Задачи на множественные аллели: наследование групп крови

Множественный аллелизм - это явление, при котором в популяции существует более двух вариантов одного гена. Классический школьный пример - три аллеля гена I, определяющих группу крови по системе ABO: $I^A$, $I^B$ и $i$. Каждый конкретный человек несёт ровно два из них (по одному от каждого родителя), но в целом по популяции доступны три варианта. Именно это делает задачи на группы крови сложнее обычных «горох Менделя» - нужно отслеживать не одну, а три аллели одновременно. Ниже разберём алгоритм и типовые задачи - а разобраться с конкретным вариантом поможет инструмент ниже.

Три аллеля системы ABO: что нужно знать до задач

В системе ABO один локус хромосомы 9 представлен тремя аллелями:

• $I^A$ - кодирует фермент-гликозилтрансферазу, присоединяющую антиген A к поверхностному гликопротеину эритроцита
• $I^B$ - кодирует другую трансферазу, добавляющую антиген B
• $i$ (или $I^0$) - «нулевой» аллель, трансфераза неактивна, антигены не образуются

Соотношение доминирования: $I^A$ и $I^B$ доминируют над $i$ независимо, но кодоминируют друг с другом. Это означает:

• У генотипа $I^A i$ - только антиген A (II группа)
• У генотипа $I^B i$ - только антиген B (III группа)
• У генотипа $I^A I^B$ - оба антигена одновременно (IV группа)
• У генотипа $ii$ - ни одного антигена (I группа)

Зная эти четыре строки, можно решить любую стандартную задачу.

Рассчитать для своей задачи

Алгоритм решения задачи шаг за шагом

Любая задача на группы крови решается по единому плану. Перечислим шаги:

Шаг 1. Запишите все возможные генотипы родителей. Если дана группа крови, но не генотип - перечислите варианты. II группа у отца означает $I^A I^A$ или $I^A i$; III группа у матери - $I^B I^B$ или $I^B i$.

Шаг 2. Найдите ограничивающее условие. Обычно это ребёнок с I группой крови ($ii$). Он обязательно получил по одному $i$ от каждого родителя - значит, каждый родитель несёт хотя бы один $i$. Это сразу снимает вариант «гомозигота».

Шаг 3. Составьте схему скрещивания. Запишите генотипы обоих родителей (теперь уже однозначные) и решётку Пеннета:

$I^A i \times I^B i \rightarrow \frac{1}{4}I^A I^B : \frac{1}{4}I^A i : \frac{1}{4}I^B i : \frac{1}{4}ii$

Шаг 4. Переведите генотипы в группы крови и рассчитайте вероятности. $\text{IV(AB): 25\%, II(A): 25\%, III(B): 25\%, I(0): 25\%}$

Шаг 5. Ответьте на вопрос задачи - какие группы крови возможны у детей, какова вероятность конкретной группы, возможен ли данный ребёнок у данных родителей.

Разбор типовых задач

Задача 1. Отец II группы, мать III группы, ребёнок I группы

Ребёнок $ii$ - обязывает обоих родителей иметь $i$. Отец: $I^A i$. Мать: $I^B i$.

Скрещивание $I^A i \times I^B i$ даёт расщепление 1:1:1:1 по четырём группам. Все четыре группы крови возможны у детей этой пары.

Задача 2. Отец II группы, мать II группы, ребёнок I группы

Ребёнок $ii$: оба родителя несут $i$. Оба имеют генотип $I^A i$.

Скрещивание $I^A i \times I^A i$: $\frac{1}{4}I^A I^A : \frac{2}{4}I^A i : \frac{1}{4}ii$

Фенотипически: 75 % - II группа, 25 % - I группа. III и IV группы у детей этой пары невозможны.

Задача 3. Отец IV группы, мать I группы - какие дети возможны?

Отец $I^A I^B$, мать $ii$. Отец передаёт либо $I^A$, либо $I^B$, мать - только $i$.

$I^A I^B \times ii \rightarrow \frac{1}{2}I^A i : \frac{1}{2}I^B i$

У детей будут только II (50 %) и III (50 %) группы. I и IV группы крови исключены.

Рассчитать для своей задачи

Задачи на определение отцовства по группе крови

Один из практических применений генетики групп крови - оценка совместимости (исключение отцовства). Важно: по группе крови нельзя доказать отцовство, можно только исключить его.

Пример. Мать I группы ($ii$), ребёнок III группы ($I^B I^B$ или $I^B i$). Ребёнок получил $I^B$ от отца и $i$ от матери. Значит, биологический отец должен нести $I^B$ - он может иметь III группу ($I^B I^B$ или $I^B i$) или IV группу ($I^A I^B$). Мужчина с I или II группой крови отцом этого ребёнка быть не может - у них нет $I^B$.

Алгоритм для задач на отцовство:

1. Определите генотип матери по её группе крови (обычно однозначно или с вариантами).
2. Определите генотип ребёнка и найдите, какой аллель он мог получить только от отца (тот, которого нет у матери).
3. Проверьте, есть ли «отцовский» аллель у предполагаемого отца.

Если аллель у предполагаемого отца отсутствует - отцовство исключено. Если присутствует - не исключено, но это ещё не доказательство.

Множественный аллелизм: связь с другими системами групп крови

Система ABO - самый популярный пример, но не единственный. Резус-фактор тоже контролируется несколькими аллелями (хотя в учебных задачах часто упрощают до двух: $Rh^+$ и $Rh^-$). В реальности система Rh включает более 50 антигенов.

Другой пример множественного аллелизма из генетики: ген, определяющий цвет шерсти у кроликов (ещё в опытах Менделя на кроликах наблюдали более двух вариантов окраски, обусловленных одним локусом). В гене, определяющем окраску, известны аллели $C$ (дикий тип), $c^{ch}$ (шиншилла), $c^h$ (гималайский), $c$ (альбинос) - каждый последующий рецессивнее предыдущего, образуя «серию доминирования».

Подробнее о задачах на анализ родословных и другие виды взаимодействия аллелей можно почитать в разделе /blog/category/science/.

Сложные задачи: неполная информация о родителях

В реальных задачах олимпиадного уровня группа крови одного из родителей не известна - её нужно вычислить из информации о детях. Разберём логику.

Задача. В семье родились четыре ребёнка: I, II, III и IV групп. Какие группы крови у родителей?

Ребёнок IV группы ($I^A I^B$): получил $I^A$ от одного и $I^B$ от другого родителя. Ребёнок I группы ($ii$): получил $i$ от обоих. Значит, один родитель несёт $I^A$ и $i$ - это II группа ($I^A i$), другой - $I^B$ и $i$ - III группа ($I^B i$). Именно $I^A i \times I^B i$ даёт все четыре группы с вероятностью 25 % каждая.

Ответ: отец - II группа, мать - III группа (или наоборот).

Частые ошибки

• Путать кодоминирование и смешивание. IV группа - это не «полуА и полуБ», а полноценное проявление обоих антигенов. Это кодоминирование, а не промежуточный фенотип.
• Забывать про два генотипа для II и III групп. II группа - $I^A I^A$ или $I^A i$. Без дополнительных данных о детях нельзя сразу писать один вариант.
• Думать, что IV группа у одного из родителей гарантирует IV группу у ребёнка. Родитель $I^A I^B$ передаёт либо $I^A$, либо $I^B$ - никогда оба сразу. IV группа у ребёнка возникнет, только если второй родитель передаст недостающий аллель.
• Считать, что I группа у ребёнка невозможна, если оба родителя «выглядят не как $ii$.» Если у обоих родителей со II группой ($I^A i$) рождается ребёнок с I группой - это вполне возможно (25 %).
• Неправильно обозначать аллели. Запись «IA» без верхнего индекса допустима в тексте, но в формулах всегда пишите $I^A$ - в противном случае смешиваете разные системы обозначений.

FAQ

Может ли у родителей с I и II группами родиться ребёнок с III или IV группой?

Нет. Родитель с I группой ($ii$) передаёт только $i$, родитель с II группой - $I^A$ или $i$. Ни $I^B$ в этой паре нет. Поэтому III группа (требует $I^B$) и IV группа (требует и $I^A$, и $I^B$ от разных родителей, но $I^B$ здесь нет вовсе) - невозможны.

Что значит «отцовство не исключено»?

Это значит, что предполагаемый отец теоретически мог передать ребёнку нужный аллель. Но генетически совпадающих мужчин в популяции может быть много. «Не исключено» - это не «доказано». Окончательное установление отцовства требует ДНК-анализа (микросателлиты или SNP), а не только системы ABO.

Можно ли у ребёнка IV группы (I^A I^B) быть дети с I группой?

Да, если второй родитель ребёнка несёт $i$. Например, $I^A I^B \times I^B i$: потомки $I^A I^B$, $I^B I^B$, $I^A i$, $I^B i$ - здесь нет $ii$, I группы нет. Но $I^A I^B \times ii$ уже не даёт I группу. Однако $I^A I^B \times I^A i$ тоже не даёт $ii$. Чтобы у ребёнка с IV группой появился потомок с I группой, другой родитель должен быть $I^B i$ или $I^A i$ и... нет, одного $i$ недостаточно: нужны оба. То есть у человека с IV группой ($I^A I^B$) никогда не будет детей с I группой ($ii$), поскольку он не передаёт $i$ вообще.

Коротко

Задачи на множественные аллели в системе ABO решаются через таблицу «генотип - группа крови» и решётку Пеннета. Три аллеля ($I^A$, $I^B$, $i$) дают шесть возможных генотипов и четыре фенотипа. Ключевой приём - использовать ребёнка с I группой ($ii$) как «доказательство» того, что оба родителя несут скрытый аллель $i$. Для задач на отцовство: по группе крови можно только исключить, но не доказать. Главные подводные камни - забыть о двух вариантах генотипа для II и III групп и перепутать кодоминирование с промежуточным наследованием.