Кіріспе

Мұрагерлік үлгісінің түрі – Мендельдік емес мұрагерлік, бұл қасиеттердің Мендель заңдарына сәйкес бөлінбейтін кез келген үлгісі. Бұл заңдар ядродағы хромосомалардағы жалғыз гендерге байланысты қасиеттердің мұрагерлігін сипаттайды. Мендельдік мұрагерлікте әрбір ата-ана қасиет үшін екі мүмкін аллельдің біреуін ұсынады. Егер генетикалық будандастыруда ата-ананың генотиптері белгілі болса, Мендель заңдарын ұрпақ популяциясында күтілетін фенотиптердің таралуын анықтау үшін қолдануға болады. Бірақ ұрпақтағы фенотиптердің арақатынасы болжамдалған мәндермен сәйкес келмейтін жағдайлар да болады. Мендельдік емес мұрагерлік, процестерге әсер ететін бірнеше ауруларда маңызды рөл атқарады.

Түрлері

Толық емес доминанттық, кодоминанттық, көптеген аллельдер және полигендік қасиеттер Мендель заңдарына бағынады, мендельдік мұрагерлікпен көрінеді және Мендель заңдарының кеңейтілген түрі ретінде түсіндіріледі.

Толық емес үстемдік

Толық емес үстемдікке байланысты аралық мұрагерлік жағдайларында Мендель ашқан үстемдік принципі қолданылмайды. Бірақ, біркелкілік принципі сақталады, себебі F1 ұрпағының барлық өсімдіктерінің генотипі мен фенотипі бірдей болады. Мендельдің гендердің айырылу принципі де қолданылады, өйткені F2 ұрпағында P ұрпағының фенотиптерін көрсететін гомозиготалық жекелеген өсімдіктер пайда болады. Аралық мұрагерлік алғаш рет Карл Корренс Mirabilis jalapa өсімдігінде зерттелді, және одан әрі генетикалық тәжірибелер үшін қолданылды. Antirrhinum majus гүлдерінің түс пішіні де аралық мұрагерлік белгісін көрсетеді.

Бірлескен басымдық

Кодоминанс жағдайында, бір ген локусының екі әртүрлі аллельдерінің генетикалық қасиеттері фенотипте анық білінеді. Мысалы, тауықтың кейбір түрлерінде қара қауырсынға жауапты аллель, ақ қауырсынға жауапты аллельмен кодоминантты болады. Гетерозиготалық тауықтардың түсі "ерминет" деп сипатталады, олардың қауырсындары қара және ақ түсті бөлек-бөлек кездеседі. Адамның көптеген гендері, соның ішінде қандағы холестерин деңгейін реттейтін белокты кодтаушы ген де кодоминанс көрсетеді. Бұл геннің гетерозиготалық түріне ие адамдар холестерин деңгейіне әртүрлі әсер ететін екі түрлі белокты өндіреді.

Генетикалық байланыс

Егер гендер бір хромосомада орналасса және хромосомалар гаметаларға бөліну кезінде кроссинговер болмаса, генетикалық байланыс нәтижесінде генетикалық белгілер бірге мұраға беріледі. Бұл жағдайлар Мендельдің тәуелсіз таралу заңынан ауытқу болып табылады.

Көп аллельді

Мендельдік тұқым қуалаушылықта гендердің тек екі аллелі болады, мысалы, a және A. Мендель тұқым қуалаушылық тәжірибелері үшін екі аллельмен көрсетілген генетикалық белгілердің жұптарын әдейі таңдады. Табиғатта мұндай гендер көбінесе әртүрлі нысандарда кездеседі, сондықтан олардың көптеген аллелі бар делінеді. Жеке организм әдетте әр геннің екі ғана көшірмесіне ие, бірақ популяция ішінде көптеген түрлі аллельдер кездесуі мүмкін. Мысықтардың тері түсі кемінде төрт түрлі аллелі бар бір генмен анықталады. Олар төрт түрлі түс бере алатын үстемдік иерархиясының үлгісін көрсетеді. Иттің тері түсіне жауапты гендерде Агути локусының төрт аллелі бар. "aw" аллелі "at" және "a" аллельдерінен үстем, бірақ "Ay" аллеліне бағынады. Көптеген басқа гендерде де көптеген аллельдер бар, оның ішінде адамдардағы АВО қан тобының гендері де сондай.

Эпистаз

Егер бір немесе бірнеше гендер басқа генетикалық факторлардың олардың экспрессиясын бөгеуі салдарынан өрнектеле алмайтын болса, онда бұл эпистаз кейбір басқа ген локустарындағы доминантты аллельдердің фенотипке әсер етуін де мүмкін емес етеді. Мысалы, иттің түк жабыны генетикасында "e e" аллелімен гомозигоздық Extension локусында феомеланиннен басқа пигмент өндіруге мүмкіндік бермейді. "e" аллелі кеңейтім локусының өзінде рецессивті аллель болғанымен, оның екі данасының болуы басқа түк түсі гендерінің доминанттығын күшейтеді. Үй мысықтарында да Х-хромосомада осыған ұқсас әсер ететін ген бар.

Жыныстық байланысты мұрагерлік

Гоносомаларда орналасқан генетикалық белгілер кейде Мендель ережесінен тыс мұрагерлік үлгілерін көрсетеді. Адамдардың фенотипінде рецессивті белгілер олардың жынысына байланысты дамуы мүмкін, мысалы, түс соқырлығы және гемофилия (гоносомалық мұрагерлікке қараңыз). Көптеген аллельдер доминантты немесе рецессивті болғандықтан, Мендель мұрагерлік принциптерін толық түсіну, жынысқа байланысты мұрагерліктердің күрделі үлгілерін түсіну үшін маңызды шарт болып табылады.

Ядродан тыс мұрагерлік

Экстрануклеарлық тұқым қуалау (цитоплазмалық тұқым қуалау деп те аталады) – бұл мендельдік емес тұқым қуалаудың бір түрі, оны алғаш рет 1908 жылы Карл Корренс ашқан. *Mirabilis jalapa* өсімдігімен жұмыс істеген кезде Корренс жапырақтардың түсі тек аналық ата-ананың генотипіне тәуелді екенін байқады. Осы деректерге сүйене отырып, ол бұл белгі жұмыртқаның цитоплазмасындағы бір компонент арқылы берілетінін анықтады. Кейін Рут Сейгер және басқа зерттеушілер хлоропластардағы ДНК-ның осы ерекше тұқым қуалау үлгісіне жауапты екенін анықтады. Мэри мен Гершель Митчелл бастаған *Neurospora crassa* саңылауының «poky» штампы бойынша жұмыс, митохондриядағы митохондриялық ДНК генетикалық материалының табылуына әкелді. Эндосимбионт теориясына сәйкес, митохондриялар мен хлоропластар бір кезде дербес тіршілік еткен организмдер болған, олар еукариоттық жасушаларға сіңірілген. Уақыт өте келе митохондриялар мен хлоропластар өздерінің еукариоттық иелерімен симбиоздық қарым-қатынас орнатты. Бұл органеллалардың бірнеше гендері ядроға көшірілуіне байланысты, олар өздігінен тіршілік ете алмайды, бірақ әрқайсысы екі тізбекті ДНК түрінде генетикалық материалды сақтайды. Осы органеллалық ДНК-ның берілуі экстрануклеарлық тұқым қуалау құбылысына жауап береді. Хлоропластар мен митохондриялар тек аналық гаметалардың цитоплазмасында ғана кездеседі. Әкелік гаметаларда (мысалы, сперматозоидтарда) цитоплазмалық митохондриялар жоқ. Сондықтан, хлоропластарда немесе митохондрияларда табылған гендерге байланысты белгілердің фенотипі тек аналық ата-анамен анықталады. Адамдарда митохондриялық аурулар – бұл аурулардың тобы, олардың көпшілігі бұлшықеттер мен көздерге әсер етеді.

Полигендік белгілер

Көптеген қасиеттер бірнеше геннің өзара әрекеттесуі нәтижесінде пайда болады. Екі немесе одан көп гендермен анықталатын қасиеттер полигендік қасиеттер деп аталады. Полигендік – организмге белгілі бір қасиетті дамыту үшін "көп гендер" қажет екенін білдіреді. Мысалы, жеміс шырынының көзіндегі қызғылт қоңыр пигментті жасау үшін кем дегенде үш ген қатысады. Полигендік қасиеттер көбінесе фенотиптердің кең спектрін көрсетеді. Адам терісінің түстерінің алуан түрлілігі, кем дегенде, төрт түрлі геннің осы қасиетті бақылауынан туындайды.

Кездейсоқ емес бөліну

Хромосомалардың кездейсоқ емес бөлінуі – мейоз және кейбір митоз жағдайларында хромосомалардың қалыпты таралуынан ауытқу.

Гендік конверсия

Гендік конверсия – мендельдік емес тұқым қуалаудың маңызды түрлерінің бірі болуы мүмкін. Гендік конверсия ДНК рекомбинациясы арқылы ДНК жөндеу кезінде туындайды, осы процесте ДНК тізбегінің бір бөлігі (өзгеріссіз қалған) бір ДНК спиралінен екінші ДНК спираліне көшіріледі, нәтижесінде оның тізбегі өзгереді. Бұл әртүрлі ата-аналардан алынған ДНК талшықтары арасындағы қателерді түзету арқылы жүзеге асуы мүмкін. Осылайша, қателерді түзету бір аллельді екінші аллельге айналдыра алады. Бұл құбылысты ұрпақтардың мендельдік емес арақатынастарында байқауға болады және көбінесе, мысалы, саңырауқұлақтарды будандастыруда кездеседі.

Жұқпалы тұқым қуалаушылық

Мендельдік емес тұқым қуалаудың тағы бір түрі жұқпалы тұқым қуалау деп аталады. Вирустар сияқты жұқпалы бөлшектер жасушаларды жұқтырып, осы жасушалардың цитоплазмасында қалуы мүмкін. Егер осы бөлшектердің болуы өзгертілген фенотипке әкелсе, онда бұл фенотип кейіннен ұрпаққа берілуі мүмкін. Бұл фенотип тек жасушаның цитоплазмасындағы шабуылшының болуына байланысты болғандықтан, мұрагерлік тек аналық ата-ананың жұқтырған статусына байланысты болады. Бұл, экстрануклеарлық тұқым қуалау сияқты, бір ата-анадан ұрпаққа таралуына әкеледі. Жұқпалы тұқым қуалаудың ең жақсы зерттелген мысалы – ашытқыда байқалатын «өлтіруші» құбылысы. Бұл фенотипті екі екі тізбекті РНК вирусы, L және M деп белгіленген вирустар тудырады. L вирусы екі вирустың капсид ақуыздарын, сондай-ақ РНК полимеразасын кодтайды. Сондықтан M вирусы тек L вирусы бар жасушаларды ғана жұқтыра алады. M вирустық РНК жасушадан шығарылатын уытты кодтайды. Ол жасушаның жанында өсетін сезімтал жасушаларды өлтіреді. M вирустық РНК жасушаны уыттың зиянды әсерінен де қорғайды. Яғни, жасушаның сезімтал болуы үшін ол жұқпаған болуы керек немесе тек L вирусын ғана қамтитын болуы керек. L және M вирустары әдеттегі жолмен жасушаларынан шыға алмайды. Олар тек жасушалар жұптасқанда ғана жасушадан жасушаға көше алады. Екі вирусымен жұқтырылған ашытқы жасушасынан туған ұрпақтың барлығы да L және M вирустарымен жұғады. Сондықтан, «өлтіруші» фенотип барлық ұрпаққа беріледі. Сыртқы бөлшектермен жұқтыру нәтижесінде туындайтын тұқым қуалайтын белгілер де Drosophila-да анықталды. Қалыпты жабайы жемқұстар көмірқышқыл газымен ауыстырылғаннан кейін әдетте толыққанды қалпына келеді. Бірақ, кейбір жемқұстар осы затқа ұшырағаннан кейін өледі. Көмірқышқыл газына сезімталдық анадан ұрпаққа беріледі. Бұл сезімталдық σ (Сигма) вирусынан туындайды – тек Drosophila-ны жұқтыратын рабдовирус. Бұл процесс көбінесе вирустармен байланысты болғанымен, соңғы зерттеулер Wolbachia бактериясының да геномын жасуша иесінің геномына енгізе алатынын көрсетті.

Геномдық импринтинг

Геномдық импринтинг – мендельдік емес тұқым қуалаудың тағы бір мысалы. Дәстүрлі тұқым қуалаудағыдай, белгілі бір белгіге жауапты гендер екі ата-анадан да ұрпаққа беріледі. Дегенмен, бұл гендер ұрпаққа берілмес бұрын эпигенетикалық түрде белгіленеді, осы арқылы олардың экспрессия деңгейі өзгереді. Бұл импринттер гаметалардың қалыптасуынан бұрын жасалады және гермдік клеткалардың пайда болуы кезінде жойылады. Сондықтан, әр буынмен бірге импринтингтің жаңа үлгісі құрылуы мүмкін. Гендер ата-аналық хромосоманың тегіне байланысты әртүрлі импринттеледі. Мыстықтарда инсулинге ұқсас өсу факторы 2 (Igf2) гені импринтингке ұшырайды. Бұл ген кодтайтын ақуыз дене мөлшерін реттеуге көмектеседі. Бұл геннің екі функционалды көшірмесі бар мыстықтар, екі мутантты көшірмесі бар мыстықтардан ірі болады. Бұл локуста гетерозигота мыстықтардың мөлшері, жабайы типті аллель қай ата-анадан келгеніне байланысты. Егер функционалды аллель анадан келсе, ұрпақ ергежейтіп (карликоздық) көрінеді, ал әкеден келген аллель қалыпты өлшемдегі мыстыққа әкеледі. Бұл себебі аналық Igf2 гені импринттелген. Импринтинг анадан берілген хромосомадағы Igf2 генінің инактивациясына әкеледі. Импринттер аталық және аналық аллельдердің метилирленуінің айырмашылығынан пайда болады. Бұл екі ата-анадан келген аллельдердің экспрессиясының өзгеше болуына себеп болады. Жоғары метилирленген аймақтар ген экспрессиясының төмен деңгейімен байланысты. Ген экспрессиясының жоғары деңгейі метилирленбеген аймақтарда байқалады. Бұл тұқым қуалау түрінде фенотип ұрпаққа берілген нақты аллельмен ғана емес, сонымен қатар оны берген ата-ананың жынысымен де анықталады.

Мозаикалық

Денесіндегі басқа жасушалардан генетикалық айырмашылықтары бар жасушалар мозаика деп аталады. Бұл айырмашылықтар әртүрлі тіндерде және дамудың әртүрлі кезеңдерінде туындайтын мутациялардың нәтижесі болуы мүмкін. Егер мутация гамета түзбейтін тіндерде болса, ол соматикалық деп сипатталады. Жыныс жасушаларының мутациялары жұмыртқа немесе сперма жасушаларында пайда болады және ұрпаққа берілуі мүмкін. Дамудың басында туындаған мутациялар көптеген жасушаларға әсер етеді және фенотип бойынша мозаика екенін анықтауға мүмкіндік береді. Мозаикалық X-инактивациясы деп аталатын құбылыс та мозаикаға себеп болады. Барлық аналық сүтқоректілерде екі X хромосомасы болады. Жанға қауіпті гендік дозалау проблемаларын болдырмау үшін, осы хромосомалардың бірі ұрықтанғаннан кейін инактивацияланады. Бұл процесс организмнің барлық жасушаларында кездейсоқ түрде жүзеге асады. Әйелдің екі X хромосомасы да аллельдердің ерекше жиынтығымен әртүрлі болады, сондықтан қай хромосоманың белсенділігі жойылғанына байланысты жасушалық фенотиптер әртүрлі болады. Қалың жүнді мысықтар – осы процестің ең көп кездесетін көрінісінің бір мысалы.

Тринуклеотидтік қайталанулар

Тринуклеотидтік қайталану бұзылыстары да Мендель ережесінен өзгеше мұрагерлік үлгісін көрсетеді. Бұл аурулардың барлығы үш нуклеотидтен тұратын микросателлиттердің тандемді қайталануының ұзаруынан туындайды. Әдетте, адамдарда қайталану бірліктерінің саны салыстырмалы түрде төмен болады. Әр кезекті ұрпақта қайталану санының арту ықтималдығы бар. Осының нәтижесінде, ұрпақтар алдындағы өзгеріске (премутацияға) және соңында ауруға шалдығуға ұшырауы мүмкін. Премутация диапазонындағы қайталану саны бар адамдардың ауру балалары болу мүмкіндігі жоғары. Ал ауруға шалдыққандар аурудың белгілерін көрсетеді. Тринуклеотидтік қайталанудың ең көп кездесетін бұзылыстары – Fragile X синдромы және Хантингтон ауруы. Fragile X синдромының жағдайында, симптомдар жеткілікті мөлшерде қайталануы бар адамдардағы Fragile X зиякерлік кемістігі генінің метилирленуінің күшеюінен және оның экспрессиясының төмендеуінен туындайды деп саналады.