Материал: Генетика как наука

Хромосомное определение пола. Аутосомы и половые хромосомы. Генетические и цитологические особенности половых хромосом. Гомогаметный и гетерогаметный пол

Половые хромосомы - специальная пара хромосом в хромосомном наборе раздельнополых организмов; хромосомы содержат гены, направляющие развитие оплодотворённой яйцеклетки в мужскую или в женскую особь. В отличие от всех остальных пар гомологичных хромосом (аутосом), половые хромосомы различаются размерами. У человека и др. млекопитающих, у многих насекомых особи женского пола содержат в хромосомном наборе две большие хромосомы, которые обозначаются как Х-хромосомы, т. е. для женского пола характерен тип ХХ (ZZ). В клетках особей мужского пола пару с большой Х-хромосомой составляет маленькая хромосома, которую обозначают как Y-хромосома, т. е. для мужского пола характерен тип XY. При образовании половых клеток (гамет) в мейозе у особей женского пола все яйцеклетки получат Х-хромосому и будут равноценными. Такой пол называется гомогаметным. При образовании гамет особями мужского пола одна половина сперматозоидов получит Х-хромосому, другая Y-хромосому. Такой пол с неравноценными гаметами называется гетерогаметным. При оплодотворении случайное соединение яйцеклеток и сперматозоидов даёт статистически одинаковое число сочетаний ХХ и ХY и, значит, появление примерно равного числа женских и мужских особей. У бабочек, птиц, некоторых земноводных и пресмыкающихся противоположное определение пола: у них гомогаметен мужской пол (тип ХХ) и гетерогаметен женский (тип ХY). Есть виды, например кузнечики, у которых Y-хромосома отсутствует и гетерогаметный пол (в данном случае - мужской) несёт только одну Х-хромосому (тип ХО), а развитие по мужскому типу определяют аутосомы. В половых хромосомах находятся гены, которые, помимо признаков пола, определяют и другие признаки. Такие признаки называются сцепленными с полом, т. к. их наследование связано с передачей потомкам половых хромосом. Большие Х-хромосомы включают много генов (у дрозофилы их более 500), маленькие Y-хромосомы - мало. Поскольку для большинства генов Х-хромосомы нет соответствующих парных аллелей в Y-хромосоме, у гетерогаметного пола могут проявляться все рецессивные гены Х-хромосомы, в т. ч. и мутировавшие гены, ответственные за развитие болезней.

Типы хромосомного определения пола. Хромосомное определение пола у человека. Определение пола при нерасхождении половых хромосом у человека

В зависимости от того, какой пол является гетерогаметным, выделяют следующие 4 типа хромосомного определения пола:

• 1)самки гомогаметны, самцы гетерогаметны - самки XX; самцы XY
• 2)самки гомогаметны, самцы гетерогаметны - самки XX; самцы X0.
• 3)самки гетерогаметны, самцы гомогаметны - самки ZW; самцы ZZ
• 4)самки гетерогаметны, самцы гомогаметны - или самки Z0; самцы ZZ

У особей гомогаметного пола ядра всех соматических клеток содержат диплоидный набор аутосом и две одинаковые половые хромосомы, которые обозначаются как XX (ZZ). Организмы такого пола продуцируют гаметы только одного класса -- содержащие по одной X (Z) хромосоме. У особей гетерогаметного пола в каждой соматической клетке, помимо диплоидного набора аутосом, содержатся либо две разнокачественные половые хромосомы, обозначаемые как Х и Y (Z и W), либо только одна -- X (Z) (тогда количество хромосом получается нечётным). Соответственно у особей такого пола образуются два класса гамет: либо несущие X/Z-хромосомы и Y/W-хромосомы, либо несущие X/Z-хромосомы и не несущие никаких половых хромосом.

Хромосомное определение пола у человека проходит по первому типу.

Генетическая схема хромосомного определения пола у человека:

У ряда животных различных видов обнаружена патология по половым хромосомам, часто аналогичная таковой у человека. Основной причиной таких аномалий является нерасхождение половых хромосом в процессе митоза дробящейся зиготы и нерасхождение половых хромосом в бластомеры на ранних этапах развития особи. Нерасхождение половых хромосом при мейозе и митозе сопровождается появлением в фенотипе особей аномалий, затрагивающих морфологические и физиологические системы. Существенно снижается или полностью утрачивается воспроизводительная функция, нарушается общее развитие, проявляется патология нервной и гормональной систем, меняется габитус тела. Если речь идет о двух Х-хромосомахженского пола, то в результате нерасхождения возникают женские гаметы, одна из которых имеет две X-хромосомы, а вторая ни одной, тогда как в норме каждая из них должна нести по одной Х-xpoмосоме и обладать одинаковой возможностью определения пола. Если обозначить эти гаметы через XX и 0, то в результате их соединения с нормальными мужскими гаметами (половина которых несет Х-, а другая половина Y-хромосому) возникнут анеуплоидные зиготы. Возникающие в данном случае четыре типа зигот и количество хромосом в них представляют собой четыре типа аномалий. При рассмотренных аномалиях число аутосом не отклоняется от нормы. Синдром Тернера (ХО) наблюдается у женских особей. Эта аномалия описана у домашней мыши и козы. Синдром Клайнфельтера (XXY) наблюдается у мужских особей.

Х - хромосома и дозовая компенсация. Тельца Бара. Гипотеза Лайон

Инактивация Х-хромосомы -- процесс, в ходе которого инактивируется одна из двух копий Х-хромосом, представленных в клетках самок млекопитающих. ДНК неактивной Х-хромосомы упаковывается в транскрипционно неактивный гетерохроматин. Инактивация Х-хромосомы происходит в клетках самок млекопитающих для того, чтобы с двух копий Х-хромосом не образовывалось вдвое больше продуктов соответствующих генов, чем у самцов млекопитающих. Такой процесс называется дозовой компенсацией генов. У плацентарных выбор Х-хромосомы, которая будет инактивирована, случаен (что показано для клеток мышей и человека). Инактивированная Х-хромосома будет оставаться неактивной во всех последующих дочерних клетках, образующихся в результате деления.

Тельцем Барра называют Х-хромосому, ДНК которой находится в состоянии гетерохроматина. Тельце Барра содержит продукт гена Xist, обычно располагается на периферии ядра, ДНК тельца Барра поздно реплицируется.

Кк известно, особи женского пола наследуют Х-хромосомы от отца и матери, а особи мужского пола -- только от матери, т.е. мужчины гомозиготны по генам в Х-хромосоме. М. Лайон выдвинула гипотезу об отсутствии у женщин генетической активности одной из Х-хромосом, пребывающей в гетеропикнотическом состоянии в виде компактной глыбки гетерохроматина (половой хроматин, или тельце Бара). Согласно этой гипотезе, женщины, гетерозиготные по Х-сцепленным генам, имеют мозаичный фенотип: у одних клеток -- нормальный фенотип, у других -- мутантный. Правильность этого предположения продемонстрирована у многих млекопитающих и человека. Так, среди эритроцитов женщин, гетерозиготных по гену недостаточности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы обнаружено два типа клеток -- ферментативно активных и ферментативно неактивных (мутантных). Многочисленные цитологические и биохимические исследования подтвердили гипотезу М. Лайон и позволили описать сам процесс, названный лайонизацией Х-хромосомы особей женского пола. Компенсация дозы Х-сцепленных генов (у женщин -- две дозы, у мужчин -- одна) достижима путём инактивации одной из родительских Х-хромосом в раннем эмбриональном периоде во всех соматических клетках.

Балансовая теория определения пола. Интерсексуальность

В результате дальнейших исследований было установлено, что пол определяют не только половые хромосомы, но и аутосомы. Американский генетик К. Бриджес в начале 20-х годов обнаружил, что у дрозофилы развитие признаков пола сильно изменяется в зависимости от соотношения Х-хромосом и аутосом. У этой мухи иногда случайно возникают самки, имеющие триплоидный набор хромосом ЗХ + ЗY. Некоторые триплоидные самки плодовиты, но в мейозе у них нарушается нормальное расхождение хромосом. Скрещивание таких: триплоидных самок с нормальными диплоидными самцами дало» восемь типов особей с различным соотношением половых хромосом и аутосом. Среди них наряду с нормальными самками и самцами были такие особи, у которых признаки женского или мужского пола были гипертрофированы (сверхсамки и сверхсамцы),, или особи имели промежуточное наследование признаков пола, (интерсексы). На основании данных этих опытов К. Бриджес пришел к выводу, что у дрозофилы женский пол определяется не наличием двух Х-хромосом, а развитие мужского пола зависит не от сочетаний Х- и У-хромосом: они определяются отношением числа Х-хромосом к числу наборов аутосом, или половым индексом (X:А). Это положение легло в основу балансовой теории определения пола, по которой при отношении X: А, равном 1, развиваются самки, а равном 0,5 -- самцы; при значении полового индекса, больше единицы образуются сверхсамки, меньше 0,5 -- сверхсамцы; при значении его между 1--0,5 возникают интерсексы.

По современным представлениям, гены, определяющие половые признаки, находятся в аутосомах, а гены, обусловливающие действие аутосомных генов пола, могут находиться в половых хромосомах или в аутосомах.

Интерсексуальность -- наличие у раздельнополого организма признаков обоих полов, причем эти признаки являются не полностью развитыми, промежуточными. Признаки обоих полов проявляются на одних и тех же частях тела. Эмбриональное развитие такого организма называется интерсексом, начинается нормально, но с определённого момента продолжается по типу другого пола. Чем раньше меняется направление развития организма, тем резче выражена у него интерсексуальность.

Зиготная (генетически обусловленная) интерсексуальность является результатом отклонения от нормы набора половых хромосом и генов в момент оплодотворения при соединении гамет в зиготу. По характеру нарушения бывает триплоидная или иная -- анеуплоидная интерсексуальность. Диплоидная интерсексуальность наблюдается при скрещивании разных географических рас у бабочки непарного шелкопряда, причем либо у самок, либо у самцов, в зависимости от типа скрещивания.

Формы интерсексуальности, так называемого псевдогермафродитизма у человека, также могут быть вызваны нарушением нормального числа половых хромосом. При этом у мух дрозофил определяющим в развитии пола является соотношение числа пар половых хромосом и аутосом, поэтому у них интерсексуальность обычно связана с нарушением этого соотношения (например, наблюдается при соотношении 3A:2X -- три набора аутосом на две половые хромосомы). У человека определяющим фактором развития мужского пола является наличие Y-хромосомы, при этом черты интерсексуальности наблюдаются у мужчин с синдромом Клайнфельтера (набор половых хромосом XXY).