Каждая пара признаков наследуется независимо от других пар и дает расщепление 3 : 1 по каждой паре (как и при моногибридном скрещивании). Когда скрещивались растения, отличающиеся по двум признакам (дигибридное скрещиване), таким как белые и пурпурные цветы и желтые или зелёные горошины, наследование каждого из признаков следовало первым двум законам и в потомстве они комбинировались таким образом, как будто их наследование происходило независимо друг от друга. Первое поколение после скрещивания обладало доминантным фенотипом по всем признакам. Во втором поколении наблюдалось расщепление фенотипов по формуле 9 : 3 : 3 : 1, то есть 9/16 были с пурпурными цветами и жёлтыми горошинами, 3/16 с белыми цветами и жёлтыми горошинами, 3/16 с пурпурными цветами и зелёными горошинами, 1/16 с белыми цветами и зелёными горошинами.

Рис. 1. Дигибридное скрещивание и независимое наследование признаков

Законы Менделя (особенно второй и третий) носят статистический характер. Следовательно, чтобы наблюдать описанное Менделем распределение признаков во втором поколении, число потомков должно быть достаточно большим (что не всегда легко, когда речь идет, например, о млекопитающих). Отклонения от законов Менделя могут быть вызваны как статистическим характером этих законов, так и взаимодействием аллельных (аллелей одного гена – полное или неполное доминирование, кодоминирование, сверхдоминирование) или неаллельных генов (аллелей разных генов, влияющих на один признак: эпистаз, полимерные гены и др.), а также явлением сцепленного наследования.

В дальнейшем менделевские законы были развиты и дополнены в лаборатории Томаса Ханта Моргана, избравшего в качестве научного объекта плодовую мушку дрозофилу. Там же было описано такое явление, как сцепленное наследование.

Предположим, что два гена, А и В, находятся в одной хромосоме, и организм, взятый для скрещивания, гетерозиготен по этим генам. В анафазе I мейотического деления гомологичные хромосомы расходятся к разным полюсам и образуются два типа гамет вместо четырёх, как должно быть при дигибридном скрещивании в соответствии с третьим законом Менделя. При скрещивании с организмом, рецессивным по обоим генам aabb, получается расщепление 1 : 1 вместо ожидаемого при дигибридном анализирующем скрещивании 1 : 1 : 1 : 1. Такое отклонение от независимого распределения означает, что гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно.

Явление совместного наследования генов, локализованных в одной хромосоме, называется сцепленным наследованием, а локализация генов в одной хромосоме – сцеплением генов.

Все гены, входящие в состав одной хромосомы, передаются по наследству совместно и составляют группу сцепления. Поскольку в гомологичных хромосомах находятся одинаковые гены, группу сцепления составляют две гомологичные хромосомы. Число групп сцепления у данного вида организмов соответствует числу хромосом в гаплоидном наборе. Так, у человека 46 хромосом в диплоидном наборе – 23 группы сцепления, у дрозофилы 8 хромосом – 4 группы сцепления, у гороха 14 хромосом – 7 групп сцепления. Однако при анализе наследования сцепленных генов было обнаружено, что в определённом проценте случаев сцепление может нарушаться.

Вспомним, что в профазе I мейотического деления гомологичные хромосомы конъюгируют. В этот момент может произойти обмен участками гомологичных хромосом. Если проследить распределение в потомстве двух генов, А и В, то в результате расхождения гомологичных хромосом в анафазе I мейотического деления дигетерозиготный организм в случае сцепления генов А и В должен давать два типа гамет: АВ и ab. Но в результате кроссинговера в некоторых клетках происходит обмен участками хромосом между генами А и В, то появляются гаметы Аb и аВ, и в потомстве образуются четыре группы фенотипов, как при свободном комбинировании генов. Отличие заключается в том, что числовое отношение фенотипов не соответствует отношению 1 : 1 : 1 : 1, установленному для дигибридного анализирующего скрещивания, а доля фенотипов, обусловленных гаметами Аb и аВ, будет пропорциональна частоте кроссинговера, зависящей от расстояния между генами в хромосоме.

Таким образом, сцепление генов может быть полным и неполным. Причина нарушения сцепления – кроссинговер, т. е. перекрест хромосом в профазе I мейотического деления. Чем дальше друг от друга расположены гены в хромосоме, тем выше вероятность перекреста между ними и тем больше процент гамет с перекомбинированными генами. В генетике принято определять расстояние между генами в процентах гамет, при образовании которых в результате кроссинговера произошла перекомбинация генов в гомологичных хромосомах (единица названа морганидой в честь Томаса Ханта Моргана). Кроссинговер – важный источник комбинативной генетической изменчивости.

Рис. 2. Кроссинговер на языке хромосом

Частным случаем сцепленного наследования является генетика пола и наследование признаков, сцепленных с полом.

Пол особи – это сложный признак, формируемый как действием генов, так и условиями развития. У человека одна из 23 пар хромосом – половые хромосомы, обозначаемые как X и Y. Женщины – гомогаметный пол, т. е. имеют две X-хромосомы: одну – полученную от матери, а другую – от отца. Мужчины – гетерогаметный пол (т. е. образуют два типа гаплоидных гамет – с X- или Y-хромосомами), имеют одну X- и одну Y-хромосому, причем X передаётся от матери, а Y – от отца. Такой тип определения пола характерен всем млекопитающим, большинству пресмыкающихся и насекомых.

Заметим, что гетерогаметный пол не всегда обязательно мужской; например, у птиц это самки, в то время как самцы гомогаметны. Имеются и другие механизмы генетического определения пола. Так, у ряда насекомых Y-хромосома отсутствует. При этом один из полов развивается при наличии двух X-хромосом, а другой – при наличии одной X-хромосомы. У некоторых насекомых пол определяется соотношением числа аутосом и половых хромосом. Кроме того, у ряда животных может происходить т. н. переопределение пола, когда в зависимости от факторов внешней среды зигота развивается либо в самку, либо в самца (например, у черепах под воздействием температуры). Развитие пола у растений имеет столь же разнообразные генетические механизмы, как и у животных.

У человека гаметы женщины (яйцеклетки) всегда несут одну Х-хромосому, а гаметы мужчины – Х- или Y-хромосомы в соотношении 1 : 1. Таким образом, у человека вероятность зачатия мальчика (в общем случае) равна вероятности зачатия девочки; ожидаемое соотношение полов 1 : 1.

Наследование, сцепленное с полом – наследование какого-либо гена, так или иначе скоррелированное с полом особи.

Наследованием, истинно сцепленным с полом (сцепленным с X-хромосомой), называют наследование генов, локализованных в Х-хромосоме в участках, не имеющих гомологов в Y-хромосоме. Если рассматриваемый аллель такого гена является рецессивным, то признак, определяемый этим геном, проявляется только у особей женского пола, гомозиготных по этому аллелю, и у всех особей мужского пола, у которых в Y-хромосоме нет второго аллеля данного гена.

Классическим примером признака, сцепленного с полом, является болезнь гемофилия (нарушение свертываемости крови), связанная с рецессивным аллелем одного из генов в Х-хромосоме. Зародыши женского пола гомозиготные по этому аллелю, погибают обычно ещё в период внутриутробного развития (летальный ген). Женщины-гетерозиготы, являясь носителями гена гемофилии, ничем не отличаются от обычных здоровых женщин, однако их сыновья с вероятностью 50 % будут болеть этой болезнью.

Если ген в популяции представлен не двумя, а большим числом аллелей, говорят о множественном аллелизме (стоит подчеркнуть, что независимо от того, сколько аллелей гена существует в популяции, отдельная особь всегда имеет два аллеля этого гена в каком-то наборе). Типичный пример – система групп крови АВ0 у человека: ген этой системы групп крови имеет три аллеля: I^A, I^B и i⁰. Первые два аллеля доминатны по отношению к третьему (например, при генотипе I^Bi⁰ будет фенотип «третья (В) группа крови») и кодоминантны по отношению друг к другу (при генотипе I^AI^B будет фенотип «четвертая (АВ) группа крови»).

Геном человека – совокупность всех генов человека, его хромосомный набор. В настоящее время (в результате реализации проекта «Геном человека») определены нуклеотидные последовательности всех человеческих хромосом. Однако это лишь первый шаг на пути к пониманию генома человека. Любой геном представляет собою сложную целостную систему со множеством внутренних связей. Установление этих связей – одна из главных задач современной молекулярной генетики.