Генетика как наука

Генетика как наука

Генетика возникла в связи с разведением домашних животных и возделыванием растений, а также с развитием медицины. С тех пор как человек стал… Генетика - наука о закономерностях, наследственности и изменчивости всех живых… В 1866 году австрийский монах Григор Мендель опубликовал статью, в которой были описаны факторы, заложившие основу…

Генетический аппарат прокариотов

Основу генома прокариот составляют кольцевые молекулы ДНК: прокариотические хромосомы и плазмиды. Множество молекул ДНК образует две взаимосвязанные подсистемы: хромосомную и… Хромосомная подсистема прокариотического генома

Генетический аппарат вирусов и фагов

Вирион (или вирусная частица) состоит из одной или не­скольких молекул ДНК или РНК, заключенных в белковую обо­лочку (капсид), иногда содержащую… Вирусы размножаются только после инфицирования живых клеток. Различные вирусы… Жизненный цикл вируса начинается с проникновения внутрь клетки. Для этого он связывается со специфическими рецепторами…

Генетический аппарат эукариотической клетки

Термин «ядро» впервые был применен Брауном в 1833 г. для обозначения шаровидных постоянных структур в клетках растений. Ядерный аппарат эукариотических клеток имеет ряд отличий от прокариотических:… Клеточное ядро состоит из ядерной оболочки, отделяющей его от цитоплазмы, хроматина, ядрышка и других продуктов…

Химический состав, морфология и ультраструктура хромосом на различных стадиях клеточного цикла

. Морфология и ультраструктура хромосом Хромосомы в интерфазе. Гетерохроматин и эухроматин Не подлежит сомнению, что… В эукариотических клетках хромосома на 99% состоит из ДНК и гистонов (ядерных белков), у прокариот хромосома - это…

Механизм и энзимология репликации ДНК.

Репликация - это матричный процесс, лежащий в основе воспроизведения генетической информации и последующей пере­дачи её следующему поколению клеток… Структура молекулы ДНК - двойная спираль, основанная на водородных связях… Матрицей являются обе спирали ДНК, продуктами матрич­ного синтеза - комплементарные им новые спирали.

Митоз

Митоз - это способ деления эукариотических клеток, при котором каждая из двух образующихся клеток получает генетический материал, идентичный исходной клетке. Этому делению обязательно предшест­вует репликация ДНК. как носителя генетической информации, что происходит в период интерфазы.

Клеточный цикл

Период жизни клетки от одного деления до другого (или от деле­ния клетки до ее смерти) называют клеточным циклом. Этот период состоит из интерфазы и митоза. Длительность интерфазы значительно дольше, чем митоза, однако в клетках различных типов протяженность как одного, так и другого варьирует весьма значительно.

Интерфазу подразделяют обычно на три периода:

Gj - пресинтетический, когда клетка увеличивается в размерах, активно синтезирует РНК, белки, развивается система органоидов •леп ки - рибосом, эндоплазматического ретикулума и др. Иногда клет­ка из периода G; переходит в состояние G₀: при этом отмечается диф­ференцированное развитие цитоплазмагаческих структур, изменение активности части генов, т.е. происходит специализация или дифферен­циация клетки. Такая клетка определенное время выполняет свои Еункции (эритроциты, например, участвуют в переносе О2 и С0₂, ней- "эофильные гранулоциты фагоцитируют бактерии и т.д.), а затем отми­рает. Делиться эти клетки уже никогда не будут.

Однако в многоклеточном организме всегда сохраняется пул не­дифференцированных клеток, сохраняющих способность к митозу и шляющихся источником замены отмирающих клеток. Такие клетки ■ступают после G/ -периода в период 5.

5-период (синтетический) характеризуется не только продолжаю­тся синтезом РНК и белков, но и синтезом ДНК - процессом репли­кации (см. гл.4). Удвоение числа молекул ДНК и соединение их с хро- Жюмными белками приводит к тому, что в конце S-периода каждая мосома оказывается удвоенной, состоящей из двух сестринских шгоматид. Число хромосом в клетке не увеличивается, хроматиды тес­ин:: сближены и соединены в области центромеры.

G₂-период-постсинтетический. Клетка готовится к делению: синтезируются белки микротрубочек, из которых затем собирается ахроматиновое веретено, запасается энергия (АТФ).

Перед началом митоза хромосомы уже удвоены, но находятся в деснирализованном состоянии.

В профазе хромосомы спирализуются, становятся четко выраже­ны сестринские хроматиды. Ядрышко исчезает, ядер­ная оболочка распадается на фрагменты, хромосомы оказываются в миксогшазме - смеси кариоплазмы и цитоплазмы. Центриоли расходятся к полюсам клет­ки, начинает формироваться ахроматиновое веретено.

Метафаза: хромосомы выстраиваются в плоскости экватора, об­разуя метафазную пластинку. Тянущие нити ахрома- тинового веретена связываются с сестринскими хро- матидами в районе центромеры. Как и в профазе, клетка пока имеет 2п, 4с (п - гаплоидное число хромо­сом, с- число молекул ДНК)

Анафаза начинается синхронно в момент деления центромер.

Сестринские хроматиды становятся уже самостоя­тельными хромосомами и при участии нитей ахрома- тинового веретена расходятся к полюсам клетки. Клетка имеет 4п. 4с.

Телофаза: хромосомы деспирализуются, формируются ядрышко и ядерная оболочка. Одновременно происходит цито­кинез - разделение цитоплазмы. Обе клетки имеют 2п, 2с.

Значение митоза заключается в точной передаче наследственной информации.

 

9.Мейоз - это два деления, лежащие в основе образования гаплоид­ных клеток-гамет у животных или спор у высших растений. Первое деление мейоза называют редукционным, так как именно после него образуются гаплоидные клетки (с удвоенными хромосомами!). Во вто- ром - эквационном - делении расходятся сестринские хроматиды (рис 1.6).

Перед первым мейотическим делением происходит репликация

ДНК.

Профаза I - наиболее сложная стадия, подразделяемая на лепто- тену, зиготену, пахитену, диплотену и диакинез.

Лептотена (стадия тонких нитей) - это начало спирализации хромосом.

Зиготена – гомологичные хромосомы начнают сближаться, и к концу зиготены конъюгация завершается. Продолжается спирализация.

Пахитена (стадия толстых нитей). Хромосомы полностью спирализованы, конъюгация максимальна. В этот период отчетливо выявляются биваленты (тетрады) - группы из двух гомологичных хромосом, каждая из них состоит из двух сестринских хроматид. Число бивалентов (тетрад) равно п.

На стадии диплотены биваленты наиболее четкие, но уже начи­нается отталкивание гомологов и видны хиазмы, которые свидетельствуют о кроссинговере - возможном обмене гомологичных хромосом идентичными участками.

Примечание: Именно на стадии диплотены в овоцитах животных и человека происходит амплификация (множественное увеличение) ядрышек (до 1000 на ядро), а также наблю­дается деспирализация некоторых участков хромосом с образованием типа "ламповых щеток". Это свидетельст­вует об активизации процессов транскрипции, в цито­плазму выбрасывается большое число молекул всех ти­пов РНК, субъединиц рибосом. Процессы эти необходи­мы, так как начальные этапы развития зиготы происходят под контролем цитоплазматических РНК материнской клетки. Гены отцовской клетки начинают функциониро­вать только со стадии гаструлы.

Диакинез - завершение профазы. Исчезают ядрышки, распадается ядерная оболочка.

Метафаза I. Существенное отлитие от метафазы митоза в том, что тянущие нити ахроматинового веретена присоединя­ются к центромерам удвоенных хромосом. Таким обра­зом, гомологичные хромосомы, входящие в состав одного бивалента, "ориентированы" на разные полюса клетки.

Анафаза I. К полюсам клетки перемещаются гомологичные хро­мосомы (удвоенные!)

Телофаза I. Образуется ядерная оболочка, восстанавливается структура ядра. Образуются две клетки, содержащие гап­лоидный набор удвоенных хромосом (п, 2с).

После кратковременной интерфазы (или интеркинеза) начинается второе деление мейоза. Это деление напоминает обычный митоз, но ему не предшествует репликация. Происходит расхождение сестрин­ских хроматид, рсплицированных еще перед первым делением. Всего в результате мейоза образуется четыре клетки, каждая имеет In, 1с. Клетки имеют разную комбинацию генетического материала, а поэтому не являются идентичными.

Значение мейоза:

1-осуществляется редукция числа хромосом и образуются гаплоидные клетки. Это необходимо для сохранения постоянного числа хромосом в поколениях организмов, размножающихся половым путем.

2-является источником комбинативной изменчивости. Комбинация генетического материала обеспечивается независимым расхождением негомологичных хромосом, а также возможностью кроссинговера – обмена участками гомологичных хромосом.

 

Гаметогенез-развитие мужских и женских гамет

1. Стадия размножения, начавшаяся в конце 3-го начале - 4-го месяца эмбрионального периода, приостанавливается после рождения ребенка и вновь… 2. Стадия роста характеризуется увеличением массы ядра и ци­топлазмы примерно… 3. Стадия созревания (мейоз) приводит к образованию после первого редукционного делениядвух гаплоидных клеток…

Закономерности моногибридного скрещивания. Законы и правила Менделя. Понятия о генах, аллелях, генотипе и фенотипе.

Удобный для опытов черты гороха посевного: 1 – имеет четко различающиеся фенотипические признаки (форма, окраска семян,… 2 – горох самоопылитель

Реципрокные, возвратные и анализирующее скрещивания, их значения. Примеры.

Реципрокное скрещивание (взаимный) — совокупность двух скрещиваний с разной комбинацией родительских форм. При Реципрокном скрещивании каждый из генотипически различных родительских типов А и В используется дважды — один раз в качестве материнской и другой раз в качестве отцовской форм (♀А ×♂В и ♀В ×♂А).

. Реципрокное скрещивание используют в генетическом анализе для выявления наследств, факторов, локализованных в Х-хромосоме.

Скрещивание гибридов первого поколения с особями, сходными по генотипу с родственными формами, называется ВОЗВРАТНЫМ, необходимо для усиления или ослабления некоторых признаков. ( Это скрещивание гибрида F1 с одной или обеими родительскими формами.) Схема возвратных скрещиваний (на примере сортов гороха):

Скрещивание потомков первого поколения с рецессивной родительской формой называетсяАНАЛИЗИРУЮЩИМ. Анализирующие скрещивание широко применяется при гибридологическом анализе, когда нужно установить генотип интересующей нас особи. Например, при необходимости определить, гомозиготным (АА) или гетерозиготным (Аа) является белый кролик , его скрещивают с черной крольчихой (аа). Если кролик гомозиготный, то все потомки будут белыми. Если он гетерозиготный, то появляются крольчата и белые и черные.

P ♂AA белые × ♀ aa черные ♂Aа белые × ♀ aa черные

G A a A a а

F1 Аа белые Аа белые аа черные

 

 

14. II закон Менделя: закон расщепления гибридов второго поколения и условия его выполнения. Примеры нарушения расщепления.

Г. Менделем был сформулирован второй закон, или закон расщепления: при скрещивании гибридов первого поколения в потомстве происходит расщепление признаков в определённом числовом соотношении – по генотипу 1:2:1, по фенотипу 3:1.

Для объяснения явления доминирования и расщепления гибридов второго поколения Мендель предложил гипотезу чистоты гамет. Он предложил, что развитие признака определяется соответствующим ему наследственным фактором. Один наследственный фактор гибриды получают от отца, другой от матери. У гибридов первого поколения проявляется лишь один из факторов – доминантный. Однако среди гибридов второго поколения появляются особи с признаками исходных родительских форм. Это значит, что: у гибридов наследственные факторы сохраняются в неизменённом виде; половые клетки содержат только один наследственный фактор, то есть они «чисты» (не содержат второго наследственного фактора). Гипотеза чистоты гамет гласит: наследственные факторы при образовании гибридов не смешиваются, а сохраняются в неизменном виде.

Условия выполнения закона расщепления при моногибридном скрещивании.

Расщепление 3 : 1 по фенотипу и 1 : 2 : 1 по генотипу выполняется приближенно и лишь при следующих условиях:

· Изучается большое число скрещиваний (большое число потомков).

· Гаметы, содержащие аллели А и а, образуются в равном числе (обладают равной жизнеспособностью).

· Нет избирательного оплодотворения: гаметы, содержащие любой аллель, сливаются друг с другом с равной вероятностью.

· Зиготы (зародыши) с разными генотипами одинаково жизнеспособны.

Условия выполнения закона чистоты гамет.

Нормальный ход мейоза. В результате нерасхождения хромосом в одну гамету могут попасть обе гомологичные хромосомы из пары. В этом случае гамета будет нести по паре аллелей всех генов, которые содержатся в данной паре хромосом.

В расщеплениях будут нарушения, если классы имеют разную жизнеспособность. Случаи отклонений от ожидаемо­го соотношения 3 : 1 довольно многочисленны.

 

Много десятилетий известно, что при скре­щивании желтых мышей между собой в потом­стве наблюдается расщепление по окраске на желтых и черных в соотношении 2 : 1. Анало­гичное расщепление было обнаружено в скре­щиваниях лисиц платиновой окраски между собой, в потомстве от которых появлялись как платиновые, так и серебристо-черные лисицы. Детальный анализ этого явления показал, что лисицы платиновой окраски всегда гетерози­готны, а гомозиготы по доминантному аллелю этого гена гибнут на эмбриональной стадии, гомозиготы по рецессивному аллелю имеют серебристо-черную окраску.

 

15. Наследование при дигибридном скрещивании. Третий закон Менделя. Цитологические основы независимого наследования признаков.

Сущность дигибридного скрещивания. Организмы различаются по многим генам и, как следствие, по многим признакам. Чтобы одновременно проанализировать наследование нескольких признаков, необходимо изучить наследование каждой пары признаков в отдельности, не обращая внимания на другие пары, а затем сопоставить и объединить все наблюдения. Именно так и поступил Мендель.

 

Скрещивание, при котором родительские формы отличаются по двум парам альтернативных признаков (по двум парам аллелей), называется дигибридным. Гибриды, гетерозиготные по двум генам, называют дигетерозиготными, а в случае отличия их по трем и многим генам —три- и полигетерозиготными соответственно.

 

Результаты дигибридного и полигибридного скрещивания зависят от того, располагаются гены, определяющие рассмотренные признаки, в одной хромосоме или в разных.

 

Независимое наследование (третий закон Менделя). Для дигибридного скрещивания Мендель использовал гомозиготные растения гороха, различающиеся одновременно по двум парам признаков. Одно из скрещиваемых растений имело желтые гладкие семена, другое — зеленые морщинистые.

Все гибриды первого поколения этого скрещивания имели желтые гладкие семена. Следовательно, доминирующими оказались желтая окраска семян над зеленой и гладкая форма над морщинистой. Обозначим аллели желтой окраски А, зеленой — а, гладкой формы— В, морщинистой— b. Гены, определяющие развитие разных пар признаков, называются неаллельпыми и обозначаются разными буквами латинского алфавита. Родительские растения в этом случае имеют генотипы АА ВВ и aabb, а генотип гибридов F1 —АаВb ,т. е. является дигетерозиготным.

 

Во втором поколении после самоопыления гибридов F1 в соответствии с законом расщепления вновь появились морщинистые и зеленые семена. При этом наблюдались следующие сочетания признаков: 315 желтых гладких, 101 желтое морщинистое, 108 зеленых гладких и 32 зеленых морщинистых семян. Это соотношение очень близко к соотношению 9:3:3:1.

Проведенные наблюдения свидетельствуют о том, что отдельные пары признаков ведут себя в наследовании независимо. В этом сущность третьего закона Менделя — закона независимого наследования признаков, или независимого комбинирования генов.

 

Он формулируется так: каждая пара аллельных генов (и альтернативных признаков, контролируемых ими) наследуется независимо друг от друга.

Закон независимого комбинирования генов составляет основу комбинативной изменчивости.

Цитолог.основа – случайность ориентации хромосом в метафазе II мейоза =>случайное сочетание негомологичных хромосом у полюсов клетки =>равная вероятность обр-ия АВ-, Ав-, аВ- и ав-гамет. Пропорции, наблюдавшиеся Менделем соблюд-ся при условии: гомозиготности исх.форм, альт.проявлениях признаков, одинаковой жизнеспособности гамет с разными генотипами, независимости проявления признака от внешн.условиях и генотип.окружения.

 

 

Наследование при полигибридных скрещиваниях. Примеры. Комбинативная изменчивость, ее источники и роль в эволюции и селекции.

Полигибридное скрещивание – это скрещивание особей, различающихся по нескольким парам альтернативных признаков и, соответственно, по нескольким парам аллельных генов. Количество генотипов и фенотипов, возникающих в таких полигибридных скрещиваниях, резко возрастает, хотя закономерности, которым оно подчиняется, те же, что и в моно- и дигибридном скрещиваниях.

Положение о независимом наследовании разных пар аллелей и признаков было подтверждено Менделем при изучении наследования трёх пар признаков у гороха. Он скрещивал сорт растения с круглыми семенами (А), желтыми семядолями (В) и серо-коричневой кожурой семян (С) c сортом, форма семян которого морщинистая (а), семядоли зеленые (Ь), семенная кожура белая (с). Материнское растение имело генотип ААВВСС, отцовское — ааЪЪсс. Гибриды Fi будут иметь генотип АаВЪСс (тригетерозигота). При тригетерозиготности три пары разных аллелей находятся в трех разных парах гомологичных хромосом. В результате независимого сочетания хромосом (значит, и аллелей) из разных пар у гибрида Fi образуется восемь сортов гамет: ABC, АВс, АЪС, аВС, Мс, аВс, аЬс, аЪс.

Мендель установил, что расщепление по фенотипу при три-гибридном скрещивании представляет собой сочетание трех независимых моногибридных расщеплений. Чем больше признаков, по которым отличаются взятые для скрещивания особи, тем сложнее расщепление и сильнее возрастает комбинативная изменчивость. Закон независимого комбинирования генов составляет основу комбинативной изменчивости. Комбинативная изменчивость - изменчивость , возникающая в результате закономерной перекомбинации аллелей в генотипах потомков , вследствие полового размножения.

Возникает при перекомбинации (перемешивании) генов отца и матери.

Источники:

1. Кроссинговер при мейозе (гомологичные хромосомы тесно сближаются и меняются участками).

2. Независимое расхождение хромосом при мейозе.

3. Случайное слияние гамет при оплодотворении.

Пример: у цветка ночная красавица есть ген красного цвета лепестков А, и ген белого цвета а. Организм Аа имеет розовый цвет лепестков, этот признак возникает при сочетании (комбинации) красного и белого гена.

Комбинативная изменчивость, как и мутации, играет роль поставщика материала для естественного отбора.

Наследственная изменчивость в целом (мутационная, комбинативная) носит случайный, ненаправленный характер. Она лишь поставляет материал для отбора. Сама же наследственная изменчивость без участия других факторов эволюции не может привести к направленному изменению генофонда популяции.

 

 

17. Наследование при взаимодействии неаллельных генов: комплементарность и эпистаз.

Неалле́льные ге́ны — это гены, расположенные в различных участках хромосом и кодирующие неодинаковые белки. Неаллельные гены также могут взаимодействовать между собой.

При этом либо один ген обусловливает развитие нескольких признаков, либо, наоборот, один признак проявляется под действием совокупности нескольких генов. Выделяют три формы и взаимодействия неаллельных генов:

комплементарность;

эпистаз;

полимерия ( взаимодействие неаллельных множественных генов, однозначно влияющих на развитие одного и того же признака(1:4:6:4:1))

Комплемента́рное (дополнительное) действие генов — это вид взаимодействия неаллельных генов, доминантные аллели кото­рых при совместном сочетании в генотипе обусловливают новое фенотипическое проявление признаков. При этом расщепление гибридов F2 по фенотипу может происходить в соотношениях 9:6:1, 9:3:4, 9:7, иногда 9:3:3:1. Примером комплементарности является наследование формы плода тыквы. Наличие в генотипе доминантных генов А или В обу­словливает сферическую форму плодов, а рецессивных — удли­нённую. При наличии в генотипе одновременно доминантных ге­нов А и В форма плода будет дисковидной. При скрещивании чистых линий с сортами, имеющими сферическую форму плодов, в первом гибридном поколении F1 все плоды будут иметь дисковидную форму, а в поколении F2 произойдёт расщепление по фе­нотипу: из каждых 16 растений 9 будут иметь дисковидные пло­ды, 6 — сферические и 1 — удлинённые.

Эпистазом, или противоположным действием генов, называется явление, при котором ген одной аллельной пары (супрессор) в доминантном состоянии может подавлять развитие признака, контролируемого другой парой генов.

Расщепление по фенотипу при доминантном эпистазе может происходить в соотношении 12:3:1, 13:3, 7:6:3. Рецессивный эпистаз — это подавление рецессивным аллелем эпистатичного гена аллелей гипостатичного гена (i > В, b). Расщепление по фенотипу может идти в соотношении 9:3:4, 9:7, 13:3.

Рассмотрим эпистатическое взаимодействие генов на примере наследования окраски зерна у овса. У этой культуры установлены гены, определяющие черную и серую окраску. Оба гена являются доминантными: ген А определяет черную окраску, ген В - серую.

В первом поколении в генотипе растений содержатся доминантные гены как черной окраски А, так и серой окраски В. Так как ген А эпистатичен по отношению к гену В, он не дает ему проявиться, поэтому все гибриды в F1 будут черносеменными. В F2 происходит расщепление в соотношении 12 черных : 3 серых : 1 белый.

9 (А - В) : 3 (А - вв) : 3 (а - ВВ) : 1 (аа вв).

 

 

Наследование при полимерном взаимодействии генов, кумулятивная и некумулятивная полимерия. Плейотропное действие генов.

Полимерное взаимодействие неаллельных генов может быть кумулятивным и некумулятивным. При кумулятивной (накопительной) полимерии степень проявления признака зависит… черная кожа – A 1 A 1 A 2 A 2

Генетика пола. Типы хромосомного определения пола. Половые признаки. Половой хроматин. Переопределение пола в онтогенезе.

Пол чаще всего определяется в момент оплодотворения, то есть в определении пола главную роль играет кариотип зиготы. Кариотип каждого организма… Половой хроматин, плотное окрашивающееся тельце, обнаруживаемое в недслящихся…  

Наследование признаков, сцепленных с полом.

Различают 3 типа сцепления с полом: 1 – половое сцепление с полом. Сюда относится те признаки гены которых лежат в… 2 – сцепление с У-хромосомой. Андрогенный тип. Т.к. У-хромосома есть только у мужского пола, то наследование…

Типы кроссинговера.

- митотический – при делении соматических клеток, главным образом эмбриональных. Приводит к мозаичности в проявлении признаков. 2. В зависимости от молекулярной гомологии участков хромосом, вступающих в… - обычный (равный) – происходит обмен разными участками хромосом.

Классификация мутаций.

1.По локализации в организме

- соматические (в клетках тела, не наследуются)

- генеративные ( в половых клетках, наследуются)

2. По влиянию на жизнеспособность: вредные, нейтральные, летальные, полезные.

3. по проявлению в гетерозиготе

- рецессивные

- доминантные

4. по характеру изменения генотипа

-Геномные мутации. Этот случай характерен отсутствием хромосомы в генотипе, или присутствием лишней. Возникают они при образовании гамет в мейозе, когда при расхождении обе хромосомы попадают в одну и ту же гамету и, естественно, другая гамета остается без хромосомы.

Три типа геномных мутаций гаплоидия, полиплоидия и анеуплоидия - широко распространенные в животном и растительном мире.

· Гаплоидия - это уменьшение вдвое диплоидного набора хромосом.

· Полиплоидные мутации ведут к изменению хромосом в кариотипе, которое кратно гаплоидному набору хромосом. Увеличение урожайности.

· Анеуплоидные же мутации приводят к изменению числа хромосом в кариотипе, не кратное гаплоидному набору. В результате такой мутации возникают особи с аномальным числом хромосом. Как и триплодия, анеуплодия часто приводит к смерти еще на ранних этапах развития зародыша. Причиной же таких последствий является утрата целой группы сцепления генов в кариотипе. Синдром Дауна, Потау.

Геномные мутации одни из самых страшных. Они ведут к таким заболеваниям, как синдром Дауна (трисомия, возникает с частотой 1 больной на 600 новорожденных), синдром Клайнфельтера и др.

Хромосомные мутации - значительное изменение структуры хромосомы, обычно затрагивающее несколько генов этой хромосомы. Хромосомные мутации приводят к изменению числа, размеров и организации хромосом, поэтому их иногда называют хромосомными перестройками. Для этого типа характерны потери части хромосомы со всеми ее генами. Примером такой хромосомной мутации служит потеря участка в 21 хромосоме человека, что приводит к развитию острого лейкоза. Возможны случаи, когда хромосома теряет свою срединную часть. Такая мутация называется делецией. Делеции могут быть причиной смерти или тяжелого наследственного заболевания. В иных случаях протекают без каких-либо нарушений, естественно, если утеряна часть ДНК, которая не владела информацией о свойствах организма. Кроме потери участка хромосомы, возможны и его удвоения (дупликация). Этот тип не является настолько опасным, как предыдущий. При разрыве хромосомы в двух местах, оторвавшийся участок, может встроиться обратно, повернувшись на 180°, и будет инверсия. Следующий вид хромосомных мутаций - это транслокация. В этом случае часть хромосомы присоединяется к негомологичной хромосоме.

Хромосомные мутации в основном возникают в процессе деления клетки, например при неравном кроссинговере, при котором осуществляется обмен неравными участками.

Генные ( точковые ) мутации затрагивают, как правило, один или несколько нуклеотидов, при этом один нуклеотид может превратиться в другой, может выпасть(делеция), продублироваться, а группа нуклеотидов может развернутся на 180 градусов. Например, широко известен ген человека, ответственный за серповидно – клеточную анемию, который может привести к летальному исходу.

5. По локализации в клетке. Мутации делятся на ядерные и цитоплазматические. Плазматические мутации возникают в результате мутаций в плазмогенах, находящихяс в митохондриях. Полагают, что именно они приводят к мужскому бесплодию. Причем такие мутации в основном наследуются по женской линии.

 

27. Генные мутации. Механизмы генных мутаций.

По характеру изменений в составе гена различают следующие типы мутаций:

Делеции — утрата сегмента ДНК размером от одного нуклеотида до гена.

Дупликации — удвоение или повторное дублирование сегмента ДНК от одного нуклеотида до целых генов.

Инверсии — поворот на 180° сегмента ДНК размером от двух нуклеотидов до фрагмента, включающего несколько генов.

Инсерции — вставка фрагментов ДНК размером от одного нуклеотида до целого гена.

Трансверсии — замена пуринового основания на пиримидиновое или наоборот в одном из кодонов.

Транзиции — замена одного пуринового основания на другое пуриновое или одного пиримидинового на другое в структуре кодона.

Механизмы генных мутаций.

По последствиям генных мутаций их классифицируют на нейтральные, регуляторные и динамические, а также на миссенс- и нонсенс мутации.

Нейтральная мутации (молчащая мутация) — мутация не имеет фенотипи-ческого выражения (например, в результате вырожденности генетического кода).

Миссенс-мутация — замена нуклеотида в кодирующей части гена — приводит к замене аминокислоты в полипептиде.

Нонсенс-мутация — замена нуклеотида в кодирующей части гена — приводит к образованию кодона-терминатора (стоп-кодона) и прекращению трансляции.

Регуляторная мутация — мутация в 5'- или З'-нетранслируемых областях гена, такая мутация нарушает экспрессию гена.

Динамические мутации — мутации, обусловленные увеличением числа три-нуклеотидных повторов в функционально значимых частях гена. Такие мутации могут привести к торможению или блокаде транскрипции, приобретению белковыми молекулами свойств, нарушающих их нормальный метаболизм.

Множественный аллелизм — это существование в популяции более двух аллелей данного гена. В популяции оказываются не два аллельных гена, а несколько.

Множественный аллелизм определяет в человеческих популяциях фенотипическую гетерогенность. Она, в свою очередь, являет собой одну из основ многообразия генофонда. Множественный аллелизм обусловлен генными мутациями, которые изменяют последовательность в азотистых основаниях ДНК-молекулы на участке, который соответствует определенному гену. Данные мутации могут быть вредными, полезными либо нейтральными. Вредные превращения провоцируют наследственные патологии, с которыми связан множественный аллелизм. Так, например, известна мутация, которая изменяет структуру в одной из цепи белка гемоглобина за счет трансформации кода глутаминовой кислоты в код валина (аминокислоты) в гене на концевом участке. В результате этого перехода развивается такая наследственная патология, как серповидноклеточная анемия.

 

28. Хромосомные аберрации (хромосомные мутации, хромосомные перестройки) — тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют: делеции (утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую), а также дицентрические и кольцевые хромосомы. Известны также изохромосомы, несущие два одинаковых плеча. Если перестройка изменяет структуру одной хромосомы, то такую перестройку называют внутрихромосомной (инверсии, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы), если же двух разных, то межхромосомной (дупликации, транслокации, дицентрические хромосомы). Хромосомные перестройки подразделяют также на сбалансированные и несбалансированные. Сбалансированные перестройки (инверсии, реципрокные транслокации) не приводят к потере или добавлению генетического материала при формировании, поэтому их носители, как правило, фенотипически нормальны. Несбалансированные перестройки (делеции и дупликации) меняют дозовое соотношение генов, и, как правило, их носительство сопряжено с клиническими отклонениями от нормы.

Возникновение хромосомных аберраций.

Основной предпосылкой для возникновения хромосомных перестроек является появление в клетке двунитевых разрывов ДНК, то есть разрывов обеих нитей спирали ДНК в пределах нескольких п.о. Двунитевые разрывы ДНК возникают в клетке спонтанно или под действием различных мутагенных факторов: физической (ионизирующее излучение), химической или биологической (транспозоны, вирусы) природы. Двунитевые разрывы ДНК возникают запрограммированно во время профазы I мейоза, а также при созревании Т- и B-лимфоцитов во время специфической соматической (V(D)J рекомбинации. Нарушения и ошибки процесса воссоединения двунитевых разрывов ДНК приводят к появлению хромосомных перестроек.

Значение. Хромосомные перестройки играют определенную роль в эволюционном процессе и видообразовании, в нарушении фертильности, в онкологических и врождённых наследственных заболеваниях человека.

 

29. Геномные мутации связаны с нарушением числа хромосом в кариотипе и могут быть двух видов: полиплоидными и анеуплоидными.

Полиплоидия и анеуплоидия представляют собой результат изменений числа хромосом, которые, согласно традиционной классификации, относят к геномным мутациям, т. е. изменениям генома — гаплоидного набора хромосом с локализованными в них генами.

ПОЛИПЛОИДИЯ

эуплоидия, наследств, изменение, заключающееся в кратном увеличении числа наборов хромосом в клетках организма. Наиб, часто встречается у растений и простейших, а из многоклеточных животных — у дождевых червей. Возникает в резулыате нарушения расхождения хромосом в митозе или мейозе под действием высокой или низкой темп-ры, ионизирующих излучений, химич. веществ (как в природе, так и в эксперименте). При П. наблюдаются отклонения от диплоидного числа хромосом в соматич. клетках и от гаплоидного — в половых; могут возникать клетки, в к-рых каждая хромосома представлена трижды (Зп — триплоиды), четырежды (4п — тетраплоиды), пять раз (5п — пентаплоиды) и т. д.

Анеуплоидия — изменение кариотипа, при котором число хромосом в клетках не кратно гаплоидному набору (n). Отсутствие в хромосомном наборе диплоидного организма одной хромосомы называется моносомией (2n-1); отсутствие двух гомологичных хромосом — нуллисомией (2n-2); наличие дополнительной хромосомы называется трисомией (2n+1) . Анеуплоидия возникает в результате нарушения сегрегации хромосом в митозе или мейозе. Анеуплоидия вызывает у человека некоторые наследственные синдромы. Анеуплоидия по аутосомам нарушает нормальное эмбриональное развитие и является одной из основных причин спонтанных абортов[1]:1. Анеуплоидия характерна для опухолевых клеток, особенно для клеток сóлидных опухолей[2]. Патологический фенотип при анеуплоидии формируется из-за нарушения дозового баланса генов, при моносомии дополнительный негативный вклад оказывает гемизиготное состояние генов моносомной хромосомы

Механизм возникновения геномных мутаций связан с патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе (анафаза- и анафаза-II), в результате чего образуются аномальные гаметы (по количеству хромосом), после оплодотворения которых возникают гетероплоидяые зиготы.

 

30. Спонтанный мутагенез, т.е. процесс возникновения мутаций в организме в отсутствие намеренного воздействия мутагенами, представляет собой конечный результат суммарного воздействия различных факторов, приводящих к повреждениям генетических структур в процессе жизнедеятельности организма.

Причины возникновения спонтанных мутаций можно разделить на:

• экзогенные (естественная радиация, экстремальные температуры и др.);

• эндогенные (спонтанно возникающие в организме химические соединения-метаболиты, вызывающие мутагенный эффект; ошибки репликации, репарации, рекомбинации; действие генов-мутаторов и антимутаторои; транспозиция мобильных генетических элементов и др.).

Гомологические ряды в наследственной изменчивости — понятие, введенное Н. И. Вавиловым[1] при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости по аналогии с гомологическими рядами органических соединений.

 

Закон. Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.

Закономерности в полиморфизме у растений, установленные путем детального изучения изменчивости различных родов и семейств, можно условно до некоторой степени сравнить с гомологическими рядами органической химии, например с углеводородами (CH4, C2H6, C3H8…).[2]

Суть явления состоит в том, что при изучении наследственной изменчивости у близких групп растений были обнаружены сходные аллельные формы, которые повторялись у разных видов (например, узлы соломины злаков с антоциановой окраской или без, колосья с остью или без и т. п.). Наличие такой повторяемости давало возможность предсказывать наличие ещё не обнаруженных аллелей, важных с точки зрения селекционной работы. Поиск растений с такими аллелями проводился в экспедициях в предполагаемые центры происхождения культурных растений.

Н. И. Вавилов рассматривал сформулированный им закон как вклад в популярные в то время представления о закономерном характере изменчивости, лежащей в основе эволюционного процесса (например, теория номогенеза Л. С. Берга). Он полагал, что закономерно повторяющиеся в разных группах наследственные вариации лежат в основе эволюционных параллелизмов и явления мимикрии.

Искусственный (индуцированный) мутагенез.

Для получения индуцированных мутаций у растений используют самые различные мутагены. Дозу этих мутагенов подбирают таким образом, чтобы погибало не… Обработке подвергают пыльцу, семена, проростки, почки, черенки, луковицы,… Поэтому выделение мутаций начинают в M2 (втором мутантном поколении), когда проявляется хотя бы часть рецессивных…

Генетические последствия загрязнения окружающей среды

Загрязнение гидросферы

Загрязнение атмосферы

происходит в результате работы промышленности, транспорта и т.д., которые в совокупности ежегодно выбрасывают «на ветер» более 20 млрд. т. твердых и газообразных частиц. Основными загрязнителями атмосферы являются окись углерода и сернистый газ.

Проблема радиоактивного загрязнения биосферы

 

Микроорганизмы объекты молекулярной генетики

раздел общей генетики в котором объектом исследования служат бактерии, микроскопические грибы, актинофаги, вирусы животных и растений, бактериофаги… Трансформация бактерий. (В 1928 г впервые получили доказательство возможности… Трансдукцией называют передачу ДНК от клетки-донора клетке-реци­пиенту при участии бактериофагов. Обычно при этом фаг…

В 1952 г. Альфред Херши и Марта Чейз провели блестящий эксперимент, доказав, что наследственным материалом бактериофага T2 является ни что иное, как ДНК.

Бактериофаг T2 – один из наиболее изученных фагов кишечной палочки. Его ДНК заключена в белковую оболочку, образующую головку вирусной частицы. В состав белков вирусной оболочки входят две аминокислоты (метионин и цистеин), содержащие серу, которая отсутствует в ДНК. А вот 99 % всего фосфора бактериофага T2 заключено именно в молекуле ДНК.

Херши и Чейз размножали фага T2 на бактериях E. coli, которые культивировались на питательной среде, содержащей радиоактивные изотопы ³⁵S и ³²P. Таким образом, белковая оболочка фага метилась изотопом ³⁵S, а ДНК фага – изотопом ³²P. Это позволило проследить пути белка и ДНК при инфицировании клеток E. coli. Херши и Чейз готовили суспензию фаговых частиц, а затем смешивали ее с культурой живых бактерий в полужидком агаре, содержащем сульфат кальция (CaSO₄) с изотопом ³⁵S и диводородфосфат калия (KH₂PO₄) с изотопом ³²P. Полученная смесь выливалась в чашку Петри с твердой питательной средой, на которой она застывала. После инкубации бактерии размножались, образуя в чашке Петри сплошной слой клеток (т. н. газон), хорошо заметный невооруженным глазом. В местах, куда попали частицы фага, образовались небольшие проплешины, или бляшки. Их количество соответствовало количеству фаговых частиц, изначально попавших в бактериальную культуру. После этого, Херши и Чейз заражали фагами, помеченными изотопами ³⁵S и ³²P, свежую бактериальную культуру, содержащуюся на агаре без радиоактивных меток. Годом раньше Андерсон исследовал процесс заражения клетки фагами под электронным микроскопом, и показал, что фаги прикрепляются к клетке, и если помешать фагам прикрепиться, заражения не будет. Херши и Чейз предположили, что белковая оболочка фага остается вне клетки, а внутрь клетки проникает ДНК. Действительно, фаговые частицы осаждались при центрифугировании вместе с бактериями, это подтверждало данные Андерсона о прикреплении фагов к бактериям. Херши и Чейз проверили гипотезу о том, что пустая белковая оболочка остается снаружи клетки. Для этого они перемешивали взятые из культуры пробы на магнитной мешалке, после чего центрифугировали их. Оказалось, что вскоре после инфицирования бактериальной культуры бóльшую часть белка фага, помеченного ³⁵S, можно было таким способом отделить от бактериальных клеток. В образовавшемся осадке и фильтрате разделяли серу и фосфор и измеряли радиоактивность. Выяснилось, что фильтрате в большом количестве содержатся изотопы серы ³⁵S, и в более чем вдвое меньше изотопов фосфора ³²P. Напротив, в осадке содержался почти исключительно изотоп фосфора ³²P

 

33.Впервые исследование генетической структуры популяции было предпринято В.Иоганнсеном в 1903 г. В качестве объектов исследования были выбраны популяции самоопыляющихся растений. Исследуя в течение нескольких поколений массу семян у фасоли, он обнаружил, что у самоопылителей популяция состоит из генотипически разнородных групп, так называемых чистых линий, представленных гомозиготными особями. Причем из поколения в поколение в такой популяции сохраняется равное соотношение гомозиготных доминантных и гомозиготных рецессивных генотипов. Их частота в каждом поколении увеличивается, в то время как частота гетерозиготных генотипов будет уменьшаться. Таким образом, в популяциях самоопыляющихся растений наблюдается процесс гомозиготизации, или разложения на линии с различными генотипами.

Большинство растений и животных в популяциях размножаются половым путем при свободном скрещивании, обеспечивающем равновероятную встречаемость гамет. Равновероятную встречаемость гамет при свободном скрещивании называют панмиксией, а такую популяцию — панмиктической. Закон Харди – Вайнберга для панмиктической популяции. Панмиктической или идеальной популяцией называется большая по численности популяция, в которой происходит спаривание любых животных, независимо от их генотипа, и на которую не действуют факторы, способные нарушить её равновесие. Харди и Вайнбергом независимо друг от друга был проведён математический анализ распределения генов и генотипов такой популяции. Фактором, характеризующим генетическое состояние популяции, является частота несущих определенные признаки генов в ее генофонде. В зависимости от частот отдельных генов в популяции складывается соотношение генотипов и фенотипов. Под частотой генов понимают долю каждого аллеля, когда сумма всех имеющихся в популяции генов этого локуса приравнена к единице – закон Харди-Вейнберга. Механизм, приводящий популяцию в такое состояние, реализуется за счет панмиксии – свободного (случайного) скрещивания ее членов между собой, отсутствия отбора и подбора. В чистопородном собаководстве панмиксия не встречается. Закон Харди-Вайнберга может проявляться в чистом виде в следующих случаях: 1) если популяция достаточно многочисленна; 2) если в ней происходит свободное спаривание животных; 3)если нет выбраковки и введения новых животных (ввоза); 4) не наблюдается мутаций, миграций и случайного дрейфа генов. Для характеристики популяции в случае полигенно-обусловленного признака ее разбивают на классы или группы по степени выраженности признака. Чем большее число генов влияет на изучаемый признак, тем меньше различие между отдельными классами,

 

34. Мутации (от лат. mutatio - изменение), внезапные (скачкообразные) естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала (генома), приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Различают генеративные мутации, возникающие в половых клетках и передающиеся по наследству, и соматические мутации, образующиеся в клетках, не участвующих в репродукции (соматических клетках). Соматические мутации приводят к возникновению генетических мозаик, т.е. к изменению какой-то части организма, развивающейся из мутантной клеткиИзменение генома клетки могут осуществляться тремя путями: в результате изменения числа хромосом, числа и порядка расположения генов или из-за изменения индивидуальных генов. При изменении числа хромосом (так называемые геномные мутации) может происходить утрата или приобретение одной или нескольких хромосом (анеуплоидия), либо меняться число наборов хромосом (полиплоидия). Изменение расположения генов в хромосомах (так называемые хромосомные мутации ) происходит в результате дупликации (повторения) гена, инверсии (переворота одного или несколько генов на 180°), транслокации, или транспозиции (переносе участка хромосомы

Дрейф явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами.

Один из механизмов дрейфа генов заключается в следующем. В процессе размножения в популяции образуется большое число половых клеток — гамет. Большая часть этих гамет не формирует зигот. Тогда новое поколение в популяции формируется из выборки гамет, которым удалось образовать зиготы. При этом возможно смещение частот аллелей относительно предыдущего поколения.

Изоля́ция (в генетике популяций) — исключение или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида. Изоляция является элементарным эволюционным фактором, действующим на микроэволюционном уровне, и приводит к видообразованию.

Виды

Географическая изоляция — обособление определенной популяции от других популяций того же вида каким-либо труднопреодолимым географическим препятствием. Репродуктивная (биологическая) изоляция приводит к нарушению свободного скрещивания или образованию стерильного потомства. Классифицируют экологическую, этологическую, временную, анатомо-морфо-физиологическую и генетическую репродуктивную изоляцию. При этологическом характере репродуктивной изоляции для особей разных популяций снижается вероятность оплодотворения ввиду различий в образе жизни и поведения,

Миграция животных — передвижение животных организмов, вызванное изменением условий существования или в связи с прохождением цикла развития В результате обмена мигрантами между двумя соседними популяциями, отличающимися по генетическому составу, частоты аллелей в каждой из них меняются из поколения в поколение. Эти изменения тем более значительны, чем больше различия между популяциями в частотах аллелей и интенсивнее миграция. Поскольку мы определили эволюцию как изменение частот аллелей в популяциях, мы можем рассматривать миграцию как фактор эволюции.

Эволюционным последствием миграции и обмена генами является нивелировка генетических различий между локальными популяциями. Таким образом, миграция как фактор эволюции, противодействует таким дифференцирующим популяции факторам – отбору, дрейфу генов и мутационному процессу.

Естественный отбор — процесс, посредством которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.

1. Направленный отбор — изменения среднего значения признака в течение долгого времени, например увеличение размеров тела;

2. Дизруптивный отбор — отбор на крайние значения признака и против средних значений, например, большие и маленькие размеры тела;

3. Стабилизирующий отбор — отбор против крайних значений признака, что приводит к уменьшению дисперсии признака.

 

35. Генетические основы селекции. Исходный материал селекции. Центры происхождения культурных растений по Н. И. Вавилову. Селекция - это наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Современная селекция - это обширная область человеческой деятельности, которая представляет собой сплав различных отраслей науки, производства сельскохозяйственной продукции и ее комплексной переработки. В ходе селекции происходят устойчивые наследственные преобразования различных групп организмов. По образному выражению Н.И. Вавилова, «…селекция представляет собой эволюцию, направляемую волей человека». Известно, что достижения селекции широко использовал Ч. Дарвин при обосновании основных положений эволюционной теории.Современная селекция базируется на достижениях генетики и является основой эффективного высокопродуктивного сельского хозяйства и биотехнологии.

Задачи современной селекции

- Создание новых и совершенствование старых сортов, пород и штаммов с хозяйственно-полезными признаками.

- Создание технологичных высокопродуктивных биологических систем, максимально использующих сырьевые и энергетические ресурсы планеты.

- Повышение продуктивности пород, сортов и штаммов с единицы площади за единицу времени.

- Повышение потребительских качеств продукции.

- Уменьшение доли побочных продуктов и их комплексная переработка.

- Уменьшение доли потерь от вредителей и болезней.

Учение Н.И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений. Учение об исходном материале является основой современной селекции. Исходный материал служит источником наследственной изменчивости - основы для искусственного отбора. Н.И. Вавилов установил, что на Земле существуют районы с особенно высоким уровнем генетического разнообразия культурных растений, и выделил основные центры происхождения культурных растений (первоначально Н.И. Вавилов выделил 8 центров, но затем сократил их число до 7). Для каждого центра установлены характерные для него важнейшие сельскохозяйственные культуры.

1. Тропический центр - включает территории тропической Индии, Индокитая, Южного Китая и островов Юго-Восточной Азии.

Это родина таких растений, как рис, сахарный тростник, чай, лимон, апельсин, банан, баклажан, а также большого количества тропических плодовых и овощных культур.

2. Восточноазиатский центр - включает умеренные и субтропические части Центрального и Восточного Китая, Корею, Японию и большую часть о. Тайвань. На этой территории живет примерно также около одной четверти населения Земли. Около 20% всей мировой культурной флоры ведет начало из Восточной Азии. Это родина таких растений, как соя, просо, хурма, многих других овощных и плодовых культур.

3. Юго-западноазиатский центр - включает территории внутренней нагорной Малой Азии (Анатолии), Ирана, Афганистана, Средней Азии и Северо-Западной Индии. Сюда же примыкает Кавказ, культурная флора которого, как показали исследования, генетически связана с Передней Азией. Родина мягких пшениц, ржи, овса, ячменя, гороха, дыни.

4. Средиземноморский центр - включает страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Этот замечательный географический центр, характеризующийся в прошлом величайшими древнейшими цивилизациями, дал начало приблизительно около 10% видов культурных растений. Среди них такие, как твердые пшеницы, капуста, свекла, морковь, лен, виноград, маслина, множество других овощных и кормовых культур.

5. Абиссинский центр. Общее число видов культурных растений, связанных по своему происхождению с Абиссинией, не превышает 4% мировой культурной флоры. Абиссиния характеризуется рядом эндемичных видов и даже родов культурных растений. Среди них такие, как кофейное дерево, арбуз, хлебный злак тэфф (Eragrostis abyssinica), своеобразное масличное растение нуг (Guizolia ahyssinica), особый вид банана.

. Центральноамериканский центр, охватывающий обширную территорию Северной Америки, включая Южную Мексику. В этом центре можно выделить три очага:

Из Центральноамериканского центра ведет начало около 8% различных возделываемых растений, таких, как кукуруза, подсолнечник, американские длинноволокнистые хлопчатники, какао (шоколадное дерево), ряд видов фасоли, тыквенных, многих плодовых (гвайява, аноны и авокадо).

7. Андийский центр, в пределах Южной Америки, приуроченный к Андийскому хребту. Это родина картофеля, томата. Отсюда ведут начало хинное дерево и кокаиновый куст.

Как видно из перечня географических центров, начальное введение в культуру подавляющего числа возделываемых растений связано не только с флористическими областями, отличающимися богатой флорой, но и с древнейшими цивилизациями. Лишь сравнительно немногие растения введены в прошлом в культуру из дикой флоры вне перечисленных основных географических центров.

 

36.Системы скрещивания в селекции растений и животных: инбридинг, линейная селекция, аутбридинг. Гетерозис. Методы отбора.

Родственное скрещивание у животных обозначают термином инбридинг, в растениеводстве самоопыление растений -- инцухт. Однако часто термином инбридинг обозначают близкородственное скрещивание вообще. Длительный инбридинг сопровождается гомозиготизацией потомства, то есть все большее число генов присутствует в одной из возможных аллельных форм. Чем меньшее количество генов ответственно за развитие признака и чем дальше степень родства, тем медленнее наступает гомозиготность. Однако, следует иметь в виду, что абсолютной гомозиготности не наблюдается никогда, поскольку всегда возникают мутации. Путем применения инбридинга выводят чистые линии -гомозиготные формы одного сорта. Неродственное скрещивание (аутбридинг) — скрещивание неродственных особей, которые могут принадлежать к одной или разной породе или сорту, и даже к разным видам и родам. Если инбридинг приводит к фиксированию определенных признаков в ряду поколений, то за счет аутбридинга осуществляют объединение различных свойств в одном организме. Одним из важнейших следствий аутбридинга является гетерозиготизация, при которой большое число генов генофонда группы организмов присутствует в двух или более аллельных формах.

Для сельского хозяйства ценен один из эффектов аутбридинга — гетерозис. Гетерозис — явление резкого увеличения жизненной силы у гибридов, полученных при скрещивании родителей двух чистых линий. Под жизненной силой при этом подразумевают плодовитость, выживаемость и ряд других свойств. Наиболее сильно гетерозис проявляется у гибридов первого поколения, после чего в ряду поколений достаточно быстро исчезает. Биологические механизмы гетерозиса еще не достаточно изучены. Выдвинуто несколько гипотез, однако ни одна из них не дает исчерпывающего объяснения этому явлению. Для усиления гетерозиса также используют метод двойной межлинейной гибридизации, при этом скрещивают гибридов, полученных от скрещивания чистых линий.

. Классическими методами селекции были и остаются гибридизация и искусственный отбор – массовый и индивидуальный. Однако определяющую роль для селекции играет естественный отбор. На любое растение в течение всей его жизни действует целый комплексфакторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям, приспособлено к определенному температурному и водному режиму Различают следующие основные методы селекции.Массовый отбор.применяют при селекции перекрестноопыляемых растений, таких, как рожь кукуруза, подсолнечник. При этом выделяют группу растений, обладающих ценными признаками. В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя даже от одного материнского растения обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются вкусовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.Индивидуальный отбор.эффективен для самоопыляемых растений ( пшеницы, ячменя, гороха). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией.Чистая линия – потомство одной гомозиготной сомоопыленной особи.

 

37. Методы изучения генетики челорвека: генеалогический, цитогенетический, биохимический, близнецовый, популяционный. Типы наследования некоторых аномалий. Основные методы изучения генетики человека: генеалогический; близнецовый; цитогенетический метод; биохимический метод; популяционно-статистический метод; молекулярно-генетические методы.

-Генеалогический метод (метод анализа родословных)

Родословная – это схема, отражающая связи между членами семьи. Анализируя родословные, изучают какой-либо нормальный или (чаще) патологический признак в поколениях людей, находящихся в родственных связях.

Генеалогические методы используются для определения наследственного или ненаследственного характера признака, доминантности или рецессивности, картирования хромосом, сцепления с полом, для изучения мутационного процесса.

На основании генеалогического анализа дается заключение о наследственной обусловленности признака. Например, детально прослежено наследование гемофилии А среди потомков английской королевы Виктории. Генеалогический анализ позволил установить, что гемофилия А – это рецессивное заболевание, сцепленное с полом.

-Близнецовый метод. используется при решении проблемы «генотипа и среды»:на основе изучения близнецов возможно выяснение роли генотипа и среды в развитии фенотипических признаков.особое значение имеет изучение монозиготных близнецов,к-ые имеют одинаковый генотип,т.к явл-ся продуктом митоза(бесполого размножения)опладотворенной яицеклетки и последующего разделения 2х бластамероов,каждый из к-ых формирует отдельный целостный организм.Такие близнецы всегда одного пола и весьма сходны по фенотипу.если же в яичнике произошло образование 2х(или более) овоцитов,а затем и яицеклеток,каждая из к-ых оплодотваряется отдельным сперматозоидом, то обр-ся 2 зиготы,из к-ых развиваются дизиготные близнецы.они имею разный генотип,могут быть как одного так и разного пола и похожи друг на друга не более,чем дети в одной семье.Б.м позволяет достаточно точно определить роль генотипа и среды в развитии определенного признака,н.р,того или иного заболевания:туберкулез,рак,шизофрения,диабет и т.п.

-Цитогенетические методы используются, в первую очередь, при изучении кариотипов отдельных индивидов. Кариотип человека довольно хорошо изучен (рис. 6). Применение дифференциальной окраски позволяет точно идентифицировать все хромосомы. Общее число хромосом в гаплоидном наборе равно 23. Из них 22 хромосомы одинаковы и у мужчин, и у женщин; они называются аутосомы. В диплоидном наборе (2n=46) каждая аутосома представлена двумя гомологами. Двадцать третья хромосома является половой хромосомой, она может быть представлена или X или Y–хромосомой. Половые хромосомы у женщин представлены двумя X–хромосомами, а у мужчин одной X–хромосомой и одной Y–хромосомой.

Изменение кариотипа, как правило, связано с Цитогенетические методы используются и для описания интерфазных клеток. Например, по наличию или отсутствию полового хроматина (телец Барра, представляющих собой инактивированные X-хромосомы) можно не только определять пол индивидов, но и выявлять некоторые генетические заболевания, связанные с изменением числа X-хромосомразвитием генетических заболеваний

-Биохимические методы. Все многообразие биохимических методов делится на две группы.

а). Методы, основанные на выявлении определенных биохимических продуктов, обусловленных действием разных аллелей. Легче всего выявлять аллели по изменению активности ферментов или по изменению какого-либо биохимического признака.

б). Методы, основанные на непосредственном выявлении измененных нуклеиновых кислот и белков с помощью гель-электрофореза в сочетании с другими методиками (блот-гибридизации, авторадиографии).

Использование биохимических методов позволяет выявить гетерозиготных носителей заболеваний. Например, у гетерозиготных носителей гена фенилкетонурии изменяется уровень фенилаланина в крови.

-Популяционно-статистический метод.В основе данного метода лежит закон Хард-Вайнберга или закон стабильности популяции.Суть закона:свободно скрещивающихся популяциях соотношения частот доминантных и рецессивных аллелей сох-ся неизменным в ряду поколений..Оговаривается,что такая законоерность справедлива для «идеальных» популяций,харак-ся след.признаками:

1)неограниченно большим числом особей,между к-ыми происходит абсолютно свободное скрещивание2)отсут. Мутационного процесса3)отсут. Оттока того или иного аллеля из генофонда популяции в ходе естественного(или искусственного отбора).в любой природной популяции,в том числе и чел-ка,эти усл. Нарушаютя.Однако,изменения частот аллелей осущ-ся в популяциях оч медленно,и полученные при исследование показатели имеют достаточную достоверность

38. Классификация наследственных заболеваний у человека. Примеры анеуплоидии, хромосомных перестроек. Врождённые ошибки метаболизма как результат генных мутаций.Наследственные заболевания обусловлены нарушениями в процессах хранения, передачи и реализации генетической информации. С развитием генетики человека, в том числе и генетики медицинской, выяснилась наследственная природа многих заболеваний и синдромов, считавшихся ранее болезнями с неустановленной этиологией. Роль наследственных факторов подтверждается более высокой частотой ряда заболеваний в некоторых семьях по сравнению с населением в целом. Изучением наследственных заболеваний человека занимается преимущественно медицинская генетика. В основе наследственных заболеваний лежат мутации — преимущественно хромосомные и генные, соответственно чему условно говорят о хромосомных болезнях и собственно наследственных (генных) болезнях.

Наиболее рациональна классификация наследственных заболеваний по характеру метаболических расстройств:

– нарушения обмена аминокислот (примеры: фенилпировиноградная олигофрения, тирозиноз, алкаптонурия);

– нарушения обмена липидов (болезнь Нимана — Пика, болезнь Гоше); нарушения обмена углеводов (галактоземия, фруктозурия);

– нарушения минерального обмена (гепатоцеребральная дистрофия)

нарушения билирубинового обмена (синдром Криглер — Нацжара, синдром Дубинина — Джонсона).

Однако поскольку биохимические механизмы большинства наследственных заболеваний пока неизвестны, и, следовательно, патогенетическая классификация ещё не может быть полной, её дополняютклассификацией по органно-системному принципу:

– наследственные заболевания крови (гемолитическая болезнь новорождённых, гемоглобинопатии);

– эндокринной системы (адреногенитальный синдром, диабет сахарный);

– наследственные заболевания с преимущественным поражением почек (фосфат-диабет, цистиноз); соединительной ткани (болезнь Марфана, мукополисахаридозы);

– наследственные заболевания с преимущественным поражением нервно-мышечной системы (прогрессирующие мышечные дистрофии) и т.д.

Анеуплоиди́я— изменение кариотипа, при котором число хромосом в клетках не кратно гаплоидному набору (n) Анеуплоидия возникает в результате нарушения сегрегации хромосом вмитозе или мейозе. Анеуплоидия вызывает у человека некоторые наследственные синдромы. Анеуплоидия по аутосомамнарушает нормальное эмбриональное развитие и является одной из основных причин спонтанных абортов.

Анеуплоидии половых хромосом

-45X, синдром Шерешевского-Тернера

-47XXX (женщины без фенотипических особенностей, у 75 % наблюдается умственная отсталость различной степени, алалия. Нередко недостаточное развитие фолликулов в яичниках, преждевременное бесплодие и ранний климакс (необходимо наблюдение эндокринолога). Носительницы ХХХ плодовиты, хотя риск спонтанных абортов и хромосомных нарушений у потомства у них несколько повышен по сравнению со средними показателями; частота проявления 1:700)

-47XXY, Синдром Клайнфельтера (мужчины, обладающие некоторыми вторичными женскими половыми признаками; бесплодны; яички развиты слабо, волос на лице мало, иногда развиваются молочные железы; обычно низкий уровень умственного развития)

--47XYY (мужчины высокого роста с различным уровнем умственного развития;)

Хромосомные аберрации (хромосомные мутации, хромосомные перестройки) — тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют: делеции (утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую), а также дицентрические и кольцевые хромосомы. Известны также изохромосомы, несущие два одинаковых плеча. Если перестройка изменяет структуру одной хромосомы, то такую перестройку называют внутрихромосомной (инверсии, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы), если же двух разных, то межхромосомной (дупликации, транслокации, дицентрические хромосомы). Хромосомные перестройки подразделяют также на сбалансированные и несбалансированные. Сбалансированные перестройки (инверсии, реципрокные транслокации) не приводят к потере или добавлению генетического материала при формировании, поэтому их носители, как правило, фенотипически нормальны. Несбалансированные перестройки (делеции и дупликации) меняют дозовое соотношение генов, и, как правило, их носительство сопряжено с клиническими отклонениями от нормы.

 

39. Характеристика кариотипа человека. Патологии, связанные с анеуплоидией и хромосомными перестройками. Кариоти́п — совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д.) полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (иУ каждого вида живых организмов существует свой кариотип, состав которого влияет на обеспечение нормальной жизнедеятельности. Кариотип человека (от греч. - орех, ядро и - отпечаток, тип) — диплоидный хромосомный набор человека, представляющий собой совокупность морфологически обособленных хромосом, внесённых родителями при оплодотворении. Хромосомы набора генетически неравноценны: каждая хромосома содержит группу разных генов. Все хромосомы в кариотипе человека делятся на аутосомы и половые хромосомы. В кариотипе человека 44 аутосомы (двойной набор) - 22 пары гомологичных хромосом и одна пара половых хромосом — XX у женщин и ХУ у мужчин.

Анеуплоидия – увеличение или уменьшение числа хромосом менее чем на целый набор. Анеуплоиды встречаются как у растений, так и у животных, но они обладают пониженной жизнеспособностью и фертильностью. Анеуплоидные формы сейчас более широко применяют в селекции растений при использовании метода замещения хромосом. Скрещивая растения с нуллисомиками (2n - 2) и моносомиками (2n - 1), в геном можно вводить определенную хромосому с желательными генами. Таким путем получают новые формы растений, устойчивых к ряду заболеваний. Основной механизм возникновения анеуплоидии – нерасхождение и потери отдельных хромосом в митозе и мейозе.

Анеуплоидия может возникнуть, если в анафазе I мейоза гомологичные хромосомы одной или нескольких пар не разойдутся. В этом случае оба члена пары направляются к одному и тому же полюсу клетки, и тогда мейоз приводит к образованию гамет, содержащих на одну или несколько хромосом больше или меньше, чем в норме. Это явление известно под названием нерасхождение. Когда гамета с недостающей или лишней хромосомой сливается с нормальной гаплоидной гаметой, образуется зигота с нечетным числом хромосом: вместо каких-либо двух гомологов в такой зиготе их может быть три или только один.

Зигота, в которой количество аутосом меньше нормального диплоидного, обычно не развивается, но зиготы с лишними хромосомами иногда способны к развитию. Однако из таких зигот в большинстве случаев развиваются особи с резко выраженными аномалиями.

Формы анеуплоидии:

Моносомия – это наличие всего одной из пары гомологичных хромосом. Примером моносомии у человека является синдром Тернера, выражающийся в наличии всего одной половой (X) хромосомы. Генотип такого человека X0, пол — женский. У таких женщин отсутствуют обычные вторичные половые признаки, характерен низкий рост и сближенные соски. Встречаемость среди населения Западной Европы составляет 0,03 %. Подробнее читайте в статье Синдром Шерешевского-Тернера.

В случае обширной делеции в какой-либо хромосоме иногда говорят о частичной моносомии.

Трисомия – это наличие трёх гомологичных хромосом вместо пары в норме.

Наиболее часто встречающейся у человека является трисомия по 16-й хромосоме (более одного процента случаев беременности). Однако следствием этой трисомии является спонтанный выкидыш в первом триместре.

Среди новорождённых наиболее распространена трисомия по 21-й хромосоме, или синдром Дауна (2n + 1 = 47). Эта аномалия, названая так по имени врача, впервые описавшего её в 1866 г., вызывается нерасхождением хромосом 21. К числу её симптомов относятся задержка умственного развития, пониженная сопротивляемость болезням, врождённые сердечные аномалии, короткое коренастое туловище и толстая шея, а также характерные складки кожи над внутренними углами глаз, что создаёт сходство с представителями монголоидной расы.

Другие случаи нерасхождения аутосом:

Трисомия 18 (синдром Эдвардса)

Трисомия 13 (синдром Патау)

Трисомия 9

Трисомия 8 (синдром Варкани)

Синдром Дауна и сходные хромосомальные аномалии чаще встречаются у детей, рождённых немолодыми женщинами. Точная причина этого неизвестна, но, по-видимому, она как-то связана с возрастом яйцеклеток матери.

Случаи нерасхождения половых хромосом:

XXX (женщины внешне нормальны, плодовиты, но отмечается умственная отсталость)

XXY, Синдром Клайнфельтера (мужчины, обладающие некоторыми вторичными женскими половыми признаками;бесплодны; яичники развиты слабо, волос на лице мало, иногда развиваются молочные железы; обычно низкий уровень умственного развития)

XYY (мужчины высокого роста с различным уровнем умственного развития; иногда обладают психопатическими чертами или проявляют склонность к мелким правонарушениям)

Тетрасомия (4 гомологичные хромосомы вместо пары в диплоидном наборе) и пентасомия (5 вместо 2-х) встречаются чрезвычайно редко. Примерами тетрасомии и пентасомии у человека могут служить кариотипы XXXX, XXYY, XXXY, XYYY, XXXXX, XXXXY, XXXYY, XYYYY и XXYYY.

 

Генетические карты хромосом — это схема взаимного расположения и относительных расстояний между генами определенных хромосом, находящихся в одной группе сцепления.

Впервые в 1913 — 1915 годах на возможность построения генетических карт хромосом указывают Т. Морган и его сотрудники. Они экспериментально показали, что основываясь на явлениях сцепления генов и кроссинговера можно построить генетические карты хромосом. Возможность картирования основана на постоянстве процента кроссинговера между определенными генами. Генетические карты хромосом составлены для многих видов организмов: насекомых (дрозофила, комар, таракан и др.), грибов (дрожжи, аспергилл), для бактерий и вирусов. Генетические карты человека используются в медицине при диагностике ряда тяжелых наследственных заболеваний человека. В исследованиях эволюционного процесса сравнивают генетические карты разных вГенетические карты составляют для каждой пары гомологичных хромосом. Каждой паре присваивается номер (I, II, III и т.д.), группы сцепления номеруются в порядке их обнаружения. Кроме номера в каждой из групп сцепления указывают полное или сокращенное название генов, расстояние этих генов в единицах перекреста от одного из концов хромосомы, а также место расположения центромеры. Следует отметить, что длина хромосомы не обязательно является показателем ее генетической активности. Для генетических карт применяется термин «локус» для обозначения места гена в хромосоме или на ее карте. при составлении генетических карт человека было показано, что перекрест между двумя генами происходит в 1% случаев, если расстояние между ними на молекуле ДНК составляет примерно миллион нуклеотидов. Подробные карты имеются для кукурузы и некоторых лабораторных животных. В частности, для мышей, которые имеют 20 пар хромосом, известно столько же групп сцепления и определены расстояния между многими генами. Например, на Х-хромосоме друг за другом расположены следующие гены: изогнутости хвоста, кружения (при этой мутации у мышей нарушены движения), серия генов, связанная с окраской, ген миниатюрности размеров и др.

Гибридизация соматических клеток

Одним из наиболее популярных методов отнесения генетического маркера (функционально активного гена) к конкретной группе сцепления является гибридизация (слияние друг с другом) соматических клеток разных биологических видов организмов, один из которых — исследуемый. Гибридные клоны получают путем искусственного слияния клеток человека и различных грызунов: китайского хомячка, мыши, крысы. Культивирование таких соматических гибридов, как оказалось, сопровождается утратой хромосом человека. Потеря хромосом носит случайный характер, и образующиеся клоны клеток содержат оставшиеся хромосомы в разных сочетаниях. Так получают панели гибридных клеточных клонов, содержащих всего одну или несколько хромосом человека и полный набор хромосом другого вида. Обнаружение человеческих белков, специфических мРНК или последовательностей ДНК в таких клонах позволяет однозначно определить хромосомную принадлежность соответствующих генов.

Идентификация специфических участков в протяженных молекулах днк осуществляется с помощью днк-зондов. Зондом может служить любая однонитевая днк ограниченного размера, используемая для поиска комплементраных последовательностей. При добавлении такой молекулы к пулу разнообразных однонитевых днк и обеспечении условий для гибридизации днк-зонд образует двунитевую структуру только с той молекулой днк и только в том месте где он найдет комплементарную последовательность. Если комплементарный зонду последовательности не окажется среди исследуемых днк, то не будет и образования двунитевой структуры. При выборе определенных условий гибридизации можно добиться полной специфичности этого взаимодействия. В днк-зонд может быть, введена радиоактивная, биотиновая, флюоресцентная или иная метка, по которой можно следить за месторасположением зонда. В ряде случаев в качестве зондов используют искусственным образом, синтезированные олигонуклеотидные последовательности днк, размер к-х не превышает 30 пар оснований. Эти зонды пригодны для поиска генов белковые структуры кот-х идентифицированы и известны аминокислотные последовательности хотя бы небольших фрагментов данных белков. Это позволяет прогнозировать нуклеотидные последовательности возможных вариантов днк кодирующих известные последовательности а/к и исп-ть для идентификации и молекулярного анализа соответ-х генов. Зондами также могут служить выделенные из генома последовательности днк. Такие последовательности клонируют . клонирование предполагает встраивание чужеродных днк в векторную молекулу днк и введение этой конструкции в клетки хозяина. В кач-ве клонирующих векторов используют плазмиды, фаги, ретровирусы, аденовирусы. Особенно применяют плазмиды. Плазмиды-это небольшие кольцевые двухцепочечные молекулы днк, к-ые м/т присутствовать в различном числе копий в бактериальных клетках.

 

Цитоплазматическое наследование, его особенности

Для того чтобы та или иная структура могла выполнять функции материального носителя наследственности и обеспечивать коли¬чественные закономерности…  

Генетика онтогенеза. Регуляция работы генов как механизм дифференциации клеток. Возможные механизмы канцерогенеза.

Онтогенез растений и животных состоит из качественно различных периодов: эмбриогенез, юность, зрелость и старость. Дифференциальная активность генов в ходе онтогенеза. В результате… ТОТИПОТЕНТНОСТЬ способность отдельных клеток в процессе реализации заключенной в них генетической информации не только…