Предмет, задачи и методы генетики

Предмет, задачи и методы генетики.

Наследственность - это свойство живых организмов приобретать в процессе онтогенеза признаки сходные с родительскими организмами и передавать из… Наследование – процесс передачи наследственной информации от одного поколения… Изменчивость – свойство живых организмов приобретать в процессе онтогенеза некоторые отличия признаков от родительских…

Метод позволяет выявить закономерности наследования отдельных признаков при половом размножении организмов.

В 1956 г. шведские ученые Дж. Тийо и А. Леван установили, что нормальный кариотип человека включает 46 хромосом. Благодаря культивированию клеток… 3. Генеалогический метод - изучение родословных. Позволяет устанавливать тип… Генеалогическим методом доказано наследование многих заболеваний (гемофилии, дальтонизма, брахидактилии и др.).…

Метод позволяет выявить роль наследственности и внешней среды в формировании признаков.

Ранняя диагностика заболеваний и применение диет на первых этапах постэмбрионального развития позволяют излечить или облегчить заболевание. 6. Популяционно-статистический метод основан на законе Харди-Вайнберга и… 7. Методы моделирования:

В 1900 году Корренс (Германия) на маке, Чермак (Австрия) на дурмане, де Фриз (Голландия) на энотере переоткрыли законы г. Менделя.

Термин «генетика» был предложен в 1906 году Бэтсоном.

Терминология генетики.

Моногибридное - скрещивание, при котором родительские формы анализируются по одному альтернативному признаку. Скрещивание, при котором родительские формы анализируются по двум альтернативным признакам, называется дигибридным, если анализируется более двух признаков - полигибридным.

Потомство от скрещивания двух особей с различной наследственностью называется гибридным, а отдельная особь гибрид.

Альтернативный признак – качественный признак, имеющий несколько качеств или состояний, например, цвет семян гороха (желтый и зеленый).

Доминантный - альтернативный признак, проявляющийся в гомозиготном и в гетерозиготном состоянии, его детерминирует доминантный ген, который обозначается заглавной буквой.

Рецессивный - альтернативный признак, проявляющийся только в гомозиготном состоянии и «подавленный» в гетерозиготном. Его детерминирует рецессивный ген, который обозначается строчной буквой.

Ген может быть представлен двумя качественными состояниями: доминантным и рецессивным.

Качественные состояния гена называются аллелями.

Аллельные - гены, которые располагаются в одинаковых локусах гомологичных (парных) хромосом и отвечают за 1 признак. Аллельные гены обозначают одинаковыми буквами: доминантный - заглавной буквой (А), а рецессивный - строчной (а).

Неаллельные - гены, располагающиеся в разных локусах гомологичных хромосом или в разных хромосомах и определяющие развитие разных признаков.

Генотип – это совокупность генов, полученных организмом от родителей (в клетке – это совокупность генов в диплоидном наборе хромосом и генов цитоплазмы).

Фенотип - это совокупность внешних и внутренних признаков организма, которые развиваются на основе генотипа в определенных условиях среды.

Отдельный признак называется феном (цвет глаз, волос).

Гомозиготным по данному признаку называется организм, у которого в одинаковых локусах гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллельные гены (доминантные - АА или е рецессивные - аа). Он образует один тип гамет и не дает расщепления при скрещивании с таким же по генотипу организмом.

АА- гомозигота по доминантному признаку;

аа- гомозигота по рецессивному признаку;

ААВВ- гомозигота по двум доминантным признакам;

ААbb - гомозигота по доминантному и по рецессивному признаку.

Гетерозиготным по данному признаку называется организм, у которого в одинаковых локусах гомологичных хромосомах находятся разные гены одной аллельной пары (Аа). Он образует два типа гамет и дает расщепление при скрещивании с таким же по генотипу организмом.

Аа – организм, гетерозиготный по данному признаку;

АаВb– организм, гетерозиготный по двум доминантным признакам;

Задачи на выписывание гамет.

Число генов в гамете в 2 раза меньше, чем в генотипе (генотип – это совокупность генов в диплоидном наборе хромосом). При выписывании гамет необходимо знать, что: 1. при мейозе из каждой пары гомологичных хромосом в гамету попадает только одна, поэтому из каждой пары аллельных…

Первый закон Менделя - закон единообразия первого поколения. Его цитологические основы.

Формулировка закона: при скрещивании гомозиготных особей, анализируемых по одному альтернативному (качественному) признаку, наблюдается единообразие гибридов первого поколения по фенотипу и генотипу.

Генетическая запись:

Ген Признак

А Желтый цвет семян

А зеленый цвет семян

P АА Х аа

G А а

F Аа – 100% по генотипу и фенотипу

Цитологические основы I закона Менделя составляют независимое расхождение гомологичных хромосом в процессе мейоза при образовании половых клеток: … · Гомозиготный по доминантному признаку организм (АА) образует 1 тип гамет с… · Гомозиготный по рецессивному признаку организм (аа) тоже образует 1 тип гамет с геном а.

Р Аа Х Аа

G А, а А, а

F АА, Аа, Аа, аа 3 : 1 по фенотипу,

По генотипу.

1. внутриаллельное взаимодействие генов, кроме полного доминирования; 2. летальные и полулетальные гены; 3. неравная вероятность образования гамет и зигот разных типов;

Промежуточный характер наследования

Неполное доминирование – разновидность внутриаллельного взаимодействия генов, при котором в гетерозиготном состоянии доминантный ген неполностью… Это явление открыто на растении ночная красавица, цветки которого были… Генетическая запись:

Й закон Менделя – закон независимого наследования. Его цитологические основы.

Генетическая запись закона: гГен Признак АА Желтый цвет семян аа Зеленый цвет семян …  

F1: 9 А-В-; 3А-вв; 3 ааВ-; 1аавв

В потомстве получаются разные комбинации генов. Генотип записывается при помощи фенотипического радикала.

Фенотипический радикал – это краткая запись генотипа на основе фенотипа. 9 частей особей имеют 2 доминантных признака - записываем генотип А-В-, 3 части - первый признак доминантный и второй рецессивный - записываем генотип А-вв, 3 части - первый признак рецессивный и второй доминантный - записываем генотип ааВ- и 1 часть - 2 рецессивных признака - записываем генотип aabb.

Расщепление по одному признаку составляет 12:4, или 3:1. Следовательно, при дигибридном скрещивании каждый признак дает расщепление независимо от другого. При этом происходит случайное комбинирование признаков, приводящее к новым сочетаниям, которых не было у родительских форм:

(3 ж : 1 з) х (3 г : 1 м) = 9 ж г : 3 ж м : 3 з г : 1 з м.

Условия, ограничивающие действие закона:

1) взаимодействие генов, кроме полного доминирования;

2) летальные и полулетальные гены;

3) сцепление генов;

4) неравновероятный механизм образования гамет и зигот разных типов;

5) плейотропное действие генов.

Цитологические основы III закона Менделя:

¨ независимое расхождение гомологичных хромосом в процессе мейоза при образовании половых клеток,

¨ гипотеза чистоты гамет.

Сцепленное наследование. Нарушение сцепления. Перекрёст хромосом.

В 1902 – 1903 гг.американский цитолог У. Сеттон и немецкий цитолог и эмбриолог Т. Бовери высказали предположение, что гены расположены в хромосомах. Экспериментальное доказательство локализации генов в хромосомах было получено в 1910г. американским генетиком Т. Морганом, ктр. в 1911 -1926 гг. обосновал хромосомную теорию наследственности: передача наследственной информации связана с хромосомами, в которых линейно, в определенном порядке локализованы гены.

Сцепленное наследование – это явление совместного наследования генов одной хромосомы.

Сцепленные гены – это гены, расположенные в разных локусах одной хромосомы, детерминирующие развитие разных признаков, наследуются вместе и образуют группу сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом, т.к. каждую группу сцепления составляют 2 гомологичные хромосомы, в которых локализованы одинаковые гены.

Преимущества дрозофил, как объекта генетических исследований:

¨ небольшое количество хромосом (8),

¨ большое число потомков,

¨ быстрая смена поколений,

¨ раннее половое созревание,

¨ возможность применить гибридологический метод.

Генетическая запись опытов Моргана:

ген	Признак
В	Серый цвет тела
b	Черный цвет тела
V	Длинные крылья
v	Короткие крылья

Опыт 1. При скрещивании гомозиготных особей с серым телом и нормальными крыльями с особями с черным телом и короткими крыльями получено единообразие первого поколения, особи которого имели доминантные признаки:

Р.	ВВVV серые с нормальными крыльями	Х	bbvv черные с короткими крыльями
G.	BV		bv
F1.	BbVv серые с нормальными крыльями - 100 %

Опыт 2. Для выяснения генотипа гибридов I поколения проведено анализирующее скрещивание (рецессивная гомозиготная самка и дигетерозиготный самец):

 

Р bbvv х BbVv

 

G bv BV, bv

 

F bbvv BbVv

50% 50%

Получено 2 типа потомков (100%) с признаками родителей. Морган пришел к выводу, что гены, определяющие цвет тела и длину крыльев, передаются вместе и одна гомологичная хромосома содержит 2 доминантных гена (BV), а другая - 2 рецессивных (bv). При мейозе хромосома с генами BV попадет в одну гамету, а с генами bv - в другую. У дигетерозиготы образуется не 4, а только 2 типа гамет (некроссоверные) и сцепление генов у самца будет полным,так как кроссинговер не происходит.

Опыт 3. При скрещивании дигетерозиготной самки дрозофилы с рецессивным самцом получен следующий результат:

 

Р BbVv х bbvv

 

G BV, Bv, bv

bV, bv

 

F BbVv; Bbvv; bbVv; bbvv

41,5 8,5 8,5 41,5

 

Получено 2 типа потомков (83%) с признаками родителей и 2 типа потомков (17%) с новым сочетанием признаков.

У дигетерозиготы образуется 4 типа гамет (2 некроссоверные и 2 кроссоверные) и сцепление генов у самки неполное, так как происходит кроссинговер.

Кроссинговер - образование перекреста и обмен одинаковыми участками хроматид гомологичных хромосом в биваленте (профаза мейоза I).

Кроссинговер происходит у большинства растений и животных, кроме самца мухи дрозофилы и самки тутового шелкопряда.

Если при образовании гамет не происходит кроссинговер, то гаметы называются некроссоверными.

Если при образовании гамет происходит кроссинговер, то гаметы называются кроссоверными (их меньше) и некроссоверными (их больше).

Биологическое значение кроссинговера: механизм возникновения комбинативной изменчивости.

Анализирующее скрещивание – скрещивание организма неизвестного генотипа с организмом, гомозиготным по рецессивным аллелям. Применяют для выяснения генотипа организма, у которого проявился доминантный признак ( т.к. организм может быть как гетеро-, так и гомозиготным).

% 9. Хромосомная теория наследственности. Генетика пола

Основные положения хромосомной теории наследственности Т. Моргана.

1. Гены расположены в хромосомах линейно в определенных локусах. Аллельные гены занимают одинаковые локусы гомологичных хромосом.

2. Гены одной хромосомы (пары гомологичных хромосом) образуют группу сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом.

3. Между гомологичными хромосомами возможен обмен аллельными генами (кроссинговер).

4. Расстояние между генами пропорционально проценту кроссинговера между ними и выражается в морганидах (1 морганида равна 1% кроссинговера).

5. Чем дальше гены располагаются друг от друга, тем меньше между ними силы сцепления, тем чаще между ними происходит кроссинговер.

Понятие о генетической карте хромосом (эксперименты по построению генетической карте провели Т. Морган и его сотрудники К. Бриджес, А. Стертевант, Г. Меллер)

Генетическая карта – схема взаимного расположения генов, находящихся в одной группе сцепления.

Генетические карты составлены для организмов: дрозофила, комар, таракан; грибы – дрожжи, аспергил; многие протисты, бактерии, вирусы.

Значение генетических карт: знание генетических карт позволяет планировать работы по получению организмов с определенными сочетаниями признаков, что используется в селекционной практике (создание штаммов микроорганизмов, способных синтезировать необходимые для фармакологии и сельского хоз. белки, гормоны и др.); генетические карты человека используются в развитии здравоохранения и медицины (для диагностики ряда тяжелых наследственных заболеваний человека).

Учитывая линейность генной и хромосомной структуры и определив относительное расположение генов в одной хромосоме, можно составить генетическую карту хромосом в виде прямой, на которой отражается порядок расположения генов и относительное расстояние между ними, выраженное в кроссоверных единицах (морганидах). Чтобы определить локализацию гена, нужно установить группу сцепления, к которой он относится. Для этого , с помощью анализируюшего скрещивания устанавливают, с какими генами известной локализации изучаемый ген наследуется сцепленно.

Пол - совокупность морфологических, физиологических, биохимических, поведенческих признаков организма, обусловливающих репродукцию (воспроизведение себе подобных).

Признаки пола делят на 2 группы: первичные и вторичные.

¨ Вторичные половые признаки не принимают непосредственного участия в репродукции, но способствуют привлечению особей разного пола. Они… Между полами существуют отличия по паре половых хромосом. Кариотип человека… Пол, имеющий одинаковые половые хромосомы и образующий 1 тип гамет, называется гомогаметным (у человека - женский, у…

Цитоплазматическая наследственность –передача генетической информации с цитоплазмой, в которой содержатся хлоропласты и (или) митохондрии. Она передается только через материнский организм, т.к. в яйцеклетках много цитоплазмы с органеллами, а сперматозоид цитоплазмы практически не имеет. В цитоплазме могут находиться также чужеродная ДНК вирусов и плазмиды бактерий. Наследственные факторы, находящиеся в цитоплазме, называются плазмагенами (плазмидами).

Виды цитоплазматической наследственности: пластидная, митохондриальная, псевдоцитоплазматическая.

Пример пластидной наследственности (К.Корренс, 1908): пестролистность у львиного зева, ночной красавицы. Это связано с наличием у этих растений зеленых, бесцветных и пестрых листьев. В клетках зеленых листьев имеются зеленые хлоропласты, в бесцветных – не способные к синтезу хлорофилла, в пестрых – и те и другие. Причина появления бесцветных хлоропластов – мутация гена, ответственного за синтез хлорофилла и локализованного в хлоропластной ДНК. В результате – при делении материнской клетки дочерние клетки могут получить и те и другие хлоропласты.

Пример митохондриальной наследственности (Б. Эфруси, 1949): карликовые колонии хлебных дрожжей не имеют в митохондриях дыхательных ферментов вследствие мутации плазмагенов и поэтому растут очень медленно.

Псевдоцитоплазматическая наследственность: предрасположенность у мышей к развитию рака молочной железы передается не через половые клетки, а через молоко, в котором содержится вирус (фактор молока).

Взаимодействие аллельных и неаллельных генов.

Внутриаллельное взаимодействие генов – взаимое влияние аллельных генов друг на друга. Разновидности: 1. Полное доминирование – доминантный ген полностью подавляет действие рецессивного, поэтому гомозиготное и…

Кодоминирование - 2 аллельных гена равнозначны по отношению друг к другу, и, находясь вместе, они обуславливают новый вариант признака. Пример: наследование у человека групп крови по системе АВ0 (IV группа).

Группы крови по системе антигенов АВ0 обусловлены 3-мя аллелями одного гена: I^о, I^A и I^B. I (0) группа обусловлена рецессивным аллелем I^о, II (А) - аллелем I^A, III (B) - аллелем I^B, а IY (AB) - I^A и I^B. Аллель I^о не детерминирует синтез антигенов в эритроцитах. Аллели I^A и I^B доминантны по отношению к аллелю I^о и детерминируют синтез в эритроцитах антигенов А и В соответственно. Одновременное присутствие в генотипе аллелей I^A и I^B обусловливает наличие антигенов А и В (IY группа крови).

Множественный аллелизм – присутствие в генофонде популяции более двух аллелей одного гена (группы крови по системе АВО: I^А, I^В, I^О; для гена, контролирующего синтез гемоглобина, много десятков аллелей). В генотипе же организма одновременно может присутствовать только два аллеля. Причина множественного аллелизма – мутация локуса хромосомы.

Межаллельное взаимодействие генов – взаимное влияние неаллельных генов (генов разных аллельных пар).

Разновидности:

1.Комплементарность (или дополнительное взаимодействие) – 2 неаллельных гена взаимодополняют друг друга и обуславливают новый вариант признака.

Различают три типа комплементарного взаимодействия генов.

I тип.Взаимодействие, при котором развитиенового признака обуславливается доминантными генами из разных аллельных пар, каждый из которых не имеет самостоятельного фенотипического проявления. Пример: наследование окраски цветка у садового горошка:

Р ААвв х ааВВ

Белые белые

F1 АаВв

Пурпурные

F₂ 9 А-В- : 7 (А-вв, ааВ-, аавв)

Пурпурные белые

Расщепление 9 : 7

Черная масть будет у мышей с генотипом А-вв, агути – мыши с генотипом – А-В-, белая – ааВ- и аавв:

Р ААвв х ааВВ

Черная белый

F1 АаВв

Агути

F₂ 9 А-В- : 3 А-вв : 4 (ааВ- и аавв)

Агути черные белые

Расщепление 9 : 3 : 4

 

Р ААвв х ааВВ

Розовидный гороховидный

F1 АаВв

Ореховидный

F2 9 А-В- : 3 А-вв : 3 ааВ- : 1 аавв

Ореховидный розовидный гороховидный листовидный

Расщепление 9 : 3 : 3 : 1

    Пример: наследование формы гребня у кур: ген А - обусловливает розовидный гребень, ген В - гороховидный гребень, гены…

Р: ААВВ x аавв

Серая рыжий

F1 АаВв серые

F2: 9А-В- : 3А-вв : 3ааВ- : 1аавв

Серые серые черные рыжие

3. Полимерия (однозначное действие генов) - несколько генов, обозначаемых одной буквой с разными цифровыми индексами, действуют на признак однонаправленно и выраженность его зависит от числа доминантных генов в генотипе.

Такой тип взаимодействия генов называется кумулятивной полимерией.

Так наследуются многие количественные и некоторые качественные признаки: рост, масса тела, молочная продуктивность крупного рогатого скота, яйценоскость кур, цвет кожи у человека и др.

При наличии в генотипе хотя бы 1-го доминантного гена появляется окраска зерен пшеницы.

Расщепление в F₁ при скрещивании дигетерозигот - 15 : 1.

Р.	R1R1R2R2 красные	х	r1r1r2r2 белые
G.	R1R2	r1r2
F1.	R1r1R2r2 – 100 % промежуточная окраска (розовые)
Р(F1)	R1r1R2r2	х	R1r1R2r2
F2.	15/16 : есть окраска	1/16 белые
Н

Некумулятивная полимерия – проявление признака не зависит от числа доминантных генов в генотипе. Пример: оперенность ног у кур определяется доминантными аллелями разных генов – А₁ и А₂:

9А₁-А₂- : 3А₁-а₂а₂ : 3а₁а₁А₂- : 1а₁а₁а₂а₂

оперенные неоперенные

расщепление 15:1

 

Значение генетики для медицины и охраны здоровья.

Генетика человека - изучает закономерности наследования нормальных и патологических признаков человека.

Человек является сложным объектом генетических исследований и

1. малое количество потомков, 2. позднее половое созревание, 3. большое количество хромосом,

Роль генотипа и условий внешней среды в формировании фенотипа. Модификационная изменчивость, её статистические закономерности. Норма реакции.

Фенотип - совокупность внешних и внутренних признаков организма, которые развиваются на основе генотипа в определенных условиях среды. В молекулах ДНК в виде определённой последовательности нуклеотидов… Подтверждением роли среды в реализации генотипа служит опыт с одуванчиком (1895 г. Бонье), корневую систему которого…

Для изучения изменчивости количественных признаков применяют метод статистики - построение вариационной кривой.

Вариационный ряд - расположение вариант в ряд по убыванию или возрастанию их значений. Вариационная кривая – графическая зависимость между значением признака и… Биноминальный тип вариационной кривой: в вариационном ряду средние значения признака встречаются чаще, чем…

N

 

 

v

где ∑- знак суммирования,v - варианта,p - частота встречаемости варианты, n- общее число вариант вариационного ряда.

Генотипическая изменчивость (мутационная и комбинативная).

Генотипическая изменчивость - изменчивость, при которой изменение фенотипа сопровождается изменением структуры генотипа. Она подразделяется на: комбинативную и мутационную.

Комбинативная изменчивость связана с новыми комбинациями генов родителей при образовании гамет и зигот. Примером комбинативной изменчивости является любой индивидуум.

Ее механизмы:

1. перекомбинация генов при кроссинговере в профазу мейоза I;

2. независимое расхождение хромосом в анафазу мейоза I;

3. независимое расхождение хроматид в анафазу мейоза II;

4. случайное сочетание гамет при оплодотворении.

Мутационная изменчивость - резкое, скачкообразное и устойчивое изменение генетического материала, передающееся по наследству. Явление "мутации" открыл Г. Де Фриз в 1901 году на растении энотера (ослинник).

Свойства мутаций:

1. выраженность признака не зависит от времени и силы действия мутагенного фактора;

2. наследуются;

3. неопределенны, т. е. под действием фактора может мутировать любой ген;

4. в основном, вредны для организма;

5. индивидуальны;

6. являются материалом для действия естественного отбора;

7. постоянны.

Классификация мутаций:

q По причинам, их вызвавшим:

­ Спонтанные – мутации, возникающие в естественных условиях под действием мутагенных факторов внешней среды. Средняя частота мутирования гена – 10^-5 – 10^-6.

­ Индуцированные – мутации, возникающие при направленном воздействии человека на объект мутагенными факторами.

q По мутировавшим клеткам:

­ Соматические – мутации, происходящие в соматических клетках и проявляющиеся у самой особи. Они передаются по наследству только при вегетативном размножении. Пример: появление на кусте черной смородины ветки с белыми ягодами.

­ Генеративные – мутации, происходящие в половых клетках. Они передаются по наследству при половом размножении и фенотипически выявляются у потомков. Генеративные мутации являются материалом для естественного отбора.

q По исходу для организма:

­ отрицательные - летальные (несовместимые с жизнью),

­ полулетальные (снижающие жизнеспособность),

­ нейтральные

­ положительные (повышающие жизнестойкость).

Виды мутаций: генные, хромосомные, геномные.

По изменению генетического материала мутации подразделяются на геномные, хромосомные и генные.

· Геномныемутации обусловлены изменениями количества хромосом, в связи с их нерасхождением при митозе или мейозе.

­ Полиплоидия - увеличение числа хромосом кратное гаплоидному набору (3n, 4n, 5n ...):

v автоплоидия (увеличение числа хромосом одного генома);

v аллоплоидия (увеличение числа хромосом двух разных геномов в одном организме, например, капустно-редечный гибрид);

Многие культурные растения полиплоиды (пшеница, рожь, свекла) - они имеют крупные листья, цветы, плоды и семена.

Полиплоидия для животных и человека летальна.

­ Гетероплоидия - увеличение или уменьшение числа хромосом некратное гаплоидному набору:

v трисомия (2n+1) - синдром Дауна (по 21 паре хромосом);

v моносомия (2n-1) - синдром Шерешевского-Тернера (Х0);

v нуллисомия (2n-2) – особи нежизнеспособны.

· Хромосомные мутации - изменения структуры хромосом:

а) внутрихромосомные:

­ потеря участка хромосомы (делеция),

­ удвоение фрагмента хромосомы (дупликация),

­ поворот части хромосомы на 180⁰ (инверсия),

б) межхромосомные:

­ перенос части одной хромосомы на негомологичную (транслокация).

Пример: синдром кошачьего крика (потеря участка 5-ой хромосомы).

· Генные мутации связаны с изменением структуры ДНК:

­ добавление нуклеотидов, приводят к сдвигу рамки

­ выпадение нуклеотидов, генетического кода

­ замена нуклеотидов:

1. однотипная – пуриновое основание на пуриновое, или пиримидиновое на пиримидиновое;

2. разнотипная – пуриновое основание на пиримидиновое.

Пример: дальтонизм, гемофилия, фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия.

Причиной генных мутаций является нарушение нуклеотидной последовательности в и-РНК при транскрипции, что вызывает в свою очередь изменение последовательности аминокислот в полипептидной цепи (при трансляции). В результате – изменение белка и признака.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Мутации как материал для искусственного и естественного отбора.

Формулировка: виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости, с такой правильностью, что, зная ряд… Фактами, подтверждающими этот закон, являются случаи альбинизма у позвоночных,… Значение закона:

По причинам, их вызвавшим, мутации подразделяются на спонтанные и индуцированные.

Впервые индуцированные мутации были получены Г. А. Надсоном и Г. С. Филипповым (1925)при облучении грибов радием и Г. Меллером (1927) при облучении мух дрозофил R-лучами.

Спонтанные мутации - исходный материал для естественного отбора, а индуцированные - для искусственного. Элементарной единицей эволюции является популяция. В популяциях могут возникать доминантные и рецессивные мутации:

¨ если возникает доминантная мутация, то она сразу же имеет фенотипическое проявление и подвергается действию естественного отбора

¨ если возникает рецессивная мутация, то она долгое время не имеет фенотипического проявления, т. к. подавляется доминантным геном. И только после того, как в браке гетерозигот образуется рецессивная гомозигота, мутация начинает проявляться фенотипически и подвергается действию естественного отбора.

Мутации, способствующие приспособлению организма, поддерживаются и закрепляются естественным отбором, а мутации, снижающие приспособленность, - элиминируются (устраняются).

Индуцированные мутации широко используются в селекции для выведения новых пород животных и сортов растений.

Мутагенные факторы. Загрязнение окружающей среды и его генетическое воздействие.

Классификация мутагенных факторов: ¨ физические (рентгеновское и ионизирующее излучения, температура,… ¨ химические (формалин, нитриты, нитраты, аналоги азотистых оснований, иприт, лекарства, алкоголь, никотин),

Н А С Л Е Д С Т В Е Н Н Ы Е Б О Л Е З Н И Ч Е Л О В Е К А.

Г Е Н Н Ы Е Б О Л Е З Н И . Связаны с изменением активности или полной блокадой некоторых ферментов. Результат – нарушения обмена веществ.

Селекция, ее основные направления и методы. Основные направления биотехнологии.

Породой, сортом, штаммом называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком и характеризующуюся определенными наследственными… Ценность сорта определяется: урожайностью, пищевыми и кормовыми свойствами… Ценность породы определяется: качеством и количеством получаемого продукта(удой, живой вес, жирность молока, настриг…

Ценность работы Вавилова заключается в том, что он заложил основы сбора и хранения генофонда растений и создал первую в мире коллекцию генов во Всесоюзном институте растений в Ленинграде.

2. методы гибридизации(скрещивания): 1. внутрипородное(внутрисортовое),2.,межпородное(межсортовое) и3. отдаленная гибридизация.

Внутрипородное(внутрисортовое)скрещивание проводится для поддержания и сохранения полезных качеств породы животных или сорта растений. Это скрещивание проводится между близкими родственниками породы (инбридинг-для выведения чистых линий), или между особями одной породы, но не состоящими в родстве (аутбридинг-для сохранения породы и увеличения ее численности). При инбридинге часто наблюдается снижение жизнеспособности растений и животных, их постепенное вырождение, обусловленное переходом в гомозиготное состояние рецессивных мутаций, которые преимущественно являются вредными. Аутбридинг позволяет поддержать или улучшить свойства, что связано с переходом вредных рецессивных мутаций в гетерозиготное состояние и гибриды первого поколения часто оказываются более жизнеспособными, чем родительские особи.

Межпородное(межсортовое) скрещивание проводится с целью выведения новых пород и сортов растений, в которых бы сочетались хозяйственно-полезные признаки разных пород или сортов(высокая продуктивность, устойчивость к болезням и колебаниям факторов среды).Пример: сорт пшеницы Безостая 1,выведенный П.П.Лукьяненко, где сочетались низкорослость, скороспелость, устойчивость к ржавчине(Аргентинская яровая)с озимостью (Лютесценс-17).У животных это скрещивание проводится для поддержания высокой степени гетерозиготности.

Отдаленная гибридизация у животных и растений является важным источником комбинативной изменчивости в селекции. Она основана на сочетании признаков и свойств географически отдаленных рас одного вида или разных видов и родов(пшенично-пырейный гибрид; мул-гибрид лошади и осла; тонкорунный архаромеринос, полученный от скрещивания тонкорунных овец с диким бараном архаром; тритикале – при скрещивании пшеницы и ржи).При отдаленной гибридизации часто наблюдается бесплодие гибридов из-за наличия в хромосомном наборе негомологичных хромосом.

Для преодоления преград нескрещиваемости исходных форм и бесплодия у гибридных растений И.В. Мичурин и Д.Т. Карпеченко разработали эффективные методы:смеси пыльцы, «посредника» и др.

При отдаленной гибридизации, межпородном скрещивании часто наблюдается явление гибридной мощности или гетерозиса. Гетерозисный эффект обуславливается воздействием многих факторов: сочетанием различных генотипов, определяющих биохимические и физиологические особенности организмов; факторами внешней среды. Гетерозис в силу того, что дает значительный прирост урожайности культурных растений и продуктивности скота, довольно широко используется в селекции. Одной из отрицательных черт гетерозиса является его затухание при последующем размножении гибридов.

В настоящее время широкое распространение получила как метод селекции искусственная полиплоидия (автополиплоидия, аллополиплоидия). При полиплоидии увеличивается число хромосом в наборе клетки, что сопровождается развитием у растений более мощных побегов, увеличением зеленой массы, размеров цветков и плодов(полиплоиды пшеницы, картофеля, овса, гречихи, вишни, лимонов, сахарной свеклы, винограда и др.). Разработаны методы искусственного получения полиплоидов при воздействии на растущие ткани растений разными мутагенами (в основном колхицином), разрушающими веретено деления клетки.

Автополиплоидия – кратное увеличение числа наборов хромосом одного вида. Аллополиплоидия – изменение числа наборов хромосом на основе скрещивания организмов, относящихся к разным видам и даже родам.

Мутагенез - получение индуцированных мутантов (ячменя, пшеницы, ржи и т.д.). Такие растения устойчивы к полеганию и имеют преимущества при машинной уборке урожая, т.к. у них не только повышенная урожайность зерна, но и укороченный побег.

3. Методы искусственного отбора.Селекция использует отбор как один из важнейших способов создания высокопродуктивных сортов и пород.

Современная селекция использует 2 типа отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор – это отбор особей по фенотипу, т.е. с фенотипическим выражением положительных признаков, без проверки генотипа. Массовость означает не количество отбираемых особей, а отбор без учета проявления признака в потомстве каждой отдельной пары.

Часто отбор по фенотипу приводит к неожиданному результату: в потомстве особей хозяйственно-ценный признак не проявляется или значительно ослаблен. В таком случае прибегают к индивидуальному отбору, позволяющему оценить качества особи по потомству.

При проведении индивидуального отбора у растений и животных популяцию обычно разделяют на чистые линиипосредством инбридинга. Чистые линии после инбридинга и отбора становятся материалом для дальнейшей селекции.

Оценка генотипа при индивидуальном отборе может проводиться и путем составления родословной особей; а также по продуктивности родственных особей.

Достижения современной селекции:

- созданы сорта пшеницы российскими селекционерами: П.П. Лукьяненко (Безостая 1, Аврора, Кавказ), А.П. Шехурдиным и В.Н. Мамонтовой (Саратовская 29, саратовская 36, Альбидум 43 и др.); В.Н. Ремесло (Мироновская 808, Юбилейная 50);

- увеличение масличности различных сортов подсолнечника на 20% (В.С. Пустовойт)

- ученые Белорусского научно-исследовательского института картофелеводства и плодоовощеводства с 1925 по 1995г выведено 69 сортов картофеля, более 70 сортов овощных, 124 сорта плодовых и 23 сорта ягодных культур.(академик П.И. Альсмик – Темп, Докшицкий, Разваристый, Агрономический, Огонек, Зубренок, Белорусский ранний, Ласунок, Орбита, Белорусский-3, Синтез).

- создание новых и улучшение существуюших пород животных: костромская молочная порода крупного рогатого скота (10тыс. молока в год); сибирская российская мясошерстная порода овец; черно-пестры тип крупного рогатого скота (белорусские ученые); в центре БелНИИ животноводства созданы белорусская черно-пестрая порода свиней и белорусский внутрипородный тип свиней крупной белой породы.

Итак, основные методы селекции: отбор, гибридизация и мутагенез.

Основные методы гибридизации: инбридинг и аутбридинг. Кроме того, используются методы: автополиплоидии и отдаленной гибридизации.

 

Основные направления биотехнологии.

Биотехнологические процессы используются человеком: молочнокислые бактерии – для получения молочнокислых продуктов, различные штаммы дрожжей – в… Объекты биотехнологии: вирусы, бактерии, протисты, дрожжи, растения, животные… Интенсивное развитие микробиологической промышленности началось с 70 годов XX века. В качестве питательной среды для…