Аллельные гены несут в себе важную генетическую информацию. Взаимодействие их предопределяет все этапы развития живого организма, а также проявление его характеризующих признаков.
Аллелизм — это бесконечный процесс реализации свойств доминантных и рецессивных генов, унаследованных следующим поколением от родительских особей. Аллельные гены присутствуют в организмах людей, животных, рыб, насекомых, растений и грибов.
Что такое аллельные гены?
Аллели (в переводе с греческого заменяющие друг друга) — это различные формы проявления одного и того же гена, которые располагаются в идентичных участках гомологичных хромосом (локусах). Основным предназначением аллельных генов является предопределение критериев проявления конкретного признака, который свойственен для особей того или иного вида.
В живом организме диплоидного типа может одновременно содержаться 2 аллеля одного и того же гена, которые несут в себе одинаковую информацию без признаков разнообразия. В таком случае особь считается гомозиготной. Наличие в 1 гене сразу 2 аллелей с разной наследственной информацией, которые постоянно взаимодействуют между собой, свойственно для гетерозиготных организмов.
Соматические клетки диплоидного типа, которые не имеют признаков мутагенных изменений, содержат в своем составе 2 аллеля одного и того же гена, что полностью соответствует количественному показателю гомологичных хромосом. Гаплоидные гаметы включают в себя лишь 1 аллель каждого гена с наследственной информацией.
У гетерозиготных и гомозиготных организмов существуют радикальные отличия в характере взаимодействия аллельных генов. Каждый аллельный ген имеет свои уникальные свойства, реализация которых зависит от типа аллелей, закодированных в его белковой структуре.
При этом все они подчиняются 1-му закону Менделя, который гласит о единообразии всех гибридов, находящихся в первом поколении своего развития.
Типы аллелей
Взаимодействие аллельных генов — это постоянный процесс реализации наследственной информации, которая была получена живым организмом от родительских особей. В настоящее время выделены доминантные и рецессивные типы аллелей, реализация свойств которых предопределяет дальнейшее развитие конкретного вида.
Доминантные аллели
Доминантные аллели — это одна из форм взаимодействия между аллелями, заключенными в структуре одного и того же гена. Генетическая информация, содержащаяся в аллелях доминантного типа, подавляет свойства рецессивных генов. В связи с этим происходит наследование тех характерных признаков живого организма или целого вида, которые заложены исключительно в аллелях данного вида.
Превосходство доминантного аллеля реализуется за счет его способности к белковому кодированию генетической информации. В тот же момент рецессивные аллели не обладают подобными свойствами. Доминирующая аллель предопределяет фенотип живого организма или растения, но может не оказывать влияния на формирование других характерных признаков.
В зависимости от структуры гена при развитии того или иного организма может наблюдаться полное или неполное доминирование преобладающей аллели. В последнем случае возможно проявление рецессивных признаков, которые чаще всего реализуются в третьем поколении потомства.
При этом у всех последующих особей продолжат преобладать доминантные аллели, наличие которых необходимо для сохранения качественных характеристик одного и того же вида живых организмов.
Нарушение функций доминантного аллеля приводит к повреждению генетической информации, рождению особей с тяжелыми заболеваниями, которые в большинстве случаев являются не совместимыми с жизнью. Доминантные аллели всегда обозначаются большими латинскими буквами.
Рецессивные аллели
Рецессивные аллели — это одна из форм состояния гена, в результате которой происходит передача генетической информации, несвойственной для характеризующих признаков особи конкретного вида. Например, рождение гладкошерстного котенка у кота и кошки, критерием породы которых является густая и длинная шерсть.
Подобная ситуация может возникнуть в том случае, если рожденный организм является гомозиготным. В его генах, отвечающих за передачу наследственной информации о фенотипе, содержатся только рецессивные аллели без признаков доминирования.
В условиях проведения селекционной работы рождение особей с рецессивными признаками считается отклонением от нормы, а также проявлением мутагенности. В научном мире обозначение рецессивных аллелей осуществляется маленькими латинскими буквами.
Сочетание между группами крови
Взаимодействие аллельных генов — это непрекращающийся процесс реализации наследственной информации. У человека и животных группы крови наследуются по принципу применения множественных аллелей.
Для того, чтобы произошло наследование определенной группы крови, задействуются сразу 3 аллельных линии одного и того же генетического локуса. Гены, отвечающие за сочетание различных групп крови, обозначают маркировкой IA, IB, IO.
В зависимости от сочетания различной наследственной информации, которая содержится половых клетках родительских особей, возможно образование следующих групп крови:
- 1 группа крови — генотип IO и IO;
- 2 группа крови — генотипы IA и IA, либо же сочетание IA с IO;
- 3 группа крови — взаимодействие генотипов IB и IB или сочетание IB с IO;
- 4 группа крови — сочетание генотипа IA с IB.
Кроме того, сочетание аллельных генов у людей с разными группами крови во много зависит от ее резус-фактора. Передача генетической информации с наследованием резус-положительности предопределяется реализацией свойств доминирующего аутосомного гена, который обозначается большой латинской буквой D.
Рождение ребенка с отрицательным резус-фактором крови возможно только в том случае, если были задействованы рецессивные аллели d. При этом должно полностью отсутствовать влияние доминирующего фактора. В связи с этим на планете Земля проживает не более 10-12% жителей, кровь которых характеризуется отрицательным резус-фактором.
Схема взаимодействия аллельных генов, примеры
https://www.youtube.com/watch?v=FHkFuzgLBm0
Взаимодействие аллельных генов — это один из этапов реализации наследственной информации, которая передается следующим поколениям от родительских организмов. 
В зависимости от структуры гена и информации, которая закодирована в его белках, выделяют несколько основных типов проявления генетической активности доминантных и рецессивных аллелей.
Полное доминирование
Даже в условиях полного доминирования аллели, находящиеся внутри одной клетки, продолжают активное взаимодействие. Данный процесс протекает на протяжении всей стадии физического развития человека, животного, растения или насекомого.
Отличительной особенностью полного доминирования является то, что во время проявления доминантного гена происходит тотальное подавление рецессивных аллелей.
Эта схема генетического взаимодействия характерна только для гетерозиготных организмов, но на определенном этапе их развития возможно появление рецессивных признаков, реализация которых носит краткосрочный характер. В течение короткого промежутка времени происходит восстановление принципа доминантности.
Ярким примером схемы взаимодействия аллельных генов с признаками полного доминирования является вегетативный период гороха. После того, как у данного растения завершается стадия цветения, начинается процесс формирования плодов в виде семян. В этот период проявляются рецессивные аллели, которые придают горошинам насыщенный зеленый цвет.
В течение 10-15 дней в генетической структуре семян гороха происходит подавление рецессивных свойств с восстановлением доминантных генов, которые окрашивают горошины в светло-желтый цветовой оттенок.
Исключением являются лишь случаи множественного аллелизма, но подобная генетическая схема характерна для организмов, генотип которых был сформирован путем лабораторной гибридизации материнских клеток.
Для полного доминирования свойственны следующие основные признаки:
- короткий период реализации рецессивных аллелей, которые проявляются только на определенном этапе развития организма;
- характеризующие признаки животного, растения, насекомого, грибкового микроорганизма, полностью соответствуют его видовому признаку;
- отсутствует сохранение влияния рецессивных генов в течение длительного периода времени.
Для полного доминирования отдельных аллельных генов характерно преобладание кареглазых над голубоглазыми особями, черного окраса волос или шерстяного покрова над более светлыми тонами.
Доминантные гены, отвечающие за развитие плода растения с круглой формой, всегда будет доминировать над аллельными генами, которые формируют ткани другой геометрической структуры. Эффект полного доминирования отдельных генов свойственен для большинства живых организмов и растений земного шара.
Неполное доминирование
Существует менее распространенный тип схемы взаимодействия аллельных генов в виде неполного доминирования. В этом случае доминантные аллели обладают способностью к частичному подавлению рецессивных генов. При наличии данной схемы может возникнуть частичное смешивание свойств, типичных для доминантного и рецессивного гена.
Результатом неполного доминирования аллелей является изменение процесса физиологического развития организма, а также сохранение конечного результата сложившейся схемы генетического взаимодействия. В таблице ниже представлен наглядный пример частичной реализации рецессивных свойств отдельного организма в условиях неполного доминирования аллелей.
| Название растения | Стандартный генотип АА с полным доминирование аллелей | Взаимодействие генов в условиях неполного доминирования |
| Ночная красавка | Большинство растений ночная красавка развивается по схеме генетического взаимодействия, когда за счет влияния доминантных генов происходит окрашивание лепестков ее соцветий в насыщенный красный цвет. Наличие подобных классифицирующих признаков характерно для растений с генотипом АА, который является стандартным показателем нормы. | В условиях неполного доминирования происходит реализация рецессивных свойств отдельных генов. В таком случае формируется схема генетического взаимодействия, которая отображается маркировкой Аа. При неполном доминировании лепестки ночной красавки будут иметь не насыщенный красный цвет, а розовый с признаками более светлого или темного оттенка. В данном случае присутствуют признаки доминантности, но без тотального подавления рецессивных свойств. |
Неполное доминирование довольно часто встречается у живых организмов и растений, которые являются гибридом 2-3 поколения, когда происходит постепенное восстановление их изначальной генетической структуры. Также не исключается изменение схемы взаимодействия рецессивных и доминантных аллелей под влиянием определенных условий окружающей среды.
Кодоминирование
Кодоминирование — это уникальный тип генетического взаимодействия между аллелями, когда в конкретном организме одновременно присутствуют доминантные и рецессивные аллели, каждый из которых не оказывает подавляющего воздействия в отношении друг друга.
Подобная схема реализации свойств наследственной информации встречается намного реже, чем полное или частичное доминирование. В данном случае рецессивный и доминантный ген проявляют себя пропорционально, оказывая непосредственно влияние на все этапы развития организма человека, животного, насекомого, растения.
Согласно данным лабораторных исследований, в условиях кодоминирования полностью отсутствуют признаки доминантно-рецессивных взаимоотношений между существующими аллелями.
При множественном аллелизме может возникать ситуация, когда одни аллели взаимодействуют в порядке тотального доминирования, а другие реализуют свои свойства исключительно в рамках кодоминирования. Ярким примером подобной генетической схемы является образование группы крови.
Если аллель с маркировкой О относится к категории рецессивных генов, то он всегда будет подавляться более доминантными генами А и В. Организм генотипа ОО унаследует 1-ю группу крови с положительным резус-фактором, так как он также реализуется доминирующими аллелями.
Еще одним примером кодоминирования является образование 4-й группы крови, которая создается путем взаимодействия аллелей А и В, каждый из которых отвечает за наличие собственного антигена.
Множественный аллелизм
Множественный аллелизм характеризуется тем, что в белковой структуре одного и того же гена содержится более 2 аллелей. При этом большое количество аллельных генов располагаются в аналогичных сегментах хромосом.
Основной причиной развития множественного аллелизма являются различного рода генетические мутации, которые происходили на протяжении всего периода эволюции, а также в процессе естественного отбора. Данную схему взаимодействия доминантных и рецессивных аллелей также связывают со способностью живого организма приспосабливаться под влиянием тех или иных факторов окружающей среды.
Подтверждением данной теории является эволюционное изменение качественных характеристик отдельных органов и систем организма человека и животных. В научном мире схема взаимодействия генов при множественном аллелизме обозначается маркировкой А1, А2, А3 и т.д. в зависимости от количества задействованных аллелей.
Например, всем известное насекомое дрозофил имеет около 12 различных модификаций гена, который отвечает за изменение его цветового оттенка глаз. У людей предопределение группы крови происходит при участии 3 аллельных генов. Множественный аллелизм является неотъемлемой составляющей эволюционного развития живых организмов.
Сверхдоминирование
Сверхдоминирование — это отдельная схема взаимодействия генов аллельного типа, когда у гетерозиготного организма с маркировкой Аа, доминирующие признаки проявляются намного ярче, чем у гомозиготных особей с полностью доминантными или рецессивными аллелями (генотип АА или аа).
Подобная реализация наследственной информации встречается гораздо реже, чем другие виды влияния аллелей на живой организм.
Природа происхождения данного явления связана с возникновением сложных биохимических процессов, в процессе течения которых происходит многократное кодирование доминантных аллелей разными, но похожими по своим свойствам полипептидными соединениями. В конечном итоге происходит аккумуляция генетической информации с характеризующими признаками конкретного фенотипа.
Живые организмы, у которых генетическое взаимодействие аллелей пошло по типу сверхдоминирования, отличаются повышенной жизнеспособностью, а также более крепкой иммунной системой, устойчивостью к различным видам инфекционных и паразитарных заболеваний. При этом родительские особи не отличались подобными качествами.
Данное физиологическое явление, спровоцированное эффектом сверхдоминирования, считается гетерозисом, когда дочерние организмы обладают большим количеством качественных характеристик.
Отрицательным фактором сверхдоминирования является то, что более выраженная реализация свойств доминантных аллелей не передается следующим поколениям. В большинстве случаев вторая линия дочерних особей развивается по генетической схеме взаимодействия аллелей АА или аа.
Примером сверхдоминирования у животных является наличие густой и длинной шерсти с насыщенным черным цветом, когда у других особей с полным или частичным доминированием присутствуют умеренно черные или серые оттенки.
В данном случае генетические изменения в схеме взаимодействия доминантных и рецессивных аллелей могли возникнуть из-за особенностей среды обитания животного, более качественного рациона питания, мутационных изменений в клетках, отвечающих за реализацию наследственной информации.
При этом эффект сверхдоминирования не является признаком патологии, а особи с подобным взаимодействием аллелей считаются абсолютно здоровыми.
Аллельное исключение
Взаимодействие аллельных генов — это естественный процесс развития любого живого организма. Аллельное исключение представляет собой особую схему генетического взаимодействия, при которой внутри диплоидной клетки происходит экспрессия только одного аллеля. При этом полностью отсутствует процесс экспрессии второй аллельной линии, так как он является подавленным и функционально не активным.
Механизмы развития аллельного исключения все еще находятся на стадии научного изучения. Существуют лишь теории подобного бездействия отдельных генов. В первом случае подавление аллеля происходит еще на стадии воспроизведения его транскрипции, что обеспечивает экспрессирование только второго генетического аллеля.
Не исключается сценарий, когда оба аллеля обладают способностью транскрибироваться, но образовавшиеся посттранскрипционные, а также пострансляционные связи приводят к элиминации продукта лишь одного из задействованных аллелей.
Данная схема генетического взаимодействия чаще всего встречается в структуре генов, отвечающих за кодировку клеточных рецепторов поверхностного типа. Например, механизм аллельного исключения при синтезе клеток иммунной системы в виде В-лимфоцитов.
По мере их дозревания происходит рекомбинация гена, отвечающего за кодировку тяжелой цепи жизненно необходимого иммуноглобулина. В тот же момент подобная перестройка клеточной структуры В-лимфоцитов блокируется на генетическом уровне.
Аллели — это отдельные формы проявления свойств одного и того же гена, которые расположены в идентичных участках гомологичных хромосом. Отличительной особенностью аллельных генов является то, что именно они определяют развитие конкретных физиологических признаков живого организма, наличие которых позволяет отнести его к определенному виду.
Существует 2 основные типа аллелей. Это доминантные, которые обладают свойством подавлять проявление других характеризующих особенностей особи, а также рецессивные.
Генетическая информация, содержащаяся в аллелях последнего типа, реализуется гораздо реже, а ее наследование изменяет внешние признаки конкретного организма. Взаимодействие аллельных генов происходит по принципу полного, неполного, множественного, сверхдоминирования или аллельного исключения.
Видео о взаимодействии генов
Взаимодействие аллельных и неаллельных генов: