Генетический код и его свойства .

Генетический код- принцип записи информации о последовательности аминокислот в белке, в виде последовательности азотистых оснований нуклеотида в малекулах и РНК и ДНК.

Свойства генетического кода:

1. Код триплетен: Три нуклеотида образуют кодовый знак одной аминокислоты- Триплет (ДНК), Кодон (РНК), Антикодон (т РНК). Из 64 триплетов, 61 кодирует аминокислоты, 3 являются «знаками припенания» (или стоп сигналами).

2. Код избыточен (или вырожден): Каждая аминокислота кодируется более чем одним кодоном.

3. Код однозначен; Каждый кодон кодирует только одну аминокислоту.

4. Код универсален: Един для всего живого.

5. Между генами имеются «знаки препинания».

6. Внутри генов «знаков препинания» нет.

7)Индуцированные мутации и их значения в селекции растений:

При создании устойчивых к вредным организмам форм растений все чаще приходится прибегать к методам мутационной селекции, основанной на индуцированных (искусственных) мутациях.

Наибольшие успехи были получены на основе геномных мутаций, вызывающих у подвергнутых воздействию мутационными факторами организмов полинлоидизацию. Одним из важных условий преодоления нескрещиваемости при отдаленной гибридизации является разный уровень пло идности исходных форм. Этот барьер часто снимается путем выравнивания уровня плоидности у подобранных пар с помощью мутагенных факторов. Кроме этого, с помощью мутагенов получают мутации с различными, вновь появляющимися полезными признаками, в том числе с новыми генами устойчивости растений к вредным организмам.

Известны три группы мутагенов, или агентов, вызывающих индуцированные генные и хромосомные мутации: температура, различные виды излучений и химические соединения. В селекции растений на иммунитет к вредным организмам наиболее широко используются радиационные и химические мутагены, Воздействие на растения мутагенами приводит к появлению большого количества мутаций. При этом наряду с летальными появляются мутации с полезными для селекции признаками. Различают микро — и макромутации. Полезные микромутации представляют собой улучшенные по одному интересующему селекционера или по нескольким признакам варианты исходных форм растений. Макромутациями называют растения с более резко измененными признаками, т. е. по существу это абсолютно новые формы растений.

Факторы искусственного мутагенеза — радиация и химические мутагены — обладают достоинствами и недостатками. Преимуществом химических мутагенов является специфика их действия. Однако, когда нужно вызвать широкую изменчивость полигенов, они уступают в этом радиации.

Ресурсы индуцированных химическими мутагенами доминантных мутаций, усиливающих или сообщающих растениям иммунитет, очень велики. В последнее время интерес селекционеров к использованию химических мутагенов для создания устойчивых форм (сортов, гибридов и линий) заметно усилился. Так, Черкасская областная селекционная станция, используя мутации некоторых линий кукурузы, получила серию микро — и макромутаций, на базе которых создано несколько пер-спективных гибридов с высокой устойчивостью к кукурузному мотыльку.

Институтом молекулярной биологии и генетики Академии наук УССР совместно с Черкасской государственной опытной станцией и Украинской сельскохозяйственной академией создан высокопродуктивный сорт озимой пшеницы Киянка, характеризующийся повышенной устойчивостью к пыльной головне, мучнистой росе и высокой устойчивостью к ферментативно-микозному истеканию зерновок.

В Институте экспериментальной биологии растений АН Узбекской ССР на основе химического мутагенеза были созданы скороспелые сорта хлопчатника, устойчивые к сосущим вредителям и обладающие свойствами самодефолнации. Э. Н. Кобелевой и О. В. Бляндур (1977) методом радиационного мутагенеза созданы мутантные самоопыленные линии кукурузы, устойчивые к пузырчатой головне, фузариозу н бели початков, а также обладающие групповой устойчивостью к этим заболеваниям.

8)Классификация сцепленных генов и признаков. Кроссинговер:

Независимое комбинирование признаков (третий закон Менделя) осуществляется при условии, что гены, определяющие эти признаки, находятся в разных парах гомологичных хромосом. Следовательно, у каждого организма число генов, способных независимо комбинироваться в мейозе, ограничено числом хромосом. Однако в организме число генов значительно превышает количество хромосом. в каждой хромосоме локализовано множество генов.

Гены, локализованные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются вместе.

Совместное наследование генов Т. Морган предложил назвать сцепленным наследованием. Число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом, поскольку группу сцепления составляют две гомологичные хромосомы, в которых локализованы одинаковые гены.

Способ наследования сцепленных генов отличается от наследования генов, локализованных в разных парах гомологичных хромосом.

Так, если при независимом комбинировании дигибрид образует четыре типа гамет (АВ, Аb, аВ и аb) в равных количествах, то такой же дигибрид образует только два типа гамет: (АВ и аb) тоже в равных количествах. Последние повторяют комбинацию генов в хромосоме родителя.

Кроссинговер- 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 расположения этих точек задаётся единственным геном.

9)Классификация мутаций:

Мутационная изменчивость возникает в случае появления мутаций - стойких изменений генотипа (т.е. молекул днк), которые могут затрагивать целые хромосомы, их части или отдельные гены.

Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными. Согласно современной классификации мутации принято делить на следующие группы.

1. Геномные мутации - связанные с изменением числа хромосом. Особый интерес представляет ПОЛИПЛОИДИЯ - кратное увеличение числа хромосом. Возникновение полиплоидии связанно с нарушением механизма деления клеток. В частности, нерасхождение гомологичных хромосом во время первого деления мейоза приводит к появлению гамет с 2n набором хромосом.

Полиплоидия широко распространена у растений и значительно реже у животных (аскарид, шелкопряда, некоторых земноводных). Полиплоидные организмы, как правило, характеризуются более крупными размерами, усиленным синтезом органических веществ, что делает их особенно ценными для селекционных работ.

2. Хромосомные мутации - это перестройки хромосом, изменение их строения. Отдельные участки хромосом могут теряться, удваиваться, менять свое положение.

Как и геномные мутации, хромосомные мутации играют огромную роль в эволюционных процессах.

3. Генные мутации связаны с изменением состава или последовательности нуклеотидов ДНК в пределах гена. Генные мутации наиболее важны среди всех категорий мутаций.

Синтез белка основан на соответствии расположения нуклеотидов в гене и порядком аминокислот в молекуле белка. Возникновение генных мутаций (изменение состава и последовательности нуклеотидов) изменяет состав соответствующих белков-ферментов и в итоге к фенотипическим изменениям. Мутации могут затрагивать все особенности морфологии, физиологии и биохимии организмов. Многие наследственные болезни человека также обусловлены мутациями генов.

Мутации в естественных условиях случаются редко - одна мутация определенного гена на 1000-100000 клеток. Но мутационный процесс идет постоянно, идет постоянное накопление мутаций в генотипах. А если учесть, что число генов в организме велико, то можно сказать, что в генотипах всех живых организмов имеется значительное число генных мутаций.

Мутации - это крупнейший биологический фактор, обуславливающий огромную наследственную изменчивость организмов, что дает материал для эволюции.

1. По характеру изменения фенотипа мутации могут быть биохимическими, физиологическими, анатомо-морфологическими.

2. По степени приспособительности мутации делятся на полезные и вредные. Вредные — могут быть летальными и вызывать гибель организма еще в эмбриональном развитии.

3. Мутации бывают прямые и обратные. Последние встречаются гораздо реже. Обычно прямая мутация связана с дефектом функции гена. Вероятность вторичной мутации в обратную сторону в той же точке очень мала, чаще мутируют другие гены.

Мутации чаще рецессивные, так как доминантные проявляются сразу же и легко " отбрасываются" отбором.

4. По характеру изменения генотипа мутации делятся на генные, хромосомные и геномные.

Генные, или точковые, мутации — изменение нуклеотида в одном гене в молекуле ДНК, приводящее к образованию аномального гена, а следовательно, аномальной структуры белка и развитию аномального признака. Генная мутация — это результат " ошибки" при репликации ДНК.

Хромосомные мутации — изменения структуры хромосом, хромосомные перестройки. Можно выделить основные типы хромосомных мутаций:

а) делеция — потеря участка хромосомы;

б) транслокация — перенос части хромосом на другую негомологичную хромосому, как результат — изменение группы сцепления генов;

в) инверсия — поворот участка хромосомы на 180°;

г) дупликация — удвоение генов в определенном участке хромосомы.

Хромосомные мутации приводят к изменению функционирования генов и имеют значение в эволюции вида.

Геномные мутации — изменения числа хромосом в клетке, появление лишней или потеря хромосомы как результат нарушения в мейозе. Кратное увеличение числа хромосом называется полиплоидией. Этот вид мутации часто встречается у растений. Многие культурные растения полиплоидны по отношению к диким предкам. Увеличение хромосом на одну-две у животных приводит к аномалиям развития или гибели организма.

Зная изменчивость и мутации у одного вида, можно предвидеть возможность их появления и у родственных видов, что имеет значение в селекции.

10)Генотип и фенотип и их оценка:

Генотип — это совокупность всех генов организма, являющихся его наследственной основой.

Фенотип — совокупность всех признаков и свойств организма, которые выявляются в процессе индивидуального развития в данных условиях и являются результатом взаимодействия генотипа с комплексом факторов внутренней и внешней среды.

Фенотип в общем случае — это то, что можно увидеть (окрас кошки), услышать, ощутить (запах), а также поведение животного.

У гомозиготного животного генотип совпадает с фенотипом, а у гетерозиготного — нет.

Каждый биологический вид имеет свойственный только ему фенотип. Он формируется в соответствии с наследственной информацией, заложенной в генах. Однако в зависимости от изменений внешней среды состояние признаков варьирует от организма к организму, в результате чего возникают индивидуальные различия — изменчивость.

11)Популяции и чистые линии. Эффективность отбора в них:

Популяции -совокупность особей одного вида, обладающая общим генофондом, способная к более-менее устойчивому самовоспроизводству (как половому, посредством панмиксии в идеальном случае, так и бесполому), относительно обособленная (географически или репродуктивно) от других групп, с представителями которых (при половой репродукции) потенциально возможен генетический обмен. С точки зрения популяционной генетики, популяция — это группа особей, в пределах которой вероятность скрещивания во много раз превосходит вероятность скрещивания с представителями других подобных групп. Обычно говорят о популяциях как о группах в составе вида или подвида.

Чистая линия- группа организмов, имеющих некоторые признаки, которые полностью передаются потомству в силу генетической однородности всех особей. В случае гена, имеющего несколько аллелей, все организмы, относящиеся к одной чистой линии, являются гомозиготными по одному и тому же аллелю данного гена.

Классическую работу по изучению структуры популяции выполнил В. Иогансен. Результаты своих исследований, проведенных на фасоли, он опубликовал в статье «О наследовании в популяциях и чистых линиях».Иогансен избрал объектом исследования популяций самоопылителей, которые можно было легко разложить на группы потомков отдельных самоопыляющихся растений, то есть получить чистые линии. Вначале им была определена масса большого числа семян фасоли исходной популяции и построен по этому признаку вариационный ряд. В дальнейшем автор проводил отбор среди растений с мелкими и крупными семенами. Отбор в пределах популяции оказался эффективным, то есть потомство от растений с крупными семенами имело этот признак выше среднего значения для популяции, а потомство, полученное от мелкосемянных форм - ниже.Когда же Иогансен начал работу с чистой линией, то он обнаружил, что в пределах чистой линии отбор не даёт результата. Потомство от крупносемянных и мелкосемянных растений по массе семян практически не различалось.Таким образом, как показали результаты исследований, отбор в популяциях эффективен, а в чистых линиях не даёт результата. Это связано с тем, что популяции состоят из организмов разных генотипов, а в пределах чистой линии все организмы имеют одинаковый генотип. Так как у животных нет чистых линий, то практически по любому признаку отбор среди них будет эффективен.

12)Партеногенез и его использование в животноводстве:

Партеногенез- девственное размножение, одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки (См. Яйцеклетка)) развиваются без оплодотворения (См. Оплодотворение). П. - половое, но однополое размножение - возник в процессе эволюции организмов у раздельнополых форм. В тех случаях, когда партеногенетические виды представлены (всегда или периодически) только самками, одно из главных биологических преимуществ П. заключается в ускорении темпа размножения вида, так как все особи подобных видов способны оставить потомство. В тех случаях, когда из оплодотворённых яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворённых - самцы, П. способствует регулированию численных соотношений полов (например, у пчёл). Часто партеногенетические виды и расы являются полиплоидными и возникают в результате отдалённой гибридизации, обнаруживая в связи с этим Гетерозис и высокую жизнеспособность. П. следует отличать от бесполого размножения (См. Бесполое размножение), которое осуществляется всегда при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т.п.). Различают П. естественный - нормальный способ размножения некоторых организмов в природе и искусственный, вызываемый экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворённую яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении.

Партеногенез у животных. Исходная форма П. - зачаточный, или рудиментарный, П., свойственный многим видам животных в тех случаях, когда их яйца остаются неоплодотворёнными. Как правило, зачаточный П. ограничивается начальными стадиями зародышевого развития; однако иногда развитие достигает конечных стадий (случайный, или акцидентальный, П.). Полный естественный П. - возникновение вполне развитого организма из неоплодотворённой яйцеклетки - встречается во всех типах беспозвоночных. Обычен он у членистоногих (особенно у насекомых). П. открыт и у позвоночных - рыб, земноводных, особенно часто встречается у пресмыкающихся (этим способом размножаются не менее 20 рас и видов ящериц, гекконов и др.). У птиц большая склонность к П., усиленная искусственным отбором до способности давать половозрелых особей (всегда самцов), обнаружена у некоторых пород индеек. У млекопитающих известны только случаи зачаточного П.; единичные случаи полного развития наблюдались у кролика при искусственном П.

Различают облигатный П., при котором яйца способны только к партеногенетическому развитию, и факультативный П., при котором яйца могут развиваться и посредством П., и в результате оплодотворения. Часто размножение посредством П. чередуется с обоеполым - так называемый циклический П. Партеногенетические и половые поколения при циклическом П. внешне различны. Так, последовательные генерации у тлей рода Chermes резко различаются по морфологии (крылатые и бескрылые формы) и экологии (приуроченность к разным кормовым растениям); у некоторых орехотворок особи партеногенетических и обоеполых поколений столь различны, что принимались за разные виды и даже роды. Обычно (у многих тлей, дафний, коловраток и др.) летние партеногенетические поколения состоят из одних самок, а осенью появляются поколения из самцов и самок, которые оставляют на зиму оплодотворённые яйца. Многие виды животных, не имеющие самцов, способны к длительному размножению путём П. - так называемый константный П. У некоторых видов наряду с партеногенетической женской расой существует обоеполая раса (исходный вид), занимающая иногда др. ареал - так называемый географический П. (бабочки чехлоноски, многие жуки, многоножки, моллюски, коловратки, дафнии, из позвоночных - ящерицы и др.).

По способности давать посредством П. самцов или самок различают: арренотокию, при которой из неоплодотворённых яиц развиваются только самцы (пчёлы и др. перепончатокрылые, червецы, клещи, из позвоночных - партеногенетические линии индеек); телитокию, при которой развиваются только самки (самый распространённый случай); дейтеротокию, при которой развиваются особи обоего пола (например, при случайном П. у бабочек; в обоеполом поколении при циклическом П. у дафний, коловраток, тлей).Очень большое значение имеет цитогенетический механизм созревания неоплодотворённой яйцеклетки. Именно оттого, проходит ли яйцеклетка Мейоз и уменьшение числа хромосом вдвое - редукцию (мейотический П.) или не проходит (амейотический П.), сохраняется ли при этом свойственное виду число хромосом вследствие выпадения мейоза (зиготический П.) или это число восстанавливается после редукции слиянием ядра яйцеклетки с ядром направительного тельца или как-либо иначе (аутомиктический П.), зависят в конечном счёте наследственная структура (Генотип) партеногенетического зародыша и все его важнейшие наследственные особенности - пол, сохранение или утрата гетерозиса, приобретение гомозиготности и пр.П. делят также на генеративный, или гаплоидный, и соматический (он может быть диплоидным и полиплоидным). При генеративном П. в делящихся клетках тела наблюдается гаплоидное число хромосом (n); этот случай относительно редок и сочетается с арренотокией (гаплоидные самцы - трутни пчёл). При соматическом П. в делящихся клетках тела наблюдается исходное диплоидное (2n) или полиплоидное (Зn, 4n, 5n, редко даже 6n и 8n) число хромосом. Часто в пределах одного вида имеется несколько рас, характеризующихся кратными числами хромосом, - так называемые полиплоидные ряды. По очень высокой частоте полиплоидии (См. Полиплоидия) партеногенетические виды животных представляют резкий контраст с обоеполыми, у которых полиплоидия, наоборот, большая редкость. Полиплоидные раздельнополые виды животных, по-видимому, произошли путём П. и отдалённой гибридизации.Своеобразна форма П. - Педогенез - партеногенетическое размножение в личиночном состоянии.Искусственный П. у животных был впервые получен русским зоологом А. А. Тихомировым. Он показал (1886), что неоплодотворённые яйца тутового шелкопряда можно побудить к развитию растворами сильных кислот, трением и др. физико-химическими раздражителями. В дальнейшем искусственный П. был получен Ж. Лёбом и др. учёными у многих животных, главным образом у морских беспозвоночных (морские ежи и звёзды, черви, моллюски), а также у некоторых земноводных (лягушка) и даже млекопитающих (кролик). В конце 19 - начале 20 вв. опыты по искусственному П. привлекали особое внимание биологов, давая надежду с помощью этой физико-химической модели активации яйца (См. Активация яйца) проникнуть в сущность процессов оплодотворения. Искусственный П. вызывают действием на яйца гипертонических или гипотонических растворов (так называемый осмотический П.), уколом яйца иглой, смоченной гемолимфой (так называемый травматический П. земноводных), резким охлаждением и особенно нагревом (так называемый температурный П.), а также действием кислот, щелочей и т.п. С помощью искусственного П. обычно удаётся получать лишь начальные стадии развития организма; полный П. достигается редко, хотя известны случаи полного П. даже у позвоночных животных (лягушка, кролик). Способ массового получения полного П., разработанный (1936) для тутового шелкопряда Б. Л. Астауровым, основан на точно дозированном кратковременном прогреве (до 46 °С в течение 18 мин) извлечённых из самки неоплодотворённых яиц. Этот способ даёт возможность получать у тутового шелкопряда особи только женского пола, наследственно идентичные с исходной самкой и между собой. Получаемые при этом ди-, три- и тетраплоидные Клоны можно размножать посредством П. неограниченно долго. При этом они сохраняют исходную гетерозиготность и " гибридную силу". Отбором получены клоны, размножающиеся посредством П. так же легко, как обоеполые породы посредством оплодотворения (более 90% вылупления активированных яиц и до 98% жизнеспособности). П. представляет разносторонний интерес для практики шелководства.