Методические рекомендации для учителя

(по прикладному курсу «Генетика человека»)

Методические рекомендации для учителя необходимы при проведении практических работ. Цель: помочь учителю в составлении  алгоритмов решения задач по генетике человека и научить учащихся решать и анализировать различные типы задач.

Практическая работа 1. Решение задач по теме «Генеалогические древа»

Сбор сведений о семье начинается от пробанда, которым называется лицо, первым попавшее в поле зрения исследователя. Чаще всего это больной или носитель изучаемого признака, но не обязательно. Дети одной родительской пары (родные братья и сестры) называются сибсами. Семьей в узком смысле, или ядерной семьей, называют родительскую пару и их детей. Более широкий круг кровных родственников лучше обозначать термином «род».Обычно родословная собирается по одному или по нескольким признакам. Чисто технически она не может быть составлена по всем известным признакам. Да в этом и нет надобности: врач или генетик всегда интересуется каким-то конкретным заболеванием или признаком либо дополнительно несколькими признаками, сопутствующими основному. В зависимости от цели исследования родословная может быть полной или ограниченной. Чем больше поколений вовлекается в родословную, тем она обширнее. Это влечет за собой неточность получаемых сведений и, следовательно, неточность родословной в целом. Например, иногда люди не знают даже числа своих двоюродных братьев и сестер, не говоря уже о каких-то признаках у них или их детей. Составление родословной сопровождают краткой записью о каждом члене родословной с точной характеристикой его родства по отношению к пробанду. В дальнейшем для наглядности (или при публикациях) готовят графическое изображение родословной. Для этого обычно пользуются стандартными символами. Если рассматриваемых признаков в родословной много, то можно прибегать к буквенным или штриховым различиям внутри символов. Схема родословной обязательно сопровождается описанием обозначений под рисунком — легендой, что исключает возможность неправильных истолкований. Следует пояснить, что поколения обозначаются римскими цифрами сверху вниз, обычно они ставятся слева от родословной. Арабскими цифрами нумеруются члены одного поколения (весь ряд) слева направо последовательно. Братья и сестры располагаются в родословной в порядке рождений. Таким образом, каждый член родословной имеет свой шифр. Супруги членов родословной обозначаются тем же номером, но со строчной буквой вслед за цифрой, если они кровно не связаны с членами родословной. В тех случаях, когда супруг не исследован на наличие рассматриваемого признака и его родословная не приводится, желательно не изображать его вообще. Внесение такого значка в родословную не несет никакой информации, а только затрудняет восприятие ее основной части. Все индивиды должны располагаться строго по поколениям в один ряд. «Подвешивание» символов между рядами поколений является грубой ошибкой.

Первая задача при анализе родословной — установление наследственного характера признака. Если в родословной встречается один и тот же признак (или болезнь) несколько раз, то можно думать о наследственной его природе. Однако надо прежде всего исключить возможность экзогенного накопления случаев в семье или роду. Например, если один и тот же патогенный фактор действовал на женщину во время всех беременностей, то у нее могут родиться несколько детей с одинаковыми аномалиями. Другой пример: одни и те же профессиональные вредности или внешние факторы могут вызывать сходные заболевания у членов одной семьи. Если исключается действие сходных внешних факторов, а для лиц разных поколений оно исключается с большой вероятностью, то говорят о наследственном характере болезни. С помощью генеалогического метода были открыты все наследственные болезни. После того как обнаружен наследственный характер признака (болезни), необходимо установить тип наследования. Для этого используются принципы генетического анализа и различные статистические методы обработки данных из родословных. Нетрудно понять, что в большинстве случаев простые расчеты соотношения между числом больных детей и здоровых дадут неправильное представление о типе наследования, потому что, например, при рецессивном заболевании в поле зрения не попадают семьи-носители, в которых родились только здоровые дети. Теоретически можно представить полное выявление супружеских пар, гетерозиготных по патологическому гену, но имеющих здоровых детей. Практически же регистрация всегда идет от больного потомка. В таком случае невыявленные семьи составляют, например, при одном ребенке и доминантном типе наследования ½, а при рецессивном — ³/₄. Долю невыявленных гетерозиготных семей можно определить для любого количества детей при разных типах наследования. Следовательно, в расчеты соотношения между больными и здоровыми детьми нужно вводить поправки на долю невыявленных семей.

Задача 1. 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, дед здоров; сестра бабушки больна, а брат 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.

Решение задачи 1: Решение задачи производится путем составления схемы родословного древа и его анализа. Анализ родословной показывает, что данная форма ночной слепоты наследуется как доминантный аутосомный признак – А. Следовательно пробанд имеет генотип Аа (его отец здоров, генотип отца - аа). Жена пробанда здорова, ее генотип – аа. Зная генотипы супругов, нетрудно решить, что вероятность рождения здоровых и больных  детей в семье пробанда равновелика – 50%.

Родословное древо к задаче 1.

Задача 2.Пробанд имеет белый локон в волосах надо лбом. Брат пробанда без локона. По линии отца пробанда аномалии не отмечено. Мать пробанда с белым локоном. Она имеет трех сестер. Две сестры с локоном, одна без локона. У одной из теток пробанда со стороны матери сын с локоном и дочь без локона, у второй — сын и дочь с локоном и дочь без локона. Третья тетка пробанда со стороны матери без локона имеет двух сыновей и одну дочь без локона. Дед пробанда по линии матери и двое его братьев имели белые локоны, а еще двое были без локонов. Прадед и прапрадед также имели белый локон надо лбом. Определите вероятность рождения детей с белым локоном надо лбом в случае, если пробанд вступит в брак со своей двоюродной сестрой, имеющей этот локон.

Задача 3. Молодожены нормально владеют правой рукой.
В семье женщины было еще две сестры, нормально владеющие правой рукой, и три брата — левши. Мать женщины— правша,   отец — левша.    У    отца   есть   сестра и брат левши и сестра и два брата правши. Дед по линии отца правша,  бабка — левша. У матери женщины есть два брата и сестра — все правши.   Мать   мужа —правша, отец — левша. Бабки и деды со стороны материи отца мужа нормально владели правой рукой. Определите вероятность рождения в этой семье детей, владеющих левой рукой.

Задача 4. Пробанд — здоровая женщина — имеет двух здоровых братьев и двух братьев, больных алькаптонурией(выделение с мочой гомогентизиновой кислоты). Мать пробанда здорова и имеет двух здоровых братьев. Отец пробанда болен 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 5. Пробанд — нормальная женщина—имеет пять сестер, две из которых однояйцевые близнецы, две — двуяйцевые близнецы. Все сестры имеют шесть пальцев на руке. Мать пробанда нормальна, отец — шестипалый. Со стороны матери все предки нормальны. У отца два брата и четыре сестры — все нормально пятипалые. Бабка по линии отца шестипалая. У нее было две шестипалые сестры и одна пятипалая. Дед по линии отца и все его родственники нормально пятипалые. Определите вероятность рождения в семье пробанда шестипалых детей при условии, если она выйдет замуж за нормального мужчину.

Задача 6. Ш. Ауэрбах  (1969)  приводит   такую   родословную по шестипалости. Две шестипалые сестры Маргарет и Мэри вышли замуж за нормальных мужчин. В семье Маргарет было пятеро детей: Джеймс, Сусанна и Дэвид были  шестипалыми,   Элла     и  Ричард — пятипалыми. В  семье Мэри  была единственная дочь Джейн с нормальным  строением  руки.  От первого  брака Джеймса с нормальной женщиной родилась шестипалая дочь Сара, от второго брака также   с   нормальной   женщиной у него было шесть детей: одна дочь и два сына нормально пятипалые, две дочери и один сын — шестипалые. Элла вышла замуж за нормального мужчину. У них было два сына и четыре дочери — все пятипалые. Дэвид женился на нормальной женщине. Единственный их сын Чарльз оказался шестипалым. Ричард женился на своей двоюродной сестре Джейн. Две их дочери и три сына были пятипалыми.

Определите вероятность рождения шестипалых детей в случаях:

1. Брака нормальной дочери Джеймса с одним из сыновей Ричарда.

2. Брака Сары с сыном Дэвида.

Практическая работа 2 «Составление родословного древа своей семьи, отслеживание наиболее интересного признака  семьи (цвет глаз, рост, наследование родинок и т.д.)»

Практическая работа 3. Решение задач по теме: «Популяционная генетика и закон Харди-Вайнберга в применении к популяции человека»

В медицинской практике иногда появляется необходимость установить количественные соотношения людей с различными генотипами по одному аллелю, включающему патологический ген, или частоту встречаемости этого гена среди населения. Вычисления ведутся в соответствии с положением закона Харди - Вайнберга.

Сумма генов одного аллеля в данной популяции является величиной постоянной:

p+q=1

где р- число доминантных генов аллеля А, q- число рецессивных генов того же аллеля а. Обе величины могут быть выражены в долях единицы или в процентах (тогда р+q=100%)

Сумма генов одного аллеля в данной популяции есть также  величина постоянная:        р²+2рq+q² =1

Где р² – число гомозиготных особей по доминантному гену (генотип АА), 2рq – число гетерозигот ( генотип Аа), q² – число гомозиготных особей по рецессивному гену ( генотип аа). Значения р и q также могут быть выражены в долях единицы.

Задача 1. Альбинизм общий (молочно-белая окраска кожи, отсутствие меланина в коже, волосяных луковицах и эпителии сетчатки) наследуется как рецессивный аутосомный признак. Заболевание встречается с частотой 1: 20000.

Вычислите количество гетерозигот в популяции.

Решение задачи 1: Альбинизм наследуется рецессивно. Величина 1/20000 - это q². Следовательно, частота гена а будет

q = = Частота гена А будет

  р = 1 - q;         р = 1 – =

Количество гетерозигот в популяции равно 2pq.

2pq = 2 ××=

Выразив это число в процентах, получим 1,4%.

Задача 2. Алькаптонурия характеризуется окрашиванием хрящевых тканей и быстрым потемнением подщелоченной мочи. В старости при этой аномалии развивается артрит. Наследуется как аутосомный рецессивный признак. Заболевание встречается с частотой 1: 100000. Вычислите количество гетерозигот в популяции.

Задача 3. Глухонемота связана с врожденной глухотой, которая препятствует нормальному усвоению речи. Наследование аутосомно-рецессивное. Средняя частота заболевания колеблется по разным странам. Для европейских стран она равна приблизительно 2: 10000. Определите возможное число гетерозиготных по глухонемоте людей в районе, включающем 8000000 жителей.

Задача 4. Одна из форм фруктозурии (ослабленное усвоение фруктозы и повышенное содержание ее в моче) проявляется субклинически. Дефекты обмена снижаются при исключении фруктозы из пищи. Заболевание наследуется аутосомно-рецессивно и встречается с частотой 7 : 1 000000. Определите число гетерозигот в популяции.

Задача 5. Пен:гозурия эссенциальная наследуется как аутосомно-рецессивный признак и встречается с частотой 1 : 50000. Определите частоту доминантного и рецессивного аллеля в популяции.

Задача 6. В одном из американских городов в части, представляющей изолят из итальянских переселенцев, в период с 1928 по 1942 гг. среди 26000 новорожденных 11 оказалось с тяжелой формой талассемии – генотип ТТ.      Определите число гетерозигот среди итальянских переселенцев данного города.     

Задача 7. Наследственная метгемоглобинемия обусловлена аутосомным рецессивным геном и встречается среди эскимосов Аляски с частотой 0,09% .          Определите генетическую структуру анализируемой популяции по метгемоглобинемии. 

Задача 8. Врожденный вывих бедра наследуется доминантно, средняя пенетрантность 25%. Заболевание встречается с частотой 6: 10000 . Определите число гомозиготных особей по рецессивному гену.

Задача 9. Подагра встречается у 2% людей и обусловлена аутосомным доминантным геном. У женщин ген подагры не проявляется, у мужчин пенетрантность его равна 20% .Определите генетическую структуру популяции по анализируемому признаку, исходя из этих данных.

Практическая работа 4. Решение задач по теме: «Наследование групп крови человека в системе АВО»

У человека группы крови определяются тремя аллелями одного локуса. Гены принято записывать I^А ,I^В ,I^O .В различных сочетаниях генов образуются 4 группы крови: первая с генотипом-I^ОI^О ,вторая-I^АI^А или I^АI^О, третья- I^ВI^В или I^ВI^О, четвертая- I^АI^В. Определение групп крови имеет большое значение не только в медицине, но и в судебно-следственной практике.

Задача 1. У матери 1 группа крови, а у отца IV. Могут       ли дети унаследовать группу крови одного из своих родителей?

Решение задачи 1

Дано: Р- 1 и 4 гр.кр	Решение: Р: ♀ I^O I^O× ♂ I^А I^В G: I^О ,            I^А ,  I^В F1:      I^А I^О ,  I^В I^О Ответ: дети не могут унаследовать группы крови своих родителей.
F-?

Задача 2. Мать со II группой крови имеет ребенка с 1 группой крови. Установите возможные группы крови отца.   

Задача 3. Родители имеют 2 и 3 группы крови. Какие группы крови можно ожидать у их детей?

Задача 4. У мальчика 1 группа крови, а у его  сестры -- IV. Определите группы крови их родителей.

Задача 5. Известно, что кровь 1 группы можно переливать всем людям, кровь II группы - только лицам II группы или IV, кровь III группы-только липам III или IV группы, а кровь IУ группы - только лицам IV группы.

1. Всегда ли возможно переливание крови матери ее детям?

2. При каких генотипах родителей можно. Переливать кровь сестры ее родному брату?

Задача 6.У матери I группа крови, у отца III. Могут ли дети унаследовать группу крови своей матери?

Задача 7. В родильном доме перепутали двух мальчиков. Родители одного из них имеют I и II группы крови, родители другого - II и IV. Исследование показало, что дети имеют I и IV группы крови. Определите, кто чей сын.

Задача 8. Родители имеют II и III группы крови. У них родился ребенок с 1 группой крови и больной серповидноклеточной анемией (наследование аутосомное с неполным доминированием, несцепленное с группами крови).

      Определите вероятность рождения больных детей с IV группой крови.

Задача 9. В одной семье у кареглазых родителей имеется четверо детей. Двое голубоглазых имеют I и IV группы крови, двое кареглазых - со II и III группой крови. Определите вероятность рождения следующего ребенка кареглазым с 1 группой крови. Карий цвет глаз доминирует над голубым и обусловлен аутосомным геном.

Задача 10. В семье, где жена имеет 1 группу крови, а муж - IV, родился сын дальтоник с III группой крови. Оба родителя различают цвета нормально.

Определите вероятность рождения здорового сына и возможные группы крови его. Дальтонизм (цветовая слепота) наследуется как рецессивный, сцепленный с X - хромосомой признак.

Задача 11. 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 возможные группы крови его. Гемофилия наследуется как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой признак.

Практическая работа 5. Решение задач по теме: « Явления неполного доминирования»

          При неполном доминировании доминантный ген неполностью подавляет действие аллельного гена. У гетерозигот функционирующими оказываются оба гена, поэтому в фенотипе признак выражается в виде промежуточной формы.

Задача 1. Серповидноклеточная анемия и талассемия наследуются как два признака с неполным доминированием; гены не сцеплены между собой и находятся в аутосомах. У гетерозигот по серповидноклеточной анемии, так же как и у гетерозигот по талассемии, заболевание не носит выраженной клинической картины. Но во всех случаях носители гена талассемии или серповидноклеточной анемии устойчивы к малярии. У двойных гетерозигот (дигибриды по обеим парам анализируемых признаков) развивается микродрепаноцитарная анемия. Гомозиготы по серповидноклеточной анемии и талассемии в подавляющем большинстве случаев умирают в детстве. Определите вероятность рождения совершенно здоровых детей в семье, где один из родителей гетерозиготен по серповидноклеточной анемии, но нормален по талассемии, а второй - гетерозиготен по талассемии, но нормален в отношении серповидноклеточной анемии.

Определите вероятность рождения в этой семье здоровых детей.

Решение задачи 1. Имеем дело с двумя парами генов, в обеих парах обнаруживается неполное доминирование. Устанавливаем генотипы родителей.

Серповидноклеточная анемия - тяжелая форма: SS

Серповидноклеточная анемия - легкая форма: Ss

Нормальный гемоглобин - ss

Талассемия - тяжелая форма: ТТ

Талассемия - легкая форма: Тt

Норма - tt

Решение:

Р: ♀ ssTt   ×  ♂ Sstt

G:  sT ,  st ,         St ,   st

F₁ : SsTt        Sstt         ssTt         sstt

Ответ: вероятность рождения совершенно здоровых детей в этой семье равна ¼ или 25%.

Задача 2. Пельгеровская аномалия сегментирования ядер лейкоцитов наследуется как аутосомный неполностью доминирующий признак. У гомозигот по этому признаку сегментация ядер отсутствует полностью, у гетерозигот она необычная.

 Определите характер ядра сегментоядерных лейкоцитов у детей в семье, где один супруг имеет лейкоциты с необычной сегментацией ядер, а другой нормален по этому признаку.

Задача 3. Талассемия (анемия Кули) наследуется как неполностью доминантный аутосомный признак. У гомозигот заболевание заканчивается смертельным исходом в 90-95% случаев, у гетерозигот анемия Кули проходит в относительно легкой форме.

1. Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где один из супругов страдает легкой формой талассемии, а другой нормален в отношении анализируемого признака?

2. Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где оба родителя страдают легкой формой талассемии?

Задача 4. Серповидноклеточная анемия (изменение нормального гемоглобина А на S-гемоглобин, в результате чего эритроциты принимают форму серпа) наследуется как неполностью доминантный аутосомный ген. Заболевание у гомозиготных особей приводит к смерти, обычно до полового созревания, гетерозиготные особи жизнеспособны, анемия у них чаще всего проявляется субклинически. Интересно, что малярийный плазмодий не может использовать для своего питания S-гемоглобин. Поэтому люди, имеющие эту форму гемоглобина, не болеют малярией.

1. Какова вероятность рождения детей, устойчивых к малярии, в семье, где один из родителей гетерозиготен в отношении серповидноклеточной анемии, а другой нормален в отношении этого признака?

2. Какова вероятность рождения детей, неустойчивых к малярии, в семье, где оба родителя устойчивы к этому паразиту?

Задача 5. Акаталазия (отсутствие каталазы в крови), обусловлена редким аутосомным рецессивным геном. Однако исследования активности каталазы показал, что у гетерозигот она лишь несколько понижена.

1. У обоих родителей и единственного сына в семье активность каталазы оказалась пониженной против нормы. Определите вероятность рождения в семье следующего ребенка без аномалии.

2. Определите вероятные фенотипы детей в семье, где один из супругов страдает акаталазией, а другой имеет лишь пониженную активность каталазы.

Задача 6. Семейная гиперхолестеринемия наследуется доминантно через аутосомы. У гетерозигот это заболевание выражается в высоком содержании холестерина в крови, у гомозигот, кроме того, развиваются ксантомы (доброкачественная опухоль) кожи и сухожилий, атеросклероз.

1. Определите возможную степень развития гиперхолестеринемии у детей в семье, где оба родителя имеют лишь высокое содержание холестерина в крови.

2. Определите вероятность рождения детей с аномалией и степень ее развития в семье, где один из родителей, кроме высокого содержания холестерина в крови, имеет развитые ксантомы и атеросклероз, а другой нормален в отношении анализируемого признака.

Практическая работа 6. «Механизм наследования признаков сцепленных с полом у человека».

Сцепленными с полом признаками называются такие, гены которых расположены не в аутосомах, а в половых хромосомах Х или Y. Х – хромосома не полностью гомологична Y – хромосоме. В участках Х – хромосомы содержатся гены, аллельных которым в Y - хромосоме нет (например , ген классической гемофилии) и наоборот, в негомологичном участке Y - хромосомы содержатся гены, у которых нет аллелей в Х – хромосоме (например, ген, определяющий развитие волосков на краю ушной раковины). Схема решения таких задач иная, чем при аутосомном скрещивании

Задача 1. У человека классическая гемофилия наследуется как сцепленный с X-хромосомой рецессивный признак. Альбинизм (отсутствие пигментации) обусловлен аутосомным рецессивным геном. У одной супружеской пары, нормальной по этим двум признакам, родился сын с обеими аномалиями.

Какова вероятность того, что у второго сына в этой семье проявятся также обе аномалии одновременно?

Решение:

Признак: гемофилия Х^h альбинизм а

                 Норма Х^Н                                 норма    А

По условиям задачи оба родителя нормальны, следовательно, у них обязательно есть по доминантному гену из каждой пары  Х^Н и А. Сын имеет обе аномалии, его генотип Х^hYаа. Х – хромосому с геном гемофилии он мог унаследовать только от матери. Один из генов альбинизма сын получил от матери, другой – от отца. Таким образом:

Р: ♀ Х^НХ^h Аа                       ×         ♂   Х^НY Аа

G: Х^НА, Х^На, Х^h А, Х^h а                Х^Н А, Х^Н а, Y А, Y а

F_1:    ♂        Х^Н  А                Х^Н  а                    Y А                     Y а

♀

Х^НА        Х^Н Х^Н АА          Х^Н Х^Н Аа           Х^Н Y АА          Х^Н Y Аа       

Х^Н а         Х^Н Х^Н Аа           Х^Н Х^Н аа            Х^Н Y Аа           Х^Н Y аа

Х^h А         Х^Н Х^h АА          Х^Н Х^h Аа            Х^h Y АА          Х^h Y Аа

Х^h а          Х^Н Х^h Аа           Х^Н Х^h аа             Х^h Y Аа           Х^h Y аа

Вероятность того, что следующий ребенок будет сыном, равна ½. Из числа сыновей лишь ⅛ может иметь одновременно две аномалии. Для вычисления окончательного результата вероятности перемножаются:

Задача 2. У человека ген, вызывающий одну из форм цветовой слепоты, или дальтонизм, локализован в Х-хромосоме. Состояние болезни вызывается рецессивным геном, состояние здоровья - доминантным.

1. Девушка, имеющая нормальное зрение, отец которой обладал цветовой слепотой, выходит замуж за нормального мужчину, отец которого также страдал цветовой слепотой. Какое зрение можно ожидать у детей от этого брака?

2. Нормальные в отношении зрения мужчина и женщина имеют: а) сына, страдающего дальтонизмом и имеющего нормальную дочь: б) нормальную дочь, имеющую одного нормального сына и одного сына-дальтоника; в) еще нормальную дочь, имеющую пятерых нормальных сыновей. Каковы генотипы родителей, детей и внуков?

Задача 3. Ангидрозная эктодермальная дисплазия (отсутствие потоотделения, нарушение терморегуляции) у людей передается как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой признак.

1. 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?

2. Нормальная женщина выходит замуж за мужчину, больного ангидрозной эктодермальной дисплазией, у них рождается больная девочка и здоровый сын. Определите вероятность рождения следующего ребенка без аномалии.

Задача 4. Гипертрихоз (вырастание волос на краю ушной раковины) наследуется как признак, сцепленный с У-хромосомой.

Какова вероятность рождения детей с этой аномалией в семье, где отец обладает гипертрихозом?

Задача 5. Кареглазая женщина, обладающая нормальным зрением, отец которой имел голубые глаза и страдал цветовой слепотой, выходит замуж за голубоглазого мужчину, имеющего нормальное зрение. Какого потомства можно ожидать от этой пары, если известно, что ген карих глаз наследуется как aутосомный доминантный признак, а ген цветовой слепоты рецессивный и сцеплен с Х-хромосомой?

Задача 6. 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 аномалий, 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 7. Одна из форм агаммаглобулинемии наследуется как аутосомно-рецессивный признак, другая - как рецессив, 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 8. У человека дальтонизм (одна из форм цветовой слепоты) обусловлен сцепленным с X-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 с легкой формой талассемии в браке со здоровым мужчиной, но дальтоником, имеет сына дальтоника с легкой формой талассемии. Какова вероятность рождения следующего сына без аномалий?

Практическая работа 7. Решение задач по теме «Пенетрантность»

В процессе онтогенеза не все гены реализуются в признак. Heкoторыe из них оказываются блокированными другими неаллельными генами, проявлению иных признаков неблагоприятствуют внешние условия. Пробиваемость гена в признак называется пенетрантностью. Пенетрантность выражается в процентах числа особей, несущих признак, к общему числу носителей гена, потенциально способного реализоваться в этот признак.

Общая часть задач этого типа решается по схеме моногибридного скрещивания. Но от полученных данных необходимо высчитывать пенетрантность, указанную для данного признака.

Задача 1. Подагра определяется доминантным аутосомным геном. По некоторым данным, пенетрантность гена у мужчин составляет 20%, а у женщин она равна нулю.

     1. Какова вероятность заболевания подагрой в семье гетерозиготных родителей?

2. Какова вероятность заболевания подагрой в семье, где один из родителей гетерозиготен, а другой нормален по анализируемому признаку?

Решение:

Вероятность того, что в семье появятся дети, несущие ген подагры, равна 3/4. Но не у всех этот ген проявит себя. Он будет проявляться лишь у мужчин. Вероятность рождения мальчиков равна 1/2. Следовательно, наследование гена подагры, способного проявить себя, равно:

. 

Ген подагры проявится лишь у 20% (1/5) несущих его мужчин. Окончательный результат будет равен:

  или 7,5%.

По условиям пункта 2 один из супругов гетерозиготный носитель гена (Аа), а второй нормальный в отношении подагры (аа). Те же рассуждения. Вероятность того, что родится ребенок, несущий ген подагры, равна 1/2. Вероятность того, что это будет мужчина, также равна 1/2. Пенетрантность признака 20%, или 1/5.            Перемножим вероятности и получим:

  или 5 %

Задача 2. По данным шведских генетиков, некоторые формы шизофрении наследуются как доминантные аутосомные признаки. При этом, у гомозигот пенетрантность равна 100 %, у гетерозигот - 20 %.

1. Определите вероятность рождения больных детей в семье, где один из супругов гетерозиготен. а другой нормален в отношении анализируемого признака.

2. Определите вероятность рождения больных детей от брака двух гетерозиготных родителей.

Задача 3. Ангиоматоз сетчатой оболочки (резкое расширение и новообразование сосудов сетчатки глаза, дегенерация нервных элементов) наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 50%.

Определите вероятность рождения больных детей в семье, где оба родителя являются гетерозиготными носителями ангиоматоза.

Задача 4. Черепно-лицевоЙ дизостоз (преждевременное заращение черепных швов, незаращение большого родничка) наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностыо 50%.

Определите вероятность рождения больных детей в семье, где один из родителей гетерозиготен по данному гену, а другой нормален в отношении анализируемого признака.

Задача 5. Арахнодактилия (паучьи пальцы) наследуются как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30 %. Леворукость – рецессивный признак с полной пенетрантностью. Определите вероятность проявления обеих аномалий одновременно у детей в семье, где оба родителя гетерозиготны по обеим парам генов.

Задача 6. Отосклероз (очаговое заболевание косточек среднего уха, способное вызвать глухоту) наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Отсутствие боковых верхних резцов наследуется как сцепленный с Х-хромосомой рецессивный признак с полной пенетрантностью.

Определите вероятность рождения детей с обеими аномалиями одновременно в семье, где мать гетерозиготна в отношении обоих признаков, а отец нормален по обеим парам генов.

Задача 7. Отосклероз наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Гипертрихоз (вырастание волос на краю ушной раковины) наследуется как признак, сцепленный с У-хромосомой с полным проявлением к 17 годам. Определите вероятность проявления одновременно обеих аномалий у детей в семье, где жена нормальна и гомозиготна, а муж имеет обе аномалии, но мать его была нормальной гомозиготной женщиной.

Задача 8. Карий цвет глаз доминирует над голубым и определяется аутосомным геном. Ретинобластома (злокачественная опухоль глаза) определяется другим доминантным аутосомным геном. Пенетрантность ретинобластомы составляет 60%.

1. Какова вероятность рождения голубоглазых детей больными от брака гетерозиготных по обоим признакам родителей?

2. Какова вероятность рождения кареглазых детей здоровыми от брака гетерозиготных по обоим признакам родителей?

Словарь.

Краткое описание наследственных болезней, аномалий и пояснение медицинских терминов, использованных в работе.

Агаммаглобулинемия имеет несколько форм. Одна из них - болезнь Брутона представляет резкое понижение устойчивости к бактериальным инфекционным заболеваниям (пневмония, отиты, сепсис), что обусловлено недостатком гамма-глобулинов. Дефицит гамма-глобулинов наследуется как рецессивный, сцепленный с полом признак.

Акаталазия (акаталаземия) обусловлена отсутствием каталазы в крови и тканях. У половины носителей генов в юношеском возрасте развиваются язвы на деснах, у других акаталаземия проходит бессимптомно. Наследование болезни трактуется как аутосомно-рецессивное.

Альбинизм общий обусловлен инактивацией тирозиназы, вследствие чего меланоциты неспособны образовывать меланин. В этих случаях кожа имеет молочно-белый цвет, волосы очень светлые, вследствие отсутствия пигмента в сетчатке просвечивают кровеносные сосуды, и глаза имеют красновато-розовый цвет, повышенная чувствительность к свету. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Иногда альбинизм является составной частью сложных синдромов, например галактоземии.

Алькаптонурия сопровождается выделением с мочой гомогентизиновой кислоты, подщелоченная моча при этой аномалии быстро темнеет. Проявляется окрашивание хрящевых тканей, в пожилом возрасте развивается артри:г. Аутосомно-рецессивный тип наследования.

Ангидрозная эктодермальная дисплазия характеризуется комплексом признаков: отсутствием потоотделения и части зубов, скудным оволосением, на рушением терморегуляции. Наследуется как рецессивный, сцепленный с полом признак.

 Анемия. Существует ряд форм анемий, обусловленных различными нарушениями в ферментативных системах крови.

Анемuя мuкроцuтарная, или анемия Кули, или талассемия, обусловлена расстройством синтеза нормального«взрослого» гемоглобина. Кроме нарушения морфологии эритроцитов (мишеневидная форма), наблюдается в различной степени выраженная желтуха, изменения в скелете и др. Гомозиготы в 90-95% случаев гибнут в раннем возрасте, у гетерозигот талассемия проходит субклинически. Наследование аутосомное с неполным доминированием.

Анемия серповuдноклеточная обусловлена мутацией гена нормального гемоглобина на S-гемоглобин. Аномальная молекула гемоглобина при низких напряжениях кислорода в клетке переходит в состояние геля, эритроциты принимают форму серпа или полумесяца. Выражена гипоксия, нарушен внутриклеточный метаболизм. Гомозиготы редко доживают до половой зрелости, у гетерозигот клиническая картина выражена неясно. Наследуется аутосомно с неполным доминированием. Носители гена талассемии и серповидноклеточной анемии устойчивы к малярии.

Метгемогло6uнемuя наследственная -- третья форма анемии обусловлена на рушением восстановления метгемоглобина в гемоглообин. В свою очередь она имеет две формы. Одна связана с мутацией нормального гемоглобина. Наследуется по аутосомно-доминантному типу и характеризуется тяжелыми патологическими состояниями организма. Другая форма связана с дефицитом фермента диафоразы в эритроцитах, наследуется по аутосомно-рецесссивному типу, в большинстве случаев не дает ярко выраженной клинической картины.

Аниридия характеризуется отсутствием радужной оболочки. Обычно двустороннее заболевание. Сопровождается помутнением роговицы и хрусталика, понижением зрения, иногда катарактой, светобоязнью и др. Наследуется по аутосомно-доминантному типу.

Ахондроплазия, или хондриострофия, плода начинает развиваться в раннем эмбриональном периоде. Характеризуется непропорционально короткими конечностями при нормально развитом туловище, карликовым ростом, нос часто седловидной формы. Подавляющая часть детей гибнет внутриутробно, родившиеся жизнеспособны. Наследуется как доминантный аутосомный признак.

Близорукость имеет много проявлений. Довольно широко распространена рабочая, или школьная, близорукость, развивающаяся в юношеском возрасте, в дальнейшем не прогрессирует. Две формы близорукости наследуются не- зависимо руг от друга как доминантные аутосомные признаки. При наличии генов умеренной и высокой близорукости фенотипически выявляется только высокая.

Брахидактилия, или короткопалость. Проявляется различно. Часто укорачиваются все пальцы за счет определенных фаланг. Есть формы брахидактилии, когда укорачиваются фаланги только отдельных пальцев рук и ног или укорачиваются только кости пястья и плюсны. Наследуется по аутосомно-доминантному типу. В большинстве случаев короткопалые ниже ростом, чем их братья и сестры с нормальными кистями конечностей.

ВЫВИХ бедра врожденный наследуется как аутосомный доминантный признак. Экспрессивность изменчива, средняя пенетрантность составляет 25 %. У девочек вывих бедра встречается в 6 раз чаще, чем у мальчиков.

Галактоземия обусловлена неспособностью использовать галактозу вследствие пониженной активности галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы. Выражается комплексом признаков: желтуха, исхудание, цирроз печени, катаракта, слабоумие и др. Наследуется как аутосомно-рецессивный признак.

Гемералопия - ночная, или куриная, слепота. Неспособность видеть при сумеречном или ночном освещении. Обычно является составной частью каких-либо синдромов. Чаще наследуется как рецессивный, сцепленный с X- хромосомой признак.

      Гемофилия - несвертываемость крови. Она связана с отсутствием различных факторов свертывания крови, участвующих в образовании плазматического тромбопластина.  Наследуется как рецессивный, сцепленный с полом признак. Есть виды гемофилии, которые наследуются по аутосомно-доминантному и аутосомно-рецессивному типам. В настоящее время различают 4 вида гемофилии.

   Гипертрихоз - признак, наследующийся через У-хромосому. Выражается в вырастании волос на краю ушной раковины.

Гиперхолестеринемия связана с дефектом обмена холестерина. Биохимический анализ крови показывает повышенное содержание холестерина, витамина D и каротина. У гомозигот на коже в области локтевых, коленных и межфаланговых суставов развиваются узелковые ксантомы - доброкачественная опухоль. В связи с поражением сердечно-сосудистой системы рано развивается стенокардия и инфаркт миокарда. Наследуется через аутосомы как доминантный признак (в гомозиготном состоянии проявление заболевания резко усиливается).

Гипоплазия эмали выражается в резком истончении эмали, сопровождается изменением цвета зубов. Наследуется как доминантный, сцепленный с полом признак.

Глаукома связана с нарушением оттока внутриглазной жидкости через угол передней камеры, что ведет к различным патологическим изменениям и, в конечном итоге, к потере зрения. Существует много форм, различных по характеру проявления и по типу наследования. Часть наследуется по аутосомно-доминантному типу, часть - по аутосомно-рецессивному, имеются формы с неполной пенетрантностью. Встречаются ненаследственные формы - фенокопии.

     Глухонемота связана с врожденной глухотой, которая препятствует усвоению речи. Причины глухоты различны: различают глухоту звуковоспринимающего и звукопроводящего типа. Наследственно обусловлено около половины всех заболеваний глухонемотой, другая половина - фенокопии. Наследственные формы чаще передаются рядом неаллельных аутосомных рецессивных генов. Имеются aутосомно-доминантные и рецессивные, сцепленные с X-хромосомой формы.

Дальтонизм (ахроматопия), или частичная цветовая слепота. Различают протанопию - слепота на красный цвет, дейтеронопию - слепота нa зеленый цвет и тританопию - слепота на синий цвет. Наследуется как рецессивный, сцепленный с полом признак. Есть формы, наследуемые по ayтосомнo-рецессивному типу. 

    Катаракта – помутнение  хрусталика, имеет много разных форм. Врожденные катаракты наследуются как по аутосомно-доминантному, так и по аутосомно-рецессивному типу. Встречаются фенокопии врожденных катаракт. Поздние катаракты наследуются по аутосомно-доминантному типу.

Миопатия - прогрессивная атрофия мускулатуры имеет несколько форм. Плече-лопаточно-лицевая форма относится к поздним формам и сопровождается характерным поражением лицевой мускулатуры. Наследуется как аутосомно-доминантный признак. Миопатия Дюшенна - чаще наследуется как рецессивный, сцепленный с полом, реже как aутосомнo-рецессивный признак.

     Отосклероз обусловлен заболеванием косточек среднего уха. Экспрессивность признака (степень потери слуха) зависит от расположения очагов поражения. Haслeдование аутосомно-доминантное с пенетрантностью 30%.

        Пельгеровская аномалия сегментирования ядер лейкоцитов обусловлена нарушением созревания сегментоядерных лейкоцитов. У гомозигот сегментация ядер отсутствует, у гетерозигот сегментация необычная. Наследуется как aутосомно-доминантный признак с неполным доминированием.

Пентозурия эссенциальная характеризуется выделением с мочой пентозо-L-ксилулозы. Клинически не проявляется. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Подагра обусловлена нарушением обмена мочевой  кислоты, в результате чего концентрация ее в организме повышена. Происходит отложение уратов в различных тканях, проявляется приступами артритов и образованием почечных камней. Клиническая картина выражена не всегда и лишь в пожилом возрасте. Передается как аутосомно-доминантный признак с пенетрантностью 20% у мужчин и почти полным непроявлением у женщин.

Полидактилия - шестипалость. Степень выраженности признака может сильно варьировать; 6 пальцев может быть на всех конечностях или только на одной, двух, трех. Иногда бывает по 7 пальцев. Наследуется по аутосомно-доминантному типу.

Ретинобластома - злокачественная опухоль глаза, исходящая из нервных элементов сетчатки. Начинается, как правило, в возрасте до 3 лет, бессимптомно и постепенно приводит к потере зрения. При несвоевременном лечении может привести к смерти. Наследуется по аутосомно-доминантному типу с пенетрантностью около 60%. Поражается один или оба глаза. Двустороннее поражение встречается у 50% больных.

Синдактилия - сращение пальцев. Степень выраженности признака варьирует.

Наследуется по аутосомно-доминантному типу.

Фенилкетонурия связана с отсутствием фермента, превращающего фенилаланин в тирозин. В результате нарушения в крови резко повышено содержание фенилаланина, но уменьшено содержание тирозина. Фенилаланин превращается в фенилпировиноградную кислоту, выделяющуюся с мочой. Развивается слабоумие, которое является следствием поражения центральной нервной системы. Перевод младенца на диету, лишенную фенилаланина, предупреждает развитие заболевания. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Цистинурия характеризуется повышенным содержанием в моче цистина и некоторых других аминокислот. Обычно протекает бессимптомно у гетерозигот, у гомозигот образуются цистиновые камни в почках. Наследование aутосомно-рецессивного типа.

Черепно-лицевой дизостоз - группа скелетных аномалий, главным образом черепа: черепные швы зарастают рано, большой родничок долго не зарастает и т. п. Наследуется как aутосомно-доминантный признак с пенетрантностью 50 %.

 Шизофрения - группа психических заболеваний, различающихся как по характеру проявления и течения, так и по типу наслeдования. Экспрессивность различна. Некоторые формы наследуются по аутосомно – рецессивному типу, некоторые – по аутосомно - доминантному. Пенетрантность гена различна, видимо, как у разных форм шизофрении, так и в зависимости от гомо- или гетерозиготности организма.

      Эллиптоцитоз характеризуется изменением формы значительной части эритроцитов - они приобретают овальную форму. В ряде случаев отмечена аномалия без патологических изменений или с легкой анемией в первые месяцы жизни. В гомозиготном состоянии, видимо, развивается тяжелая гемолитическая анемия. Наследование аутосомно-доминантное.