Закон Моргана: сцепленное наследование генов

В данной статье рассматривается закон Моргана, устанавливающий связь между расположением генов в хромосомах и особенностями их совместного наследования.

Формулировка закона Моргана

Закон Моргана гласит: гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются сцепленно. Это означает, что такие гены передаются из поколения в поколение вместе, образуя группы сцепления.

Данный закон был сформулирован американским генетиком Томасом Морганом в начале XX века на основании экспериментов по скрещиванию плодовых мушек дрозофил. Он показал, что гены, контролирующие разные признаки (например, окраску тела и форму крыльев), часто наследуются совместно, если расположены в одной хромосоме.

Пример действия закона Моргана

Рассмотрим пример, иллюстрирующий суть закона Моргана. Предположим, у особей некоего вида есть два типа хромосом: X и Y. Ген A, контролирующий определенный признак, локализован в Х-хромосоме. Тогда:

• У самок (XX) этот ген присутствует в двух экземплярах
• У самцов (XY) этот ген присутствует только в одном экземпляре

Поскольку ген A сцеплен с Х-хромосомой, его наследование будет напрямую зависеть от того, какую хромосому получит потомство. Например, все дочери данной самки будут нести ген A, вне зависимости от генотипа самца. А вот сыновья могут как унаследовать, так и не унаследовать этот ген.

Так происходит потому, что самки передают своим детям только Х-хромосому, а самцы могут передавать как Х-, так и Y-хромосому. Из-за сцепленного наследования гена A и Х-хромосомы потомство разного пола наследует этот ген по-разному.

Сила сцепления генов

Сила сцепления между генами зависит от расстояния между ними в хромосоме. Чем ближе расположены гены, тем выше вероятность того, что они будут наследоваться вместе и проявлять свое действие совокупно.

Но даже у сцепленных генов сохраняется определенная вероятность разойтись по разные стороны при образовании половых клеток. Это происходит благодаря кроссинговеру (кроссоверу) – процессу обмена участками между гомологичными хромосомами, который может иногда нарушать сцепление.

Частота кроссинговера между двумя генами используется как мера расстояния между ними. Чем дальше находятся гены друг от друга, тем чаще между ними происходит кроссинговер.

Таким образом, что отражает закон Моргана: с одной стороны, сцепленное наследование генов в пределах одной хромосомы, а с другой – возможность перекомбинировки этих генов при кроссинговере с частотой, зависящей от расстояния между ними.

Генетические карты

На основании закона Моргана было положено начало составлению генетических карт – схем, отражающих последовательность расположения генов в хромосомах различных организмов.

Такие карты позволяют определить примерное местонахождение того или иного гена в хромосоме и расстояние между разными генами. Эта информация используется при проведении генетического анализа и молекулярных исследований.

Первая генетическая карта была составлена для хромосом плодовой мушки дрозофилы американским биологом Альфредом Стертевантом. В дальнейшем подобные карты были построены и для других модельных организмов, в том числе для человека.

Значение закона Моргана

Закон Моргана имел огромное значение для развития генетики и подтверждения хромосомной теории наследственности.

В отличие от законов Менделя, применимых для любых пар генов вне зависимости от их взаимного расположения, закон Моргана устанавливает принципиально иную закономерность. Сцепленное наследование наблюдается только для генов, локализованных в пределах одной хромосомы.

Таким образом, опыты Моргана доказали реальное существование генов как структурных единиц хромосом и позволили создать представление о линейной последовательности расположения генов.

Кроме того, открытие явлений сцепленного наследования и кроссинговера объяснило механизм рекомбинации генов и послужило основой для изучения генетической изменчивости популяций организмов.

Применение закона Моргана

Закон Моргана о сцепленном наследовании генов широко используется в генетических исследованиях для отслеживания путей передачи тех или иных признаков в ряду поколений.

Например, с помощью анализа сцепления с полом были выявлены многие гены, локализованные в X- и Y-хромосомах человека и животных. Такой подход применяется для изучения наследственных заболеваний, сцепленных с полом, в частности, гемофилии или дальтонизма.

Нарушение закона Моргана

В некоторых случаях при скрещиваниях наблюдается явное нарушение закона сцепленного наследования Моргана. Это происходит при перестройках хромосом – изменениях их структуры.

Так, при транслокациях происходит перенос целых участков хромосом, в результате чего гены, ранее локализованные в одной хромосоме, могут оказаться в разных. Соответственно резко снижается их совместное наследование.

Эволюционное значение

Сцепленное наследование генов и кроссинговер играют важную роль в микроэволюции популяций организмов.

За счет переноса генов между гомологичными хромосомами образуются новые их комбинации. Таким образом расширяется потенциальное многообразие признаков в пределах вида, на основе которого действует естественный отбор.

Практическое применение

Закономерности сцепленного наследования, открытые Морганом, легли в основу методов генетического картирования, широко используемых в селекции растений, животных и микроорганизмов.

Путем анализа сцепления маркерных генов с хозяйственно ценными признаками удается выявлять организмы с нужными признаками на ранних этапах гибридизации.

Перспективы исследований

Хотя закон Моргана был сформулирован более 100 лет назад, он не потерял актуальности и в наши дни. Исследования в этой области продолжаются с использованием новейших методов молекулярной генетики и биоинформатики.

В частности, ведется работа по составлению полных последовательностей геномов различных организмов. Это позволяет точно картировать местонахождение каждого гена и изучать особенности их функционирования в составе определенных хромосом.