Отклонение от менделеевского расщепления. Взаимодействие неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия.

Зачастую признаки формируются при участии нескольких генов, взаимодействие между которыми отражается на проявлении фенотипа. Выделяют следующие типы взаимодействия неалел.генов: Комплементарность и эпистаз для качественных признаков, полимерия –для количественных. Комплементарность - взаимодействие генов, при котором 2 неалел. Гена, находясь одновременно в генотипе, приводят к формированию нового фенотипического признака. Комплементарность бывает доминантной когда комплемен. гены доминантны, рецесивны-когда вормирование нового признака связано с взаимодействием рецес.генов(гребень у кур) Эпистаз- подавление действия одного гена действием др гена. Различают: доминантный эпистаз-когда доминант. аллель подавляет проявление доминант. алели др.гена, рецессивный эпистаз- когда рецес. аллель подавляет рецес. аллель др гена. Эпистатическое взаимодействие гена часто наблюдается при наследовании окраски(масти) жив-х.

Доминант. эпистаз: Если эпистатический ген имеет самостоятельное проявление при взаимодействии с генами, в первом поколении наблюдается признак единообразия, во 2ом- 12: 3: 1Если эпистатический ген не имеет самостоятельного проявления- в 1ом поколении наблюдается закон единообразия, во 2ом- 13: 3 Рецессивный эпистаз (окраска шерсти у мышей): А- серая окраска шерсти, а- черная, I- не подавляет окраску, i- эпистат. ген, подавляет А и а, вызывает белую окраску Полимерия- обусловленность определенного признака несколькими парами полимерных генов. При таком взаимодействии индивидуальные проявления каждого гена усиливаются в результате их взаимодействия. Полимерия бывает 2 видов: кумулятивная и некумулятивная. Некумулятивная- не важно количество доминантных генов в генотипе, а важно их присутствие. Расщепление по фенотипическим классам 15: 1. При полимерии гены обозначаются одинаковыми буквами, чтобы подчеркнуть их однонаправленность в формировании признаков. Кумулятивная- число доминантных генов имеет значение, влияет на степень выраженности признака. Плейтропия – множест.действие генов(1 ген влияет на рыж.цвет волос, бел.кожу)

3.Значение работ школы Моргана в изучении закономерностей сцепленного наследования. Группы сцепления. Наследование признаков сцепленных с полом. КРОССИНГОВЕРА. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ХРОМОСОМНОЙ ТЕОРИИ НАСЛЕДОВАНИЯ МОРГАНА

Каждая хромосаома в кариотипе человека нсеет в себе множество генов, которые могут наследоваться совместно. Группа сцепления- это совокупность генов, локализованных в 1 хромосоме, число групп сцепления для каждого вида равно гаплоидному набору хромосом. Томас Морган для экспериментов взял дрозофила (универсальн. ген. объект) - 1)удобно содержать и культивировать. 2) быстрая смена поколений 3)высокая плодовитость 4)малое число хромосом. Морган изучает наследование 2ух признаков: цвет тела и длины крыла. Полученные данные подтолкнули моргана к обратному скрещиванию: а) если гибридным был самец то потомство давало расщепление 1: 1 на 2 фенотипа б) если гибридной была самка то получалось 4 фенотипических класса: Морган сделал вывод что сцепленное наследование может быть полным когда группы сцепления не нарушаются и все гены наследуются совместно, неполное сцепление-когда группы сцепления нарушаются- явление кроссинговера. Кроссинговер- обмен идентичными участками между гомологичными хромосомами, приводящий к рекомбинации(явление образования новых комбинаций генов) наследственных задатков и формированию новых сочетаний генов в группах сцепления. (некот.гены подавляют кросс-р, на кросс-р оказ.влияние возраст, температура, хим.и физ.факторы). Морган сделал вывод что процент кроссинговера отражает расстояние между генами(чем больше величина кроссинговера тем больше расстояние между генами), это позволило Моргану составлять генетические карты- схема расположения генов находящихся в 1 группе сцепления. Итог работы Моргана- хромосомная теория(материалом наследственной инф-ции явл хромосомы с локализованными в них генами, гены расположены на хромосомах и имеют определенное место-локус, гены расположенные в 1 хромосоме образуют гпуппу сепления, число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида,).Законы передачи признаков сцепленных с полом были изучены Морганов на дрозофиле, он проследил наследование цвета глаз: W-красный цвет w-белый.При скрещивании красноглазой самки с белоглазым самцом F₁- все потомство красноглазым. Во втором поколении происходит расщепление 3: 1. Самки фенотипически все красноглазые, по генотипу гомозиготн и гетерозиготн в соотношении 1: 1. Самцы по фенотипу и генотипу разбились на белоглазых и красноглазых в соотношении 1: 1. При обратн.скрещивании бел.самки с красн самцом все самки-красн, самцы-бел. Наследование – крис-крос. Гены сцеплен.с полом нах-ся на негомологич.уч-ках хром.Закономерности наследования сцепления с полом оказались справедливы и для человека: гемофилия и дальтонизм. Пол хром.-по кот. особи разного пола отл-ся, одинак – аутосомы.Кроссинго́ вер (другое название в биологии перекрёст) — процесс обмена участками гомологичных хромосом во время конъюгации в профазе I мейоза. Помимо мейотического, описан также митотический кроссинговер. Хромосома разделяется на эти участки в определённых точках, одних и тех же для одного вида, что может быть определением вида на генетическом уровне, место расположение этих точек задаётся единственным геном.Поскольку кроссинговер вносит возмущения в картину сцепленного наследования, его удалось использовать для картирования «групп сцепления» (хромосом). Возможность картирования была основана на предположении о том, что, чем чаще наблюдается кроссинговер между двумя генами, тем дальше друг от друга расположены эти гены в группе сцепления и тем чаще будут наблюдаться отклонения от сцепленного наследования. Первые карты хромосом были построены в 1913 г. для классического экспериментального объекта плодовой мушки Drosophila melanogaster Альфредом Стёртевантом, учеником и сотрудником Томаса Ханта Моргана.Хромосомная теория наследственности — теория, согласно которой передача наследственной информации в ряду поколений связана с передачей хромосом, в которых в определённой и линейной последовательности расположены гены. Эта теория сформулирована в начале XX века, основной вклад в её создание внесли американский цитолог У. Сеттон (Walter Sutton), немецкий эмбриолог Т. Бовери и американский генетик Т. Морган со своими сотрудниками К. Бриджесом (C.B.Bridges), А. Стёртевантом (A.H.Sturtevant) и Г. Мёллером.В 1902-1903 годах У. Сеттон и Т. Бовери независимо друг от друга выявили параллелизм в поведении менделевскихфакторов наследственности (генов) и хромосом. Эти наблюдения послужили основой для предположения, что гены расположены в хромосомах. Экспериментальное доказательство локализации генов в хромосомах было получено позднее Т. Морганом и его сотрудниками, работавшими с плодовой мушкой Drosophila melanogaster ^[2]. Начиная с 1911 года, эта группа опытным путём доказала, что гены располагаются в хромосомах линейно; что находящиеся на одной хромосоме гены наследуются сцепленно; что сцепленное наследование может нарушаться за счёткроссинговера. Основные выводы сформулированной ими хромосомной теории наследственности были опубликованы в 1915 году в книге «Механизм менделевской наследственности» В 1933 году Томасу Моргану за открытие роли хромосом в наследственности была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине

4. Генетика пола. Хромосомный механизм определения пола. Соотношение полов.наследование признаков сцепленных с полом.наследование при нерасхождении хромосом. Пол характеризуется комплексом признаков, определяемых генами, расположенными в хромосомах. В клетках организма человека хромосомы составляют парные диплоидные наборы. У видов с раздельнополыми особями хромосомный комплекс самцов и самок неодинаков и различается по одной паре хромосом (половые хромосомы). Одинаковые хромосомы этой пары назвали X (икс) -хромосомой, непарную, отсутствующую у другого пола — У (игрек) -хромосомой; остальные, по которым нет различий, — аутосомами (А).Клетки женщины содержат две одинаковые половые хромосомы, которые обозначаются XX, у мужчин они представлены двумя непарными хромосомами X и Y. Таким образом, набор хромосом мужчины и женщины отличается только одной хромосомой: хромосомный набор женщины содержит 44 аутосомы + XX, мужчины — 44 аутосомы + XY.Во время деления и созревания половых клеток у человека образуются гаметы с гаплоидным числом хромосом: яйцеклетки, как правило, содержат 22 + Х-хромосомы. Таким образом, у женщин образуется только один тип гамет (гаметы с Х-хромосомой). У мужчин гаметы содержат 22 + X или 22 + Y хромосом, и образуется два типа гамет (гамета с Х-хромосомой и гамета с Y-хромосомой). Если при оплодотворении в яйцеклетку попадает сперматозоид с Х-хромосомой, формируется зародыш женского пола, а с Y-хромосомой — мужского пола. Следовательно, определение пола человека зависит от наличия в мужских половых клетках — сперматозоидах, оплодотворяющих яйцеклетку, X- или Y-хромосом. Соотношение полов — отношение числа самцов к числу самок в раздельнополой популяции.Соотношение полов наряду с половым диморфизмом является важной характеристикой раздельнополой популяции. Обычно его выражают количеством самцов, приходящихся на 100 самок, долей мужских особей или в процентах. В зависимости от стадии онтогенеза различают первичное, вторичное итретичное соотношение полов. Первичное—это соотношение полов в зиготах после оплодотворения; вторичное—соотношение полов при рождении и, наконец, третичное—соотношение полов зрелых, способных размножаться особей популяции. Наследование, сцепленное с полом — наследование какого-либо гена, находящегося в половых хромосомах. Наследование признаков, проявляющихся только у особей одного пола, но не определяемых генами, находящимися в половых хромосомах, называется наследованием, ограниченным полом.Наследованием, сцепленным с X-хромосомой, называют наследование генов в случае, когда мужской пол гетерогаметен и характеризуется наличием Y-хромосомы (XY), а особи женского пола гомогаметны и имеют две X-хромосомы (XX). Таким типом наследования обладают все млекопитающие (в том числе человек), большинство насекомых и пресмыкающихся.Наследованием, сцепленным с Z-хромосомой, называют наследование генов в случае, когда женский пол гетерогаметен и характеризуется наличием W-хромосомы (ZW), а особи мужского пола гомогаметны и имеют две Z-хромосомы (ZZ). Таким типом наследования обладают все представители класса птиц.Если аллель сцепленного с полом гена, находящегося в X-хромосоме или Z-хромосоме, является рецессивным, то признак, определяемый этим геном, проявляется у всех особей гетерогаметного пола, которые получили этот аллель вместе с половой хромосомой, и у гомозиготных по этому аллелю особей гомогаметного пола. Это объясняется тем, что вторая половая хромосома (Y или W) у гетерогаметного пола не несет аллелей большинства или всех генов, находящихся в парной хромосоме.Таким признаком гораздо чаще будут обладать особи гетерогаметного пола. Поэтому заболеваниями, которые вызываются рецессивными аллелями сцепленных с полом генов, гораздо чаще болеют мужчины, а женщины часто являются носителями таких аллелей. Как отмечалось ранее, при скрещивании белоглазой самки дрозофилы с красноглазым самцом в F1 все дочери имеют красные глаза, а у всех сыновей, получающих свою единственную Х -хромосому от матери, глаза белые. Однако иногда в таком скрещивании проявляются единичные красноглазые самцы и белоглазые самки, так называемые исключительные мухи с частотой 0, 1-0, 001%. Бриджес предположил, что появление таких «исключительных особей» объясняется тем, что у их матери во время мейоза обе Х-хромосомы попали в одно яйцо, т.е. произошло нерасхождение Х -хромосом. Каждое из таких яиц может быть оплодотворено либо спермием с Х -хромосомой, либо Y -хромосомой. В результате может образоваться 4 типа зигот: 1) с тремя Х -хромосомами – ХХХ; 2) с двумя материнскими Х -хромосомами и Y -хромосомой ХХY; 3) с одной отцовской Х -хромосомой; 4) без Х -хромосомы, но с Y –хромосомой. ХХY являются нормальными плодовитыми самками. ХО -самцы, но стерильны. Это показывает, что у дрозофилы Y -хромосома не содержит генов, определяющих пол. При скрещивании ХХY самок с нормальными красноглазыми самцами (XY) Бриджес обнаружил среди потомства 4% белоглазых самок и 4% красноглазых самцов. Остальная часть потомства состояла из красноглазых самок и белоглазых самцов. Появление подобных исключительных особей автор объяснил вторичным нерасхождением Х -хромосом в мейозе, потому что самки, взятые в скрещивании (XXY), возникли вследствие первичного нерасхождения хромосом. Вторичное нерасхождение хромосом у таких самок в мейозе наблюдается в 100 раз чаще, чем первичное. У ряда других организмов, в том числе у человека, также известно нерасхождение половых хромосом. Из 4-х типов потомков, получающихся при нерасхождении Х -хромосом у женщин, особи, не имеющие ни одной Х -хромосомы, погибают в течение эмбрионального развития. Зиготы ХХХ развиваются у женщин, у которых чаще обычного встречаются умственные дефекты и бесплодие. Из зигот ХХY развиваются неполноценные мужчины – синдром Клайнфельтера – бесплодие, умственная отсталость, евнухоидное телосложение. Потомки с одной Х -хромосомой чаще погибают в эмбриональном развитии, редкие выжившие – женщины с синдромом Шерешевского-Тернера. Они низкого роста, инфантильны, бесплодны. У человека Y -хромосомы содержат гены, определяющие развитие организма мужского пола. При отсутствии Y -хромосомы развитие идёт по женскому типу. Нерасхождение половых хромосом у человека происходит чаще, чем у дрозофилы; в среднем на каждые 600 родившихся мальчиков приходится один с синдромом Клайнфельтера.

5. Изменчивость, ее виды и особенности возникновения. МОДИФИКАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ: НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И СРЕДА. МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ: ГЕНЫЕ, ХРОМОСОМНЫЕ И ГЕНОМНЫЕ МУТАЦИИ

Изменчивость – способность организмов приобретать новые или утрачивать прежние признаки или свойства. Ненаследственная (модификационная, групповая, носит направленный характер, не передается, носят приспособительный характер) и наследственная (неопределенная, индивидуальная). Модификационная изменчивость – отражает изменение фенотипа под действием средовых условий, не затрагивающих генотип.Модификациям подвергаются: 1.Качественные признаки – признаки, устанавливаемые описательным путем (окраска, форма). 2.Количественные признаки – признаки, устанавливаемые измерительным путем (яйценоскость, молочность). Наследование этих признаков зависит от большого числа генов. Качественные признаки в меньшей степени чем количественные подвержены влиянию условий среды. (пример с китайской примулой и горностаевым кроликом)Сезонная изменчивость – это внешнее отличие особей одного вида, существующие в разные сезоны года (заяц-беляк). Механизм формирования краски связан с функционированием гена тирозиназы, участвующего в цепи синтеза пигмента меланина. Тирозиназа становится неактивной при высокой температуре, поэтому цепь синтеза пигмента летом прекращается. Зимой температура низкая и тирозиназа активируется, идет синтез пигмента. После линьки-темный.Развитие количественных признаков сильно зависит от условий среды. пределы, в которых возможно изменение признака - норма реакции. Норма реакции имеет определенный размах: широкий (молочность коров) и узкий (давление, температура).Модификационная изменчивость обеспечивает сравнительно быстрое приспособление организма в ходе онтогенеза к меняющимся условиям среды. 1)Модификации могут служить прикрытием для мутаций, 2)Благодаря выживанию организмов модификационная изменчивость способствует сохранению и участию в репродукции конкретных особей с разнообразным генотипом; 3)Модификации способ. освоению видом новых мест обитаний.Фенокопии – ненаследуемое изменение фенотипа, который возникает под влиянием внешних факторов и копирует наследственные аномалии. Генотип не изменяется. (Женщины переболевшие краснухой на ранних стадиях беременности-дети с катарактой). 1 и тот же агент в зависимости от стадий развития может вызывать разные фенокопии. (инъекция инсулина в яйце курицы, уродства)Морфозы – не адаптивные, не наследуемые изменения организма под влиянием внешних факторов. Чаще всего экспериментально индуцированные. Подавляющим большинстве случаев модификации – это полезное приспособление, которое обеспечивает повышение жизнеспособности. Модификации обладают различной степенью стойкости, большинство из них обратимы, но некоторые модификации возникают на ранних стадиях онтогенеза и сохраняются в течении всей жизни (кривые ноги – дефицит витамина Д). Один и тот же мутантный признак может проявляться у одних, и не проявляться у других родственных групп. Способность данного гена проявлять себя фенотипически, называется пенетрантностью. При полной пенитранстности ген проявляет свое действие у каждой особи. Часто особи, обладающие тем же генотипом в отношении какого-либо наслед.признака различается по его экспрессивности, т.е. по степени проявления данного признака. Генотипическая изменчивость.Наследственная изменчивость: связана с изменениями генотипа, носит случайный характер, передается потомкам. Делится на генотипическую (в хромосомном аппарате в ядре клетки) и цитоплазмат. (связана с изменениями в ДНК и РНК пластид и митохондрий). генотипическая делится на мутационную и комбинативную. При скрещивании потомки получают новое сочетание признаков, которые по новому сочетаются у следующих поколений – комбинативная изменчивость, Мутационная изменчивость, связана с процессом образования мутаций. Мутации – это случайно возникшие стойкие изменения генотипа. Классификация мутаций:

1)По типу аллельных взаимодействий (рецессивные, доминантные, промежуточные);

2)По влиянию на жизнеспособность (вредные, полезные, летальные);

3)По фенотипическому проявлению (биохимические, физиологические, морфологические);

4)По месту возникновения (ядерные, цитоплазматические);

5)По способу возникновения:

-спонтанные, -индуцированные

7)По уровню возникновения: генные, хромосомные, геномные.

Генные мутации (точковые) – затрагивают 1 или несколько нуклеотидов ДНК при этом 1 нуклеотид может превратиться в другой, может выпасть, продублироваться или группа нуклеотидов могут развернуться на 180 градусов.Мутирование от нормального (дикого типа) к новому состоянию, называется прямым. От мутантного к дикому – обратным. Процесс обратного мутирования- риверсия генов. Мутации молчащие не приводят к изм-ю белка.Хромосомные мутации (аберрации) – приводят к изменению структуры хромосом. Делеция – утраченный внутренний участок хромосомы.

Дубликация - удвоение одного из участка хромосом. Инверсия – поворот участка хромосомы на 180 градусов. Бывают перицентрическая (поворот затрагивает центромеру) и парацентрическая (не затрагивается). Образование кольцевых хромом – теряются теломеры (концевые учстки хромосом).

Транслокации – участки хромосом перемещаются на другое место негомологичной хромосомы, попадая в другую группу сцепления. Реципрокная транслокация – взаимный обмен участками негомологичных хромосом. Нереципрокная транслокация (транспозиция) – когда участок хромосомы изменяет свое положение в пределах одной хромосомы или перемещается на другую хромосому без взаимного обмена. Образование полицентрических хромосом – слияние 2-х или более фрагментов негомологичных хромосом, несущих участки с центромерами. Центрические хромосомные мутации – происходит при слиянии 2-х центромер негомологичных хромосом с образованием одной.Хромосомные аберрации имеют фенотипическое проявление. Делеция по 5 паре – синдром кошачьего типа. (нарушения внутренних органов, ЦНС, отставание в развитии). Делеция по 13 паре(патау) –дисморфозы внутренних органов. Продолжительность жизни до 1 года.Геномные мутации – связаны с нарушением числа хромосом в кариотипе: Полиплоидия – изменение числа хромосом кратное гаплоидному набору. Не возможна для животных, приводит к количественному изменению признаков. Аллоплоидия – в 1 кариотипе совмещаются гаплоидные наборы разных видов. (Карпетченко - гибрид капусты и редьки, путем полиплоидизации и увелич. набора хромосом вдвое. Животные аллоплоиды остаются абсолютно бесплодными- не переносят полиплоидию. Гетероплоидия – изменение хромосом в кариотипе не кратное гаплоидному. Возникают особи с аномальным числом хромосом.(трисомики, тетрасомики)

6. Генетика как теоретическая основа селекции. Системы отбора. Селекция-наука о методах создания новых и улучш.сущ-хпород, сортов и штаммов. Задачи: повышение урожайности, устойчивости к заболеваниям, улучшение качества продукции. Ник. Иван.Вавилов: устан-л центры происхождения культ.раст, учение об иммунитете раст к заболеваниям, сформул.закон гомологических рядов(1920, на злаках). Согласно закону зная ряд форм для 1 вида, можно предвидеть нахождение аналогичных форм у др.видов. З-н объясняет полиморфность видов, отражает закономерность мутацион.процесса.З-н гомологических рядов: близко родственные виды благодаря сходству их генотипов облад.сходством наслед.изменчивости. Действие з-на распространяется на животных, позволяет целенапрвлено искать в природе готовые мутации.Центры происхождения культ.раст.по Вавилову: 1)Южноазиатский (п-ов Индостан)-баклажан, огурец, лимон, апельсин, рис, чай2) Восточноазиатский(Япония, Китай, Корея)- конопля, просо, Хурма3)Среднеазиатский(Таджикистан, Афган, Иран, Узбекистан)-дыня, горох, рожь, овес, ячмень.4)Переднеазиат(Закавказье, малая Азия, сирия)-овес, рожь, пшеница5)Средиземноморск(южн Европа, сев.Африка)-лук, морковь, лен, капуста.виноград, свекла.6)Абиссинский(Арав.п-ов, Африка)-кофе, арбуз7)Центральноамерик(Мексика, Гватемала)-табак, ерец, фасоль, подсолнечник8)Южноамерик.(Перу, Колумбия)-какао, кукуруза, помидор, арахис, ананас, картофель.Доместикация-первый этап селекц.работе. одомашнено 25 видов жив.(волк-собака, овцы, козы, тур, буйвол, лошадь(5тыс.), кошка, птицы. В проц.одомашнивания проис-т изменения в размерах, покорность, наруш.дикий тип спаривания, сокр.мышечная масса, измен-ся окраска, увел.продуктивность, плодовитость.Метод исскуст.отбора: массовый-потомство получают от родителей, фенотипич.показатели кот.удовлетворяют требованиям, не учитывается какое потомство от каких родителей. Индивид.отбор-оценивается потомство отдельных родителей.ведется оценка производителя по кач-ву потомков. Гибридизация – получение гибридов от скрещивания генетич.разнородных организмов. Методы: Инбридинг-близкородственное скрещивание, приводит к повышению гомозиготности. Примен-ся для получ.чистых линий. Часто приводит к снижению общей жизнестойкости из-за накопления вредных рецес.аллелей. с каждым поколением повышается гомозиготность потомков, разложение поп.на ряд генотипически разл.линий. разрядить ситуацию может приток ген.инф-ии, кот.переведет гены в гетерозиготное состояние.Гетерозис-гибридная мощь, явление повышенной урожайности, жизнеспособностигибридов 1 поколения.у гибридов 2 поколения эф-т почти исчезает. Причины гетерозиса: погашение у гетерозигот вредного действия рецес.генов, усиление благопр.генов. (птицеводство)Отдаленная гибридизация-скрещ.разных видов/родов. Гибриды бесплодны, т.к. хромосомы не гомологичны. (хонорик)К одному из достижений современной генетики и селекции относится преодоление бесплодия межвидовых гибридов. Впервые это удалось сделать Г. Д. Карпеченко при получении капустно-редечного гибрида. Полиплоидия-наследственные изменения, связ.с кратным увел.числа хромосом. Приводит к мощному развитию органов. Возможно у раст. Увел.хром-мы-увел.гены-увел.признаки.Искусств.мутагенез-получение мутаций путем хим.в-в и радиации на семена раст. (томат, картофель, пшеница)Кл.инженерия-метод получения нов. кл. и тканей. Раст.кл.способна к регенерации-из 1 кл.вырастает растение.Генная иженерия-пересадка генов. С пом.ферментов рестриктаз выделяют гены из кл, соед-т фрагменты ДНК в молекулу (лигазы), эту конструкцию вводят в кл.И. В. Мичурин выдвинул положение о возможности управления процессом создания форм и сортов с нужными человеку признаками, вывел большое количество сортов растений (яблоки антоновка, бельфлер-китайка, славянка). испол-л методы посредника (культ.персик+миндаль-гибрид посредник+культ.персик-морозостойкий персик), предварит.прививок (рябина на груше-опыление-гибрид)Особенности селекции жив: невысок.плодовитость, продолжительный ж.ц., размножение половым путем, потомство отл-ся от родителей.

7. Хромосомный уровень организации наследственного материала.Морфология хромосом.химический состав хромосом. Молекулярная организация хромосом. Уровни укладки хроматина. Хромосомный уровень организации наследственного материала характеризуется особенностями морфологии и функций хромосом. Геном - совокупность всех генов гаплоидного набора хромосом данного вида организма. Геномный уровень организации наследственного материала имеет особенности у прокариот и эукариот. Генный уровень представлен совокупностью генов - элементарных единиц нУровни организации наследственного материала.Все наблюдаемое разнообразие рассмотренных типов наследования признаков объясняется тем, что в клетках организмов имеются отдельные гены, которые объединены в группы сцепления, или хромосомы. В совокупности хромосом заключено все многообразие генов организма (клетки), которые вступают в разные виды взаимодействия друг с другом. Соответственно этому наследственной структуре организмов (клеток) можно выделить как бы три уровня организации: генный, хромосомный и геномный. Наследственный материал любой клетки (организма) дискретен, т. е. представлен отдельными функциональными единицами — г е н а м и. Каждый ген отвечает за развитие отдельного признака. Число генов, заключенных в наследственном материале, велико. Закономерность передачи всего генетического материала из поколения в поколение достигается благодаря тому, что отдельные гены существуют не разрозненно, а собраны в хромосомы, с которыми происходят строго определенные превращения в процессе размножения клеток и организмов. Поддержание постоянной структуры хромосом в ряду поколений свидетельствует о большом значении этого уровня организации материала наследственности. Хромосомный уровень организации наследственного материала присущ всем эукариотическим организмам. У прокариот основная масса генов сосредоточена в единственной кольцевидной хромосоме, которая по своему внутреннему строению отличается от хромосом эукариот. Все хромосомы клетки (организма) объединены в набор — кариотип, поддержание постоянства которого обеспечивается митозом для клеток и мейозом с последующим оплодотворением для организмов, размножающихся половым путем. При половом размножении каждый родитель передает новому поколению в своих гаметах полный одинарный набор всех генов — геном. Объединение геномов родительских гамет при оплодотворении создает геномный уровень организации наследственного материала, который соответствует геотипу организма (клеткиаследственности и изменчивости.Морфология хромосом.Митотическая суперкомпактизация хроматина делает возможным изучение внешнего вида хромосом с помощью световой микроскопии. В первой половине митоза они состоят из двух хроматид, соединенных между собой в области первичной перетяжки (центромеры или кинетохора) особым образом организованного участка хромосомы, общего для обеих сестринских хроматид. Во второй половине митоза происходит отделение хроматид друг от друга. Из них образуются однонитчатые дочерние хромосомы, распределяющиеся между дочерними клетками.В зависимости от места положения центромеры и длины плеч, расположенных по обе стороны от нее, различают несколько форм хромосом: равноплечие, или метацентрические (с центромерой посередине), неравноплечие, или субметацентрические (с центромерой, сдвинутой к одному из концов), палочковидные, или акроцентрические (с центромерой, расположенной практически на конце хромосомы), и точковые —очень небольшие, форму которых трудно определить (рис. 3.52). При рутинных методах окраски хромосом они различаются по форме и соотносительным размерам. При использовании методик дифференциальной окраски выявляется неодинаковая флуоресценция или распределение красителя по длине хромосомы, строго специфические для каждой отдельной хромосомы и ее гомолога.Таким образом, каждая хромосома индивидуальна не только по заключенному в ней набору генов, но и по морфологии и характеру дифференциального окрашивания.Химический состав хромосомИзучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс— хроматин, получивший свое название за способность окрашиваться основными красителями.Как было доказано многочисленными исследованиями (см. § 3.2), ДНК является материальным носителем свойств наследственности и изменчивости и заключает в себе биологическую информацию — программу развития клетки, организма, записанную с помощью особого кода. Количество ДНК в ядрах клеток организма данного вида постоянно и пропорционально их плоидности. В диплоидных соматических клетках организма ее вдвое больше, чем в гаметах. Увеличение числа хромосомных наборов в полипловдных клетках сопровождается пропорциональным увеличением количества ДНК в них.Белки составляют значительную часть вещества хромосом. На их долю приходится около 65% массы этих структур. Все хромосомные белки разделяются на две группы: гистоны и негистоновые белки. Гистоны представлены пятью фракциями: HI, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. Являясь положительно заряженными основными белками, они достаточно прочно соединяются с молекулами ДНК, чем препятствуют считыванию заключенной в ней биологической информации. В этом состоит их регуляторная роль. Кроме того, эти белки выполняют структурную функцию, обеспечивая пространственную организацию ДНК в хромосомах.Число фракций негистоновых белков превышает 100. Среди них ферменты синтеза и процессинга РНК, редупликации и репарации ДНК. Кислые белки хромосом выполняют также структурную и регуляторную роль. Помимо ДНК и белков в составе хромосом обнаруживаются также РНК, липиды, полисахариды, ионы металлов. РНК хромосом представлена отчасти продуктами транскрипции, еще не покинувшими место синтеза. Некоторым фракциям свойственна регуляторная функция.Регуляторная роль компонентов хромосом заключается в «запрещении» или «разрешении» списывания информации с молекулы ДНК.Массовые соотношения ДНК: гистоны: негистоновые белки: РНК: липиды — равны 1: 1: (0, 2—0, 5): (0, 1—0, 15): (0, 01—-0, 03). Другие компоненты встречаются в незначительном количестве.Структура хромосом.В ядре каждой соматической клетки организма человека содержится 46 хромосом. Набор хромосом каждого индивидуума, как нормальный, так и патологический, называется кариотипом. Из 46 хромосом, составляющих хромосомный набор человека, 44 или 22 пары представляют аутосомные хромосомы, последняя пара — половыехромосомы. У женщин конституция половых хромосом в норме представлена двумя хромосомами X, а у мужчин — хромосомами X и У. Во всех парах хромосом, как аутосомных, так и половых, одна из хромосом получена от отца, а вторая — от матери. Хромосомы одной пары называются гомологами, или гомологичными хромосомами. В половых клетках (сперматозоидах и яйцеклетках) содержится гаплоидный набор хромосом, т. е. 23 хромосомы. Сперматозоиды делятся на два типа, в зависимости от того, содержат они хромосому X или Y. Все яйцеклетки в норме содержат только хромосому X.Хромосомы хорошо видны после специальной окраски во время деления клеток, когда хромосомы максимально спирализованы. При этом в каждой хромосоме выявляется перетяжка, которая называется центромерой. Центромера делит хромосому на короткое плечо (обозначается буквой «р») и длинное плечо (обозначается буквой «q»). Центромера определяет движение хромосомы во время клеточного деления. По положению центромеры хромосомы классифицируют на несколько групп. Если центромера располагается посредине хромосомы, то такая хромосома называется метацентрической, если центромера располагается ближе к одному из концов хромосомы, то ее называют акроцентрической. Некоторые акроцентрические хромосомы имеют так называемые спутники, которые в неделящейся клетке формируют ядрышки. Ядрышки содержат многочисленные копии рРН К. Кроме того, различают субметацентрические хромосомы, когда центромера расположена не посредине хромосомы, а несколько сдвинута к одному из концов, но не столь значительно, как в акроцентрических хромосомах.Концы каждого плеча хромосомы называют теломерами. Установлено, что теломеры играют важную роль в сохранении стабильности хромосом. В теломерах содержится большое число повторов последовательности нуклеотидов, так называемых тандемных повторов. В норме во время клеточного деления происходит уменьшение числа этих повторов в теломерах. Однако каждый раз они достраиваются с помошью специального фермента, который называют теломеразой. Уменьшение активности этого фермента приводит к укорочению теломер, что, как полагают, является причиной гибели клеток, а в норме сопровождает старение.До появления методов дифференциальной окраски хромосом их различали подлине, положению центромеры и наличию спутников. Выделяли 5 групп — от А до G, которые достаточно хорошо разделялись друг от друга. Однако внутри групп дифференциация хромосом представляла определенные трудности. Это изменилось, когда были разработаны методы дифференциальной окраски хромосом. Заметный вклад в разработку этих методов внес отечественный ученый А. Ф. Захаров.Препараты хромосом можно приготовить из любых ядерных делящихся соматических клеток. Чаще их получают для лимфоцитов периферической крови. Лимфоциты выделяют из венозной крови и переносят в небольшое количество питательной среды с добавлением фитогемагглютинина. Фитогемагглютинин стимулирует деление лимфоцитов. Затем клетки культивируются при 37 °С в течение трех дней, после чего к культуре лимфоцитов добавляют колхицин, который останавливает деление клеток на стадии метафазы, когда хромосомы наиболее конденсированы. Клетки переносят на предметное стекло, к ним добавляют гипотонический раствор NaCl. Клетки лопаются, и хромосомы вытекают из них. Далее следует фиксация и окраска хромосом.В последние годы появились новые методы визуализации хромосом или их участков. Методы представляют собой комбинацию из цитогенетических и молекулярно-генетических методов. Все они основаны на способности однонитевой ДНК соединяться с комплементарной последовательностью геномной ДНК, локализованной в хромосомах. Однонитевая ДНК, которая в этом случае является ДНК-зондом, нагружена специальным красителем, и после соединения с геномной ДНК зонд легко выявляется на хромосомном препарате (так называемая метафазная пластинка) при его микроскопировании в ультрафиолетовом свете. Этот метод получил название «флюоресцентной гибридизации in situ».Все методы окраски хромосом позволяют выявлять их структурную организацию, которая выражается в появлении поперечной исчерченности, разной в разных хромосомах, а также некоторых других деталей.Несколько различных методов окраски используют для идентификации отдельных хромосом. Наиболее часто используемым является метод с окраской хромосом красителем Гимза. Препараты хромосом при этом способе окраски сначала обрабатывают трипсином, который удаляет белки, содержащиеся в хромосоме. Затем на препарат наносят краситель Гимза, который выявляет в хромосомах характерный для каждой из них рисунок из светлых и темных сегментов. Обычно на гаплоидный набор можно насчитать до 400 сегментов. Если хромосомы перед окраской Гимза сначала нагревают, то рисунок полос сохраняется, но их цвет меняется на противоположный, т. е. темные полосы становятся светлыми, и наоборот. Этот метод окраски называется обратным бэндингом, или R-методом. Если до применения красителя Гимза препарат хромосом сначала обрабатывают кислотой, а затем щелочью, то окрашиваются преимущественно центромеры и другие районы, богатые гетерохроматином, содержащие высокоповторяющиеся последовательности ДНК. Разработаны также высокоразрешающие методы дифференциальной окраски хромосом. Они позволяют выявлять до 800 поперечных полос на гаплоидный набор хромосом.Поперечные полоски, выявляемые при дифференциальной окраске, называют сегментами. Характер расположения сегментов по длине хромосом различен, что позволяет проводить достаточно точную идентификацию каждой хромосомы в кариотипе. Разработана форма представления идеального кариотипа с типичным рисунком полос на каждой хромосоме. Такая форма называется идеограммой.Для удобства описания кариотипа предложена специальная система, в которой прежде всего различают плечи хромосомы: р — короткое и q - длинное, — и центромеру — сеn. Каждое плечо делится на области, причем счет идет от центромеры. Каждую область подразделяют на сегменты, счет которых также начинается с сегмента, расположенного ближе к центромере.Материал, из которого построены хромосомы, называется хроматином. Он состоит из ДНК и окружающих ее гистонов и других белков. Та часть хроматина, которая слабо окрашивается специальными красителями для хромосом, называется эухроматином, а та, которая окрашивается интенсивно, — гетерохроматином. Считают, что эухроматиновые районы хромосом содержат активно экспрессирующиеся гены, гетерохроматиновые районы, напротив, включают неактивные гены и неэкспрессирующиеся последовательности ДНК.Структурная организация хроматинаСохраняя преемственность в ряду клеточных поколений, хроматин в зависимости от периода и фазы клеточного цикла меняет свою организацию. В интерфазе при световой микроскопии он выявляется в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме ядра. При переходе клетки к митозу, особенно в метафазе, хроматин приобретает вид хорошо различимых отдельных интенсивно окрашенных телец — хромосом. Интерфазную и метафазную формы существования хроматина расценивают как два полярных варианта его структурной организации, связанных в митотическом цикле взаимопереходами. В пользу такой оценки свидетельствуют данные электронной микроскопии о том, что в основе как интерфазной, так и метафазной формы лежит одна и та же элементарная нитчатая структура. В процессе электронно-микроскопических и физико-химических исследований в составе интерфазного хроматина и метафазных хромосом были выявлены нити (фибриллы) диаметром 3, 0—5, 0, 10, 20—30 нм. Полезно вспомнить, что диаметр двойной спирали ДНК составляет примерно 2 нм, диаметр нитчатой структуры интерфазного хроматина равен 100—200, а диаметр одной из сестринских хроматид метафазной хромосомы — 500— 600 нм.Наиболее распространенной является точка зрения, согласно которой хроматин (хромосома) представляет собой спирализованную нить. При этом выделяется несколько уровней спирализации (компак-тизации) хроматина. Структурная организация хроматина.Сохраняя преемственность в ряду клеточных поколений, хроматин в зависимости от периода и фазы клеточного цикла меняет свою организацию. В интерфазе при световой микроскопии он выявляется в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме ядра. При переходе клетки к митозу, особенно в метафазе, хроматин приобретает вид хорошо различимых отдельных интенсивно окрашенных телец — хромосом. Интерфазную и метафазную формы существования хроматина расценивают как два полярных варианта его структурной организации, связанных в митотическом цикле взаимопереходами. В пользу такой оценки свидетельствуют данные электронной микроскопии о том, что в основе как интерфазной, так и метафазной формы лежит одна и та же элементарная нитчатая структура. В процессе электронно-микроскопических и физико-химических исследований в составе интерфазного хроматина и метафазных хромосом были выявлены нити (фибриллы) диаметром 3, 0—5, 0, 10, 20—30 нм. Полезно вспомнить, что диаметр двойной спирали ДНК составляет примерно 2 нм, диаметр нитчатой структуры интерфазного хроматина равен 100—200, а диаметр одной из сестринских хроматид метафазной хромосомы — 500— 600 нм.Наиболее распространенной является точка зрения, согласно которой хроматин (хромосома) представляет собой спирализованную нить. При этом выделяется несколько уровней спирализации (компак-тизации) хроматинаИнтерфазная хромонема. Следующий уровень структурной организации генетического материала обусловлен укладкой хроматиновой фибриллы в петли. В их образовании, по-видимому, принимают участие негистоновые белки, которые способны узнавать специфические нуклеотидные последовательности вненуклеосомной ДНК, отдаленные друг от друга на расстояние в несколько тысяч пар нуклеотидов. Эти белки сближают указанные участки с образованием петель из расположенных между ними фрагментов хроматиновой фибриллы Участок ДНК, соответствующий одной петле, содержит от 20 000 до 80 000 п. н. Возможно, каждая петля является функциональной единицей генома. В результате такой упаковки Хроматиновая фибрилла диаметром 20—30 нм преобразуется в структуру диаметром 100—200 нм, называемую интерфазной хромонемой. Отдельные участки интерфазной хромонемы подвергаются дальнейшей компактизации, образуя структурные блоки, объединяющие соседние петли с одинаковой организацией.Они выявляются в интерфазном ядре в виде глыбок хроматина. Возможно, существование таких структурных блоков обусловливает картину неравномерного распределения некоторых красителей в метафазных хромосомах, что используют в цитогенетических исследованиях

8. Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот в передаче наследвственной информации(трансформация, трансдукция, лизогения). структуры ДНК и РНК. Модель ДНК ДЖ.УОТСОНА Ф.КРИКА

Раньше считалось что белок является носителем наследственной информации, а ДНК слишком проста. в 20-е года XX: микроорганизмы - объекты генетики. Преимущества: быстрая смена поколений, простота получения изменчивости, простота организации. Явление трансформации у микроорганизмов: Гриффитс исследовал 2 штамма бактерий- пневмококков. Они образовывали на твердой питательной среде колонии разной формы и по разному действовали на подопотных мышей: вирулентный капсульный штамм вызывал пневмонию у мышей(их гибель), не верулентный бескапсульный-был безвреден. Способность вызывать пневмонию связывалось с наличием капсулы. эксперименты: вводил живые бесскапсульные и убитые нагреванием капсульные формы и мышь погибала. Обнаружено вещество в хромосомах и в половых клетках –ДНК. Т.об. явление передачи признаков от одного штамма и вида к другому-это трансформация, с 1944 г. Возникла новая отрасль естествознания-молекуляр. биология. Для передачи клетке-реципиенту гена клетки донора с помощью ДНК: 1) мол-лы ДНК или их фрагменты должны быть довольно крупными 2)молекулы должны сохранять двуспиральное строение 3)ДНК донора полностью или частично гомологична ДНК реципиента. Клетки реципиента трансформируются только когда они восприимчивы к трансформирующей ДНК, такое их физиологическое состояние называется компетентностью. Этапы трансформации: 1)донорная ДНК адсорбируется на компетентных реципиентных клетках, 2)у бактерий проникновение ДНК имеет характер активного втягивания молекулы, 3)фрагмент донорной ДНК, проникший в клетку реципиента, включается в ее хромосому Трансдукция и лизогения: перенос фрагмента ДНК клетки донора в клетку реципиент осуществляют вирусы. Вирусы бактерий- бактериофаги(фаги), делятся на вирулентные и умеренные. При заражении вирулентным вирусом, хромосома фага проникает в клетку и реплицируется, в клетки синтезируются белки фага, фаговая ДНК одевается этими белками, стенки клетки разрываются и новые фаговые частицы выходят в окружающую среду (Это продуктивная инфекция).Умеренный фаг может вызывать такую же продуктивную инфекцию или фаговая хромосома попав в клетку встраивается в хромосому бактерий т.е. превращается в профаг и реплицируется вместе с этой хромосомой. Бактерия несущая профаг называется лизогенной, а явление лизогенией. Бактерия остается жизнеспособной, при делении дает новые поколения лизогенных клеток. Различают 2 вида трансдукции: 1)Общую(неспецифическую) 2)Ограниченную(специфическую). Общая: фаг, размножающийся в бактерии и разрушающий ее способен захватить любой участок ДНК и перенести его в другую бактерию. Ограниченная: осуществляют только те умеренные фаги, которые при переходе в состояние профага встраиваются в определенное место бактериальной хромосомы. Азотистые основания в составе РНК могут образовывать водородные связи между цитозином и гуанином, аденином и урацилом, а также между гуанином и урацилом^[15]. Однако возможны и другие взаимодействия, например, несколько аденинов могут образовывать петлю, или петля, состоящая из четырёх нуклеотидов, в которой есть пара оснований аденин — гуанин.Разные формы нуклеиновых кислот. На рисунке (слева направо) представлены A (типична для РНК), B (ДНК) и Z (редкая форма ДНК)Важная структурная особенность РНК, отличающая её от ДНК — наличие гидроксильной группы в 2' положении рибозы, которая позволяет молекуле РНК существовать в А, а не В-конформации, наиболее часто наблюдаемой у ДНК^[17]. У А-формы глубокая и узкая большая бороздка и неглубокая и широкая малая бороздка^.Второе последствие наличия 2' гидроксильной группы состоит в том, что конформационно пластичные, то есть не принимающие участие в образовании двойной спирали, участки молекулы РНК могут химически атаковать другие фосфатные связи и их расщеплять^.Вторичная структура РНК-компонентателомеразы простейших«Рабочая» форма одноцепочечной молекулы РНК, как и у белков, часто обладает третичной структурой. Третичная структура образуется на основе элементов вторичной структуры, образуемой с помощью водородных связей внутри одной молекулы. Различают несколько типов элементов вторичной структуры — стебель-петли, петли и псевдоузлы. В силу большого числа возможных вариантов спаривания оснований предсказание вторичной структуры РНК — гораздо более сложная задача, чем предсказание вторичной структуры белков, но в настоящее время есть эффективные программы, например, mfold.Примером зависимости функции молекул РНК от их вторичной структуры являются участки внутренней посадки рибосомы (IRES). IRES — структура на 5' конце информационной РНК, которая обеспечивает присоединение рибосомы в обход обычного механизма инициации синтеза белка, требующего наличия особого модифицированного основания (кэпа) на 5' конце и белковых факторов инициации. Первоначально IRES были обнаружены в вирусных РНК, но сейчас накапливается всё больше данных о том, что клеточные мРНК также используют IRES-зависимый механизм инициации в условиях стресса.Многие типы РНК, например, рРНК и мяРНК в клетке функционируют в виде комплексов с белками, которые ассоциируют с молекулами РНК после их синтеза или (у эукариот) экспорта из ядра в цитоплазму. Такие РНК-белковые комплексы называются рибонуклеопротеиновыми комплексами или рибонуклеопротеидами. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) представляет собой биополимер (полианион), мономером которого является нуклеотид^.Каждый нуклеотид состоит из остатка фосфорной кислоты, присоединённого по 5'-положению к сахару дезоксирибозе, к которому также через гликозидную связь (C—N) по 1'-положению присоединено одно из четырёх азотистых оснований. Именно наличие характерного сахара и составляет одно из главных различий между ДНК и РНК, зафиксированное в названиях этих нуклеиновых кислот (в состав РНК входит сахар рибоза). Пример нуклеотида — аденозинмонофосфат, у которого основанием, присоединённым к фосфату и рибозе, является аденин (показан на рисунке).Исходя из структуры молекул, основания, входящие в состав нуклеотидов, разделяют на две группы: пурины (аденин [A] и гуанин [G]) образованы соединёнными пяти- и шестичленным гетероциклами; пиримидины (цитозин [C] и тимин [T]) — шестичленным гетероциклом В виде исключения, например, у бактериофага PBS1, в ДНК встречается пятый тип оснований — урацил ([U]), пиримидиновое основание, отличающееся от тимина отсутствием метильной группы на кольце, обычно заменяющее тимин в РНК.Следует отметить, что тимин и урацил не так строго приурочены к ДНК и РНК соответственно, как это считалось ранее. Так, после синтеза некоторых молекул РНК значительное число урацилов в этих молекулах метилируется с помощью специальных ферментов, превращаясь в тимин. Это происходит втранспортных и рибосомальных РНК. Структура крика.двойная спираль, структурная модель (гипотеза) дезоксирибонуклеиновой к-ты (ДНК), согласно к-рой молекула ДНК состоит из двух антипараллельных полинуклеотидных цепей, образующих правильную правозакрученную перевитую спираль и удерживаемых имеете водородными связями за счёт взаимодействия пар азотистых оснований. Предложена в 1953 Дж. Уотсоном и Ф. Криком.-«Чтобы придти к этому правильному решению, потребовалось найти такую конфигурацию, которая была бы стереохимически наиболее выгодной и в то же время не противоречила бы данным рентгено-структурного анализа» (Дж. Уотсон). Создание модели было подготовлено работами М. Уилкинса и Р.Франклин (получивших в 1950—52 высококачеств. рентгенограммы ДНК), Л. Полинга (создавшего в 1951 теорию, позволявшую предсказывать вид рентгенограмм для разл. спиральных структур), А. Тодда и его сотрудников (выяснивших в 1952 природу химич. связей между нуклеотидами, из к-рых построена ДНК), Э. Чаргаффа (установившего в 1947—50 соотношение азотистых оснований в ДНК). У. — К. м. позволила предсказать возможный механизм полуконсервативной матричной редупликации ДНК, общий принцип кодирования и транскрипции генетич. информации, нек-рые мол. механизмы мутационного процесса. Позднее в многочисл. исследованиях осн. положения и следствия из У.— К. м. получили эксперим. подтверждение. Уточнения коснулись более точного описания геометрич. параметров и конформационных возможностей двойной спирали при разл. условиях. В связи с обнаружением значит, конформационной подвижности структуры ДНК не раз поднимался вопрос о степени соответствия У.— К. м. структуре нативной ДНК. Предлагались др. гипотетич. модели ДНК, напр. неперевитая зигзагообразная модель ДНК, имеющая на границах поворотов-зигзагов право- и левозакрученные участки полинуклеотидных цепей. Существование левозакрученной, т. е. Z-ДНК, на отд. участках генома подтверждено экспериментально в работах А. Рича. Тем не менее нет оснований сомневаться в том, что У.— К. м. в осн. чертах правильно описывает структуру ДНК не только in vitro, но и in vivo. Создание У.— К. м. послужило мощным толчком к развитию мол. биологии, начало к-рой нередко датируют 1953.