В привычном представлении второй закон Менделя определяет возможные комбинации из двух аллелей одного гена и дает оценку частот таких комбинаций. Напомним, в случае скрещивания двух носителей рецессивной мутации A/a ожидается классическое расщепление генотипов в потомстве:

25% A/A 50% A/a 25% a/a

Такой случай называется моногибридным скрещиванием, поскольку в нем отслеживается судьба одного гена.

Мендель не знал про хромосомы (их открыли через 20 лет после того, как он опубликовал свои законы), но мы-то знаем, что наблюдаемое расщепление возникает оттого, что от каждого из родителей потомству передается одна хромосома из каждой пары. Так что фактически закон Менделя описывает, как наследуются хромосомы от каждого из родителей.

Независимое наследование генов

Каждый организм несет тысячи генов, которые могут содержать мутации и наследуются все одновременно. Понятно, что чем больше признаков, определяемых разными генами, мы хотим отследить, тем больше комбинаций они формируют.

Рассмотрим пример наследования двух генов. Допустим, генотип обоих родителей A/a; B/b. В этом случае A и B - два разных независимо наследуемых гена. Видно, что добавление всего одного гена существенно усложняет анализ, как показано на Рисунке 1.

Число возможных генотипов у потомства в таком случае равно числу цветов в приведенной таблице.

Почему выше по тексту мы выделили слово "независимо" и что означает независимое наследование генов? Независимое наследование генов означает, что они способны формировать все указанные в таблице комбинации. Например, генотип A/a; B/b при независимом наследовании ожидается в 4 случаях из 16 (25%). Генотип a/a; b/b будет появляться только в 1 случае из 16 (6,25%).

С биологической точки зрения независимое наследование означает, что гены A и B находятся в разных парах хромосом. Приведем конкретный пример. У собак ген MKLN1, мутация в котором является причиной летального акродерматита у бультерьеров, находится в 14-й паре хромосом. Ген PKD1, мутация в котором приводит к поликистозу почек в этой породе, расположен в 6-й паре хромосом. Эти гены наследуются независимо друг от друга.

Напомним, что у собаки 39 пар хромосом, у кошки - 19 пар, у человека - 23. Таким образом, у собак мы теоретически можем одновременно отслеживать не более 39 независимо наследуемых генов, по числу пар хромосом. Таблица распределения генотипов в потомстве получится в этом случае уже совсем сложной!

Заметьте, что при записи генотипа мы разделили гены A и B знаком точка с запятой. В классической генетике так обозначают гены, расположенные в разных парах хромосом.

Сцепленность генов

Но как же наследуются гены, расположенные в одной и той же паре хромосом? Поскольку каждая хромосома наследуется целиком, эти гены будут также должны наследоваться вместе (про рекомбинацию генов мы расскажем в одной из наших следующих статей) (Рисунок 2).

В приведенном примере и отец и мать - гетерозиготы по генам C и D, то есть у каждого из них есть и доминантные аллели (C и D) и рецессивные аллели (c и d). Однако в этом примере мы рассмотрели случай, когда у отца оба доминантных аллеля находятся в одной хромосоме из пары (C,D), а у матери - в разных (C,d и c,D), как показано на Рисунке 2.

Понятно, что у отца и у матери аллели могут быть распределены по хромосомам и одинаковым образом, но в этом случае и генотипы потомства будут иными.

Поскольку гены C и D расположены в одной хромосоме, то есть в одной непрерывной молекуле ДНК, они не могут наследоваться независимо, как в случае рассмотренного выше случае для генов A и B!

В половине сперматозоидов отца будет содержаться два доминантных аллеля C и D, а в половине - два рецессивных (c,d). У матери возможно формирование также двух типов яйцеклеток - C,d и c,D. Гены C и D в генетике называют сцепленными, поскольку они наследуются совместно.

Обратите внимание, что аллели генов, расположенные в одной хромосоме из пары, записываются через запятую (например: C,d). Хромосомы в паре разделяются косой чертой (например: C,d/c,d).

Нарушается ли второй закон Менделя в случае сцепленных генов? Конечно, нет! И в том и в другом случае речь идет о наследовании хромосом: одна хромосома в каждой паре достается от отца, а вторая - от матери. Понятно, что отличия хромосом в каждой паре могут затрагивать не один ген, но их передача потомству происходит по тем же правилам. В случае сцепленных генов отличие от моногибридного скрещивания состоит в том, что с каждой хромосомой передаются варианты многих генов - в приведенном примере это C (c) и D (d).

Случай из жизни

Рассмотрим, как сцепленное наследование работает на практике. В одной из наших предыдущих статей мы разбирали закономерности формирования черно-подпалого окраса в породе вельш корги пемброк.

Как мы помним, для появления этого окраса необходима определенная комбинация аллелей генов Agouti (ASIP) и RALY:

- гомозиготы по аллелю at (ген ASIF) и по аллелю RALY+ имеют чепрачный окрас

- гомозиготы по аллелю at, но гетерозиготы по аллелю RALY+ (RALY+/dup) имеют дополнительное затемнение на голове в виде шапочки.

- гомозиготы по аллелю at и по аллелю dup имеют черно-подпалый окрас.

Гены ASIP и RALY располагаются в одной хромосоме и, следовательно сцеплены. В породе вельш корги пемброк встречаются хромосомы at,RALY+ и at,dup. Эти хромосомы и дают указанные выше комбинации, которые правильно записать как:

чепрачный окрас: at,RALY+ / at,RALY+

шапочка: at,RALY+ / at,dup

черно-подпалый: at,dup / at,dup

Важно отметить, что аллель dup встречается только в комбинации с аллелем at. Хромосомы с аллелем ay не содержат аллель dup.

Именно по этой причине рыжая собака, носитель черно-подпалого окраса, не может дать в потомстве щенков чепрачного окраса с рыжей головой, ведь ее генотип

ay, RALY+ / at,dup

А ведь в случае независимого наследования генов ASIP и RALY появление рыжеголовых чепрачных щенков у такого родителя было бы возможно!