Множественный аллелизм: группы крови AB0, резус-фактор и серии аллелей

В учебных задачах у гена обычно два аллеля: A и a. Но в природе ген может изменяться разными способами, и в популяции нередко живут три, четыре, десятки и даже сотни его вариантов. Самый известный пример — группы крови человека: три аллеля одного гена дают четыре группы, и от того, какую группу крови получит больной при переливании, зависит его жизнь. У кроликов четыре аллеля одного гена определяют четыре окраски, а у некоторых растений десятки аллелей одного гена не дают растению опылить само себя. Это явление называют множественным аллелизмом.

Это двенадцатая статья серии о генетике (предыдущая — «Генотип как целостная система: плейотропия и летальные гены»). В ней разобраны множественный аллелизм и серии аллелей, окраска кроликов, группы крови системы AB0 и их молекулярная основа, резус-фактор и резус-конфликт, наследование групп крови в семьях, исключение отцовства и все типы задач на группы крови, которые встречаются на ЕГЭ.

• 1. Что такое множественный аллелизм
• 2. Серия аллелей окраски кроликов
• 3. Группы крови системы AB0
• 4. Как наследуются группы крови
• 5. Как определяют группу крови
• 6. Группы крови и установление отцовства
• 7. Подгруппы и редкие варианты
• 8. Группы крови, болезни и эволюция
• 9. Группы крови и переливание
• 10. Резус-фактор
• 11. Резус-конфликт
• 12. Множественные аллели и пересадка органов
• 13. Система MN — кодоминирование без доминирования
• 14. Откуда берётся множество аллелей
• 15. Группы крови у животных
• 16. Серии аллелей у генов болезней
• 17. Множественные аллели в природе
• 18. Как решать задачи на множественные аллели
• 19. Разборы типовых задач
• 20. Итог: что важно знать
• 21. Частые ошибки
• 22. Интересные факты
• 23. Частые вопросы
• 24. ЕГЭ
• 25. Для олимпиад
• 26. Задания с разбором
• Литература

1. Что такое множественный аллелизм

Аллели возникают в результате мутаций. Один и тот же ген может мутировать по-разному: замена одного нуклеотида в одном месте, в другом, выпадение участка, вставка — каждый такой вариант даёт новый аллель. Если в популяции встречается больше двух аллелей одного гена, говорят о множественном аллелизме, а все аллели гена вместе называют серией аллелей.

Важно понимать: у одной диплоидной особи может быть не больше двух аллелей серии — по одному в каждой из двух гомологичных хромосом. Все аллели серии вместе существуют только в популяции. Человек с группой крови AB имеет аллели I^A и I^B, человек с первой группой — два аллеля i⁰, но никто не может иметь сразу I^A, I^B и i⁰.

Чем больше аллелей в серии, тем больше возможных генотипов. Если аллелей n, то гомозигот n (каждый аллель в двух копиях), а гетерозигот — столько, сколько можно составить пар из разных аллелей, n(n − 1)/2. Всего генотипов n(n + 1)/2.

Между аллелями серии складываются разные отношения доминирования. Часто они выстраиваются в ряд: каждый аллель доминирует над всеми следующими (как у окраски кроликов). Бывает и кодоминирование некоторых пар (как I^A и I^B у групп крови), и неполное доминирование. Поэтому одному фенотипу может соответствовать несколько генотипов.

Как доказать, что несколько мутаций — это аллели одного гена, а не разные гены? Генетики используют тест на аллелизм (тест на комплементацию). Скрещивают двух особей с одинаковым рецессивным признаком, вызванным разными мутациями. Если потомство тоже имеет мутантный признак, мутации — аллели одного гена: у потомка обе копии гена «сломаны». Если потомство нормальное, мутации в разных генах: каждый родитель передал нормальную копию того гена, который сломан у другого. Так, у дрозофилы Морган и его ученики нашли больше десятка аллелей гена white — от белых до абрикосовых, эозиновых и вишнёвых глаз, и все они при скрещивании друг с другом давали мух с окраской, отличной от дикой.

Как устанавливают ряд доминирования

Чтобы выяснить отношения между аллелями серии, скрещивают гомозиготы по разным аллелям попарно и смотрят на фенотип гетерозигот. Если у гетерозиготы a¹a² фенотип такой же, как у a¹a¹, — a¹ доминирует над a². Если фенотип промежуточный — доминирование неполное; если проявляются оба — кодоминирование. Для серии из четырёх аллелей нужно проверить шесть пар. Так у кроликов установили ряд C > c^ch > c^h > c, а у дрозофилы выяснили, что многие аллели гена white между собой проявляют неполное доминирование: гетерозигота по двум разным аллелям имеет промежуточную окраску глаз.

2. Серия аллелей окраски кроликов

Классический учебный пример множественного аллелизма — окраска шерсти кроликов. Её определяет серия из четырёх аллелей одного гена:

• C — сплошная (полная) окраска, дикий тип;
• c^ch — шиншилловая окраска (серебристо-серая шерсть);
• c^h — гималайская окраска (белое тело, тёмные уши, нос, лапы и хвост);
• c — альбинизм (белая шерсть, красные глаза).

Аллели образуют ряд доминирования: C > c^ch > c^h > c. Каждый аллель полностью доминирует над всеми, стоящими правее.

Сумма 4 + 3 + 2 + 1 = 10 совпадает с формулой n(n + 1)/2 при n = 4. Только для альбиноса генотип однозначен; кролик со сплошной окраской может иметь любой из четырёх генотипов, и узнать его можно лишь по потомству.

Ген, о котором идёт речь, кодирует фермент тирозиназу, запускающий синтез пигмента меланина. Аллели серии — это варианты фермента с разной активностью. У альбиноса фермент не работает совсем. У гималайского кролика фермент работает только при пониженной температуре: он «ломается» при температуре тела выше примерно 34 °C. Поэтому пигмент образуется только на самых холодных частях тела — ушах, носу, лапах и хвосте. Если выбрить кролику участок шерсти на спине и подержать его в холоде, там отрастёт тёмная шерсть. Ген тот же, а признак зависит от температуры — наглядный пример взаимодействия генотипа и среды. Ту же природу имеет окраска сиамских кошек: у них аллель того же гена с похожими свойствами.

3. Группы крови системы AB0

В 1900–1901 годах венский врач Карл Ландштейнер смешивал эритроциты одних людей с сывороткой крови других и заметил, что иногда эритроциты склеиваются в комочки (агглютинируют), а иногда нет [1]. Он выделил три группы крови (четвёртую, более редкую, описали его ученики в 1902 году) и объяснил, почему переливание крови иногда спасает больного, а иногда убивает. За это открытие Ландштейнер получил Нобелевскую премию 1930 года.

До этого открытия переливания крови были опасной лотереей. В XVII веке во Франции и Англии пробовали переливать людям кровь ягнят и телят, и после нескольких смертей такие опыты запретили. В 1818–1829 годах английский акушер Дж. Бланделл провёл первые переливания крови от человека человеку, и часть женщин с кровотечением после родов удалось спасти, но многие больные по-прежнему погибали, и никто не знал почему. Открытие Ландштейнера объяснило эти неудачи: смерть наступала, когда группы крови донора и больного были несовместимы. В Первую мировую войну научились хранить кровь, добавляя цитрат натрия, который предотвращает свёртывание, а в 1930-х годах появились первые банки крови.

Причина склеивания — антигены и антитела. На поверхности эритроцитов могут быть углеводные антигены A и B, а в плазме — антитела против тех антигенов, которых у человека нет. Если в кровь человека с антителами анти-A попадут эритроциты с антигеном A, антитела прикрепятся к ним и склеят их.

Наследование групп крови объясняется серией из трёх аллелей одного гена (обозначаемого I или ABO): I^A, I^B и i⁰. Аллели I^A и I^B доминируют над i⁰, а между собой кодоминантны: у гетерозиготы I^AI^B на эритроцитах есть оба антигена. То, что группы крови наследуются по Менделю, показали в 1910 году Э. фон Дунгерн и Л. Хиршфельд, а то, что это именно три аллеля одного гена (а не два разных гена), доказал в 1924 году немецкий математик Ф. Бернштейн, сравнив частоты групп в популяциях с предсказаниями двух гипотез.

Что стоит за антигенами

Молекулярную основу системы AB0 выяснили в 1990 году японско-американские исследователи во главе с Ф. Ямамото [2]. Ген ABO кодирует фермент гликозилтрансферазу, который присоединяет к концу углеводной цепочки на мембране эритроцита одну молекулу сахара. Фермент, кодируемый аллелем I^A, присоединяет N-ацетилгалактозамин — получается антиген A. Фермент аллеля I^B присоединяет галактозу — получается антиген B. Ферменты A и B различаются всего четырьмя аминокислотами, но этого достаточно, чтобы они «выбирали» разные сахара. Аллель i⁰ несёт выпадение одного нуклеотида в начале гена, из-за чего сдвигается рамка считывания и рабочий фермент не образуется — к цепочке ничего не присоединяется.

Теперь понятно, почему I^A и I^B кодоминантны, а i⁰ рецессивен. У гетерозиготы I^AI^B работают оба фермента, и на одном эритроците есть цепочки обоих типов. У гетерозиготы I^Ai⁰ работает только фермент A — и этого достаточно, чтобы почти все цепочки получили сахар A. Поэтому её группа такая же, как у I^AI^A.

Бомбейский феномен

В 1952 году в индийском Бомбее (ныне Мумбаи) описали людей, у которых кровь выглядела как I группа, хотя по родословной у них должны были быть аллели I^A или I^B. Оказалось, что у них не работает другой ген — H, кодирующий фермент, который строит саму углеводную цепочку-основу (антиген H), к которой ферменты A и B присоединяют свои сахара. Без основы ферментам A и B не к чему присоединять сахар, и эритроциты остаются «пустыми». Это пример эпистаза — подавления действия одного гена другим, неаллельным. Люди с бомбейским фенотипом могут получать кровь только от таких же доноров, так как у них есть антитела даже против антигена H, имеющегося у всех остальных людей. Подробнее об эпистазе — в статье серии о комплементарности и эпистазе.

4. Как наследуются группы крови

Каждый ребёнок получает один аллель гена ABO от матери и один от отца. Поэтому группы крови детей можно предсказать по генотипам родителей так же, как в любом моногибридном скрещивании, только аллелей три.

Несколько наблюдений из таблицы, которые полезно запомнить.

• У родителей с I и IV группами дети никогда не имеют ни I, ни IV группы — только II или III. Ребёнок получает i⁰ от одного родителя и I^A или I^B от другого.
• У родителей со II и III группами (если оба гетерозиготны, I^Ai⁰ × I^Bi⁰) могут родиться дети всех четырёх групп, каждая с вероятностью 1/4.
• Ребёнок с I группой (i⁰i⁰) не может родиться, если хотя бы у одного родителя IV группа.
• Ребёнок с IV группой (I^AI^B) не может родиться, если хотя бы у одного родителя I группа.

Пример: мать со II группой, отец с III группой, у них ребёнок с I группой. Каковы генотипы родителей и вероятность рождения ребёнка с IV группой? Ребёнок i⁰i⁰ получил i⁰ от каждого родителя, значит, мать I^Ai⁰, отец I^Bi⁰. Их гаметы: I^A и i⁰; I^B и i⁰. Дети: I^AI^B (IV), I^Ai⁰ (II), I^Bi⁰ (III), i⁰i⁰ (I) — по 1/4. Вероятность ребёнка с IV группой — 25 %.

Частоты групп крови в России

По данным службы крови, в России примерно треть людей имеет I группу, чуть больше трети — II, около пятой части — III и примерно каждый двенадцатый — IV группу. Резус-отрицательных — около 15 %. По частотам групп можно оценить частоты аллелей: если I группа у 33 % людей, частота аллеля i⁰ около √0,33 ≈ 0,57. Значит, больше половины всех аллелей гена ABO в популяции — «нулевые», и каждый второй-третий человек со II или III группой — гетерозигота, носитель i⁰. Поэтому у родителей со II и III группами ребёнок с I группой — вовсе не редкость.

5. Как определяют группу крови

Группу крови определяют реакцией агглютинации. Каплю крови смешивают с реактивами, содержащими антитела анти-A, анти-B и анти-D. Если эритроциты склеились с анти-A, на них есть антиген A; с анти-B — антиген B; с анти-D — резус-положительность.

В больницах перед переливанием дополнительно проводят пробу на совместимость: смешивают сыворотку больного с эритроцитами донора и проверяют, нет ли склеивания. Это защищает от редких антител других систем групп крови.

Группа крови и характер — миф

В Японии и Южной Корее широко распространено поверье, будто группа крови определяет характер: люди со II группой якобы аккуратны и тревожны, с I — решительны, с III — творческие, с IV — загадочные. Исследования на десятках тысяч людей никакой связи групп крови с чертами личности не нашли. Ген ABO определяет фермент, присоединяющий сахар к углеводным цепочкам, и нет никакого известного механизма, по которому это влияло бы на поведение. Это хороший пример того, как менделевский признак, понятный и наглядный, обрастает мифами.

6. Группы крови и установление отцовства

До появления анализа ДНК группы крови были главным способом решать споры об отцовстве. Но у этого метода есть принципиальное ограничение: группы крови могут исключить отцовство, но не могут его доказать. Если у ребёнка аллель, которого не могло быть ни у матери, ни у предполагаемого отца, мужчина точно не отец. Но если аллель мог прийти от него, это ничего не доказывает: таким же аллелем обладают миллионы других мужчин.

Алгоритм рассуждения такой. По группам матери и ребёнка определяют, какой аллель ребёнок получил от отца. Затем смотрят, мог ли предполагаемый отец передать такой аллель.

В знаменитом голливудском деле 1940-х годов анализ групп крови исключил отцовство актёра Чарли Чаплина: у матери была группа A, у ребёнка — B, у Чаплина — 0, а ребёнок мог получить аллель B только от отца. Тем не менее суд, ссылаясь на другие доводы, признал Чаплина отцом — что впоследствии стало хрестоматийным примером того, как научное доказательство было проигнорировано.

Сегодня отцовство устанавливают по ДНК: сравнивают полтора-два десятка высоко изменчивых участков генома, и вероятность случайного совпадения у постороннего мужчины становится ничтожной. Подробнее — в статье «Методы генетики».

7. Подгруппы и редкие варианты

Схема из трёх аллелей — упрощение. На самом деле у гена ABO известны сотни вариантов. Например, аллель I^A бывает двух основных подтипов — A₁ и A₂: фермент A₂ работает слабее, и на эритроцитах меньше антигена A. Есть «слабые» аллели, при которых антигена так мало, что обычный анализ показывает I группу, хотя у человека есть аллель I^A или I^B. Встречается и редкий аллель «cis-AB», при котором один фермент присоединяет оба сахара сразу; человек с таким аллелем и аллелем i⁰ имеет IV группу, а в его семье бывают «невозможные» сочетания групп у родителей и детей.

Поэтому в реальной практике, если группа ребёнка «не сходится» с группами родителей, сначала проверяют подгруппы и редкие варианты, а не делают поспешного вывода об отцовстве. В задачах ЕГЭ такие случаи не рассматриваются: используется схема из трёх аллелей.

8. Группы крови, болезни и эволюция

Почему в человеческих популяциях сохраняются все три аллеля гена ABO, а частоты их так различаются у разных народов? Одна из причин — связь групп крови с инфекционными болезнями. Многие бактерии и вирусы используют углеводы на поверхности клеток как «точки входа». Люди с I группой тяжелее переносят холеру; у людей с I группой реже бывает тяжёлая тропическая малярия, потому что заражённые эритроциты хуже слипаются со здоровыми; у людей со II группой немного выше риск некоторых болезней сосудов и свёртывания крови. Когда в разных районах свирепствуют разные болезни, отбор благоприятствует разным аллелям, и разнообразие сохраняется.

Интересно, что полиморфизм ABO очень древний: сходные аллели A и B есть у шимпанзе, горилл и гиббонов, и по последовательности ДНК видно, что этот полиморфизм поддерживается в эволюции приматов миллионы лет. Это пример балансирующего отбора, о котором шла речь в статье о сверхдоминировании: отбор не даёт ни одному аллелю вытеснить остальные.

Система Даффи — особенно яркий пример. Плазмодий трёхдневной малярии проникает в эритроцит через белок Даффи. У большинства жителей Западной и Центральной Африки в результате мутации в регуляторном участке гена этот белок на эритроцитах не образуется, и они практически неуязвимы для трёхдневной малярии. Аллель распространился под действием отбора, как и аллель HbS.

Группы крови в истории науки о человеке

В Первую мировую войну супруги Людвик и Ханна Хиршфельд, работавшие военными врачами на Салоникском фронте, определили группы крови у тысяч солдат разных национальностей и опубликовали в 1919 году первую карту распределения групп крови по народам. Оказалось, что частоты аллелей I^A и I^B закономерно меняются с запада на восток: у западноевропейцев много II группы, у народов Индии и Центральной Азии — III. Это была первая попытка изучать происхождение и родство народов не по внешнему виду, а по генетическим признакам, — основа будущей популяционной генетики человека. Сегодня для этого используют уже не группы крови, а миллионы вариантов ДНК, но принцип тот же.

9. Группы крови и переливание

При переливании главное — чтобы антитела в плазме больного не склеили эритроциты донора. Поэтому раньше считали, что кровь I группы (без антигенов) можно переливать всем — это «универсальный донор», а людям с IV группой (без антител) можно переливать кровь любой группы — «универсальный реципиент». Сегодня так поступают только в экстренных случаях и в небольших объёмах, а в обычной практике переливают кровь той же группы и того же резус-фактора: антитела донорской плазмы тоже могут повредить эритроциты больного, а кроме системы AB0 существуют десятки других систем групп крови.

Откуда берутся антитела против антигенов A и B, если человек никогда не получал чужой крови? Похожие углеводные молекулы есть на поверхности многих бактерий кишечника. В первые месяцы жизни иммунная система ребёнка встречается с ними и вырабатывает антитела против тех антигенов, которых нет на его собственных клетках. Поэтому у новорождённых этих антител ещё почти нет, а у годовалых детей они уже есть.

10. Резус-фактор

В 1939 году американские врачи Ф. Левин и Р. Стетсон описали женщину, у которой после родов мёртвого ребёнка переливание крови мужа (совместимой по AB0) вызвало тяжёлую реакцию: в её крови оказались антитела против какого-то антигена эритроцитов мужа и плода [3]. В 1940 году К. Ландштейнер и А. Винер, иммунизируя кроликов эритроцитами макак-резусов, получили сыворотку, которая склеивала эритроциты примерно 85 % людей. Антиген назвали резус-фактором (Rh) — по названию обезьян [4]. Позже выяснилось, что «обезьяний» и «человеческий» антигены не вполне одинаковы, но название закрепилось.

Людей, у которых на эритроцитах есть главный антиген системы — антиген D, — называют резус-положительными (Rh⁺), а тех, у кого его нет, — резус-отрицательными (Rh⁻). Среди европейцев резус-отрицательных около 15 %, среди жителей Восточной Азии — меньше 1 %.

В задачах ЕГЭ резус-фактор описывают одним геном с двумя аллелями: R (Rh⁺) доминирует над r (Rh⁻). Резус-положительный человек может быть RR или Rr, резус-отрицательный — только rr. Генетически это довольно точно: резус-отрицательность в большинстве случаев возникает из-за полного выпадения (делеции) гена RHD в одной хромосоме, и у резус-отрицательного человека этот ген отсутствует в обеих хромосомах [5]. Делеция произошла, по-видимому, между двумя похожими участками ДНК, окружающими ген, — классический пример неравного кроссинговера. На самом деле система резус включает два соседних гена (RHD и RHCE) и несколько десятков антигенов, но для задач достаточно модели с одним геном [6].

Ген RHD находится в хромосоме 1, а ген ABO — в хромосоме 9, поэтому группа крови и резус-фактор наследуются независимо. В задачах с обеими системами применяют правила дигибридного скрещивания: человек I^Ai⁰Rr образует четыре типа гамет (I^AR, I^Ar, i⁰R, i⁰r), а вероятность определённого сочетания группы и резуса у ребёнка равна произведению вероятностей.

Резус подробнее

Система резус устроена сложнее, чем один ген с двумя аллелями. В хромосоме 1 рядом лежат два очень похожих гена — RHD и RHCE. Ген RHD кодирует белок с антигеном D, ген RHCE — белок с антигенами C/c и E/e. Оба белка встроены в мембрану эритроцита и, вероятно, участвуют в переносе аммиака или углекислого газа. Резус-отрицательность у европейцев — это почти всегда полное отсутствие гена RHD в обеих хромосомах; у африканцев и азиатов она чаще возникает из-за мутаций, выключающих ген [5]. Бывает и «слабый D» — белок с изменённым строением, который плохо выявляется обычными реактивами.

Совсем редкий вариант — «резус-нулевой» фенотип, при котором нет ни одного антигена системы. Таких людей в мире известно меньше полусотни; их эритроциты имеют изменённую форму и быстрее разрушаются. Кровь резус-нулевых доноров ценится особенно высоко: её можно перелить почти любому человеку с редкими антителами системы резус.

11. Резус-конфликт

Резус-фактор имеет особое значение при беременности. Если у резус-отрицательной женщины (rr) ребёнок резус-положительный (Rr, получил R от отца), то при родах (а иногда и раньше) эритроциты плода могут попасть в кровь матери. Иммунная система матери воспринимает антиген D как чужой и вырабатывает антитела. При первой беременности антител образуется немного и поздно, и ребёнок обычно не страдает. Но при следующей беременности резус-положительным ребёнком антитела матери проникают через плаценту и разрушают эритроциты плода. Развивается гемолитическая болезнь новорождённого: анемия, желтуха, в тяжёлых случаях — водянка и гибель плода.

С конца 1960-х годов резус-конфликт научились предупреждать. Резус-отрицательной женщине после рождения резус-положительного ребёнка (а сейчас и во время беременности) вводят готовые антитела против антигена D — антирезусный иммуноглобулин. Они быстро уничтожают попавшие в кровь матери эритроциты плода, и её иммунная система не успевает выработать собственные антитела. Благодаря этому гемолитическая болезнь новорождённых, раньше уносившая тысячи жизней, стала редкостью.

12. Множественные аллели и пересадка органов

При пересадке органов важны сразу две системы множественных аллелей. Первая — AB0: антигены A и B есть не только на эритроцитах, но и на клетках сосудов многих органов, поэтому почку человека со II группой обычно не пересаживают больному с I группой — антитела анти-A быстро повредят сосуды трансплантата. Вторая — HLA. Белки HLA есть почти на всех клетках, и иммунная система распознаёт чужие варианты как сигнал опасности. Чем больше аллелей HLA донора и больного совпадает, тем меньше риск отторжения.

Аллели HLA наследуются блоками: несколько генов HLA лежат рядом в хромосоме 6 и передаются вместе, почти без кроссинговера. Такой блок называют гаплотипом. Каждый человек получает один гаплотип от матери и один от отца. Поэтому родной брат или сестра с вероятностью 1/4 совпадает с больным по обоим гаплотипам, с вероятностью 1/2 — по одному и с вероятностью 1/4 — ни по одному. У неродственных людей полное совпадение очень маловероятно, поэтому созданы международные регистры доноров костного мозга, в которых миллионы людей.

13. Система MN — кодоминирование без доминирования

Для сравнения полезно вспомнить систему групп крови MN, открытую Ландштейнером и Левином в 1927 году. У неё два кодоминантных аллеля, L^M и L^N, и три фенотипа: M, N и MN. Каждый генотип виден по фенотипу, поэтому система MN — идеальный объект для проверки законов Менделя у человека: у родителей MN × MN дети M, MN и N рождаются в отношении 1 : 2 : 1. А по частотам фенотипов в популяции можно сразу вычислить частоты аллелей, не делая никаких допущений: частота L^M равна доле людей M плюс половине доли людей MN. Для переливания крови система MN значения почти не имеет, но в генетике популяций её использовали десятилетиями.

14. Откуда берётся множество аллелей

Новые аллели возникают в результате мутаций, а дальше их судьбу определяют отбор и случай. Большинство мутаций либо вредны и удаляются отбором, либо нейтральны и сохраняются или исчезают случайно (дрейф генов). Поэтому в больших популяциях всегда есть много редких аллелей. Но если отбор активно поддерживает разнообразие, аллелей становится особенно много и они долго сохраняются.

Так бывает в трёх случаях. Первый — преимущество гетерозигот, как у HbS в малярийных районах. Второй — преимущество редкого аллеля: растение с редким аллелем самонесовместимости совместимо почти со всеми партнёрами, а человек с редкими вариантами HLA лучше распознаёт новые варианты паразитов. Третий — разные условия в разных местах, когда в каждом районе выгоден свой аллель. Все три механизма называют балансирующим отбором. Гены HLA, самонесовместимости и группы крови — классические его примеры, и именно у них найдено больше всего аллелей.

15. Группы крови у животных

Группы крови есть не только у людей. У кошек основная система — AB: аллель A доминирует над аллелем b, большинство кошек имеют группу A, у некоторых пород часто встречается группа B. Кошки группы B имеют сильные антитела против антигена A. Если котята группы A родятся у матери группы B, с молозивом они получат антитела матери, и их эритроциты начнут разрушаться — ветеринары называют это неонатальным изоэритролизом. Поэтому заводчики некоторых пород проверяют группы крови перед вязкой. У собак систем групп крови больше десятка, у лошадей — несколько, и несовместимость матери и плода тоже вызывает болезнь жеребят. У крупного рогатого скота группы крови раньше широко использовали для проверки происхождения животных.

16. Серии аллелей у генов болезней

Множественный аллелизм — не только про окраску и группы крови. У генов наследственных болезней обычно известны десятки, сотни и тысячи разных мутантных аллелей. Например, у гена CFTR, мутации которого вызывают муковисцидоз, описано более двух тысяч вариантов. Самый частый у европейцев — делеция трёх нуклеотидов, приводящая к выпадению одной аминокислоты (фенилаланина в 508-м положении белка); на неё приходится около двух третей мутантных аллелей. Остальные аллели редки.

Поэтому больной рецессивной болезнью часто несёт не два одинаковых мутантных аллеля, а два разных — такого человека называют компаунд-гетерозиготой. Например, генотип ΔF508/G542X при муковисцидозе: оба аллеля нерабочие, но разные. Тяжесть болезни зависит от сочетания аллелей: одни мутации полностью выключают белок, другие лишь снижают его работу.

У гена β-глобина HBB тоже серия аллелей: нормальный HbA, серповидный HbS, HbC (другая замена в той же шестой позиции), HbE и сотни аллелей β-талассемии, при которых белка образуется мало или совсем нет. Сочетание HbS и HbC (HbSC) даёт серповидноклеточную болезнь средней тяжести, а HbS с β-талассемией — болезнь, похожую на серповидноклеточную анемию. Для генетического консультирования это очень важно: чтобы оценить риск для ребёнка, нужно знать, какие именно аллели несут родители.

17. Множественные аллели в природе

Самонесовместимость растений. Многие растения не могут оплодотвориться собственной пыльцой. У петунии, диких видов табака, капусты, черешни и многих других растений это определяет ген S, у которого в популяции десятки и даже сотни аллелей [7]. Если пыльцевое зерно несёт тот же аллель S, что и пестик, пыльцевая трубка не растёт (или пыльца не прорастает). Это не даёт растению опылить само себя и способствует перекрёстному опылению. Чем больше аллелей в популяции, тем больше шансов, что пыльца чужого растения будет совместима, — поэтому редкие аллели S имеют преимущество, и отбор поддерживает их огромное разнообразие. Садоводы знают это на практике: для урожая черешни или яблони рядом нужно посадить растение другого сорта — опылитель.

Различают два типа самонесовместимости. При гаметофитном (у пасленовых, розоцветных, бобовых) совместимость определяется аллелем самого пыльцевого зерна: пыльца с аллелем S₁ не растёт на пестике S₁S₂, а пыльца S₃ растёт. При спорофитном (у капустных, сложноцветных) — генотипом растения, на котором образовалась пыльца: белки оболочки пыльцевого зерна происходят из тканей пыльника, и между аллелями бывают отношения доминирования. В обоих случаях множество аллелей поддерживается отбором: растение с редким аллелем совместимо почти со всеми, и его пыльца имеет преимущество.

Гены HLA человека. Белки главного комплекса гистосовместимости, по которым иммунная система отличает «своё» от «чужого», кодируются несколькими генами, у каждого из которых тысячи известных аллелей. Это самые изменчивые гены человека. Аллели кодоминантны, и у каждого человека свой набор белков HLA. Поэтому подобрать донора для пересадки костного мозга так трудно: нужен человек с совпадающими аллелями сразу по нескольким генам.

Окраска и рисунок у животных. У мышей ген окраски agouti имеет больше десятка аллелей, у кошек ген тирозиназы — аллели, дающие сиамскую и бурманскую окраску и альбинизм, у дрозофилы ген white — десятки аллелей с разной окраской глаз. У клевера множественные аллели определяют рисунок на листьях: белые «уголки» разной формы.

18. Как решать задачи на множественные аллели

1. Запишите обозначения всех аллелей серии и ряд доминирования: «I^A = I^B > i⁰» или «C > c^ch > c^h > c».
2. Запишите возможные генотипы каждого фенотипа. Для групп крови: I — i⁰i⁰; II — I^AI^A или I^Ai⁰; III — I^BI^B или I^Bi⁰; IV — I^AI^B.
3. Уточните генотипы родителей по родственникам и детям. Ребёнок с I группой означает, что оба родителя несут i⁰. Родитель с II группой, у которого один из родителей имел I группу, — I^Ai⁰.
4. Запишите гаметы и потомство, как в моногибридном скрещивании (у каждого родителя не больше двух типов гамет).
5. Если есть резус-фактор, решите его отдельно и перемножьте вероятности (гены в разных хромосомах).
6. При вопросах об отцовстве определите аллель, полученный ребёнком от отца, и проверьте, мог ли его передать предполагаемый отец. Помните: исключить отцовство можно, доказать — нельзя.

Быстрые приёмы для заданий части 1

19. Разборы типовых задач

Задача 1. Группы детей

Мать имеет IV группу крови, отец — I. Какие группы крови возможны у детей и с какой вероятностью?

Решение. Мать I^AI^B, отец i⁰i⁰. G: I^A, I^B; i⁰. Дети: I^Ai⁰ (II) и I^Bi⁰ (III) — по 50 %. Детей с I и IV группами не будет.

Задача 2. Генотипы по родословной

У женщины со II группой крови отец имел I группу. Её муж имеет III группу, а его мать — I группу. Какова вероятность рождения ребёнка с I группой?

Решение. Женщина I^Ai⁰ (от отца получила i⁰), муж I^Bi⁰ (от матери получил i⁰). Ребёнок i⁰i⁰ — 1/2 × 1/2 = 1/4 (25 %).

Задача 3. Исключение отцовства

У матери I группа крови, у ребёнка — II. Предполагаемые отцы: первый мужчина с I группой, второй — с III, третий — с IV. Кто из них может быть отцом?

Решение. Ребёнок I^Ai⁰: аллель i⁰ от матери, аллель I^A — от отца. Отец должен нести I^A: подходит только мужчина с IV группой (I^AI^B). Мужчины с I и III группами исключаются.

Задача 4. Группа крови и резус

Мать — II группа, Rh⁺ (её отец имел I группу и Rh⁻). Отец — III группа, Rh⁻ (его мать имела I группу). Какова вероятность рождения ребёнка с I группой и Rh⁻?

Решение. Мать I^Ai⁰Rr, отец I^Bi⁰rr. По группе: i⁰i⁰ — 1/4. По резусу: rr — 1/2. Вместе: 1/4 × 1/2 = 1/8 (12,5 %).

Задача 5. Кролики

Скрестили шиншиллового кролика с гималайским. Получили шиншилловых, гималайских и альбиносов. Определите генотипы родителей и соотношение потомков.

Решение. Появились альбиносы cc — оба родителя несут c. Шиншилловый — c^chc, гималайский — c^hc. Потомство: c^chc^h (шиншилла), c^chc (шиншилла), c^hc (гималайская), cc (альбинос) — 2 шиншилловых : 1 гималайский : 1 альбинос.

Задача 6. Перепутанные дети

В роддоме перепутали двух детей. У одной пары родителей I и II группы, у другой — II и IV. У детей I и IV группы. Какой ребёнок чей?

Решение. У родителей с I и II группами (i⁰i⁰ × I^A_) ребёнок с IV группой (I^AI^B) родиться не может — нет аллеля I^B. У родителей со II и IV группами ребёнок с I группой (i⁰i⁰) невозможен — у родителя с IV группой нет i⁰. Значит, ребёнок с I группой — первой пары, ребёнок с IV группой — второй.

Задача 7. Резус-конфликт

Резус-отрицательная женщина вышла замуж за резус-положительного мужчину, мать которого резус-отрицательна. Какова вероятность, что их ребёнок будет резус-положительным (то есть возможен резус-конфликт)?

Решение. Женщина rr, мужчина Rr (от матери получил r). Rr × rr → 1/2 Rr (Rh⁺), 1/2 rr. Вероятность резус-положительного ребёнка — 50 %.

Задача 8. Число генотипов

Ген имеет 6 аллелей. Сколько генотипов возможно в популяции? Сколько типов гамет может образовать одна особь?

Решение. 6 × 7 / 2 = 21 генотип (6 гомозигот и 15 гетерозигот). Одна особь образует не больше двух типов гамет по этому гену.

Задача 9. Группа крови и признак, сцепленный с полом

Женщина со II группой крови и нормальным цветовым зрением, отец которой имел I группу и был дальтоником, вышла замуж за мужчину с III группой и нормальным зрением, мать которого имела I группу. Какова вероятность рождения сына с I группой и дальтонизмом?

Решение. Женщина I^Ai⁰X^DX^d (от отца получила i⁰ и X^d), мужчина I^Bi⁰X^DY. По группе: i⁰i⁰ — 1/4. По зрению: сын-дальтоник X^dY — 1/4 среди всех детей. Гены в разных хромосомах: 1/4 × 1/4 = 1/16. Среди сыновей вероятность дальтонизма 1/2, поэтому среди сыновей сочетание I группы и дальтонизма — 1/4 × 1/2 = 1/8.

Задача 10. Родословная с группами крови

У бабушки по матери I группа, у дедушки по матери IV. Мать имеет III группу, отец — II, их ребёнок — I группу. Возможно ли это? Если да, найдите генотипы.

Решение. Мать — дочь родителей i⁰i⁰ и I^AI^B: она получила i⁰ от матери и I^B от отца — I^Bi⁰ (III группа, верно). Ребёнок с I группой (i⁰i⁰) получил i⁰ от матери и от отца, значит, отец I^Ai⁰. Да, возможно; вероятность такого ребёнка у этих родителей — 1/4.

Задача 11. Кролики: все генотипы родителей

От скрещивания двух кроликов со сплошной окраской получены кролики со сплошной окраской и гималайские в отношении 3 : 1. Какие генотипы могли быть у родителей?

Решение. Гималайские потомки — c^hc^h или c^hc; каждый родитель передал аллель c^h или c, причём хотя бы один — c^h. Альбиносов и шиншилл нет. Возможны Cc^h × Cc^h (3 : 1) и Cc^h × Cc (потомки CC, Cc, Cc^h, c^hc — тоже 3 сплошных : 1 гималайский). Сочетание Cc × Cc дало бы альбиносов, поэтому исключено.

Задача 12. Сколько групп крови у детей

Родители имеют II и III группы, их первый ребёнок — IV группу, второй — II. Определите возможные генотипы родителей. Может ли у них родиться ребёнок с I группой?

Решение. Ребёнок с IV группой получил I^A от матери и I^B от отца — это ничего не говорит о вторых аллелях родителей. Ребёнок со II группой (I^A_) от отца с III группой мог получить только i⁰: аллеля I^A у отца нет. Значит, отец I^Bi⁰. Мать — I^AI^A или I^Ai⁰. Ребёнок с I группой возможен, только если мать I^Ai⁰; тогда его вероятность 1/4.

Задача 13. Резус в двух поколениях

Резус-положительная женщина, отец которой был резус-отрицательным, вышла замуж за резус-отрицательного мужчину. Какова вероятность, что их дочь будет резус-отрицательной? Если дочь резус-отрицательна и выйдет замуж за резус-положительного гомозиготного мужчину, грозит ли ей резус-конфликт?

Решение. Женщина Rr, мужчина rr: дочь rr с вероятностью 1/2. Если дочь rr выйдет замуж за RR, все её дети будут Rr (резус-положительные), и риск резус-конфликта есть при каждой беременности (без профилактики — особенно при повторных).

Задача 14. Три поколения кроликов

Гималайского кролика, мать которого была альбиносом, скрестили с шиншилловым кроликом, отец которого был альбиносом. Каким будет потомство?

Решение. Гималайский c^hc (от матери-альбиноса получил c), шиншилловый c^chc. Потомство: c^chc^h и c^chc — шиншилловые (1/2), c^hc — гималайские (1/4), cc — альбиносы (1/4).

Задача 15. Сколько фенотипов в серии

Серия из трёх аллелей: a¹ и a² кодоминантны, оба доминируют над a³. Сколько генотипов и фенотипов? Какой пример у человека?

Решение. Генотипов 6, фенотипов 4 (a¹_ без a², a²_ без a¹, a¹a², a³a³). Пример — группы крови AB0.

Задача 16. Перепутанные новорождённые с резусом

В роддоме у двух матерей родились дети. Первая мать — I группа, Rh⁻, её муж — I группа, Rh⁻. Вторая мать — II группа, Rh⁺, её муж — III группа, Rh⁺. У детей: II группа Rh⁺ и I группа Rh⁻. Чей ребёнок чей?

Решение. У первой пары (i⁰i⁰rr × i⁰i⁰rr) все дети i⁰i⁰rr — I группа Rh⁻. Ребёнок со II группой Rh⁺ мог родиться только у второй пары. Значит, ребёнок с I группой Rh⁻ — первой пары (у второй пары он тоже возможен, но ребёнка со II группой Rh⁺ у первой быть не может).

Задача 17. Совместимость по HLA у сибсов

У родителей гаплотипы HLA: мать — a и b, отец — c и d. У них трое детей. Какова вероятность, что хотя бы один из двух других детей полностью совместим с больным ребёнком (имеет тот же набор гаплотипов)?

Решение. Для каждого сибса вероятность полной совместимости — 1/4, несовместимости — 3/4. Оба несовместимы — (3/4)² = 9/16; хотя бы один совместим — 1 − 9/16 = 7/16 ≈ 44 %.

Задача 18. Отцовство по двум системам

Мать — II группа, MN; ребёнок — I группа, N. Мужчина — III группа, M. Может ли он быть отцом?

Решение. По AB0: ребёнок i⁰i⁰, мать I^Ai⁰, отец должен нести i⁰ — мужчина с III группой может быть I^Bi⁰, не исключён. По MN: ребёнок L^NL^N, от отца получен L^N, а мужчина с группой M — L^ML^M, аллеля L^N у него нет. По системе MN он исключён — отцом быть не может.

Задача 19. Вероятность гетерозиготности

Мужчина со II группой крови, оба родителя которого имели II группу, а сестра — I группу. Какова вероятность, что он носит аллель i⁰?

Решение. Сестра i⁰i⁰ — родители I^Ai⁰ × I^Ai⁰. Дети со II группой: I^AI^A (1/4) и I^Ai⁰ (1/2); среди детей со II группой гетерозиготы составляют 2/3. Вероятность — 2/3.

Задача 20. Дети от брака с учётом вероятности

Этот мужчина (II группа, вероятность I^Ai⁰ — 2/3) женился на женщине с I группой. Какова вероятность, что их первый ребёнок будет с I группой?

Решение. Ребёнок i⁰i⁰ возможен только если мужчина I^Ai⁰ (2/3) и передал i⁰ (1/2): 2/3 × 1/2 = 1/3.

Задача 21. Гималайский кролик на холоде

Гималайскому кролику c^hc выбрили участок шерсти на боку и держали на нём холодный компресс, пока шерсть не отросла. Какого цвета будет шерсть на этом участке? Изменится ли генотип кролика? Каким будет потомство от скрещивания этого кролика с альбиносом?

Решение. На охлаждённом участке отрастёт тёмная шерсть: фермент синтеза пигмента у аллеля c^h работает при пониженной температуре. Генотип не изменится — это модификационная изменчивость. Потомство c^hc × cc: 1/2 c^hc (гималайские), 1/2 cc (альбиносы); «тёмный бок» потомкам не передаётся.

Задача 22. Сколько аллелей в популяции

В популяции растений найдено 28 разных генотипов по гену окраски цветков (встречаются все гомозиготы и все гетерозиготы). Сколько аллелей этого гена в популяции? Почему для гена самонесовместимости такой расчёт неприменим?

Решение. n(n + 1)/2 = 28 → n = 7. Для гена самонесовместимости гаметофитного типа гомозиготы не образуются: пыльца с аллелем, совпадающим с одним из аллелей пестика, не оплодотворяет его, поэтому все растения гетерозиготны, и число генотипов равно n(n − 1)/2.

20. Итог: что важно знать

• Множественный аллелизм — существование в популяции более двух аллелей одного гена; все они занимают один локус, а у одной диплоидной особи их не больше двух.
• При n аллелях возможно n(n + 1)/2 генотипов: n гомозигот и n(n − 1)/2 гетерозигот.
• Окраска кроликов: C > c^ch > c^h > c; гималайская окраска зависит от температуры.
• Группы крови AB0: три аллеля (I^A, I^B, i⁰), шесть генотипов, четыре группы; I^A и I^B кодоминантны, оба доминируют над i⁰.
• Антигены A и B создаются ферментами-гликозилтрансферазами; аллель i⁰ не даёт рабочего фермента.
• Резус-фактор в задачах — ген с аллелями R (Rh⁺) и r (Rh⁻); он наследуется независимо от AB0.
• Резус-конфликт возникает у резус-отрицательной матери при резус-положительном плоде, обычно при повторной беременности; его предупреждают антирезусным иммуноглобулином.
• Группы крови позволяют исключить, но не доказать отцовство.

21. Частые ошибки

• «У человека три аллеля гена группы крови». У человека два аллеля; три аллеля существуют в популяции.
• «II группа — всегда I^AI^A». II группа — I^AI^A или I^Ai⁰; генотип уточняют по родственникам.
• «IV группа — промежуточная между II и III». У IV группы оба антигена в полной мере — это кодоминирование, а не промежуточное наследование.
• «Совпадение групп крови доказывает отцовство». Совпадение лишь не исключает отцовства; доказать его можно только анализом ДНК.
• «Множественные аллели — это аллели разных генов». Это разные состояния одного гена в одном локусе.
• «Группа крови и резус-фактор наследуются сцепленно». Гены в разных хромосомах (9-я и 1-я), наследуются независимо.
• «Резус-конфликт бывает, если отрицательный резус у отца». Конфликт возможен только у резус-отрицательной матери при резус-положительном плоде.
• «При первой беременности резус-конфликт всегда тяжёлый». Обычно при первой беременности антител мало; опасность растёт при следующих.
• «Человек с I группой — универсальный донор цельной крови в любой ситуации». Сегодня переливают кровь той же группы; кровь I группы используют лишь в экстренных случаях и ограниченно.
• «У гималайского кролика генотип меняется на холоде». Генотип не меняется; меняется активность фермента, зависящая от температуры.
• «Резус-отрицательность определяется доминантным аллелем». Резус-отрицательные люди — гомозиготы rr; резус-положительность доминантна.
• «Все больные рецессивной болезнью — гомозиготы по одному и тому же аллелю». Часто это компаунд-гетерозиготы — носители двух разных мутантных аллелей одного гена.
• «Гены HLA наследуются по одному независимо». Они лежат рядом в хромосоме 6 и передаются блоками — гаплотипами.
• «Одна система групп крови надёжно устанавливает отцовство». Она лишь исключает часть мужчин; для надёжного вывода используют ДНК.

22. Интересные факты

• Карл Ландштейнер открыл группы крови в 1900–1901 годах, а Нобелевскую премию получил лишь в 1930 году; в 1940 году он же стал соавтором открытия резус-фактора.
• Первое переливание крови с учётом групп провёл в 1907 году американский врач Р. Оттенберг.
• Частоты групп крови сильно различаются между народами: у коренных жителей Южной Америки почти все имеют I группу, а III группа чаще всего встречается в Центральной и Южной Азии.
• Резус-отрицательных людей особенно много среди басков — до 25–35 %.
• Бомбейский фенотип встречается примерно у одного человека из 10 000 в Индии и у одного из миллиона в Европе.
• Аллели группы крови AB0 есть и у человекообразных обезьян; сходные варианты гена возникали в эволюции приматов независимо несколько раз.
• Всего у человека известно более 40 систем групп крови и более 350 антигенов эритроцитов.
• Аллелей генов HLA известно уже больше 30 тысяч — это самые изменчивые гены человека.
• Люди без антигена Даффи на эритроцитах, частые в Западной Африке, почти не болеют трёхдневной малярией: паразиту не через что проникнуть в эритроцит.
• Кошки группы B встречаются у британских и девон-рексов гораздо чаще, чем у обычных домашних кошек.
• Резус-нулевую кровь называют «золотой»: в мире известно меньше 50 таких людей.
• Реакцию агглютинации для определения групп крови используют уже больше ста лет; современные экспресс-карты позволяют узнать группу и резус за пару минут по капле крови из пальца.
• Исследования на десятках тысяч людей не нашли связи между группой крови и характером, хотя в Японии эта вера очень популярна.
• Первую карту распределения групп крови по народам составили в 1919 году супруги Хиршфельд, военные врачи, обследовав солдат армий Антанты на Салоникском фронте.
• Во всемирных регистрах доноров костного мозга — более 40 миллионов человек, и всё равно подходящего неродственного донора находят не для всех больных.
• Ряд доминирования у кроликов установили ещё в 1910–1920-х годах; гималайскую окраску изучали как модель влияния температуры на действие гена.
• Самый распространённый аллель гена ABO в мире — i⁰: на него приходится около 60 % всех аллелей, хотя людей с I группой меньше половины.
• Аллели I^A и I^B кодируют ферменты, различающиеся всего четырьмя аминокислотами из более чем трёхсот, — и этого достаточно, чтобы один присоединял к цепочке N-ацетилгалактозамин, а другой галактозу.
• У некоторых растений число аллелей гена самонесовместимости в одной популяции превышает 50.

23. Частые вопросы

24. ЕГЭ

Тема входит в элемент 3.3 кодификатора [8]: «Множественный аллелизм». В части 1 встречаются задания на группы крови (какие группы возможны у детей, вероятность в процентах), на число генотипов при нескольких аллелях, на соответствие групп и генотипов. В части 2 — задачи линии 28 на наследование групп крови и резус-фактора, на исключение отцовства, на сочетание групп крови с признаком, сцепленным с полом; вопросы по рисункам (кролики разной окраски).

Что обязательно знать к экзамену

• Определение множественного аллелизма и почему у особи не больше двух аллелей.
• Аллели системы AB0, генотипы всех четырёх групп, кодоминирование I^A и I^B.
• Как наследуются группы крови и как исключить отцовство.
• Резус-фактор: генотипы, независимое наследование от AB0, причина резус-конфликта.
• Серию аллелей окраски кроликов.

Разбор задания части 1

Задание. Какова вероятность (%) рождения ребёнка с IV группой крови у родителей с II и III группами, если оба гетерозиготны? Ответ: 25.

Задание. Сколько генотипов определяют группы крови системы AB0? Ответ: 6.

Разбор задачи части 2

Задача. У матери III группа крови и положительный резус, у отца — II группа и положительный резус. У них родился сын с I группой и отрицательным резусом. Составьте схему решения. Определите генотипы родителей, возможные генотипы и фенотипы детей и вероятность рождения ребёнка с IV группой и положительным резусом. Какой закон проявляется?

Решение. Сын i⁰i⁰rr получил от каждого родителя i⁰ и r. Мать I^Bi⁰Rr, отец I^Ai⁰Rr.

P: ♀ I^Bi⁰Rr × ♂ I^Ai⁰Rr; G ♀: I^BR, I^Br, i⁰R, i⁰r; G ♂: I^AR, I^Ar, i⁰R, i⁰r.

По группе: IV, II, III, I — по 1/4. По резусу: 3/4 Rh⁺, 1/4 Rh⁻. Вероятность IV группы и Rh⁺: 1/4 × 3/4 = 3/16 (≈ 18,75 %).

Проявляются кодоминирование аллелей I^A и I^B, множественный аллелизм и закон независимого наследования (гены группы крови и резуса в разных хромосомах).

Связь с другими темами

Кодоминирование — в статье «Взаимодействие аллельных генов» и в статье «Кодоминирование и группы крови»; независимое наследование — в статье «Дигибридное скрещивание»; бомбейский феномен как пример эпистаза — в статье серии о комплементарности и эпистазе; иммунитет и антитела — в статьях серии об иммунитете.

25. Для олимпиад

Частоты аллелей AB0 по Бернштейну

В популяции 36 % людей имеют I группу, 45 % — II, 13 % — III, 6 % — IV. Найдите частоты аллелей (при равновесии). Ответ: частота i⁰ r = √0,36 = 0,6. Доля людей без аллеля I^B (группы I и II) = (p + r)² = 0,81 → p + r = 0,9 → p (I^A) = 0,3. Тогда q (I^B) = 1 − 0,6 − 0,3 = 0,1. Проверка: IV группа 2pq = 0,06 — совпадает.

Сколько генотипов с учётом двух систем

Сколько разных генотипов возможно по генам AB0 (3 аллеля) и резус (2 аллеля) вместе? Сколько фенотипов? Ответ: генотипов 6 × 3 = 18, фенотипов 4 × 2 = 8.

Бомбейский феномен в семье

У матери по обычному анализу I группа крови, у отца — II, а у ребёнка — IV. Обычно такое невозможно. Как это объяснить, учитывая ген H (H — образуется основа антигенов, hh — основы нет, «бомбейский» фенотип)? Ответ: мать — «бомбей»: у неё есть аллель I^B, но генотип hh, поэтому антигена B на эритроцитах нет, и анализ показывает I группу (например, I^Bi⁰hh). Отец I^A_H_. Ребёнок получил I^B и h от матери, I^A и H от отца: I^AI^BHh — IV группа. А вот у двух родителей с I группой ребёнок с IV группой невозможен даже с учётом бомбейского феномена: ребёнку нужен аллель H, а родитель, передавший его вместе с I^A или I^B, сам имел бы антиген A или B.

Компаунд-гетерозиготы в семье

Мать — носительница аллеля муковисцидоза ΔF508, отец — носитель аллеля G542X (оба аллеля нерабочие). Какова вероятность больного ребёнка и какой у него будет генотип? Ответ: мать N/ΔF508, отец N/G542X (N — нормальный аллель). Больной ребёнок ΔF508/G542X — вероятность 1/4; это компаунд-гетерозигота. Носители одного из аллелей — 1/2, без мутаций — 1/4.

Частоты аллелей системы MN

В выборке из 1000 человек 300 имеют группу M, 500 — MN, 200 — N. Найдите частоты аллелей и проверьте, соответствует ли выборка равновесию. Ответ: p(L^M) = (2 × 300 + 500) / 2000 = 0,55; q(L^N) = 0,45. Ожидаемые доли: p² = 0,3025, 2pq = 0,495, q² = 0,2025 — то есть 302 : 495 : 203, что очень близко к наблюдаемым 300 : 500 : 200.

Вероятность исключения отцовства

Мать — I группа, ребёнок — II. В популяции частоты аллелей I^A = 0,3, I^B = 0,1, i⁰ = 0,6. Какая доля случайных мужчин будет исключена как возможные отцы по системе AB0? Ответ: отец должен нести I^A. Мужчины без I^A — генотипы из аллелей I^B и i⁰: (0,1 + 0,6)² = 0,49. Значит, исключается 49 % мужчин, а 51 % не исключается. Поэтому одна система групп крови даёт лишь частичную информацию, и для надёжного вывода нужны многие системы или ДНК.

Серия аллелей и число скрещиваний

Сколько различных типов скрещиваний (пар генотипов без учёта пола) возможно для серии из трёх аллелей? Ответ: генотипов 6; число неупорядоченных пар с повторением — 6 × 7 / 2 = 21.

Ожидаемые группы детей в популяции

Женщина с IV группой выходит замуж за случайного мужчину из популяции, где частоты аллелей I^A = 0,3, I^B = 0,1, i⁰ = 0,6. Какова вероятность, что их ребёнок будет иметь III группу? Ответ: мать даёт I^A или I^B по 1/2. Мужчина передаёт случайный аллель популяции с вероятностями 0,3; 0,1; 0,6. III группа — если от матери I^B, а от отца i⁰ или I^B: 1/2 × (0,6 + 0,1) = 0,35. Аналогично II группа — 1/2 × (0,6 + 0,3) = 0,45, IV — 1/2 × 0,1 + 1/2 × 0,3 = 0,2. Сумма 1.

Самонесовместимость и число совместимых партнёров

В популяции растений 20 равночастотных аллелей гена самонесовместимости S (гаметофитный тип: пыльца не растёт на пестике с тем же аллелем). Какая доля пыльцы случайного растения сможет оплодотворить другое случайное растение? Ответ: пестик несёт два аллеля из 20; пыльцевое зерно с одним аллелем совместимо, если его аллель не совпадает ни с одним из двух аллелей пестика: вероятность 18/20 = 0,9. Чем больше аллелей, тем ближе доля к 1 — поэтому отбор поддерживает их разнообразие.

26. Задания с разбором

Задание 1

Выберите три верных ответа. Множественный аллелизм: 1) существование в популяции более двух аллелей гена; 2) у одной особи может быть три аллеля гена; 3) аллели серии занимают один локус; 4) пример — группы крови AB0; 5) аллели серии — это разные гены; 6) у диплоидной особи может быть любое число аллелей серии.

Задание 2

Какие группы крови могут быть у детей родителей с I и IV группами?

Задание 3

Установите соответствие между группами крови и генотипами. Генотипы: А) I^Ai⁰; Б) i⁰i⁰; В) I^AI^B; Г) I^BI^B; Д) I^AI^A; Е) I^Bi⁰. Группы: 1) I; 2) II; 3) III; 4) IV.

Задание 4

Сколько генотипов возможно при серии из пяти аллелей?

Задание 5

У родителей с II группой родился ребёнок с I группой. Какова вероятность, что следующий ребёнок будет со II группой?

Задание 6

Почему IV группа крови не может быть у ребёнка, если у одного из родителей I группа?

Задание 7

Выберите три верных ответа. Резус-конфликт: 1) возможен у резус-отрицательной матери с резус-положительным плодом; 2) возможен у резус-положительной матери; 3) опаснее при повторной беременности; 4) предупреждается введением антирезусного иммуноглобулина; 5) зависит от группы крови AB0 отца; 6) возникает при любом сочетании резусов.

Задание 8

Мать — I группа, ребёнок — III. Какие группы возможны у отца?

Задание 9

Скрестили кроликов со сплошной окраской (Cc^h) и шиншилловой (c^chc). Определите соотношение фенотипов потомков.

Задание 10

Найдите ошибки в тексте и исправьте их. 1) Группы крови AB0 определяются тремя аллелями одного гена. 2) У человека с IV группой генотип I^AI^Bi⁰. 3) Аллели I^A и I^B кодоминантны. 4) Группа крови и резус-фактор наследуются сцепленно. 5) Группы крови позволяют доказать отцовство.

Задание 11

Какова вероятность рождения резус-отрицательного ребёнка у резус-положительных гетерозиготных родителей?

Задание 12

Почему у гималайских кроликов, выросших в тёплом помещении, пигментированных участков меньше, чем у выросших на холоде?

Задание 13

Мать — II группа, Rh⁻; отец — IV группа, Rh⁺ (гомозигота). Какие фенотипы возможны у детей?

Задание 14

Что общего у окраски гималайского кролика и сиамской кошки?

Задание 15

В роддоме перепутали детей с II и III группами. У одной пары родителей II и I группы, у другой — III и I. Чей какой ребёнок?

Задание 16

Сколько типов гамет по гену ABO образует человек с IV группой? С I группой?

Задание 17

Объясните на молекулярном уровне, почему аллель i⁰ рецессивен.

Задание 18

Почему растениям черешни нужен сосед другого сорта для хорошего урожая?

Задание 19 (олимпиадное)

В популяции частоты аллелей I^A = 0,25, I^B = 0,15, i⁰ = 0,6. Какова ожидаемая доля людей с каждой группой при равновесии?

Задание 20 (олимпиадное)

У матери I группа и Rh⁻, у ребёнка III группа и Rh⁺. Предполагаемый отец — II группа, Rh⁺. Может ли он быть отцом? А мужчина с IV группой и Rh⁻?

Литература

1. Landsteiner K. Über Agglutinationserscheinungen normalen menschlichen Blutes // Wiener klinische Wochenschrift. 1901. Bd. 14. S. 1132–1134.
2. Yamamoto F., Clausen H., White T. et al. Molecular genetic basis of the histo-blood group ABO system // Nature. 1990. Vol. 345. P. 229–233.
3. Levine P., Stetson R. E. An unusual case of intra-group agglutination // Journal of the American Medical Association. 1939. Vol. 113. P. 126–127.
4. Landsteiner K., Wiener A. S. An agglutinable factor in human blood recognized by immune sera for rhesus blood // Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine. 1940. Vol. 43. P. 223.
5. Wagner F. F., Flegel W. A. RHD gene deletion occurred in the Rhesus box // Blood. 2000. Vol. 95. P. 3662–3668.
6. Avent N. D., Reid M. E. The Rh blood group system: a review // Blood. 2000. Vol. 95. P. 375–387.
7. Takayama S., Isogai A. Self-incompatibility in plants // Annual Review of Plant Biology. 2005. Vol. 56. P. 467–489.
8. ФИПИ. Кодификатор проверяемых требований к результатам освоения основной образовательной программы и элементов содержания для проведения ЕГЭ по биологии, 2027 г. М.: ФИПИ, 2026.