12.10: Летальные аллели

Агути: смертельный аллель

Lucien Cuénot обнаружил летальные аллели в 1905 году, изучая наследование цвета шерсти у мышей. Ген агути отвечает за цвет шерсти у мышей. Этот ген кодирует сигнальный белок агути, который отвечает за распределение меланина у млекопитающих. Аллель дикого типа приводит к серо-коричневому окрасу шерсти у мышей, а мутантный аллель - к желтому окрасу шерсти. Помимо цвета шерсти, ген агути связан с синдромом ожирения желтых мышей, характеризующимся ранним началом ожирения и опухолей.

В ходе эксперимента по разведению Куэно скрестил двух желтых мышей и заметил, что двое потомков были желтыми, а одна — серой. Потомство никогда не демонстрировало фенотипическое соотношение 3:1, ожидаемое от моногибридного скрещивания. Вместо этого они показали фенотипическое соотношение 2:1 у желтых и серых мышей.

В 1910 году В.Е. Касл и C.C. Литтл продемонстрировал, что пропавшие желтые мыши умирали на эмбриональной стадии. Эмбрион нес оба рецессивных мутантных аллеля, гомозиготное состояние, которое влияет на дифференцировку как внутренней клеточной массы (ICM), так и трофэктодермы, внешнего слоя бластоцисты.

Летальные аллели у людей

Некоторые рецессивные летальные аллели вызывают генетические нарушения у человека. Например, ахондроплазия — генетическое заболевание, которое влияет на развитие костей и приводит к карликовости коротких конечностей. Это заболевание вызвано доминантным аллелем, а это означает, что наличие единственной копии мутировавшего аллеля вызывает заболевание. Однако когда тот же аллель присутствует в гомозиготной форме, он становится летальным и вызывает смерть во время эмбрионального развития. Несмотря на то, что заболевание вызвано доминантным аллелем, летальность является рецессивной; следовательно, его называют рецессивным летальным аллелем.

Аналогичным образом, доминантные летальные аллели также могут вызывать генетические нарушения у людей. Такие летальные аллели вызывают смерть, даже если они присутствуют в единственном экземпляре. В большинстве случаев эти аллели трудно обнаружить в популяции, поскольку они вызывают раннюю смерть организма. Примером доминантного летального аллеля является болезнь Хантингтона, смертельное неврологическое заболевание. Начало этого заболевания медленное, что позволяет гетерозиготам выжить после рождения. Если человек доживает до репродуктивного возраста, гены передаются его потомству. Таким образом, аллель сохраняется в популяции.

Аллель, который приводит к смерти организма, называется летальным аллелем. Летальные аллели всегда включают в себя основные гены, которые необходимы для выживания организма.

Когда мутация вызвана доминантным летальным аллелем, погибают как гомозиготы, так и гетерозиготы, которые наследуют этот аллель.

Доминантные летальные аллели редко идентифицируются в популяциях, потому что пораженные особи часто быстро ликвидируются. Заметным исключением из этого наблюдения является болезнь Хантингтона, неврологическое расстройство, которое в конечном итоге приводит к смерти.

Однако начало заболевания не происходит до 40 лет. К этому времени многие пораженные особи уже передали свои мутантные аллели своему потомству.

В отличие от доминантных летальных аллелей, рецессивные летальные аллели приводят только к гибели гомозигот.

Примером важного гена является агути, который отвечает за определение цвета шерсти у мышей. Агути был впервые изучен в 1905 году Люсьеном Куэно и изображен здесь с большой буквы «А» для агути.

Куэно экспериментировал с аллелем дикого типа гена агути, который является функциональным и дает начало серому цвету шерсти у мышей. Такая мышь по цвету называется «агути».

Мутантный аллель гена агути нефункционален, что приводит к желтому цвету шерсти у мыши.

Куэно скрестил двух желтых мышей и наблюдал за 2 желтыми мышами на каждую серую мышь в соотношении 2:1. Это показало, что желтый цвет шерсти является доминирующим фенотипом. Примечательно, что эти результаты не соответствовали ожидаемому Менделем фенотипическому соотношению 3:1 для моногибридного скрещивания.

Чтобы определить генотип желтых мышей, он провел тестовое скрещивание, в котором желтые мыши были скрещены с гомозиготными серыми мышами дикого типа. Половина полученного потомства была серого цвета, а другая половина — желтой, в соотношении 1:1, что указывало на то, что все желтые мыши были гетерозиготными и ни одна желтая мышь не была гомозиготной.

В 1910 У. Э. Касл и К. К. Литтл показали, что при скрещивании двух гетерозигот четверть потомства погибает во время эмбрионального развития.

Неудачные эмбрионы были гомозиготными по мутантному аллелю агути, что позволяет предположить, что это рецессивный летальный аллель. Это объясняет, почему Куэно никогда не наблюдал гомозиготных желтых мышей, и эти цифры не соответствовали типичному менделевскому соотношению.