Цитоплазматическое наследование
Цитоплазматическое наследование — это передача признаков, определяемых генами органоидов цитоплазмы, прежде всего митохондрий и пластид. В отличие от ядерных генов, такие гены находятся вне ядра, поэтому характер наследования часто не подчиняется обычным соотношениям Менделя.
Общее понятие и отличие от ядерного наследования
Геном клетки включает не только ядерную ДНК. Собственная ДНК есть у митохондрий и пластид. Она содержит гены, необходимые для работы этих органоидов: например, для синтеза некоторых белков дыхательной цепи или фотосинтетического аппарата. Такой ген называют внеядерным, или цитоплазматическим.
Цитоплазматическое наследование — наследование признаков, обусловленных генами ДНК митохондрий или пластид, расположенных в цитоплазме клетки.
Ген органоида передаётся дочерним клеткам вместе с цитоплазмой. Поэтому результат скрещивания зависит не только от генотипов родителей, но и от того, какой родитель передаёт цитоплазму потомку. У большинства животных яйцеклетка содержит много цитоплазмы, а сперматозоид вносит главным образом ядро. Поэтому митохондрии обычно наследуются от матери.
| Признак | Ядерное наследование | Цитоплазматическое наследование |
|---|---|---|
| Где находятся гены | В хромосомах ядра | В ДНК митохондрий или пластид |
| Что определяет передачу | Гаметы обоих родителей | Цитоплазма, обычно яйцеклетки |
| Типичные соотношения | Часто 3:1, 1:2:1 и другие | Менделевские соотношения могут отсутствовать |
| Особенность потомства | Зависит от сочетания аллелей | Часто повторяет материнский признак |
Если органоиды передаются потомству преимущественно с цитоплазмой яйцеклетки, то признак, определяемый их генами, обычно наследуется по материнской линии: потомки получают его от матери, а отец не передаёт такой признак своим детям.
Это правило не означает, что митохондрии всегда передаются только от матери у всех организмов. В школьных задачах принимают материнское наследование, если условие не сообщает обратное. Кроме того, у одной клетки может быть много митохондрий или пластид, а их копии не всегда одинаковы.
Митохондриальное наследование
Митохондриальное наследование связано с генами митохондриальной ДНК. Митохондрии участвуют в клеточном дыхании и синтезе АТФ, поэтому изменения их генов могут нарушать энергетический обмен. Важен не только сам факт наличия мутации, но и доля изменённых митохондрий в клетке.
- Митохондриальная ДНК расположена вне ядра.
- При обычном условии она передаётся через яйцеклетку.
- Больная мать может передать признак сыновьям и дочерям.
- Больной отец обычно не передаёт митохондриальный признак детям.
- Признак может проявляться неодинаково из-за различий в составе митохондрий клеток.
В задачах без дополнительных указаний достаточно считать, что все митохондрии яйцеклетки одинаковы и признак передаётся всем детям матери. Если сказано, что цитоплазма распределяется случайно или содержит разные варианты органоидов, нужно учитывать вероятностный характер наследования.
Пластидное наследование
Пластидное наследование характерно для растений и связано с генами пластид, прежде всего хлоропластов. Пластиды определяют важные признаки, связанные с фотосинтезом и окраской частей растения. Например, распределение хлоропластов с нормальной или изменённой ДНК может влиять на окраску листьев.
У растений направление наследования зависит от того, какой родитель передаёт больше цитоплазмы. Если пластиды находятся в яйцеклетке и почти не попадают в пыльцевую клетку, признак наследуется по материнской линии. Однако у некоторых растений возможна передача пластид от обоих родителей или преимущественно от отца. Поэтому в условии задачи необходимо искать сведения о происхождении цитоплазмы.
| Ситуация | Ожидаемый результат |
|---|---|
| Мать имеет цитоплазматический признак, отец нормален | Признак обычно получают все потомки |
| Отец имеет цитоплазматический признак, мать нормальна | При материнском наследовании дети признак не получают |
| Оба родителя имеют признак | Для ответа нужно знать, чья цитоплазма передаётся |
| В условии указано случайное распределение органоидов | Потомки могут различаться; применяют вероятности |
У женщины есть митохондриальная мутация, у мужчины её нет. Какой вывод наиболее верен при обычном материнском наследовании?
Как решать задачи
Главное — не строить обычную решётку скрещивания, если речь идёт только о цитоплазматическом гене. Сначала определите, какой родитель передаёт цитоплазму, затем установите, есть ли у него признак, и только после этого сформулируйте вывод для потомков.
В простой школьной модели при полной передаче органоидов от матери и полном проявлении признака \(P(\text{признак у потомка})=1\) для всех детей больной матери и \(0\) для детей здоровой матери. Если указана гетероплазмия, вероятности могут быть меньше единицы.
У растения пёстрая окраска листьев определяется пластидами. Пыльца здорового растения оплодотворяет яйцеклетки пёстрого растения. Какова окраска потомков, если пластиды передаются только через яйцеклетку и все яйцеклетки содержат изменённые пластиды?
Показать решение Ответ
Все потомки будут пёстролистными в рамках данной модели. Здесь не используется расщепление \(3:1\), потому что признак определяется пластидами, а не парой ядерных аллелей. Источник пластид у потомка — яйцеклетка матери.
1. Считать цитоплазматический ген обычным аллелем ядерного гена и строить решётку Пеннета. 2. Решать по полу потомка: митохондриальный признак передаётся и сыновьям, и дочерям. 3. Считать, что больной отец передаёт митохондрии детям. 4. Игнорировать фразу о том, от какого родителя происходят пластиды. 5. Обещать одинаковое проявление признака при гетероплазмии, хотя распределение органоидов может быть случайным.
Связь с другими типами наследования
Цитоплазматическое наследование нужно отличать от наследования ядерных генов. Экспрессия гена органоида зависит от работы клеточных систем, поэтому один и тот же вариант ДНК может проявляться неодинаково в разных тканях. Это сближает тему с пенетрантностью и экспрессивностью, но механизм передачи остаётся внеядерным.
Один органоидный ген может влиять на несколько признаков, что напоминает плейотропию. Однако плейотропия описывает множественные эффекты одного гена, а цитоплазматическое наследование — прежде всего его расположение и путь передачи. Гибрид получает ядерные гены от обоих родителей, а цитоплазматические органоиды — обычно от материнского организма.
Подчеркните в условии слова «митохондрии», «пластиды», «цитоплазма», «материнская линия», «пыльца не передаёт пластиды». Затем ответьте на два вопроса: где расположен ген? и какой родитель передаёт органоид? Это почти всегда определяет ход решения.
Быстрый тест
Главное
- Цитоплазматическое наследование обеспечивают гены митохондрий и пластид, расположенные вне ядра.
- При обычном материнском наследовании митохондриальный признак передаётся детям через яйцеклетку.
- Больной отец обычно не передаёт митохондриальный признак сыновьям и дочерям.
- Пластидный признак зависит от того, какой родитель передаёт пластиды.
- В задачах сначала определяют источник цитоплазмы, а затем рассчитывают вероятность проявления признака; обычные менделевские соотношения применяют только при наличии соответствующих условий.