Решаем задачи по генетике - Р.М. Островская, В.И. Чемерилова 2012
Закономерности наследования признаков
Анализ родословных
Не все методы генетики применимы к анализу наследования тех или иных признаков у человека. Так, не приложим к человеку классический генетический метод — скрещиваний. Однако информацию о характере генетического контроля признака может дать анализ фенотипов нескольких поколений родственников, т.е. анализ родословных. Составление и анализ родословных представляют собой суть генеалогического метода — одного их важнейших методов в атропогенетике, а также в генетике других биологических видов, у которых использование гибридологического метода по каким-либо причинам малоэффективно. Генеалогический метод позволяет также определить вероятность проявления и степень риска для потомства по какому-либо наследственному заболеванию или иному патологическому признаку, т.е. служит основой и для проведения медико-генетических консультаций.
Составление родословных имеет свои правила. Лицо, по отношению к которому составляется родословная, называется пробандом. На рисунке пробанд указывается стрелкой. Братья и сестры называются сибсами, например, родные сибсы, двоюродные сибсы (полусибсы) и т.д. Условные обозначения, принятые при составлении родословных, приведены ниже.
Основные символы, принятые при составлении родословных
Каждое поколение исследуемых индивидуумов располагается на одной горизонтальной линии. Следует отметить, что в некоторых семьях может встретиться несколько наследственных дефектов. В этом случае условные обозначения наследуемых свойств необходимо изменять и дополнять в соответствии с числом анализируемых признаков (каждый признак, аномалию или заболевание обозначают своим условным знаком, например, штриховкой разного вида).
Генеалогический метод позволяет выявлять наследственную природу того или иного признака и устанавливать характер наследования. Первая работа, посвященная анализу родословных, была выполнена Ф. Гальтоном
в 1869 г. и опубликована под названием «Наследственный гений». Идея метода проста: если признак определяется генами (т.е. генетически обусловлен), то чем больше родство, тем выше вероятность того, что у родственников гены одинаковы и тем больше одинаковых генов они имеют, а значит, тем более похожими друг на друга должны быть люди по данному признаку. Так, у родственников I категории (первая степень родства) — родитель-потомок, родные сибсы (братья и сестры) в среднем имеется 50% общих генов. С уменьшением степени родства уменьшается и доля общих генов, а, значит, снижается сходство людей по тем или иным признакам. Чем больше поколений людей и чем шире круг родственников, тем обширнее родословная, тем больше информации о наследовании признака можно из нее получить и тем надежнее получаемые результаты.
Анализ родословных может дать ответ на вопрос о характере наследования данного признака, а именно, доминантный это признак или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом. Для наследования каждого из указанных типов характерны определенные особенности. Так, аутосомный признак при доминантном типе наследования проявляется в каждом поколении и, как правило, встречается у достаточно большого числа членов данной родословной. В случае рецессивного типа наследования аутосомный признак может проявляться не в каждом поколении, а «проскакивать» через одно, а иногда и большее число поколений и, как правило, проявляется у небольшого числа представителей данной родословной. Частота встречаемости аутосомного признака, как доминантного, так и рецессивного у мужчин и женщин любого поколения не различается. Напротив, для рецессивных признаков, сцепленных с полом, характерна большая частота проявления у представителей мужского пола, тогда как доминантные сцепленные с полом признаки чаще проявляются у представителей женского пола. Следует отметить, что в полной мере указанные закономерности обнаруживаются при анализе достаточно обширных родословных.
Задачи:
1. Альбинизм вызывается рецессивным геном. Люди-альбиносы имеют белые волосы, белую кожу и бесцветную радужную оболочку глаз (глаза кажутся красными, так как просвечивают кровеносные сосуды глазного дна). По родословной, показывающей наследование альбинизма, проследите за передачей этого гена и определите генотипы возможно большего числа лиц (рис. 13). Ожидается ли появление детей-альбиносов от браков 1 х 2, 1 х 3, 2 и нормального мужчины, не состоящего с ней в родстве?
Рис. 13. Родословная семьи с альбинизмом.
2. В пяти родословных человека особи, отмеченные черным цветом, несут изучаемый признак (рис.14-17). Определите для каждой родословной способ наследования изучаемого признака (доминантный или рецессивный) и, где возможно, определите по данному признаку генотип каждой особи, встречающейся в родословной.
Рис. 14. Родословная семьи с леворукостью.
Рис. 15. Родословная семьи с полидактилией.
Рис. 16. Родословная семьи с мускульной атрофией.
Рис. 17. Родословные двух семей с неизвестным признаком.
3. В четырех родословных человека показано наследование доминантных и рецессивных признаков (рис.18).
Рис. 18. Родословные четырех семей с доминантными и рецессивными признаками.
Допустим, скрещиваемые особи не имеют детей и единственным указанием на их генотип является характер распределения признака в представленной родословной. Допустим также, что посторонние особи, вступающие в брак с представителями данной семьи и не проявляющие рецессивного признака, не несут обусловливающих его рецессивных генов.
Вычислите вероятность проявления признака в потомстве различных скрещиваний:
а) в родословной 1 (с доминантным признаком) — особей 1 и 3; 2 и 4;
б) в родословной 2 (с доминантным признаком) — особей 1 и 5; 2 и 4;
в) в родословной 3 (с рецессивным признаком) — особей 1 и 6; 3 и 4; 1 и 7; 2 и 9; 6 и 11;
г) в родословной 4 (с рецессивным признаком) — особей 1 и 7; 2 и 4; 6 и 8.
4. Исходя из родословной и предполагая, что признак детерминируют аллели А и а, определите характер наследования признака и генотипы каждой особи.
Рис.19. Родословная к задаче 4
5. Какой закон Г. Менделя продемонстрирован на примере родословной из задачи 4?
6. В следующей родословной показано наследование близорукости (миопии). Предположите тип наследования этого признака (доминантный или рецессивный) и вероятные генотипы каждого из индивидов в родословной.
Рис.20. Родословная к задаче 6
7. В следующей родословной показано наследование одного из видов цветовой слепоты. Предположите, какой тип наследования характерен для этого признака (доминантный Х-сцепленный, доминантный аутосомный, рецессивный Х-сцепленный, рецессивный аутосомный) и наиболее вероятные генотипы лиц в этой родословной.
Рис. 21. Родословная к задаче 7
8. Рассмотрите три родословные человека с одним из наследственных признаков:
а) Какие из предположений можно исключить для данного признака:
· доминантный Х-сцепленный
· доминантный аутосомный
· рецессивный Х-сцепленный
· рецессивный аутосомный
б) В соответствующем поколении укажите одного из лиц (например, II-1, II-2 …), признаки которого позволили исключить соответствующее предположение. Если исключить перечисленные предположения нельзя, объясните почему.
в) Исходя из выбранного типа наследования, укажите все возможные генотипы (аллели А или а) следующих лиц: II — 1, II — 6, II — 9.
9. Составить родословную семьи со случаем диабета. Здоровые муж и жена (двоюродные сибсы) имеют больного ребенка. Мать мужа и отец жены (родные сибсы) здоровы. Брат мужа, две сестры жены, общий дядя супругов и бабка здоровы. Дед страдал диабетом. Все родственники со стороны отца мужа (два дяди, двоюродная сестра, дед и бабка) и матери жены (тетка, двоюродный брат, дед и бабка здоровы).
Определить характер наследования болезни и отметить тех членов семьи, гетерозиготность которых по гену диабета не вызывает сомнений.
10. Составить родословную семьи со случаем шизофрении. Пробанд — больная шизофренией женщина. Ее брат, сестра и отец здоровы. Со стороны отца имеются следующие родственники: дядя, больной шизофренией, и две тетки — здоровые. Одна из теток имеет трех здоровых детей, вторая — здорового сына. Дед и бабка со стороны отца здоровы, сестра бабки болела шизофренией. Мать пробанда, дядя, дед и бабка с материнской стороны здоровы, у дяди два здоровых ребенка.
11. Составить родословную семьи с редким заболеванием эпилойей, которое детерминируется геном с летальным действием. Большинство лиц с врожденной эпилойей (патологическое разрастание кожи, умственная отсталость, судорожные припадки, наличие опухолей сердца, почек и других органов) погибает, не достигнув половой зрелости. При слабой выраженности синдрома некоторые из таких больных выживают и дают потомство. Пробанд — женщина, страдающая эпилойей, в браке со здоровым мужчиной имела троих детей: здоровых сына и дочь и больную дочь, у которой впоследствии родилось пятеро детей - здоровые два сына и две дочери и одна дочь с эпилойей. Установлено, что у этой больной женщины — дочери пробанда — было два мертворожденных ребенка.
Определить, каким геном, доминантным или рецессивным, детерминируется это заболевание и как можно объяснить различный эффект этого гена.
12. Пробанд имеет белую прядь в волосах надо лбом. Брат пробанда без пряди. По линии отца пробанда аномалии не отмечено. Мать пробанда с белой прядью. Она имеет трех сестер: две сестры с прядью и одна сестра без пряди. У одной из ее сестер, которая имеет прядь надо лбом, дочь без пряди, у второй — сын и дочь с прядью и дочь без пряди. Третья тетка пробанда со стороны матери без пряди имеет двух сыновей и одну дочь без пряди. Дед пробанда по линии матери и двое его братьев имели белые локоны, а еще двое были без пряди. Прадед и прапрадед также имели белую прядь надо лбом.
Определите вероятность рождения детей с белой прядью надо лбом в случае, если пробанд вступит в брак со своей двоюродной сестрой, имеющей этот локон.
13. Пробанд — здоровая женщина — имеет двух братьев, больных алькаптонурией. Мать пробанда здорова и имеет двух здоровых братьев. Отец пробанда здоров и является двоюродным дядей своей жены. У него есть здоровый брат и здоровая сестра. Бабушка по линии отца была больной и состояла в браке со своим двоюродным здоровым братом. Бабушка и дедушка пробанда по линии матери здоровы, отец и мать деда также здоровы, при этом мать деда — родная сестра деда пробанда со стороны отца.
Определите вероятность рождения больных алькаптонурией детей в семье пробанда при условии, что она выйдет замуж за здорового мужчину, мать которого страдала алькаптонурией.
14. Пробанд имеет нормальные по окраске зубы. У его сестры зубы коричневые. У матери пробанда зубы коричневые, у отца — нормальной окраски. Семь сестер матери пробанда с коричневыми зубами, а четыре брата — с нормальными. Одна тетя пробанда по линии матери, имеющая коричневые зубы, замужем за мужчиной с нормальными зубами. У них трое детей: дочь и сын с коричневыми зубами и дочь с нормальными. Два дяди пробанда по линии матери женаты на женщинах без аномалии в окраске зубов. У одного из них два сына и дочь, у другого — две дочери и сын. Все они с нормальными зубами. Коричневые зубы имел дедушка пробанда по линии матери, а у бабушки по линии матери были нормальные зубы. Два брата дедушки по линии матери с нормальной окраской зубов. Прабабушка (мать деда по линии матери) и прапрабабушка (мать этой прабабушки) имели коричневые зубы, а их мужья были с нормальной окраской зубов.
Определите, какие дети могут быть у пробанда, если он вступит в брак с женщиной, гетерозиготной по этому признаку.
15. У пробанда полидактилия. Отец его также многопалый, а мать с нормальным строением кисти. Дальнейшая родословная известна только по линии отца. У отца есть брат и сестра с нормальным строением кисти, и брат, и сестра многопалые. Многопалый дядя пробанда был дважды женат на женщинах с нормальным строением кисти. От одного брака у него дочь с полидактилией, от второго брака было шестеро детей: две дочери и один сын с -полидактилией и два сына и одна дочь с нормальным строением кисти. Тетя пробанда с нормальной кистью была замужем за мужчиной без анализируемой аномалии. У них было три мальчика и три девочки с нормальным строением кисти. Дедушка пробанда без аномалии, а бабушка многопалая.
Какова вероятность рождения многопалых детей в семье пробанда, если он вступит в брак с женщиной, имеющей нормальное строение кисти?
16. Одна из форм рахита не излечивается обычными дозами витамина Д.
Пробанд — юноша, страдающий этой формой рахита. Его сестра здорова. Мать пробанда больна рахитом. У матери пробанда было трое братьев — все здоровы. Дед пробанда по линии матери болен, бабка здорова. Дед имел двух здоровых братьев и одного больного. У здоровых братьев деда от здоровых жен было пять здоровых сыновей (у одного четыре сына, у другого один). У больного брата деда жена была здорова. У них было три больных дочери и два здоровых сына. У двух больных дочерей брата деда пробанда от здоровых мужей было по одной здоровой дочери. Еще у одной больной дочери брата деда пробанда, состоящей в браке со здоровым мужчиной, два сына, один из которых болен, и больная дочь. У здоровых сыновей брата деда пробанда жены здоровы, здоровы и их дети.
Определите вероятность рождения больных рахитом детей в семье пробанда в случае, если он вступит в брак со своей больной двоюродной сестрой.
17. Пробанд — здоровый юноша — имеет четверых братьев, больных мышечной дистрофией типа Дюшенна. Мать и отец пробанда здоровы. У матери пробанда две здоровые сестры, один здоровый брат и два брата, больные мышечной дистрофией. Бабушка и дедушка со стороны матери пробанда здоровы. У бабушки было три здоровых сестры, два здоровых брата и один брат, больной мышечной дистрофией. Все здоровые братья и сестры бабушки имели здоровых супругов. У обоих братьев было по пять детей — все девочки и мальчики здоровы. У одной из сестер бабушки был больной дистрофией сын, у второй сестры — три здоровых сына и одна здоровая дочь. Третья сестра бабушки выходила замуж несколько раз за здоровых мужчин. От первого брака у нее родился больной мышечной дистрофией сын, от второго брака — один здоровый сын, здоровая дочь и два больных дистрофией сына. Родители бабушки пробанда по линии матери были здоровы.
Определите вероятность рождения больных детей в семье пробанда, если его супруга будет иметь такой же генотип, как мать пробанда.
18. Пробанд — юноша, страдающий глухотой. Его сестра с нормальным слухом. У матери пробанда пять сестер с нормальным слухом и один брат глухой. Три сестры матери пробанда замужем за здоровыми мужчинами. У одной сестры матери пробанда здоровая дочь, у второй — здоровый сын, у третьей — здоровая дочь и глухой сын. Бабушка пробанда по линии матери здорова, ее муж здоров. У бабушки пробанда по линии матери три здоровых сестры, один здоровый и один глухой брат. Здоровые сестры бабушки по линии матери имели здоровых мужей, а здоровый брат женат на здоровой женщине. У первой сестры бабушки пробанда четыре здоровые дочери и один глухой сын. У второй сестры бабушки здоровая дочь и глухой сын. У третьей сестры бабушки здоровая дочь, один здоровый и один глухой сын. Отец и мать бабушки пробанда по линии матери здоровы.
Определите вероятность рождения глухих детей в семье пробанда при условии, что его жена будет иметь такой же генотип, как мать пробанда.
19. Пробанд и его пять братьев здоровы. Мать и отец пробанда глухонемые. Два дяди и тетка со стороны отца также глухонемые, со стороны матери четыре тетки и дядя здоровы и одна тетка, и один дядя глухонемые. Бабушка и дедушка по отцу глухонемые. Бабушка по отцу имеет глухонемого брата и двух глухонемых сестер. Дедушка по отцу имеет двух братьев, один из которых здоров и другой глухонемой, и пять сестер, две из которых глухонемые. Мать и отец дедушки со стороны отца здоровы, мать и отец бабушки со стороны отца глухонемые.
Определите вероятность рождения глухонемых детей в семье пробанда, если он вступит в брак с нормальной в отношении глухонемоты женщиной, происходящей из благополучной по этому заболеванию семьи.
20. Роза и Алла — родные сестры и обе, как и их родители, страдают ночной слепотой. У них есть еще сестра с нормальным зрением, а также сестра и брат, страдающие ночной слепотой. Роза и Алла вышли замуж за мужчин с нормальным зрением. У Аллы было две девочки и четыре мальчика, страдающих ночной слепотой. У Розы — два сына и дочь с нормальным зрением и еще один сын, страдающий ночной слепотой.
Определите генотипы Розы и Аллы, их родителей и детей. Какова вероятность появления у Розы и Аллы внуков, страдающих ночной слепотой, при условии, что все их дети вступят в брак с лицами, нормальными в отношении зрения?
21. Пробанд нормального роста имеет сестру с ахондроплазией. Мать пробанда нормальна, а отец страдает ахондроплазией. По линии отца пробанд имеет двух нормальных теток, одну тетку с ахондроплазией и одного дядю с ахондроплазией. Тетя, имеющая ахондроплазию, замужем за здоровым мужчиной. У них есть сын карлик. Здоровая тетя от здорового мужа имеет двух мальчиков и двух девочек — все они здоровы. Дядя карлик женат на здоровой женщине. У него две нормальные девочки и сын карлик. Дедушка по линии отца карлик, а бабушка нормальная.
Определите вероятность появления карликов в семье пробанда, если его жена будет иметь такой же генотип, как он сам. Какова вероятность появления карликов в семье сестры пробанда, если она вступит в брак со здоровым мужчиной?
22. Пробанд — здоровая женщина, ее сестра также здорова, а два ее брата страдают дальтонизмом. Мать и отец пробанда здоровы. Четыре сестры матери пробанда здоровы, мужья их также здоровы. О двоюродных сибсах со стороны матери пробанда известно: в одной семье один больной брат, две сестры и брат здоровы; в двух других семьях по одному больному брату и по одной здоровой сестре; в четвертой семье — одна здоровая сестра. Бабушка пробанда со стороны матери здорова, дедушка страдал дальтонизмом. Со стороны отца пробанда страдающих дальтонизмом не отмечено.
Определите вероятность рождения у пробанда больных дальтонизмом детей при условии, если она выйдет замуж за здорового мужчину.