Лекция 2. ИСТОРИЯ ГЕНЕТИКИ

Вопросы:

1. Генетические исследования Г. Менделя и его предшественников

2. Классический этап развития генетики (1900-1926)

3. Неоклассический этап развития генетики (1926-1953)

4. Синтетический этап развития генетики (1953 по настоящее время)

Генетические исследования Г. Менделя и его предшественников.Явления наследственности и изменчивости признаков были известны с древнейших времен. Сущность этих явлений была сформулирована в виде пословиц и поговорок: «Яблочко от яблони недалеко падает», «От худого семени не жди доброго племени», «Не в мать, не в отца, а в прохожего молодца» и т.д.

Натурфилософы античного мира пытались объяснить причины сходства и различия между родителями и их потомками, между братьями и сестрами, механизмы определения пола, причины рождения близнецов.

Активное изучение характера и способов передачи признаков потомству при гибридизации у растений и животных было продолжено в XVII в. В 1694 г. немецкий ботаник Р. Камерариус (1665-1721) разработал методику постановки опытов по гибридологическому анализу.

В 1760 г. немецкий ученый И. Г. Кёльрейтер (1733-1806) осуществил первые опыты по искусственному опылению у растений и доказал, что в формировании признаков у потомков принимают участие оба растения-родителя.

В конце XVIII – начале XIX в. английский селекционер Т. Э. Найт (1759-1838), проводя скрещивание различных сортов гороха, обнаружил дискретность или неделимость наследственного материала при различных скрещиваниях.

В середине XIX в. французские ботаники О. Сажрэ (1763-1851) и Ш. Ноден (1815-1899) проводили исследования с гибридами тыквы. О. Сажрэ обнаружил феномен доминантности. Ш. Ноден не совсем успешно пытался количественно исследовать перекомбинации наследственных задатков при скрещивании. Однако раскрыть механизмы наследственности и изменчивости долгое время не удавалось. Для объяснения феноменов наследственности и изменчивости использовались концепции наследования благоприобретенных признаков, изменчивости признаков под прямым влиянием среды и т. д.

Недостатки, присущие опытам Ш. Нодена и его предшественников, были устранены в работе чешского ботаника-любителя Грегора Иоганна Менделя, сформулировавшего количественные закономерности, сопровождающие формирование гибридов. Мендель ввел понятие доминантного и рецессивного признаков, а также впервые сумел дать количественную оценку частотам проявления рецессивных форм среди общего числа потомков при скрещивании. Были установлены количественные закономерности расщепления и определены соотношения доминантных и рецессивных задатков среди форм, по внешнему виду не отличимых от доминантных, но являющихся смешанными по своей природе. Таким образом, Мендель вплотную подошел к проблеме соотношения между наследственными задатками и определяемыми ими признаками организма.

Классический этап развития генетики (1900-1926). Связан с переоткрытием законов Менделя. Законы наследственности были открыты повторно в 1900 г. одновременно и независимо друг от друга Гуго Мари де Фризом, Карлом Эрихом Корренсом и Эрихом фон Чермаком. В начале ХХ века ученые, исследовавшие живые клетки, обнаружили в них материальные структуры, роль и поведение которых могли быть однозначно связаны с закономерностями, выявленными Г. Менделем. Такую связь усмотрел в 1903г. У. Саттон. Т. Бовери представил доказательства в пользу участия хромосом в процессе передачи наследственности. Установлением факта, что именно хромосомы несут наследственную информацию, Саттон и Бовери положили начало новому направлению в биологии. В результате этого открытия появилась хромосомная теория наследственности, в формировании и обосновании которой большая заслуга принадлежит Томасу Ханту Моргану (1866-1945).

Неоклассический период развития генетики (1926-1953).Связан с молекулярными и биохимическими исследованиями механизма наследственной изменчивости. Решающим событием в этот период было открытие мутаций. Систематическому изучению мутаций положили начало работы Гуго де Фриза, который предложил термин «мутации» в 1901г.

Крупнейшим достижением было обнаружение возможности искусственно вызывать мутации при помощи разнообразных физических и химических агентов. В 1925 г. Георгий Адамович Надсон (186701940) вместе с учениками установил воздействие радиоизлучения на наследственную изменчивость грибов. Американский генетик Герман Джозеф Меллер (1890-1967) обнаружил в 1927г. в опытах с дрозофилами сильное мутагенное действие рентгеновских лучей. За открытие искусственного мутагенеза Г. Меллеру была присуждена в 1946 году Нобелевская премия.

В неоклассический период развития генетики исследовались проблемы структуры самого гена. Еще в 1928 г. в лаборатории А. С. Серебровского в Биологическом институте им. К. А. Тимирязева Николай Петрович Дубинин обнаружил необычную мутацию, свидетельствующую о том, что ген не является неделимой структурой, а представляет собой область хромосомы, отдельные части которой могут мутировать независимо друг от друга. Это явление было названо ступенчатым аллеломорфизмом. Окончательно мутационная дробимость гена была подтверждена в работах М. Грина (1949), Э. Льюиса (1951) и Г. Понтекорво (1952).

Синтетический период развития генетики. Начался в 1953 году и был тесно связан с развитием молекулярной биологии. В 1944г. было доказано, что генетические функции в клетке выполняют особые макромолекулы ДНК, а в 1953г. Ф. Крик и Дж. Уотсон выявили пространственную структуру ДНК и создали ее модель в виде двойной спирали. В сравнительно короткий срок развития молекулярной биологии были установлены природа гена и основные принципы его организации, воспроизведения и функционирования, расшифрован генетический код, выявлены и исследованы механизмы образования белка в клетке, в которой фундаментальную роль играет пространственно ориентированная полипептидная цепь. На базе молекулярной биологии в 70гг. начали развиваться методы генной инженерии, а также методы выделения в чистом виде фрагментов ДНК. Начинается экспериментальная работа по клонированию организмов и в 1997г. появляется первый клон млекопитающего – овца Долли.

Большим достижением было установление С. Бензаром минимальной длины участка гена, передающейся при кроссинговере.

Следующим важным шагом в изучении генетического материала было подразделение всех генов на два типа: регуляторные, дающие информацию о строении регуляторных белков, и структурные, кодирующие строение остальных полипептидных цепей. Экспериментальное доказательство этой идеи было разработано Ф. Жакобом и Ж. Моно в 1961г.