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
Генетика - это наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости. Наследственность это универсальное свойство всех живых организмов сохранять и передавать признаки и свойства в ряду поколений. Изменчивость это универсальное свойство всех живых организмов приобретать новые признаки и свойства в процессе онтогенеза. Генетика как наука развивалась на базе эволюционного учения Дарвина, в связи с практическими потребностями. Основные закономерности преемственности свойств и признаков были открыты Г. Менделем (1822-1884 гг.), и были сообщены им в 1865 г. на заседании общества любителей естествознания в г. Брно (Чехословакия). В 1866 г. работа Г. Меделя была напечатана, но не привлекла внимание современников.
Лишь в 1900 г. те же закономерности вновь установили, независимо друг от друга Г. де Фриз (в Голландии), К. Корренс (в Германии), Э. Чермак (в Австрии). Благодаря опытам по гибридизации с многочисленными объектами было показано, что открытые Менделем закономерности свойственны всем организмам, а 1900 год можно считать годом второго рождения генетики, основоположником которой является Г. Мендель. На рубеже 20 века передачу наследственных свойств еще не связывали с определенными структурами, но было ясно, что такая передача осуществляется какими-то факторами материальной природы, находящихся в половых клетках. В начале 19 века по предложению датского учёного И. Иогансена единице наследственности дано название – ген. В 1902 г. Т. Бовери (Германия) и У. Сеттон (США) отметили, что передача наследственных факторов определяется поведением хромосом при формировании половых клеток и оплодотворении. Из этого вытекало предположение о связи наследственных факторов с хромосомами. Гипотеза оказалась плодотворной и это ознаменовало новый этап в изучении явлений наследственности. Наибольшие успехи в этом направлении были достигнуты американским учёным Т. Морганом (1866-1945 гг.) и его школой.
Морганом в 1911 году была сформулирована хромосомная теория наследственности. Следующий этап в развитии генетики ознаменовался тем, что в лабораторных условиях стали вызывать мутации. Так, в 1925 первые индуцированные мутации получили отечественные ученые Г.А. Надсон и Г.С. Филлипов. Благодаря работам выше перечисленных учёных изучение основ наследственности и изменчивости перешло на клеточный уровень.
В 1928 г. Н.К. Кольцов (1872-1940 гг.) высказал мысль о связи генов с определенным химическим веществом – биополимером. Он предположил, что хромосома представляет собой крупную белковую молекулу. Позже в 50-х годах Ф. Крик и Д. Уотсон установили, что хромосомы, а, следовательно, и гены, представляют собой нуклеопротеид, т.е. состоят из нуклеиновой кислоты ДНК и белков гистонов и способны к самовоспроизведению. Таким образом, в науке впервые была сделана попытка рассмотреть закономерности наследственности на молекулярном уровне, и выдвинута идея об авторепродукции (удвоении) наследственного материала. Установление связи в передаче признаков с нуклеиновыми кислотами, открытие строения молекулы ДНК, дало возможность генетикам расшифровать генетический код.
Основными задачами генетики являются: познание общих и специфических закономерностей наследственности и изменчивости и изыскание практического применения этих закономерностей. Методами изучения генетики являются: наблюдение, сравнение, эксперимент, гибридизация, анализирующее и возвратное скрещивание (специальный подбор пар), искусственный мутагенез, популяционно-статистический, цитогенетический, составление родословных.
Первый закон или закон единообразия гибридов первого поколения формулируется следующим образом: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все потомство в первом поколении единообразно как по фенотипу, так и по генотипу.
Признак, проявляющийся в первом поколении только одного родителя – желтая окраска семян гороха, получил название доминантного (лат. Dominans – господствовать), а признак другого – зеленая окраска семян гороха, подавленный или отсутствующий, назван рецессивным (от лат. Recessus – отступление). Гены, относящиеся к одной паре, обозначают одной и той же буквой латинского алфавита, причем доминантный аллель – прописной, а рецессивный – строчной. Например, А – аллель желтой окраски семян гороха, а – аллель зеленой окраски семян гороха. Особь, гомозиготную по доминантному аллелю обозначают как – АА, а гомозиготную рецессивную как – аа, гетерозиготную – Аа.
Таким образом, гомозиготы – это особи, дающие при самоопылении однородное, нерасщепляющееся потомство, и образуют только один сорт гамет. Гетерозиготы – это особи, дающие при самоопылении расщепление, и образуют два сорта гамет. Гены, определяющие развитие альтернативных признаков и расположенные в идентичных локусах гомологичных хромосом, принято называть аллельными. Гены, расположенные в разных локусах гомологичных хромосом или в разных парах хромосом, называются неаллеьными.
Цитологические основы первого закона Менделя.
А – желтая окраска семян гороха.
а – зеленая окраска семян гороха
Р – родители, F1 – гибриды первого поколения.
Р ♀ АА × ♂ аа
Гаметы А а
F1 Аа
Все гибриды первого поколения оказываются однородными:
100% по фенотипу – желтые, 100% по генотипу – гетерозиготные.
Согласно второму правилу Менделя или правилу расщепления гибридов второго поколения следует, что при скрещивании гетерозиготных особей, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.
Цитологические основы второго правила:
А – желтая окраска семян гороха.
а – зеленая окраска семян гороха
Р – родители, F2 – гибриды первого поколения.
Р ♀ Аа × ♂ Аа
Гаметы А а А а
F2 АА, Аа, Аа, аа
По фенотипу расщепление 3 (желтых) : 1 (зеленая). Расщепление по генотипу 1 (гомозигота по доминантному аллелю – АА) : 2 (гетерозиготы – Аа) : 1(гомозигота по рецессивному аллелю – аа).
Правило независимого наследования признаков, при котором родительские организмы анализируются по нескольким признакам. Эта закономерность анализируется следующим образом: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся двумя (или более) парами альтернативных признаков, в первом поколении наблюдается единообразие потомков по генотипу и фенотипу, а во втором поколении наблюдается независимое наследование и перикомбинирование признаков в соотношении 9:3:3:1 или (3:1)n, где n число взаимоисключающих признаков.
Цитологические основы правила независимого комбинирования признаков.
А – желтая окраска семян гороха.
а – зеленая окраска семян гороха
В – форма гладкая
в – форма морщинистая
Р – родители, F1 – гибриды первого поколения.
Р ♀ ААВВ × ♂ аавв
Гаметы АВ ав
F1 АаВв
По фенотипу 100% желтые, гладкие. По генотипу 100% гетерозиготы.
Р ♀ АаВв × ♂ АаВв
Гаметы АВ, Ав, аВ, ав АВ, Ав, аВ, ав
|
Гаметы |
АВ |
Ав |
аВ |
Ав |
|
АВ |
ААВВ |
ААВв |
АаВВ |
ААВв |
|
Ав |
ААВв |
ААвв |
АаВв |
ААвв |
|
аВ |
АвВВ |
АаВв |
ааВВ |
АаВв |
|
Ав |
ААВв |
ААвв |
АаВв |
ААвв |
Решетка Пеннета представляет все возможные варианты образования зигот. При ее анализе можно сделать вывод, что расщепление по фенотипу произошло в соотношении 9:3:3:1. Следствием этого скрещивания является то, что новый ген при дигибридном скрещивании увеличивает число типов различных гамет вдвое, а число получаемых генотипов втрое. Таким образом, особь, гетерозиготная по n парам генов, может произвести 2n типов гамет и 3n различных генотипов. Частоту данного генотипа в потомстве родителей, отличающихся определенным числом независимо наследуемых генов, можно вычислить следующим образом: надо подсчитать вероятность соответствующего генотипа для каждой пары генов отдельно, а затем перемножить.
Современная оценка работ Г. Менделя:
Моногибридное скрещивание:
Гены передаются от родителей к потомкам при половом размножении (через гаметы)
Гены не смешиваются между собой, несмотря на их совместное пребывание в гетерозиготе; поэтому каждый из них в следующем поколении проявляется в «чистом» виде.
Гаметы содержат только по одному гену из каждой пары.
Гаметы при оплодотворении встречаются случайно, независимо от содержащихся в них генов.
Дигибридное скрещивание:
Гены должны находится в разных парах хромосом.
Обе пары аллельных генов наследуются независимо друг от друга.
Обе пары аллельных генов с равной вероятностью вступают во всевозможные комбинации.
Расщепление признаков по Менделю возможно при двух условиях:
Гены должны находиться в разных парах хромосом.
Каждый ген определяет (детерминирует) признак независимо от других генов.
Мендель в своих исследованиях изучения наследственности применил:
Гибридологический метод, т. е. учитывался не весь комплекс признаков, а отдельные альтернативные признаки у родителей и гибридов.
Ввел количественный учет наследования каждого альтернативного признака в ряду поколений. Например, желтых семян гороха исследовано: 6022, а зеленых – 2001, т. е. приблизительно соотношение составляет 3:1.
Метод получения чистых линий, образуемых в результате самоопыления.
Ввел анализирующее скрещивание для выяснения генотипа интересующей особи по потомству.
Виды взаимодействия генов из одной аллели.
Полное доминирование – проявляется в том, что доминантный аллель одного гена полностью скрывает присутствие рецессивного аллеля. Например, праворукость доминирует над леворукостью, брахидактилия (короткопалость) – над нормальным строением кисти, нормальное цветоощущение – над дальтонизмом (нарушение цветовосприятия) и др.
Неполное доминирование. В природе часто встречается неполное доминирование или промежуточный тип наследования, когда гетерозиготы имеют иной фенотип, чем исходные родительские формы и при этом выражение признака у гетерозигот оказывается промежуточным. Неполное доминирование заключается в ослаблении действия доминантного аллеля в присутствии рецессивного. Например, у человека анафтальмия (отсутствие глазных яблок) обусловлена аутосомнорецессивным геном, нормальная величина глазных яблок – доминантным геном. При этом гетерозиготы имеют микрофтальмию, т. е. уменьшенную величину глазных яблок. По типу неполного доминирования наследуются у человека болезни обмена веществ- фенилкетонурия, цистинурия, серпорвидноклеточная анемия, и др.
Кодоминирование характеризуется тем, что в гетерозиготе присутствуют два функционально активных доминантных гена, проявляющихся в фенотипе одновременно. Примером кодоминирования является наследование у человека четвертой группы крови по системе АВО: гены IAIB. кодоминантны и в эритроцитах появляются белки А и к В, кодируемые данными генами.
Сверхдоминирование – в этом случае доминантный признак более резко выражен в фенотипе гетерозиготной особи по сравнению с гомозиготной по доминантным аллелям. Это явление известно так же под название гетерозиса или гибридной силы и широко используется в народном хозяйстве.
Множественные аллели. Многократная мутация гена в одном и том же локусе образует серию множественных аллелей. Наследование членов серии множественных аллелей подчиняется менделеевским закономерностям. Каждый член серии множественных аллелей может мутировать в прямом и обратном направлении и имеет свою частоту мутирования.
Менделевские закономерности множественного аллелизма:
Каждый член серии множественных аллелей может полностью или не полностью доминировать над другими ее членами.
Серия множественных аллелей у каждого диплоидного организма может быть представлена одновременно только двумя любыми ее членами.
Члены одной серии действуют на один и тот же признак одновременно и могут дать множественный эффект. Например, люди с первой группой крови в 2 раза чаще болеют язвенной болезнью двенадцатиперстной кишки и желудка.
У человека примером множественного аллелизма является наследование групп крови по системе АВО, наследование резус – фактора.
Комплементарность. Взаимодействие двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых не имеет самостоятельного проявления или по-разному обуславливает развитие данного признака,. Например, окраска цветов душистого горошка, наследование формы гребня у кур. У человека, примером может служить наследование одной из форм глухонемоты.
Эпистаз. Это вид взаимодействия неаллельных генов при котором, происходит подавление действия одного гена другим (доминантным или рецессивным). Поэтому различают два вида эпистатического действия: доминантный и рецессивный. Ген, который полностью подавляет действие другого, называется супрессор или ингибитор, а подавляемый ген гипостатическим. Примером данного вида взаимодействия является: наследование масти у лошадей, оперения у кур, «бомбейский феномен» у человека.
Полимерия. Несколько пар неаллельных генов, взаимодействуя друг с другом, усиливают развитие одного и того же признака. Примерами полимерии являются пигментация кожных покровов, рост, масса тела, величина артериального давления и т.д.
Модифицирующее действие генов. Зависимость нескольких признаков от одного гена носит название – плейотропии. Каждый ген оказывает основное действие, но при этом изменяет, модифицирует проявление других генов. Например, у человека известен доминантный ген, вызывающий развитие синдрома Марфана – люди имеют длинные конечности, особенно пальцы рук – паучьи пальцы, происходит атрофия мышц кисти, нарушается строение твёрдого нёба, а так же этот же ген вызывает дефект в хрусталике глаза.
Сцепленное наследование было установлено Морганом и его школой. Как известно, что число генов превосходит число хромосом. Так, у мухи дрозофилы 4 пары (8 хромосом), хотя количество генов достигает 10 тысяч. Следовательно, в каждой хромосоме локализовано много генов, наследующихся совместно. Поэтому, гены, локализованные в одной хромосоме, Морган назвал группой сцепления. У каждого вида организмов, число групп сцепления равняется числу пар хромосом или гаплоидному набору. Например, у гороха групп сцепления – 7, у кукурузы – 10, у мухи – дрозофилы их 4, а у человека – 23.
Школа Т. Моргана проводила изучение сцепленных генов на мушках – дрозофилах. Им были взяты мушки с серым телом и нормальными крыльями, а так же с темным телом и короткими крыльями.
B – серое тело (доминантный признак)
b – черное тело (рецессивный признак)
V – нормальная длина крыльев (доминантный признак)
v – короткие крылья
При скрещивании гомозиготы доминантной (ВВVV) с гомозиготой рецессивной (bbvv), то в первом поколении все потомство окажется гетерозиготным (ВbVv), то есть в первом поколении все 100% серые с нормальными крыльями. Проводя анализирующее скрещивание: Т. Морган скрещивал гибридную самку с самцом, рецессивным по обоим генам (т.е. черным, короткокрылым), при этом согласно законам Г. Менделя должно было появиться равное количество особей как с исходными, так и перикомбинантными признаками – по 25%. Но Т. Морган не получил ожидаемого результата. После такого скрещивания соотношение потомков в поколении оказалось не одинаковым, а именно: 41,5% серых длиннокрылых, 41,5% черных короткокрылых, 8,5% черных длиннокрылых, 8,5% серых короткокрылых.
В результате Т. Морган сделал вывод, что признак серое тело наследуется сцепленно с признаком нормальные крылья, а признак темное тело наследуется сцепленно с признаком короткие крылья, то есть гены, отвечающие за развитие цвета тела и длины крыльев, сцеплены, и локализуются в одной хромосоме. В связи с этим Т. Морган дополнил третий закон Г. Менделя: независимое наследование и комбинирование признаков наблюдается в тех случаях, когда гены, ответственные за эти признаки, находятся в разных парах хромосом. Если же гены локализованы в одной хромосоме, то дигетерозиготные самки способны образовывать четыре типа гамет: некроссоверные (BV и bv) и кроссоверные (Bv bV), образующиеся в результате обмена частей между гомологичными хромосомами в результате кроссинговера в мейозе. Число же кроссоверных гамет определяется процентом кроссинговера между генами, локализованными в одной хромосоме.
Закономерности, открытые школой Т. Моргана, а затем подтвержденные и углубленные на многочисленных объектах исследования, известны под общим названием хромосомная теория наследственности. Основные ее положения следующие:
Принадлежность к определенному полу это важная особенность фенотипа особи. Самки и самцы имеют закономерные различия, касающиеся одной пары хромосом. Они называются гетерохромосомами или половыми хромосомами, остальные пары носят название аутосомы. Пол, который имеет одинаковые хромосомы (ХХ), называется гомогаметным, так как он образует один тип гамет. Пол с разными половыми хромосомами (ХУ), образующий два типа гамет, называется гетерогаметным. Гомогаметным является женский пол (ХХ), а гетерогаметным – мужской пол (ХУ). Такое различие между полами характерно для большинства позвоночных, а так же человека, для многих насекомых и двудомных растений.
У птиц гомогаметным является мужской пол (ХХ), а гетерогаметным – женский пол (ХУ). Половые хромосомы у этих видов обозначают буквами W и Z, выделяя этим данный способ определения пола. Самцы обозначаются символами ZZ, а самки WZ.
У прямокрылых насекомых (кузнечиков) гомогаметным является женский пол (ХХ), а моногаметным – мужской пол (ХО).
У перепончатокрылых (пчел и муравьев) нет половых хромосом: самки это диплоидные особи, а самцы – гаплоидные. Такой механизм определения пола называется гаплоидией.
У некоторых животных определение пола зависит от внешних условий. Например, у морского червя бонелии, особи, которые в личиночной стадии остаются свободно плавающими, становятся самками. Те личинки, которые прикрепляются к телу взрослой самки, превращаются в самцов в результате мускулинизирующего действия гормона, выделяемого самкой.
Определение пола до момента оплодотворения называют – прогамным, а определение пола в момент оплодотворения носит название – сингамное.
В определении пола большое значение имеет и половой хроматин.
Половой хроматин это участки хроматина, определяющие различие интерфазных ядер у особей разных полов. Различают Х и У половой хроматин. Х-половой хроматин у женщин встречается в ядрах соматических клеток. Он образован одной из двух половых хромосом, которая построена из факультативного гетерохроматина. Поэтому у женщин он чаще находится в конденсированном состоянии. Так как у женщин после рождения функционирует только одна Х-хромосома, то другая покрывается оболочкой и превращается в тельце Барра. Оно всегда на одно меньше, чем число Х-хромосом. Так, в женском организме одно тельце Барра в норме, а в мужском не одного. В мужском кариотипе есть F-тельца, находящиеся в области теломер У-хромосомы. Они определяются благодаря применению флюоресцирующих красителей. Значение телец Барра и F-телец заключается в том, что они помогают в определении половых Х и У хромосом, то есть в определении пола.
Признаки, которые наследуются через половые хромосомы Х и У, получили название сцепленных с полом.
С Х-хромосомой сцеплено около 150 генов, отвечающих за развитие различных признаков. Так как в женском организме две Х-хромосомы, то каждый признак по генам будет либо гомо-, либо гетерозиготным. Поскольку у особей мужского пола только одна Х-хромосома, то все локализованные в ней гены, даже рецессивные, сразу же проявляются в фенотипе. В связи с этим самцы называются гемизиготными по генам, расположенным в Х-хромосоме, так как в отношении этих генов они не являются ни гомо-, ни гетерозиготными. Сцеплено с Х-хромосомой наследуются такие заболевания как гемофилия (снижение свертываемости крови), дальтонизм (аномалия зрения, при котором человек недостаточно различает красный и зеленый цвета).
У-хромосома передается от отца всем его сыновьям, и никогда не передается дочерям. Следовательно, для генов, содержащихся только в У-хромосоме, характерно так называемое голандрическое наследование. Сцеплено с У-хромосомой наследуются такие признаки как: гипертрихоз (двойной рост ресниц), оволосение ушной раковины, крупные зубы и кости, ихтиоз, наличие перепонки между пальцами ног.
Наследование гемофилии можно изобразить следующим образом:
Мать – носитель гена гемофилии (ХНХh), отец здоров (XHY)
Р ХНХh XHY
Гаметы ♀ ХН ; Хh ♂XH ; Y
F1 XHXH ; ХНХh ; XHY ; XhY
Здорова носитель здоров болен
В этом случае все дочери здоровы, но половина являются носителями гена гемофилии. Среди сыновей половина будет больна гемофилией.
В настоящее время представление о гене как дискретной единице наследственности претерпело существенные изменения. Оказалось, что ген – это сложная система, состоящая из сотен пар нуклеотидов, и в нем выделяют:
а) экзон – последовательность нуклеотидов кодирующие аминокислоты в молекуле белка;
б) интрон – последовательность нуклеотидов, не кодирующие известные нам аминокислоты, функция интронов окончательно не выяснена;
в) мутон – единица генетической изменчивости, минимальная единица цистрона, способная мутировать, представляет собой пару нуклеотидов в ДНК;
г) рекон – единица генетической рекомбинации, представлена так же одной парой нуклеотидов.
Изменчивость – это универсальное свойство всех живых организмов приобретать в процессе онтогенеза новые признаки и свойства. Изменчивость обеспечивает различия между организмами относящимися к одному виду.
Различают следующие виды изменчивости:
Модификационная или фенотипическая изменчивость, при которой происходят изменения или модификация признаков под влиянием условий внешней среды, при этом не затрагивается генотип. Поэтому эта изменчивость называется ненаследственной, а по Ч. Дарвину считается определенной. Она характеризуется следующими особенностями: изменчивость носит обратимый характер, изменение признака происходит в пределах нормы реакции и имеет приспособительный (адаптивный) характер. Пределы в которых признак может проявлять себя в фенотипе, называются нормой реакции. Необходимо отметить, что модификации признака не наследуются, а норма реакции наследуется, так как определяется генотипом.
Степень выраженности признака в пределах нормы реакции называется экспрессивность и зависит от условий внешней среды. Чем шире норма реакции, тем лучше организм будет приспосабливаться к изменяющимся условиям среды. В связи с этим норма реакции может быть широкой, средней и узкой. Например, такие признаки как рост, масса тела обладают широкой нормой реакции, а реакция плазмы крови, парциальное давление газов в крови узкой нормой реакции.
Примером модификационной изменчивости может служить: количество эритроцитов на кубический миллиметр крови у людей, живущих высоко в горах выше, чем у людей, проживающих на равнине,содержание пигмента меланина в клетках эпидермиса в зависимости от сезона.
К фенотипической изменчивости относятся длительные модификации способные передаваться в ряду поколений. Этот особый вид фенотипической изменчивости связан с появлением в цитоплазме клеток, в том числе и яйцеклеток, не идентифицированного вещества влияющего на фенотипическое проявления признака и изменяющего его. Так, у некоторых насекомых, на протяжении нескольких поколений через цитоплазму яйцеклетки может передаваться изменённая окраска тела. Признак возвращается к норме при разрушении модифицирующего вещества в цитоплазме.
Особой формой фенотипической изменчивости являются фенокопии. Фенокопии это выход фенотипических изменений за пределы нормы реакции возникающие под влиянием условий внешней среды. При этом фенотипическое изменение может копировать наследственное заболевание.
Комбинативная изменчивость – наследственная, приблизительно как приводит к изменению генотипа. По Ч. Дарвину этот вид изменчивости является неопределенной. Она связана: с кроссинговером, происходящим в профазе мейоза, с независимым расхождением хромосом в анафазе мейоза, с рекомбинацией отдельных хромосом при слиянии гамет в процессе оплодотворения, а также со случайным подбором родительских пар. Комбинативная изменчивость имеет большое значение для эволюции, поставляя материал для естественного отбора и следовательно важна для процесса видообразования.
Мутационная изменчивость так же является наследственной, так как в основе ее лежат измения молекулярного состояния генов, перевод генов из одного аллельного состояние в другое, а также изменение структуры или количества хромосом. Мутация – это резкое, скачкообразное изменение наследственного материала. Мутация никогда не проявляется постепенно. В отличии от фенотипической изменчивости мутации это не количественные, а качественные изменения. Если мутации затрагивают наследственный аппарат соматических клеток, то они проявляют себя в фенотипе в первом поколении, по наследству не передаются (за исключением организмов размножающихся вегетативно) и значения для эволюции не имеют. Мутации, затрагивающие наследственный материал проявляются только у потомков, во втором, третьем и последующих поколениях. Эти мутации имеют значение для эволюции.
Мутации, не совместимые с жизнью, носят название летальных. Мутации, снижающие жизнеспобность и приводящие к гибели 50% особей, называются полулетальные. Мутации, не влияющие на жизнеспособность называются нейтральными.
Спонтанными называют мутации, возникающие под влиянием неизвестных факторов. Причинами спонтанных мутаций являются ошибки транскрипции, ошибки репликации ДНК, ошибки системы репарации ДНК Индуцированные мутации вызваны специально направленными воздействиями, повышающими мутационный процесс. Факторы, способные индуцировать мутационный эффект, получили название мутагенных. Главнейшими мутагенами являются: химические соединения, физические мутагены (различные виды излучений), биологические факторы (вирусы, бактерии и их токсины).
Существуют так же такие понятия как:
а) трансформация – перенос участка ДНК из одной клетки в другую одного и того же вида, при этом ДНК донора как бы заменяет гены реципиента генами донора путем рекомбинации;
б) трансдукция – перенос и рекомбинация генов у бактерий с помощью бактериофагов, а среди эукариотических клеток с помощью вирусов.
По своему фенотипическому проявлению мутации подразделяются на:
Гипоморфные мутации действуют в том же направлении, что и нормальный аллель, но количество вырабатываемого продукта при этом снижается (окраска глаз у дрозофилы будет значительно бледнее).
Аморфные мутации устраняют эффект нормального аллеля, при этом нормальный продукт или фермент не вырабатывается (гены обуславливающие развитие альбинизма).
Гиперморфные мутации действуют таким образом, что количество вырабатываемого продукта при этом увеличивается.
Антиморфные мутации оказывают действие противоположное нормальному аллелю. Например, аллель исходного признака дает пурпурный цвет семян кукурузы, а мутантный аллель вызывает образование бурого пигмента.
Неоморфные мутации приводят к образованию совершенно нового продукта или фермента, который в норме не синтезировался данным аллелем.
Классификация мутаций по изменению генотипа:
1. Генные или точковые мутации изменяют последовательность нуклеотидов внутри одного гена. К ним относят:
а) дополнительные вставки пары или нескольких нуклеотидов;
б) генные делеции – выпадение пары или нескольких нуклеотидов;
в) генные дупликации – удвоение пары или нескольких нуклеотидов;
г) генные инверсии – перестановка положения нуклеотидов внутри гена.
Эти мутации могут не проявляться в фенотипе в том случае:
а) если мутировал ген, находящийся в рецессивном состоянии, а сам организм является гетерозиготным;
б) если за развитие одного признака отвечают сразу несколько генов (т. е. имеет место явление полимерии), поэтому изменение структуры одного гена никак не скажется на изменении фенотипа;
в) если система репарации (антимутационный механизм) исправит измененный участок.
Генные мутации обладают тенденцией накопления в генотипе особей и генофонде популяции. Точковые мутации приводят к развитию заболеваний обмена веществ (фенилкетонурия, галактозурия, гемофилия).
2. Хромосомные мутации или аберрации связаны с изменением структуры хромосом. Различают внутрихромосомные мутации:
а) хромосомные делеции, возникающие в следствии потери хромосомой того или иного участка;
б) хромосомные дупликации, связаны с включением лишнего, дублирующего участка хромосомы;
в) хромосомные инверсии – разрыв и поворот оторвавшегося участка на 1800.
К межхромосомным мутациям относят: перераспределение генного материала между разными парами хромосом. К ним относят транслокации – возникающие в тех случаях, когда участок хромосомы из одной пары прикрепляется к негомологичной хромосоме из другой пары. Все хромосомные мутации всегда проявляются в фенотипе.
3. Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом в клетке:
Полиплоидия – увеличение диплоидного числа хромосом путем добавления целых хромосомных наборов в результате нарушения мейоза. У полиплоидных форм отмечается увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору: 3n-триплоид, 4n-тетраплоид, 5n-пентаплоид. По – видимому, эволюция шла путем полиплоидизации (т. к. культурные растения в своем большинстве полиплоиды).
Формы, возникающие в результате умножения хромосом одного генома, носят название автоплоидных. Другая форма полиплоидии – аллоплоидия возникает при умножении числа хромосом двух разных геномов. Аллополиплоиды получают искусственно при гибридизации ряда видов растений и животных.
Гетероплоидия (анеуплоидия) – изменение числа хромосом, некратное гаплоидному набору 2n ± 1. В диплоидном наборе может быть всего на одну хромосому больше или меньше нормы. Гаплоидия – уменьшение числа хромосом, когда в половинном наборе соматической или половой клеток каждая пара гомологичных хромосом представлена лишь одной из них. Утрата одной хромосомы из пары в диплоидном наборе, называется – моносомией, а такой организм носит название – моносомика. Если из диплоидного набора выпадают обе гомологичные хромосомы, организм называется нулисомиком. Он, как правило, нежизнеспособен. Таким образом, анэуплоидия, т. е. нарушение нормального числа хромосом, приводит к изменениям в строении и к снижению жизнеспособности организма. Чем больше нарушения, тем ниже будет жизнеспособность.
У человека нарушение набора хромосом влечет за собой болезненные состояния, известные под общим названием – хромосомные болезни.
Болезнь Дауна. В основе лежит нерасхождение по 21-й паре хромосом. Кариотип больного при трисомном варианте содержит 47 хромосом, при этом лишней рказывается хромосома 21. При транслокационном варианте в кариотипе содержится 46 хромосом, причем в наборе имеются две нормальные хромосомы 21 пары, а в 15-й паре одна хромосома нормальная, а другая аномальная представляет собой соединение третьей 21-й и второй 15-й хромосом. Характеризуется наличием умственной неполноценности, выраженной в разной степени, нарушение строения внутренних органов (сердца, крупных сосудов), укороченные конечности, маленький череп, плоское и широкое переносье, узкие глазные щели (монголоидный разрез глаз), эпикант (нависающая складка верхнего века).
Синдром Шерешевского-Тернера (ХО). В клетках организма больного отсутствует половой хроматин (тельце Барра). Фенотип женский. Это единственная моносомия совместимая с жизнью. Характеризуется диспропорцией тела: более развита верхняя часть (широкие плечи и узкий таз), нижние конечности укорочены; короткая шея со складками идущими от затылка – «шея сфинкса»; отмечается выраженный инфантилизм («детское» поведение), неустойчивость настроения.
Синдром Клайнфельтера (ХХУ). Фенотип мужской. В клеточных ядрах слизистой оболочки полости рта обнаруживается одно тельце Барра. Характеризуется недоразвитием семенников, астеническое телосложение: узкие плечи, широкий таз, жироотложение по женскому типу, т. е. появляются признаки противоположного пола. Слабо развита мускулатура, недостаточное оволосение по мужскому типу или полное его отсутствие.
Синдром Патау. В его основе лежит нерасхождение по 13-й паре хромосом. В кариотипе 47 хромосом с лишней хромосомой по 13 паре. В первый год жизни умирает до 90% детей. Отмечаются множественные пороки головного мозга, лица, скелета, глазных яблок.
Синдром « кошачьего крика» обнаруживается делеция короткого плеча 5-й хромосомы. Характеризуется множественными пороками развития, плач ребенка напоминает мяуканье кошки. Прогноз неблагоприятный.
Генные болезни, в основе которых лежат генные мутации, классифицируют по их фенотипическому проявлению, т. е. болезни связанные с нарушением аминокислотного, углеводного, липидного, минерального обмена. Например, заболевание, связанное с нарушением обмена аминокислот – фенилкетонурия. Отмечается недостаточность фермента – фенилаланингидроксилазы, расщепляющего аминокислоту фенилаланин. В результате аминокислота фенилаланин не усваивается организмом, превращается в фенилпировиноградную кислоту, накапливающуюся в крови и выделяющуюся с мочой. Эти вещества, находясь в крови, оказывают токсическое действие на развитие нервных клеток, особенно головного мозга, что приводит к слабоумию
К заболеваниям, связанным с нарушением углеводного обмена относят: галактоземия (неусвоение молочного сахара), фруктозурия (неусвоение фруктозы) – наблюдающиеся, вследствие дефекта синтеза соответствующих ферментов. Если эти углеводы поступают с пищей, то развиваются задержка физического и умственного развития.
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА № 15
Коллоквиум - 2. "Генетика, Закономерности наследственности и изменчивости"
1. Предмет задачи и методы генетики. Наследственность и изменчивость – фундаментальные свойства живого, их диалектическое единство. Общее понятие о генетическом материале и его свойствах: хранение, изменение, репарация, передача и реализация.
2. Этапы развития генетики. Роль отечественных и иностранных ученых в развитии генетики. Значение работ Н.И. Вавилова. И.К. Кольцова, С.С. Четверикова, С.Н. Давиденкова. П.П. Дубинина. Г.П. Георгиева, Дж. Уотсона, Ф. Крика и др.
3. Г. Мендель - основоположник современной генетики, его законы. Цитологические основы. Менделирующие признаки у человека.
4. Типы наследования. Аутосомно-доминатный, аутосомно-рецессивный тип наследования. Доминантное и рецессивное сцепленное с полом наследование. Примеры у человека.
5. Аллельные гены. Определение. Формы взаимодействия аллелей в детерминации признаков. Примеры у человека Анализирующее и возвратное скрещивание.
6. Неаллельные гены. Формы их взаимодействия. Примеры.
7. Множественные аллели. Механизм возникновения. Наследование групп крови по системе АВО у человека. Наследование Rh -фактора. Условия Rh-конфликта.
8. Хромосомная теория наследственности Т. Моргана. Полное и неполное сцепление. Кроссинговер и рекомбинация генов.
9. Строение хромосом. Современные представления об уровнях организации хромосом. Классификация хромосом.
10. Хромосомный механизм наследования пола. Цитогенетические методы определения пола. Наследование, сцепленное с полом. Примеры. Генетические механизмы определения пола. Дифференциация признаков пола в развитии.
11. Генетический код и его свойства. Кодирование и реализация информации в клетке. Кодовая система ДНК и белка. Количественная и качественная специфика проявления генов в признаках, пенетрантность, экспрессивность, плейотропия, генокопии.
12. Организация структурного гена у про- и эукариот. Принцип регуляции генной активности на примере оперонов у про- и эукариот.
13. Строение и функции ДНК. Механизм авторепродукции ДНК. биологическое значение. Роль РНК и ДНК в передаче наследственной информации. Основные этапы: транскрипция, процессинг, трансляция.
14. Геном, генотип, фенотип. Фенотип как результат реализации наследственной информации под влиянием условий среды.
15. Модификационная изменчивость. Норма реакции генетически детерминированных признаков. Фенокопии. Адаптивный характер модификаций. Роль наследственности и среды в развитии человека.
16. Комбинативная изменчивость. Ее значение в обеспечении генетического разнообразия людей. Система браков. Медико-генетические аспекты семьи.
17. Мутационная изменчивость. Спонтанные и индуцированные мутации. Факторы мутагенеза. Классификация мутаций по уровню поражения генетического материала. Мутации в половых и соматических клетках. Значение для биологии и медицины.
18. Генные мутации, молекулярные механизмы их возникновения, частота генных мутаций. Значение для биологии и медицины.
19. Хромосомные аберрации. Геномные мутации. Механизм их возникновения. Значение для биологией медицины.
20. Репарация генетического материала. Фотореактивация. Темновая репарация. Мутации, связанные с нарушением репарации и их роль в патологии. Генная и клеточная инженерия, перспективы и значение для биологии и медицины.
21. Специфика человека как объекта Генетического исследования. Методы генетики человека. Их практическое значение.
22. Понятие о наследственных болезнях, роль среды в их возникновении. Врожденные и приобретенные заболевания. Профилактика наследственных заболеваний.
23. Генные наследственные болезни, механизм их развития, примеры у человека.
24 Хромосомные наследственные болезни, связанные с изменением структуры хромосом, механизмы их развития, примеры у человека.
25. Хромосомные болезни, связанные с изменением числа хромосом у человека, механизмы их развития, примеры у человека.
26. Медико-генетическое консультирование – основа профилактики наследственных болезней. Медико-генетическое прогнозирование – определение риска рождения больного ребенка в семье.