Методические советы
Проблема пола в животноводстве имеет большое значение в связи с разной продуктивностью особей мужского и женского пола.
Сначала необходимо уяснить две формы определения пола, характерные для сельскохозяйственных животных: полигамное определение (пол потомка определяется в процессе образования гамет, например у птиц) и сингамное определение (пол потомка определяется в момент слияния гамет, например у млекопитающих).
В основе равного количества самок и самцов (1:1) у высших животных лежит хромосомный механизм определения пола. При этом мужской или женский пол детерминируется сочетанием половых хромосом Х и У. Остальные хромосомы, названные аутосомами (их набор обозначается буквой А), не влияют на развитие и формирование пола.
В хромосомном наборе самок млекопитающих содержится две гомологичные хромосомы Х. В хромосомном наборе самцов имеется лишь одна Х-хромосома, тогда как вторая половая хромосома – У-хромосома – не является ее гомологом и содержит другой генетический материал.
У самок млекопитающих образуется один тип гамет с гаплоидным набором аутосом и одной Х-хромосомой (А+Х), поэтому женский пол назван гомогаметным. У самцов формируется два типа гамет – с Х-хромосомой (А+Х) и с У-хромосомой (А+У), вследствие чего мужской пол гетерогаметен. У птиц, тутового щелкопряда и других видов женский пол гетерогаметный, а мужской – гомогаметный. Пол организма можно также представить, как альтернативный наследственный признак, в соотношение самок и самцов – соответствующим расщеплению 1:1 (50%:50%) при анализирующем скрещивании. Это можно проиллюстрировать на следующей схеме:
Млекопитающие Птицы
Р ♀ ХХ х ♂ ХУ ♀ ХУ х ХХ♂
Гаметы Х х Х У Х У х Х
F1 ХХ : ХУ ХХ : ХУ
Соотношение потомков
F1 ♀ 50% : 50% ♂ ♂ 50% : 50%♀
1 : 1 1 : 1
Наряду с характерным для высших животных хромосомным определением пола, у ряда видов существует и другие механизмы. Например, у дрозофилы и других насекомых пол особи определяется балансом генов, контролирующих формирование мужского и женского пола, которые локализованы в Х-хромосоме и в аутосомах: пол зависит от соотношения (баланса) числа Х-хромосом и наборов аутосом, то есть от соотношения Х:А. Эти факты объясняет балансовая теория, суть которой изложена в учебниках (1, с. 138-139; 3, с. 62-65).
Обратите внимание на признаки, сцепленные с полом; гены, контролирующие эти признаки, локализованы в половых хромосомах – в основном в Х-хромосоме, а У-хромосома содержит небольшое их число.
Особенности наследования признаков, сцепленных с полом и схемы скрещиваний представлены в учебниках (1, с.143-150; 3, с. 70-76; 4, 68-70).
В практике животноводства возникла необходимость преимущественного получения особей того или другого пола, что поставило перед генетикой проблему искусственного регулирования пола. Познакомьтесь с работами ученых СНГ, направленными на ее решение.
Большой интерес с точки зрения искусственной регуляции пола представляют нерегулярные типы полового размножения – партеногенез, андрогенез и гиногенез.
Литература: 1, с.134-152; 3, с. 60-77; 4, с. 63-74.
Вопросы для самопроверки
1 Чем отличаются наборы хромосом самок и самцов у млекопитающих и птиц?
2 Какой пол называется гомогаметным, а какой гетерогаметным?
3 Какие признаки называются сцепленными с полом? Каковы особенности их наследования?
4 Что такое гомозиготность?
5 В чем заключается сущность балансовой теории определения пола?
6 Как можно объяснить генетическую природу бисексуальности организмов?
7 Какие исследования свидетельствуют о возможности искусственной регуляции пола?
7. Молекулярные основы наследственности
Методические советы
В данном разделе изучаются следующие вопросы: структура и функции нуклеиновых кислот (ДНК, РНК); генетический код и его основные свойства; строение, функции и основные свойства гена; строение и функционирование генетического материала у прокариот (бактерий, вирусов, фагов, плазмид), генетическая инженерия, ее методы и практическое значение.
Необходимо вначале ознакомиться с экспериментами Ф.Гриффита и О.Эвери по генетической трансформации у пневмококков, в которых было доказано, что генетическая информация обусловлена дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК).
Важным открытием в молекулярной генетике явилось установление Дж.Уотсоном и Ф.Криком структуры молекулы ДНК в виде двойной спирали.
ДНК является полимером, состоящим из мономеров-нуклеотидов, который различается только одним из четырех азотистых оснований (аденин-А, гуанин-Г, цитозин-Ц, тимин-Т). Обратите внимание на правила Чаргаффа, согласно которому нити ДНК соединяются между собой на основе взаимодополняемости (комплементарности) этих оснований (А-Т, Г-Ц). Именно этот принцип лежит в основе репликации (самоудвоения) ДНК- каждая одиночная нить как бы достраивает дочернюю комплементарную нить. У всех живых организмов основные черты строения ДНК одинаковы, а ее специфичность определяется различной последовательностью азотистых оснований.
После ознакомления со строением и особенностями репликации ДНК переходите к изучению строения, типов и функции РНК, при этом выясните остальные отличия РНК от ДНК. Обратите внимание на размеры молекул разных типов РНК.
В соответствии с центральной догмой Ф. Крика, генетическая информация от гена к молекуле белка передается по схеме:
транскрипция
----- ®
ДНК ¬---- РНК -------® белок
репликация обратная транскрипция транляция
После изучения этих вопросов необходимо внимательно ознакомиться с проблемой генетического кода и биосинтеза белка. В 50-60 годы установлены основные понятия генетического кода: нуклеотид ДНК или РНК – это “буква языка”; триплет или кодон (три нуклеотида) – “Слово языка” – соответствует аминокислоте, а ген (около 1000 пар азотистых оснований) – “фраза”, в соответствии с которой синтезируется полипептидная цепь. Генетический код состоит из 64 триплетов (43=64), кодирующих 20 аминокислот (3, с. 90-92).
Ознакомившись с генетическим кодом синтеза белка, рассмотрите процесс синтеза полипептидной цепи аминокислот в цитоплазме. В нем участвуют рибосомы, и-РНК, т-РНК, ферменты. Это последний этап перехода генетической информации от гена к структуре белка, или трансляция.
В целях закрепления этого материала решите несколько задач имеющихся в вопросах для контрольной работы (№ 112-117) и в практикуме по генетике (2,с. 197-207).
В современном понимании ген представляет собой целостную структуру, состоящую из определенного участка ДНК. Он является элементарной единицей наследственности, стойко воспроизводящейся в поколениях и контролирующей развитие определенного признака. Особое внимание обратите на основные свойства гена, а именно:
1) постоянство (стабильность ДНК, стабильность фенотипа);
2) дискретность (существование конкретного гена как строго очерченного участка ДНК на фоне непрерывной последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК);
3) аллельность (существование гена в двух или в нескольких состояниях, имеющих различные фенотипические проявления);
4) другие свойства (градуальность, специфичность, способность к плейотропии и полимерии).
Отметьте, что в составе генов имеются транскрибируемые участки, несущие информацию о структуре белка (экзоны); участки, не несущие такой информации (интроны); а также регуляторные участки для опознания гена и точки начала считывания при транскрипции.
Литература: 2, 197-214; 3, с. 77-102; 4, с. 74-91;
Вопросы для самопроверки
1 В чем состоит биологическая роль нуклеиновых кислот?
2 Какова структура ДНК по Уотсону и Крику? Что лежит в основе видовой специфичности ДНК?
3 Как осуществляется синтез ДНК?
4 Каково строение РНК? Как синтезируется РНК?
5 Какие типы РНК Вы знаете и какова их роль в синтезе белка?
6 Что такое транскрипция?
7 Что означает термин «трансляция»?
8 Что такое кодон, экзон, интрон, ген?
9 В чем заключается сущность генетического кода?
10 Как осуществляется реализация наследственной информации с гена на белок?