ОПД Ф.03 Генетика и биометрия
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
|
Кафедра разведения
сельскохозяйственных
животных
ОПД Ф.03 Генетика и биометрия
МетодическИЕ УКАЗАНИЯ
К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
И задания к контрольной работе
ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ
Специальность 111100 Зоотехния
УФА 2010
Представлено и рекомендовано к печати кафедрой разведения сельскохозяйственных… Утверждено методической комиссией биолого-технологического факультета (протокол № ___ от «___» марта 2010 г.Библиография
А) основная
2. Петухов, В.Л. Генетика. Учебник.//Петухов В.Л., Короткевич О.С., Стамбеков С.Ж., Жигачёв А.И., Бакай А.В.- Новосибирск.: СемГПИ, 2007 – 628 с. … 3. Меркурьева, Е.К.,Абрамова З.В., Бакай А.В., Кочиш И.И. Генетика: Учебник.-… 4. Долматова, И.Ю. Решение задач по генетике: Учебное пособие . – Уфа.: БГАУ, 2009. - 128 с.Б) дополнительная
2. Бич Г., Бест Д и др. Биотехнология. Принципы и применение: Пер. с англ.- М.: Мир, 1988. – 480 с. 3. Меркурьева Е.К., Абрамова З.В и др. Генетика. -М.: Агропромиздат,1991.-… 4. Инге-Вечтомов С.Г. Введение в молекулярную генетику. – М.: Высш. шк., 1983. – 343 с.Раздел 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ СОДЕРЖАНИЯ ТЕМ И РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1 Введение. Предмет и методы генетики. Краткая история ее развития. Виды наследственности и изменчивости.
Становлению и развитию генетики способствовал целый ряд крупных обобщений в биологии и научных открытий. Важнейшими из них являются:
· клеточная теория М. Я. Шлейдена и Т. Шванна (1838г.);
· эволюционное учение Ч. Дарвина (1859 г.);
· закономерности наследования признаков, установленные Г. Менделем (1865 г.);
· теория мутации С. И. Коржинского (1899 г.) и Г. де Фриза (1903 г.);
· учение о популяции В. Иоганнсена (1903 г.);
· хромосомная теория наследственности Т. Г. Моргана (1910 г.); закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, сформулированный Н. И. Вавиловым (1923 г.);
· концепция о молекулярной основе наследственности и изменчивости организмов Н. К. Кольцова (1936 г.);
· открытие О. Эвери (1944 г.) о сосредоточении наследственной информации в молекулах ДНК;
· создание Д. Уотсоном и Ф. Криком модели строения-ДНК (1953 г.);
· расшифровка Ф. Криком, М. Ниренбергом„ Д. Маттеи и С. Очоа (1961—1964 гг.) универсального генетического кода наследственной информации и синтеза белка в клетках организмов.
· первый синтез гена in vitro К.Корана (1972)
· появление первого трансгенного (генетически модифицированного) млекопитающего (мышь) (Пальмитер, 1982).
· изобретение К. Мюллисом полимеразной цепной реакции (ПЦР) синтеза гена (1993)
· опубликование генетических карт хромосом человека (1994)
· секвенирование (расшифровка нуклеотидных последовательностей) генов бактерий (1995)
· клонирование млекопитающих из соматической клетки (Я.Вильмут, 1997)
· Секвенирование генома человека (2001)
Необходимо знать основные этапы развития генетики, вклад отечественных и зарубежных учёных в развитие этой науки.
При изучении материала этой темы, прежде всего, необходимо уяснить, что наследственность и изменчивость являются важнейшими свойствами, характерными для всех живых организмов.
Затем следует познакомиться с видами наследственности (ядерная — хромосомная и внеядерная (ДНК хлоропластов, митохондрий и плазмид у бактерий) и причинами их обусловливающими.
Обратить внимание на то, что изменчивость может быть наследственной и ненаследственной. Их отличие в том, что в первом случае возникшие изменения передаются следующим поколениям, а во втором — не передаются. Характер изменений и причины, их вызывающие, настолько различны, что появилась необходимость в классификации явлений изменчивости.
В теме изучается современная классификация изменчивости. Согласно последней установлена комбинативная, коррелятивная, мутационная и модификационная изменчивость. Студент должен изучить суть каждого вида изменчивости, обратив особое внимание на факторы, их определяющие: при комбинативной изменчивости — независимое расхождение хромосом в мейозе и кроссинговер; при коррелятивной—взаимосвязь между признаками и плейотропное действие генов; при мутационной — изменения генетического материала на разных уровнях (генном, хромосомном, геномном); при модификационной (паратипической) — факторы внешней среды, в частности условия кормления и содержания сельскохозяйственных животных.
Завершить изучение темы следует выяснением значения разных видов наследственности и изменчивости в практике животноводства.
Литература: 1, стр.3-15; 2, стр.5-20; 3, стр.3-17; 5, стр.3-7
Вопросы для самопроверки
2). Что такое комбинативная изменчивость и каковы причины ее возникновения? 3). Какая изменчивость называется коррелятивной и каково ее значение в… 4). Что такое мутационная изменчивость? Что является причиной возникновения мутаций?Вопросы для самопроверки
2). Что такое вариационный ряд и как его построить? 3). Какие вы знаете константы, характеризующие вариационный ряд? 4). Что означает статистическая ошибка средней арифметической величины?Организация наследственного материала. ДНК-носитель наследственной информации
Необходимо вначале ознакомиться с экспериментами Ф. Гриффита и О. Эвери по генетической трансформации у пневмококков, в которых было доказано, что… Важным открытием в молекулярной генетике явилось установление Дж. Уотсоном и… ДНК является полимером, состоящим из мономеров — нуклеотидов, которые различаются только одним из четырех азотистых…Вопросы для самопроверки
видовой специфичности ДНК? 2). Как осуществляется синтез ДНК? 3).Что такое ген?Цитологические основы наследственности.
Митоз, мейоз и их биологическое значение
В онтогенезе передача наследственной информации от одного клеточного поколения к другому осуществляется в процессе непрямого деления клеток —… Рассматривая фазы митоза, необходимо основное внимание обратить на те из них,… В этом разделе рассматриваются также цитологические основы полового размножения у животных и растений (мейоз,…Вопросы для самопроверки
2) Назовите диплоидные числа хромосом у основных видов сельскохозяйственных животных. 3). В чем заключается генетическая сущность митоза? 3). В чем заключается генетическая сущность мейоза?Закономерности наследования признаков при половом размножении, установленные Менделем
Для понимания гибридологического метода генетического анализа и закономерностей наследования признаков необходимо иметь четкое представление о… 1) скрещивание родительских форм (Р), различающихся по одной (моногибридное… 2) скрещивание гибридов F1 между собой и получение гибридов второго поколения F2;Вопросы для самопроверки
2). Какое скрещивание называется моногибридным? 3). Что такое гомозитотность и гетерозиготность? 4). Что понимается под реципрокным и анализирующим скрещиванием?Наследование при взаимодействии генов
Новообразование.Новообразованием называется такой тип взаимодействия генов, когда при их сочетании в одном организме развивается совершенно новая… Комплементарное взаимодействие генов.В том случае, когда признак образуется… Эпистаз.При этом типе взаимодействия доминантный ген одной пары аллелей, например ген С, подавляет действие другого…Вопросы для самопроверки
1).Назовите основные типы взаимодействия неаллельных генов.
2).Какое расщепление по фенотипу наблюдается при разных типах взаимодействия генов?
3). В чем заключается комплементарное взаимодействие неаллельных генов?
4). В чем заключается эпистатическое взаимодействие неаллельных генов?
5).В чем заключается полимерное взаимодействие неаллельных генов?
6).Что означают понятия «гены-модификаторы», «экспрессивность» и «пенетрантность»?
Хромосомная теория наследственности
Гены, локализованные в одной хромосоме, образуют группу сцепления. Число групп сцепления соответствует количеству хромосом в гаплоидном их наборе.… При изучении сцепления признаков (генов) используется специальная символика,… Подробно вопрос о сцепленном наследовании с соответствующими схемами скрещиваний изложен в «Практикуме по генетике» и…Вопросы для самопроверки
2). Что такое «группа сцепления»? Какое количество групп сцепления у разных видов домашних и промысловых животных? 3). Что является причиной нарушения сцепления между признаками? 4). В каких единицах измеряется расстояние между генами в хромосоме?Генетика пола
Сначала необходимо уяснить хромосомные типы определения пола, характерные для сельскохозяйственных животных В основе равного количества самок и самцов (1:1) у высших животных лежит… В хромосомном наборе самок млекопитающих содержится две гомологичные хромосомы X. В хромосомном наборе самцов имеется…Вопросы для самопроверки
2). Какой пол называется гомогаметным, а какой гетерогаметным? 3). Перечислите основные типы хромосомного определения пола. 4). Какие признаки называются сцепленными с полом? Каковы особенности их наследования?Молекулярные основы наследственности
специфичность (каждый структурный ген обладает только ему присущим порядком расположения нуклеотидов и детерминирует синтез определенного… целостность (при программировании синтеза полипептида ген выступает как… стабильность (относительная устойчивость) и лабильностью (способность мутировать);Вопросы для самопроверки
1). Что такое ген, кодон, экзон, интрон, промотор, терминатор?
2). В чем заключается сущность генетического кода?
3). Как осуществляется реализация наследственной информации с гена на белок?
4). Каково строение генетического материала у бактерий?
5). В чем заключается сущность теории Ф. Жакоба и Ж. Моно о регуляции синтеза и-РНК и белков у прокарот?
6). Регуляция активности генов у эукариот.
Мутационная изменчивость. Индуцированный мутагенез
Мутация — это качественное или количественное изменение генотипа, которое в процессе репликации ДНК передается в ряду клеточных поколений и… Обратите внимание на то, что мутации могут возникать как естественным путем… Ознакомьтесь с такими понятиями, как мутагенез и мутабильность, и выясните те факторы, которые приводят к…Вопросы для самопроверки
2). Какие бывают хромосомные мутации? 3). Какие бывают геномные мутации? 4). В чем заключается разница между спонтанными и индуцированными мутациями?Генетические основы индивидуального развития.
Влияние генов на развитие признаков, путь от гена к признаку у прокариот и эукариот имеет принципиальные отличия. У прокариот путь от гена к… Один ген —> один фермент (белок) —> один признак. Формирование признаков высших организмов (эукариот) происходит, как правило, под действием многих генов, во…Вопросы для самопроверки
1). Как в онтогенезе осуществляется реализация генотипа?
2).Влияют ли материнские гены на развитие зиготы? Приведите примеры.
3). Какие вы знаете критические периоды онтогенеза? В чем причина критических периодов?
4) Что такое тотипотентность ядра соматической клетки?
Влияние среды на развитие признака в онтогенезе. Модификационная изменчивость
Пределы модификационной изменчивости называются «нормой реакции»организма и определяются его наследственностью. Норму реакции генотипа необходимо… Большинство модификационных изменений носит адаптивный характер. Однако в… Литература: 1, стр.137-144; 2, стр.317-320; 3, стр. 15-16; 5,стр. 193-195.Вопросы для самопроверки
1). Что такое модификационная изменчивость? Приведите примеры.
2) Приведите примеры адаптивных модификаций.
3).Что такое «норма реакции» и как можно применить знание нормы реакции в селекции сельскохозяйственных животных?
4) Что такое фенокопии? Морфозы?. Как их отличить от мутаций?
Генетика популяций
Изучение материала начните с выяснения понятий «популяция» и «чистая линия». Затем ознакомьтесь с работами В. Иоганнсена по выяснению эффективности… В свободно размножающейся популяции наблюдается определенная структура… Для лучшего усвоения этого материала рекомендуется решить несколько задач, имеющихся в учебном пособии «Решение задач…Вопросы для самопроверки
2). К каким выводам пришел Иоганнсен в результате отбора в популяциях и чистых линиях? 3). Какова формула Харди-Вайнберга для определения соотношения генотипов в… 4). Что такое генетическая структура популяции?Инбридинг, инбредная депрессия и гетерозис
1) инбридинг и его биологические особенности, инбредная депрессия и способы ее ослабления, методы оценки степени инбридинга и его использование в… 2) явление гетерозиса и его биологические особенности; теории, объясняющие… Начните с освоения раздела об инбридинге. Под ним понимается спаривание животных, находящихся в слабой, умеренной…Вопросы для самопроверки
2). Что такое инбредная депрессия? 3). Какое влияние оказывает инбридинг на генетическую структуру популяций? 4). Какие существуют методы определения степени инбридинга?Нехромосомное наследование
Пластиды- это самовоспроизводящиеся органоиды растительной клетки, которые передаются по материнской линии (вместе с цитоплазмой яйцеклетки).… Митохондрии обеспечивают дыхание клеток. Подобно хлоропластам – это… Плазмиды-это кольцевые молекулы ДНК размером от 2-3 до нескольких десятков пар оснований, присутствующая в…Вопросы для самопроверки
1). В чем заключается явление нехромосомной наследственности?
2) В каких органоидах клетки содержится ДНК?
3) Что из себя представляет ДНК хлоропластов и митохондрий?
4). Что такое плазмиды, какие в них содержатся гены?
Биотехнология и основы генетической инженерии
В настоящее время известны два способа искусственного синтеза генов вне организма - химический и ферментативный. Основные ферменты, используемые в… Таким методом уже созданы культуры бактерий, продуцирующие аминокислоту… Для получения трансгенных животных в настоящее время наиболее популярен и эффективен метод прямой микроинъекции…Вопросы для самопроверки
2). Какие существуют методы синтеза нужных генов? 3) Что такое векторная молекула и каково ее назначение? 4).Какие существуют методы введения рекомбинантной ДНК в реципиентную клетку?Иммуногенетический и биохимический полиформизм белков и их использование в биотехнологии и селекции. Полиморфизм ДНК.
Достижения иммуногенетики используются в практике животноводства для контроля происхождения племенных животных, определения родства пород, для… В последние три десятилетия проявляется интерес к изучению полиморфизма… Более перспективным представляется использование в качестве маркерных систем полиморфных последовательностей…Вопросы для самопроверки
2). Как определяются группы крови у животных? 3). Каковы особенности наследования групп крови? 4). Для чего используется определение групп крови в практике животноводства?Генетические аномалии у сельскохозяйственных животных
Летальными, или смертоносными, факторами называют такие, которые вызывают смерть особи до достижения ею стадии половой зрелости. К полулетальным… Генетические аномалии — это морфофункциональные нарушения в организме… Генетические аномалии представляют собой признаки, контролируемые одной парой аллельных генов. Характерной…Вопросы для самопроверки
2). Каковы основной характер наследования генетических аномалий? 3). Какие примеры генетических аномалий у КРС, свиней, овец и лошадей Вы… 4). Как прилагается закон гомологических рядов в наследственной изменчивости при изучении генетических аномалий у…Генетика иммунитета
Далее перейдите к рассмотрению примеров видовой, породной и линейной устойчивости к болезням, которые обусловлены генами, полученными от… Для практики зоотехнии большое значение имеет генетически обусловленная… Литература: 1, стр.267-299; 2, 366-394; 3,278-292; 5, 228-247Вопросы для самопроверки
1). Что такое иммунитет и иммунная система организма?
2). Какие неспецифические факторы иммунитета вы знаете?
3). Что такое специфический иммунитет?
4). Что такое антитела? Какова их роль?
5).Возможна ли селекция животных на резистентность к отдельным заболеваниям?
Генетика поведения и ее селекционное значение
Необходимо ознакомиться с идеями основоположников науки о поведении животных — И. М. Сеченова и И. П. Павлова, создателей учения о типах высшей… Затем перейдите к изучению работ советских ученых по генетике поведения—Л. В.… Особое значение данные генетики поведения имеют для создания животных, приспособленных к условиям промышленных…Вопросы для самопроверки
2). Какова роль генотипа и условий среды в развитии поведенческих признаков животных? 3). В чем заключается суть исследований Л. В. Крушинского по выявлению… 4). В чем заключается суть работ Д. К. Беляева по изучению поведения животных при одомашнивании?Раздел 3. Контрольные задания для студентов заочной формы обучения
Прежде чем приступать к выполнению контрольной работы, внимательно изучите учебный материал и ознакомьтесь с содержанием методических указаний.
Номера вопросов, которые должны быть освещены в контрольной работе, устанавливаются по приведенной ниже таблице с учетом учебного шифра студента. Например, учебный шифр студента 4238.Для нахождения номеров вопросов контрольного задания нужно в первой (заглавной) строке таблицы найти последнюю цифру шифра, т.е. 8. В первой вертикальной графе таблицы находится предпоследняя цифра учебного шифра – 3. В клетке таблицы, находящейся на месте пересечения графы, идущей от цифры 8 со строкой, отходящей от цифры 3, указаны номера вопросов контрольной работы студента. Они следующие: 7,26,47,79,114,117.
В разделе биометрии для каждого студента предусмотрены одинаковые задания на различном статистическом материале. Для этого нужно:
· вычислить средние арифметические величины (М), средние квадратические отклонения (σ), коэффициенты вариации (CV) этих признаков и их ошибки (m) и достоверность (tr);
· вычислить коэффициент корреляции (r) между этими признаками, его критерий достоверности (tr);
· вычислить коэффициент регрессии Rx/y и Ry/x и сделать соответствующие выводы.
Вопросы для контрольной работы
1).Генетика как наука.Основные этапы ее становления. Место генетики среди биологических наук. 2). Методы генетических исследований: гибридологический, генеалогический,… 3). Исследования по изучению наследственности и наследственной изменчивости до открытия законов Г. Менделя…Раздел 4. Методические указания к выполнению биометрической части контрольной работы
1. Один из главных параметров совокупности - это ее объем (численность) – т.е. количество объектов, входящих в изучаемую совокупность. Характеризуется числом наблюдений (N или n).
2. Второе свойство совокупности – это общий уровень развития исследуемого признака у составляющих ее объектов. Параметром, характеризующим это свойство, является средняя арифметическая величина (М), которая вычисляется путем деления суммы всех значений признака на объем совокупности по формуле: М=
, где:
М- средняя арифметическая величина
V- вариант, или дата (измеренное значение признака);
N- объем совокупности
Например, определим среднюю арифметическую величину признака «живая масса» поросят (n=10, см. табл. 3). Для этого суммируем все варианты и разделим полученную сумму на общее количество животных в выборке:
М=
кг
3. Оценка степени разнообразия животных в изучаемых группах – важнейший элемент селекционной работы. Показателями разнообразия признака в совокупности служат: лимиты (lim), среднее квадратическоеотклонение (s) и коэффициент вариации (Cv).
Лимиты характеризуют минимальное и максимальное значение изучаемого признака в выборочной совокупности и указывают на амплитуду вариации.
Однако эти показатели недостаточны, так как животные с такими показателями могут быть нехарактерны для данного стада. Кроме того, лимиты не отражают индивидуальных различий внутри выборки. Например, при одинаковой средней величине животных двух групп по живой массе М1==526 кг, М2=526 кг лимиты составляли в первой группе 450 - 550, во второй – 420 - 600. Размах колебаний в первой группе был 100 кг, во второй - 180 кг. Таким образом, при одной и той же средней величине группы неоднородны.
. Наилучшим показателем разнообразия признака является среднее квадратическое отклонение σ, которое учитывает отклонение каждой варианты от средней арифметической.
При небольшом числе вариант (n<30) среднее квадратическое отклонение вычисляется по формуле:
s=
Таблица 3 Вычисление среднего квадратического отклонения в малой выборке
| №п/п | Живая масса поросят, кг (V) | Отклонения (V-M) | Квадраты отклонений (V-M)2 |
| 1,2 1,5 1,1 1,3 1,4 1,3 1,4 1,4 1,3 1,6 | -0,15 +0,15 -0,25 -0,05 +0,05 -0,05 +0,05 +0,05 -0,05 +0,25 | 0,0225 0,0225 0,0625 0,0025 0,0025 0,0025 0,0025 0,0025 0,0025 0,0625 | |
| N=10 | åV=13,5; M=1,35 | å(V-M)=0 | å(V-M)2=0,1850 |
Например, вычислим среднее квадратическое отклонение по данным о живой массе при рождении 10 поросят из помета одной свиноматки. Для этого строим расчетную таблицу, состоящую из трех колонок. Первая колонка – номер по порядку, вторая – абсолютное значение каждого варианта и третья – квадрат каждого варианта. Количество строчек соответствует количеству вариантов в выборке плюс суммарная строка (табл. 3).
В первую графу вписывают варианты (живая масса поросят при рождении). Суммировав их и разделив на число вариант, получают среднюю массу поросенка (М).
Затем вычитают M из каждой варианты и разности (отклонения от средней) и вписывают во вторую графу. Для проверки правильности вычислений суммируют все разности (V—M), их сумма должна быть равна нулю.
Далее каждое отклонение возводят в квадрат и вписывают квадраты отклонений (V—M)2 в третью графу. Квадраты отклонений всегда положительны. Суммируя все числа третьей графы, получают сумму квадратов отклонений ∑(V—M)2 , которую вписывают в итог третьей графы. Среднее квадратическое отклонение вычисляют по формуле s=
В нашем примере s=
Выражение в знаменателе п—1 называется числом степеней свободы (n - греч. буква «ню»), которое указывает на то, что один из объектов изучаемой совокупности представлен средней арифметической величиной. Полученная величина s=±0,14 кг указывает, что в среднем отклонения вариант данного признака от средней арифметической составляют 0,14 кг. Сигма является величиной именованной, т.е. измеряется в единицах измерения признака. При изучении суточных удоев она выражается в килограммах, при изучении жирности молока - в процентах, при изучении промеров - в сантиметрах и является показателем признака для группы с определенной средней арифметической величиной.
Вычисление коэффициента вариации (сv).
При изучении разнообразия признаков, выраженных в различных единицах измерения (см, кг, % и др.), и при больших различиях средних арифметических величин сравниваемых групп сигма не может быть использована. В таких случаях используют другой показатель - коэффициент вариации (сv), вычисляемый по формуле: сv =
В нашем примере сv = 
Техника расчета коэффициента корреляции в малых выборках
n- число животных, изучаемых по двум признакам; x и y – значения вариант первого и второго признака; С- сумма квадратов центральных отклонений, вычисляемая отдельно по формулам соответственно для признака v1 и v2:Вычисление коэффициентов регрессии
Для малых выборок удобны следующие формулы, если значения х и у выражаются малозначными числами: Rx/y= и Ry/x= Первый из этих коэффициентов (Rx/y) показывает, на какую величину изменяется признак «х» при изменении признака «у» на…Coдержание
Учебное издание
Г. Уфа, БГАУ, кафедра разведения сельскохозяйственных животных