Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛЕКЦИЯ № 5. СЦЕПЛЕНИЕ И КРОССИНГОВЕР.
План:
Явление сцепления.
Сцепленное наследование и кроссинговер.
Генетическое доказательство кроссинговера.
Цитологическое доказательство кроссинговера.
Величина перекреста и линейное расположение генов в хромосоме.
Двойной кроссинговер.
Интерференция и индекс совпадения.
Учет кроссинговера при тетрадном анализе у гаплоидных организмов.
Уже в 1906 году В. Бэтсон и Р. Пеннет при скрещивании растений душистого горошка
получили результаты, которые не укладывались в рамки известного тогда независимого типа наследования. Для объяснения полученных в этих скрещиваниях явлений Бэтсон и Пеннет предложили гипотезу « притяжения – отталкивания « наследственных факторов. По этой гипотезе факторы, привносимые в зиготу от одной родительской формы испытывают притяжение при редукционном делении и в большом числе случаев попадают в одну гамету, на факторы же вносимые в зиготу от разных родительских форм, действуют силы отталкивания и поэтому в одну гамету они попадают реже, чем первые.
Гипотеза « притяжение – отталкивание « была чисто умозрительной и поэтому не могла объяснить материального механизма, в результате которого у гибридов первого поколения, образовывалось неодинаковое количество гамет с разным сочетанием факторов. Наблюдавшиеся в опытах многих исследователей случаи « притяжения – его ученики обнаружилиотталкивания « факторов до 1910 года относили к редким, случайным исключениям из правил независимого комбинирования признаков.
Однако оценка этого явления резко изменилась после того, как в 1910-1911гг. Томас Гент Мор и его ученики обнаружили многочисленные случаи притяжения и отталкивания у плодовой мушки Drosophila melanogaster. Выяснилось, что многие гены у плодовой мушки наследуются не независимо друг от друга, а взаимно притягиваются или отталкиваются, причем гены, показывающие такое взаимодействие, оказалось возможным подразделить на несколько групп, в пределах которых все гены показывали более или менее сильно выраженное притяжение или отталкивание.
На основании анализа результатов этих исследований Т.Г. Морган высказал предположение, что притяжение имеет место между неаллеломорфными генами, расположенными в одной хромосоме, и сохраняется до тех пор, пока эти гены не будут отделены друг от друга в результате разрыва хромосом во время редукционного деления, а отталкивание имеет место в тех случаях, когда изучаемые гены расположены в разных хромосомах одной и той же пары гомологичных хромосом.
Однако следует, что притяжение и отталкивание генов – различные стороны одного процесса, материальной основой которого является различное расположение генов в хромосомах. Поэтому Морган предложил отказаться от двух отдельных понятий «притяжение» и «отталкивание» генов и заменить одним общим понятием СЦЕПЛЕНИЕ генов, считая, что оно зависит от расположения их в пределах одной хромосомы в линейном порядке.
На основе генетического анализа выяснилось, что независимое комбинирование признаков возможно лишь в том случае, когда гены находятся в разных хромосомах. Вместе с тем, хотя число пар хромосом, характерных для каждого вида, сравнительно невелико и строго постоянно, число признаков и свойств организма, контролируемых генами, огромно. Объясняется это явлением сцепленного наследования генов, а также явлением кроссинговера или перекреста.
При скрещивании по двум признакам ( дигибридное скрещивание ) генотипы родительских организмов при скрещивании записываются так: ААВВ+аавв или ААвв+ааВВ. Когда аллели генов А и В находятся в разных хромосомах, то развернутая запись таких генотипов будет показана с использованием тех хромосом, на которых они расположены. Если две аллельные пары генов Аа и Вв находятся в одной хромосоме, то в случае полного сцеплении между генами дигетерозигота АаВв при скрещивании по типу анализирующего ( анализатор – аавв ) даст два фенотипических класса: АаВв и аавв в отношении 1:1. Если же сцепление генов в хромосоме неполное, фенотипических классов будет четыре и соотношение особей в каждом классе будет различным, т.е. соотношение 1:1:1:1 нарушается. В отличие от этих двух видов скрещиваний при свободном комбинировании генов, т.е. когда гены расположены в разных хромосомах, дигетерозигота в анализирующем скрещивании даст четыре фенотипических класса в соотношении – 1:1:1:1.
Таким образом, гены, находящиеся в одной паре гомологичных хромосом, наследуются вместе и не расходятся в потомстве, т.е. при гаметогенезе попадают обязательно в одну гамету. Их потомство гибридов второго поколения, и у гибридов возвратного скрещивания будут иметь признаки в той же комбинации, что и у родительских форм.
Гены, расположенные в одной паре гомологичных хромосом и наследуемые вместе целой группой, образуют группу сцепления. Совместное наследование генов, ограничивающее их свободное комбинирование, называется сцепленным наследованием.
Группу сцепления образуют все гены, локализованные в одной хромосоме, т.к. каждый из этих генов проявляет сцепление, т.е. наследуется совместно с другими генами, расположенными в той же хромосоме. Гены одной группы сцепления наследуются независимо от генов других групп сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом. Исключение составляют высшие организмы, у которых есть гетерогаметный пол, имеющий Х и У хромосомы, которые представляют собой две разные группы сцепления.
КРОССИНГОВЕР – обмен участками гомологичных хромосом в процессе коньюгации их в профазе мейоза 1. Кроссинговер можно обнаружить лишь в том случае, если гены находятся в гетерозиготном состоянии. Перекрест происходит в профазе 1 мейоза, и поэтому его называют мейотическим перекрестом. Но иногда перекрест происходит и во время митоза в соматических клетках, тогда его называют митотическим или соматическим.
Мейотический перекрест осуществляется после того, как гомологичные хромосомы в зиготенной стадии профазы 1 соединяются в пары, образуя бтваленты. В профазе 1 каждая хромосома представлена двумя сестринскими хроматидами, и перекрест происходит не между хромосомами, а между хроматидами. Каждая из образовавшихся хроматид попадает в отдельную гамету. Образуется четыре типа гамет, но в отличие от свободного комбинирования их процентное соотношение не будет равным, так как кроссинговер происходит не всегда.Сила сцепления между генами ( частота кроссинговера ) зависит от расстояния между ними: чем больше расстояние, тем меньше сила сцепления, тем чаще происходит кроссинговер. Расстояние между генами определяется по проценту кроссинговера. За единицу расстояния принимается одна морганида ( в честь Моргана ), которая равна 1% кроссинговера.
Гаметы в которые попали хроматиды не претерпевшие кроссинговер, называются некроссоверными, их обычно больше. Гаметы, в которые попали хроматиды претерпевшие кроссинговер, называются кроссоверными, их обычно меньше.
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО КРОССИНГОВЕРА.
Генетическое доказательство кроссинговера стало возможным благодаря открытию ряда генетических явлений: мутаций, гетерозиготного состояния и сцепления генов.
Первым генетическим объектом, на котором было установлено явление кроссинговера, была дрозофила. Опыты проводились с учетом двух пар альтернативных признаков – серый и черный цвет тела, нормальные и короткие крылья. При скрещивании гомозиготных особей с серым телом и нормальными крыльями с особями с черным телом и короткими крыльями получено единообразие гибридов первого поколения, особи которого имели доминантные признаки: ВВVgVg + bbvgvg. Гибриды первого поколения – BbVgvg. В – серое тело, в – черное тело; Vg – нормальные крылья, vg – короткие крылья.
Для выяснения генотипа гибридов 1 поколения Морган провел анализирующее скрещивание. Он взял рецессивную гомозиготную самку и скрестил ее с гетерозиготным самцом, затем провел реципрокное скрещивание: bbvgvg + BbVgvg/ F1 – BbVgvg , bbvgvg в отношении 1 : 1 ( 50% : 50% )
При свободном комбинировании генов согласно третьему закону Менделя в поколении должны были появляться мухи четырех разных фенотипов по 25%. Но гены разных аллельных пар могут находиться в одной паре гомологичных хромосом. Одна из пары гомологичных хромосом содержит два доминантных гена ( BVg ), а другая – 2 рецессивных (bvg ). В процессе мейоза одна хромосома с генами –BV попадает в одну гамету, а другая с генами bvg – в другую. Таким образом у дигетерозиготного организма образуется не четыре а только два типа гамет и потомки будут иметь такое же сочетание признаков, как и родители. В данном случае сцепление будет полным.
При изучении результатов второго скрещивания было обнаружено нарушение полного сцепления генов: BbVgvg + ddvgvg – F1 BbVgvg Bbvgvg bbVgvg bbvgvg, что составило соответственно: 41,5%, 8,5%, 8,5%, 41,5%. В данном случае взяли дигетерозиготную самку и скрестили ее с рецессивным самцом. Получили расщепление – 4 разновидности фенотипов потомков: 41,5% с серым телом и нормальными крыльями, 41,5% с черным телом и короткими крыльями и по 8,5% гибридных форм – с серым телом и короткими крыльями и с черным телом и нормальными крыльями. В этом случае сцепление оказывается неполным, т.е. происходит перекомбинация генов, локализованных в одной хромосоме. Это объясняется кроссинговером.
ЦИТОЛОГИЧЕСКОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО КРОССИНГОВЕРА – ( самостоятельное изучение )
ВЕЛИЧИНА ПЕРЕКРЕСТА И ЛИНЕЙНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ГЕНОВ В ХРОМОСОМЕ.
На основании многочисленных исследований Морган выдвинул гипотезу линейного расположения генов в хромосоме. Только при этом предположении процент рекомбинантов может отражать относительное расстояние между генами в хромосоме. В качестве генетического объекта взяли самку гетерозиготную по трем сцепленным рецессивным генам, определяющим цвет тела (у) – желтый, цвет глаз (w ) – белый и форму крыльев (bi ) – вильчатые крылья. Гетерозиготную самку скрестили с гомозиготным рецессивным самцом по этим трем генам. Результаты скрещивания: 1,2% - количество кроссоверных особей, возникших в результате перекомбинации генов, определяющих цвет тела и цвет глаз; 3,5% - количество особей, возникших в результате разрыва хромосомы между генами, определяющими цвет глаз и форму крыльев; 4,7% -количество особей, возникших в результате перекомбинации между генами, определяющими цвет тела и фору крыльев. Из этих данных видно, что расстояние между генами у и bi равно сумме расстояний между генами у – w и w – bi.
Из этих данных с очевидностью вытекает, что процент перекреста является функцией расстояния между генами и их последовательностью в хромосоме. Таким образом расстояние между генами у и bi равно сумме одинарных перекрестов между генами у и w, w и bi.
ДВОЙНОЙ КРОССИНГОВЕР ( самостоятельное изучение )
Интерференция и индекс совпадения.
Данные хромосомных карт не всегда достаточны для определения истинного процента перекреста между генами и что для достаточно удаленных друг от друга генов он может быть получен в опыте лишь в том случае, если будет учтено влияние на него двойных и других более сложных перекрестов. Следовательно решение рассматриваемого вопроса в общей форме сводится к выяснению общих закономерностей распределения сложных перекрестов по длине хромосомы и к определению поправок , обусловленных влиянием сложных перекрестов на расстояния, определяемые непосредственно по карте.
Очевидно, что независимого распределения перекрестов по длине хромосомы нет и что перекрест в одной области препятствует или даже полностью исключает перекрест в соседней области. Это явление называется интерференцией. Эффект интерференции выражается отношением наблюдаемых двойных перекрестов к ожидаемым на основе их независимости и носит название индекса совпадения или коинциденции.
УЧЕТ КРОССИНГОВЕРА ПРИ ТЕТРАДНОМ АНАЛИЗЕ У ГАПЛОИДНЫХ ОРГАНИЗМОВ.
Для прямого доказательства соответствия рекомбинантных зигот кроссоверным гаметам необходимо определять результаты кроссинговера непосредственно по гаплоидным продуктам мейоза. Гаплоидные элементы должны быть помечены генами, проявляющими свое действие в гаплофазе. Объектом исследований был плесневый гриб – Neurospora crassa. У него 7 групп сцепления и большая часть жизненного цикла приходится на гаплофазу. Вскоре после оплодотворения зигота приступает к мейотическому делению, которое приводит у образованию аска с гаплоидными спорами. Ось веретена деления в этот период совпадает с продольной осью сумки. Поэтому продукты мейоза – споры располагаются в сумке цепочкой. После мейоза протекает одно деление митоза – в сумке формируется 8 спор.
Учет расщепления по аскоспорам позволяет непосредственно определять результаты расщепления и кроссинговера по продуктам мейоза. Установление в этом случае характера расщепления будет прямым доказательством того, что расщепление и кроссинговер осуществляются в мейозе. Подобный анализ, проводимый по гаплоидным продуктам мейоза носит название тетрадного анализа. В случае моногибридного скрещивания ожидается расщепление по гаплоидным продуктам – спорам в соотношении 2А : 2а. В асках среди восьми спор четыре окрашенные и четыре неокрашенные, т.е. наблюдаемое расщепление 1:1. Порядок расположения спор в сумке может быть либо ААААаааа, либо обратный: ааааАААА. Если в сумке обнаруживается нарушение расположения аскоспор, например ААааААаа, то это говорит о произошедшем кроссинговере между двумя несестринскими хроматидами в районе между локусом аллели а и центромерой. Благодаря тому, что у гаплоидных организмов число рекомбинантных генотипов точно совпадает с числом рекомбинантных гамет или спор, мы вправе судить о перекресте хромосом, произошедшем в профазе мейоза, по числу рекомбинантов и у диплоидных организмов. Проведенный таким образом тетрадный анализ доказывает, что как менделевское расщепление, так и кроссинговер базируются на закономерностях мейоза.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ:
Как разрешается несоответствие между количеством генов у данного вида и числом пар хромосом, если хромосомы являются физическими носителями генов?
В чем состоит явление неполного сцепления генов?
Что такое группа сцепления и сколько групп сцепления может быть у каждого из видов организмов?
Какое потомство следует ожидать при скрещивании серых длиннокрылых особей дрозофилы из гибридов второго поколения на черных бескрылых самцов из гибридов первого поколения?
Опишите основные принципы, использованные Штерном в его опытах с дрозофилой по цитологическому доказательству кроссинговера.
Какие принципы положены в доказательство линейного расположения генов, что такое одиночный и двойной кроссинговер?
Влияет ли прохождение кроссинговера на одном участке на кроссоверы в других участках. Что такое интерференция и коэффициент коинцинденции?
Каким образом оказалось возможным физически локализовать гены в отдельных микроучастках ( дисках ) у дрозофилы?
Опишите примеры групп сцепления у человека.
В чем состоит механизм кроссирговера при обменах в тетрадах на стадии четырех нитей?
Опишите методы доказательств реального осуществления кроссинговера на четырех нитях с помощью тетрадного анализа.
Происходит ли кроссинговер в клетках соматических тканей?
Перечислите факторы, влияющие на протекание кроссинговера.
Распишите схему двойного кроссинговера.