Методы изучения генетики человека
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Новгородский
государственный университет имени Ярослава Мудрого»
В. М. Кондратьева
Н. Н. Максимюк
Методы изучения генетики человека
Учебно-методическое пособие
Великий Новгород – 2010
ББК 28.04я72 Печатается по решению
М 18 РИС НовГУ
Рецензент
кандидат медицинских наук О.В. Кондратьева
Кондратьева В. М., Максимюк Н.Н.
В пособии представлена характеристика основных методов генетики человека. Приведены примеры составления родословных при различных генетически… Предназначено для студентов 1-го курса специальностей медицинских факультетов…Введение
Человек, как вид имеет ряд особенностей, требующих для изучения его генетики разработки и применения специальных методик. К таким особенностям относятся: биосоциальная сущность человека, не разрешающая применение для изучения наследственности и изменчивости классического гибридологического метода генетического анализа; низкая плодовитость; редкая смена поколений, происходящая в среднем через 25–30 лет; наличие в геноме большого числа групп сцепления (23 у женщин и 24 у мужчин); полигенный характер наследования и невозможность стандартизации условий среды, в которых осуществляется экспрессия этих генов.
Человек, как объект генетических исследований, имеет и ряд преимуществ:
- большое количество особей в популяции людей;
- социальный характер человека;
- человек лучше других объектов изучен клинически;
- разработано много методов, позволяющих компенсировать вышеупомянутые трудности изучения.
Для изучения генетики человека разработаны и успешно используются следующие методы: клинико-генеалогический (метод родословных), популяционно-статистический, близнецовый, дерматоглифики и пальмоскопии, цитогенетический, молекулярно-цитогенетические: биохимические, молекулярно-генетические методы и метод генетики соматических клеток. На основании совокупности методов основана пренатальная диагностика наследственных заболеваний. На лабораторных занятиях подробно изучаются клинико-генеалогический, цитогенетический и популяционно-статистический методы, а также статистическое изучение модификационной изменчивости. Для формулировки научно обоснованных выводов необходимо использовать методы биометрии.
Клинико-генеалогический метод
Клинико-генеалогический метод дает возможность: - выявлять наследственный характер признака; - определять тип наследования;Вопросы для самоконтроля
2. Каковы возможности и недостатки генеалогического метода. 3. Как построить родословную. 4. Как провести генетический анализ родословной.Цитогенетический метод
Цитогенетический метод основывается на данных о хромосомах. В 1960 году на научной конференции в Денвере была принята классификация идентифицируемых… Применение цитогенетического метода позволяет изучать нормальную морфологию… В соматических клетках человека диплоидный набор хромосом, 2n=46, а в половых – гаплоидный n=23. При оплодотворении…Популяционно-статистический метод
С помощью этих методов можно: - определить частоты генов, степень гомозиготности и полиморфизма; - установить, как меняются частоты генов под действием отбора;Применение закона Харди-Вайнберга
Пример 1: альбинизм у человека обусловлен редким рецессивным геном. Если аллель нормальной пигментации обозначить А, а аллель альбинизма а, то… Важное следствие из закона Харди-Вайнберга состоит в том, что редкие аллели… Пример 2: частота фенилкетонурии (ФКУ) в популяции составляет 1:10000, ФКУ – аутосомно-рецессивное заболевание,…Таблица 5 – Число генотипов и частота аллелей в модельной популяции
| Поколение | Число генотипов | Всего | χ2 | Частота аллелей | |||
| АА | Аа | аа | рА | qА | |||
| IвариантS=0 F1 F2 F3 | |||||||
| |||||||
| IIвариантS=-1®aa F1 F2 F3 F4 F5 F6 |
Во втором варианте следует выполнять работу до тех пор, пока число генотипов не будет повторяться, что свидетельствует об установлении в популяции нового равновесного состояния. При записи генотипов могут вкрадываться как случайные ошибки, так и отражаться закономерное изменение числа генотипа. Поэтому необходимо вычислить критерий χ2 –критерий соответствия практически полученных данных теоретически ожидаемому.
Для этого определим теоретически ожидаемую частоту генотипов для заданного соотношения гамет. Например, если исходные гаметы: кружки А – 30, а –70; то по таблице Пеннета:
| ♂ ♀ | pА 0,3 | qа 0,7 |
| pА 0,3 | p2AA 0,09 | pqAa 0,21 |
| qa 0,7 | pqAa0,21 | q2aa 0,49 |
В этой таблице 0,09 АА – соответствует 9 генотипам АА из 100, 0,42 Аа – соответствует 42 генотипам Аа из 100, 0,49 аа – соответствует 49 генотипам аа из 100 полученных в опыте.
Далее составим таблицу для определения χ2 :
| Генотип | Число генотипов | |||
| АА | Аа | Аа | Всего | |
| Допустим, практически полученные (P) (в среднем по 3 поколениям) | ||||
| Теоретически ожидаемые (q) | ||||
| Отклонение (d) | +3 | -6 | +3 | |
Факт. = Σd2/q =9:9+36:42+9:49=1 + 0,85 + 0,18 = 2,03 ; при n' =2 , при P =0,05
Сравнив методом χ2 полученные результаты с теоретически ожидаемыми, делаем вывод, что в данном случае полученное отношение не отличается от ожидаемого, так как χ2факт. < χ2табличное 5,99. Следовательно, в I варианте в панмиксной популяции сохраняются первоначальные частоты аллелей (рА – 03 и qa – 0,3). Аналогичную работу проведите для I и II вариантов. Сделайте выводы.
Задание 4. Решите следующие задачи:
1. Болезнь Тея-Сакса обусловлена аутосомным рецессивным аллелем. Характерные признаки этой болезни – отставание в умственном развитии и слепота, смерть наступает в возрасте около четырех лет. Частота заболевание среди новорожденных около десяти на 1 млн. Исходя из равновесия Харди-Вайнберга, рассчитайте частоты аллелей и гетерозигот.
2. Кистозный фиброз поджелудочной ткани (муковисцидоз) – наследственная болезнь, обусловленная рецессивным аллелем; характеризуется плохим всасыванием в кишечнике и обструктивными изменениями в легких и других органах. Смерть наступает обычно в возрасте около 20 лет. Среди новорожденных кистозный фиброз случается в среднем у 4 на 10000. Исходя из равновесия Харди–Вайнберга, рассчитайте частоты всех трех генотипов у новорожденных, какой процент составляют гетерозиготные носители.
3. Акаталазия – заболевание, вызываемое рецессивным геном, впервые было обнаружено в Японии. У гетерозигот по этому гену наблюдается пониженное содержание каталазы в крови. Частота гетерозигот составляет 0,09% среди населения Хиросимы и Нагасаки; и 1,4% среди остального населения Японии. Исходя из равновесия Гарди–Вайнберга, рассчитайте частоты аллелей и генотипов: в Хиросиме и Нагасаки; среди остального населения Японии.
Задача 4. В таблице приведена частота аллелей, контролирующих группы крови системы АВ0, среди людей из 4 обследованных популяций. Определите частоту различных генотипов в каждой из указанных популяций.
Таблица 6 – Частота аллелей, определяющих группы крови АВ0
| Популяция | Частота гена | ||
| IA | IB | i | |
| Индейцы ута | 0,013 | 0,0 | 0,987 |
| Эскимосы | 0,333 | 0,027 | 0,640 |
| Грузины | 0,198 | 0,038 | 0,764 |
| Индийцы | 0,206 | 0,254 | 0,540 |
5. В таблице приведена частота (в процентах) групп крови 0, А, В и АВ в 4 различных популяциях. Определите частоту соответствующих аллелей и разных генотипов в каждой из этих популяций.
Таблица 7 – Частота групп крови АВ0
| Популяция | Группа крови системы АВ0 | |||
| А | В | АВ | ||
| Индейцы навахо | 77,7 | 22,3 | ||
| Полинезийцы | 36,5 | 60,8 | 2,2 | 0,5 |
| Немцы | 36,5 | 42,5 | 14,5 | 6,5 |
| Египтяне | 27,3 | 38,5 | 25,5 | 8,7 |
Задание 5. Ответьте на вопросы для самопроверки:
1. Объясните, что нужно понимать под генетической и генотипической структурой популяции.
2. Какому закону подчиняется генетическая структура популяции, в чем его сущность.
3. Охарактеризуйте факторы динамических процессов в популяции.
4. Коэффициент отбора, его сущность.
5. Почему в близкородственных браках чаще проявляются наследственные заболевания?
6. В каких генотипах содержатся рецессивные аллели в популяциях.
Форма отчета:
- предоставление на проверку рабочей тетради;
- решение задач на определение генетической структуры популяции с использованием Закона Харди-Вайнберга;
- устная защита выполненной работы.
Метод дерматоглифики и пальмоскопии
В настоящее время установлена наследственная обусловленность кожных узоров. Вероятно, признак наследуется полигенно, на характер пальцевого и… Сходство узоров 4–5 пальцев из 10 пар свидетельствует в пользу разнояйцевости… Установлено, что у людей с синдромом Дауна, синдромом Клайнфельтера, Шершевского-Тернера наблюдаются специфические…Методы генетики соматических клеток
Соматические клетки подвергаются селекции на различных питательных средах и долго сохраняются при глубоком замораживании. Все это позволяет использовать культуры соматических клеток, полученных из… При генетических исследованиях соматических клеток человека используют простое культивирование, клонирование,…Близнецовый метод
Сущность метода заключается в сравнении проявления признака в разных группах близнецов при учете сходства или различия их генотипов. Монозиготные… Существуют таблицы конкордантности близнецов по различным признакам и… Таблица 8 – Конкордантность (в процентах) нормальных признаков человека, установленная при исследовании пар МБ и ДБ …Пренатальная диагностика наследственных заболеваний
Материал внутриутробно развивающегося организма можно получать разными способами. 1. Амниоцентез (15–16 неделя беременности). Материалом для исследований… 2. Биопсия ворсин хориона (первая треть беременности).Медико-генетическое консультирование
Медико-генетическое консультирование – это вид специализированной помощи населению, направленной на предупреждение появления в семье детей с… С этой целью составляют прогноз рождения в данной семье ребенка с… В случае большой вероятности рождения больного ребенка родителям рекомендуется либо воздержаться от деторождения, либо…Статистические показатели для характеристики совокупности
Среднее значение признака
Полученные при проведении обследования данные характеризуют каждую особь совокупности в отдельности. Нас же интересуют, в первую очередь, наиболее… Одним из таких показателей является средняя арифметическая, характеризующая…Средняя арифметическая
Простейший метод вычисления средней арифметической величины для небольшой выборки (n<30) – это простое… где X – величина варьирующего признака; n – объем выборки; S – сумма. … где А – условное среднее значение нулевого класса;Таблица 11 – Распределение вариант по весу
| Границы классов (Wн – Wк) | Частоты (р) |
| 42 – 45 | |
| 46 – 48 | |
| 49– 51 | |
| 52 – 54 | |
| 55 – 57 | |
| 58 – 60 | |
| 61 – 63 | |
| 64 – 67 | |
| Sр = n = 50 |
Таблица 12 – Рабочая таблица для вычисления средней арифметической методом условных отклонений
| № класса | Границы классов (Wн – Wк) | Частоты (р) | Условные отклонения (а) | Произведение условных отклонений на частоты (ра) |
| 42 – 45 | –3 | –3 | ||
| 46 – 48 | –2 | –10 | ||
| 49 – 51 | –1 | –12 | ||
| 52 – 54 | ||||
| 55 – 57 | ||||
| 58 – 60 | ||||
| 61 – 63 | ||||
| 64 – 67 | ||||
| Sр = n = 50 | Sра = 9 |
Для вычисления средней арифметической необходимо:
1. Найти в построенном вариационном ряду условный средний класс. В качестве условного среднего класса рекомендуется брать класс, который занимает центральное место в данном вариационном ряду и имеет наибольшее по сравнению с другими классами значение частот (р). В нашем примере условным средним классом будет четвертый класс с наибольшей встречаемостью вариант (р = 14) и варьированием веса в пределах 52 – 54 кг.
2. Выделить условный средний класс линиями и принять за нулевой.
3. Вычислить условное среднее значение нулевого класса. Его обозначают буквой А.
В нашем примере
1 Определить условное отклонение (а) каждого класса от нулевого путем вычитания порядкового номера нулевого класса от порядкового номера других классов. Вверх от класса, принятого за условный нулевой, получим натуральный ряд отрицательных чисел (–1, –2, –3 и т.д.), вниз – натуральный ряд положительных числе (+1, +2, +3 и т.д. в зависимости от класса).
2 Найти произведение частоты на условное отклонение для каждого класса (ра) и заполнить графу.
3 Найти сумму частот (Sр = n = 50).
4 Вычислить сумму произведений частот на условное отклонение. Она равна:
Sра = –25+34 =9.
5 Вычислить среднее арифметическое по формуле:
где А – условное среднее значение нулевого класса;
i – величина классового промежутка.
Таким образом, средний вес равен 53,5 кг.
Показатели изменчивости
Для суждения о степени изменчивости или вариабельности признаков в биометрии наиболее часто используются следующие показатели: – лимит или размах изменчивости; – среднее квадратическое или стандартное отклонение;Вычисление среднего квадратического отклонения для больших выборок
Задание. Вычислить среднее квадратическое отклонение (S) для данной группы спортсменов по весу 1 Составить вариационный ряд (табл. 14). 2 Определить частоту (р) значений веса в каждом классе.Нормированное отклонение
Нормированное отклонение – это показатель, характеризующий отдельную варианту или группу вариант. Обозначается буквой Н. Нормированное отклонение – это величина,…Ошибки статистических величин
Для изучения изменчивости того или иного признака берут не всех представителей, а только часть их (выборочную совокупность или выборку). В каждом… Ошибки статистических показателей обозначаются буквой m.Чтобы различать, к… Например: mx – ошибка средней арифметической,Критерий достоверности и достоверность разности между средними
Критерий достоверности позволяет определить, насколько велика допущенная в опыте ошибка. Его обозначают буквой tи… Если критерий достоверности больше 3 (t>3), то данные опыта достоверны, ошибка составляет около 5%. Если критерий…Построение вариантной кривой
Графическое выражение изменчивости признака, отражающее как размах вариации, так и частоту встречаемости отдельных вариант выполняются в виде вариационной кривой. Вариационная кривая (привести рисунок) строится при изучении количественных признаков, значение которых может быть выражено целым и дробным числом. На графике откладываются значения Хср, а также интервала Х ± S; Х ± 2S; Х ± 3S, а также Mo и Ме.
Мода (Мо) и медиана (Ме) являются дополнительными характеристиками среднего значения варьирующего признака в совокупности. Мода показывает, какая величина варианта (Хмо) данного признака чаще всего встречается в совокупности. Медиана указывает на то, какой вариант расположен в середине (центре) вариационного ряда, он делит совокупность на две равные части: с уменьшающимися и увеличивающимися значениями Х от медианы.
Использование Мо и МЕ особенно удобно для сопоставления совокупностей по качественным признакам. Например, модальный цвет кожи у европеоидной расы – белый, модальное число пальцев на руке – 5 и т.д. В нормальном распределении величины Хср, Мо и Ме совпадают.
При изучении же дискретных количественных признаков (количество детенышей в помете, число индивидуумов с доминантным признаком, количество зубов и т.д.) и качественных признаков – строится гистограмма. Следует помнить, что при изучении изменчивости качественных признаков (цвет глаз, волос, окраска венчика и др.) устанавливается частота в абсолютных значениях и % в каждом классе изменчивости и вычерчивается гистограмма, а другие показатели изменчивости не вычисляются.
Задание: Вычислить показатели изменчивости качественного и количественного признака по заданию преподавателя. Оформить работу в виде индивидуального задания. Объяснить значение всех вычисленных показателей изменчивости.
ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
| Биология: Учеб.: в 2 кн. Кн.1 / Ярыгин В.Н., Васильева В.Н., Волков И.Н., Синельщикова В.В. 8-е изд. М.: Высшая школа, 2006. 431с. |
| Генетика: Учебник для мед. вузов / Иванов В.И., Барышникова Н.В., Билева Д.С. и др.: под ред. В.И. Иванова. М.: Академкнига, 2007. 638с. |
| Пехов А.П. Биология с основами экологии: Учеб. для вузов. 6-е изд. испр. СПб.: Лань, 2006. 687с. |
Дополнительная литература
| Прокофьева-Бельговская А.А. Портрет на фоне Хромосом. / Отв. ред.: Ляпунова и Ю.Ф. Богданов; Сост. Ю.Ф. Богданов и др.: Рос. фонд фундам. исслед. М.: Научный мир, 2005. 317 с. |
| Асанов А.Ю. и др. Основы генетики и наследственных нарушений у детей: Учеб. пособие для вузов / А.Ю. Асанов, Н.С. Демикова, С.а. Морозов: Под ред. А.Ю. Асанова. М.: Академия, 2003. 215. |
| Бочков Н.П. Клиническая генетика.: Учебник для студентов мед. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ГОЭТАР–Мед, 2001. 447 с. |
| Гайворонский И.В. Атлас: Пороки развития и уродства человека. СПб, 2002. 127 с. |
| Лакин Г.Ф. Биометрия: Учебное пособие для биологич. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1990. 293 с. |
| Мамаева С.Е. Атлас хромосом постоянных клеточных линий человека и животных / РАН. Ин-т цитологии. М.: Научный мир, 2002. 234 с. |
| Медик В.А. Статистика в медицине и биологии: руководство: в 2 т. Т. 1: теоретическая статистика / В.А. Медик, М.С. Токмачев, Б.Б. Фишман; Под. ред. Ю.М. Комарова; Сев.-зап. отделение РАМН. М.: Медицина, 2000. 445 с. |
Содержание
| Введение | |
| Клинико-генеалогический метод | |
| Цитогенетический метод | |
| Популяционно-статистический метод | |
| Метод дерматоглифики и пальмоскопии | |
| Методы генетики соматических клеток | |
| Близнецовый метод | |
| Пренатальная диагностика наследственных заболеваний | |
| Медико-генетическое консультирование | |
| Построение вариационных рядов | |
| Статистические показатели для характеристики совокупности | |
| Показатели изменчивости | |
| Вычисление среднего квадратического отклонения для больших выборок | |
| Нормированное отклонение | |
| Ошибки статистических величин | |
| Критерий достоверности и достоверность разности между средними | |
| Построение вариантной кривой | |
| Литература |
Учебное издание
Кондратьева Вера Матвеевна
Максимюк Николай Несторович