Гены характеризуются свойством аллельного состояния. По-существу, аллели гена — это его альтернативные (по фенотипическому проявлению) формы. В классической генетике аллели так и определяли как альтернативные фенотипические состояния известного признака у жизнеспособных особей, имея в виду, что за признаком стоит наслед-
ственный задаток (ген). В настоящее время аллели — это варианты нуклеотидной последовательности участка молекулы ДНК, соответствующего, например, структурному (смысловому, кодирующему, транскрибируемому и транслируемому, экспрессируемому) гену. Количество альтернативных форм (аллелей) от гена к гену варьирует. Минимальное их число равно двум. У широко используемого в фундаментальной и экспериментальной генетике биологического объекта плодовой мухи (дрозофила) ген окраски глаз имеет порядка 1400 аллелей — множественный аллелизм. Ген, определяющий группу крови человека в системе АБО, имеет 3 аллеля (см. п. 4.1.1 и здесь же, ниже), в системе резус (Rh) — 2.
Между аллельными вариантами гена существуют функционально-генетические отношения, определяемые как формы взаимодействия аллельных генов. Типичные или наиболее частые варианты отношений (форм взаимодействия) — доминирование (от лат. dominus — господствующий), рецессивность (от лат. recessus — отступающий), кодомини-рование, неполное доминирование (промежуточное наследование — см. табл. 4.3). Характер межаллельных отношений проявляется в фенотипах диплоидных (эукариотических) организмов, для которых известны состояния гомозиготности и гетерозиготности (по парам аутосом и паре половых хромосом гомогаметного пола, у человека — женский), гемизиготности (по паре половых хромосом гетерогаметного пола, у человека — мужской). У человека это идентифицируется путем анализа появления в ряду поколений потомков того или иного фенотипического варианта признака (метод родословных генетического анализа людей, см. п. 5.2.2.1).
Доминантные признаки воспроизводятся в каждом поколении, т. е. у гомозиготных, гетерозиготных и гемизиготных по соответствующему гену (локусу, сайту ДНК) организмов. Рецессивный вариант признака наблюдается при отсутствии доминантного аллеля (рецессивная гомозигота и гемизигота). Такой вариант обнаруживается не в каждом поколении, а в случае гемизиготности — как правило, только у особей гетерогаметного пола. При кодоминировании у гетерозигот оба аллеля в равной мере участвуют в определении варианта признака, тогда как при неполном доминировании наличие рецессивного алле-ля у гетерозигот препятствует фенотипическому проявлению доминантного аллеля в полном объеме (дозовый эффект, сравни генотипы АА, Аа и аа). Кодоминирование аллелей у людей наблюдается в наследовании групп крови АБО. Группы крови 0(I), A(II), B(III) и AB(IV) определя-
ются геном I, имеющим три аллеля — IA, IB и I0. Аллель I0 относительно аллелей IA и IB проявляет свойство рецессивности. Аллели IA и IB кодо-минантны, чем и объясняется наличие группы крови IAIB или AB(IV). Неполное доминирование наблюдается у людей-гетерозигот по алле-лю серповидноклеточности эритроцитов (мутация ΗΒα2β26 ГлуВал), 60-65\% гемоглобина которых имеет нормальную структуру, а 35-40\% функционально дефектную, мутантную — в полипептиде β в 6-м положении аминокислота глутаминовая заменена на аминокислоту валин. Такие субъекты жизнеспособны и чувствуют себя комфортно за исключением ситуаций повышенной физической активности, в условиях высокогорья, при полетах на больших высотах или в холодное время года, когда в связи с развитием в организме состояния кислородной недостаточности они ощущают боли в суставах, в области сердца и селезенки.
Свойства доминантности и рецессивности аллелей (признаков) носят относительный характер — «неустойчивая доминантность», что зависит от ряда факторов, природа и механизмы которых не всегда понятны. Такой признак, к примеру, как эпикант («третье веко») проявляет свойство рецессивности у представителей европеоидной (кавказской) расы, но ведет себя как доминантный у представителей монголоидной расы. Отсутствие волос на голове (облысение) проявляет свойства рецессивного признака у женщин и доминантного у мужчин. То, что у женщин один из побочных эффектов применения в терапевтических целях мужского полового гормона тестостерона заключается в потере волос, указывает на участие гормонов в феноти-пическом проявлении этого гена. Факторы относительности свойства доминантности могут иметь как генетическую, так и негенетическую природу. Установленные факторы генетической природы — характер взаимодействия неаллельных генов и локализация аллеля в хромосоме — эффект положения (особенности генотипической среды, см. п. 4.3.1.1). С другой стороны, известно, что характер доминирования зависит от пола и возраста организма (особенности среды 2-го порядка, см. п. 4.3.1.1), а также внешних условий (особенности среды 3-го порядка, см. п. 4.3.1.1).
При множественном аллелизме обычно один аллель серии является рецессивным относительно всех остальных, тогда как другие связаны отношениями «доминантность-рецессивность», «неполное доминирование» или «кодоминирование». В серии аллелей гена окраски глаз дрозофилы абсолютно рецессивным является аллель white (белый), в системе групп крови АВ0 человека — I0. Аллель серии, наиболее распро-
страненный в природе (обычно соответствует нормальному состоянию фенотипического признака), называется «аллель дикого типа».
К сравнительно редким формам взаимодействия аллельных генов относятся межаллельная комплементация (взаимодополнение) и ал-лельное исключение. О межаллельной комплементации говорят тогда, когда у организма, гетерозиготного по двум мутантным аллелям конкретного гена, в фенотипе обнаруживается признак в нормальном, т. е. наиболее часто встречаемом состоянии («дикий тип»). Допустим, что ген D контролирует образование клеткой белка с четвертичной структурой в виде комплекса из нескольких одинаковых полипептидов — мультигомобелковый комплекс. Один мутантный аллель D определяет экспрессию измененного полипептида D’, а второй аллель D" — тоже мутантный, но по другому участку гена, определяет экспрессию мутантного полипептида D", причем с другим изменением аминокислотной последовательности. Допускается, что при формировании четвертичной структуры с участием измененных, но по-разному, полипептидов D’" и D" происходит компенсация изменений, и в итоге формируется сложный мультигомобелковый комплекс с нормальной функцией.
Суть аллельного исключения поясняет пример генетической инактивации одной из хромосом Х у особей гомогаметного пола (у человека — женский, 46ХХ), функционально-генетический смысл которой заключается в компенсации дозы генов соответствующей группы сцепления (хромосомы Х) относительно гетерогаметного пола (у человека — мужской, 46ХY). По хромосоме Х гомогаметный пол представлен особями-«мозаиками» — одна хромосома Х материнского, тогда как другая отцовского происхождения. Так как генетическая инактивация носит относительно хромосом материнского и отцовского происхождения случайный характер, при гетерозиготности организма в одних клетках активен аллель, полученный с хромосомой Х матери, тогда как в других активен аллель, полученный с хромосомой Х отца. Это приводит к фенотипическому мозаицизму (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Мозаицизм женского организма (кариотип 46,ХХ) по наличию или отсутствию потовых желез в коже, обусловленный экспрессией нормального или мутантного аллеля гена хромосомы Х. Затемнены участки кожи, лишенные потовых желез, в клетках которых экспрессирует-ся мутантный аллель
