Чтение онлайн

В процессе формирования половых клеток (в мейозе) происходит не одно, а два деления удвоенных хромосом. В ходе подготовки к первому делению гомологичные пары хромосом сближаются и выравниваются по длине. При этом они могут обмениваться гомологичными участками. Этот процесс обмена называется кроссинговером. Чем ближе друг к другу на хромосоме находятся два гена, тем реже между ними происходит кроссинговер. На этом принципе строится метод генетического картирования. Именно этим методом было определено положение на хромосомах кошки генов, определяющих ее окраску.

После завершения кроссинговера наступает первое деление мейоза, в ходе которого, в отличие от митоза, в дочерние клетки расходятся не сестринские, а гомологичные хромосомы. Между первым и вторым делением мейоза удвоения ДНК (и, следовательно, хромосом) не происходит. Во втором делении мейоза в дочерние клетки расходятся уже сестринские хромосомы. Благодаря такой организации мейоза, сформированные половые клетки — гаметы — получают гаплоидный, одинарный, набор хромосом.

Каждая из гомологичных хромосом и, значит, каждый из аллельных генов находится в половой клетке не в двух, а в одном- единственном экземпляре. Диплоидность вновь восстанавливается после оплодотворения. Оплодотворенная яйцеклетка содержит уже диплоидный набор генов и хромосом и будет в ходе митотических делений передавать всем соматическим клеткам совершенно одинаковый набор наследственных инструкций, по которым и будут строиться тело и душа вновь возникающего организма.

Случайное расхождение гомологичных хромосом при первом делении мейоза имеет глубокий биологический смысл.

Все половые клетки самок несут Х-хромосому, половина половых клеток самца — Х-, половина Y-хромосому, Объединение XX дает самку, XY — самца.

Рассмотрим, например, расхождение половых хромосом. Вы помните, что у самцов они разные, X и Y, а у самок одинаковые - обе X. Но и у самцов, и у самок половые хромосомы объединяются друг с другом в ходе подготовки к первому делению мейоза, а затем расходятся обязательно в разные дочерние клетки. В результате все половые клетки самки — яйцеклетки — несут по одной Х-хромосоме. У самцов половина сперматозоидов содержит Х-хромосому, а половина — К-хромосому. При оплодотворении происходит слияние половых клеток самца и самки. Оплодотворенная яйцеклетка называется зиготой. В результате в половине случаев X встречается с Л’, а в другой половине X встречается с К В первом случае зигота даст начало самке, во втором — самцу.

Однако, как и процесс копирования информации, процесс

расхождения хромосом иногда дает сбои. В одну из дочерних клеток в первом делении мейоза отходит не один из гомологов, а оба. В другую дочернюю клетку в таком случае не попадает ни одного. При встрече такой клетки, имеющей или избыточное, или недостаточное количество хромосом (и, следовательно, генов), с нормальной гаметой противоположного пола формируется зигота также с избыточным или недостаточным хромосомным набором.

Это довольно серьезное нарушение, которое, как правило, плохо сказывается на развитии. Известное врожденное заболевание у человека — синдром Дауна — обусловлено именно такого рода нарушением расхождения хромосом. Дети, страдающие этим заболеванием, имеют еще одну 21-ю хромосому.

К дефектам развития приводят и нарушения в расхождении половых хромосом. В норме все люди имеют 46 хромосом. Из них 2 хромосомы относятся к половым. Иногда из-за нарушения в расхождении хромосом в процессе созревания половых клеток рождаются мужчины с хромосомным набором не ХУ, a ХХУ. Такая хромосомная конституция приводит к группе нарушений, которая называется синдромом Кляйнфельтера. Мужчины, имеющие добавочную Х-хромосому, как правило, стерильны и имеют измененное поведение.

Аналогичное нарушение наблюдается изредка и у котов. Его можно установить по внешнему виду кота, если его мать или отец имели рыжую окраску шерсти. Дело в том, что ген рыжей окраски локализован в Х-хромосоме, Поскольку У-хромосома не имеет гомологичного гена, то мутация у котов проявляется полностью, и они оказываются рыжими. Если у самки в одной из Х-хромосом находится мутантный ген, а в другой — его нормальный вариант, то рыжая окраска проявляется не полностью, не на всей поверхности шкурки, а частично, пятнами. Такая окраска называется черепаховой. Более подробно мы будем разбирать наследование рыжей окраски в следующей главе. Сейчас же нас этот ген интересует только как маркер Х-хромосомы.

Итак, черепаховая окраска может быть только у особи с двумя Х-хромосомами. Если это кошка, то тут проблем нет. Если же это кот, то, следовательно, кроме штатных X- и У-хромосом он имеет еще лишнюю Х-хромосому, и его хромосомная конституция будет обозначена как ХХУ.

Один из таких котов по кличке Люцифер удостоился подробного жизнеописания. Он имел черепаховую окраску и, как показал цитогенетический анализ, дополнительную Х-хромосому. Был он стерилен, что неудивительно. Удивительно то, что он, как и ХХУ-мужчины, было до глубокой старости инфантилен в поведении. Эту его особенность заметил не только ученый, который за ним наблюдал. Ее заметили и коты. Они не били Люцифера, не орали на него страшными голосами, как это принято между взрослыми котами, а трогательно ухаживали за ним, вылизывая его как маленького котенка.

Но недавно были обнаружены черепаховые коты, имеющие, однако, не две, а одну Х-хромосому. Как нам следует это понимать? Ведь если X -хромосома одна и несет при этом ген рыжей окраски, то все пигментные клетки должны иметь ген и нарабатывать только желтый пигмент. Откуда тогда берутся нежелтые участки

шкурки у такого кота?

А не думаете ли вы, что сам мутантный аллель в части клеток мог измениться, превратиться в нормальный? Недавно было высказано предположение, что такие изменения действительно происходят, и повинны в них так называемые прыгающие гены.

Прыгающие, или мобильные, генетические элементы обладают способностью перемещаться по геному, менять места локализации. Они, внедряясь в район функционально активного гена, способны изменять его проявление, усиливая или подавляя его активность. Такие мобильные фрагменты ДНК были обнаружены у микроорганизмов, дрозофилы, мыши. Кстати, у мыши такой прыгающий фрагмент часто выбирает местом посадки район гена рыжей окраски, также приводя к 9 нестабильности последнего.

Все эти нарушения имеют генетическую природу и привлекают наше внимание потому, что они являются исключениями из нормального процесса передачи информации от поколения к поколению. А гарантируется этот процесс, как мы уже говорили, точным копированием наследственной информации и точным расхождением гомологов в мейозе. Что касается половых хромосом, то они в 9999 клетках из 10000 расходятся правильно, и в результате такого расхождения все яйцеклетки имеют по одной Х-хромосоме, а половина сперматозоидов несет Х-хромосому, половина — Y.

Благодаря такому механизму определения пола соотношение полов у млекопитающих (и у кошки тоже) оказывается в среднем 1:1. Я подчеркиваю, в среднем. Если оценить расщепление по полу в одном помете, там вы можете обнаружить и отличия от идеального расщепления. Скажем, у вашей кошки из пяти потомков может быть четыре кота и одна кошечка. Опровергает ли это общую закономерность? Ни в коем случае. Ведь речь у нас идет о статистической закономерности, которая выполняется на большом числе особей. Если вы играете в орлянку, вероятность выпадения решки или орла одинакова в каждом бросании и равна 50%. Но эти 50% выполняются при большом числе испытаний, и чем больше это число, тем более точное совпадение с ожидаемой вероятностью будет наблюдаться. А из трех бросаний у вас может все три раза выпасть, допустим, орел, и в этом не будет никакого нарушения законов природы.

Законы вероятности играют очень большую роль в нашей жизни и в жизни наших котов. От вероятностных событий зависит их и наша судьба. Неслучайно поэтому мы часто, принимая судьбоносные решения, бросаем жребий, то есть полагаемся на случай, надеясь, конечно, что он будет для нас счастливым.

Обратимся к кошачьей судьбе. Пусть у нас есть кот и кошка, гетерозиготные по дефектному аллелю тирозиназы. Вспомним, что это значит. Это значит, что у каждого из них в одной из двух гомологичных хромосом находится нормальный аллель, а в другой — мутантный. В ходе подготовки к первому делению мейоза гомологи сближаются, а затем расходятся в разные гаметы. Поэтому половина яйцеклеток получит хромосомы с нормальным аллелем, а половина — с мутантным. То же произойдет и при формировании сперматозоидов. Половина из них будет нести нормальный аллель, а половина — мутантный. При оплодотворении соединение гамет происходит случайно. Яйцеклетка, несущая нормальный аллель, может встретиться со сперматозоидом, в котором находится хромосома с мутантным аллелем. Может быть и по-другому: встретятся два нормальных аллеля или, наконец, два мутантных.

Как оценить вероятность образования зигот каждого типа? Из теории вероятности следует, что возможность каждого сочетания равна произведению частот гамет каждого типа. Поскольку и мутантные, и нормальные аллели содержатся в половине яйцеклеток и в половине сперматозоидов, то вероятность их встречи будет х/г х 1/г = Такова же вероятность всех остальных сочетаний. Но поскольку в сочетании нормального аллеля с мутантным неважно, от кого — от отца или от матери — получен тот или иной аллель, то суммарная частота гетерозигот будет 1/гх1/г + V2XV2 = 1/2- Итоговое расщепление по генотипам в таком скрещивании будет 1:2:1 или 25%:50%:25%. Запомните его, мы еще к нему вернемся при рассмотрении законов Менделя.