Генетика пола

Размещено на http://www.allbest.ru

Генетика пола

Теории определения пола. Одной из важнейших проблем в биологии всегда была загадка рождения организмов разного пола. Сотни гипотез о природе этого явления были опубликованы в прошлых веках и особенно в 19 веке. Вот некоторые из них. Аристотель полагал, что зачатие мальчиков происходит чаще в ту пору, когда дуют северные ветры, тогда как зачатие девочек естественно связано с дуновением южных зефиров. Некоторые ученые считали, что дети должны быть того же или противоположного пола, что старший или младший из родителей. По нашим данным, пишет Лавровский в статье " Тайна снеговой воды", в потомстве животных, пьющих снеговую воду, должны преобладать самцы. Гарантирована почти 100% вероятность рождения мальчика, если мама на 5 см переросла папу, и появление на свет девочки, если мама горазда ниже папы, ( Длигач Д.Л., 1972).Но довольно об этом, поговорим о наследовании пола с научной точки зрения.

Хромосомная теория определения пола. В 1901 году при изучении хромосомных наборов половых клеток самцов и самок было установлено, что они различаются одной парой хромосом. Хромосомы этой пары были названы половыми, а остальные хромосомы, одинаковые у самцов и самок, аутосомами. У большинства организмов, в том числе животных и человека, в кариотипе самок содержится две одинаковые хромосомы, которые обозначают буквой X. У самцов имеется Х-хромосома и отличная от нее хромосома, обычно меньшего размера, которая обозначается буквой У. Таким образом, генотип самок по половым хромосомам будет XX, а генотип самцов - ХУ.

Кроме такого типа определения пола, в природе встречаются и другие. Например, у птиц генотип самцов XX, а у самок содержится на одну хромосому меньше. Их генотип записывают обычно ХО или Х-. У пчел, ос и близких им видов пол зависит от количества хромосом. Самки имеют диплоидный набор хромосом - 2n, а самцы - гаплоидный n. У особей женского пола в процессе гаметогенеза образуется только один сорт гамет, несущий Х-хромосому. Поэтому этот пол называют гомогаметным, У самцов образуется два типа гамет, несущих X и У-хромосомы, и такой пол называется гетерогаметным, В связи с этим пол потомства будет зависеть от гетерогаметных особей, которыми у животных и человека являются самцы. Эта теория наглядно объясняет одинаковую вероятность рождения в природе самцов и самок.

Балансовая теория определения пола. Исследования на дрозофиле, проведенные учеником Т.Моргана К. Бриджесом, показали, что простой, на первый взгляд механизм определения пола в действительности сложнее. Несомненно, что Х-хромосома направляет развитие особи в сторону женского пола, однако У-хромосома у дрозофилы не влияет на пол. О том, что У-хромосома не оказывает никакого влияния на развитие пола у дрозофил, свидетельствует следующий факт. Можно получить мух с набором половых хромосом ХХУ; такие мухи будут настоящими плодовитыми самками, несмотря на наличие У-хромосомы. К.Бриджес скрещивал триплоидных (XXX) самок с нормальными самцами. В результате этого скрещивания он получил разнообразное потомство, наряду с нормальными самками и самцами были особи с отклонениями в формировании их половой системы.

хромосомный дрозофил бисексуальность

Половые типы дрозофилы согласно балансовой теории

На основании опытов Бриджес пришел к выводу, что признаки женского пола контролируются Х-хромосомой, а признаки мужского пола - аутосомами. Пол же особи зависит от баланса между Х-хромосомами и аутосомами. Это следует из того, что все особи с балансом хромосом 1 и более представляют собой самок, соотношение 0,5 определяет самцов; баланс от 1 до 0,5 определяет промежуточное развитие пола.

У дрозофилы и у некоторых других насекомых иногда появляются так называемые гинандроморфы, у которых одни участки тела несут признаки женского пола, другие - мужского. Причины такой мозаичности легко объяснить. В начале своего развития животное обладает двумя Х-хромосомами и начинает развиваться как самка, однако при первом дроблении оплодотворенного яйца по тем или иным причинам происходит утрата одной из Х-хромосом. В результате образуются клетки, содержащие только одну Х-хромосому. Если эти клетки продолжают делиться, то формируются ткани, характеризующиеся чисто мужскими признаками.

Бисексуальность организмов. Многочисленные опыты на животных и растениях позволяют считать, что организмы обладают бисексуальностью, то есть способностью при определенных условиях формировать женский или мужской пол. Подтверждением этого является изменение пола в онтогенезе. Один из примеров переопределения пола получен на аквариумных рыбках Т.Якимото. Для опыта были отобраны белые и красные медаки. Гетерогаметным полом у этих рыбок является мужской. Доминантный ген красной окраски R находится в У-хромосоме, а его рецессивный аллель г - в Х-хромосоме. Следовательно, белые самки имеют генотип X X, а красные самцы - X У. В этом случае самцы всегда будут красными, поскольку в У-хромосоме находится доминантный ген R . При таком типе наследования сыновья всегда будут нести признаки отца. Вылупившихся из личинок мальков разделили на две группы, В первой группе кормление было обычным, а во второй мальки получали добавку женского полового гормона, В результате оказалось, что все красные рыбки во второй группе, генетически определяемые как самцы, по фенотипу были самками с нормально развитыми яичниками и выраженными вторичными половыми признаками. Они были способны скрещиваться с нормальными красными самцами, явление фримартинизма. У крупного рогатого скота иногда рождаются разнополые двойни. В этом случае бычки развиваются нормально, а телочки оказываются бесплодными. Таких животных называют фримартинами. Это обусловлено тем, что на ранних этапах эмбрионального развития между плодами устанавливаются анастомозы кровеносных сосудов. Мужские половые гормоны начинают вырабатываться несколько раньше и, попадая в организм телочки, они нарушают нормальное развитие ее половой системы, Кроме этого у телок-фримартинов был обнаружен химеризм по половым хромосомам. Присутствие У-хромосомы в генотипе таких телок приводит к изменению признаков в сторону мужского пола,

У кур функционирует только левый яичник. Если же он в силу возрастных изменений или болезни редуцируется, зачаток правой гонады превращается в семенник, в котором могут формироваться нормальные спермии. Половое поведение и внешние признаки птицы становятся характерными для особей мужского пола, Генетически женская особь превращается в петуха.

Патологии по половым хромосомам. У человека и животных обнаружены нарушения в группе половых хромосом. Более детально эти нарушения описаны у человека. Основной причиной этих аномалий является нерасхождение половых хромосом в результате мейоза и митоза.

Синдром Клайнфельтера характеризуется недоразвитием гонад. У организмов с такой аномалией генотип ХХУ. Возникновение синдрома Клайнфельтера связано с нерасхождением половых хромосом в мейозе. Животные с синдромом Клайнфельтера имеют признаки мужского пола, но стерильны. Такой дефект описан у человека, собак и котов.

Синдром Тернера характеризуется женским фенотипом. У организмов с этим дефектом вместо двух половых хромосом - одна (ХО). Эта аномалия описана у человека, козы и домашней мыши. У организмов с этим синдромом недоразвиты яичники, нет четко выраженных вторичных признаков женского организма и в большинстве случаев наблюдается бесплодие.

У животных встречаются и другие нарушения в группе половых хромосом, например трисомия (XXX), мозаицизм (ХХ/ХУ/ХХУ) и др. Этих животных нужно своевременно выделять в группы откорма, так как в большинстве случаев у них нарушены воспроизводительные способности.

Наследование признаков, сцепленных с полом. Половые хромосомы, так же, как и аутосомы, несут гены, контролирующие те или иные признаки. Признаки, гены которых локализованы в половых хромосомах, наследуются сцепленно с полом. Сцепленное с полом наследование было открыто Т.Морганом. Для своих опытов он использовал линию дрозофил с белыми глазами (white). Когда белоглазых мух скрещивали с красноглазыми, то полученное потомство не согласовывалось с менделевскими законами наследования. Если красноглазыми были самки, а белоглазыми самцы, то в F1 все мухи имели красные глаза, что соответствует гипотезе о доминантности этого признака. При скрещивании между собой мух из F1 три четверти потомства в F2 было красноглазым, а одна четверть - белоглазой. Однако все полученные самки были красноглазыми, а среди самцов половина потомков имели красные глаза и половина - белые. Это не совпадало с положениями законов Менделя.

При скрещивании белоглазых самок с красноглазыми самцами результаты были другими. Не все потомство от такого скрещивания было красноглазым, как следовало бы ожидать на основе закона Менделя, исходя из доминирования признака "красные глаза". Напротив, лишь половина потомства составляли мухи с такими глазами, тогда как вторая половина имела белые глаза; кроме того, все красноглазые мухи были самками, а белоглазые - самцами.

Морган показал, что эти результаты можно объяснить, если предположить, что ген, определяющий цвет глаз у дрозофил, находится в Х-хромосоме. Продемонстрируем схемы этих скрещиваний ниже.

Описанное Морганом сцепленное наследование признаков было обнаружено у многих видов животных и человека. У кур сцепленно с полом наследуется поперечно-полосатая окраска оперения. Это явление используется в птицеводстве для разделения по полу цыплят в суточном возрасте. При скрещивании петушков, имеющих сплошную окраску оперения, с поперечно- полосатыми курами в потомстве петушки будут поперечно-полосатыми, а курочки - со сплошной окраской оперения.

В птицеводстве оказалась полезной рецессивная, сцепленная с полом мутация карликовости. Карликовые куры отличаются от нормальных лучшей оплатой корма продукцией, для них требуется меньшая площадь содержания, они резистентны к отдельным болезням. В бройлерном производстве разработана технология, где в качестве родительского стада используются «мини-куры». Для получения бройлеров используют карликовых курочек и петушков нормального роста. Следует отметить, что у кур гомозиготным является мужской пол. Схема получения бройлеров с использованием карликовых кур показана ниже.

У человека известно около 150 признаков, сцепленных с полом. Характер наследования одной из форм дальтонизма - от матери к ее сыновьям - известен уже сотни лет. Другим примером сцепленного с полом признака у человека может служить гемофилия - тяжелое заболевание, для которого характерна неспособность крови свертываться. У нормальных людей при небольшом повреждении тканей кровотечение довольно быстро останавливается вследствие образования сгустков крови. У людей, больных гемофилией, даже небольшое кровотечение остановить невозможно без применения препаратов, усиливающих свертывание крови. Гемофилией страдают в основном особи мужского пола, так как у них имеется одна Х- хромосома, и если в ней окажется дефектный ген, то болезнь сразу проявляется. У женских особей две Х-хромосомы и вероятность нахождения дефектного гена в обоих хромосомах очень мала.

От признаков, сцепленных с полом, следует отличать признаки, ограниченные полом, которые развиваются только у особей одного пола, например молочная продуктивность коров, яйценоскость кур и т.д. Гены подобных признаков могут быть локализованы в любой паре хромосом, самцы и самки в одинаковой степени передают их как дочерям, так и сыновьям.

В практике животноводства ограниченные полом признаки могут подвергаться селекции как по линии самцов, так и через самок. Например, повышение молочности, многоплодия, яйценоскости осуществляется путем селекции обоих родителей.

Проблема регуляции пола. Регуляция пола, имеет важное практическое значение. Так, в яичном птицеводстве желательно получать больше курочек, а в мясном - петушков. В молочном скотоводстве нужны телочки, в мясном - бычки. У тутового шелкопряда самцы дают на 25-30% больше шелка, чем самки, поэтому их преимущество очевидно.

Пол потомка зависит от гетерогаметного пола родительской особи, образующего два сорта гамет с X и У-хромосомами. В зависимости от того, какая из гамет будет участвовать в оплодотворении, и будет определяться пол потомства. Так как у млекопитающих и человека гетерогаметным является мужской пол, то для регуляции пола потомства нужно разделить сперматозоиды на содержащие X и У хромосомы. Если в оплодотворении яйцеклетки будет участвовать сперматозоид, содержащий Х-хромосому, то родится самка, если У - самец,

Ученые пытались разделить сперматозоиды по размеру, массе, подвижности в электрическом поле и другими методами. Опыт по разделению спермы кроликов с помощью электрофореза проводила В.Шредер, Осеменяя кроликов анодной или катодной спермой, ей удалось изменить соотношение самцов и самок до 75%. Однако повторное проведение подобных опытов не подтвердило этих результатов.

Исследования Г.Паршунина и других показали, что избыток аминокислот в рационе кур приводит к существенному изменению в соотношении полов. Установлено, что метионин и глицин содействуют формированию курочек, а аспарагин - петушков.

Лавровский считает, что пол потомства зависит от тайн снеговой воды. По данным, полученным в его опытах, в потомстве животных, пьющих снеговую воду, должны преобладать самцы.

Несмотря на большое число проведенных опытов, проблема регулирования пола у млекопитающих путем разделения сперматозоидов до настоящего времени не решена. В то же время, сегодня разработан способ раннего определения пола. Барр, при исследовании клеток мужского и женского организма, обнаружил в клетках женского организма скопление хроматина под оболочкой ядра. Это образование представляет собой инактивированную Х-хромосому и названо "тельцем Барра". Таким образом, тельце Барра обнаруживается только в клетках женского организма. Для ранней диагностики пола, берут небольшое количество амниотической жидкости на ранних стадиях беременности. В этой жидкости всегда обнаруживаются клетки эпителия. Размножив эти клетки на питательной среде, без труда можно определить - мужской или женский плод развивается в организме матери. В случаях, когда рождение мальчика нежелательно, например при сцепленных с полом наследственных болезнях, можно прервать беременность.

У животных можно получать организмы желательного пола с использованием биотехнологических приемов, таких как трансплантация и клонирование. Ученые в настоящее время разработали способ разделения эмбрионов на части, У домашних животных эмбрион можно разделить на 4, 8 или большее количество частей. При этом одну из частей эмбриона подсаживают в матку самки, а остальные замораживают и сохраняют длительное время в жидком азоте. После рождения потомка можно делать пересадки и остальных частей разделенного эмбриона. В этом случае пол потомков будет такой же, как и у рожденного животного.

Решить проблему регуляции пола у тутового шелкопряда с использованием явления партеногенеза удалось Б.Астаурову. У тутового шелкопряда гомогаметным полом является мужской. Для получения самцов, которые дают на 25-30% больше шелка, яйца самок (грену) подвергали температурному шоку или действию рентгеновских лучей. В результате этого ядро разрушалось. Далее яйца подвергали оплодотворению, в результате чего в яйцеклетку проникали сперматозоиды. Два сперматозоида сливались, восстанавливался диплоидный набор хромосом, и из таких яиц развивались только самцы.

В.Струнников и В.Тадзима разработали методику разделения грены тутового шелкопряда по окраске. Окраска яиц у тутового шелкопряда, наследуется сцепленно с полом, причем светлая окраска носит доминантный характер. При скрещивании самок из линии дающей светлую окраску яиц с самцами темноокрашенной линии мы получим грену, которая будет различаться по цвету. Из светлых яиц будут развиваться самцы, а из темных - самки. Сортировать грену можно с помощью фотоэлемента.

Размещено на Allbest.ru