Гомологичная хромосома

Трисомия

Трисомией называют генетическую мутацию, при которой в кариотипе человека появляется дополнительная хромосома.

Хромосомы — это ядерные структуры, содержащие молекулу ДНК и предназначенные для хранения и передачи генетической информации. В соматических клетках человека каждая такая структура представлена двумя копиями. Трисомия — это вид генетической патологии, при которой в клетках присутствуют три гомологичные хромосомы вместо двух. Такое нарушение происходит при оплодотворении и ведет к гибели плода либо к развитию тяжелых наследственных синдромов. Поскольку на сегодняшний день не существует эффективных методов излечения таких заболеваний, крайне важная роль отводится пренатальной диагностике.

Из 23 хромосомных пар 22 идентичны у обоих полов, они называются аутосомами. 23-я пара представлена половыми хромосомами и различается у мужчин (XY) и у женщин (ХХ). Среди аутосомных нарушений чаще всего встречается трисомия по 21, 13 и 18-й хромосомам. Остальные патологии нежизнеспособны и приводят к самопроизвольному аборту на ранних сроках беременности.

На самом деле с фактом трисомии современный человек сталкивается достаточно часто, сам того не подозревая.

Какими бывают трисомии?

  1. Синдром трисомии 21-й хромосомы. Трисомию 21-й хромосомы называют синдромом Дауна. Он проявляется совокупностью различных патологий, основными из которых является нарушение интеллектуального развития, пороки сердечно-сосудистой и пищеварительной систем, а также специфический внешний вид.
    Возможности современной медицины и педагогики позволяют таким людям интегрироваться в общество и вести активный образ жизни. При этом средняя продолжительность жизни у них составляет около 60 лет.
  2. Трисомия 18-й хромосомы. Синдром трисомии по 18-й хромосоме называется синдромом Эдвардса. Это тяжелая патология, в большинстве случаев приводящая к преждевременным родам или самопроизвольным абортам. Даже если ребенок родился в срок, продолжительность жизни редко превышает один год.
  3. Клинически проявляется пороками развития центральной нервной системы, скелета и внутренних органов. У таких детей диагностируется тяжелая умственная отсталость, микроцефалия, заячья губа, волчья пасть и множество других нарушений.
  4. Синдром Патау. Синдром Патау обусловлен трисомией 13-й хромосомы. Клинически проявляется микроцефалией, нарушением развития ЦНС, тяжелой умственной отсталостью, пороками сердца, транспозицией сосудов, множественными пороками внутренних органов. Продолжительность жизни зависит от формы синдрома. В среднем она не превышает одного года, хотя 2–3% таких детей доживают до десяти лет.
  5. Трисомии половых хромосом. Синдромы трисомии половых хромосом имеют более мягкое проявление, без угрозы жизни и инвалидизирующих пороков развития. Как правило, у таких пациентов нарушена репродуктивная функция, и может диагностироваться интеллектуальная недостаточность разной степени. В связи с этим они могут иметь проблемы с поведением и социализацией.

Все приведенные тримосии являются аутосомными, а все другие варианты – нежизнеспособные. Даже если в процессе развития происходит трисомия к какой-то другой хромосоме, то плод погибает еще внутриутробно, обычно на раннем сроке и может выглядеть как обычный выкидыш. Жизнеспособными являются только те зародыши, у которых трисомия произошла к хромосиме X или Y, причем в этом случае любые улинические проявления трисомии могут быть очень слабо выраженными.

Причины трисомии

Чаще всего трисомия возникает вследствие нарушения процесса расхождения гомологичных хромосом еще в анафазе первого мейоза. Результатом этого нарушения становится то, что в одну и ту же дочернюю клетку попадают сразу две гомологичные хромосомы, а вот во вторую дочернюю клетку – ни одной, то есть клетка становится нулисомной.

В некоторых случаях бывает так, что трисомия проявляется из-за патологии расхождения хроматид уже во втором мейозе. Это проявляется таким образом, что в одну гамету попадают сразу две идентичные хромосомы. Если оплодотворение произойдет при участии нормального спермия, то получится трисомная зигота. В этом случае данную патологию называют нерасхожденными хромосомами.

В большинстве случаев аутосомные трисомии становятся следствием нерасхождения хромосом, произошедшего еще в оогенезе, хотя теоретически это может произойти и в сперматогенезе. Нерасхождение может случиться и на ранних стадиях дробления уже оплодотворенной яйцеклетки, но это бывает значительно реже.

Другой причиной трисомии является мутация, возникшая уже после оплодотворения, на ранних этапах эмбриогенеза. В этом случае только часть клеток будет аномальный набор хромосом. Такое состояние называется мозаицизмом и протекает более благоприятно, чем синдром полной трисомии. Диагностировать данную патологию трудно, особенно в рамках пренатальной диагностики.

Развитие трисомий носит случайный характер и слабо связано с факторами окружающей среды, состоянием здоровья человека.

Точно сказать, почему происходит нерасхождение хромосом пока нельзя. Несмотря на то, что считается, что с возрастом риск родить ребенка с синдромом Дауна увеличивается, точно говорить о 100 % закономерности пока нельзя. Безусловно, беременности в возрасте после 30 лет может быть опасной, и частота случаев рождения детей-даунов выше, чем у рожениц до 30 лет. Именно поэтому во время беременности рекомендуют проводить специальные анализы для выявления синдрома Дауна, ведь этот диагноз может быть показание к прерыванию беременности даже на поздних сроках.

Диагностика

На сегодняшний день не существует методов излечения хромосомных болезней. Помощь таким пациентам заключается в симптоматическом лечении и создании условий для их максимально возможного развития. В связи с этим встает вопрос о методах ранней (дородовой) диагностики генетических патологий, чтобы родители могли взвесить свои возможности для реабилитации такого ребенка и принять решение относительно его судьбы.

В целом методы пренатальной диагностики можно разделить на инвазивные и неинвазивные. К неинвазивным методам относят:

  • определение биохимических маркеров;
  • УЗИ;
  • исследование ДНК.

Инвазивные методы диагностики (амниоцентез, биопсия ворсин хориона) позволяют взять для изучения генетический материал плода и окончательно определиться с диагнозом. Такие методы исследования несут определенные риски, поэтому назначаются только по показаниям.

Некоторое время назад исследование кариотипа клеток плода было единственным методом выявления хромосомных аномалий. Сейчас появились более щадящие, но не менее надежные диагностические методики, основанные на изучении свободно циркулирующей ДНК плода в крови матери. Речь идет о неинвазивном пренатальном ДНК-тесте – НИПТ. Он отличается высокой чувствительностью и специфичностью, позволяет определить наличие патологии в 99,9% случаев. В его основе лежит применение высокотехнологичных молекулярно-генетических методов, позволяющих выделить ДНК-плода из крови матери и исследовать ее на наличие различных мутаций. Тест абсолютно безопасен – пациентке достаточно сдать кровь из вены.

Важность своевременной диагностики неизлечимых на сегодняшний день хромосомных аномалий трудно переоценить. Родители должны иметь полную информацию о перспективах развития таких детей, возможностях их реабилитации, интеграции в общество и на основании этих данных принимать решение о родах или прерывании беременности. Тест НИПТ позволяет в кратчайшие сроки с высокой диагностической точностью получить необходимые данные без рисков для здоровья матери и будущего ребенка.

Помимо диагностики распространенных синдромов трисомии врачи часто предлагают диагностику других генетических патологий:

  • аутосомно-рецессивных — фенилкетонурия, муковисцидоз, гетерохроматоз и др.;
  • микроделеций — синдром Смита-Магениса, Вольфа-Хиршхорна, делеция 22q, 1p36;
  • анеуплоидию по половым хромосомам — синдром Тернера, Клайнфельтера, Якобса, синдром триплоидии Х.

Выбор необходимой панели осуществляется после консультации генетика.

Оглавление темы «Гаметогенез. Хромосомные мутации.»:
1. Мейоз II. Направительное тельце. Значение мейоза.
2. Гаметы. Гаметогенез. Сперматогенез. Гаметогенез у мужщин.
3. Оогенез. Гаметогенез у женщин. Как образуется яйцеклетка?
4. Хромосомные мутации. Виды хромосомных мутаций.
5. Трисомии. Что такое трисомия? Примеры трисомии.
6. Моносомии. Что такое моносомия? Анэуплоидия по половым хромосомам.
7. Полиплоидия. Что такое полиплоидия? Полиплоидные клетки.
8. Структурные хромосомные мутации. Делеции. Что такое делиция?
9. Микроделеции. Микроделеционные синдромы. Что такое микроделиция?
10. Дупликации. Что такое дупликация? Транслокации. Что такое транслокация?

Трисомии. Что такое трисомия? Примеры трисомии.

Трисомией называют появление в кариотипе дополнительной хромосомы. Самым известным примером трисомии является болезнь Дауна, которую часто называют трисомией по хромосоме 21.

Результатом трисомии по хромосоме 13 является синдром Патау, а по хромосоме 18 — синдром Эдвардса. Все названные трисомии — аутосомные.

Другие трисомики по аутосомам нежизнеспособны, погибают внутриутробно и, по-видимому, теряются в виде спонтанных абортов. Жизнеспособными являются индивидуумы с дополнительными половыми хромосомами. Более того, клинические проявления дополнительных хромосом X или Y могут быть весьма незначительными.

Обычно трисомии возникают из-за нарушения расхождения гомологичных хромосом в анафазе мейоза I. В результате в одну дочернюю клетку попадают обе гомологичные хромосомы, а во вторую дочернюю клетку не попадает ни одна из хромосом бивалента (такую клетку называют нулисомной).

Мейотическое нерасхождение. В левом столбце приведены результаты нерасхождения хромосом в первом, а в правом — результаты нерасхождения хромосом во втором мейотическом делении.

Иногда, однако, трисомия может быть результатом нарушения расхождения сестринских хроматид в мейозе II. В этом случае в одну гамету попадают две совершенно одинаковые хромосомы, что в случае ее оплодотворения нормальным спермием даст трисомную зиготу.

Этот тип хромосомных мутаций, ведущих к трисомии, называют нерасхождением хромосом. Отличия в исходах нарушения расхождения хромосом в мейозе I и II иллюстрирует рис. 8.9. Аутосомные трисомии возникают из-за нерасхождения хромосом, наблюдающегося преимущественно в оогенезе, но и в сперматогенезе нерасхождение аутосом также может быть.

Нерасхождение хромосом может происходить и на ранних стадиях дробления оплодотворенной яйцеклетки. В этом случае в организме присутствует клон мутантных клеток, который может захватывать большую или меньшую часть органов и тканей и иногда давать клинические проявления, сходные с теми, которые наблюдают при обычной трисомии. (Напомним, что существование в организме двух и более генетически разных типов клеток называется мозаицизмом.)

Причины нерасхождения хромосом остаются неясными. Известный факт связи между нерасхождением хромосом (особенно хромосомы 21) и возрастом матери до сих пор не имеет однозначной интерпретации. Некоторые исследователи полагают, что это может быть связано со значительным промежутком времени между конъюгацией хромосом и образованием хиазм, которые происходят у плода женского пола, т.е. достаточно рано и с расхождением хромосом в диакинезе, наблюдающемся у женщин в детородном возрасте.

Следствием старения ооцитов могут быть нарушение образования веретена и другие нарушения механизмов завершения мейоза I. Рассматривается также версия об отсутствии образования хиазм в мейозе I у плодов женского пола, которые необходимы для последующего нормального расхождения хромосом.

— Читать далее «Моносомии. Что такое моносомия? Анэуплоидия по половым хромосомам.»

Кроссинговер

Рекомбинация заключается в разрыве и «переклеивании» родительских хромосом

Кроссинго́вер (от англ. crossing over — пересечение) — процесс обмена участками гомологичных хромосом во время конъюгации в профазе первого деления мейоза, которое происходит, например, при образовании гамет или спор. Помимо мейотического, описан также митотический кроссинговер.

Чем ближе друг к другу находятся гены, тем реже между ними происходит кроссинговер, поэтому на основе частот кроссинговера можно судить о взаимном расположении генов и расстоянии между ними, то есть картировать гены. Кроссинговер был описан в 1911 году американским генетиком Томасом Хантом Морганом и его студентом и сотрудником Альфредом Стёртевантом у плодовой мушки Drosophila melanogaster. В 1913 году Стёртевант начал составление генетических карт на основании частот кроссинговера. В 1933 году Морган стал лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности».

История открытия

Кроссинговер. Иллюстрация Т. Х. Моргана (1916)

Первыми кроссинговер обнаружили Томас Х. Морган и его студент Альфред Х. Стёртевант у плодовой мушки Drosophila melanogaster в 1911 году при анализе многочисленных мутаций, локализованных в X-хромосоме. Морган анализировал результаты двух скрещиваний: в одном самок с жёлтым телом и белыми глазами скрещивали с самцами дикого типа (серое тело, красные глаза), а в другом скрещивали самок с белыми глазами и маленькими крыльями и самцами дикого типа. В первом скрещивании в первом поколении (F1) все самки были дикого типа, а у самцов проявились оба мутантных признака; во втором поколении (F2) подавляющее большинство мух имело фенотипы родителей (дикого типа или жёлтое тело и белые глаза), но у менее чем 1 % мух имелось либо жёлтое тело с красными глазами, либо серое тело с белыми глазами. Во втором скрещивании в F2 также появлялись мухи с рекомбинантными фенотипами, причём их доля составила 34,5 %.

К моменту проведения вышеописанных экспериментов уже были описаны хиазмы при синапсисе гомологичных хромосом в мейозе у земноводных (их описал Ф. А. Янссенс в 1909 году). Морган предположил, что именно хиазмы были теми точками, в которых хромосомы обменивались своими участками, и для описания этого процесса ввёл термин «кроссинговер». Разность в доле рекомбинантных фенотипов, полученных в первом и втором экспериментах, он объяснил различным расстоянием между генами: частота формирования хиазм между близко расположенными генами меньше, чем между более удалёнными.

Цитологические основы

Схема кроссинговера. Буквами A (a) и B (b) обозначены два гена, у которых происходит кроссинговер, регистр букв соответствует доминантным и рецессивным аллелям

В 1909 году Ф. А. Янссенс описал образование хиазм — характерных структур, которые формируют гомологичные хромосомы при кроссинговере — при мейозе у земноводных. Янссенс также высказал предположение, что хиазмы могут свидетельствовать об обмене хромосом генетическим материалом. Доказательства того, что образование хиазм сопровождается обменом участками гомологичных хромосом, были получены в 1931 году для кукурузы и для дрозофилы.

Исследованиями на кукурузе занимались Харриет Крейтон и Барбара Мак-Клинток. Они изучали особую форму кукурузы, дигетерозиготную по двум генам: c и wx, которые определяют окраску эндосперма. Гены c и wx локализованы на одной хромосоме, причём у исследуемой формы кукурузы одна из двух гомологичных хромосом, содержащих эти гены, на одном конце несла протяжённый участок гетерохроматина, а на другом — транслоцированный участок другой хромосомы. Вторая гомологичная хромосома указанных цитогенетических особенностей не имела. Исследования рекомбинантного потомства, полученного при скрещивании описанной формы кукурузы с растениями, рецессивными по генам c и wx, показали, что у рекомбинантных растений происходило перемещение гетерохроматинового блока или транслоцированного участка на вторую гомологичную хромосому, то есть хромосомы действительно физически обменивались своими участками.

Исследования на дрозофиле по той же схеме проводил Курт Штерн. Он получил линию самок дрозофилы, дигетерозиготных по генам cr и B, которые локализованы на X-хромосоме и определяют окраску и форму глаз соответственно. У этих самок X-хромосомы были гетероморфные: одна из них была Г-образная, так как содержала небольшой фрагмент Y-хромосомы, а другая была сильно укорочена из-за транслокации её участка (не содержащего центромеру) на четвёртую хромосому. Описанных самок скрестили с самцами, рецессивными по генам cr и B и имеющими нормальные X- и Y-хромосомы. Рекомбинантное потомство (только самок, так как Y-хромосому самцов можно было спутать с Г-образной X-хромосомой) исследовали цитологически и установили, что их X-хромосомы претерпели структурные изменения, что свидетельствует о факте переноса фрагментов между X-хромосомами, то есть кроссинговере.

Когда физическая природа кроссинговера была окончательно установлена, возник вопрос, на какой стадии клеточного цикла он происходит. Теоретически кроссинговер может происходить до репликации хромосом (на стадии двух нитей), так и после неё (на стадии четырёх нитей). Для ответа на этот вопрос был использован тетрадный анализ с использованием сумчатого гриба — хлебной плесени Neurospora crassa. Образование гаплоидных спор у этого организма происходит внутри особых структур — сумок (асков) и включает два деления: мейоз и последующий митоз, поэтому зрелый аск содержит восемь гаплоидных спор. Ось веретена деления при мейозе совпадает с продольной осью аска, поэтому в аске в один ряд располагаются четыре пары гаплоидных спор, и генотип каждой пары спор идентичен. При исследовании порядка расположения и генотипа спор в аске было показано, что кроссинговер происходит после удвоения хромосом, то есть когда каждая из них состоит из четырёх хроматид. Если бы кроссинговер происходил до репликации хромосом, то в аске гриба, дигетерозиготного по генам A и B (то есть имеющего генотип AaBb) содержалось бы 4 споры с генотипом Ab и 4 споры с генотипом aB. В действительности в асках грибов с указанным генотипом выявляются споры четырёх генотипов, порядок расположения которых в аске зависит от того, между какими несестринскими хроматидами произошёл кроссинговер. Тот факт, что кроссинговер происходит на стадии четырёх хроматид, удалось продемонстрировать и на дрозофиле. Это сделали в 1925 году Кэлвин Бриджес и И. Андерсон.

В настоящее время известно, что кроссинговер происходит в профазе первого деления мейоза, которую подразделяют на несколько стадий. Первая стадия, лептотена, знаменуется конденсацией удвоенных хромосом, благодаря которой они становятся видимыми. Спаривание участков гомологичных хромосом начинается в следующей стадии, зиготене, а на следующей стадии, пахитене, гомологичные хромосомы становятся спаренными по всей своей длине. Такие структуры, состоящие из двух соединённых гомологичных хромосом, называют бивалентами, а сам процесс спаривания гомологов также называют синапсисом. Гомологичные хромосомы удерживаются вместе сложным белковым комплексом, который называется синаптонемным комплексом. На следующей стадии, в диплотене, хромосомы разделяются, но продолжают удерживаться в местах хиазм, где происходит кроссинговер. Последняя стадия профазы первого деления мейоза, диакинез, сопровождается ещё большей конденсацией хромосом, при которой становятся различимыми все четыре хроматиды, но хиазмы остаются.

Молекулярный механизм

Основная статья: Гомологичная рекомбинацияМодель гомологичной рекомбинации при мейозе

Чаще всего кроссинговер начинается, когда белок Spo11 делает целевые двойные разрезы в цепи ДНК строго определённым образом, преимущественно в промоторах и GC-обогащённых областях. Обычно эти области находятся в так называемых горячих точках рекомбинации — участках, состоящих из приблизительно 1000—2000 пар оснований и имеющих высокую частоту рекомбинации. Отсутствие горячих точек рядом с двумя генами в одной и той же хромосоме часто означает, что эти гены будут унаследованы будущими поколениями в равной пропорции. В основе кроссинговера лежит гомологичная рекомбинация, которая также играет важную роль в репарации двуцепочечных разрывов.

Известно два основных механизма гомологичной рекомбинации: путь репарации двуцепочечных разрывов (DSBR-путь), также известный как модель двойной структуры Холлидея, и путь синтезозависимого отжига цепи (SDSA-путь). Кроссинговер происходит в ходе DSBR-пути. Оба начинаются одинаковым образом. Когда двуцепочечный разрыв в цепи обнаружен, белковый комплекс MRX (у человека MRN) встает по обе стороны от разрыва, после чего следует отрезание 5′-концов, проходящее в два отдельных этапа. Первый этап заключается в том, что MRX в паре с белком Sae2 вырезают 5′-концы цепи около разрыва, тем самым оставляя выступающие 3′-концы. Второй этап 5′ → 3′-отрезания продолжает геликаза Sgs1 и нуклеазы Exo1 и Dna2. Sgs1 «расстёгивает» двойную спираль, а Exo1 и Dna2 создают разрывы в одноцепочечной ДНК, высвобожденной Sgs1.

Репликативный белок А (RPA), имеющий высокое сродство к одноцепочечной ДНК, связывает выступающие 3′-концы и с помощью ряда других белков, которые опосредуют процесс, например Rad51 (и Dmc1 в мейозе), формирует комплекс с одноцепочечной ДНК, покрывая её. Затем нуклеопротеидная нить ищет похожую или идентичную цепь ДНК и внедряется в неё, когда находит. В клетках, делящихся путём митоза, «жертвой» внедрения (реципиентным ДНК-дуплексом) обычно является сестринская хроматида, идентичная повреждённой ДНК, которая чаще всего используется в качестве матрицы для репарации. В мейозе, однако, реципиентным ДНК-дуплексом служит гомологичная хромосома, которая очень похожа на повреждённую хромосому, но не обязательно идентична ей.

В ходе вторжения цепи между торчащим 3′-концом внедряющейся цепи и гомологичной хромосомой образуется D-петля. После этого ДНК-полимераза продлевает 3′-концы. Получившаяся перекрёстная структура называется структурой Холлидея. Вслед за этим на внедрённой цепи (то есть на одном из выступающих 3′-концов) происходит синтез ДНК, эффективно восстанавливая её комплементарно гомологичной хромосоме в том месте, откуда была вытеснена D-петля.

DSBR-путь уникален тем, что на втором выступающем 3′-конце (который не участвовал во внедрении) также образуется структура Холлидея с цепью гомологичной хромосомы. Далее двойная структура Холлидея становится продуктом рекомбинации под действием никирующих эндонуклеаз — рестриктаз, вносящих разрыв только в одну цепь ДНК. Приведёт DSBR к кроссинговеру или нет, определяется тем, как будет разрезана, или «разрешена», структура Холлидея. Кроссинговер может произойти, если одна структура Холлидея будет разрезана по пересекающимся нитям, а другая нет. Продукт, не подвергшийся кроссинговеру, получится лишь в том случае, если обе структуры разрешены по пересекающимся нитям.

Митотический кроссинговер

Основная статья: Митотический кроссинговерСхема митотического кроссинговера

Хотя в подавляющем большинстве случаев кроссинговер приурочен к мейозу, описан и митотический кроссинговер, который может проходить в соматических клетках при митотических делениях как у организмов, обладающих полом, так и бесполых организмов (например, некоторых одноклеточных грибов, у которых не известен половой процесс). В случае бесполых организмов митотическая рекомбинация является единственным ключом к пониманию сцепления генов, так как у таких организмов это единственный способ генетической рекомбинации. Кроме того, митотическая рекомбинация может привести к мозаичной экспрессии рецессивных аллелей у гетерозиготной особи. Такая экспрессия имеет важное значение в онкогенезе, она также позволяет изучать летальные рецессивные мутации.

Кроссинговер и картирование генов

Ученик Моргана Альфред Стёртевант первым предположил использовать сведения о частоте кроссинговера между определёнными локусами для определения расстояния между ними на хромосоме и взаимного порядка расположения, то есть для картирования генов. В 1913 году он скрещивал мух, гомозиготных по локализованным на X-хромосоме мутациям yellow (жёлтое тело), white (белые глаза) и miniature (маленькие, недоразвитые крылья). Частота рекомбинации между локусами white и miniature, а также yellow и miniature была примерно одинаковой (34,5 % и 35,4 % соответственно), а вот между генами yellow и white рекомбинация происходила с частотой всего лишь 0,5 %. Стёртевант предположил, что, чем физически ближе локусы расположены на хромосоме, тем реже они рекомбинируют, поэтому эти гены, вероятнее всего, на хромосоме находятся в порядке yellow — white — miniature. На основании частот рекомбинаций Стёртевант построил генетическую карту X-хромосомы дрозофилы, причём одна условная единица карты соответствует 1 % рекомбинации. Единицу генетической карты в честь Моргана назвали сантиморганом (сМ). Дальнейшие исследования показали, что кроссинговер характерен не только для X-хромосомы, но и для аутосом. Любопытно, что у дрозофилы, в отличие от большинства других животных, кроссинговер не происходит у самцов.

Двойной кроссинговер. Иллюстрация Т. Х. Моргана (1916)

Между несестринскими хроматидами нередко происходит более одного кроссинговера, например, широко распространён так называемый двойной кроссинговер. Существование множественного кроссинговера нарушает точную аддитивность частоты рекомбинации между генами: из трёх линейно расположенных генов частота рекомбинации между крайними генами в действительности несколько ниже суммы частот рекомбинаций между первым и вторым геном и между вторым и третьим. С увеличением расстояния между двумя генами хромосомная карта становится менее точной, потому что бесчисленные случаи кроссинговера между локусами, разделяющими эти гены, остаются неучтёнными. Из-за множественного кроссинговера частота рекомбинаций недооценивается, а определённое экспериментально межгенное расстояние меньше реального.

Однако кроссинговер между двумя генами в ряде случаев затрудняет обмен между соседними участками. Это явление получило название интерференции, а для оценки её выраженности используют так называемый коэффициент коинцидентности C, который равен отношению количества наблюдаемых двойных кроссинговеров к числу теоретически ожидаемых; величину интерференции характеризуют величиной I, равной 1 — C. В случае отрицательной интерференции, когда I > 0, частота двойных кроссинговеров больше ожидаемой; такое явление описано, в частности, у кукурузы. Однако гораздо шире распространена положительная интерференция, при которой I < 0 и кроссинговер между двумя локусами подавляет кроссинговер между соседними участками. Как правило, чем ближе расположены гены, тем больше положительная интерференция.

На основании анализа частот рекомбинаций удалось составить генетические карты некоторых организмов, однако в ряде случаев, например, в случае человека, такая процедура сильно затруднена. С развитием методов секвенирования ДНК стало возможно картирование генов человека, причём для этого используются так называемые ДНК-маркеры — короткие фрагменты ДНК с известной последовательностью и локализацией на хромосомах, которые являются удобными ориентирами для построения хромосомных карт. Одними из первых ДНК-маркеров были полиморфизмы длин рестрикционных фрагментов и микросателлиты, позднее в роли маркеров стали использовать однонуклеотидные полиморфизмы.

Факторы, влияющие на кроссинговер

На частоту мейотического и митотического кроссинговера оказывают влияние некоторые факторы окружающей среды. Различные виды излучения (УФ-, рентгеновское и γ-излучение) в большинстве случаев увеличивают частоту кроссинговера, так как вызывают одно- и двуцепочечные разрывы в ДНК. Излучение может влиять на рекомбинацию лишь в некоторых участках хромосом; так, у дрозофилы под действием излучения в прицентромерных районах частота кроссинговера повышается, а в удалённых от центромер — понижается. Частоту кроссинговера увеличивают многие вещества, нарушающие структуру ДНК и препятствующие нормальной репликации, такие как нитрозосоединения, а также агенты, алкилирующие и дезаминирующие азотистые основания. На частоту рекомбинации также может оказывать влияние температура.

Частота кроссинговера связана с физиологическим состоянием организма. Чем старше самки дрозофил, тем реже у них происходит кроссинговер. Голодание личинок повышает частоту кроссинговера, а недостаток воды, наоборот, понижает. Существует и генетический контроль частоты кроссинговера. Например, как отмечалось выше, кроссинговер отсутствует у самцов дрозофил, а также у самок тутового шелкопряда. Вообще, как правило, у гетерогаметного пола кроссинговер происходит реже. На частоту кроссинговера влияют некоторые хромосомные перестройки и определённые мутации.

> Примечания

Литература

В Викисловаре есть статья «кроссинговер»

  • Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции. — СПб.: Издательство Н-Л, 2010. — 718 с. — ISBN 978-5-94869-105-3.
  • Клаг Уильям С., Каммингс Майкл Р., Спенсер Шарлотта А., Палладино Майкл А. Основы генетики. — М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. — 944 с. — ISBN 978-5-94836-416-2.
  • Кребс Дж., Голдштейн Э., Килпатрик С. Гены по Льюину. — М.: Лаборатория знаний, 2017. — 919 с. — ISBN 978-5-906828-24-8.
  • Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. Молекулярная биология клетки: в 3-х томах. — М. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2013. — Т. 1. — 808 с. — ISBN 978-5-4344-0112-8.

Словари и энциклопедии

Нормативный контроль

LCCN: sh85034296

Эта статья входит в число хороших статей русскоязычного раздела Википедии.

Гомологичные хромосомы

Гомологи́чные хромосо́мы — парные хромосомы, одна от отца, одна от матери. Их гены в соответствующих (идентичных) локусах представляют собой аллельные гены — аллели, то есть кодируют одни и те же белки или РНК. При двуполом размножении одна гомологичная хромосома наследуется организмом от матери, а другая — от отца.

У диплоидных (2n) организмов геном представлен парами гомологичных хромосом. При мейозе гомологичные хромосомы обмениваются своими участками. Это явление лежит в основе рекомбинации генетического материала и носит название кроссинговер.

Гомологичные хромосомы не идентичны друг другу. Они имеют один и тот же набор генов, однако они могут быть представлены как различными (у гетерозигот), так и одинаковыми (у гомозигот) аллелями, то есть формами одного и того же гена, ответственными за проявление различных вариантов одного и того же признака. Кроме того, в результате некоторых мутаций (дупликаций, инверсий, делеций и транслокаций) могут возникать гомологичные хромосомы, различающиеся наборами или расположением генов.

Гомологичная хромосома

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *