Генотип как целостная система: плейотропия и летальные гены

В задачах по генетике всё выглядит просто: один ген — один признак, A — жёлтые семена, B — гладкие. Но живой организм так не устроен. Человек с синдромом Марфана высок, у него длинные «паучьи» пальцы, смещённые хрусталики глаз и слабая стенка аорты — и всё это из-за изменения одного-единственного гена. А жёлтые мыши, которых изучали генетики начала XX века, никогда не давали чистой линии, потому что тот же ген, что окрашивал шерсть в жёлтый цвет, в двойной дозе убивал зародыш. Один ген может влиять на много признаков, а некоторые гены несовместимы с жизнью. Эти явления — плейотропия и летальность — показывают, что генотип работает не как набор отдельных «кнопок», а как целостная система.

Это одиннадцатая статья серии о генетике (предыдущие — о законах Менделя, взаимодействии аллельных генов, сцеплении и хромосомной теории, последняя — «Хромосомная теория наследственности»). В ней разобрано, почему генотип называют целостной системой, что такое плейотропия и чем она отличается от сцепления и полимерии, какие бывают летальные гены, как они изменяют расщепления и как решать задачи с летальными генами на ЕГЭ.

• 1. Генотип как целостная система
• 2. Путь от гена к признаку
• 3. Генотип и среда
• 4. Плейотропия — множественное действие гена
• 5. Гены-модификаторы и генетический фон
• 6. Плейотропия у человека
• 7. «Родословная признаков»: как распутывают плейотропию
• 8. Плейотропия у животных и растений
• 9. Гены-регуляторы: плейотропия «по должности»
• 10. Плейотропия и эволюция
• 11. Плейотропия в селекции
• 12. Плейотропия, сцепление и полимерия
• 13. Летальные гены
• 14. Жёлтые мыши: история первого летального гена
• 15. Другие летальные гены
• 16. Летальные гены в задачах на два признака
• 17. Алгоритм решения задач с летальными генами
• 18. Как распознать летальный ген в задаче
• 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. Генотип как целостная система

Слова «ген», «генотип» и «фенотип» ввёл датский ботаник Вильгельм Иогансен в 1909 году, а в 1911 году подробно объяснил их различие в статье «Концепция генотипа в наследственности» [1]. Генотип — совокупность всех генов организма, его наследственная основа. Фенотип — совокупность всех признаков, которые формируются при взаимодействии генотипа с условиями среды.

При изучении законов Менделя удобно считать, что каждый признак определяется одной парой аллелей, а гены друг от друга не зависят. Эта модель — «один ген — один признак» — позволила открыть основные закономерности, но она описывает только простейший случай. В действительности:

• один ген может влиять на несколько признаков (плейотропия);
• один признак может зависеть от многих генов (взаимодействие неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия);
• аллели одного гена взаимодействуют по-разному (полное и неполное доминирование, кодоминирование, сверхдоминирование);
• действие гена зависит от других генов (генов-модификаторов) и от среды.

Поэтому генотип называют целостной системой: продукты одних генов влияют на работу других, гены вместе управляют развитием, и признак — результат работы многих генов в определённых условиях.

Почему это важно? Во-первых, без этого не понять отклонений от менделевских расщеплений — 2 : 1, 9 : 7, 9 : 3 : 4, 15 : 1 и других. Во-вторых, это ключ к медицинской генетике: одна мутация может вызывать целый синдром, а тяжесть болезни у разных носителей одного аллеля различается из-за других генов. В-третьих, это основа понимания эволюции: отбор действует не на отдельные гены, а на организм целиком, и полезное действие гена на один признак может «оплачиваться» вредным действием на другой.

2. Путь от гена к признаку

Чтобы понять, почему гены взаимодействуют, нужно вспомнить, как ген создаёт признак. Ген — участок ДНК, на котором при транскрипции синтезируется РНК; на матричной РНК при трансляции синтезируется белок. Белок работает как фермент, переносчик, рецептор, структурный элемент или регулятор других генов. Признак — окраска цветка, рост, группа крови — результат работы многих белков в клетках и тканях.

Первым эту связь заметил английский врач Арчибальд Гаррод. В 1902–1908 годах, изучая алкаптонурию и другие наследственные нарушения обмена, он назвал их «врождёнными ошибками метаболизма» и предположил, что каждая связана с отсутствием определённого фермента. Через сорок лет Бидл и Тейтем подтвердили эту идею опытами на нейроспоре, сформулировав принцип «один ген — один фермент» [2]. Сегодня его уточняют: один ген — один полипептид (или одна РНК), а некоторые гены за счёт разных вариантов сплайсинга кодируют несколько белков.

Отсюда два важных следствия. Первое: между геном и признаком почти всегда лежит цепочка реакций, в которой участвуют продукты многих генов. Если любой фермент цепочки не работает, признак меняется, — так возникает взаимодействие неаллельных генов (комплементарность, эпистаз). Второе: один белок может участвовать во многих цепочках сразу — так возникает плейотропия. Обе стороны «целостности» генотипа вытекают из одного принципа.

3. Генотип и среда

Признак формируется не одним генотипом, а генотипом в определённых условиях. Иогансен показал это на фасоли: семена растений одной чистой линии различались по массе, но различия не наследовались — они зависели от условий, в которых росли растения [1]. Пределы, в которых может меняться признак при одном и том же генотипе в разных условиях, называют нормой реакции. У одних признаков (например, группы крови) норма реакции очень узкая, у других (масса тела, рост, удойность коров) — широкая. Подробнее — в статье серии об основных понятиях генетики.

Яркий пример — гималайские кролики: у них белая шерсть по всему телу, а уши, нос, лапы и хвост тёмные. Тёмный пигмент образуется только там, где температура тела ниже — на выступающих частях. Если выбрить участок шерсти на спине и держать его в холоде, там вырастет тёмная шерсть. Ген один, а признак зависит от температуры: фермент синтеза пигмента у этих кроликов теряет активность при обычной температуре тела. Тот же механизм определяет окраску сиамских кошек.

Иногда среда создаёт признак, похожий на наследственный, у особи с нормальным генотипом. Такие изменения называют фенокопиями. Например, если беременная женщина принимает некоторые лекарства, ребёнок может родиться с пороками развития, похожими на наследственные синдромы, хотя его генотип нормален. А при фенилкетонурии, наоборот, правильная диета не даёт наследственной болезни проявиться, хотя генотип остаётся прежним. Эти примеры показывают, что связь «ген — признак» всегда опосредована развитием и средой.

4. Плейотропия — множественное действие гена

Откуда берётся плейотропия? Ген кодирует белок (или РНК), и этот белок обычно нужен в нескольких тканях или участвует в нескольких процессах. В 1941 году Дж. Бидл и Э. Тейтем на плесени нейроспоре показали, что каждый ген отвечает за определённый фермент в цепочке реакций обмена веществ [2]. Если фермент не работает, нарушается не один процесс, а целая сеть последствий: накапливаются одни вещества, не хватает других, страдают все ткани, где эти вещества нужны. Отсюда простое правило: первичное действие гена одно, но его последствий может быть много.

Различают два вида плейотропии.

• Первичная (прямая) — продукт гена сам по себе работает в разных тканях и процессах. Например, один и тот же белок входит в состав соединительной ткани и кожи, и сосудов, и связок хрусталика.
• Вторичная (опосредованная) — у гена одно первичное действие, но оно запускает цепочку последствий. Например, нарушение одного фермента обмена аминокислот ведёт к накоплению вредного вещества, которое поражает мозг, и одновременно к недостатку пигмента.

5. Гены-модификаторы и генетический фон

Проявление гена зависит не только от среды, но и от других генов. Гены, которые сами не создают признака, но меняют проявление другого гена, называют генами-модификаторами. Совокупность всех остальных генов, на фоне которых работает изучаемый ген, называют генетическим фоном.

Влияние фона хорошо видно у лабораторных мышей. Одна и та же мутация в разных линиях мышей может вызывать тяжёлую болезнь, лёгкую или вообще не проявляться. У человека то же самое: при муковисцидозе тяжесть поражения лёгких у больных с одинаковыми мутациями гена CFTR сильно различается, и часть этих различий объясняется генами-модификаторами, влияющими на воспаление и работу других ионных каналов. При серповидноклеточной анемии течение болезни облегчается у тех, у кого во взрослом возрасте сохраняется синтез плодного гемоглобина, — а это определяется другими генами.

Различия в проявлении гена описывают двумя понятиями, введёнными Н. В. Тимофеевым-Ресовским и О. Фогтом. Пенетрантность — доля носителей аллеля, у которых признак проявился. Экспрессивность — степень выраженности признака у тех, у кого он проявился. При синдроме Марфана, например, экспрессивность сильно различается: у одного члена семьи только высокий рост и смещение хрусталика, у другого — тяжёлое поражение аорты. Это тоже проявление того, что генотип работает как система.

6. Плейотропия у человека

Синдром Марфана. Это наследственная болезнь соединительной ткани, наследуется доминантно; ею страдает примерно один человек из 5000. Больные высокого роста, с длинными тонкими конечностями и пальцами («паучьи пальцы»), у них подвижные суставы, искривление позвоночника, часто смещение хрусталика глаза, а главное — слабость стенки аорты, которая может расслаиваться. В 1991 году выяснилось, что причина — мутации гена белка фибриллина-1, из которого строятся микрофибриллы соединительной ткани [3]. Фибриллин нужен и в связках хрусталика, и в стенке аорты, и в надкостнице, поэтому один дефектный ген поражает сразу несколько систем органов.

Фенилкетонурия. Рецессивная болезнь, при которой не работает фермент, превращающий аминокислоту фенилаланин в тирозин. Фенилаланин и продукты его обмена накапливаются и повреждают развивающийся мозг — без лечения развивается тяжёлая умственная отсталость. Одновременно не хватает тирозина, из которого образуется пигмент меланин, поэтому у больных светлая кожа, волосы и глаза. Два, казалось бы, не связанных признака — поражение мозга и светлая окраска — имеют одну причину. С 1960-х годов всех новорождённых проверяют на фенилкетонурию, и при раннем назначении диеты с малым содержанием фенилаланина ребёнок развивается нормально.

Серповидноклеточная анемия. Замена одной аминокислоты в β-цепи гемоглобина вызывает целый каскад последствий. Эритроциты принимают серповидную форму, быстро разрушаются (анемия), закупоривают мелкие сосуды (боли, поражения почек, лёгких, мозга, селезёнки), снижается устойчивость к инфекциям. А у гетерозигот тот же аллель повышает устойчивость к малярии. Один ген — множество признаков, и вредных, и полезных.

Почему при альбинизме страдает зрение? Меланин нужен не только для окраски: он участвует в развитии сетчатки и в правильном распределении нервных волокон зрительного нерва. Это хороший пример того, как неожиданные признаки оказываются связаны с одним геном.

Синдром — не всегда плейотропия одного гена

Слово «синдром» означает сочетание признаков, имеющих общую причину. Но причина может быть разной. При синдроме Марфана или муковисцидозе это мутация одного гена — плейотропия. При синдроме Дауна (трисомия 21) причина — лишняя хромосома, то есть изменение дозы сотен генов сразу; это уже не плейотропия одного гена, а хромосомная болезнь. При синдромах, вызванных делецией небольшого участка хромосомы (например, синдром Вильямса, при котором утрачено около двух десятков генов хромосомы 7), признаки определяются потерей нескольких соседних генов. В заданиях ЕГЭ плейотропию иллюстрируют именно болезнями одного гена.

7. «Родословная признаков»: как распутывают плейотропию

Если у мутантного организма много разных отклонений, как понять, что их вызывает один ген, и найти первопричину? Классический пример такого анализа выполнил немецко-английский генетик Ханс Грюнеберг в 1938 году [4]. Он изучал крыс с летальной мутацией, у которых было множество, казалось бы, не связанных нарушений: утолщённые рёбра, суженная трахея, эмфизема лёгких, гипертрофия сердца, кровоизлияния. Грюнеберг шаг за шагом показал, что все эти признаки вытекают из одного первичного нарушения — неправильного развития хряща. Хрящ рёбер разрастался, грудная клетка становилась неподвижной, хрящ трахеи сужал её просвет, это затрудняло дыхание, перегружало сердце и в конце концов приводило к гибели.

Грюнеберг изобразил свои выводы в виде схемы, похожей на родословное древо: в корне — первичное действие гена, от него «ветви» — вторичные следствия, от них — третичные. Такую схему называют «родословной признаков». Этот подход используют и сегодня, когда изучают синдромы у человека: найдя первичный дефект, можно понять и симптомы, и способы лечения. Например, при синдроме Марфана выяснилось, что дефектный фибриллин нарушает регуляцию сигнального белка TGF-β, и лекарства, снижающие этот сигнал, замедляют расширение аорты у мышей и, в некоторых исследованиях, у людей.

8. Плейотропия у животных и растений

• Белые кошки с голубыми глазами часто бывают глухими. Доминантный аллель белой окраски нарушает миграцию клеток-предшественников меланоцитов в эмбрионе. Эти клетки нужны не только для окраски шерсти и радужки, но и для работы внутреннего уха. Поэтому один ген определяет и белую шерсть, и голубые глаза, и (у части животных) глухоту.
• Окраска «мраморный» (мерль) у собак: аллель в гетерозиготе даёт пятнистую окраску, а в гомозиготе — почти белую шерсть с высоким риском глухоты и пороков глаз. Поэтому заводчики избегают скрещивать двух мраморных собак.
• Ген белых глаз дрозофилы влияет не только на окраску глаз, но и на окраску оболочки семенников и мальпигиевых сосудов: белок, кодируемый этим геном, переносит предшественники пигментов в клетки разных органов.
• Ген окраски цветков гороха (тот самый ген A Менделя) определяет и окраску венчика, и окраску семенной кожуры, и пурпурные пятна в пазухах листьев. Мендель заметил, что эти признаки всегда наследуются вместе, и правильно считал их одним признаком.
• Гены карликовости пшеницы, использованные в «зелёной революции» 1960-х годов, влияют сразу на высоту растения, устойчивость к полеганию и долю урожая, приходящуюся на зерно: они нарушают реакцию растения на гормон гиббереллин.

У домашних животных плейотропия часто проявляется при отборе. Отбирая лисиц на дружелюбие к человеку, сибирские генетики под руководством Д. К. Беляева в Новосибирске за несколько десятков поколений получили не только ручных животных, но и изменения окраски (белые пятна), висячие уши, закрученный хвост — признаки, характерные для многих домашних животных. По-видимому, отбор на поведение затронул гены, влияющие сразу на развитие многих тканей.

9. Гены-регуляторы: плейотропия «по должности»

Особенно широкую плейотропию проявляют гены, которые управляют работой других генов, — регуляторы развития. Белок такого гена включает или выключает десятки и сотни генов-мишеней, поэтому мутация в нём меняет сразу множество признаков. Классический пример — гомеозисные гены дрозофилы, определяющие, какой орган разовьётся в каждом сегменте тела. Мутация одного такого гена может превратить антенны мухи в ноги или дать мухе вторую пару крыльев вместо жужжалец. Изменяется не один признак, а судьба целой части тела.

У человека мутации генов-регуляторов вызывают синдромы, затрагивающие сразу несколько органов. Например, при мутациях гена PAX6 нарушается развитие глаза (вплоть до отсутствия радужки), а иногда и некоторых отделов мозга; при мутациях гена TBX5 одновременно поражаются руки и сердце (синдром Холта — Орама), потому что этот белок нужен при закладке и верхних конечностей, и сердца. Чем раньше в развитии работает ген и чем больше генов-мишеней он контролирует, тем шире его плейотропное действие.

10. Плейотропия и эволюция

Плейотропия ограничивает эволюцию. Если ген влияет на много признаков, мутация, улучшающая один признак, скорее всего ухудшит другие. Поэтому гены с широким плейотропным действием меняются в эволюции медленнее, чем гены с узким действием.

С плейотропией связана одна из главных теорий старения. В 1957 году американский биолог Джордж Уильямс предложил гипотезу антагонистической плейотропии [6]. Представим ген, который повышает плодовитость или выживание в молодости, но вредит организму в старости. Естественный отбор будет поддерживать такой ген, потому что польза проявляется до размножения, а вред — после, когда отбор уже почти не действует. Накопление таких генов и делает старение неизбежным. Примеры подобных генов действительно найдены у дрозофил, нематод и, вероятно, у человека.

Плейотропия может быть и полезной в эволюции. Если одна мутация меняет сразу несколько признаков в согласованном направлении, организм быстро приспосабливается к новым условиям. Например, у колюшек, переселившихся из моря в пресные озёра, один и тот же вариант гена Eda уменьшает число костных пластин брони и одновременно меняет расположение органов боковой линии, которыми рыба ощущает движение воды.

11. Плейотропия в селекции

Селекционеры хорошо знают, что отбор по одному признаку часто «тянет» за собой другие — нередко нежелательные. Причина — плейотропия и тесное сцепление.

• Бельгийская голубая порода скота отличается «двойной мускулатурой». Её причина — выключение гена белка миостатина, который в норме ограничивает рост мышц [7]. Мутация одна, а последствий несколько: мышечная масса растёт, но у коров чаще трудные роды из-за крупных телят, а у животных уменьшено количество жира и изменены некоторые органы.
• Бройлерные куры, отобранные на быстрый рост, часто страдают болезнями ног и сердца: скелет и сердце не успевают за ростом мышц.
• Высокоудойные коровы нередко имеют сниженную плодовитость: отбор на удой меняет обмен веществ так, что ресурсов на размножение остаётся меньше.
• Карликовые сорта пшеницы, наоборот, пример удачной плейотропии: один ген уменьшает высоту, повышает устойчивость к полеганию и увеличивает долю зерна в урожае.

Поэтому современная селекция всё чаще использует геномные методы: по ДНК можно заранее оценить, как отбор на один признак отразится на остальных, и найти сочетания аллелей, улучшающие нужный признак без вредных последствий.

Плейотропия на уровне всего генома

В XXI веке появились полногеномные исследования ассоциаций: у сотен тысяч людей сравнивают миллионы вариантов ДНК с признаками и болезнями. Оказалось, что многие участки генома связаны сразу с несколькими, иногда совершенно разными признаками — например, с ростом и риском болезней сердца, с уровнем липидов в крови и риском воспалительных заболеваний [5]. Это помогает понять общие механизмы болезней и предсказать побочные эффекты лекарств: если лекарство действует на белок плейотропного гена, оно может влиять сразу на несколько систем организма.

12. Плейотропия, сцепление и полимерия

Плейотропию легко спутать с другими явлениями, при которых несколько признаков наследуются вместе или один признак зависит от нескольких генов.

Как отличить плейотропию от тесного сцепления? По опыту: если в очень большом потомстве признаки ни разу не разделились, вероятнее плейотропия; если иногда разделяются — это разные, но близкие гены. Окончательный ответ даёт изучение ДНК: при плейотропии все признаки вызывает одна и та же мутация.

13. Летальные гены

Крайний случай плейотропии — летальные гены (от латинского letalis — смертельный). Это аллели, которые в определённом сочетании вызывают гибель организма — до рождения, вскоре после него или до достижения половой зрелости. Такой аллель влияет сразу на какой-то видимый признак и на жизнеспособность.

По тому, в каком состоянии аллель убивает организм, различают:

• доминантные летальные аллели — вызывают гибель уже в гетерозиготе. Такие аллели не передаются потомкам (носитель погибает до размножения) и возникают каждый раз заново в результате мутаций;
• рецессивные летальные аллели — вызывают гибель только в гомозиготе; гетерозиготы жизнеспособны и могут вообще ничем не отличаться от нормы;
• аллели, доминантные по видимому признаку и рецессивные по летальности — самый частый случай в задачах: гетерозиготы имеют особый признак и живут, гомозиготы гибнут.

Последний случай особенно интересен: один и тот же аллель доминантен по одному признаку и рецессивен по другому. По окраске жёлтые мыши A^Ya отличаются от нормальных — аллель A^Y доминантен. По жизнеспособности гетерозигота нормальна, а гибнет только гомозигота A^YA^Y — аллель рецессивен. Тип доминирования, как мы уже видели в статье о взаимодействии аллельных генов, зависит от того, какой признак рассматривать.

14. Жёлтые мыши: история первого летального гена

В 1905 году французский биолог Люсьен Кено, одним из первых проверявший законы Менделя на животных, столкнулся со странным результатом. Жёлтые мыши при скрещивании с мышами другой окраски давали половину жёлтых потомков — как и положено гетерозиготе. Но при скрещивании жёлтых мышей между собой вместо 3 : 1 получалось примерно 2 жёлтых : 1 нежёлтая. И ни разу не удалось получить гомозиготную жёлтую мышь, которая при скрещивании с нежёлтыми дала бы только жёлтое потомство: все жёлтые мыши оказывались гетерозиготами.

Кено предложил объяснение, связанное с избирательным оплодотворением, — будто гаметы с жёлтым аллелем «не любят» сливаться друг с другом. Правильное объяснение в 1910 году дали американские генетики У. Касл и К. Литтл [8]. Они заметили, что помёты от скрещивания двух жёлтых мышей в среднем на четверть меньше, чем от скрещивания жёлтой мыши с нежёлтой. Значит, зиготы A^YA^Y образуются, но гибнут на ранних стадиях развития. Позже это подтвердили, найдя погибшие зародыши в матке.

Почему аллель A^Y так странно себя ведёт? Ответ нашли только в 1990-х годах с помощью молекулярной генетики [9]. Оказалось, что A^Y — это большая делеция (нехватка участка ДНК), которая затрагивает сразу два соседних гена. Первый ген — Agouti, определяющий соотношение жёлтого и чёрного пигмента в волосе; из-за делеции он оказывается под управлением чужого регуляторного участка и начинает работать постоянно и во всех тканях. Отсюда жёлтая шерсть, а заодно — ожирение, повышенный сахар в крови и склонность к опухолям у жёлтых мышей (ещё одно проявление плейотропии!). Второй ген, Raly, нужный для раннего развития зародыша, делеция разрушает. Одна нормальная копия Raly у гетерозиготы обеспечивает развитие, а у гомозиготы A^YA^Y его нет совсем, и зародыш гибнет вскоре после имплантации.

Ахондроплазия: летальный ген у человека

Ахондроплазия — самая частая форма карликовости у человека: примерно один случай на 25 000 новорождённых. Её вызывает замена одной аминокислоты в рецепторе фактора роста фибробластов FGFR3, из-за которой рецептор постоянно активен и тормозит рост длинных костей. Люди с ахондроплазией — гетерозиготы; они живут обычную по длительности жизнь, имеют нормальный интеллект и могут иметь детей. Около 80 % случаев возникают из-за новой мутации у здоровых родителей (чаще в сперматогенезе у пожилых отцов).

Если оба супруга имеют ахондроплазию, вероятность рождения ребёнка с ахондроплазией — 1/2, здорового — 1/4, а с 1/4 вероятностью ребёнок окажется гомозиготой, у которой нарушения скелета так тяжелы, что она погибает вскоре после рождения. Среди родившихся живыми и выживших 2/3 будут иметь ахондроплазию, 1/3 — нормальный рост. Это реальный, а не учебный пример «2 : 1».

Летальные гены в X-хромосоме

Если летальный рецессивный аллель находится в X-хромосоме, картина иная. Женщина-гетерозигота X^AX^a здорова, но половина её сыновей получит X^a и погибнет (у мужчины одна X-хромосома, и рецессивный аллель ничем не «прикрыт»). Дочери все выживут: половина — носительницы, половина — без аллеля. В результате среди детей такой женщины соотношение полов сдвигается: на двух дочерей приходится один сын.

Такие «семьи с недостатком сыновей» помогли генетикам обнаружить летальные аллели в X-хромосоме у дрозофилы и у человека. У человека известны и доминантные X-сцепленные болезни, летальные для зародышей мужского пола: ими болеют почти только девочки, а у больных матерей чаще бывают выкидыши.

Как ищут гены, без которых нельзя жить

Сегодня летальные гены изучают не только по случайно найденным мутациям. Генетики умеют целенаправленно «выключать» гены у мышей и смотреть, что произойдёт. Международный консорциум по фенотипированию мышей проверил тысячи генов и выяснил, что выключение примерно трети из них в гомозиготе приводит к гибели зародыша или мышонка до отъёма от матери. Многие из этих генов нужны на самых ранних стадиях развития — для деления клеток, имплантации, образования плаценты, сердца и сосудов. Изучая, на какой стадии гибнет зародыш, генетики узнают, за что отвечает ген.

Скрытые летальные аллели в природных популяциях

В 1926 году С. С. Четвериков предсказал, что природные популяции «впитывают, как губка», рецессивные мутации: они не проявляются у гетерозигот и накапливаются. Его ученики, а позже Ф. Добржанский в США проверили это на дрозофиле. С помощью особых скрещиваний они получали мух, гомозиготных по целой хромосоме, взятой из природной популяции, и смотрели, выживают ли такие мухи. Оказалось, что от четверти до трети хромосом, взятых у диких мух, несут хотя бы один рецессивный летальный или полулетальный аллель. Внешне мухи были совершенно нормальны: летальные аллели прятались в гетерозиготах.

Этот «генетический груз» есть у всех видов, включая человека. Он объясняет, почему инбридинг (близкородственное скрещивание) снижает жизнеспособность — явление, известное как инбредная депрессия: при инбридинге растёт доля гомозигот, и скрытые вредные аллели начинают проявляться. И наоборот, гетерозис — мощность гибридов — во многом объясняется тем, что у гибридов вредные рецессивные аллели одной линии «прикрыты» нормальными аллелями другой.

15. Другие летальные гены

После жёлтых мышей летальные гены нашли у множества видов.

Пример с каракулем показывает, что «летальность» относится к определённой стадии развития. Ягнята ширази — гомозиготы — рождаются живыми и выглядят нормально, но погибают, когда начинают есть траву. Если учитывать новорождённых, расщепление 1 : 2 : 1 (серые гомозиготы, серые гетерозиготы, чёрные), а через несколько месяцев — 2 : 1. Поэтому в задачах важно, на какой стадии учитывают потомков.

Рецессивные летальные аллели распространены гораздо шире, чем доминантные. Каждый человек, по современным оценкам, несёт в гетерозиготе в среднем около одного рецессивного аллеля, который в гомозиготе вызвал бы гибель до взрослого возраста, и ещё несколько аллелей тяжёлых рецессивных болезней. Обычно они «спрятаны», но при близкородственных браках вероятность встречи двух одинаковых аллелей резко возрастает. Именно поэтому у детей от браков между близкими родственниками чаще встречаются рецессивные болезни и выше смертность в раннем возрасте.

У растений рецессивные летальные аллели часто проявляются как проростки-альбиносы: без хлорофилла растение не может фотосинтезировать и гибнет, как только израсходует запасы семени. Если гетерозиготное растение самоопыляется, четверть его семян даёт такие проростки — классическое расщепление 3 : 1, но белые проростки быстро погибают.

16. Летальные гены в задачах на два признака

Если один из двух независимо наследуемых генов летален в гомозиготе, расщепление 9 : 3 : 3 : 1 меняется. Решать удобно правилом произведения: для каждого гена находят расщепление среди живых потомков и перемножают.

Почему при двух летальных генах гибнет 7/16 зигот? Выживают только зиготы, у которых нет ни AA, ни BB: доля таких 3/4 × 3/4 = 9/16. Погибает 1 − 9/16 = 7/16.

17. Алгоритм решения задач с летальными генами

1. Определите, есть ли летальность. Подсказки: прямое указание («гомозиготы гибнут», «зародыши погибают»), расщепление 2 : 1 или 12 частей вместо 16, невозможность получить чистую линию, уменьшение помёта.
2. Введите обозначения и укажите, какой генотип нежизнеспособен: «AA — гибнут в эмбриональном периоде».
3. Запишите генотипы родителей. Особи с признаком, связанным с летальным аллелем, — гетерозиготы (если летальна доминантная гомозигота).
4. Запишите гаметы и все зиготы, включая погибшие, и отметьте их.
5. Найдите расщепление среди выживших по фенотипу и генотипу.
6. Ответьте на вопрос, внимательно глядя, о ком он: о зачатых или о родившихся. Доли для родившихся считайте от числа выживших.
7. Объясните отклонение от менделевского расщепления: «гомозиготы … нежизнеспособны, поэтому вместо 3 : 1 получено 2 : 1».

Если генов два и они не сцеплены, сначала решите задачу отдельно для каждого гена (с учётом летальности), затем перемножьте расщепления. Если летальный ген в X-хромосоме, учитывайте пол потомков: гибнут гемизиготные самцы (или самки у птиц и бабочек).

18. Как распознать летальный ген в задаче

Как оформить решение? Нужно записать все зиготы, включая нежизнеспособные, и явно пометить их: «AA — гибнут на эмбриональной стадии». Затем записать фенотипы и расщепление среди выживших. Эксперты ЕГЭ снимают баллы, если погибший класс просто не указан или если вероятность считают относительно всех зигот, когда в вопросе речь о родившихся.

19. Разборы типовых задач

Задача 1. Платиновые лисицы

У лисиц платиновая окраска (A) доминирует над серебристо-чёрной, гомозиготы AA гибнут в эмбриональном периоде. Скрестили двух платиновых лисиц. Каким будет потомство? Какая доля зародышей погибнет?

Решение. Живые платиновые — только Aa. P: ♀ Aa × ♂ Aa; G: A, a; A, a; зиготы: 1 AA (гибнут) : 2 Aa (платиновые) : 1 aa (серебристо-чёрные). Среди родившихся 2 платиновых : 1 серебристо-чёрный. Гибнет 1/4 зародышей.

Задача 2. Как получать больше платиновых лисят

Звероферма хочет получить как можно больше платиновых лисят. Какое скрещивание выгоднее: платиновая × платиновая или платиновая × серебристо-чёрная?

Решение. Aa × Aa: из 4 зигот одна гибнет, платиновых 2 (из 3 родившихся — 2/3). Aa × aa: гибели нет, платиновых 1/2 от всех родившихся, но и помёт полный. При одинаковом числе зачатых зародышей (например, 8): в первом случае 4 платиновых лисёнка (и 2 серебристо-чёрных, 2 погибших), во втором — 4 платиновых (и 4 серебристо-чёрных). Платиновых поровну, но во втором случае нет потерь зародышей и рождается больше лисят в целом, поэтому скрещивание платиновой с серебристо-чёрной выгоднее.

Задача 3. Каракульские овцы

У каракульских овец серая окраска (ширази, A) доминирует над чёрной; гомозиготы AA гибнут после перехода на пастбищный корм. Скрестили серых овец с серыми баранами, получили 120 ягнят. Сколько ягнят каждого фенотипа будет при рождении и через полгода?

Решение. Aa × Aa → 1 AA : 2 Aa : 1 aa. При рождении все живы: 90 серых (30 AA и 60 Aa) и 30 чёрных. Через полгода AA погибнут: 60 серых и 30 чёрных (2 : 1).

Задача 4. Дигибридное скрещивание с летальным геном

У мышей жёлтая окраска (A^Y) доминирует над чёрной и летальна в гомозиготе; короткая шерсть (B) доминирует над длинной. Скрестили дигетерозиготных жёлтых короткошёрстных мышей. Определите расщепление среди родившихся мышат.

Решение. По окраске среди живых 2 жёлтых : 1 чёрный, по длине шерсти 3 : 1. (2 : 1) × (3 : 1) = 6 жёлтых короткошёрстных : 2 жёлтых длинношёрстных : 3 чёрных короткошёрстных : 1 чёрный длинношёрстный. Погибает 1/4 зигот.

Задача 5. Рецессивная летальность

У кукурузы рецессивный аллель a в гомозиготе вызывает отсутствие хлорофилла; такие проростки гибнут. Гетерозиготное растение самоопылили, получили 400 семян. Сколько проростков погибнет? Какая доля взрослых растений будет гетерозиготной?

Решение. Aa × Aa → 1 AA : 2 Aa : 1 aa. Погибнет около 100 проростков (aa). Среди выживших 300 растений гетерозиготы составляют 2/3 (около 200).

Задача 6. Отличие летальности от неполного доминирования

При скрещивании двух растений с узкими листьями получено 98 растений с узкими листьями и 51 — с широкими. Объясните результат.

Решение. Два класса в отношении 98 : 51 ≈ 2 : 1. Признак узких листьев доминантен, родители гетерозиготны (Aa), а гомозиготы AA гибнут (летальный аллель). Если бы доминирование было неполным, классов было бы три (1 : 2 : 1).

Задача 7. Ахондроплазия

Оба супруга страдают ахондроплазией (доминантный признак; гомозиготы гибнут вскоре после рождения). Какова вероятность рождения у них ребёнка нормального роста? Какова вероятность, что выживший ребёнок будет с ахондроплазией?

Решение. Aa × Aa → 1/4 AA (гибнут), 1/2 Aa (ахондроплазия), 1/4 aa (нормальный рост). Вероятность ребёнка нормального роста среди всех зачатых — 1/4; среди выживших детей с ахондроплазией 2/3, нормального роста 1/3.

Задача 8. Летальный аллель в X-хромосоме

Самку дрозофилы, гетерозиготную по рецессивному летальному аллелю в X-хромосоме, скрестили с нормальным самцом. Получено 240 мух. Сколько среди них самок и самцов?

Решение. Зиготы: X^AX^A, X^AX^a, X^AY, X^aY по 1/4; X^aY гибнут. Среди выживших 2 самки : 1 самец — 160 самок и 80 самцов.

Задача 9. Плейотропия в задаче

У растения рецессивный аллель a в гомозиготе вызывает одновременно белые цветки, отсутствие опушения листьев и низкий рост. Скрестили гетерозиготные растения. Каким будет расщепление по каждому признаку? Можно ли получить растение с белыми цветками и опушёнными листьями?

Решение. Все три признака определяет один ген, поэтому расщепление по каждому 3 : 1, а все признаки передаются вместе: aa — белые, неопушённые, низкие; A_ — окрашенные, опушённые, высокие. Растения с белыми цветками и опушёнными листьями получить нельзя (если не возникнет новая мутация): это плейотропия, а не сцепление, и кроссинговер признаки не разделит.

Задача 10. Вероятность среди родившихся

У мышей жёлтая окраска (A^Y) летальна в гомозиготе. Скрестили двух жёлтых мышей. Какова вероятность, что случайно выбранный родившийся мышонок окажется жёлтым? Какова вероятность, что из трёх родившихся мышат все будут жёлтыми?

Решение. Среди родившихся жёлтые — 2/3. Все три жёлтые — (2/3)³ = 8/27 ≈ 30 %.

Задача 11. Мэнские кошки

Бесхвостость мэнских кошек (M) доминирует над нормальным хвостом и летальна в гомозиготе. Какое потомство получится от скрещивания бесхвостой кошки с хвостатым котом? Почему заводчики предпочитают именно такое скрещивание?

Решение. Mm × mm → 1 Mm (бесхвостые) : 1 mm (хвостатые), гибели зародышей нет. При скрещивании двух бесхвостых (Mm × Mm) четверть зародышей погибла бы, и помёты были бы меньше, поэтому заводчики скрещивают бесхвостых с хвостатыми.

Задача 12. Два признака, летальный ген и анализ гамет

У кур коротконогость (C) летальна в гомозиготе; оперённость ног (F) доминирует над голыми ногами. Скрестили коротконогого петуха с оперёнными ногами (CcFf) с нормальной курицей с голыми ногами (ccff). Каким будет потомство? Есть ли гибель зародышей?

Решение. По C: Cc × cc → 1 Cc (коротконогие) : 1 cc (нормальные), гибели нет. По F: Ff × ff → 1 : 1. Итого 1 : 1 : 1 : 1: коротконогие оперённые, коротконогие голоногие, нормальные оперённые, нормальные голоногие. Гибели зародышей нет, так как гомозиготы CC не образуются.

Задача 13. Неизвестный тип наследования

При скрещивании серых мышей одной линии между собой получено 60 серых и 30 белых мышат, а при скрещивании серых с белыми — 45 серых и 47 белых. Определите тип наследования и генотипы.

Решение. Серые × серые → 2 : 1, серые × белые → 1 : 1. Серая окраска доминантна, все серые мыши гетерозиготны (Aa), гомозиготы AA гибнут. Белые — aa.

Задача 14. Платиновая лисица и анализирующее скрещивание

Зверовод купил платиновую лисицу и хочет узнать её генотип. Нужно ли ставить анализирующее скрещивание?

Решение. Нет. Гомозиготы AA гибнут в эмбриональном периоде, поэтому любая живая платиновая лисица — гетерозигота Aa. Генотип известен заранее. В её потомстве от серебристо-чёрного самца будет 1 платиновый : 1 серебристо-чёрный лисёнок.

Задача 15. Плейотропия или два гена?

У растения рецессивный признак «узкие листья» всегда сопровождается рецессивным признаком «мелкие семена». В F₂ от скрещивания чистых линий среди 2000 растений не было ни одного растения с узкими листьями и крупными семенами. Как это объяснить?

Решение. Вероятнее всего, оба признака определяет один ген (плейотропия) или два очень тесно сцепленных гена. Расщепление по каждому признаку 3 : 1, но признаки не разделяются. Окончательно отличить плейотропию от тесного сцепления можно, изучив гораздо большее потомство или ДНК.

20. Итог: что важно знать

• Генотип — целостная система: гены взаимодействуют (аллельно и неаллельно), один ген может влиять на много признаков, признак зависит от многих генов и от среды.
• Термины «ген», «генотип», «фенотип» ввёл В. Иогансен (1909); фенотип — результат взаимодействия генотипа и среды, пределы изменчивости признака при одном генотипе — норма реакции.
• Плейотропия — влияние одного гена на несколько признаков; причина — один белок нужен в разных тканях или процессах.
• Примеры плейотропии у человека: синдром Марфана, фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия, муковисцидоз, альбинизм.
• Плейотропия отличается от сцепления тем, что признаки определяет один ген и кроссинговер не может их разделить.
• Летальные гены вызывают гибель организма; чаще всего аллель доминантен по видимому признаку и рецессивен по летальности (жёлтые мыши, платиновые лисицы, каракуль ширази, коротконогие куры).
• При скрещивании двух гетерозигот по такому аллелю среди живых потомков 2 : 1, погибает 1/4 зигот, чистую линию с доминантным признаком получить нельзя.
• В дигибридном скрещивании летальность одного гена даёт 6 : 3 : 2 : 1, двух генов — 4 : 2 : 2 : 1.

21. Частые ошибки

• «Плейотропия — это когда несколько генов определяют один признак». Наоборот: один ген — несколько признаков. Несколько генов — один признак — это полимерия.
• «Признаки синдрома Марфана наследуются сцепленно». Их вызывает один ген; это плейотропия, кроссинговер не может их разделить.
• «2 : 1 — расщепление при неполном доминировании». 2 : 1 — признак летальности одной гомозиготы; при неполном доминировании три класса 1 : 2 : 1.
• «Погибшие зиготы можно не записывать». В схеме решения нужно указать все зиготы и отметить нежизнеспособные.
• «Жёлтая мышь может быть гомозиготной». Гомозиготы A^YA^Y гибнут; все живые жёлтые мыши — гетерозиготы.
• «Летальный аллель всегда доминантный». Чаще летальность рецессивна: гибнут только гомозиготы, а гетерозиготы живут.
• «Доминантные летальные аллели передаются из поколения в поколение». Носитель погибает до размножения, поэтому такие аллели возникают каждый раз заново в результате мутаций.
• «Летальность всегда проявляется до рождения». Гибель может наступать на любой стадии: у ягнят ширази — после перехода на грубый корм.
• «Вероятность считают от всех зигот». Если спрашивают о родившихся, долю считают среди выживших: при Aa × Aa (AA летальны) вероятность потомка aa среди родившихся — 1/3, а не 1/4.
• «Плейотропный ген влияет на признаки независимо друг от друга». Признаки связаны общей первопричиной — продуктом гена; их тяжесть может различаться, но они не наследуются порознь.
• «Синдром Дауна — пример плейотропии». Это хромосомная болезнь (лишняя хромосома 21), а не следствие мутации одного гена; классические примеры плейотропии — синдром Марфана, фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия.
• «Гены-модификаторы — то же, что летальные гены». Модификаторы меняют проявление других генов; летальные гены вызывают гибель организма.

22. Интересные факты

• Синдромом Марфана, по предположениям историков медицины, мог страдать американский президент Авраам Линкольн — он был очень высоким, с длинными конечностями; точный диагноз, однако, не доказан.
• Фенилкетонурию открыл норвежский врач Асбьёрн Фёллинг в 1934 году, обнаружив в моче двух умственно отсталых детей необычное вещество; сегодня тест на неё проходят все новорождённые во многих странах.
• Белые кошки с двумя голубыми глазами глухи заметно чаще, чем белые кошки с жёлтыми глазами; об этой связи писал ещё Ч. Дарвин в «Происхождении видов».
• Платиновые лисицы появились на зверофермах Норвегии в 1930-х годах и долго стоили очень дорого — пока заводчики не поняли, что чистой линии получить нельзя.
• Мэнские кошки родом с острова Мэн в Ирландском море; бесхвостость у них — доминантный признак, летальный в гомозиготе.
• Лисицы, отобранные Д. К. Беляевым на дружелюбие, через несколько десятков поколений начали вилять хвостом, скулить и искать внимания человека, как собаки.
• Жёлтые мыши A^Ya склонны к ожирению — так ген окраски шерсти оказался связан с обменом веществ; это помогло открыть систему мозговых сигналов, регулирующих аппетит.
• Бельгийская голубая порода скота с «двойной мускулатурой» обязана своим видом выключению одного гена — миостатина; похожие мутации найдены у собак-уиппетов и даже у человека.
• Гипотезу антагонистической плейотропии Дж. Уильямс выдвинул в 1957 году; её проверяют и сегодня, сравнивая гены долгоживущих и короткоживущих линий животных.
• Ф. Добржанский обнаружил, что до трети хромосом дрозофил из природы несут скрытые рецессивные летали; это подтвердило идею С. С. Четверикова о «насыщенности» популяций мутациями.
• Мутация гомеозисного гена дрозофилы может дать муху с четырьмя крыльями вместо двух — одна мутация меняет судьбу целого сегмента тела. За открытие генов, управляющих развитием, Э. Льюис, К. Нюсляйн-Фольхард и Э. Вишаус получили Нобелевскую премию 1995 года.
• Слово «плейотропия» ввёл немецкий генетик Л. Плате в 1910 году.
• У человека известно несколько тысяч генов, без которых зародыш погибает на ранних стадиях; их находят, изучая мышей с выключенными генами и выкидыши.

23. Частые вопросы

24. ЕГЭ

Тема входит в элемент 3.3 кодификатора [10]: «Генотип как целостная система. Плейотропия – множественное действие гена». В части 1 встречаются задания на определение плейотропии и её примеры, на расщепление 2 : 1 при летальности, на соответствие явлений (плейотропия, полимерия, сцепление) и их характеристик. В части 2 — задачи линии 28 с летальными генами (моно- и дигибридные), вопросы по рисункам (лисицы, мыши) и вопросы о причинах множественного действия гена.

Что обязательно знать к экзамену

• Что значит «генотип — целостная система», формы взаимодействия генов.
• Определение плейотропии, её причину и примеры (синдром Марфана, фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия).
• Отличие плейотропии от сцепления и полимерии.
• Летальные гены, расщепление 2 : 1 и 6 : 3 : 2 : 1, почему нельзя получить чистую линию.
• Как оформлять схему с нежизнеспособными зиготами.

Разбор задания части 1

Задание. Определите соотношение фенотипов среди потомков от скрещивания двух платиновых лисиц (гомозиготы по аллелю платиновой окраски гибнут). Ответ запишите последовательностью цифр в порядке убывания. Ответ: 21.

Задание. Как называют явление, при котором один ген определяет несколько признаков? Ответ: плейотропия.

Разбор задачи части 2

Задача. У кур коротконогость (C) доминирует над нормальной длиной ног, гомозиготы CC гибнут в эмбриональном периоде; гребень розовидный (R) доминирует над простым. Скрестили дигетерозиготную коротконогую курицу с розовидным гребнем с таким же петухом. Составьте схему скрещивания. Определите генотипы и фенотипы потомства и их соотношение. Объясните полученное расщепление.

Решение. P: ♀ CcRr × ♂ CcRr; G: CR, Cr, cR, cr (у каждого). По длине ног: 1 CC (гибнут) : 2 Cc (коротконогие) : 1 cc (нормальные). По гребню: 3 R_ (розовидный) : 1 rr (простой).

Среди вылупившихся цыплят: 6 коротконогих с розовидным гребнем (CcR_) : 2 коротконогих с простым (Ccrr) : 3 нормальных с розовидным (ccR_) : 1 нормальный с простым (ccrr). Погибает 1/4 зародышей (CC__).

Расщепление 6 : 2 : 3 : 1 вместо 9 : 3 : 3 : 1 объясняется гибелью гомозигот CC: по гену C среди живых 2 : 1, по гену R 3 : 1, гены наследуются независимо.

Связь с другими темами

Взаимодействие аллелей одного гена — в статье «Взаимодействие аллельных генов»; взаимодействие неаллельных генов — в статьях серии о комплементарности и эпистазе и о полимерии; норма реакции — в статье «Основные понятия генетики»; короткий конспект — в статье «Плейотропия и летальные гены».

25. Для олимпиад

Летальность и частота аллеля

В популяции мышей жёлтые (A^Ya) и нежёлтые (aa) скрещиваются случайно. Пусть частота A^Y среди зигот равна q. Почему частота аллеля A^Y со временем падает? Ответ: каждая гомозигота A^YA^Y уносит из популяции два аллеля A^Y. Можно показать, что после одного поколения отбора частота становится q' = q/(1 + q): при q = 0,2 следующее поколение начнёт с 0,2/1,2 ≈ 0,167. Аллель сохраняется в популяции, только если его постоянно поддерживают (например, отбор на жёлтую окраску в лабораторной линии).

Сколько зародышей погибло

От скрещивания двух гетерозигот по рецессивному летальному аллелю (aa погибают до рождения, Aa и AA неотличимы) родилось 90 потомков. Сколько зародышей, вероятно, погибло? Какая доля родившихся — носители? Ответ: живые — 3/4 зигот, значит, зигот было около 120, погибло около 30. Среди родившихся носители (Aa) — 2/3, около 60.

Плейотропия или сцепление?

У растения два признака — окраска цветков и опушённость листьев — в течение 20 лет и в 50 000 растений не разделились ни разу. Что вероятнее: плейотропия или сцепление? Какой опыт решит вопрос? Ответ: если бы гены были сцеплены даже на расстоянии 0,01 сМ, среди 50 000 растений ожидалось бы несколько рекомбинантов. Отсутствие рекомбинантов говорит в пользу плейотропии (или очень тесного сцепления). Решающий опыт — найти мутацию по одному признаку (например, вызвать её облучением) и посмотреть, изменился ли второй признак; окончательно вопрос решает анализ ДНК.

Сбалансированные летали

Две рецессивные летальные мутации a и b лежат в гомологичных хромосомах одной пары очень близко (без кроссинговера) в транс-положении: Ab//aB. Какое потомство даст скрещивание двух таких особей? Ответ: гаметы Ab и aB по 1/2. Зиготы: Ab//Ab (гомозигота bb — гибнет), aB//aB (гомозигота aa — гибнет), Ab//aB — живёт. Выживает только половина зигот, и все они — такие же гетерозиготы, как родители. Линия «сама себя поддерживает» без расщепления — так устроены «сбалансированные летальные системы» у некоторых растений (например, у энотеры) и балансерные хромосомы дрозофилы.

Летальность и частота носителей

Рецессивная летальная болезнь встречается у одного из 10 000 новорождённых. Какова примерно доля носителей в популяции (при случайных браках)? Ответ: q² = 1/10 000, q = 0,01; носителей 2pq ≈ 2 × 0,99 × 0,01 ≈ 0,02 — каждый 50-й человек. Носителей в 200 раз больше, чем больных: большая часть вредных аллелей «спрятана» в гетерозиготах.

Два летальных гена

Скрещены AaBb × AaBb, гомозиготы AA и BB летальны. Какая доля родившихся будет иметь генотип AaBb? Ответ: живые зиготы — 9/16 (A не AA и B не BB); среди них Aa — 2/3, Bb — 2/3; AaBb — 4/9 родившихся.

26. Задания с разбором

Задание 1

Выберите три верных ответа. Плейотропия: 1) влияние одного гена на несколько признаков; 2) влияние нескольких генов на один признак; 3) пример — синдром Марфана; 4) пример — окраска зерна пшеницы; 5) объясняется тем, что продукт гена нужен в нескольких тканях; 6) нарушается кроссинговером.

Задание 2

Какое расщепление по фенотипу получится от скрещивания двух жёлтых мышей (A^YA^Y гибнут)?

Задание 3

Установите соответствие между примерами и явлениями. Примеры: А) высокий рост, длинные пальцы и поражение аорты при одной мутации; Б) окраска зерна пшеницы зависит от двух пар генов; В) гены окраски тела и длины крыльев дрозофилы во 2-й хромосоме; Г) поражение мозга и светлые волосы при фенилкетонурии; Д) рост человека зависит от многих генов. Явления: 1) плейотропия; 2) полимерия; 3) сцепление.

Задание 4

Почему нельзя вывести чистую линию платиновых лисиц?

Задание 5

Какая доля зигот погибнет при скрещивании двух гетерозигот по гену, летальному в гомозиготе?

Задание 6

Выберите три верных ответа. Генотип как целостная система означает, что: 1) гены взаимодействуют между собой; 2) каждый ген определяет только один признак; 3) признак может зависеть от нескольких генов; 4) проявление генов зависит от среды; 5) гены одной хромосомы наследуются независимо; 6) аллели одного гена всегда смешиваются.

Задание 7

Объясните, почему при фенилкетонурии одновременно поражается нервная система и светлеют кожа и волосы.

Задание 8

Каким будет расщепление среди родившихся от скрещивания AaBb × AaBb, если гомозиготы AA гибнут, а гены не сцеплены?

Задание 9

Найдите ошибки в тексте и исправьте их. 1) Плейотропия — влияние одного гена на несколько признаков. 2) Синдром Марфана — пример полимерии. 3) При скрещивании двух жёлтых мышей получается 3 : 1. 4) Все живые жёлтые мыши гетерозиготны. 5) Летальные гены всегда доминантны.

Задание 10

При скрещивании двух коротконогих кур получено 62 коротконогих и 31 нормальный цыплёнок. Объясните результат.

Задание 11

Чем полулетальный ген отличается от летального?

Задание 12

Какова вероятность (%) рождения мышонка с нежёлтой окраской от двух жёлтых мышей (A^YA^Y гибнут)?

Задание 13

Почему признаки синдрома Марфана не разделяются в потомстве?

Задание 14

У каракульских овец ширази (A) доминирует над чёрной окраской; гомозиготы AA гибнут после перехода на грубый корм. Каким будет соотношение фенотипов ягнят от Aa × Aa при рождении и через полгода?

Задание 15

Выберите три верных ответа. Признаки летального гена в результатах скрещиваний: 1) расщепление 2 : 1 вместо 3 : 1; 2) уменьшение помёта на четверть; 3) расщепление 1 : 2 : 1 с тремя живыми классами; 4) невозможность получить чистую линию по доминантному признаку; 5) расщепление 9 : 3 : 3 : 1; 6) единообразие F₁.

Задание 16

Почему у белых голубоглазых кошек часто бывает глухота?

Задание 17

Скрещены Aabb × aaBb (гены не сцеплены, AA летальны). Каким будет расщепление?

Задание 18

Какова доля погибших зигот при скрещивании AaBb × AaBb, если летальны и AA, и BB?

Задание 19 (олимпиадное)

У мышей жёлтые (A^Ya) при скрещивании с жёлтыми дают в среднем 6 мышат в помёте. Сколько в среднем мышат будет в помёте от скрещивания жёлтых с нежёлтыми, если число зачатых зародышей одинаково? Сколько из них жёлтых?

Задание 20 (олимпиадное)

В изолированной популяции в начале частота рецессивного летального аллеля q = 0,1 (aa гибнут до размножения). Какой будет частота через одно и через два поколения?

Литература

1. Johannsen W. The genotype conception of heredity // The American Naturalist. 1911. Vol. 45. P. 129–159.
2. Beadle G. W., Tatum E. L. Genetic control of biochemical reactions in Neurospora // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 1941. Vol. 27. P. 499–506.
3. Dietz H. C., Cutting G. R., Pyeritz R. E. et al. Marfan syndrome caused by a recurrent de novo missense mutation in the fibrillin gene // Nature. 1991. Vol. 352. P. 337–339.
4. Grüneberg H. An analysis of the “pleiotropic” effects of a new lethal mutation in the rat (Mus norvegicus) // Proceedings of the Royal Society of London. Series B. 1938. Vol. 125. P. 123–144.
5. Solovieff N., Cotsapas C., Lee P. H. et al. Pleiotropy in complex traits: challenges and strategies // Nature Reviews Genetics. 2013. Vol. 14. P. 483–495.
6. Williams G. C. Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence // Evolution. 1957. Vol. 11. P. 398–411.
7. Grobet L., Royo Martin L. J., Poncelet D. et al. A deletion in the bovine myostatin gene causes the double-muscled phenotype in cattle // Nature Genetics. 1997. Vol. 17. P. 71–74.
8. Castle W. E., Little C. C. On a modified Mendelian ratio among yellow mice // Science. 1910. Vol. 32. P. 868–870.
9. Michaud E. J., Bultman S. J., Klebig M. L. et al. A molecular model for the genetic and phenotypic characteristics of the mouse lethal yellow (Ay) mutation // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 1994. Vol. 91. P. 2562–2566.
10. ФИПИ. Кодификатор проверяемых требований к результатам освоения основной образовательной программы и элементов содержания для проведения ЕГЭ по биологии, 2027 г. М.: ФИПИ, 2026.