Генетична сегрегація: що це таке, характеристики та приклади

Що стосується концепції потомства, живі істоти застосовують два типи основних життєвих стратегій: безстатеве та статеве розмноження.

При нестатевому розмноженні клітина або група клітин батьківського організму породжує іншу функціональну особину, генетично рівну її батькові чи матері. Це досягається за допомогою дворозділу, бутонізації, поліембріонії, партеногенезу та інших складних процесів.

З іншого боку, у статевому розмноженні в межах виду є особини двох статей: самці та самки. Обидві продукують гамети з половиною генетичної інформації решти клітин (вони гаплоїдні) і, зібравши їх, вони дають початок зиготі, яка відновлює своє нормальне хромосомне число (диплоїдія). Цей процес набагато дорожчий за попередній, але він має ряд переваг, що пояснюють еволюцію самі по собі.

При нестатевому розмноженні всі нащадки рівні батьківському організму. З іншого боку, у статевих стосунках кожна дитина має різний генетичний склад, оскільки половина її хромосом є материнською, а інша половина - батьківською. Через кросинговер, хромосомні перестановки та інші процеси, що відбуваються під час мейозу, жоден син не такий, як його брат (якщо вони не близнюки). Далі ми розповімо вам, до чого це пов’язано

генетична сегрегація з усіма цими умовами.

• Пов’язана стаття: "Переклад ДНК: що це і які його фази"

Що таке генетична сегрегація?

Якщо ви колись у своєму житті цікавились генетикою, це вам точно здається знайомим Грегор Мендель. Цей монах молитов, католик і натураліст, сформулював завдяки своїм експериментам з горохом (Pisum sativum) більш ніж добре відомі закони Менделя, опубліковані між 1865 і 1866 роками. На жаль, ці документи почали набувати популярності в науковій культурі лише в 1900 році, коли Мендель уже помер.

Зі свого боку, термін "генетична сегрегація" відноситься до розподілу генів від батьків до дітей під час мейозу, тобто, чому геном, що виникає у нащадків після об’єднання різних батьків. Для прикладу механізмів сегрегації генів буде дуже корисно коротко переглянути три закони Менделя, тому ми спеціально згадали його фігуру.

Оскільки ми збираємось поринути у світ Менделя, ми повинні закласти деякі основи. Перш за все, слід зазначити, що ми збираємось зосередитись на диплоїдних істотах, тобто на тваринах і рослинах, які містять у своєму ядрі два набори гомологічних хромосом кожного типу (2n). Якщо у людини в кожній клітині 46 хромосом, 23 походять від матері, а 23 - від батька.

В межах кожної хромосоми є ряд впорядкованих послідовностей ДНК, які мають інформацію, необхідну для синтезу білків або РНК: гени. З іншого боку, кожен ген може мати різні «форми», які залежать від послідовності нуклеотидів, які називаються алелями. Оскільки в наших ядрах клітин є дві хромосоми кожного типу, ми стверджуємо, що у нас також є два алелі для кожного гена.

Специфічний алель, згідно типової менделівської генетики, може бути домінантним (А) або рецесивним (а). Домінантні алелі - це ті, які експресуються незалежно від свого партнера (AA або Aa), тоді як рецесивні алелі вимагають, щоб обидва алелі були однаковими для одного і того ж гена (aa). Для даного гена особина може бути гомозиготною домінантною (АА), гомозиготною рецесивною (аа) або гетерозиготною (Аа). В останньому випадку домінантна риса (А) виражається, а інша маскується (а).

Маючи на увазі ці ідеї, ми можемо лише пояснити це генотип - це сукупність генетичної інформації у вигляді ДНК, яку несе конкретна жива істота, тоді як фенотип - це частина цього геному, що виражається на видимому рівні.

На цьому етапі слід підкреслити, що фенотип є продуктом навколишнього середовища та генів, тому геном не завжди повністю пояснює зовнішні риси. А тепер давайте розглянемо закони Менделя.

Фенотип: генотип + середовище

1. Принцип однорідності (1-е покоління)

Давайте візьмемо вигаданий приклад, який дещо відхиляється від типового менделівського насіння гороху. Уявіть з нами на мить, що вид птахів має у своєму геномі ген COL1, який кодує забарвлення пір’я.

У свою чергу, цей ген має два варіанти: COL1A та COL1a. Перший алель (А) є домінантним і проявляється на рівні фенотипу з червоним відтінком, тоді як другий (а) є рецесивним і проявляється жовтим кольором.

Відповідно до принципу однорідності, якщо двоє батьків-гомозиготів зійдуться разом (один має два алелі АА, а інший два алелі аа), всі діти будуть гетерозиготними для цього без винятку гена. Таким чином, один з батьків буде червоним (AA), інший - жовтим (aa), а також все потомство буде червоним (Aa), оскільки червона риса накладається на жовту.

• Вас можуть зацікавити: "Хромосоми: що це, характеристики та як вони працюють"

2. Принцип сегрегації (друге покоління)

Подивимось тепер, що станеться, якщо це червоне покоління (Аа) буде відтворено серед нього. Спочатку ми застосовуємо формулу, а потім пояснюємо результат:

Aa x Aa = ¼ AA, ¼ Aa, ¼ Aa, ¼ aa

Виходячи з цих значень, якщо два гетерозиготи схрещуються для даного гена, 1 з 4 цуценят буде гомозиготним домінантним, 2 з 4 буде гетерозиготним і 1 з 4 буде гомозиготним рецесивним.

Якщо ми повернемося до нашого прикладу, то побачимо, що троє з чотирьох червоних дітей виходять з двох спарених червоних батьків також (Аа та АА), але один з них відновлює жовтий фенотип (аа), який маскувався у поколінні Попередній.

Таким чином, частота червоних ознак розподіляється серед популяції у співвідношенні 3: 1. З цього самого базового статистичного висновку показано, що батьківські алелі виділяються під час вироблення гамет шляхом поділу мейотичних клітин.

3. Незалежний принцип передачі (3-е покоління)

Щоб побачити, як розподіляються алелі, якщо ми зв’яжемо між ними представників третього покоління, нам знадобиться таблиця із загальною кількістю 16 пробілів, оскільки кожен варіант (AA, Aa, Aa та aa) можна відтворити з будь-яким іншим (4х4: 16).

Ми не будемо зосереджуватись на цих результатах, оскільки з попереднього прикладу нам стало ясно, що домінуючою червоною рисою є та, яка буде переважати в кольорі пір’я наших птахів.

У будь-якому випадку, ми зацікавлені в тому, щоб врятувати ідею принципу незалежної передачі: різні ознаки, кодовані різними генами, успадковуються незалежноІншими словами, схема успадкування ознаки «кольору пір’я», яку ми показали вам, не повинна впливати на характер «розміру дзьоба». Це стосується лише генів, які знаходяться в різних хромосомах або на значній відстані в межах однієї хромосоми.

Обмеження постуляцій генетичної сегрегації

Хоча ці закони заклали основи того, що ми зараз знаємо як генетичне успадкування (а отже, і генетика молекулярні та всі аспекти дисципліни), слід визнати, що вони трохи не проходять після отримання певних знання.

Наприклад, ці застосування не беруть до уваги вплив середовища на фенотип (зовнішній вигляд зразка) та генотип (його геном). Якщо під дією сонячних променів пір’я наших птахів вицвітає (щось без жодного лише для прикладу), можливо, фенотип червоних птахів стане помаранчевим, а не Червоний. Незважаючи на те, що це зразки з алелями AA або Aa для гена COL1, навколишнє середовище змінює зовнішнє та видиме.

Можливо також, що колір пір’я кодується взаємодією між кількома генами, такими як COL1, COL2, COL3 та COL4. Крім того, уявіть, що один з них має більший перевага над іншими і є більш визначальним для остаточного фенотипу. Тут вступають у дію 8 різних алелів і дуже складні генетичні проблеми, які неможливо пояснити лише законами Менделя, тому настав би час увійти в області кількісної генетики.

Як остаточне роз’яснення, ми хочемо пояснити, що всі наведені тут приклади є фіктивними, оскільки ми не маємо знання про те, чи насправді існує ген COL1, який кодує ту чи іншу тональність у видів птахів у природи. У своєму геномі у людини є близько 25 000 генівТож уявіть, що потрібно стверджувати чи заперечувати існування фенотипів та генотипів у багатьох інших диких видів, які навіть не були секвенувані.

Ми хочемо чітко пояснити, що з цими законами генетичної сегрегації, які ми показали вам на прикладах, це пояснюється поділ алелів під час утворення гамет шляхом поділу мейотичних клітин у подіях репродуктивний. Хоча багато рис не регулюються цими механізмами, вони завжди є хорошою відправною точкою для початку вивчення генів як на освітньому, так і на професійному рівні.