Гетерозигота в генетике¶

Гетерозигота — это клетка или организм, в генотипе которого присутствуют два разных аллеля одного и того же гена, расположенные в гомологичных хромосомах. Такое состояние называют гетерозиготностью. Термин происходит от греческих слов ἕτερος («иной, другой») и ζυγωτός («соединённый вместе») и был введён в генетическую терминологию в начале XX века, в период становления классической генетики после переоткрытия законов Менделя. Гетерозигота противопоставляется гомозиготе — состоянию, при котором оба аллеля данного гена идентичны.

¶Механизм возникновения

Гетерозиготность возникает при слиянии гамет, несущих разные варианты одного гена. Каждый диплоидный организм получает по одной хромосоме из каждой гомологичной пары от каждого родителя. Если материнская и отцовская хромосомы содержат различающиеся последовательности одного локуса, потомок становится гетерозиготным по этому локусу.

Причины различий между аллелями — мутации: точечные замены нуклеотидов, вставки, делеции, дупликации. В результате в популяции накапливаются множественные варианты одного гена, что формирует аллельное разнообразие. Гетерозиготность может также возникать при неродственном скрещивании, при гибридизации разных линий, сортов или видов, а у растений — при полиплоидии, когда число аллельных копий превышает две.

¶Доминантность и взаимодействие аллелей

Ключевое следствие гетерозиготности — проявление признака зависит от типа взаимодействия аллелей.

• Полное доминирование. Фенотип гетерозиготы совпадает с фенотипом доминантной гомозиготы; рецессивный аллель внешне не проявляется, но сохраняется в генотипе и может передаваться потомству.
• Неполное доминирование. У гетерозиготы наблюдается промежуточный признак. Классический пример — окраска цветков ночной красавицы: скрещивание растений с красными и белыми цветками даёт розовое потомство.
• Кодоминирование. Оба аллеля проявляются одновременно и независимо. Пример — система групп крови AB0: носители генотипа I^A I^B имеют четвёртую группу, поскольку синтезируются оба типа антигенов.
• Сверхдоминирование. Гетерозигота превосходит по приспособленности обе гомозиготы. Наиболее изученный случай — устойчивость к малярии у носителей аномального гемоглобина S (серповидноклеточная анемия): гетерозиготы устойчивее к возбудителю малярии, тогда как гомозиготы по мутантному аллелю тяжело больны.

¶Гетерозигота и гомозигота: сравнение

¶Методы выявления

Определить гетерозиготность напрямую по внешнему виду удаётся не всегда. Основные подходы:

• Анализирующее скрещивание. Особь скрещивают с рецессивной гомозиготой; по расщеплению в потомстве судят о генотипе.
• Молекулярно-генетические методы. Полимеразная цепная реакция, секвенирование ДНК, методы на основе полиморфизма длины рестрикционных фрагментов позволяют напрямую установить нуклеотидную последовательность локуса.
• Гибридизация нуклеиновых кислот. Применяется в медицинской и сельскохозяйственной диагностике.
• Родословный анализ. Используется в медико-генетическом консультировании для оценки вероятности носительства.

¶Значение в медицине

Гетерозиготное носительство рецессивных патологических аллелей — распространённое явление. Носители обычно не болеют, но могут передать аллель потомству. Если оба родителя гетерозиготны, вероятность рождения больного ребёнка составляет 25 %. К известным примерам относятся муковисцидоз, фенилкетонурия, болезнь Тея — Сакса, спинальная мышечная атрофия. В России программы неонатального скрининга охватывают ряд наследственных заболеваний обмена веществ, что позволяет выявлять больных и оценивать носительство.

Отдельного внимания заслуживает гетерозиготность по хромосомным перестройкам, например транслокациям. Носители сбалансированных перестроек фенотипически здоровы, однако у них повышается риск невынашивания беременности и рождения детей с несбалансированным кариотипом.

¶Значение в селекции и популяционной генетике

В растениеводстве и животноводстве гетерозиготность лежит в основе эффекта гетерозиса — превосходства гибридов первого поколения над родительскими формами по урожайности, жизнеспособности и продуктивности. На этом основано получение высокопродуктивных гибридов кукурузы, подсолнечника, свёклы, а также промышленное птицеводство и свиноводство.

В популяционной генетике долю гетерозигот оценивают через наблюдаемую и ожидаемую гетерозиготность. Отклонение фактических частот от расчётных по формуле Харди — Вайнберга указывает на действие отбора, инбридинга, дрейфа генов или миграции. Высокий уровень гетерозиготности обычно связан с большим генетическим разнообразием популяции и её адаптивным потенциалом.

¶Интересные факты

• Термин «гетерозигота» ввёл английский генетик Уильям Бэтсон, один из первых исследователей наследственности.
• Гетерозиготность по некоторым локусам гистосовместимости повышает устойчивость организма к широкому спектру инфекций.
• У ряда культурных растений искусственно поддерживают гетерозиготность, поскольку она напрямую связана с урожайностью.
• Потеря гетерозиготности (переход в гомозиготное состояние) считается одним из механизмов возникновения некоторых опухолей.

Источники: учебники по общей генетике, справочные материалы по медицинской генетике, публикации по популяционной генетике и селекции.