Множественный аллелизм¶

Множественный аллелизм — явление в генетике, при котором один и тот же ген существует в популяции в виде трёх и более аллельных вариантов (аллелей), каждый из которых определяет свой вариант признака. В отличие от классической схемы Менделя, где рассматривается два аллеля гена (доминантный и рецессивный), множественный аллелизм описывает ситуацию, когда локус гена занимает широкий спектр альтернативных форм. При этом у конкретного гаплоидного организма или в генотипе диплоидного организма одновременно присутствует не более двух аллелей (по одному от каждого родителя), а весь их набор реализуется только на уровне популяции.

¶Клеточная группировка крови

Наиболее известный пример множественного аллелизма у человека — система групп крови по системе AB0. Ген, определяющий группу крови, представлен тремя аллелями:

Аллели I^A и I^B кодируют ферменты-трансферазы, которые модифицируют олигосахаридные цепи на поверхности эритроцитов, добавляя к ним соответствующие сахара. Аллель i несёт мутацию, приводящую к синтезу неактивного фермента, поэтому олигосахаридная цепь остаётся в исходной форме H-субстанции. Аллели I^A и I^B доминантны по отношению к аллелю i, при этом I^A и I^B в гетерозиготном состоянии проявляются одновременно (кодоминантность). В результате возможно шесть генотипов и четыре фенотипа:

• I^A I^A, I^A i — группа A;
• I^B I^B, I^B i — группа B;
• I^A I^B — группа AB (кодоминантное проявление);
• ii — группа O.

Частота аллелей в разных популяциях существенно различается. Аллель I^B наиболее распространён в Центральной Азии, аллель i — в Южной Америке и среди европейских популяций. Это различие делает систему AB0 удобным объектом для изучения генетической структуры популяций.

¶Резус-фактор

Ещё один пример множественного аллелизма у человека — система резус-фактора, определяемая геном RHD. Существует более 50 антигенов системы Rh, кодируемых двумя генами (RHD и RHCE), причём ген RHCE представлен несколькими аллелями, определяющими комбинации антигенов C, c, D, E, e. Наличие антигена D определяет резус-принадлежность: люди, у которых он есть, считаются резус-положительными, отсутствие — резус-отрицательными. Клиническое значение имеет несовместимость по антигену D при беременности: при вынашивании резус-положительного плода резус-отрицательной матерью возможен резус-конфликт.

¶Ген белка трансферрина

У человека полиморфизм гена трансферрина (Tf) также демонстрирует множественный аллелизм. Известно более 30 аллелей этого гена, определяющих варианты белка с разной подвижностью при электрофорезе. Основные варианты — TfB, TfC, TfD, причём TfC наиболее распространён. Некоторые редкие аллели ассоциированы с нарушениями обмена железа.

¶Множественный аллелизм у других организмов

¶Кролики: ген окраски шерсти

У кроликов ген C (который определяет тип меланина в шерсти) представлен серией из не менее четырёх аллелей, расположенных в линейном порядке по убыванию доминантности:

• C — полная окраска (дикого типа);
• c^ch — шиншилла (светло-серая окраска с тёмными кончиками волос);
• c^h — гималайская окраска (тёмные кончики ушей, лап, хвоста);
• c — альбинизм.

Каждый аллель подавляет предыдущий в этой цепочке, что иллюстрирует феномен множественного аллелизма с линейной иерархией доминантности.

¶Дрожжи и бактерии

У дрожжей Saccharomyces cerevisiae ген MATа/MATα определяет пол; у бактерий множественный аллелизм проявляется в системах антигенов и ферментативной активности. У растений (например, у табака Nicotiana) ген, определяющий форму пыльцы, также представлен серией аллелей.

¶Молекулярные механизмы

Множественный аллелизм возникает в результате накопления независимых мутаций в одном гене. Мутации могут затрагивать:

• кодирующую область гена (замены аминокислот, что меняет свойства белка);
• регуляторные последовательности (что влияет на уровень и место экспрессии);
• сплайс-сайты (что приводит к изменению обработки мРНК).

Разнообразие аллелей поддерживается в популяции естественным отбором, генетическим дрейфом и миграцией. Некоторые аллели могут быть нейтральными, другие — полезными или вредными в определённых условиях.

¶Значение в генетике

Множественный аллелизм имеет важное значение для понимания генетической структуры популяций. Он лежит в основе:

• судебно-медицинской идентификации личности по группе крови;
• установления отцовства;
• анализа генетического разнообразия популяций;
• понимания наследственных заболеваний, вызываемых разными мутациями одного гена (например, муковисцидоз, где известно более 2000 мутаций гена CFTR).

Изучение множественного аллелизма позволяет уточнять механизмы эволюции генов и оценивать эффективность отбора в природных популяциях.

¶История

Понятие множественного аллелизма было сформулировано в начале XX века в рамках развития менделевской генетики. Хотя сам Мендель изучал гены с двумя аллелями, уже в 1920-е годы Уильям Бейтсон предложил термин «аллель» для обозначения альтернативных форм гена. Систематическое изучение множественных аллелейных серий началось после работ Томаса Ханта Моргана и его школы по генетике дрозофилы, а также после открытия групп крови К. Ландштейнером в 1900—1901 годах.

¶Источники

• Сухоруков Л. Н., Савельев А. Т. Генетика: учебник для вузов
• Пономарёва И. С., Мамедов Р. Г., Кульчицкий Г. В. Генетика: учебник
• Филипченко Ю. А. Генетика и эволюция
• Лэндштейнер К. О группах крови человека (Нобелевская лекция, 1930)
• Скрябин К. Г. Генетика: учебное пособие