Большинство признаков и свойств живого существа являются сложными. Их развитие почти всегда представляет собой результат взаимодействия ряда генов, причем неаллельных, т. е. располагающихся на разных хромосомах или на одной хромосоме, но в разных локусах. Классической (домолекулярный и догеномный периоды) генетикой были определены такие формы взаимодействия неаллельных генов, как полимерия (полимерное наследование), комплементарное взаимодействие и эпистаз — рецессивный и доминантный. Формы взаимодействия аллельных генов — см. п. 4.3.1.2.
Развитие количественных признаков нередко обусловлено полимерными генами или полигенами — системой неаллельных генов, в равной мере влияющих на формирование соответствующего признака и характеризующихся аддитивным (суммирующим) действием. Соответственно степень выраженности признака зависит от совокупной дозы доминантных аллелей всех полимерных генов системы. С известной долей осторожности можно сказать, что полимерное наследование — один из генетических механизмов, оказывающих влияние на экспрессивность количественного признака. По полимерному типу у людей наследуется, в частности, интенсивность окраски кожных покровов, зависящая от количества откладываемого в цитоплазме пигментных клеток (меланоци-
ты) черного пигмента меланина. По общепринятому мнению, в геноме человека за пигментацию кожи ответственна система из 4 генов. Учитывая диплоидность соматических клеток, каждый из этих генов представлен в генотипе двойной дозой. Так как они участвуют в определении степени развития одного признака, их обозначают одной буквой, но с разными цифровыми индексами: Р1, Р2, Р3 и Р4 — доминантные аллели или р1, р2, р3, р4 — рецессивные аллели. Наличие в генотипе индивидуума восьми доминантных аллелей рассматриваемых полигенов (Р1Р1 Р2Р2 Р3Р3 Р4Р4) обусловливает максимальную пигментацию кожных покровов, отличающую африканских негров. Гомозиготы по рецессивным аллелям четырех генов характеризуются минимальным уровнем пигментации, отличающим представителей европеоидной расы. Большее или меньшее число доминантных аллелей — от 8 до 0 — определяет разную интенсивность окраски кожных покровов (рис. 4.17). Полигенное наследование характеризует у человека такие признаки, как рост и масса тела, возможно, интеллект. В последнем случае предполагается соучастие большого количества генов — несколько десятков или более.
Если формирование сложного признака требует совокупного действия (взаимодействия) аллелей конкретных неаллельных генов, то, очевидно, он будет проявляться в фенотипе лишь тех особей, которые в генотипах имеют именно требуемую комбинацию аллелей. По существу, речь идет о том, что в результате совокупного действия возникает новое качество, которого не было бы при отсутствии соответствующего взаимодействия. Указанное взаимодействие получило название комплементарного. В качестве примера рассмотрим процесс формирова-
Рис. 4.17. Зависимость пигментации кожных покровов у человека от числа в генотипе доминантных аллелей системы полигенов Р
ния половой принадлежности у людей. Известно, что у вида H. sapiens комплекс половых признаков определяется сочетанием в кариотипе половых хромосом (гетерохромосом) Х и Y. Установлено, однако, что для развития мужского фенотипа недостаточно нуклеотидных последовательностей ДНК хромосомы Y, определяющих дифференцировку половых желез по мужскому типу и образование гормона тестостерона. Необходим также продукт экспрессии другого гена (находится на хромосоме Х), обусловливающего образование белка-рецептора к тестостерону и располагающегося в клеточных оболочках. Отсутствие синтеза рецептора, например, вследствие мутации делает ткани-мишени невосприимчивыми к мужскому половому гормону. В результате развивается в целом женский фенотип, однако такой человек лишен детородной функции и наделен рядом физических (метаболические и функциональные параметры скелетной мускулатуры) и характерологических (решительность, импульсивность в действиях) черт, более присущих мужскому полу. Описанное состояние известно как синдром тестикуляр-ной феминизации Морриса (рис. 4.18).
Рис. 4.18. Тестикулярная феминизация — синдром Морриса: I — кариотип 46XY (семенники удалены в детском возрасте); II — евнухоидная форма, кариотип 46XY (отсутствие молочных желез, вторичного оволосения, естественного влагалища); III — кариотип 46XY
Еще одна форма взаимодействия неаллельных генов — эпистаз. В качестве примера рассмотрим ситуацию, связанную с формированием принадлежности человека к определенной группе крови в системе АВ0 (см. также пп. 4.1.1 и 4.3.1.2). Отвечающий за развитие рассматриваемого признака ген I в виде аллелей IA и IB обеспечивает образование организмом белков с антигенными свойствами А и В, располагающихся на поверхности эритроцитов. Для того чтобы названные антигены были синтезированы, требуется вещество-предшественник, образование которого детерминируется геном Н. Доминантный аллель гена Н присутствует в генотипах подавляющего большинства людей (генотипы НН или Hh). У редких, но все-таки встречающихся среди людей рецессивных гомозигот (hh) вещество-предшественник не образуется, вследствие чего у таких лиц, даже при наличии в генотипах аллелей IA и/ или IB, антигены А и В не синтезируются, и по фенотипу они относятся к субъектам с группой крови I, а не II, III или IV. Приведенный пример известен под названием «бомбейский феномен» и соответствует генетическому понятию рецессивного эпистаза. С позиций рецессивного эпистаза следует рассматривать случаи альбинизма у людей, когда даже у представителей негроидной расы, которые имеют максимальное число доминантных аллелей в системе полигенов, определяющих интенсивность пигментации кожных покровов, радужной оболочки глаз и волос, рождаются альбиносы с полным отсутствием в клетках организма пигмента меланина (рис. 4.19), который не может образоваться в принципе. Генетика располагает также примерами, когда некий ген, например В, обусловливает развитие соответствующего признака только в том случае, если другой (неаллельный гену В) ген, например А, представлен в генотипе двумя рецессивными аллелями (аа). При наличии доминантного аллеля названного гена (генотипы АА или Аа) признак В не формируется. Приве-
Рис. 4.19. Пример рождения альбиноса в семье негра и негритянки (разно-яйцовые близнецы — девочка и мальчик, — один из которых альбинос)
денная ситуация соответствует генетическому понятию доминантного эпистаза.
С известной долей осторожности можно предполагать, что от наличия эпистатической формы взаимодействия неаллельных генов зависит такое свойство, как пенетрантность.
Как уже отмечалось, рассмотренные формы взаимодействия неал-лельных генов в виде полимерного наследования, комплементарного взаимодействия и эпистаза описаны представителями классической (до-молекулярной) генетики. Они были открыты путем анализа вариантов наследования определенных фенотипических признаков потомством и относятся, по существу, к генному уровню организации генетического аппарата эукариот. Расшифровка химической природы генетического материала (ДНК) и непосредственная работа с ним методами молекулярной генетики (см. п. 5.2.2.3-в), осознание системного принципа функционирования аппарата наследственности и биологической изменчивости, появление в генетическом обиходе понятия «геном» (см. п. 4.3.3.2) способствовали расширению представлений о формах взаимодействия различных нуклеотидных последовательностей или сайтов ДНК в процессе формирования фенотипа особи. Вспомним, к примеру, о взаимодействии элементов промотора и сайтов с энхансерной функцией (см. п. 2.4.5.5). Особое внимание в настоящее время уделяется нуклео-тидным последовательностям, выполняющим регуляторные функции относительно структурных (экспрессируемые, информативные, транскрибируемые и транслируемые) генов.