Биология клетки

Занятие 3.2 Сцепленное наследование и группы сцепления генов. Генетический эффект кроссинговера

Цель работы: изучить закономерности наследования сцепленных генов; изучить закономерности наследования пола и генов, локализованных в половых хромосомах; изучить цитологические основы закономерностей наследования пола и генов половых хромосом.

Практические навыки и умения: уметь применять закономерности наследования неалельных генов сцепленных и признаков, контролируемых их действием; знать основные положения хромосомной теории наследственности, особенности наследование признаков, сцепленных с половыми хромосомами; уметь применять полученные знания для решения генетических задач на закономерности наследования сцепленных признаков.

Материалы и оборудование: учебные таблицы (); мультимедийная установка, презентация.

Вопросы для самоподготовки:

Наследование признаков, сцепленных с полом.

Сцепление генов и кроссинговер.

Линейное расположение генов. Генетические карты.

Основные положения хромосомной теории наследственности.

Химическая природа и тонкая структура гена.

Какие патологические состояния наследуются сцеплено с полом?

Какое значение имеет процесс кроссинговера для эволюции?

РАБОТА В АУДИТОРИИ

Работа 1. Решение задач на наследование признаков, сцепленных с полом.

Пример решения генетической задачи на наследование генов половых хромосом

Задача. Ихтиоз может быть обусловлен как рецессивным геном, локализованным в Х-хромосоме, так и аутосомно-доминантным геном. Какова вероятность патологического признака у детей при различных генотипах и фенотипах родителей?

Условия задачи:

Признак	Ген	Генотип
Аутосомный ген
Ихтиоз	А	АА, Аа
Отсутствие ихтиоза	а	Аа
Ген локализован в Х-хромосоме
Ихтиоз	Хб	ХбХб, XбY
Отсутствие ихтиоза	ХБ	ХБХБ, ХБХб, XБY

Рассмотрим один из вариантов среди возможных скрещиваний:

P + Aa Х^БХ^б Ч > Аa X^бY

F Решение такой задачи удобнее оформить с помощью решетки Пеннета.

Гаметы	AХБ	аХБ	АXб	aXб
AXб	AA ХБХб больной	Aа ХБХб больной	AА ХбХб больной	Aa ХбХб больной
аXб	Aа ХБХб больной	аa ХБХб здоровый	Aa ХбХб больной	аa ХбХб больной
АY	AА XБY больной	Aa XБY больной	АА XбY больной	Аa XбY больной
aY	Aa XБY больной	аa XБY здоровый	Аa XбY больной	аa XбY больной

Ответ: при таких генотипах родителей вероятность патологического признака у детей составляет 14/16 или 7/8.

Задача 1. Гипоплазия эмали наследуется как сцепленный с х- хромосомой доминантный признак. В семье, где оба родителя страдали отмеченной аномалией, родился сын с нормальными зубами. Каким будет их второй сын?

Задача 2. Классическая гемофилия передается как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой признак. А) мужчина, больной гемофилией женился на женщине, не имеющей этого заболевания. У них рождаются нормальные дочери и сыновья, которые вступают в брак с не страдающими гемофилией. Обнаружится ли у внуков гемофилия и какова вероятность появления больных в семье дочери и сына? Б) больной гемофилией мужчина вступает в брак с нормальной женщиной, отец которой страдает гемофилией. Определите вероятность рождения в этой семье здоровых детей.

Задача 3. Ангидрозная эктодермальная дисплазия (аномалия развития) у людей передается как рецессивный, сцепленный с х- хромосомой признак. Юноша, не страдающий этим недостатком, женится на девушке, отец которой лишен потовых желез, а мать и ее предки здоровы. Какова вероятность того, что дети от этого брака будут страдать отсутствием потовых желез? Нормальная женщина выходит замуж за мужчину, больного ангидрозной эктодермальной дисплазией. У них рождаются больная девочка и здоровый сын. Определите вероятность рождения следующего ребенка без аномалии.

Задача 4. Потемнение зубов может определяться двумя доминантными генами, один из которых расположен в аутосомах, другой в Х-хромосоме. В семье родителей, имеющих темные зубы, родились девочка и мальчик с нормальным цветом зубов. Определите вероятность рождения в этой семье следующего ребенка тоже без аномалии, если удалось установить, что темные зубы матери обусловлены лишь геном, сцепленным с Х-хромосомой, а темные зубы отца- аутосомным геном, по которому он гетерозиготен.

Задача 5. Одна из форм агаммаглобулинемии (первичное врожденное иммунодефицитное состояние) наследуется как аутосомно-рецессивный признак, другая - как рецессивный, сцепленный с х- хромосомой. Определите вероятность рождения больных детей в семье, где известно, что мать гетерозиготна по обеим парам генов, а отец здоров и имеет лишь доминантные гены анализируемых аллелей.

Задача 6. У человека дальтонизм (одна из форм цветовой слепоты) обусловленная сцепленным с Х- хромосомой рецессивным геном. Один из видов анемии - талассемия наследуется как аутосомный доминантный признак и наблюдается в двух формах: у гомозигот - тяжелая, часто смертельная, у гетерозигот менее тяжелая. Женщина с нормальным зрением, но легкой формой талассемии в браке со здоровым мужчиной, но дальтоником, имеет сына дальтоника с легкой формой талассемии. Какова вероятность рождения следующего сына без аномалии?

Задача 7. У человека классическая гемофилия наследуется как рецессивный сцепленный с Х-хромосомой признак. Альбинизм (отсутствие пигментации) обусловлен аутосомным рецессивным геном. У одной супружеской пары, нормальной по этим признакам, родился сын с обеими аномалиями. Какова вероятность, что у второго сына в этой семье проявятся также обе аномалии одновременно?

Задача 8. Пигментный ретинит (прогрессирующее сужение поля зрения и усиливающаяся ночная слепота, нередко приводящая к полной слепоте) может наследоваться тремя путями: как аутосомный доминантный признак, как аутосомный рецессивный и как рецессив, сцепленный с Х-хромосомой. Определите вероятность рождения больных детей в семье, где мать больна пигментным ретинитом и является гетерозиготной по всем трем признакам. Отец нормален и гомозиготен.

Задача 9. У родителей со II группой крови родился сын с I группой крови и гемофилик. Оба родителя не страдают этой болезнью. Определите вероятность рождения второго ребенка здоровым и его возможные группы крови. Гемофилия наследуется как рецессивный, сцепленный с х-хромосомой признак.

Работа 2. Решение генетических задач на явление сцепления признаков и эффект кроссинговера

Пример решения генетической задачи на сцепленное наследование

Задача. Гены, контролирующие у человека резус-фактор и обуславливающие заболевание эллиптоцитоз (доминантный признак), локализованы в одной аутосоме. Частота кроссинговера между ними 3 %. Определите вероятность рождения детей с различными фенотипами, если один из супругов дигетерзиготен, причем гены резус-отрицательности и эллиптоцитоза он унаследовал от одного из своих родителей, а второй родитель имеет два рецессивных признака.

Условия задачи:

Признак	Ген	Генотип
Rh+	R	RR, Rr
Rh-	r	rr
Эллиптоцитоз	Е	ЕЕ, Ее
Отсутствие эллиптоцитоза	е	ее

По условию задачи гены резус-фактора и эллиптоцитоза сцеплены, при этом один из родителей оказывается дигетерозиготным, унаследовав мутантные гены (r и Е) от одного из родителей, т.е. гены r и Е лежат в одной хромосоме.

Исходя из этого, скрещивание можно записать так:

P + Re//rE Ч > re//re

G Re rE RE re re

48,5% 48,5% 1,5% 1,5% 100%

Вероятность генотипов (здесь и фенотипов) потомков рассчитываются как произведения вероятностей соответствующих гамет.

F Re//re rE//re RE//re re//re

Rh⁺, здоровый Rh^-, больной Rh⁺, больной Rh^-, здоровый

48,5% 48,5% 1,5% 1,5%

Задача 1. У человека резус-фактор сцеплен с локусом, определяющим форму эритроцитов и находится от него на расстоянии 3-х морганид. Резус-положительность и эллиптоцитоз определяются доминантными аутосомными генами. Одни из супругов гетерозиготен по обоим признакам. При этом резус-положительность он унаследовал от одного родителя, эллиптоцитоз - от другого. Второй супруг резус-отрицательный и имеет нормальные эритроциты. Определите процентное соотношение вероятных генотипов и фенотипов в этой семье.

Задача 2. Синдром дефекта ногтей и коленной чашечки определяется полностью доминантным аутосомным геном. На расстоянии 10 морганид от него находятся локус группы крови по системе АВО. Один из супругов имеет вторую группу крови, а другой - третью. Тот, у которого вторая группа страдает дефектом ногтей и коленной чашечки. Известно, что его отец был с первой группой крови и не имел этих аномалий, а мать - с четвертой группой крови имела оба дефекта. Супруг, имеющий третью группу крови нормален в отношении дефекта ногтей и коленной чашечки и гомозиготен по обоим парам анализируемых генов. Определите вероятность рождения детей в этой семье, страдающих дефектом ногтей и коленной чашечки и их возможные группы крови.

Задача 3. Классическая гемофилия и дальтонизм наследуются как рецессивные признаки, сцепленные с Х-хромосомой. Расстояние между генами определено в 9,8 морганиды. А) девушка, отец которой страдает одновременно гемофилией и дальтонизмом, а мать здорова и происходит из благополучной семьи по этим заболеваниям, выходит замуж за здорового мужчину. Определите вероятные генотипы детей от этого брака. Б) женщина, мать которой страдает дальтонизмом, а отец гемофилией, вступает в брак с мужчиной, страдающим обоими заболеваниями. Определите вероятность рождения детей в этой семье с обоими заболеваниями.

Задача 4. Катаракта и полидактилия у человека обусловлены доминантными аутосомными тесно сцепленными (т.е. не обнаруживающими кроссинговера) генами. Женщина унаследовала катаракту от своей матери, а полидактилию от отца. Ее муж нормален в отношении обоих признаков. Чего скорее можно ожидать у их детей: одновременного появления катаракты и полидактилии, отсутствия обоих этих признаков или наличие только одной аномалии - катаракты или полидактилии?

Задача 5. У человека ген, определяющий синдром дефекта ногтей и коленной чашечки, и ген, определяющий группу крови по системе АВО, сцеплены между собой и находятся на расстоянии 10 морганид. Ген, определяющий резус-фактор, и ген эллиптоцитоза находятся в другой хромосоме и расположены друг от друга на расстоянии 3 морганид. Синдром дефекта ногтей, эллиптоцитоз и резус-фактор положительный наследуются по доминантному признаку. Один супруг гетерозиготен по всем анализируемым признакам и имеет четвертую группу крови, известно, что в предшествовавших поколениях ни у кого кроссинговера не было, а синдром дефекта ногтей он унаследовал от отца вместе с геном второй группы крови. Второй супруг гомозиготен по всем рецессивным генам и имеет первую группу крови. Определите вероятные фенотипы от этого брака.

Задача 6. Ген цветовой слепоты и ген ночной слепоты, наследующиеся через х-хромосому, находятся на расстоянии 50 морганид друг от друга (К. Штерн, 1965). Оба признака рецессивны. Определите вероятность рождения детей одновременно с двумя аномалиями в семье, где жена имеет нормальное зрение, но мать ее страдала ночной слепотой, а отец - цветовой слепотой. Муж же нормален в отношении обоих признаков. Определите вероятность рождения детей одновременно с обеими аномалиями в семье, где жена гетерозиготна по обоим признакам и обе аномалии унаследовала от своего отца, а муж имеет обе формы слепоты.

Задачи повышенной сложности

Задача 1. У человека гены резус-фактора и эллиптоцитоза находятся в одной хромосоме на расстоянии 3 морганид. Резус-положительность и эллиптоцитоз определяются доминантными генами. Ген цветовой слепоты и ген ночной слепоты находятся в х- хромосоме на расстоянии 50 морганид. Оба признака передаются по рецессивному типу.

а) Гетерозиготная по всем признакам женщина, у предков которой кроссинговера не отмечалось, выходит замуж за мужчину, страдающего одновременно цветовой и ночной слепотой и гомозиготного по обоим аутосомным рецессивным генам. Определите вероятные фенотипы детей в этой семье.

б) Резус-положительная женщина с нормальным зрением выходит замуж за мужчину резус-отрицательного с эллиптоцитозом и страдающего ночной слепотой. Известно, что отец женщины был резус-отрицательным и не различал цвета, а мать различала цвета нормально, но страдала ночной слепотой. У мужчины страдал эллиптоцитозом лишь отец, а мать тоже страдала ночной слепотой. Определите вероятность рождения в этой семье резус-отрицательных детей без других аномалий.

б) Гетерозиготная по всем признакам женщина выходит замуж за резус- отрицательного мужчину, нормального по остальным анализируемым признакам. Известно, что отец женщины был резус-отрицательным, имел эллиптоцитоз, страдал ночной слепотой, но цвета различал нормально. Определите вероятные фенотипы детей в этой семье.

Задача 2. У человека ген гемофилии и ген цветовой слепоты расположены в х- хромосоме на расстоянии 9,8 морганиды. Оба гена рецессивны. Ген синдрома дефекта ногтей и коленной чашечки находится в аутосоме, а на расстоянии 10 морганид от него расположен ген, определяющий группу крови по системе АВО. Ген синдрома дефекта ногтей и коленной чашечки - доминантный ген.

а) Женщина с IV группой крови и гетерозиготная по всем остальным анализируемым признакам выходит замуж за мужчину с 1 группой крови и нормального по остальным признакам. Определите вероятность рождения детей в этой семье без анализируемых заболеваний и их группы крови, если известно, что отец женщины страдал одновременно гемофилией и ночной слепотой, имел дефект ногтей и II группу крови.

б) Женщина со II группой крови и гетерозиготная по остальным анализируемым признакам выходит замуж за мужчину с III группой крови, дальтоника и нормального по остальным анализируемым признакам. Определите вероятность рождения детей в этой семье без анализируемых заболеваний и их группы крови, если известно, что у матерей супругов была 1 группа крови и обе они страдали только цветовой слепотой.

в) Женщина имеет II группу крови и гетерозиготна по синдрому дефекта ногтей и коленной чашечки, эллиптоцитозу и резус-фактору. Ее супруг тоже гетерозиготе н по всем признакам и имеет III группу крови. Известно, что матери супругов имели 1 группу и были резус-положительными, а дефект ногтей и эллиптоцитоз имели только их отцы. Определите вероятные фенотипы детей у этой супружеской пары, зная, что ген синдрома дефекта ногтей и коленной чашечки находится в одной группе сцепления с геном, определяющим группу крови по системе АВО и расстояние между ними 10 морганид, а ген резус-фактора и ген эллиптоцитоза находятся в другой группе сцепления на расстоянии 3 морганид. Синдром дефекта ногтей и коленной чашечки, эллиптоцитоз и резус-положительность передаются как доминантные признаки.

Занятие 3.3 Фенотипическая (модификационная) и генотипическая изменчивость

Цель занятия: изучить основные формы изменчивости, причины их возникновения; изучить классификацию и механизмы возникновения мутаций.

Практические навыки и умения: применять методы вариационной статистики для количественной оценки статистического диапазона модификационной изменчивости (нормы реакции); строить вариационный ряд и вариационную кривую; прогнозировать возможность проявления наследственной патологии в признак; уметь обосновывать невозможность наследования благоприобретенных признаков.

Материалы и оборудование: учебные таблицы (); мультимедийная установка, презентация, микроперпараты…..

Вопросы для самоподготовки:

Основные формы изменчивости

Ненаследственная изменчивость организмов, ее причины и механизмы.

Что такое норма реакции?

Что такое генокопирование и фенокопирование?

Значение модификационной изменчивости для понимания физиологических и патологических процессов в организме человека.

Какая изменчивость называется онтогенетической, каковы ее механизмы и значение?

Комбинативная изменчивость, ее механизмы.

Мутационная изменчивость и ее роль в возникновении новых вариантов генов.

Классификация мутагенов. Примеры.

Основные типы мутаций.

Что такое миссенс и нонсенс мутации?

Что такое репарация? Приведите примеры основных механизмов репарации.

Какие мутации (генные, хромосомные или геномные) встречаются в человеческих популяциях чаще и почему?

В чем состоит общебиологическое и медицинское значение наследственной и ненаследственной изменчивости организмов?

РАБОТА В АУДИТОРИИ

Работа 1. Построение вариационного ряда.

На выбор можно использовать разные показатели (масса тела или объем грудной клетки). Исследуемые 100 единиц наблюдения составят выборочную совокупность. Выпишите цифровые показатели (варианты), например, массы тела, отдельных индивидуумов в порядке убывания или нарастания величин. Совокупность вариантов, расположенных в определенной последовательности, составит вариационный ряд. Определите крайние варианты ряда, или лимиты изменчивости, т.е. наименьшую и наибольшую массу тела (42 и 70 кг). Крайние варианты, или лимиты, показывают, в каких пределах изменяется признак.

Таблица 2.4. Цифровые показатели модификационной изменчивости (100 единиц наблюдения)

Масса тела, кг	Объем груди, см3
54 70 66 48	90,0 97,5 87,5 90,0
62 56 54 47	82,5 92,5 100,0 90,0
65 53 64 52	97,5 90,0 97,5 90,0
51 50 51 58	87,5 100,0 85,0 90,0
50 56 52 54	92,5 82,5 85,0 92,5
56 54 62 63	90,0 82,5 90,0 90,0
62 50 57 61	95,0 82,5 92,5 90,0
60 59 52 52	82,0 82,5 95,0 97,5
62 55 69 49	70,0 80,0 87,5 87,5
57 49 54 60	82,5 80,0 85,0 82,5
62 60 48 52	97,5 92,5 87,5 97,5
64 64 51 51	87,5 87,5 82,5 95,0
58 56 64 62	92,5 95,0 87,5 95,0
49 53 56 53	90,0 80,0 92,5 97,5
46 61 66 44	95,0 100,0 80,0 85,0
58 54 56 58	82,5 87,5 87,5 87,5
50 56 48 54	85,0 90,0 90,0 92,5
58 50 60 56	87,5 85,0 85,0 87,5
52 57 42 58	85,0 102,5 90,0 92,5
50 58 51 48	92,5 87,5 87,5 82,5
54 49 56 49	97,5 90,0 95,0 97,5
52 56 53 49	80,0 85,0 97,5 92,5
69 53 65 56	92,5 95,0 95,0 87,5
52 64 64 56	92,5 87,5 92,5 85,0
50 53 51 54	95,0 85,0 92,5 85,0

Однако большое количество вариант (100), расположенных в один ряд, не дает возможности получить наглядную картину изменчивости признака. Более показательным является построение сгруппированного вариационного ряда. Для этого следует разбить все варианты на группы. Количество групп выбирается произвольно(8-10). Затем определите величину интервала между группами. Для этого разделите разницу между наибольшей и наименьшей величиной признака на число групп. Если, например, эти величины равны 42 и 70 кг, а число групп 7, то величина интервала равняется:70-42=28:7=4 кг. Отсюда границы 1-й группы - 42-45 кг,2-й группы - 46-49 кг,3-й группы - 50-53 кг и т.д.

После определения границ группы распределите все варианты по группам и вычислите среднее значение каждой группы; среднее значение равно сумме ее крайних вариант, деленной на 2.

Расположив средние значения групп в порядке нарастания или убывания, получите сгруппированный вариационный ряд, в котором роль отдельных вариант выполняют средние значения групп.

Затем определите частоту каждой группы, т.е. распределение вариант по группам. Увидите, что частота групп неодинакова, средние члены вариационного ряда встречаются чаще.

После этого определите моду (Мо), или модальную группу, т.е. величину, которая встречается наиболее часто в данной совокупности.

Составьте таблицу из двух вертикальных граф. В первую впишите средние значения групп, во вторую - соответствующую им частоту.

Определите среднюю арифметическую (М) данного вариационного ряда (выраженности признака) по формуле:

М = ,

где М - средняя арифметическая данного вариационного ряда, v - варианта (длина листа), р - частота встречаемости варианты, n - общее число вариант вариационного ряда.

Работа 2. Построение вариационной кривой

Изобразите вариационный ряд графически. Для этого на оси абсцисс (горизонтальная линия) расположите средние значения групп (массы тела), а по оси ординат (вертикальная линия) - частоту каждой группы. Затем, соединив все точки линиями, получите вариационную кривую (рис.).

Различные варианты распределены в вариационной кривой по закону Кетле. Согласно этого закона, варианты со средними показателями встречаются чаще, чем варианты с крайними показателями. Это называется «нормальным распределением». Кривая на графике бывает, как правило, симметричной.

Работа 3. Определение степени вариабельности признака (среднеквадратическое отклонение)

Величина варьирования признака (масса тела) в изучаемой совокупности (100 мужчин) является важным показателем изменчивости. Она определяется с помощью среднеквадратического отклонения(д) и позволяет определить величину колебаний значений вариант по отношению к средней арифметической вариационного ряда.

Определяется среднеквадратическое отклонение по формуле:

д = ? ?(v-M)²p/n,

где М - средняя арифметическая ряда, v - среднее значение группы, р - частота данной группы, n - число вариантов в совокупности.

Найдите отклонения среднего значения группы от среднеарифметической ряда (v-М) . При этом получите как положительные, так и отрицательные значения.Возведите в квадрат полученные отклонения, вследствие чего все величины становятся положительными. Суммируйте отклонения, возведенные в квадрат.Вычислите среднеквадратическое отклонение (д) по указанной выше формуле.Работа 4. Вычисление коэффициента вариацииКоэффициент вариации (V) является числом относительным и позволяет сравнить между собой изменчивость различных признаков в разных совокупностях. В зависимости от величины коэффициента различают небольшре варьирование (0 - 10%), среднее (11 - 20%), большое (свыше 20 %). Коэффициент вариации вычисляется по формуле: V = (д/М)Ч100 %, где д - среднеквадратическое отклонение, М - средняя арифметическая.

Работа 5. Изучение нормальных особей мухи дрозофилыРассмотрите внешнее строение мухи дрозофилы на микропрепарате и рисунке и определите пол особей. Мухи дрозофилы имеют мелкие размеры, отелы тела хорошо разграничены. Самки несколько крупнее самцов (рис. 1). Брюшко у самки более округлое с заострённым концом; у самца оно боле цилиндрическое с притуплённым концом и сильно пигментированными (чёрными) несколькими последними тергитами. Тергитами у насекомых называют скелетные хитиновые пластинки брюшка со спинной стороны. У самки имеется 8 хорошо развитых тергитов, у самца - 6 .

У нормальных мух тело серого цвета, глаза красного цвета. Глаза расположены по бокам головы. Кроме того, на ней расположены короткие стяжки. Грудной отдел серого цветы несет три пары членистых конечностей и пару прозрачных плоских крыльев. Обратите внимание, что длина крыльев превышает длину тела.

Рис.1. Дрозофила: 1 - самка: 2 - самец.

Работа 6. Изучение фенотипического проявления генных мутаций мухи дрозофилы. Изучение мутантных вариантов мухи дрозофилы.

Таблица. Мутации мухи дрозофилыНазвание мутации	Фенотипическое проявление	Тип наследования	Локус, тип мутации
Bar	Узкие (полосковидные) глаза	Доминантный	Хромосома 1, локус 1,5; хромосомная перестройка (дупликация)
White	Белые глаза	Рецессивный	Хромосома 1, локус 1,5; генная мутация
Black	Чёрное тело	-//-	Хромосома 2, локус 48,5; генная мутация
Yellow	Жёлтое тело	-//-	Хромосома 1, локус 0,0; генная мутация
Curly	Загнутые кверху крылья	Доминантный	Хромосома 2, локус (?), генная мутация
Vestigial	Зачаточные крылья	Рецессивный	Хромосома 2, локус 67, генная мутация
Cut	Вырезка крыла	-//-	Хромосома 1, локус 20, генная мутация

Рис. Некоторые мутации Drosophila melanogaster, выражающиеся главным образом в нарушении нормального строения крыльев. Все самки. По Т. Моргану, 1919, и Т. Моргану и др., 1925

1 -- notch (наплывы на продольных жилках крыла),

2 -- beaded (пузыревидные крылья),

3 -- rudimentary (рудиментарные крылья), 4 -- curled (загнутые кверху крылья), 5 -- vestigial (зачаточные крылья).

Рассмотреть и зарисовать при малом увеличении микроскопа или при помощи лупы:

А) дикий тип (темно-красные глаза обычной формы, нормальные крылья (длина крыльев превышает длину тела), серый цвет тела).

Б) мутацию White eyes - белый цвет глаз

В) мутацию Vestigial wings - зачаточные крылья

Г) мутацию Ebony body - черная окраска тела

Д) мутацию Apterous wings - бескрылая форма.

Работа 7. Решение ситуационных задач.

Задача 1. Один из монозиготных близнецов поднялся высоко в горы, другой - остался на равнине. У первого количество эритроцитов в крови увеличилось, тогда как у второго не изменилось. Объясните причину данного явления. Назовите форму изменчивости.

Задача 2. Классическая форма наследственной болезни фенилкетонурии развивается у людей, гомозиготных по мутантному (рецессивному) гену фермента финилалалнингидроксилазы, необходимого для нормального обмена незаменимой аминокислоты фенилаланина. Нарушение обмена фениаланина приводит, как правило, к снижению интеллекта. Но, если с первых недель жизни в диете гомозиготного ребенка уменьшить количество фенилаланина, интеллект его будет практически нормальным. Как называется такая форма изменчивости?

Задача 3. Врожденная глухота может возникнуть в результате наличия мутантного гена в генотипе плода, но она может развиться и у организма с нормальным генотипом: а) чем можно объяснить наличие глухоты при нормальном генотипе; б) нужно ли выяснять природу этой аномалии у пациента, если лечение в обоих случаях одинаково?

Задача 4. В медико-генетическую консультацию обратились две супружеские пары, у которых родились дети с незаращением твердого нёба («волчья пасть»). Изучив родословную каждой семьи и выяснив их бытовые и производственные условия, врачи пришли к заключению, что у супругов А. все последующие дети, а также внуки не должны иметь этого дефекта, но у супругов Б. существует большая вероятность появления его у детей и внуков. Укажите возможные механизмы появления данного дефекта у ребенка в семьях А. и Б.

Задача 5. Ликвидаторы аварии на Чернобыльсокй АЭС чаще, чем в среднем в популяции, заболевают лейкозом и раком щитовидной железы. Объясните, почему? Как называется такая форма изменчивости?

Задача 6. Фрагмент гена инсулина имеет следующую нуклеотидную последовательность: ACACGAAGACAACAATAT. Как измениться первичная структура белка, если во всех кодонах третий нуклеотид замениться на: а) гуаниловый; б) цитидиловый? Как называются генные мутации в обоих случаях?

Задача 7. У мужчины, длительное время курившего трубку, на нижней губе развилась опухоль. При гистологическом исследовании ткани опухоли обнаружено множество клеток на разных стадиях митоза, встречаются клетки с различными хромосомными аберрациями и полиплоидные. К какому типу мутаций (спонтанным, индуцированным, соматическим, генеративным) относятся обнаруженные нарушения в генетическом материале клеток опухоли? Передаются ли эти мутации потомкам?

Задача 8. У здоровых родителей родился ребёнок с наследственным заболеванием фенилкетонурией (аутосомно-рецессивный тип наследования).Объясните причину рождения больного ребёнка.Какой вид изменчивости проявился в данном случае? Назовите все возможные механизмы возникновения такой изменчивости.

Задача 9. Аутосомный рецессивный ген d обуславливает предрасположение к сахарному диабету. Пенетрантность этого признака равно 20 %. В семье муж болен диабетом, а у жены болел диабетом отец.Каков тип наследования сахарного диабета? Что такое пенетрантность гена? Проявлением какой формы изменчивости она является? Какова вероятность предрасположения к заболеванию у ребенка в этой семье?

Задача 10. Укажите виды изменчивости, проявлением которых служат перечисленные ниже явления:

1) У родителей с нормальным кариотипом родилась дочь, в клетках которой обнаружили три Х-хромосомы.

2) В результате кроссинговера в одной из гомологичных хромосом произошла потеря небольшого участка, а в другой, наоборот, удвоение этого участка хромосомы.

3) В течение года у человека наблюдается сезонное изменение интенсивности функционирования желез внутренней секреции.

4) В процессе интенсивного занятия спортом у спортсмена произошло увеличение массы и силы мускулатуры.

5) У одного из монозиготных близнецов выявлена опухоль глаза - ретинобластома, которую относят к наследственным заболеваниям.

Занятие 3.4 Методы изучения наследственности у человека: генеалогический и близнецовый

Цель: определить роли клинико-генеалогического и близнецового методов в изучении наследственных болезней человека (возможности и ограничения); познакомиться с характером распределения наследственных признаков в семье при разных типах наследования; изучить особенности мультифакторных заболеваний человека.

Практические навыки и умения: уметь составлять генеалогическую схему и анализировать ее; знать практическое значение близнецового метода длч определения вклада генотипа и среды в развитие признака.

Материалы и оборудование: учебные таблицы (); мультимедийная установка, презентация

Вопросы самоподготовки:

Каковы особенности человека как объекта генетических исследований.

Методы изучения наследственности человека.

На чем основан близнецовый метод? Для чего он применяется?

Понятия «конкордантность» и «дискордантность».

Болезни с наследственным предрасположением. Характеристика мультифакторных болезней, примеры.

Генеалогический метод изучения наследственности.

Генеалогическое древо, принцип построения.

РАБОТА В АУДИТОРИИ

Работа 1. Анализ дерматоглифических карт человека

1. Используя лупу, проведите качественный анализ папиллярных узоров пальцев левой и правой рук человека.

Виды папиллярных узоров

А - дуга (А)

Б - петля (L)

В - завиток (W)

2. С помощью лупы произведите подсчет папиллярных линий на пальцах, представленных в дермато-глифической карте, с учетом количества и места локализации трирадиусов.

3. Полученные результаты занести в таблицу.

Таблица дерматоглифических данных

Пальцы	I	II	III	IV	V	Угол atd
Узор
Гребневой счет

4. Оцените величину угла atd (см. приложение 1).

Угол atd образован пересечением линий, которые соединяют трирадиусы указательного пальца и мизинца с осевым трирадиусом ладони.

В норме он меньше или равен 40 градусам.

Решите задачу:

При дерматоглифическом анализе у пациента установлено следующее:

- на обеих ладонях имеется четырех пальцевая борозда

- на 4 и 5 пальцах обеих рук имеются радиальные петли

- главный ладонный угол составляет 77^о.

Можно ли на основе этих данных предположить наличие у пациента наследственной патологии?

Работа 2. Решение ситуационных задач (составление и анализ родословных (генеалогических) схем)

Условные обозначения для графического изображения родословной:

Задача 1. Пробанд - здоровая женщина - имеет двух здоровых братьев и двух братьев больных алькаптонурией (выделение с мочой гомогенотензиновой кислоты). Мать пробанда здорова и имеет двух здоровых братьев. Отец пробанда болеет алькаптонурией и является двоюродным дядей своей жены. У него есть здоровый брат и здоровая сестра. Бабка по линии отца была больной и состояла в браке со своим двоюродным здоровым братом. Бабка и дед пробанда по линии матери здоровы, отец и мать деда также здоровы, при этом мать деда является родной сестрой деда пробанда со стороны отца. Определите вероятность рождения больных алькаптонурией детей в семье пробанда при условии, если она выйдет замуж за здорового мужчину, мать которого страдала алькаптонурией.

Задача 2. Пробанд страдает ночной слепотой. Его два брата также больны. По линии отца пробанда страдающих ночной слепотой не было. Мать пробанда больна. Две сестры и два брата матери пробанда здоровы. Они имеют только здоровых детей. По материнской линии дальше известно: бабушка больна, а дед здоров; прадедушка (отец бабушки) страдал ночной слепотой, сестра и брат прадедушки были больны; прапрадедушка болен, его брат, имеющий больную дочь и двух больных сыновей, также болен. Жена пробанда, ее родители и родственники здоровы. Определите вероятность рождения больных детей в семье пробанда.

Задача 3. Пробанд страдает легкой формой серповидноклеточной анемии. Его супруга здорова. Они имеют дочь также с легкой формой анемии. Мать и бабка пробанда страдали этой же формой серповидноклеточной анемии. Остальные родственники ее матери и отца здоровы. У жены пробанда есть сестра, больная легкой формой анемии, вторая сестра умерла от анемии. Мать и отец жены пробанда страдали анемией, кроме того, известно, что у отца было два брата и сестра с легкой формой анемии и что в семье сестры отца двое детей умерло от серповидноклеточной анемии. Определите вероятность рождения детей с тяжелой формой анемии в семье дочери пробанда, если она выйдет замуж за такого же мужчину как ее отец.

Задача 4. Пробанд - больная мозжечковой атаксией женщина. Ее супруг здоров. У них 6 сыновей и 3 дочери. Один сын и одна дочь больны мозжечковой атаксией, остальные здоровые дети. Пробанд имеет здоровую сестру и трех больных братьев. Здоровая сестра замужем за здоровым мужчиной и имеет здорового ребенка. Три больных брата пробанда женаты на здоровых женщинах. В семье одного два здоровых сына и одна здоровая дочь, в семье второго брата здоровый сын и больная дочь, в семье третьего - два сына и три дочери здоровы. Отец пробанда болен, а мать здорова. Какова вероятность появления больных детей у больной дочери пробанда, если она выйдет замуж за здорового мужчину?

Задача 5. Пробанд страдает дефектом ногтей и коленной чашечки, а его брат нормален. Этот синдром был у отца пробанда, а мать была здорова. Отец пробанда имеет трех братьев и четырех сестер, из них два брата и две сестры с синдромом дефекта ногтей и коленной чашечки. Больной дядя по линии отца женат на здоровой женщине и имеет двух дочерей и сына. Все они здоровы. Определите вероятность появления детей с заболеванием в семье пробанда, если его супруга не будет иметь дефекта ногтей и коленной чашечки.

Задача 6. Одна из форм рахита не излечивается обычными дозами витамина Д. Пробанд - юноша, страдающий этой формой рахита. Его сестра здорова. Мать пробанда больна рахитом, отец здоров. У матери пробанда было трое братьев - все здоровы. Дед пробанда по линии матери болен, бабка здорова. Дед имел двух здоровых братьев и одного больного. У здоровых братьев деда от здоровых жен было пять здоровых сыновей (у одного четыре сына, у другого - один). У больного брата деда жена была здорова. У двух больных дочерей брата деда пробанда от здоровых мужей было по одной здоровой дочери. Еще у одной больной дочери брата деда пробанда, состоящего в браке со здоровым мужчиной, два сына, один из которых болен, и больная дочь. У здоровых сыновей брата деда пробанда жены здоровы, здоровы и их дети. Определите вероятность рождения больных рахитом детей в семье пробанда в случае, если он вступит в брак со своей больной троюродной сестрой.

Задача 7. У пробанда полидактилия (шестипалость). Отец его также шестипалый, а мать с нормальным строением кисти. Дальнейшая родословная известна только по линии отца. У отца есть брат и сестры с нормальным строением кисти и брат и сестры многопалые. Многопалый дядя пробанда был дважды женат на женщинах с нормальным строением кисти. От одного брака у него была дочь с полидактилией, и два сына и одна дочь с нормальным строением кисти. Тетя пробанда была замужем за мужчиной без анализируемой аномалии (она тоже здорова). У них было три мальчика и три девочки с нормальным строением кисти. Дед пробанда без аномалии, а бабушка многопалая. Какова вероятность рождения многопалых детей в семье пробанда, если он вступит в брак с женщиной, имеющей нормальное строение кисти?

Задача 8. Роза и Алла - родные сестры и обе, как и родители, страдают ночной слепотой. У них есть еще сестра с нормальным зрением, а также сестра и брат, страдающие ночной слепотой. У Розы и Аллы мужья с нормальным зрением. У Аллы было две девочки и четыре мальчика, страдающих ночной слепотой. У Розы два сына и дочь с нормальным зрением и еще один сын, страдающий ночной слепотой. Какова вероятность появления у Розы и Аллы внуков, страдающих ночной слепотой, при условии, что все их дети вступят в брак с лицами нормальными в отношении зрения.

Задача 9. Проведите анализ и определите характер наследования признака по родословной, представленной на рисунке

Работа 3. Решение некоторых вопросов генетики человека с использованием близнецового метода.

Задача 1. Муж и жена являются гетерозиготами по аутосомному рецессивному гену фенилкетонурии.

А) Если у них родится пара дизиготных близнецов, то какова вероятность того, что оба близнеца будут больными? Какова вероятность того, что оба будут здоровыми?

Б) Определите вероятность того, что один из дизиготных близнецов будет болен фенилкетонурией, а второй будет здоров.

В) Если у супругов родится пара монозиготных близнецов, то какова вероятность того, что оба близнеца будут страдать фенилкетонурией?

Задача 2. Проанализируйте приведенные в таблице данные и сделайте заключение об относительной роли наследственности и факторов среды в развитии указанных заболеваний человека.

Таблица. Конкордантность некоторых заболеваний, установленная при исследовании пар моно- и дизиготных близнецов

Заболевание	Конкордантность у монозиготных близнецов, %	Конкордантность у дизиготных близнецов, %
Шизофрения	80	13
Эпилепсия	56	10
Сахарный диабет	84	37
Туберкулез	32,8	20,6

Работа 4 (самостоятельная работа). Изучение вклада генетической и средовой компонент в изменчивость динамики роста.

Изучите цифровые данные, приведенные в таблицах 2 или 3.

Подставляя в формулу Холцингера соответствующие коэффициенты корреляции, найдите величины H, а затем Е, для каждой возрастной группы: (Н - генетическая компонента, Е - средовая).

Постройте оси координат. На абсциссе (ось Х) отложите показатели возраста, на ординате (ось Y) значения Н, а на ординате 2 - значения Е.

Вычертите графики изменчивости Н и Е, отметьте зависимость между Н и Е. Сделайте вывод.

Формула Холцингера (формула для вычисления коэффициента наследуемости на основе коэффициентов конкордантности близнецов):

r МЗ - r ДЗ Е = 1 - Н

H = ------------------- ;

1 - r ДЗ

Таблица 2. Возрастная изменчивость коэффициентов корреляции роста у монозиготных - rМЗ и дизиготных rДЗ близнецов (девочки)

Возраст	r МЗ	r ДЗ	Возраст	r МЗ	r ДЗ
0	0.77	0.72	5 лет	0.83	0.62
3 мес.	0.70	0.36	6 лет	0.86	0.69
6 мес.	0.68	0.36	7 лет	0.83	0.55
9 мес.	0.65	0.50	8 лет	0.79	0.25
12 мес.	0.64	0.31	9 лет	0.65	0.14
2 года	0.61	0.39	10 лет	0.69	0.04
3 года	0.69	0.63	11 лет	0.80	0.74
4 года	0.78	0.59

Таблица 3. Возрастная изменчивость коэффициентов корреляции роста у монозиготных - rМЗ и дизиготных rДЗ близнецов (мальчики)

Возраст	r МЗ	r ДЗ	Возраст	r МЗ	r ДЗ
0	0.71	0.69	5 лет	0.72	0.55
3 мес.	0.62	0.43	6 лет	0.78	0.60
6 мес.	0.60	0.56	7 лет	0.77	0.45
9 мес.	0.67	0.49	8 лет	0.70	0.49
12 мес.	0.70	0.48	9 лет	0.79	0.61
2 года	0.57	0.40	10 лет	0.85	0.46
3 года	0.63	0.61	11 лет	0.88	0.51
4 года	0.81	0.67

Занятие 3.5 Цитологические основы изучения наследственности у человека

Цель обучения: определить роль цитогенетического метода в изучении наследственных болезней человека (возможности и ограничения); познакомиться с методами изучения кариотипа человека и выявления хромосомных заболеваний человека.

Практические навыки и умения: уметь дифференцировать хромосомы человека; определять половой хроматин в клетках; уметь определять аномалии хромосом в мутантном кариотипе человека.

Материалы и оборудование: учебные таблицы (); мультимедийная установка, презентация

Вопросы самоподготовки:

Что изучают с помощью цитогенетического метода?

Половой хроматин и методы его определения.

Хромосомное определение пола у человека.

Хромосомные заболевания у человека, их классификация, механизмы возникновения, диагностика.

Болезни импринтинга. Примеры.

Этапы медико-генетического консультирования.

Принципы лечения, методы диагностики и профилактики наследственных заболеваний.

РАБОТА В АУДИТОРИИ

Работа 1. Определение полового хроматина в клетке эпителия слизистой полости рта человека.

Используется мазок слизистой полости рта с внутренней стороны щеки.

Описание методики: Мазок получают быстрым скользящим движением шпателя по слизистой рта. Предварительно проглотить слюну. Полученный соскоб перенести на предметное стекло, нанести 1-2 капли раствора краски ацетоарсеина и накрыть покровным стеклом. Большим пальцем надавить на покровное стекло через 3-4 слоя мягкой ткани в течение 2-3 секунд, а затем остатки краски вокруг покровного стекла удалить. Под иммерсионным увеличением микроскопа изучить ядра клеток эпителия слизистой оболочки полости рта. Обращают внимание на гладкую оболочку ядер и зернистую кариоплазму, в которой глыбка полового хроматина (если есть) хорошо видна, она овальной треугольной формы.

Зарисовать клетку эпителия полости рта женщины. На рисунке отметить глыбки полового хроматина, прилегающие к оболочке ядра. Зарисовать клетку эпителия слизистой полости рта мужчины, в ядрах которого отсутствует половой хроматин.

Заполнить таблицу, где указать возможные наследственные заболевания, при которых наблюдается соответствующее отсутствие или проявление телец Барра.

Таблица. Глыбки полового Х-хроматина (тельца Барра) ядрах соматических клеток человека

Соматическая клетка	Вариант проявления (норма или соответствует заболеванию)

Работа 2.Цитогенетическая диагностика хромосомных заболеваний человека.

На фотокариограммах нормального и аномального хромосомного набора человека провести цитогенетический анализ кариотипа; определить, в какой группе хромосом возникла аномалия. Вначале установить число хромосом (на фотографии), затем необходимо распределить их на 5 уровней, на первом уровне будут расположены хромосомы группы А (3 пары) и В (2 пары), на втором уровне С (7 пар), на третьем уровне D (3 пары) и Е (3 пары), на четвертом уровне F (2 пары) и G (2 пары), на пятом уровне - половые хромосомы ХХ или ХУ.

Рис. Хромосомный набор женщины. Рис. Хромосомный набор мужчины. Метафаза и кариограмма. Хромосомы обозначены по классификации Денвера.

Рис-21. Идиограмма хромосомного набора человека.

Рис-22. Обощения схема хромосом человека составленная на основе дифференциального окрашивания.

Сначала определите хромосомы 1-й и 2-й пан - наиболее крупные по размерам. Пара 3 хромосом имеет меньшую длину, чем хромосомы 1-2-й пар, по форме относится к метацентрическим. Пары хромосом 1- 3- образуют группу А.

Хромосомы пар 4 и 5 очень сходны по размеру и форме (субметацентрические), поэтому дифференцировать их не нужно, важно отнести их в группу В.

Хромосомы, относящиеся к 6 - 12-й парам, составляют группу С. Они имеют средние размеры, в осноном субметацентрические, хотя различие в длине плеч несколько варьирует. Точно идентифицировать отдельные пары в пределах группы трудно и делать этого не нужно. С хромосомами 8-й пары этой группы по размеру и форме сходна Х - хромосома.

Хромосомы 13-15-й пар (группа D) легко найти, т.к. они имеют средние размеры и типичную акроцентрическую форму.

Пары 16-18 (группа Е) представлены хромосомами меньших размеров, мета- и субметацентрическими. Среди них легче всего идентифицировать 16-ю пару, поскольку она метацентрическая.

Хромосомы 21-й и 22-й пар (группа G) самые короткие, акроцентрические.

Пара хромосом 23 у женщин представлена двумя Х-хромосомами, одинаковыми по строению.

У мужчин 23-я пара состоит из хромосом Х и Y. Y-хромосома имеет типичную акроцентрическую форму.

Напишите сделанный на основании анализа фотокариограммы вывод. Укажите количество хромосом, нормальный кариотип или нет, мужской или женский и почему.

Группы хромосом	Пациент 1	Пациент 2	Пациент 3
A (1 - 3)
B (4 - 5)
C (6 - 12)
D (13 - 15)
E (16 - 18)
F (19 - 20)
G (21 - 22)
Половые (XY)
Вывод

Работа 3. Цитогенетическая и фенотипическая характеристика хромосомных болезней человека.

Заполнить таблицу, отражающую цитогенетическую и фенотипическую характеристику хромосомных болезней человека.

Хромосомные синдромы	Кариотип	Число телец Х-хроматина	Фенотип
Шерешевского-Тернера
Клайнфельтера
Трисомии-Х
Полисомии-Y
Дауна
Патау
Эдвардса
«кошачьего» крика

Работа 4. Решение ситуационных задач.

Задача 1. Мужчина фенотипически здоров, но у него была обнаружена сбалансированная транслокация хромосомы 21 на хромосому 15. Может ли эта мутация отразиться на его потомстве?

Задача 2. Некоторые клетки больного человека имеют нормальный кариотип, другие - 47 или 45 хромосом. Укажите название и возможные механизмы этого явления.

Задача 3. Все клетки больного мужчины имеют 47 хромосом за счет лишней Х-хромосомы. Укажите название этой мутации и все возможные механизмы, а также вероятность передачи ее потомству.

Задача 4. Сколько телец полового хроматина можно обнаружить в большинстве интерфазных клеток людей с кариотипами: 1) 46, XX; 2) 46, XY; 3) 47, XXY; 4) 48, XXXY; 5) 45, X; 6) 47,XXX; 7) 48, XXXX; 8) 49, XXXXX?

Задача 5. В одной из хромосом сперматозоида человека есть нехватка. Индивид, получивший эту хромосому, становится аномальным. Какие типы потомков и в какой пропорции может произвести этот индивид?

Задача 6. Ребенок с синдромом Дауна имеет 46 хромосом вместо 47, постоянно обнаруживаемых при этой болезни (лишняя хромосома № 21). Исследование кариотипа показало, что одна из его хромосом № 15 длиннее обычной. У матери больного, а также у тетки по материнской лин...