Карты хромосом - раздел Биология, Предмет и методы генетики После Того Как Была Установлена Связь Генов С Хромосомами И Обнаружено, Что Ч...
После того как была установлена связь генов с хромосомами и обнаружено, что частота кроссинговера всегда вполне определенная для каждой пары генов, расположенных в одной группе сцепления, встал вопрос о пространственном расположении генов в хромосомах. На основе анализа генетических исследований Т. Морган и его ученик А. Стертевант выдвинули гипотезу линейного расположения генов в хромосоме. Изучение взаимоотношений между тремя генами при неполном сцеплении показало, что частота (процент) перекреста между первым и вторым, вторым и третьим, первым и третьим генами равна сумме или разности между ними. Так, в одной группе сцепления расположены 3 гена — А, В, С. Оказалось, что процент перекреста между генами АС равен сумме процентов перекреста между генами АВ и ВС, частота перекреста между генами АВ оказалась равной АС — ВС, а между генами ВС = АС — АВ. Приведенные данные соответствуют геометрической закономерности в расстояниях между тремя точками на прямой. На этом основании был сделан вывод: гены расположены в хромосомах в линейной последовательности на определенных расстояниях друг от друга.
На основании анализа частоты кроссинговера между генами к настоящему времени для многих видов животных и растений построены карты хромосом. Картой хромосом называется план расположения генов в хромосоме.
Кестл провел опыт анализирующего тригибридного скрещива- ния кроликов с тройными рецессивами с целью выяснения сцепления между такими генами:
сплошная окраска — С, гималайская окраска — с*1;
белый жир — Y, желтый жир — у;
черная окраска — В, коричневая окраска — Ъ.
В результате анализирующего скрещивания было получено 908 кроликов восьми разных фенотипов соответственно количеству разных сортов гамет (табл. 4). Численное соотношение особей разных фенотипических классов указывало на отсутствие" независимого наследования по этим трем парам аллелей. Нужно было установить порядок расположения этих генов в хромосоме. Поскольку известно, что численность гамет родительских форм должна значительно превышать численность кроссоверных гамет, то можно прийти к выводу, что родительские комбинации генов были с*]КВ и СуЪ (276 + 275 = 551). Они составляли от общего числа 60,7 %. Далее при анализе исходим из того, что двойных перекрестов должно быть значительно меньше, чем одинарных. Меньше всего было комбинаций с**уВ и CYb (7 + 16 = = 23) — 2,5 %. Генотипы этих кроликов отличались отродитель-ских только тем, что Y и у поменялись местами. Так могло произойти только при двойном перекресте, и это является подтверждением того, что расположение генов было именно таким. Вычисляем частоту одиночных перекрестов. От одиночного перекреста да первом участке образовались гаметы CYB и chyb (рис. 15). Случаев одиночного перекреста на первом участке бтыло 101 (55 + 46), или 11,1 %. В результате одиночного перекреста на втором участке образовались гаметы cfiYb и Су В и получено особей 233 (125 + 108), или 25,7 %. Для того чтобы определить более правильно частоту одиночных перекрестов, мы должны к каждому из них прибавить величину двойного перекреста — 2,5 %, так как двойной перекрест проходил по обоим участкам хромосомы. Следовательно, частота кроссинговера на
первом участке между генами с* и у составит 13,6 % (11,1 + 2,5). На втором участке между генами у и Ь — 28,2 % (25,7 + 2,5). Отсюда общая протяженность обоих участков, или процент перекреста между генами с* и Ъ составит 41,8 (13,6 + 28,2). Расстояние между генами с* и b можно определить и путем учета общего числа одиночных перекрестов (без включения двойных перекрестов). Оно составляет 36,8 %. Прибавив к этому удвоенный процент двойных перекрестов, т. е. 5,0 % (2,5 ■ 2), получим 41,8 %, что совпадает с результатами уже сделанного расчета по сумме перекрестов на каждом из участков. Теперь можно проверить, насколько фактическая величина двойного перекреста совпадает с теоретически ожидаемой. Теоретически ожидаемую величину рассчитывают путем перемножения процентов перекреста между генами на первом и втором участках, т. е. (13,6 : 100)(28,2 : 100)100 = 3,83 %. Фактически их было 2,5 %. Уменьшение числа ожидаемых двойных кроссоверов показывает, что кроссинговер на одном участке влияет на прохождение обмена на соседнем участке.
Явление торможения кроссинговера на одном участке кроссинго-вером на другом получило Название интерференции. Чем меньше будет расстояние, разделяющее три гена, тем больше интерференция.
Принимая во внимание линейное расположение генов в хромосоме, взяв за единицу расстояния частоту кроссинговера, Морган с сотрудниками составили первую карту расположения генов в одной из хромосом дрозофилы. Затем были составлены карты других ее хромосом. Оказалось, что установленное распределение генов в хромосоме является общебиологической закономерностью. К настоящему времени составлены карты хромосом для животных и растений многих видов. Если для какого-то вида установлена группа сцепления, которая содержит три и более гена, можно составить план их расположения в хромосоме. Так, в разобранном выше примере кроссинговер между генами с* и у обнаружен у 13,6 % кроликов, между генами у и Ь — у 28,2, а между генами с" и Ъ с учетом двойного перекреста — у 41,8 % животных. Ген Ъ не может быть расположен между генами с* и у, так как расстояние его от гена с* значительно больше, чем между генами с* и у (41,8 % против 13,6 %). Следовательно, три изученных гена расположены в хромосоме в таком порядке: Внизу цифрами указано расстояние между генами. Далее устанавливают сцепление хотя бы одного из этих генов с каким-то четвертым геном и снова проводят анализирующее скрещивание, выявляя частоту кроссинговера между вновь изучаемым геном и прежними хотя бы двумя уже изученными. На основании величины кроссинговера определяют его место в отношении к известным генам. При построении карт в хорошо изученных хромосомах указывают не расстояние между генами, а расстояние до каждого гена от нулевой точки начала хромосомы.
Для лучшего усвоения материала нами везде доминантный аллель обозначается прописной буквой, рецессивный — строчной. В специальной литературе и при построении карт хромосом название (символ) гена может включать от 1 до 4 букв. Берется такое минимальное количество букв, чтобы сокращенное обозначение не совпало с любым другим обозначением генов данного вида организмов. При сокращении символа гена, как правило, ' берут первую букву названия признака и в случае необходимости добавляют буквы из середины или конца слова либо из других слов, входящих в название. Для обозначения генов рекомендуется использовать прилагательные или существительные латинского или английского языка. Например, гены курицы обозначают: Barring — В (оперение полосатое); Crest — Сг (черепно-мозговая грыжа); Prenatal — pn (гибель на поздней стадии инкубации).
После построения генетических карт встал вопрос о том, отвечает ли расположение генов в хромосоме, построенное на основании частоты кроссинговера, истинному расположению. С этой целью генетические карты нужно было сравнить с цитологическими. В 30-х годах нашего столетия Пайнтер открыл в слюнных железах дрозофилы гигантские хромосомы, строение которых можно было изучать под микроскопом. Хромосомы эти имеют характерный для них поперечный рисунок в виде дисков разной толщины, которые окрашиваются кармином. Каждая хромосома по длине имеет специфические рисунки дисков, что позволяет отличать разные ее участки друг от друга. Появилась возможность сверить генетические карты с фактическим расположением генов в хромосомах. Материалом для проверки служили хромосомы, у которых вследствие мутации возникали различные хромосомные перестройки: или не хватало отдельных дисков, или они были перевернуты, или удвоены и т. д. Диски служили маркерами, с их помощью определяли характер хромосомных перестроек и место расположения генов, о существовании которых было известно на основании данных генетического анализа. При сопоставлении генетических карт хромосом с цитологическими было установлено, что каждый ген находится в определенном месте (локусе) хромосомы и что гены в хромосомах расположены в определенной линейной последовательности. В то же время было обнаружено, что физические расстояния между генами на генетической карте не вполне соответствуют установленным цитологически. Однако это не снижает ценности генетических карт хромосом для предсказания вероятности появления особей с новыми сочетаниями признаков.
На основании анализа результатов многочисленных экспериментов с дрозофилой Т. Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности, сущность которой заключается в следующем: 1) гены находятся в хромосомах, располагаются в них линейно на определенном расстоянии друг от друга; 2) гены, расположенные в одной хромосоме, относятся к одной группе сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному числу хромосом; 3) признаки, гены которых находятся в одной хромосоме, наследуются сцепленно; 4) в потомстве гетерозиготных родителей новые сочетания генов, расположенных в одной паре хромосом, могут возникать в результате кроссинговера в процессе мейоза. Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами; 5) на основании линейного расположения генов в хромосоме и частоты кроссинговера как показателя расстояния между генами можно построить карты хромосом.
Все темы данного раздела:
МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ
Специфические методы генетики.
1. Гибридологический метод (открытый Менделем). Основные черты метода:
а). Мендель учитывал не весь многообразный комплекс признаков у родите
Предмет генетики.
Наследственность — это воспроизведение жизни (Н. П. Дубинин). Изменчивость — это возникновение различии между организмами по ряду признаков и свойств.
Наследственность, изменчивос
Виды изменчивости.
Выделяют следующие виды изменчивости: мутационную, ком-бинативную, коррелятивную и модификационную.
Мутационная изменчивость. Мутация — стойкое изменение в структуре ДНК и кариотипе
Роль ядра и других органелл в прередаче, сохранения и реализации наследственной информации.
Организм животных состоит из миллиардов клеток, и все они ведут начало от двух половых клеток (гамет) — отцовского спер-мия и материнской яйцеклетки. При слиянии гамет — о
РОЛЬ ЯДРА И ЦИТОПЛАЗМЫ В НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Ядро — основной компонент клетки, несущий генетическую информацию. Оно может находиться в двух состояниях: покоя — интерфазы и деления — митоза или мейоза. Интерфазное ядро представляет собой кругл
Морфологическое строение и химический состав хромосом.
При микроскопическом анализе хромосом прежде всего видны различия их по форме и величине. Строение каждой хромосомы сугубо индивидуальное. Можно заметить также, что хромосомы обладают общими морфол
Кариотип и его видовые ообенности.
Анализ хромосом в клетках животных и растений разных видов позволил выявить ряд общих закономерностей, имеющих важное значение при изучении явлений наследственности и изменчивости. Установлено, чт
Роль генотипа и условий среды в формировании фенотипа.
Фенотип каждого организма формируется под влиянием генотипа и условий среды. Генотип определяет норму реакции организма — границы изменчивости выражения признака под влиянием и
Особенности гаметогенеза самцов и самок.
Процесс развития половых клеток носит название гаметогене-за. У самцов этот процесс называется спермиогенезом, а у самок — овогенезом (рис. б). Половые клетки в развитии после
Полиплоидия и ее значения.
Полиплоидия (тут- «полп» -^* много, «плоид» -*- складывать) увеличение числа хромосом, кратное (эуплоидия) и некратное
(анэуплоидия) гаплойдному набору: 3н - триплоид 4н тетраплоид.
Паталогии мейоза и митоза и ее значения.
Патология мейоза.Основная патология мейоза — нерасхождение хромосом. Оно может быть первичным, вторичным и третичным. Первичное нерасхождение возникает у особей с нормальным кар
Оплодотворение
Оплодотворение— процесс слияния яйцеклетки со сперматозоидом. Яйцеклетка^— женская гамета (половая клетка) -*- ужи-вотных образуется в ядониках. Она формируется в результате оогенеза и соде
ОСОБЕННОСТИ ГИБРИДОЛОГИЧЕСКОГО МЕТОДА МЕНДЕЛЯ
Сущность гибридологического метода заключается в следующем:
1) для скрещивания выбирают родительские формы, четко
различающиеся по одной, двум или трем парам контрастных,
ЗАКОН ЕДИНООБРАЗИЯ ГИБРИДОВ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Мендель избрал для анализа семь пар четко различающихся признаков: форма семян — круглая или морщинистая, окраска семядолей — желтая или зеленая, окраска цветков — пурпурная или белая, рост растени
ЗАКОН РАСЩЕПЛЕНИЯ
В следующем опыте путем скрещивания между собой гибридов первого поколения Мендель получил второе поколение, в котором наряду с доминирующими признаками проявились и рецессивные. Появление во втор
АЛЛЕЛИ. МНОЖЕСТВЕННЫЙ АЛЛЕЛИЗМ
Аллельными генами (аллелями) называют гены, расположенные в одинаковых точках (локусах) парных гомологичных хромосом. Аллели оказывают влияние на развитие одного и того же признака организм
АНАЛИЗИРУЮЩЕЕ СКРЕЩИВАНИЕ. ПРАВИЛО ЧИСТОТЫ ГАМЕТ
Мендель провел опыт по скрещиванию гибридов первого поколения с растениями гороха исходных родительских сортов. Скрещивание гибридов первого поколения (Аа) с особями, сходными по генотипу
Полигибридное скрещивание.
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 семенам
Плейотропное действие генов.
Плейотропия.Это влияние одного гена на развитие двух и более признаков (множественное действие гена). Так, Д. К. Беляев и А. И. Железнова установили, что у норок большинство мутац
Полимирия.
Иногда на формирование признака влияют две или несколько пар неаллельных генов. Проявление признака в этом случае зависит от характера их взаимодействия в процессе развития организма. В первом по
Летальные гены.
Изменение расщепления по фенотипу в отношении 3:1 во втором поколении моногибридного скрещивания бывает связано с разной жизнеспособностью зигот Ф2. Разная жизнеспособность зигот мэжет быть обуслов
СЦЕПЛЕННОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ
Мы познакомились с дигибридным скрещиванием и уяснили, что независимое комбинирование признаков объясняется тем, что расщепление одной пары аллельных генов, определяющих соответствующие признаки, п
ПОЛНОЕ СЦЕПЛЕНИЕ
Т. Морган скрещивал черных длиннокрылых самок с серыми с зачаточными крыльями самцами. У дрозофилы серая окраска тела доминирует над черной, длиннокрылость — над зачаточными крыльями. Обозначим ге
НЕПОЛНОЕ СЦЕПЛЕНИЕ
В следующем опыте, так же как и в предыдущем, Морган скрещивал черных длиннокрылых самок с серыми зачаточно-крылыми самцами. В первом поколении получил все потомство серое длиннокрылое. Затем снова
Картирование хромосом.
Сущность соматического кроссинговера заключается в том, что он осуществляется при митотическом делении соматических клеток главным образом эмбриональных тканей. Кроссинговер происходит меж
Гомо и гетерогаметный пол
В ходе эволюции у большинства раздельнополых организмов сформировался механизм детерминации пола, обеспечивающий образование равного количества самцов и самок, что необходимо для
НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ, ОГРАНИЧЕННЫХ ПОЛОМ
Наследование признаков, контролируемых генами, локализованными в аутосомах, но фенотипически проявляющихся исключительно или преимущественно у одного пола, — есть наследование, ограниченное п
ПРОБЛЕМА РЕГУЛЯЦИИ ПОЛА
Проблема регуляции пола вытекает из необходимости увеличения продукции животноводства за счет преимущественного получения особей одного вида, дающих более высокий выход молока, мяса, шерсти, яиц и
НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ, СЦЕПЛЕННЫХ С ПОЛОМ
Причины более высокой смертности среди самцов млекопитающих можно объяснить исходя из особенностей наследования признаков, сцепленных с полом. Явление сцепленного с полом наследования впервые откр
Нуклеиновые кислоты, доказательства их роли в наслндственности.
Генетическая информация реализуется в процессе биосинтеза белков. Все основные свойства живых существ определяются структурой и функцией белковых молекул. В последние 40 лет в ряде лаборатор
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Нуклеиновые кислоты впервые открыл И. Ф. Мишер в 1868 г. Он выделил из ядер клеток особое вещество кислотной природы и назвал его нуклеином. Впоследствии ему дали название «нуклеиновая кислота». Б
ДНК РНК
Пуриновые основания Аденин, гуанин Аденин, гуанин
Пиримидиновые основания Цитозин, тимин Цитозин, урацил
Углеводный компонент Дезоксирибоза Рибоза
Об
СТРОЕНИЕ И ТИПЫ РНК
Многочисленными исследованиями было установлено, что синтез белка в клетке происходит не в ядре, где находится ДНК, а в цитоплазме. Следовательно, сама ДНК не может служить матрицей для синтеза бе
Репликация ДНК
Репликация (удвоение) ДНК.ДНК находится в хромосомах, и репликация ее происходит перед каждым удвоением хромосом и делением клетки. Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили схему уд
Генетический код и его свойства.
Представление о том, что генетическая информация о структуре белковых молекул зашифрована в ДНК путем определенного расположения нуклеотидов, конкретизировал Ф. Крик в гипотезе последовательност
СИНТЕЗ БЕЛКА В КЛЕТКЕ
В настоящее время можно считать установленным, что наследственность реализуется в процессе биосинтеза белка. Синтез ферментов и других белков, необходимых для жизнедеятельности и развития организм
КОНЪЮГАЦИЯ
Конъюгация — перенос генетического материала от одной бактериальной клетки (донора) к другой (реципиенту) при их непосредственном контакте. Процесс конъюгации у бактерий обнаружили Дж. Ле
ТРАНСДУКЦИЯ
Трансдукция — перенос генов из одной бактериальной клетки в другую при помощи бактериофага. Впервые это явление установили в 1952 г. Н. Зиндер и Дж. Ледерберг. Они проводили исследования на
ТРАНСФОРМАЦИЯ
Трансформация — поглощение изолированной ДНК бактерии донора клетками бактерии реципиента. Явление трансформации кратко освещено при изложении доказательств роли ДНК в наследственно
МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ.
В предыдущих главах отмечено одно из основных свойств кариотипа, ДНК и ее участков (генов) — сохранять постоянство внешнего и внутреннего строения. Морфофункциональная устойчивость генетического м
ХРОМОСОМНЫЕ МУТАЦИИ
Изменения кариотипа могут быть количественными, структурными и одновременно теми и другими. Рассмотрим отдельные формы изменения хромосом (см. схему).
Числовые мутации кариотипа.
ГЕННЫЕ МУТАЦИИ
По характеру действия генные мутации могут быть доминантными или рецессивными. Чаще мутантный ген обладает рецессивным эффектом. Нормальный аллель подавляет при этом действие измен
РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА иРНК И БЕЛКА
Все клетки организма, как бы они ни были дифференцированы, как правило, тождественны по генотипу. В каждой клетке 'имеются все хромосомы и весь набор свойственных данному организму генов. Однако к
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФАГА С БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКОЙ
К клеточной стенке бактерий фаги прикрепляются концевыми нитями отростков. Затем оболочка бактерии растворяется с помощью фермента лизоцима, белковый чехол хвостового отростка сокращается и через
СТРОЕНИЕ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ
Химический состав клеток бактерий в основном такой же, как и клеток высокоорганизованных организмов. Клетки бактерий окружены оболочкой, внутри которой находятся цитоплазма, ядерный аппарат, рибосо
СТРОЕНИЕ И РАЗМНОЖЕНИЕ ВИРУСОВ
Вирусы относятся к микроорганизмам, хотя резко отличаются от всех известных клеточных форм жизни. Частицы вирусов очень малы (от 20 до 450 нм). С помощью электронного микроскопа обнаружено, что он
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФАГА С БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКОЙ
К клеточной стенке бактерий фаги прикрепляются концевыми нитями отростков. Затем оболочка бактерии растворяется с помощью фермента лизоцима, белковый чехол хвостового отростка сокращается и через
Анеуплоидия.
Числовые аномалии кариотипа (анеуплоидия). Числовые аномалии хромосом относят к вновь возникающим мутациям. Однако имеются исследования, которые показывают, что может быть семейная предрасположенно
Транслокации.
Структурные мутации хромосом. Транслокации. Наибольшее количество исследований у крупного рогатого скота проведено по изучению частоты и влияния на плодовитость центрического слияния — тран
Генетические анамалии у с.х. животных
У сельскохозяйственных животных известны десятки аномалий, возникновение которых связано с рецессивными или доминантными мутациями генов. Эти аномалии встречаются в отдельных популяциях с разной
ПРОСТОЙ АУТОСОМНЫЙ РЕЦЕССИВНЫЙ ТИП НАСЛЕДОВАНИЯ
Этим термином пользуются, когда аномалия обусловлена одним рецессивным геном, локализованным в аутосоме. Иногда употребляют термин моногенно-аутосомный тип наследования, что является синонимом. Ано
АУТОСОМНЫЙ ДОМИНАНТНЫЙ ТИП НАСЛЕДОВАНИЯ
Признаки, обусловленные доминантными генами, как правило, проявляются в гетерозиготном состоянии. Возможный вариант скрещивания и характер расщепления следующие (табл. 40). При таком доминантном
СЦЕПЛЕННЫЙ С Х-ХРОМОСОМОЙ ТИП НАСЛЕДОВАНИЯ
В дополнение к главе «Генетика пола» отметим следующее. Гены, локализованные в Х-хромосоме, могут проявлять доминантный или рецессивный эффект. Возможные варианты скрещиваний и расщеплений при сц
МУЛЬТИФАКТОРИАЛЬНОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ
Развитие исследований в генетике, в том числе и ветеринарной, привело к выводам о том, что далеко не при всех формах или даже случаях патология — простой менделирующий признак. Часто она обусловле
Практическое значение закона.
ПОПУЛЯЦИЯ И «ЧИСТАЯ ЛИНИЯ»
По Н. В. Тимофееву-Ресовскому, популяция — это совокупность особей данного вида, в течение длительного времени (большого числа поколений
СТРУКТУРА СВОБОДНО РАЗМНОЖАЮЩЕЙСЯ ПОПУЛЯЦИИ. ЗАКОН ХАРДИ - ВАЙНБЕРГА
Харда' и Вайнберг провели математический анализ распределения генов в больших популяциях, где нет отбора, мутаций и смешивания популяций. Они установили, что такая популяция находится в состоянии
ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Генная инженерия — раздел биотехнологии, связанный с целенаправленным конструированием in vitro новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке и синтезирова
ЗНАЧЕНИЕ ГРУПП КРОВИ ДЛЯ ПРАКТИКИ
Контроль достоверности происхождения животных.Одна из главных областей практического применения групп крови — контроль происхождения животных. Такое их использование вызвано тем,
ЗНАЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКОГО ПОЛИМОРФИЗМА
Биохимические полиморфные системы белков используются для следующих целей:
1) изучения причин и динамики генотипической изменчивости, составляющей основу эволюционной генетики;
2
Генетический груз популяций
В ходе длительной эволюции животных наряду с полезными мутациями, подхватываемыми отбором, в популяциях или породах накопился определенный спектр генных и хромосомных мутаций. Каждое поколение по
Методы получения трансгенных животных
Трансгеноз — экспериментальный перенос генов, выделенных из определенного генома или искусственно синтезированных, в другой геном. Животные, в геном которых интегрируют чужеродные гены, наз
Новости и инфо для студентов