36. Отбор в популяциях и чистых линиях. Опыты Иоганнсена

Понятие о популяции и чистых линиях. Эффективность отбора в чистых линиях и популяциях. Популяция – это группа организмов одного вида, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющая определённый ареал обитания и изолированная от других групп организмов данного вида. В популяции возможны любые спаривания входящих в её состав особей. Организмы каждой популяции отличаются друг от друга генотипом. Сумма всех генотипов популяции составляет её генофонд. Популяции являются частью вида. Они встречаются как среди диких, так и культурных растений и домашних животных. В качестве популяции можно рассматривать любую породу животных или стадо той же породы, если животных разводят «в себе» без завоза из других зон и хозяйств. В противоположность популяции, чистая линия представляет собой потомство одного самоопыляющегося растения. От популяции чистая линия отличается высокой степенью гомозиготности. Она состоит из сходных по генотипу организмов. У животных нет чистых линий, так как высокая гомозиготность и однородность генотипов может быть достигнута только самоопылением, а наиболее близкое родственное спаривание – братьев и сестёр – хотя и повышает гомозиготность, но приводит к резкому снижению жизнеспособности и продуктивности потомства.   Классическую работу по изучению структуры популяции выполнил В. Иогансен. Результаты своих исследований, проведенных на фасоли, он опубликовал в статье «О наследовании в популяциях и чистых линиях». Иогансен избрал объектом исследования популяций самоопылителей, которые можно было легко разложить на группы потомков отдельных самоопыляющихся растений, то есть получить чистые линии. Вначале им была определена масса большого числа семян фасоли исходной популяции и построен по этому признаку вариационный ряд. В дальнейшем автор проводил отбор среди растений с мелкими и крупными семенами. Отбор в пределах популяции оказался эффективным, то есть потомство от растений с крупными семенами имело этот признак выше среднего значения для популяции, а потомство, полученное от мелкосемянных форм - ниже. Когда же Иогансен начал работу с чистой линией, то он обнаружил, что в пределах чистой линии отбор не даёт результата. Потомство от крупносемянных и мелкосемянных растений по массе семян практически не различалось. Таким образом, как показали результаты исследований, отбор в популяциях эффективен, а в чистых линиях не даёт результата. Это связано с тем, что популяции состоят из организмов разных генотипов, а в пределах чистой линии все организмы имеют одинаковый генотип. Так как у животных нет чистых линий, то практически по любому признаку отбор среди них будет эффективен.

37. Патология по половым хромосомам

Численные нарушения в системе половых хромосом (моносомия и трисомия) не вызывают таких тяжелых последствий, как аутосомные аномалии . Ярко выраженные изменения фенотипа немногочисленны или вообще отсутствуют (например, у женщин с кариотипом 47,ХХХ). В предварительной диагностике болезней, обусловленных аномалиями половых хромосом, основное значение имеет анамнез: задержка полового развития, нарушение формирования вторичных половых признаков, бесплодие, самопроизвольные аборты. Экспресс-методы цитогенетического анализа (например, определение полового хроматина в соскобе со слизистой щек) не всегда дают надежные результаты. Поэтому при подозрении на аномалию половых хромосом требуется детальное цитогенетическое исследование большого числа клеток. Одна из основных задач такого исследования - исключение мозаицизма при дисгенезии гонад. Наличие у больного с мозаицизмом клона клеток, несущих Y-хромосому, свидетельствует о повышенном риске гонадобластомы . В тех случаях, когда вероятность аномалии половых хромосом высока, но в лимфоцитах аномалия не обнаружена, нужно исследовать клетки других тканей (обычно фибробласты кожи).

В отличие от аутосомной трисомии , трисомия по половым хромосомам относительно слабо влияет на фенотип. Во-первых, в соматических клетках активна лишь одна Х-хромосома (остальные почти полностью инактивированы ), во-вторых, псевдоаутосомный участок значительно короче любой из аутосом, и в-третьих, число генов на Y-хромосоме мало. Одинарной дозы Х-сцепленных генов (в отличие от аутосомных) достаточно для нормального функционирования. Женщины, вследствие инактивации Х-хромосомы, функционально гемизиготны по большинству Х-сцепленных генов ; мужчины, имея одну Х-хромосому, также гемизиготны по Х-сцепленным генам, за исключением генов, находящихся в псевдоаутосомном участке Х-хромосомы , и нескольких генов, расположенных в прицентромерном районе Y-хромосомы.

Таким образом, лишняя половая хромосома влияет на фенотип, но не настолько, чтобы привести к гибели плода.

Поскольку серьезные анатомические дефекты отсутствуют, кариотип 47,XXY и кариотип 47,XYY y мужчин и кариотип 47,XXX у женщин часто остаются нераспознанными.

Синдром Клайнфельтера  

Известны случаи мозаицизма 46,XY/47,XXY , при котором проявления синдрома Клайнфельтера смягчены. При наличии большего числа Х-хромосом в мужском кариотипе ( кариотип 48,XXXY или кариотип 49,XXXXY ) проявления заболевания, и в том числе умственная отсталость, резко выражены .

Кариотип 47,XYY вызывает менее четкую клиническую картину. Часто наблюдаются высокий рост, поведенческие расстройства и бесплодие , но иногда лишнюю Y-хромосому обнаруживают и у внешне здоровых мужчин.

Редкий кариотип 48,ХХYY вызывает бесплодие .

При женском кариотипе 47,XXX патологические проявления отсутствуют, либо выявляются умеренная умственная отсталость , поведенческие расстройства и нарушения менструального цикла .

Синдром Тернера

Потеря Y- или второй Х-хромосомы существенно нарушают развитие организма. Если это не приводит к самопроизвольному аборту , то у новорожденных (всегда - девочек) выявляют кожные складки на шее и отеки на руках и отеки на ногах как в сочетании с нарушением функции сердечно-сосудистой системы и почек , так и без них. С возрастом развиваются и другие проявления синдрома Тернера : низкорослость , дисгенезия внешних женских половых органов , дисгенезия внутренних женских половых органов , отсутствие половых клеток в гонадах ( тяжевидные гонады ), различные почечные аномалии , сердечно-сосудистые аномалии, скелетные аномалии и эктодермальные аномалии .Синдром Тернера может возникать и при других кариотипах.

Мозаицизм и аберрации второй половой хромосомы (Y или X) вызывают ряд нарушений, которые выявляют как по внешним признакам, так и с помощью цитогенетического анализа. Распространенные нарушения Х-хромосом и нарушения Y-хромосом - образование изохромосомы (делеция одного плеча и дупликация второго) и частичная или полная елеция одного плеча. При этом все клетки имеют 46 хромосом, но набор половых хромосом состоит из нормальной Х-хромосомы и аномальной Y- или Х-хромосомы; например, при кариотипе 46,ХХр- происходит делеция участка короткого плеча одной из Х-хромрсом. В других случаях наблюдается мозаицизм, например 45,Х/46,ХХ/46,ХХр- . Полная или частичная моносомия популяции клеток по Х-хромосоме может проявляться, как синдром Тернера . Однако, если клетки с Y-хромосомами сосуществуют с клетками кариотипа 45,X, например при 45,X/46,XY , то часто формируютсянаружные половые органы промежуточного типа , а морфология гонад варьирует от тяжевидных гонад до функционирующих яичек ( смешанная дисгенезия гонад ). При наличии клеток только с Y-хромосомой - 45,Y/46,XY - высока вероятность злокачественных новообразований половых желез . При сочетании клеток с кариотипом 46,XX и кариотипом 45,X функция яичников, включая способность к овуляции, в разной степени сохраняется.

Таким образом, при моносомии по Х-хромосоме и аберрациях Y- и Х- хромосом может быть выявлен практически любой половой фенотип - от мужского до женского, а синдром Тернера занимает промежуточное положение.

Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом.

Синдром Шерешевского — Тёрнера — отсутствие одной Х-хромосомы у женщин (45 ХО) вследствие нарушения расхождения половых хромосом; к признакам относится низкорослость, половой инфантилизм и бесплодие, различные соматические нарушения (микрогнатия, короткая шея и др.);

полисомия по Х-хромосоме — включает трисомию (кариотии 47, XXX), тетрасомию (48, ХХХХ), пентасомию (49, ХХХХХ), отмечается незначительное снижениеинтеллекта, повышенная вероятность развития психозов и шизофрении с неблагоприятным типом течения;

полисомия по Y-хромосоме — как и полисомия по X-хромосоме, включает трисомию (кариотии 47, XYY), тетрасомию (48, ХYYY), пентасомию (49, ХYYYY), клинические проявления также схожи с полисомией X-хромосомы;

Синдром Клайнфельтера — полисомия по X- и Y-хромосомам у мальчиков (47, XXY; 48, XXYY и др.), признаки: евнухоидный тип сложения, гинекомастия, слабый рост волос на лице, в подмышечных впадинах и на лобке, половой инфантилизм, бесплодие; умственное развитие отстает, однако иногда интеллект нормальный.

Болезни, причиной которых является полиплоидия.

триплоидии, тетраплоидии и т. д.; причина — нарушение процесса мейоза вследствие мутации, в результате чего дочерняя половая клетка получает вместо гаплоидного (23) диплоидный (46) набор хромосом, то есть 69 хромосом (у мужчин кариотип 69, XYY, у женщин — 69, XXX); почти всегда летальны до рождения.