мужская половая клетка будет участвовать в оплодотворении яйцеклетки: несущая X- или Y-хромосому. Поэтому наличие большего или меньшего числа мальчиков в семье — дело случая.
Источник
Хромосомная детерминация пола
а) Генетические механизмы определения пола у организмов разных видов.
Генное определение пола
За пол отвечают несколько генов. Определение пола в двух локусах гена. Если работает один ген – один пол, если другой ген – второй пол (мужской). Могут одновременно два гена, но сперва один ген – один пол – второй ген работает – второй пол.
Пол зависит от активности генов в аутосомах и половых хромосомах. В Х-хромосоме расположены, как правило, гены, определяющие женское развитие. В аутосомах, как правило, — мужское.
Хромосомное определение пола:
Согласно хромосомной теории, пол организма определяетсяполовыми хромосомами (гоносомами). В зависимости от того, какой пол является гетерогаметным, выделяют следующие типы хромосомной детерминации:
*самки гомогаметны, самцы гетерогаметны:
самки XX самцы XY (Млекопитающие, насекомые – дрозофилы, большинство рыб, растений)
самки XX самцы X0 (Некоторые отряды насекомых – кузнечики, водяной клоп)
*самки гетерогаметны, самцы гомогаметны (Птицы)
самки WZ самцы ZZ (Птицы, пресмыкающиеся, бабочки)
самки Z0 самцы ZZ (Отдельные виды пресмыкающихся, насекомых)
У особей гомогаметного пола ядра всех соматических клеток содержат диплоидный набор аутосом и две одинаковые половые хромосомы, которые обозначаются как XX (ZZ). Организмы такого пола продуцируют гаметы только одного класса — содержащие по одной X (Z) хромосоме. У особей же гетерогаметного пола в каждой соматической клетке, помимо диплоидного набора аутосом, содержатся либо две разнокачественные половые хромосомы, обозначаемые как Х и Y (Z и W), либо только одна — X (Z) (тогда количество хромосом получается нечётным). Соответственно у особей такого пола образуются два класса гамет: либо несущие X/Z-хромосомы и Y/W-хромосомы, либо несущие X/Z-хромосомы и не несущие никаких половых хромосом. У большинства видов животных и растений гомогаметен женский пол, а гетерогаметен мужской. Сюда относятся млекопитающие, большинство насекомых, некоторыерыбы, растения и др.
Геномное определение пола
Например, пчелы, перепончатокрылые и клещи. Из оплодотворенных яиц развиваются и самки, и самцы, а из неоплодотворенных – только самцы.
Средовое определение пола
При этом механизме определения пола развитие организма в самца или самку определяется внешними факторами, например, температурой (у большинства крокодилов).
Гормональное определение пола.
Определение пола можно представить в виде эстафеты, которую хромосомный механизм передает недифференцированным гонадам, развивающимся в мужские или женские половые органы. При изучении роли половых хромосом в развитии гонад было показано, что определяющим у человека является наличие или отсутствие Y-хромосомы. При отсутствии Y-хромосомы происходит дифференциация гонад в яичники и развивается женщина. В присутствии Y-хромосомы развивается мужская система. Очевидно, Y-хромосома производит вещество, стимулирующее дифференциацию яичек. Следующий этап эстафеты продолжают гормоны, определяющие процесс половой дифференциации плода и его анатомическое развитие. При рождении первая часть программы заканчивается. После рождения эстафета переходит к факторам среды, которые завершают формирование пола—обычно, но не всегда в соответствии с генетическим полом.
Определение пола является сложным многостадийным процессом, который у человека зависит, кроме биологических, также от психосоциальных факторов. Это может приводить к появлению транссексуальности, возникновению гетеросексуального, бисексуального или гомосексуального поведения и образа жизни.
б) Значение хромосом в детерминации пола. Гомо- и гетерогаметный пол.
У человека решающую роль в определении пола играет У-хромосома. Если яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом, несущим Х-хромосому, развивается женский организм. Следовательно, женщины имеют одно Х-хромосому от отца и одну от матери. Если У-хромосома – развивается мужской организм. Мужчина получает Х-хромосому только от матери.
Гомогаметный пол – образуются одинаковые гаметы (женский пол у человека, млекопитающих, дрозофилы)
Гетерогаметный пол – образуются разные два типа гамет (мужской пол)
в) Половой хроматин. Теория Лайон.
Хроматин половой — хроматин, присутствующий только в женских соматических клетках.
У организмов, размножающихся половым путем, генотип формируется в результате слияния геномов двух родительских половых клеток. Он представляет собой двойной набор генов, заключенных в геноме данного вида. Таким образом, гены, представленные в геноме уникальными нуклеотидными последовательностями, в генотипе присутствуют в двойной дозе.
Так как геномы гамет разного пола отличаются друг от друга по набору генов, заключенных в половых хромосомах, в генотипе встречаются гены, представленные лишь одной дозой. Например, у некоторых видов два пола имеют разное число гетерохромосом — XX или ХО. Следовательно, генотипы особей гетерогаметного пола ХО содержат гены Х-хромосомы не в двойной, а в единственной дозе. Чаще два пола различаются по набору гетерохромосом XX или XY. Ввиду того что морфология этих хромосом различна и одна из них часто крупнее, многие гены имеются лишь в одной гетерохромосоме и отсутствуют или неактивны в другой. В результате в генотипе особей гетерогаметного пола XY гены, расположенные в негомологичных участках Х- и Y-хромосом, встречаются в одной дозе.
У женщин половой хроматин (тельце Барра) имеет вид темного тельца, располагающегося у оболочки ядра.
Цитоплазматическую наследственность обнаружил Бар – ставил опыты на мышах.
Таким образом, сформировавшийся в процессе эволюции геном каждого отдельного вида представляет собой совокупность генетических единиц, представленных в нем в строго определенных дозах. В результате и генотипы особей и их клеток — сбалансированные по дозам генов системы.
1961 г. — теория Лайон об инактивации Х-хромосомы (трехцветная кошка – субстанция в мозгу только у кошек – предполагалось, что это инактивированная Х-хромосома):
§ Одна из Х-хромосом (папина или мамина –случайно) инактивируется и спирализуется
§ Инактивация происходит на 16-19 сутки эмбрионального развития
§ Процесс инактивации носит случайный характер
§ После инактивации у всех потомков данной клетки инактивируется та же хромосома
г) Наследование, сцепленное с полом. Примеры у человека.
Это признаки, развитие которых обусловлено генами, расположенными в половых хромосомах (Х или Y).
Небольшой участок Х-хромсомы имеет гомологичный ему участок в Y-хромосоме. Наследование признаков, гены которых локализуются в этих участках Х- и Y-хромосом (пигментный ретинит, пигментная ксеродерма, общая цветовая слепота, геморрагический диатез) осуществляется в соответствии с законами Менделя.
Большая часть Х-хромосомы не имеет гомологичного участка в Y-хромосоме, в силу небольших размеров последней. В этой части Х-хромосомы локализуется достаточно большое количество генов, как рецессивных (гены гемофилии, красно-зеленого дальтонизма, атрофии зрительного нерва, миопатии Дюшена), так и доминантных (гены рахита, не поддающегося лечению витамином D, темной эмали зубов).
Гены, расположенные в Х-хромосоме наследуются сцеплено с Х-хромосомой (200):
А) дальтонизм- не различение красного и зеленого цветов
Б) гемофилия- несвертываемость крови
В) отсутствие потовых желез
Г) гипоплазия- истончение эмали зубов
Если ген сцеплен с Х-хр., то он может передаваться от отца только дочерям, а от матери в равной степени между дочерями и сыновьями
Гены, расположенные в У-хромосоме наследуются сцеплено с У-хромосомой (6):
А) ихтиоз- чешуя на коже
Б) гипертрихоз- волосы на ушной раковине
В) перепонка между пальцами ног
Если ген сцеплен с У-хр., он может передаваться только от отца к сыну, только мужчинам.
В участке Y-хромосомы, не имеющегося гомологичного фрагмента в Х-хромосоме, располагается небольшое количество генов. Признаки, детерминируемые этими генами, встречаются только у лиц мужского пола, передаются от отца ко всем сыновьям и носят название голандрических признаков, например, гипертрихоз (волосатость) ушной раковины, наличие перепонок (синдактилия) между вторым и третьим пальцами на ногах. Наследование этих признаков называется голандрическим.
д) Понятие о наследовании, ограниченном полом и контролируемым полом.
Признаки, ограниченные полом – обусловлено развитием в аутосомах у двух полов, но проявляется у особей одного пола (молочные железы). Ограниченное полом наследование представляет собой крайний вариант наследования, контролируемого полом. Гены локализуются как в половых хромосомах (меньшее количество генов, т.к. половых хромосом всего лишь две, как правило), так и в аутосомах. При этом как в половых хромосомах, так и в аутосомах находятся разные гены (неаллельные гены).
Признаки, контролируемые полом – гены расположены в аутосомах, но степень их проявления различная у мужчин и у женщин. Изменение степени выраженности проявления аллельных генов обусловлено половыми гормонами. (облысение чаще у мужчин).
Источник
