Взаимодействие аллельных и неаллельных генов

В рассмотренных примерах по гибридизации гены ведут себя как отдельные самостоятельные единицы: они наследуются независимо друг от друга и каждый из них определяет развитие одного конкретного признака. Однако это не всегда так. Каждая клетка и организм представляют собой целостные системы, где все физиологические и биохимические процессы строго взаимосвязаны. Это определяется интегрированностью генотипа, т. е. системой взаимодействующих генов.

Взаимодействовать могут гены как одной аллельной пары (внутриаллельное взаимодействие), так и разных (межаллельное взаимодействие). Часто взаимоотношения аллельных генов выражаются в доминантности (полной и неполной) и рецессивности. Полное доминирование наблюдается в том случае, когда доминантный ген полностью подавляет действие рецессивного гена (например, желтый и зеленый цвет горошин). При неполном доминировании доминантный ген не полностью подавляет действие рецессивного гена, наблюдается промежуточное наследование (например, окраска цветков у ночной красавицы). В сериях множественных аллелей (когда аллельных генов больше, чем два) эти отношения более сложные. Один и тот же ген может выступать как доминантный по отношению к одной аллели и как рецессивный по отношению к другой. Например, ген гималайской окраски кроликов доминантен по отношению к белой, но рецессивен по отношению к серой окраске шерсти (шиншилла). При кодоминировании ни один из аллельных генов не подавляет другой, они равноценны. Если два кодоминантных гена находятся в одном генотипе, они оба проявляются фенотипически. Например, четвертая группа крови у человека по АВО-системе детерминируется одновременным присутствием в генотипе двух кодоминантных генов JA и JB. Ген JA детерминирует синтез антигена А в эритроцитах, а ген JB — антигена В.

Известно много примеров, когда гены одной аллельной пары влияют на характер проявления генов другой аллельной пары. Например, развитие разной формы гребня у кур определяется взаимодействием двух пар аллелей: присутствие в генотипе доминантного гена А определяет развитие розовидного гребня, доминантного гена В — гороховидного; одновременное присутствие в генотипе обоих доминантных генов (АВ) — ореховидного, а рецессивные гомозиготы по обоим аллелям (ааbb) имеют листовидный гребень. Вид межаллельного взаимодействия генов, при котором одновременное присутствие в генотипе доминантных (рецессивных) генов разных аллельных пар приводит к проявлению нового признака, называется комплементарностью. Известны случаи, когда доминантный (рецессивный) ген из одной аллельной пары подавляет действие доминантного (рецессивного) гена из другой аллельной пары. Такой вид взаимодействия генов называется эпистазом, а подавляющий ген — супрессором. Например, у кур доминантный ген С детерминирует синтез пигмента, а доминантная аллель другого гена подавляет действие гена С, и куры с генотипом С-I — имеют белое оперение.

Установлено, что многие количественные и некоторые качественные признаки у растений, животных и человека определяются не одной, а несколькими парами взаимодействующих генов, например рост, масса тела, молочная продуктивность крупного рогатого скота, яйценоскость кур, цвет кожи у человека и др. Чем больше в генотипе доминантных генов, тем сильнее проявляется признак. Такой вид взаимодействия генов разных аллельных пар, когда они отвечают за степень проявления одного признака, называется полимерией.

Нередко наблюдается и противоположное явление, когда один ген влияет на проявление нескольких признаков. Такое явление называется плейотропией. Так, у мухи дрозофилы ген, определяющий отсутствие пигмента в глазах (белые глаза), снижает плодовитость и уменьшает продолжительность жизни. У человека аномалия пальцев («паучьи пальцы») сопровождается нарушением строения хрусталика и пороками развития сердечно-сосудистой системы.

Приведенные примеры убеждают в том, что генотип любого организма следует рассматривать не как простую сумму генов, а как сложную систему взаимодействующих генов. Эта целостность генотипа возникла исторически в процессе эволюции вида. Она выражается прежде всего в тесном взаимодействии отдельных его компонентов — генов. Один и тот же ген, попав в разные генотипы, может проявлять себя по-разному. Появление новых генов в генотипе (мутации) чаще всего на первых порах сопровождается несбалансированностью генов и снижением жизнеспособности организма. Какой фенотип разовьется на основе такого генотипа, зависит как от самого генотипа, так и от конкретных условий среды. Фенотип является результатом взаимодействия генотипа и факторов внешней среды в процессе индивидуального развития организма.