Аллели: генетические варианты генов¶

Аллель (от греч. ἄλλος — «другой») — одна из альтернативных форм гена, различающихся последовательностью нуклеотидов и занимающих один и тот же локус в гомологичных хромосомах. Совокупность аллелей конкретного гена, представленных в генотипе организма, определяет его признаки. Термин введён в 1920-е годы Уильямом Бейтсоном и Реджиналдом Паннетом для обозначения взаимозаменяемых вариантов генов.

¶Молекулярная природа аллелей

Аллели возникают в результате мутаций — изменений последовательности ДНК: замен отдельных нуклеотидов (точечные мутации), вставок или делеций, а также изменений числа копий участков ДНК. Различие в последовательности может затрагивать как кодирующую область гена (меняя аминокислотную последовательность белка), так и регуляторные участки, определяющие уровень и время экспрессии гена.

Примером аллеля, изменяющего структуру белка, служит гемоглобин. В гене β-глобина мутация в шестом кодоне (замена GAG на GTG) приводит к замене глутаминовой кислоты на валин в полипептидной цепи. Этот аллель обозначают HbS и он ассоциирован с серповидноклеточной анемией; нормальный аллель обозначают HbA.

¶Соотношение аллелей и генотипа

У диплоидных организмов каждый ген представлен двумя копиями — по одной от каждого родителя. Если обе копии идентичны, организм гомозиготен по этому гену (например, AA или aa); если различаются — гетерозиготен (Aa). Буквенное обозначение аллелей введено Грегором Менделем: доминантный аллель записывают заглавной буквой (A), рецессивный — строчной (a).

Признак организма определяется комбинацией аллелей:

• Кодоминантность — оба аллеля проявляются в фенотипе. Пример — группы крови системы AB0: у гетерозиготы IAIB оба аллеля гликозилтрансферазы работают, и на эритроцитах присутствуют антигены A и B.
• Неполное доминирование — гетерозиготный фенотип промежуточный. У гвоздики скрещивание красных (RR) и белых (rr) цветков даёт розовых (Rr).
• Количественные аллели — некоторые гены имеют множество аллелей, влияющих на признак количественно (например, аллели гена MC1R у человека определяют оттенок пигментации кожи и волос).

¶Многоаллельность

Большинство генов у диплоидного организма представлено не более чем двумя аллелями одновременно, однако в популяции один ген может существовать в виде множества аллелей. Классический пример — локус Rh-фактора у человека (ген RHD), насчитывающий сотни вариантов, и ген группы крови ABO с тремя основными аллелями: IA, IB и i. Аллель i рецессивен по отношению к IA и IB, а IA и IB кодоминантны между собой.

В популяции частота каждого аллеля может меняться под действием естественного отбора, дрейфа генов, мутаций и миграции. Изменение частоты аллелей во времени и есть эволюция в генетическом смысле.

¶Аллельное разнообразие и отбор

Естественный отбор поддерживает полиморфизм аллелей в нескольких случаях:

• Гетерозиготное преимущество — гетерозигота имеет более высокую приспособленность, чем любая гомозигота. Наиболее известный пример — носительство аллеля HbS: гетерозиготы устойчивее к малярии, чем гомозиготы по HbA, тогда как гомозиготы по HbS болеют серповидноклеточной анемией.
• Балансирующий отбор — поддержание нескольких аллелей в популяции при изменяющихся условиях среды.
• Фrequency-dependent отбор — преимущества редкого аллеля в популяции (например, в системах распознавания «свой—чужой» у растений и беспозвоночных).

¶Аллели в медицине и селекции

Знание аллельного состава используется в медицинской генетике для диагностики наследственных заболеваний, прогнозирования рисков и подбора терапии (фармакогенетика). Анализ полиморфных аллелей лежит в основе ДНК-идентификации, установления родства и судебно-медицинской экспертизы.

В селекции отбор желательных аллелей позволяет создавать сорта сельскохозяйственных растений и породы животных с нужными свойствами — урожайностью, устойчивостью к болезням, качеством продукции.

¶Историческая справка

Грегор Мендель, работая с горохом в 1850-х годах, впервые показал, что наследуемые признаки определяются парами «факторов» (ныне — генов), которые могут существовать в разных формах. Термин «аллель» закрепился после развития генетики в начале XX века, когда было установлено, что гены локализованы в хромосомах и аллели занимают одинаковые позиции в гомологичных хромосомах (открытие локуса Томасом Хантом Морганом и его школой).

¶Источники

• Мендель Г. Опыты о гибридных растениях (1866)
• Морган Т. Х. «Эволюция и генетика» (1925)
• Страйер Л. «Биохимия» (разделы по молекулярной генетике)
• Пирс Б. «Генетика: молекулярный подход»
• Льюин Б. «Гены» (пер. с англ.)