Дослідження зчепленого успадкування ознак та рекомбінації генів у Drosophila melanogaster

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

Харківський національний педагогічний університет

імені Г.С. Сковороди

Факультет заочного навчання

Спеціальність “Біологія”

Кафедра ботаніки

Дослідження зчепленого успадкування ознак та рекомбінації генів у Drosophila melanogaster

Дипломна робота

Студента 51 групи

Бєлкіна Данили Олександровича

Науковий керівник:

викладач Потапенко Г.С.

Консультант

викладач Кудряшова Л.Г.

Харків 2007 р

ВСТУП

Підставою для вибору теми дипломної роботи став той факт, що в колекції класичного об'єкта генетики - Drosophila melanogaster, природничого факультету ХНПУ імені Г.С. Сковороди були відсутні лінії з мутантними генами White та Cut. Ці мутації були тільки у зчепленому вигляді (подвійні мутанти). Крім того, аналізуючи шкільну програму з біології для класів з різним рівнем вивчення цієї дисципліни і на власному досвіді, який ми набули при проходженні педагогічної практики, було з'ясовне, що тема “Явище зчепленого успадкування. Кросинговер. Хромосомна теорія спадковості.” займає недостатнє за кількістю годин місце у навчальній програмі. А втім ця тема одна з найскладніших у загальному курсі біології і генетики зокрема. Серед випускників шкіл мало хто може не тільки використовувати ці знання на практиці (розв'язування задач, аналіз результатів дослідів), але й просто відтворити усно її зміст. А без розуміння цих важливих явищ та закономірностей сприйняття таких розділів загальної біології, як генетика, еволюція, популяційна генетика, селекція, мінливість, навіть цитологія, основи екології значно ускладнюється, йде на рівні запам`ятовування, а не розуміння. Таким чином, очевидно, що тема нашої дипломної роботи є актуальною і необхідною, вона наочно демонструє складні природні явища такі як кросинговер, успадкування, зчеплене зі статтю і т.д., сприяє полегшенню засвоєння цього матеріалу.

Мета:

Дослідити особливості успадкування мутацій ”white” та “cut” (відповідно “білі очі” та “зрізані крила”) у Drosophila melanogaster.

Встановити відстань між локусами генів white та cut.

Отримати нові форми одиночних мутантів white та cut.

Розробити методичні рекомендації по даній тематиці для вчителя біології відповідно до сучасних умов освіти.

Для досягнення найбільшої результативності нашої роботи ми поставили перед собою такі задачі:

Ознайомитися та проаналізувати літературні дані з теми досліджень для обґрунтування та вірного пояснення власних експериментальних даних.

Ознайомитися з особливостями біології Drosophila melanogaster, як об'єктом генетичних досліджень, та методикою проведення експеріменту.

Провести серію спланованих схрещувань серед вихідного генетичного матеріалу Drosophila melanogaster і отримати необхідні мутантні форми.

Обробити експериментальні дані за допомогою математичної статистики та зробити висновки.

По результатам експерименту скласти типові задачі творчого рівня для учбового процесу школярів-старшокласників, студентів та вчителів.

Скласти план-конспект уроку на тему “Явище зчепленого успадкування. Кросинговер” Підібрати типові задачі на ці теми різного рівня складності, та розробити змістовні методичні пояснення для їх розв`язування. зчеплене успадкування drosophila ген

Робота була виконана на базі лабораторії генетики природничого факультету ХНПУ імені Г.С. Сковороди під керівництвом.

РОЗДІЛ 1. Літературний огляд

1.1 Хромосомна теорія спадковості. Кросинговер та конверсія генів

Проблема спадковості і тим більше механізму спадковості турбувала і цікавила людство та передових вчених споконвіку. Але ця проблема була дуже глибока, складна і майже до ХХ століття вона залишалась загадкою. Багато вчених намагалися досліджувати цю проблему, деякі навіть підійшли дуже близько до її розгадки, але остаточно вона була вирішена тільки школою Т. Моргана. Навіть сам великий Ч. Дарвін намагався розібратися в неї. Але спадковість - сама слабка частина теорії Ч. Дарвіна. Він вважав, що в статевих клітинах є інформація про ознаки, які можуть проявитись в наступних поколіннях. Але Дарвін не визначає, які ж саме ознаки успадковуються.

Він припускав, що деякі ознаки, які виникли під впливом зовнішніх умов середовища можуть успадковуватись. Таким чином, Ч. Дарвін висуває теорію пангенезиса: від кожної клітини кожного органа відокремлюються маленькі частинки (пангени або гемули), з кров'ю вони проходять по всім органам і частинам організму, “вбираючи” в себе ознаки, які їм притаманні і потрапляють в статеві клітини, завдяки чому всі ознаки і зміни успадковуються. Проте сам Ч. Дарвін називав ці погляди “спекулятивним сміттям”.

В основу неодарвінізму були покладені переконання Ф. Гальтона (F. Galton), який працював по теорії спадковості і створив відому теорію кореня, за якої окремі особини уявляються у вигляді ніби то бокових відгалужень на безперервному кореневищі, яке відображає історію статевих клітин.

Саме ці погляди і були далі розроблені Вейсманом. Теорія кореня Гальтона стала основою вчення про безперервність зачаткової плазми. При цьому досить чітко підкреслювалась відома протилежність між сомою та статевими клітинами, а також відокремленість статевих елементів. Відмічалась більша стійкість зачаткової плазми (тобто спадкової субстанції), а також її здатність дробитись на спадкові одиниці різного порядку. Уявлення про незалежність у змінах окремих ознак Вейсман пов'язав із мозаїчною теорією особистого розвитку. Остання вже була розроблена В. Гісом (W. His) а також, трохи в іншому вигляді, В. Ру (W. Roux). Як і Ру, Вейсман припускав, що у процесі дроблення, а також при подальших, більш пізніх клітинних поділах відбувається нерівний розподіл ядерної речовини (яка вміщує в собі спадкову субстанцію), який і визначає різну подальшу долю клітин і часток зародку в процесі індивідуального розвитку.

За Вейсманом, спадкова субстанція, або зачаткова плазма складається з цілої ієрархії спадкових одиниць різного порядку, локалізованих у ядрі клітини (іданти, відповідні до хромосом; іди, відповідні до хромомер; детермінанти і біофори, які визначають розвиток окремих часток).

З них найбільше значення мають детермінанти, тобто визначники відомого роду клітин, а через це і окремих часток організму. Припущення про існування відокремлених матеріальних одиниць (детермінантів), які визначають розвиток окремих часток і навіть окремих клітин, природно, примушує приймати і незалежність змін цих одиниць, а отже і окремих частин організму в процесі еволюції. Організм уявляється ніби то мозаїкою окремих ознак, які змінюються незалежно одна від одної.

За уявленнями Вейсмана, органи, тканини, клітини і навіть молекули змагаються за їжу. В цій боротьбі перемагають більш сильні частини, ті, що активно функціонують, в той час як неактивні елементи атрофуються. Ці уявлення не зовсім вірні. Про пряму боротьбу частин не може бути і мови, і часто ми бачимо, що тканина, яка не функціонує не тільки не має браку у поживному матеріалі, а навпаки, повністю не використовує речовин, що поступають, так що наприклад м`язи при їх атрофії проростають жировою тканиною.

Суть поглядів Вейсмана на джерело мінливості можна уявити так: первісне джерело мінливості - пряма дія зовнішніх факторів на зачаткову плазму. Через ті чи інші причини ця дія по різному відбивається на різних детермінантах. Результати цього диференційного впливу викликають різницю у живленні зачаткової плазми. Через це одні детермінанти (при кращому живленні) посилюються, а інші послаблюються. Ця різниця призводить до внутрішньої боротьби. Сильні детермінанти більш активні, інтенсивно живляться і через це посилюються ще більше, скоріше ростуть і спрямовують розвиток більш активних тканин та органів. У ряді поколінь ці зміни, що визначаються розвитком спадкових одиниць, посилюються ще більше. Як наслідок, посилення детермінантів призводить до прогресивного розвитку органів та тканин. Навпаки, ослаблені детермінанти стають ще більш слабкими у боротьбі з іншими детермінантами і це призводить до редукції частин та органів.

Таким чином, зачатковий відбір, що виникає на базі випадкової зміни (яка індукована зовнішнім фактором) веде до ортогенетичної, тобто певним чином спрямованої мінливості та еволюції в її початкових фазах. У результаті таких процесів можуть виникнути і зачатки нових органів, які ортогенетично досягають такого рівня, коли вони починають набувати селекційного значення у боротьбі за існування цілих особин.

Отже, тут має місце прийняття принципів ектогенезу для виникнення змін та ортогенезу -для пояснення їх подальшого розвитку. Природний добір тоді має справу із вже готовими формами. Він виступає у ролі сита, яке знищує негодні форми. В уявленнях неодарвінізму природний добір таким чином позбувається своєї мистецької ролі.

Зачатковий добір Вейсмнана не має нічого спільного із теорією природного добору Дарвіна і по суті веде до її заперечення. Між тим, Вейсман гадав, що саме це і є подальший розвиток дарвінізму, який він ставив дуже високо. Вплив Вейсмана на розвиток теоретичної біології був дуже вагомим, але це стосується інших його поглядів. Саме деякі інші уявлення, пов'язані із вченням Вейсмана про зачаткову плазму та її детермінанти а також із мозаїчною теорією розвитку набагато пережили ці гіпотези та доволі міцно увійшли у свідомість біологів.

Уявлення про спадкові одиниці як визначники окремих ознак і властивостей організму було сприйнято генетикою. Уявлення про організм як про мозаїку ознак, що змінюються незалежно одна від одної було сприйнято мутаційною теорією та довгий час трималося, головним чином серед генетиків.

Проаналізувавши праці, в яких йшлося про відкриття статевих хромосом у трав'яних клопів (Х. Генкінг, 1981; К. Мак. Клунг, 1894; Е. Вильсон, 1902), закономірності дроблення яєць у морських їжаків (Т. Бовері, 1902) та результати досліджень з вивчення сперматогенезу в коника (Brachystila magna). У. Сеттон (1902) дійшов висновку, що “об'єднання в пари батьківських і материнських хромосом та їхнє наступне розходження в період редукційного поділу може становити фізичну основу закону спадковості Менделя”. В подальших дослідженнях (1903) Сеттон переконався, що поведінка хромосом у мейозі точно повторює розподіл встановлених Менделем спадкових факторів. У 1905 році Е. Вільсон сформулював основні положення хромосомних механізмів визначення статі. Так виникла хромосомна теорія спадковості. В її основу була покладена думка про те, що спадкові фактори, встановлені Менделем, входять до складу хромосом. Рух хромосом в процесі гаметогенезу та запліднення створює паралелізм в успадкуванні менделевських спадкових факторів та хромосом. Проте ця теорія не була до кінця розроблена і викликала сумніві щодо її наукової правомірності.

Остаточна розробка хромосомної теорії спадковості належить Т.Г. Моргану та його співробітникам, які проводили свої дослідження на плодових мушках-дрозофілах. Об'єктами дослідження були комахи виду Drosophila melanogaster, які мають короткий цикл розвитку (при температурі 25 оС він триває 9 діб). Тіло цих комашок має довжину 2-3 мм. В природі вони живляться гниючими овочами та фруктами, в лабораторних умовах - поживною сумішшю, до складу якої входить кукурудзяне борошно, манна крупа або картопля, цукор, сухофрукти, дріжджі, агар-агар. В пробірці діаметром 1,5 - 2,0 см, на дно якої наливають 8 - 10 мл поживного середовища, від окремої пари мух можна отримати 20 - 70 комах.

У дрозофіл (Рис. 1) в ядрах соматичних клітин міститься по чотири пари гомологічних хромосом. Вони мають по три пари аутосом і по одній парі статевих хромосом. На тілі дрозофіл порівняно легко ідентифікуються різні фенотипові ознаки, які формуються під впливом мутантних генів.

Рис. 1 Зовнішній вигляд самця і самки дрозофіли і морфологія диплоїдних наборів їхніх хромосом

Швидке відтворення поколінь, низькі витрати на розмноження й утримання, легкість в ідентифікації ознак - все це робить дрозофілу зручним об'єктом генетичних досліджень.

В 1906 р. В. Бетсон і Р. Пеннет опублікували працю, в якій повідомили, що в деяких схрещуваннях запашних горошків розщеплення нащадків F2 не відповідає законам Менделя, однак не змогли пояснити цього явища. Це пізніше зробив Т.Г. Морган на основі результатів досліджень, виконаних під його керівництвом.

У дослідах на дрозофілах було з'ясовано, що всі гени організмів цих комах виявляють тенденцію до успадкування групами. У дрозофіли таких груп виявилось чотири. Оскільки в гаметах дрозофіли локалізовано по чотири хромосоми, Морган зробив висновок, що кожна група генів пов'язана з хромосомою. При будь-якому переміщенні хромосоми в мейозі, а також при заплідненні у процесі розмноження, разом з хромосомою переносяться всі локалізовані в ній гени. Отже, гени кожної групи виявилися зчепленими тілом хромосоми. Тому сукупність генів, локалізованих в окремій хромосомі, Морган назвав групою зчеплення.

Явище зчепленого успадкування було виявлено в усіх видів еукаріотів. Щоб зрозуміти його суть, порівняємо характер успадкування незчеплених та зчеплених генів А і В при аналізуючих схемах схрещування. Зі схеми видно, що дигетерозиготи за незчепленими генами А і В у F2 утворюють чотири рівновеликі групи нащадків (рис. 2 а). Але в разі зчеплених генів А і В у F2 утворюються лише дві групи нащадків (рис. 2 б). Отже розщеплення дигібрида в разі незчеплених генів А і В відбувається у співвідношенні 1 : 1 : 1 : 1, а в разі зчеплених двох неалельних генів - у співвідношенні 1 : 1.

не зчеплені (а)	зчеплені (б)
Р1:	АВАВ х аbаb	Р1:	АВАВ х аbаb
Гамети	АВ аb	Гамети	АВ аb
F1	АВаb	F1	АВаb
Р2:	АВаb х аbаb	Р2:	АВаb х аbаb
Гамети	АВАb аbаВ аb	Гамети	АВ аb аb
F2	АВАb Аbаb аВаb аbаb	F2	АВ аb
Відношення 1: 1: 1: 1	Відношення 1 : 1

Рис.2. Відміни в успадкуванні не зчеплених (а) і зчеплених (б) ознак в аналізуючих схрещуваннях

В свою чергу, при дигібридному схрещуванні з не зчепленими генами А і В утворюється покоління нащадків F2 зі співвідношенням 9 : 3 : 3 : 1, а при схрещуванні особин зі зчепленими АВ-генами в F2 утворюються лише дві групи нащадків у співвідношенні 3 : 1 (рис. 3).



не зчеплені (а)	зчеплені (б)
Р1:	ААВВ х ааbb	Р1:	ААВВ х ааbb
Гамети	АВ аb	Гамети	АВ аb
F1	АаВb	F1	АаВb
Р2:	АаВb х ааbb	Р2:	АаВb х ааbb
Гамети	АВ аb	Гамети	АВ аb АВ аb
F2	А_В_ А-bb аaВ_ aabb	F2	А_В_ аabb
Відношення 9: 3: 3: 1	Відношення 3 : 1

Рис.3 Відміни в успадкуванні незчеплених (а) і зчеплених (б) АВ ознак в дигібридному схрещуванні

Таким чином, зчеплення суттєво обмежує можливості перекомбінації генного матеріалу в генотипах організмів. Явище зчепленого спадкування одержало назву закону Моргана, який можна сформулювати так: гени, локалізовані в хромосомах, утворюють групи зчеплення, кількість яких обмежена числом пар гомологічних хромосом, характерних для відповідного виду організмів.

У дослідах на дрозофілах Морган, крім явища зчепленого спадкування, виявив нові комбінації генів, які виникли в результаті аналізуючого схрещування.

Сталося це так.

Коли Морган схрестив мух з ознаками чорного тіла(b - black) і рудиментарних крил (vg - vestigial) (bbvgvg) з особинами нормального забарвлення тіла та нормальних крил (b+b+vg+vg+), а одержаних дигетерозиготних особин, в яких домінантні b+vg+ - гени комбінувались з рецесивними алелями в цис-комбінації (b+vg+) / (bvg)*, схрестив з особинами мутантної лінії материнського генотипу (bbvgvg), то від такого аналізуючого схрещування було отримано чотири групи нащадків у співвідношенні 4,9 : 1 : 1 : 4,9 замість 1 : 1 : 1 : 1, яке очікувалось при відсутності зчеплення, або ж 1 : 1 при повному зчепленні bvg - генів. У другій серії схрещувань, де домінантний b+ ген комбінувався з рецесивним vg - геном у транс-комбінації (b+vg) / (bvg+), в F2 утворилось співвідношення 1 : 4,9 : 4,9 : 1 (на рис. 4 наведені схеми цих схрещувань). Одержані числові співвідношення показали, що 83 % нащадків відтворили батьківські комбінації bv-генів, а 17 % утворили нові комбінації цих генів.

Аналіз закономірностей таких розщеплень у багатьох аналогічних схемах схрещувань привів Моргана до висновку, що нові комбінації генів, в умовах зчеплення їх, могли виникнути внаслідок взаємного обміну гомологічними ділянками між гомологічними хромосомами в процесі їхньої кон'югації в мейозі.

Цей висновок чітко підтвердився не тільки на дрозофілах, але і на інших вивчених видах організмів. Явище взаємного обміну гомологічними ділянками між гомологічними хромосомами, які входять до складу бівалентів, дістало назву кросинговера або перехрещення хромосом, а типи гамет, генотипи яких по-новому комбінувались між собою внаслідок кросинговера, а також організми, що виникли від злиття цих гамет, були названі кросоверними.

Р x

Гамети b+vg+ bvg bvg

b+vg bvg+

F ;

41,5 % 8,5 % 8,5 % 41,5 % а

Р x

Гамети b+vg+ bvg bvg

b+vg bvg+

F ;

8,5 % 41,5 % 41,5 % 8,5 % б

Рис. 4. Відміни в характері фактичного розщеплення нащадків за зчепленими bvg - генами в аналізуючих схрещуваннях:

а - аналіз генотипу дигетерозиготи, в якої домінантні і рецесивні гени знаходяться в цис-положенні (b+vg+ // b vg)

б - аналіз генотипу дигетерозиготи, в якої домінантний ген зчеплений з неалельним рецесивним геном, утворюючи транс-комбінацію з неалельним домінантним геном (b+vg // b vg)

Ген b+ - нормальне і b - чорне забарвлення тіла.

Ген vg+ - нормальні і vg - редуковані крила.

Пізніше з'ясувалось, що частота кросинговера між певними двома зчепленими генами в усіх особин виду варіює в межах загальної для них середньої величини. Проте вона не однакова для різних неалельних генів. Наприклад, частота кросинговера між геном С (забарвлення алейрона) та геном sh (зморшкувате насіння) в кукурудзи в середньому становить 3 %, а між геном С і геном wx (вокоподібний ендосперм) - 33 % . Це означає, що різні неалельні гени, локалізовані в одній і тій самій хромосомі, мають неоднакову силу зчеплення.

Локалізація генів у хромосомах і утворення кросоверних нащадків свідчать про те, що кросинговер можливий лише при взаємному стиканні гомологічних хромосом. Вивчення цитологічних механізмів мейозу показало, що таке стикання відбувається на стадії зиготени мейозу і закінчується на стадії диплотени.

Кожна хромосома, яка вступає в мейоз, складається з двох хроматид. Структури синаптонемального комплексу, які формуються в процесі зближення та кон'югації пар хромосом-гомологів, виконують функцію своєрідного шаблона, в рамках якого локалізуються хроматиди обох гомологічних хромосом. Саме завдяки цьому молекули ферменту рН 5,2-нікази можуть робити поперечні розрізи суворо в гомологічних точках хроматид, які відносяться до складу двох гомологічних хромосом. Таким чином, кросоверні розрізи зачіпають не цілу хромосому, а лише гомологічні точки двох хроматид, котрі належать протилежним хромосомам-гомологам. Кожний розріз двох хроматид утворює чотири відкритих кінці, які можуть знову об'єднуватись між собою за допомогою ферментів лігаз. Якщо між собою об'єднаються відкриті кінці вихідної хроматиди, це означатиме відновлення її вихідної цілості. Якщо ж між собою об`єднаються кінці хроматид, що належать до двох хромосом-гомологів, утвориться нова комбінація генів у межах хроматид відповідної групи зчеплення.

Описані явища відбуваються на молекулярному рівні на стадії пахітени профази мейозу. В оптичному мікроскопі їх побачити не можна. Проте результати гібридологічного аналізу в поєднанні з цитологічним аналізом показують, що перехрещення хромосом обумовлює утворення нових груп зчеплення, тобто нових комбінацій неалельних рецесивних та домінантних генів у хромосомах.

Якщо взяти до уваги, що в мейоз вступає багато клітин організму, які в нормі мають однакові каріотипи і генотипи, стає зрозумілим, що пара гомологічних хромосом, гетерозиготних за АБВГДЕЖ-генами, без кросинговера утворила б лише два типи гамет з вихідними комбінаціями домінантних АБВГДЕЖ- і рецесивних абвгдеж-генів. Але процеси кросинговера сприяють утворенню багатьох типів гамет з різними комбінаціями домінантних і рецесивних генів. Згідно з законами Менделя кількість цих типів гамет також має очікуватись з частотою 2n (у даному разі n означає число гетерозиготних пар генів, які комбінуються між собою). В нашому прикладі кількість типів гамет з новими комбінаціями домінантних і рецесивних генів становитиме 27 = 128. Відзначимо, що в клітинах є не одна, а декілька пар хромосом. Оскільки кожна хромосома може виявитись гетерозиготною за багатьма парами неалельних генів, частота і кількість можливих нових комбінацій генів у групах зчеплення суттєво зростає. Внаслідок цього створюється величезне генотипове різноманіття нащадків, що сприяє природному добору й успішному плину еволюційного процесу.

У 1909 році бельгійський цитолог Ф. Янссен вивчаючи закономірності гаметогенезу в земноводних, встановив, що після завершення кон'югації гомологічних хромосом наприкінці профази першого мейотичного поділу, їхнє розходження супроводжується утворенням між ними Х-подібних фігур, які були названі хіазмами. Пізніше Морган зробив висновок, що хіазми утворюються внаслідок перехрещення, яке відбувається між хромосомами. Численні дослідження підтвердили цей висновок Моргана.

Частота кросинговера між генами може служити мірою відстані між ними лише в разі лінійного розміщення генів у хромосомі. Саме віддаль між лінійно локалізованими генами вздовж хромосоми може бути прямо пропорційною частоті кросинговера, який відбувся між гомологічними хромосомами. Звідси випливає, що гени локалізуються в хромосомах суворо в лінійному порядку.

Частоту кросинговера між неалельними генами, що вивчаються, визначають методами гібридологічного аналізу. Серед них найзручнішим є метод аналізуючих схрещувань. Розглянемо приклад з дрозофілами. В третій хромосомі дрозофіли локалізуються такі три гени: s- (spineles bristles) - шиповидні щетинки, g - (glass eyes) - скловидні очі, е - (ebony) - ебенове забарвлення тіла.

Нормальних мух схрестили з тригомозиготними рецесивними особинами за цими генами. Одержаних нащадків F1 знову схрестили з тригомозиготними рецесивними особинами за схемою аналізуючого схрещування (рис.5).

Р:1 x

Гамети s+g+e+ sge

F1

P:2 x

Гамети s+g+e+ sge sge

s+g+e sge+

s+ge

s+ge+ sg+e

F s+g+e+ - 5376

sge - 5370 - 10746 - 88,8 % - некросоверні нащадки

s+ge - 271

sg+e+ - 257 - 528 - 4,32 % перехрест між sg - генами

s+g+e - 448

sge+ - 445 - 893 - 7,32 % - перехрест між ge - генами

s+ge+ - 18

sg+e - 16 - 34 - 0,28 % - подвійний перехрест між sp i ge - генами

Всього - 12101 - 100 %

Рис. 5 Визначення частоти та типу кросинговера між неалельними генами у Drosophila melanogaster - аналізуючи схрещування:

s- (spineles bristles) - шиповидні щетинки,

g - (glass eyes) - скловидні очі,

е - (ebony) - ебенове забарвлення тіла.

Аналіз одержаних результатів показує, що фенотипові групи нащадків s+ g+ e+ / s g e та s g e / s g e - генотипів повторюють комбінації s+ g+ e+ і s g e - неалельних генів батьківських генотипів. Це означає, що в тригетерозиготних s+ g+ e+ / s g e - клітинах у мейозі між s g e - генами перехрещення не відбулося. Внаслідок редукційного поділу утворились гамети s+ g+ e+ та s g e -генотипів. Встановлено, що частота некросоверних нащадків, а значить, і гамет, складає 88,08 %. Серед одержаних нащадків F2 виникло 528 особин, або 4,32 %, в яких проявилась нова комбінація між s g -генами, а саме - s +s gg ee - та ssg+ge+e - генотипів. Це кросоверні особини за sg-генами. Крім того, утворилось 894; 7 або 7,32 % кросоверних особин за g+e та ge+ генами, та 34; 2 або 0,28 % подвійних кросоверів між s+ge+ та sg+e - генами. За одержаними експериментальними даними (рис. 5) можна обчислити частоту перехрещення між гомологічними хромосомами, гетерозиготними за s g e -генами. Наприклад, частота кросинговера між s g-генами дорівнює 4,32 + 0,28 = 4,6 %, а між g e-генами аналогічна частота буде 7,32 + 0,28 = 7,6 %. З цієї ж схеми видно, що частота кросинговера між s e - генами дорівнює сумі частот між s g та g e- генами. В нашому прикладі (рис. 5) - 4,6 + 7,6 = 12,2 %.

Морган з`ясував також, що розподіл точок на хромосомі, де відбуваються розрізи хромосомної ДНК молекулами ферменту рН 5,2 - нікази, яким започатковується процес кросинговера, підпорядковується закону ймовірностей. Тому теоретично очікувана частота подвійного кросинговера між sge - генами дорівнює добутку загальних частот кросинговера між sg- та ge-генами. Перетворивши для зручності відсотки в частки одиниці, можна записати, що в нашому прикладі теоретично очікувана частота подвійного кросинговера становитиме 0,046 х 0,076 = 0,0035 часток одиниці, або 0, 35 %. У досліді, згідно з одержаними даними (рис. 5), фактично відбулося 0, 28 % подвійних перехрещень, тобто на 0,07 % менше від теоретично очікуваної частоти. Морган встановив, що розбіжність між теоретично очікуваною частотою кросинговера і фактично одержаною обумовлена явищем інтерференції. У даному випадку під інтерференцією розуміють зниження ймовірності сусіднього перехрещення біля точки, в якій перехрещення відбулося. Розміри інтерференції можна виміряти показником коїнциденції, за відношенням фактично одержаної частоти перехрещення до теоретично очікуваної. Цей показник вимірюється в частках одиниці або процентах. У наведеному прикладі показник коїнциденції, або збіжності, становитиме - 0,28 / 0,35 = 0,8, або 80 %. Таким чином, частота подвійного перехрещення між sge - генами здійснюється на 80 %, а в 20 % випадків пригнічується.

Маючи усі вихідні дані, можемо точніше визначити теоретично очікувану частоту перехрещення між sge - генами. Вона становитиме:

між генами s i g - 4,32 + 0,35 % = 4,76 %

між генами g i e - 7,32 % + 0,35 % = 7,56 %

між генами s i e - 4,67 % + 7,67 % = 12,34 %.

Таким чином, за розмірами інтерференції можна більш точно визначити теоретично очікувану частоту кросинговера між зчепленими генами, що має важливе значення при побудові генетичних карт. Якщо коїнциденція дорівнює одиниці, це означає, що на двох відрізках хромосоми, які обмежують три гени, відбулись усі очікувані перехрещення, а отже, теоретично очікувана і практично одержана частота кросинговера збіжиться, якщо ж показник коїнциденції буде менше одиниці, це означатиме, що частина подвійних перехрещень пригнічувалась внаслідок інтерференції, і на даній ділянці хромосоми відбулись не всі очікувані подвійні перехрещення. При цьому зауважимо, що зі скороченням двох відрізків хромосоми, ймовірність перехрещення зменшується, а з збільшенням їхньої довжини - зростає.

Аналіз частот, розрахованих за даними схемами (рис. 5) свідчить, що між кожною парою з трьох розглянутих генів проявляється своя частота кросинговера. При цьому з'ясовується, що фактична частота перехрещення між se- генами - це сума частот між sg i ge - генами. Численні експерименти підтвердили даний висновок. Це дозволило А. Стертеванту (1913) першому заявити, що в хромосомах дрозофіли локалізуються в лінійному порядку.

Якщо вірно, що гени локалізуються в хромосомах у лінійному порядку, а відстань між ними є функцією частоти перехрещення, то за допомогою методів гібридологічного аналізу легко визначити послідовність локалізації генів у хромосомах та відносні відстані між ними. Наприклад, в одному з дослідів Моргана на дрозофілах були визначені частоти перехрещення між зчепленими генами, які обумовлюють формування жовтого тіла, білих фасеток очей та вилочної форми крил. Ці гени позначаються символами у (yellow), w (white), bi (bifid). Гетерозиготними за цими генами самок Морган схрестив з тригемізиготними самцями. Результати відповідного аналізуючого схрещування були такими:

Частота перехрещення між y w - генами - 1,2 %,

Частота перехрещення між w bi - генами - 3,5 %,

Частота перехрещення між y bi - генами - 4,7 %.

Крім того, іншими дослідниками була виділена мутантна m-лінія низькожиттєздатних комах, котрі з w-генами давали 5,8 % кросоверних нащадків, а з bi-геном - 2,3 %. Спробуємо всі ці дані використати для побудови генетичної карти. (Під генетичною картою розуміють послідовність розміщення локусів хромосоми та відстані між ними, виражених у відсотках кросинговера).

Проведемо пряму лінію і розділимо її на 100 однакових відрізків, тоді ціна кожної поділки дорівнюватиме одному відсотку. Позначимо на цій прямій місце одного з генів, наприклад гена у, а праворуч чи ліворуч від нього на відстані 1,2 % кросинговера - місце гена w, тоді третій ген bi займе своє фіксоване місце відносно генів y i w. Так, коли ген w поставили праворуч гена у, то ген bi зайняв місце на відстані 4,7 % перехрещення від гена у та 3,5 % від гена w. Це відповідає частотам, які були одержані в досліді. Відносно генів w i bi знайшов своє місце сусідній ген m, а відносно генів bi та m буде визначено місце локалізації найближчого сусіднього до них гена. За таким принципом будуються генетичні карти.

Генетичні карти дрозофіли мають лише пізнавальне значення, а такі карти для рослин, тварин і людини - ще й велике практичне значення. Вони ефективно використовуються в практиці селекції, діагностиці спадкових захворювань, генній інженерії.

Соматичний кросинговер вперше був виявлений К. Штерном (1931) у вигляді плям на тілі гетерозиготних самок дрозофіли за генами жовтого тіла (у) та обпалених щетинок - (sn, від singe - обпал). Одержані від схрещування мутантних жовтих мух у з мутантними особинами sn, в яких дуже деформовані, наче обпалені) щетинки, нащадки першого покоління були нормальними. Проте між ними Штерн виявив мух, в яких на грудях проявляються ділянки жовтого тіла, а поруч - ділянки однакових контурів, на яких проявляються обпалені щетинки. Такі ділянки-близнюки створюють ситуацію мозаїчної химерності тіла. Ці факти Штерн пояснив наявністю випадків кросинговеру, який відбувається в соматичних клітинах. Результати соматичного кросинговера в клітинах гетерозиготних організмів показані на рис. 6. На цьому малюнку, щоб легше було прослідкувати за ходом процесу кросинговера, хромосоми-гомологи умовно показані одна тонкою, а інша - жирною лініями.

Рис. 6. Схема соматичного кросинговера

Наприклад, на схемі (рис. 6) видно, що кожна з вихідних гомологічних хромосом складається з двох хроматид. Нагадаємо, що в нормі дві хроматиди будь-якої хромосоми завжди мають абсолютно ідентичну молекулярну будову. Це стосується і хромосом (рис. 6). Як ми бачимо, (рис. 6) кросинговер між кінетохором і sn-геном обумовив утворення дигетерозиготних за генами sn+y та sny+ хромосом (рис. 6). Обидві ці дигетерозиготні хромосоми при мітотичному поділі орієнтують половину своїх генотипово однакових хроматид та протилежних полюсів (рис. 6). Внаслідок цього утворюються дві дочірні клітини, одна з яких виявляється дигетерозиготною за sn+y, а друга - за sny+ - генами. Кожна з цих клітин у процесі росту та розвитку дасть свій клон клітин-нащадків, які на тілі відповідного організму утворять дві однакові за розмірами та формою плями, але одна з них проявиться жовтим тілом (sn+sn+yy - генотип), а друга - обпаленими щетинками (snsny+y+ - генотип).

Соматичний кросинговер ще називають мітотичним, оскільки він має місце в клітинах, які розмножуються мітотичним поділом. Явище соматичного кросинговера досить рідкісне, проте воно має велике значення в індукованій мінливості у видів, які втратили статеву стадію розвитку, але перекомбінація генетичного матеріалу в них відбувається завдяки парасексуальному процесу. Такими, зокрема, є незавершені гриби, багато які види прокаріот тощо. Генетична рекомбінація шляхом мітотичного кросинговера відбуваються також у рослин-апоміктів, у рослин, які в природі розмножуються вегетативно. Явище соматичного кросинговера виявлено у тварин, у кукурудзи, дріжджів.

Морган постулював явище кросинговера, виходячи з теоретичних узагальнень, які випливали з експериментальних даних і дозволяли переконливо пояснити процес розщеплення ознак, генотипове проявлення яких було обумовлено функцією зчеплених генів. Реальність кросинговера була доведена К. Штерном (1931) на дрозофілах та Г. Крайтоном і В. Мак-Клінок (1931) на кукурудзі, котрі методами експериментального мутагенезу створили лінії з мутаційно перебудованими хромосомами. Від схрещування нормальних особин з представниками відповідних ліній утворились гібридні нащадки з гетероморфними хромосомами-гомологами. Якщо в цих гетероморфних парах гомологів локалізуються алельні гени, котрі обумовлюють чіткий фенотиповий прояв ознаки, то за характером ознак кросоверних нащадків F2 фахівець, не вдаючись до мікроскопічних досліджень, безпомилково опише форму хромосом, яка має бути в кожній фенотиповій групі цих нащадків.

Для наочності розглянемо схему дослідів Штерна. У дрозофіли статеві ХУ-хромосоми морфологічно не однакові. Наприклад, Х-хромосома акроцентрична, паличковидної форми, а У-хромосома дещо більша, ніж Х-хромосома, метаакроцентрична. Штерну пощастило до однієї з Х - хромосом приєднати фрагмент У-хромосоми. Внаслідок цього виникла життєздатна Г-подібна Х - хромосома. Разом з цим друга Х - хромосома розірвалась на дві частини, одна з яких у вигляді акроцентричного фрагмента приєдналась до четвертої хромосоми, а друга - з наявною у неї центромерою, продовжувала існувати як самостійна хромосома. Але саме в другій частині були локалізовані мутантні гені cr (carnation), який обумовлював забарвлення фасеток очей кольору гвоздики, та Bar, який обумовлював більше як удвічі зменшення кількості фасеток очей. Уцілілі фасетки в кожному оці розміщуються своєрідною смужкою, тому в мутантних особин формуються смугоподібні очі. Це домінантна мутація, яку позначають символом В (Bar). У другій гомологічній, але Г - подібній хромосомі локалізовані нормальні гени дикого типу, тобто cr+ i B+.

На схемі (рис. 7) видно, що від схрещування самок, в яких перебудовані статеві хромосоми і фенотипово проявляється форма смугоподібних очей, із самцями, в яких фасетки очей кольору гвоздики, в нащадків жіночої статі без кросинговеру утворюються дві фенотипові групи (рис. 7). Це група подвійних мутантів з очима кольору гвоздики і форми бар. У цих особин одна Х - хромосома має нормальну, паличкоподібну форму, а друга складається з двох частин, які в зоні стику утворюють контури, подібні до перетяжки. Інша група некросоверних нащадків характеризується нормальними за всіма ознаками очима, але в них одна Х - хромосома нормальна, а друга - Г - подібна.

Що ж до кросоверних нащадків, то вони теж характеризуються двома фенотиповими групами: в особин однієї групи очі кольору гвоздики, але нормальної форми, в особин другої групи очі нормального кольору, але форми бар. Нащадки з очима кольору гвоздики характеризуються нормальними паличкоподібними Х - хромосомами, а в особин з очима бар одна Х - хромосома нормальна, а друга - Г - подібна. Ця Г - подібна хромосома проявляється за наявністю в неї розриву, який імітує перетяжку.

Рис. 7. Цитологічна доказовість кросинговеру в дрозофіли К. Штерном.

Таким чином, можливість прогнозування морфології статевих хромосом за фенотипами, або ж навпаки, прогнозування фенотипів за морфологією статевих хромосом є переконливим доказом того, що між зчепленими генами, які обумовлюють забарвлення фасеток очей та характер розміщення фасеток, відбувається кросинговер.

Серед методів доведення існування кросинговера заслуговує на увагу тетрадний аналіз у сумчастих грибів, які характеризуються зиготичним мейозом. У цих грибів після запліднення диплоїдна зигота вступає в мейоз. Мейотичний поділ зиготи супроводжується формуванням сумки (аски), в якій розміщуються продукти мейозу. Після двох мейотичних поділів у сумці утворюється чотири гаплоїдні клітини. Кожна з них ще раз ділиться мітотично, внаслідок чого утворюється по дві ідентичні копії, з яких формується вісім аскоспор. У сумці всі аскоспори розміщуються одним рядочком.

У червоної хлібної плісені Neurospora crasa виявили мутацію lys-5, яка суттєво затримує дозрівання аскоспор. Тут дозрілі спори мають чорне, а недозрілі - біле забарвлення. Для зручності позначимо мутацію затримки дозрівання спор через а, а ген своєчасного дозрівання - через А. Це дає можливість простежити на схемах за переміщенням мутантного і немутантного аллельних генів один відносно одного і зрозуміти причини неоднакового розміщення білих і чорних спор у сумках, як це показано на рис. 8.

Рис.8. Розміщення дозрілих (темні) і недозрілих (світлі) аскоспор в сумках Neurospora (ліворуч). Схема різних типів поведінки гомологічних хромосом при утворенні акоспор в сумках Neurospora (праворуч):

1 - кросинговер не відбувається;

2 - кросинговер відбувається;

А - домінантний ген своєчасного дозрівання спор, які темніють;

а - рецесивний ген відставання дозрівання спор, які залишаються білими.

Зі схеми видно, що хромосома, яка вступає в мейоз, складається з двох ниток (хроматид). Це означає, що в складі хромосоми кожний ген, у тому числі і ген А, представлений двома копіями. Таким чином, у гетерозиготної за геном А зиготі в двох хроматидах однієї хромосоми є дві копії домінантного А -і дві копії рецесивного - а гена. Під записом кожної з цих копій на рис. 8 будемо мати на увазі не тільки ген А, але і хроматиду, в якій він локалізується. Оскільки ми простежуємо переміщення в мейозі лише двох алельних генів, локалізованих у парі хромосом-гомологів, то й наводиться схема лише цієї пари гомологів.

З наведеної схеми (рис. 8) видно, що відносне розміщення дозрілих і недозрілих спор у сумках нейроспори залежить від того, відбувся між хромосомами кросинговер чи ні. Якщо кросинговер не відбувся, то в сумці лежать підряд чотири дозрілі, чорні і чотири недозрілі, білі спори (рис. 8). Якщо ж кросинговер відбувся, то дозрілі і недозрілі аскоспори в асках розміщуються в залежності від того, як були орієнтовані між собою хроматиди гомологічних хромосом (рис. 8). Порядок розміщення аскоспор переконує, що він може виникнути лише за рахунок перехрещення, яке відбулося між хромосомами в складі бівалентів на стадії чотирьох ниток. При цьому перехрещення на стадії чотирьох ниток обумовлює утворення половини кросоверних і половини некросоверних продуктів мейозу. Якби перехрещення відбувалося між цілими хромосомами (тобто на стадії двох ниток), то всі продукти мейозу були б кросоверні, чого насправді не має.

Розглянуті нами схеми кросинговера, представлені експериментальними даними, свідчать, що в аналізуючих схрещуваннях кожній утвореній групі кросоверних особин, у яких проявились ознаки у домінантному стані, протистоїть рівновелика група кросоверних особин, в яких та ж сама ознака проявилась у рецесивному стані. Наприклад, від схрещування цис-гетерозиготи з рецесивною за bvg-генами особиною (рис. 4) 8,5 % кросоверним нащадкам, які мали нормальне сіре тіло і редуковані крила, протистояло 8,5 % кросоверних нащадків, в яких було чорне тіло, але нормально розвинені крила. Аналогічні дані були отримані і в разі залучення до аналізуючого схрещування транс-гетерозиготи за цими ж ознаками (рис. 4), а також при визначенні частоти кросинговеру між зчепленими генами (рис. 4).

Рівновеликість будь-яких двох кросоверних груп, які характеризуються альтернативними комбінаціями одних і тих самих ознак, а отже і альтернативними комбінаціями домінантних і рецесивних генів, котрі обумовлюють ці ознаки, є однією з важливих закономірностей рекомбінації генетичного матеріалу. Проте Г. Кніпом було встановлено (1926), що внаслідок мейотичного поділу а+а -гетерозиготних зигот в нейроспори замість очікуваного розщеплення 1а+ : 1а іноді воно відбувається у співвідношенні 1а+ : 3а або 3а+ : 1а. Крім того, хоча й дуже рідко, але можливе співвідношення 4а+ : 0а, або 0а+ : 4а замість очікуваного 1а+ : 1а, що свідчить про порушення рівновеликості у відтворенні одного з двох алельних генів.

Порушення співвідношень у відтворенні рівновеликих частот алельних генів у процесі мейотичного поділу було виявлене не тільки в нейроспори, але і в дріжджових грибів та у багатьох видів високоорганізованих організмів. У 1930 р. Г. Вінклер запропонував явище порушення реципрокності у відтворенні частот алельних генів у мейозі називати конверсією генів. Отже під конверсією генів слід розуміти процес переходу домінантного гену в рецесивний стан або, навпаки, - процес переходу рецесивного гена в домінантний стан у мейозі, який відбувається в гетерозиготних за даним геном особин.

Молекулярні механізми конверсії генів довгий час були предметом обговорення в наукових колах. У наш час найбільш визначною і прийнятною є гипотеза Р. Холлідея (1964). Щоб зрозуміти сутність гіпотези Холлідея, нагадаємо, що фермент рН 5,2-ніказа в межах одного з бівалентів у гомологічних точках гомологічних хромосом розрізує дві нитки ДНК, котрі належать до складу хроматид останнього. Нагадаємо також, що дві нитки дволанцюгової спіралі молекули ДНК є протилежно полярними. З'ясовано, що в мейозі рН 5,2-ніказа розрізує дві нитки ДНК, котрі мають однакову полярність. Згідно ж з гіпотезою Холлідея (і в цьому полягає її сутність) системи ферментів, які забезпечують процеси конверсії гена, розрізують дві протилежно полярні нитки ДНК.

До складу бівалентів двома хромосомами привноситься по дві хроматиди, які пронумеруємо від до V. Те, що конверсія генів трапляється лише у гетерозиготних особин, означає, що в одній їхній хромосомі має локалізуватись немутантний, а в гомологічній хромосомі - мутантний алель відповідного гена. Умовимось, що ці два алеля відрізняються між собою лише однією парою азотистих основ, локалізованих у гомологічних точках ДНК даних хромосом. Наприклад, пара А-Т у складі немутантного гена заміщена парою Г-Ц у складі мутантного алеля. Для спрощення ситуації умовимося, що у процесі кон'югації хромосом-гомологів на відповідних ділянках та V хроматид ніяких змін не відбулося, і розглянемо ці зміни лише на хроматидах і .

Інша ситуація складається у разі конверсії генів. Тут на і хроматидах, у зоні гетеродуплексів, ферментами було розрізано і видалено по фрагменту зі складу ниток ДНК протилежної полярності. Внаслідок забудови утворених прогалин комплементарними нуклеотидами А-Г та Ц-Г гетеродуплекси в обох хроматидах замістились Ц-Г парами. Результати описаних процесів свідчать, що розщеплення серед хромосом нового покоління відбулося у співвідношенні 1А-Т : 3Г-Ц. Однак якщо брати до уваги лише групу кросоверних хромосом, одержимо розщеплення у співвідношенні 0А-Т : 2Г-Ц.

Таким чином, утворення гетеродуплексів у складі бівалентів індукує реакції репаративного синтезу, який забезпечує заміщення гетеродуплексів парами комплементарних нуклеотидів. Якщо ферменти здійснюють репаративний синтез на двох нитках ДНК однакової полярності, процес закінчується кросинговером, а якщо репаративний синтез відбувається на матричних нитках різної полярності, це спричиняється до процесу конверсії генів.

Факти існування груп зчеплення показують, що якби це зчеплення було абсолютним, то утворення нових комбінацій між неалельними генами в межах окремих груп було б неможливим. Вірніше, комбінування генів у групах зчеплення могло б здійснюватись лише за рахунок спонтанної мутації генів. Однак цей процес дуже повільний, і якби не було інших механізмів утворення нових комбінацій, процес еволюції окремих генів, а отже, й видів суттєво уповільнився б. Саме з цієї точки зору слід оцінювати роль кросинговеру в еволюції. Виходячи з розглянутих фактів, можна стверджувати, що вона величезна. Пояснюється це тим, що кросинговер забезпечує дієвість законів Менделя за частотами груп генетично перекомбінованих генів. Наприклад, кількість генотипових сортів гамет, які утворюють ди- або полігетерозиготна особина, або ж кількість фенотипових груп нащадків F2 від ди- чи полігібридних схрещувань дорівнює 2n. Кількість генотипових нащадків F2 дорівнює 3n, а кількість комбінацій гамет - 4n. Для усіх випадків n означає число неалельних генів, залучених до вивчення). В цих формулах не відтворюються лише співвідношення частот генотипові різних сортів гамет чи особин у F2, а також частот у межах кожного типу комбінацій гамет.

Наприклад, відповідно до законів Менделя, тригетерозигота утворює вісім рівновеликих генотипових сортів гамет у співвідношенні 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1. Однак якщо ці гени зчеплені, то співвідношення частот суттєво змінюються, кількість же фенотипових груп гамет залишається сталою. Наприклад, зі схеми аналізуючого схрещування тригетерозиготи (рис. 5) видно, що ця особина, як і очікується, утворює вісім типів гамет. Легко обчислити, що тут співвідношення частота дорівнює 316 : 15,5 : 26 : 1 : 1 : 26 : 15,5 : 316. Покоління, що утворюються в F2 внаслідок кросинговера, завжди успадковуються за Менделем. Саме цим забезпечується величезна комбінативна мінливість у поколіннях нащадків, що активно стимулює темпи еволюції видів.

1.2 Хромосомні типи визначення статі. Успадкування ознак, зчеплених зі статтю

Відповідно до співвідношень статевих хромосом розрізняють чотири типи хромосомних механізмів визначення статі: ХУ-, ХО-, ZW- i ZO-типи.

ХУ-тип - характеризується гетерогаметністю чоловічих особин за Х та У-хромосомами і гомогаметністю жіночих за Х-хромосомами. Статеві формули мають такий вигляд: + = ХХ, > = ХУ. Такий хромосомний тип виявлений у клопів Lygaeus, переважної більшості видів комах, в розвитку яких немає стадії метелика, всіх видів ссавців, дводомних видів рослин за винятком видів роду Fragaria.

ХО-тип - єднає види, в яких чоловічі особини гетерогаметні за Х і О - хромосомами, а жіночі - гомогаметні. Статеві формули за їхніми каріотипами мають такий вигляд: + = ХХ, > = ХО. До цього типу відносяться трав'яні клопи Protrnor, цвіркуни, рослини видів роду Dioscorea тощо.

ZW-тип - за статевими хромосомами тут гетерогаметними є жіночі особини, а гомогаметними - чоловічі. Виходячи з цього, статеві формули за комбінаціями жіночих та чоловічих статевих хромосом мають вигляд: + = ZW, > = ZZ. До цього виду визначення статі відносяться деякі види риб, переважна більшість видів комах, у циклі розвитку яких є стадія метелика, всі птахи, багато видів амфібій та рептилій, а також види роду Fragaria.

ZO-тип - характеризується гетерогаметністю жіночої статі, та гомогаметністю чоловічої. В даному разі статеві формули за статевими хромосомами мають такий вигляд: + = ZO, >= ZZ. До цього типу належать метелики молі Fumea та особини ящірки виду Lacerta vivipara, які зустрічаються лише на острові Сахалин.

У статевих хромосомах, як і в аутосомах, локалізуються гени. Більшість їх не впливають на процеси формування первинно- або вторинно-статевих ознак організму. Ці гени обумовлюють формування ознак, котрі можуть належати однаковою мірою особинам і жіночої і чоловічої статі. Своєрідність закономірностей цього успадкування визначається тим, що У або W-хромосоми характеризуються надто низькою генетичною активність, тим часом як гени, локалізовані в Х- або Z-хромосомах, функціонують нормально. Особини ХХ- чи ZZ-каріотипів, незалежно від того, які гени в них локалізовані, можуть бути гомозиготними або гетерозиготними. На відміну від цього в особин ХУ-, ХО-, ZW-, чи ZO-каріотипів з генетично неактивною У- або W-хромосомою або без неї, кожний локалізований в Х- чи в Z-хромосомі ген знаходиться в одному екземплярі (без своєї алельної пари), тобто в гемізиготному стані. Тому такі гени, незалежно від того, домінантні вони чи рецесивні, у складі генотипу завжди дають фенотиповий прояв, оскільки кожний з них - повторимо ще раз - перебуває в гемізиготному стані.

На закономірності успадкування ознак, гени яких локалізовані у статевих хромосомах, впливають особливості спадкування саме цих хромосом. Розглянемо схему схрещування самок плодової мушки - дрозофіли (Drosophila melanogaster), фасетки очей в якої мають нормальне червоне забарвлення, з білоокими самцями. Ген забарвлення очей позначимо символом w (від white - білий) або w+. Це ген дикого типу, який обумовлює червоне забарвлення очей. Він домінує над геном w і складає з ним алельну пару в генотипі гетерозиготних за цим геном самок. У каріотиповій схемі статеві хромосоми з мутантним геном білих очей позначимо через Хw, а з нормальним геном дикого типу - через Х+.

Оскільки Х-хромосоми позначено мутантним геном w та його нормальним + алеломорфом, то чітко простежується, що батько віддає єдину Х-хромосому лише своїм дочкам, а мати віддає по одній Х-хромосомі нащадкам як жіночої, так і чоловічої статі. Цим фактом пояснюється те, що рецесивний ген білого забарвлення очей переходить від батька через каріотипи дочок до половини онуків жіночої та чоловічої статі. Проте у генотипі жіночої статі цей ген комбінується зі своїм домінантним алелем і тому фенотипово не проявляється, тим часом як у генотипі чоловічої статі він виявляється в гемізиготному стані і тому фенотипово проявляється. При цьому фенотипово рецесивна ознака проявляється лише в чверті частини нащадків F2, тобто у співвідношенні 3 : 1. Але особливістю цих співвідношень є те, що рецесивна ознака проявляється лише в особин чоловічої статі.

Щоб переконатись у сказаному, розглянемо таку схему схрещувань, де домінантний і рецесивний алелі локалізовані в аутосомах. Наприклад, ген vg (від vestigial - зачаткові крила) у дрозофіли локалізується в другій хромосомі. Якщо нормальних самок схрестити з безкрилими самцями, до в другому поколінні розщеплення відбувається у відношенні 3 : 1. Але в даному разі розщеплення торкається нащадків і жіночої і чоловічої статі.

Отже, вихідні чоловічі особини, які були залучені до схрещувань, характеризувались відсутністю крил (рецесивний ген vg), а жіночі особини були з нормальними крилами (домінантний ген vg+), нащадки як жіночої, так і чоловічої статі однаково розщепились у відношенні 3 : 1. Якщо порівняти між собою розщеплення нащадків F2, котре проявилось у двох останніх схемах схрещувань, стане видним, що характер цього розщеплення обумовлений особливостями успадкування статевих хромосом. Ці особливості ще виразніше проявляються в реципрокних схрещуваннях.

Аналіз схеми успадкування рецесивного гена білих очей, якими характеризувались вихідна материнська форма свідчить, що нащадки F2 як жіночої так і чоловічої статі розщепились за цією ознакою у співвідношенні 1 : 1. Проте в разі локалізації гена в аутосомах нащадки F2 як у прямих, так і в реципрокних схрещуваннях завжди розщеплюються у співвідношенні 3 : 1. В цьому можна переконатись, якщо порівняти характер розщеплення нащадків F2 за ознакою редукованих крил у прямих та реципрокних схрещуваннях. Видно, що зміна напрямків схрещувань за домінантними та рецесивними алельними генами, локалізованими в аутосомах, не змінила характеру розщеплення нащадків F2 за цими генами.