Наследование, сцепленное с полом: опыты Моргана, гемофилия, дальтонизм

Весной 1910 года в тесной лаборатории Колумбийского университета, которую называли «мушиной комнатой», Т. Морган разводил плодовых мух в молочных бутылках. Он почти два года искал у них хоть какую-нибудь наследственную изменчивость — и наконец среди тысяч красноглазых мух нашёл одного самца с белыми глазами. Морган скрестил его с обычной самкой, и всё потомство оказалось красноглазым. Во втором поколении белоглазые мухи снова появились, как и предсказывали законы Менделя, — примерно четверть. Но все они без исключения были самцами [1]. Объяснить это можно было только одним способом: ген окраски глаз лежит в той самой хромосоме, которая отличает самок от самцов, — в X-хромосоме. Так впервые удалось связать конкретный ген с конкретной хромосомой, и это стало началом хромосомной теории наследственности.

Ниже разобрано, как наследуются признаки, гены которых лежат в половых хромосомах: опыты Моргана и наследование «крест-накрест», рецессивное и доминантное наследование, сцепленное с X, гемофилия в королевских семьях Европы, дальтонизм, наследование по Y- и Z-хромосомам, признаки, ограниченные полом и зависимые от пола, анализ родословных и два гена в одной X. Это пятая статья серии о генетике пола; строение половых хромосом разобрано в статье «Генетическая структура половых хромосом», решению задач линии 28 посвящена статья «Задачи на наследование, сцепленное с полом».

• 1. Что такое наследование, сцепленное с полом
• 2. Опыт Моргана
• 3. Наследование крест-накрест
• 4. Исключения Бриджеса: доказательство хромосомной теории
• 5. Рецессивное наследование, сцепленное с X, у человека
• 6. «Королевская болезнь»
• 7. Дальтонизм
• 8. Недостаточность G6PD и малярия
• 9. Доминантное наследование, сцепленное с X
• 10. Голандрическое наследование
• 11. Сцепление с Z у птиц и бабочек
• 12. Частично сцепленные с полом признаки
• 13. Признаки, ограниченные полом и зависимые от пола
• 14. Сцепление с полом у домашних животных
• 15. Как распознать тип наследования по родословной
• 16. Два гена в одной X-хромосоме
• 17. Сколько больных мужчин и женщин
• 18. Медико-генетическое консультирование
• 19. Как решать задачу с двумя признаками: образец
• 20. История изучения
• 21. Частые ошибки
• 22. Интересные факты
• 23. Частые вопросы
• 24. Что пока не решено
• 25. ЕГЭ
• 26. Для олимпиад
• 27. Задания с разбором
• Литература

1. Что такое наследование, сцепленное с полом

Различают несколько типов такого наследования [2]:

• рецессивное, сцепленное с X — признак проявляется у всех мужчин с мутантным аллелем и лишь у женщин, гомозиготных по нему (гемофилия, дальтонизм);
• доминантное, сцепленное с X — признак проявляется при одном аллеле и у мужчин, и у женщин, но больной мужчина передаёт его всем дочерям и ни одному сыну;
• голандрическое (сцепленное с Y) — признак передаётся только от отца к сыновьям;
• сцепленное с Z — у птиц и бабочек, где гетерогаметны самки; правила зеркальны правилам для X.

Причина особого наследования проста. Мужчина получает единственную X-хромосому от матери, а Y — от отца. Свою X он передаёт всем дочерям, а Y — всем сыновьям. Женщина получает по одной X от каждого родителя и передаёт одну из двух каждому ребёнку. Поэтому у мужчины никогда не бывает «отцовского» гена X, а сын никогда не наследует X-сцепленный признак от отца.

В записи скрещиваний гены X-хромосомы обозначают верхними индексами: X^AX^a — гетерозиготная женщина, X^aY — мужчина с рецессивным аллелем. У Y-хромосомы индекса нет: соответствующего гена в ней нет. Мужчина по такому гену гемизиготен — у него один аллель, а не пара.

2. Опыт Моргана

Белоглазого самца Морган скрестил с красноглазой самкой, затем скрестил между собой мух первого поколения [1].

Расщепление 3 : 1 по признаку подтвердило, что белые глаза — рецессивный признак, определяемый одним геном. Но распределение по полу было необычным: в F₂ все самки были красноглазыми, а среди самцов половина оказалась белоглазой. Морган предположил, что ген лежит в X-хромосоме, а в Y его нет. Тогда самец, получивший единственную X с рецессивным аллелем, будет белоглазым, а самка, получившая от отца X с доминантным аллелем, — красноглазой при любом аллеле от матери.

Это объяснение позволяло сделать предсказание, и Морган его проверил: скрестил белоглазую самку с красноглазым самцом. Если ген в X, все дочери должны быть красноглазыми, а все сыновья — белоглазыми. Так и вышло.

3. Наследование крест-накрест

Такой характер передачи признака — от матери к сыновьям и от отца к дочерям — называют наследованием крест-накрест. Оно наблюдается, когда гомогаметный родитель несёт рецессивный признак, а гетерогаметный — доминантный [2].

Сравнение двух реципрокных скрещиваний — главный способ выявить сцепление с полом. Если ген лежит в аутосоме, результат не зависит от того, кто из родителей нёс признак: ♀AA × ♂aa и ♀aa × ♂AA дают одинаковое потомство Aa. Если ген в X, результаты разные: в первом скрещивании Моргана все потомки красноглазые, во втором — все сыновья белоглазые.

4. Исключения Бриджеса: доказательство хромосомной теории

После опытов Моргана оставались сомнения: может быть, совпадение между наследованием гена и X-хромосомы случайно? Решающее доказательство дал его ученик К. Бриджес [3].

При скрещивании белоглазых самок с красноглазыми самцами, как в обратном опыте Моргана, все дочери должны быть красноглазыми, а все сыновья — белоглазыми. Но примерно одна муха из двух тысяч нарушала правило: появлялись белоглазые дочери и красноглазые сыновья. Бриджес предположил, что у матери в мейозе две X-хромосомы иногда не расходятся, и яйцеклетка получает либо обе X^w, либо ни одной. Яйцеклетка X^wX^w, оплодотворённая сперматозоидом с Y, даёт белоглазую самку X^wX^wY; яйцеклетка без X, оплодотворённая сперматозоидом с X^W, — красноглазого самца X^WO, бесплодного, потому что у него нет Y.

Это было смелое предсказание, и Бриджес проверил его под микроскопом: у исключительных белоглазых самок действительно оказалось три половые хромосомы — две X и Y, а у исключительных самцов — одна X без Y. Необычное наследование гена в точности совпало с необычным поведением хромосом. После этого сомнений в том, что гены лежат в хромосомах, не осталось. Работа Бриджеса открыла первый выпуск журнала «Genetics» в 1916 году.

5. Рецессивное наследование, сцепленное с X, у человека

Большинство болезней, сцепленных с X, у человека наследуются рецессивно. Их легко узнать по родословной [2]:

• болеют в основном мужчины;
• больной мужчина не передаёт болезнь сыновьям, но все его дочери становятся носительницами;
• у здоровой женщины-носительницы в среднем половина сыновей больны, половина дочерей — носительницы;
• болезнь «перескакивает» поколения, передаваясь через здоровых женщин: от деда по материнской линии к внуку;
• больная женщина бывает, только если её отец болен, а мать — носительница или больна.

Мышечная дистрофия Дюшенна — тяжёлое заболевание: мышцы постепенно разрушаются, и без лечения больные мальчики к подростковому возрасту теряют способность ходить. Около трети случаев вызваны новыми мутациями, возникшими в половых клетках матери или её предков, — огромный ген DMD, белок которого, дистрофин, открыли в 1987 году, часто мутирует [4]. Поэтому болезнь не исчезает из популяции, хотя больные почти не оставляют потомства.

6. «Королевская болезнь»

Самый известный пример рецессивного наследования, сцепленного с X, — гемофилия в потомстве английской королевы Виктории. У больных гемофилией кровь сворачивается медленно, и даже небольшая травма может вызвать опасное кровотечение, особенно внутреннее — в суставы и мышцы.

Через браки внучек Виктории болезнь проникла в королевские дома России и Испании. Цесаревич Алексей, сын Николая II, страдал тяжёлыми кровотечениями, и это сыграло заметную роль в истории последних лет Российской империи. Какой именно была болезнь — гемофилия A или B, — долго оставалось неизвестным. В 2009 году генетики исследовали ДНК из останков царской семьи и нашли у Алексея и у его матери мутацию в гене фактора свёртывания IX — это гемофилия B [5].

Родословная Виктории — учебный пример всех признаков рецессивного наследования, сцепленного с X: болеют только мужчины, болезнь передаётся через здоровых женщин-носительниц, больные отцы не передают её сыновьям. Сама болезнь у Виктории, по-видимому, возникла как новая мутация: у её предков гемофилии не было.

7. Дальтонизм

В 1794 году английский химик Дж. Дальтон, будущий создатель атомной теории, доложил Манчестерскому литературно-философскому обществу о собственном необычном зрении (статья вышла в 1798 году): он не отличал алый цвет от зелёного, а цветок герани днём казался ему голубым, а при свечах — красным. Он заметил, что так же видит его брат, и предположил, что у него окрашена жидкость внутри глаза [6]. Дальтон завещал исследовать его глаза после смерти. Вскрытие показало, что жидкость прозрачна, но один глаз сохранили. В 1995 году из него выделили ДНК и выяснили, что у Дальтона не было гена опсина зелёных колбочек — он был дейтеранопом [7].

Гены опсинов красных и зелёных колбочек лежат рядом на конце длинного плеча X-хромосомы и очень похожи. При мейозе у женщин они могут неравно обмениваться участками: одна X теряет ген или получает гибридный. Это выяснил в 1986 году американский генетик Дж. Натанс, впервые выделивший гены зрительных пигментов человека [8]. Поэтому нарушения различения красного и зелёного так часты — у 8 % мужчин европейского происхождения — и встречаются гораздо реже у женщин, примерно у 0,5 %. В честь Дальтона нарушения цветового зрения стали называть дальтонизмом.

8. Недостаточность G6PD и малярия

Фермент глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа защищает эритроциты от окислительного повреждения. Люди с недостаточностью этого фермента обычно здоровы, но после приёма некоторых лекарств против малярии или после еды конских бобов у них разрушаются эритроциты. Ген G6PD лежит в X-хромосоме, и болеют в основном мужчины.

Почему такой вредный аллель распространён в Африке, Средиземноморье и Юго-Восточной Азии — там, где раньше была распространена малярия? В 1995 году исследование нескольких тысяч африканских детей показало, что гемизиготные мальчики и гетерозиготные девочки с недостаточностью G6PD примерно вдвое реже заболевают тяжёлой малярией [9]. Малярийный плазмодий хуже развивается в эритроцитах с недостатком фермента. Это пример того, как естественный отбор поддерживает аллель, вредный в одних условиях и полезный в других.

9. Доминантное наследование, сцепленное с X

Если мутантный аллель гена X доминантен, признак проявляется и у гемизиготных мужчин, и у гетерозиготных женщин. Особенности родословной [2]:

• больной мужчина передаёт признак всем дочерям и ни одному сыну;
• больная гетерозиготная женщина передаёт признак половине сыновей и половине дочерей;
• больных женщин в популяции примерно вдвое больше, чем мужчин, но у женщин болезнь часто протекает мягче — из-за инактивации X в части клеток работает нормальный аллель [10].

Примеры: наследственный гипофосфатемический рахит, не поддающийся лечению обычными дозами витамина D; одна из форм несовершенного образования эмали, при которой зубы покрыты тонкой коричневатой эмалью. Некоторые доминантные X-сцепленные болезни у мужчин так тяжелы, что гемизиготные зародыши погибают, и болеют почти только девочки. Так, при недержании пигмента — болезни кожи, зубов и глаз — у больной женщины среди родившихся детей дочерей примерно вдвое больше, чем сыновей: половина её сыновей погибает до рождения. Почти только у девочек встречается и синдром Ретта — тяжёлое нарушение развития нервной системы, которое обычно вызвано новой мутацией.

10. Голандрическое наследование

Гены, лежащие в мужской части Y-хромосомы, передаются от отца всем сыновьям и никогда — дочерям. Признак проявляется у всех мужчин по отцовской линии: у отца, сыновей, внуков по сыновьям, — и никогда у женщин. Такое наследование называют голандрическим [2].

У человека надёжных примеров голандрических признаков немного: это сам мужской пол, определяемый геном SRY, и бесплодие, вызванное утратой участков Y с генами образования сперматозоидов. Часто приводимый пример — волосатость края ушной раковины — основан на сомнительных родословных и сейчас генетиками не признаётся; подробнее — в статье «Генетическая структура половых хромосом».

Яркий пример голандрического наследования — аквариумная рыбка гуппи. Самцы гуппи пёстро окрашены, и узоры их окраски разнообразны, а самки серые. В 1922 году датский генетик О. Винге показал, что многие узоры окраски самцов передаются от отца ко всем сыновьям, не появляясь у дочерей, — гены этих узоров лежат в Y-хромосоме [11]. Отбор благоприятствует тому, чтобы гены, полезные только самцам, — например, делающие их привлекательными для самок, — оказывались в Y-хромосоме: там они никогда не попадут к самкам, которым яркая окраска опасна, потому что их легче заметить хищникам.

11. Сцепление с Z у птиц и бабочек

Первым сцепленное с полом наследование описали не у дрозофилы, а у бабочки. В 1906 году английские генетики Л. Донкастер и Г. Рейнор, скрещивая пяденицу смородинную с её светлой формой, обнаружили, что результаты реципрокных скрещиваний различаются, и объяснить это можно, только если гетерогаметны самки [12]. Через четыре года Морган описал зеркальный случай у дрозофилы.

У птиц и бабочек гены Z-хромосомы ведут себя так же, как гены X у млекопитающих, но роли полов меняются: гемизиготна самка (ZW), а «крест-накрест» признак переходит от отца к дочерям и от матери к сыновьям.

На этом основано определение пола цыплят сразу после вылупления. Суточных цыплят большинства пород отличить по полу трудно, а для птицефабрики, которая выращивает несушек, важно отобрать курочек сразу. Если скрестить полосатую курицу с неполосатым петухом, полосатость получат только петушки — от матери им достаётся Z с доминантным аллелем. Существуют и специально выведенные породы, у которых пол цыплят виден по окраске пуха, — их называют аутосексными [2].

12. Частично сцепленные с полом признаки

Гены псевдоаутосомных областей есть и в X, и в Y. Мужчина несёт два их аллеля, и при мейозе X и Y обмениваются этими участками. Поэтому такие гены наследуются почти как аутосомные: от отца аллель может перейти и к сыну, и к дочери. Однако чем ближе ген к границе псевдоаутосомной области, тем реже происходит обмен, и тем чаще аллель, лежащий на Y отца, достаётся только сыновьям. Такие признаки называют частично сцепленными с полом. На ЕГЭ они встречаются редко, но важно знать, что не все гены X и Y наследуются по правилам сцепления с полом.

13. Признаки, ограниченные полом и зависимые от пола

Есть признаки, которые проявляются по-разному у мужчин и женщин, хотя их гены лежат не в половых хромосомах. Их нужно чётко отличать от признаков, сцепленных с полом [2].

Признаки, ограниченные полом, проявляются только у одного пола, потому что у другого нет органа или гормонального фона для их развития. Молочность определяется генами, которые есть и у коров, и у быков, но проявиться может лишь у коров. Поэтому при отборе быков-производителей оценивают молочность их дочерей. Так же и яйценоскость кур оценивают по сёстрам и дочерям петухов.

Признаки, зависимые от пола, проявляются у обоих полов, но доминирование аллелей различно. У некоторых пород овец аллель рогатости доминирует у баранов и рецессивен у овец: гетерозиготный баран рогат, а гетерозиготная овца — комолая. Причина — в разном гормональном фоне. В школьной генетике так же объясняют и облысение у человека: аллель облысения доминантен у мужчин и рецессивен у женщин. На самом деле облысение зависит от многих генов, и один из важнейших — ген рецептора андрогенов на X-хромосоме, но для экзаменационных задач принята простая модель.

14. Сцепление с полом у домашних животных

Признаки, сцепленные с полом, хорошо знакомы заводчикам. У кошек ген рыжей окраски лежит в X-хромосоме: кот бывает рыжим или чёрным, а кошка-гетерозигота — черепаховой; почему, разобрано в статье «Генетическая структура половых хромосом». По окраске котят можно определить, каким был отец: от рыжей кошки все сыновья рыжие, независимо от кота, а дочери рыжие, только если рыжий и отец.

У канареек и волнистых попугайчиков несколько генов окраски лежат в Z-хромосоме. Скрещивая самца с рецессивной окраской с самкой обычной окраски, заводчики сразу получают птенцов, у которых самки окрашены как отец, а самцы — как мать, и могут различить пол ещё в гнезде.

Особенно изобретательно использовали сцепление с полом шелководы. Самцы тутового шелкопряда дают больше шёлка, и выгодно выкармливать только их. В середине XX века японские генетики перенесли с помощью облучения участок аутосомы с геном тёмной окраски яиц на W-хромосому. С тех пор у таких пород тёмную окраску имеют только яйца, из которых выйдут самки (ZW), и их можно отделить от светлых «мужских» яиц ещё до вылупления. Признак, ограниченный полом, создали искусственно — перенеся ген в половую хромосому.

15. Как распознать тип наследования по родословной

Чтобы определить, как наследуется признак в семье, анализируют родословную — схему родственных связей, где отмечены люди с признаком. О символах родословных и генеалогическом методе — в статье «Методы генетики». Признаки разных типов наследования [2]:

Решающими часто оказываются две проверки. Если больной отец передал признак сыну, сцепление с X исключено: сын получает от отца Y, а не X. Если у больной женщины здоровый сын, рецессивное X-сцепленное наследование исключено: её сыновья получают X от неё, и все должны быть больны.

16. Два гена в одной X-хромосоме

В X-хромосоме сотни генов [13], и гены, лежащие в ней, наследуются сцепленно — вместе с хромосомой. Но у самок две X обмениваются участками при кроссинговере, и сцепление нарушается тем чаще, чем дальше гены друг от друга. В 1913 году студент Моргана А. Стёртевант, анализируя наследование шести генов X-хромосомы дрозофилы, построил по частотам кроссинговера первую в истории генетическую карту [14].

С генами X это удобно делать потому, что у самцов одна X, и их фенотип прямо показывает, какую X они получили от матери. Если самка X^ABX^ab скрещена с любым самцом, её сыновья будут четырёх фенотипов: AB и ab (некроссоверные, исходные сочетания) и Ab и aB (кроссоверные). Доля кроссоверных сыновей и есть частота кроссинговера между генами — расстояние на карте в процентах, или сантиморганах. У человека так установили, например, что гены гемофилии A и дальтонизма лежат на X близко друг к другу.

17. Сколько больных мужчин и женщин

Пусть частота рецессивного аллеля, сцепленного с X, в популяции равна q. Каждый мужчина несёт одну X, и доля больных мужчин просто равна q. Женщина больна, только если обе её X несут этот аллель, — по закону Харди — Вайнберга это доля q² [15]. Если q = 0,08 (дальтонизм), больны 8 % мужчин и 0,64 % женщин; носительниц 2q(1 − q) ≈ 15 %. Если q = 0,0002 (примерно как у гемофилии A), болен один мужчина из 5000, а больных женщин — q² = 4 · 10⁻⁸, одна на 25 миллионов. Поэтому чем реже рецессивная X-сцепленная болезнь, тем сильнее она «мужская». Подробнее о законе Харди — Вайнберга — в статье «Популяция и закон Харди — Вайнберга».

18. Медико-генетическое консультирование

Знание законов сцепленного с полом наследования используют врачи-генетики, когда в семье есть больной X-сцепленной болезнью и родственники хотят знать риск для своих детей [2].

Главный вопрос обычно — является ли женщина носительницей. Если её отец болен, ответ однозначен: она получила от него X с мутацией и наверняка носительница. Если болен её брат, а отец здоров, то носительница её мать (если болезнь брата не вызвана новой мутацией), и сама женщина — носительница с вероятностью 1/2. Тогда риск того, что её сын будет болен, — 1/2 · 1/2 = 1/4, а что любой её ребёнок окажется больным мальчиком, — 1/8.

Этот риск уточняют по уже родившимся детям. Если у такой женщины два здоровых сына, вероятность того, что она носительница, снижается: носительница родила бы двух здоровых сыновей лишь с вероятностью (1/2)² = 1/4. По формуле Байеса: вероятность носительства равна (1/2 · 1/4) / (1/2 · 1/4 + 1/2 · 1) = 1/5. Риск для следующего сына падает с 1/4 до 1/10. Сейчас вместо таких расчётов чаще проводят анализ ДНК: находят мутацию у больного родственника и проверяют, есть ли она у женщины. Если есть, во время беременности можно определить и пол плода, и наличие у него мутации.

19. Как решать задачу с двумя признаками: образец

Задача линии 28 обычно включает два признака: один определяется геном аутосомы, другой — геном X-хромосомы. Разберём образец полностью, как требуют критерии [16].

Условие. У человека карий цвет глаз (A) доминирует над голубым, ген лежит в аутосоме. Дальтонизм — рецессивный признак (d), сцепленный с X. Кареглазая женщина с нормальным зрением, отец которой был голубоглазым дальтоником, вышла замуж за голубоглазого мужчину с нормальным зрением. Составьте схему решения, определите генотипы родителей, возможные генотипы и фенотипы детей и вероятность рождения голубоглазого ребёнка-дальтоника.

Решение. Женщина кареглазая, но от голубоглазого отца она получила аллель a — она гетерозиготна Aa. Зрение нормальное, но от отца-дальтоника она получила X^d — она носительница X^DX^d. Генотип женщины AaX^DX^d, мужчины — aaX^DY.

Гаметы женщины: AX^D, AX^d, aX^D, aX^d. Гаметы мужчины: aX^D, aY.

Ответ. Вероятность рождения голубоглазого ребёнка-дальтоника — 1/8 (12,5 %); это может быть только сын. Объяснение: аутосомный ген наследуется независимо от пола; ген дальтонизма лежит в X-хромосоме, сын получает X от матери-носительницы, поэтому дальтонизм возможен только у сыновей, а дочери получают от отца X^D и видят цвета нормально.

20. История изучения

В 1794 году Дж. Дальтон описал собственную цветовую слепоту. В 1906 году Л. Донкастер и Г. Рейнор описали первое сцепленное с полом наследование — у пяденицы [12]. В 1910 году Т. Морган нашёл белоглазую дрозофилу и связал ген с X-хромосомой [1], в 1913 году его студент А. Стёртевант построил первую генетическую карту [14], а в 1916 году К. Бриджес по необычному наследованию у мух с нерасхождением X-хромосом окончательно доказал, что гены лежат в хромосомах [3]. В 1922 году О. Винге описал голандрическое наследование у гуппи [11]. В конце XX века ДНК из глаза Дальтона показала тип его дальтонизма [7], была доказана защита носителей недостаточности G6PD от малярии [9], а в 2009 году по ДНК семьи Романовых определили тип «королевской болезни» [5].

21. Частые ошибки

22. Интересные факты

• Первое сцепленное с полом наследование описали в 1906 году у бабочки, а не у дрозофилы [12].
• Первую генетическую карту в 1913 году построил студент А. Стёртевант — по генам X-хромосомы дрозофилы [14].
• У Дж. Дальтона не было гена опсина зелёных колбочек — это установили по ДНК из его глаза, сохранённого полтора века [7].
• Цесаревич Алексей болел гемофилией B, а не A [5].
• Узоры окраски самцов гуппи передаются по Y-хромосоме от отца к сыновьям [11].
• Носители недостаточности G6PD примерно вдвое реже заболевают тяжёлой малярией [9].

23. Частые вопросы

Может ли у здоровых родителей родиться сын-дальтоник?

Да, если мать — носительница (X^DX^d). Тогда с вероятностью 1/2 сын получит от неё X^d и будет дальтоником. Отец на это не влияет: сыну он передаёт Y.

Может ли у отца-дальтоника и здоровой матери родиться дочь-дальтоник?

Да, если мать — носительница. Дочь получает X^d от отца и с вероятностью 1/2 — X^d от матери. Если мать гомозиготна по нормальному аллелю, все дочери будут носительницами с нормальным зрением.

Почему мужчины-гемофилики редко передавали болезнь, но она сохранялась в популяции?

До появления лечения больные часто умирали молодыми. Но болезнь передаётся через здоровых женщин-носительниц, на которых отбор не действует, а кроме того, ген постоянно возникает заново из-за мутаций: около трети случаев гемофилии A — новые мутации.

Как отличить сцепление с X от аутосомного наследования в задаче?

По распределению признака у полов в потомстве: если в одном поколении признак у всех сыновей и ни у одной дочери (или наоборот), если результаты реципрокных скрещиваний различаются, — ген в X. В задачах ЕГЭ сцепление с X обычно прямо указано или видно из того, что признак встречается у одного пола.

Почему в задачах с X-сцепленными генами нужно указывать пол каждого потомка?

Потому что генотип и фенотип по такому гену зависят от пола: один и тот же материнский аллель у сына проявится, а у дочери может быть скрыт доминантным аллелем отца. Без указания пола ответ неполон, и эксперт снимет балл.

24. Что пока не решено

• Где возникла мутация гемофилии у королевы Виктории — у её отца, матери или у неё самой на ранней стадии развития.
• Почему в X-хромосоме так много генов, работающих в мозге и семенниках, и как это связано с гемизиготностью самцов.
• Как гены облысения — на X и на многих аутосомах — вместе определяют этот признак.

25. ЕГЭ

«Наследование признаков, сцепленных с полом» — позиция кодификатора [16], и это одна из самых частых тем задачи линии 28: обычно в ней два признака, один из которых сцеплен с X.

Типичные формулировки ответов:

• «Ген окраски глаз сцеплен с X-хромосомой, так как в F₁ признак распределился по-разному у самцов и самок (наследование крест-накрест)».
• «Сын получает X-хромосому от матери, поэтому ген дальтонизма он получил от матери-носительницы X^DX^d».
• «У птиц гетерогаметен женский пол (ZW); курица получает Z-хромосому от отца».

26. Для олимпиад

Вероятность среди всех детей и среди сыновей

Мать X^HX^h, отец X^HY. Дети: X^HX^H, X^HX^h, X^HY, X^hY — по 1/4. Вероятность, что ребёнок болен гемофилией, — 1/4. Вероятность, что сын болен, — 1/2. Вероятность, что родится больной сын, — 1/4. Вероятность, что дочь — носительница, — 1/2. Разница формулировок — частая ловушка.

Частота носительниц

Если у 8 % мужчин дальтонизм, то q = 0,08, p = 0,92. Носительниц 2pq = 2 · 0,92 · 0,08 ≈ 0,147 — почти каждая седьмая женщина. Больных женщин q² = 0,0064.

Расстояние между генами X по сыновьям

Самка дрозофилы X^ABX^ab дала 1000 сыновей: AB — 420, ab — 410, Ab — 85, aB — 85. Кроссоверных 170 из 1000 — 17 %: гены лежат на расстоянии 17 сантиморган. Отец в расчёте не участвует, потому что сыновьям он передаёт Y.

Сколько поколений до проявления

Мужчина-гемофилик (X^hY) и здоровая женщина X^HX^H. Все их дочери — носительницы, сыновья здоровы. Если каждая дочь выйдет замуж за здорового мужчину, вероятность, что её сын болен, — 1/2, а что любой её ребёнок окажется больным мальчиком, — 1/4. Болезнь «перескакивает» поколение и проявляется у внуков по дочерям.

27. Задания с разбором

Задание 1

Мать — носительница гена дальтонизма, отец различает цвета нормально. Какова вероятность рождения сына-дальтоника? дочери-дальтоника? Составьте схему.

Задание 2

Выберите три верных утверждения: 1) сын получает X-хромосому от матери; 2) отец передаёт X-хромосому всем дочерям; 3) больной гемофилией отец передаёт болезнь сыновьям; 4) у птиц гемизиготны самки; 5) голандрические признаки передаются дочерям; 6) генотип мужчины-гемофилика — X^hY^h.

Задание 3

Белоглазая самка дрозофилы скрещена с красноглазым самцом (ген в X, красная окраска доминантна). Определите генотипы и фенотипы F₁ и F₂.

Задание 4

Установите соответствие между признаком и типом наследования: А) гемофилия; Б) молочность коров; В) рогатость у некоторых пород овец; Г) узоры окраски самцов гуппи; Д) дальтонизм; Е) полосатость оперения кур. Типы: 1) сцеплен с X; 2) ограничен полом; 3) зависит от пола; 4) сцеплен с Y; 5) сцеплен с Z.

Задание 5

Найдите ошибки в тексте и исправьте их. (1) Ген гемофилии лежит в X-хромосоме. (2) Мужчина-гемофилик передаёт ген гемофилии своим сыновьям. (3) Дочери мужчины-гемофилика — носительницы гена. (4) Генотип женщины-носительницы — X^HX^h. (5) Гемофилией болеют только мужчины.

Задание 6

Полосатую курицу скрестили с неполосатым петухом (ген полосатости B доминантен и лежит в Z-хромосоме). Определите генотипы и фенотипы потомства. Как это используют на птицефабриках?

Задание 7

Почему болезни, сцепленные с X и наследуемые рецессивно, встречаются у мужчин чаще, чем у женщин?

Задание 8

В родословной больной отец передал признак сыну. Какие типы наследования можно исключить?

Задание 9

Женщина с нормальным зрением, отец которой был дальтоником, вышла замуж за мужчину-дальтоника. Какова вероятность рождения у них дочери-дальтоника? здоровой дочери? Составьте схему.

Задание 10

Установите последовательность рассуждений Моргана: 1) скрещивание белоглазого самца с красноглазой самкой дало красноглазое F₁; 2) вывод: ген окраски глаз лежит в X-хромосоме; 3) в F₂ все белоглазые мухи — самцы; 4) обнаружение белоглазого самца; 5) проверка: белоглазая самка × красноглазый самец даёт белоглазых сыновей.

Задание 11

Чем признаки, ограниченные полом, отличаются от признаков, сцепленных с полом? Приведите примеры.

Задание 12

У здоровых родителей родился сын-гемофилик. Определите генотипы родителей. Какова вероятность, что их следующий сын будет здоров?

Задание 13

Выберите три признака рецессивного наследования, сцепленного с X, в родословной: 1) болеют в основном мужчины; 2) больной отец передаёт признак всем сыновьям; 3) признак передаётся через здоровых женщин; 4) больных женщин больше, чем мужчин; 5) все дочери больного мужчины — носительницы; 6) признак проявляется в каждом поколении у всех детей.

Задание 14

Женщина с наследственным гипофосфатемическим рахитом (доминантный признак, сцепленный с X), гетерозиготная, вышла замуж за здорового мужчину. Какова вероятность рождения больного ребёнка? Больной дочери?

Задание 15

Мужчина с таким же рахитом (X^RY) женился на здоровой женщине. Каких детей можно ожидать?

Задание 16

У кошек ген рыжей окраски (O) и чёрной (o) лежит в X, гетерозиготы черепаховые. Черепаховая кошка скрещена с чёрным котом. Каким будет потомство?

Задание 17

Объясните, как гемофилия из семьи королевы Виктории оказалась в семьях русских и испанских правителей.

Задание 18 (олимпиадное)

В популяции 9 % мужчин имеют рецессивный признак, сцепленный с X. Какова доля женщин с этим признаком? Доля женщин-носительниц?

Задание 19 (олимпиадное)

Самка дрозофилы X^AbX^aB скрещена с самцом X^abY. Расстояние между генами — 10 сантиморган. Каковы доли фенотипов среди сыновей? Среди дочерей?

Задание 20 (олимпиадное)

У отца рецессивный признак, сцепленный с X, мать гомозиготна по нормальному аллелю. Все их дети здоровы. Их дочь выходит замуж за здорового мужчину. Какова вероятность, что у неё родится больной ребёнок? Какова вероятность, что из двух её сыновей оба будут больны?

Литература

1. Morgan T. H. Sex limited inheritance in Drosophila // Science. 1910. Vol. 32. P. 120–122.
2. Griffiths A. J. F., Doebley J., Peichel C., Wassarman D. A. Introduction to Genetic Analysis. 12th ed. New York: Macmillan Learning, 2020.
3. Bridges C. B. Non-disjunction as proof of the chromosome theory of heredity // Genetics. 1916. Vol. 1. P. 1–52.
4. Hoffman E. P., Brown R. H., Kunkel L. M. Dystrophin: the protein product of the Duchenne muscular dystrophy locus // Cell. 1987. Vol. 51. P. 919–928.
5. Rogaev E. I., Grigorenko A. P., Faskhutdinova G. et al. Genotype analysis identifies the cause of the “royal disease” // Science. 2009. Vol. 326. P. 817.
6. Dalton J. Extraordinary facts relating to the vision of colours: with observations // Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester. 1798. Vol. 5. P. 28–45.
7. Hunt D. M., Dulai K. S., Bowmaker J. K., Mollon J. D. The chemistry of John Dalton’s color blindness // Science. 1995. Vol. 267. P. 984–988.
8. Nathans J., Thomas D., Hogness D. S. Molecular genetics of human color vision: the genes encoding blue, green, and red pigments // Science. 1986. Vol. 232. P. 193–202.
9. Ruwende C., Khoo S. C., Snow R. W. et al. Natural selection of hemi- and heterozygotes for G6PD deficiency in Africa by resistance to severe malaria // Nature. 1995. Vol. 376. P. 246–249.
10. Lyon M. F. Gene action in the X-chromosome of the mouse (Mus musculus L.) // Nature. 1961. Vol. 190. P. 372–373.
11. Winge Ø. One-sided masculine and sex-linked inheritance in Lebistes reticulatus // Journal of Genetics. 1922. Vol. 12. P. 145–162.
12. Doncaster L., Raynor G. H. On breeding experiments with Lepidoptera // Proceedings of the Zoological Society of London. 1906. Vol. 76. P. 125–133.
13. Ross M. T., Grafham D. V., Coffey A. J. et al. The DNA sequence of the human X chromosome // Nature. 2005. Vol. 434. P. 325–337.
14. Sturtevant A. H. The linear arrangement of six sex-linked factors in Drosophila, as shown by their mode of association // Journal of Experimental Zoology. 1913. Vol. 14. P. 43–59.
15. Hardy G. H. Mendelian proportions in a mixed population // Science. 1908. Vol. 28. P. 49–50.
16. ФИПИ. Кодификатор проверяемых требований к результатам освоения основной образовательной программы и элементов содержания для проведения ЕГЭ по биологии, 2027 г. М.: ФИПИ, 2026.