КОЛЬЦЕВАЯ КАРТА ХРОМОСОМ ПРОКАРИОТ.ГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ ПРИ ТРАНСФОРМАЦИИ.



Билет№1 1. Предмет генетики. Место генетики среди биологических наук. Значение генетики для решения задач селекции, медицины, биотехнологии, экологии. Впервые термин «генетика» был введен У. Бэтсоном в 1906 г. Слово «генетика» происходит от греческого слова «genesis», что означает «происхождение». Генетика изучает два неразрывных свойства живых организмов: наследственность и изменчивость, а также методы управления ими. Поэтому именно наследственность и изменчивость являются предметом генетики. Законы генетики применимы ко всем без исключения организмам, а ее методы широко используются различными биологическими науками: биохимией, зоологией, ботаникой, микробиологией, вирусологией, иммунологией, физиологией, экологией и т. д. Генетика является одной из самых прогрессивных наук естествознания. Ее достижения изменили естественнонаучное и во многом философское понимание явлений жизни. Роль генетики для практики селекции и медицины очень велика. Значение генетики для медицины будет возрастать с каждым годом, ибо генетика касается самых сокровенных сторон биологии и физиологии человека. Благодаря генетике, ее знаниям, разрабатываются методы лечения ряда наследственных заболеваний, таких, как фенилкетонурия, сахарный диабет и другие. Здесь медико-генетическая работа призвана облегчить страдания людей от действия дефектных генов, полученных ими от родителей. Внедряются в практику приемы медико-генетического консультирования и прентальной диагностики, что позволяет предупредить развитие наследственных заболеваний.   2.Конъюгация у бактерий. Методы генетического картирования при конъюгации. С помощью трансформации и трансдукции осуществляется односторонний обмен наследственными факторами между бактериями. И эти процессы в какой-то мере компенсируют отсутствие у них настоящего полового процесса. Поиски полового процесса у бактерий в течение длительного времени были безуспешными. Лишь после того, как были разработаны методы селективных сред и получены штаммы биохимических мутантов, Дж. Ледербергу и Е. Татуму удалось в 1946 г. доказать наличие своеобразного полового процесса у Escherichia coli на примере штамма К12. Процесс переноса генетической информации от одной бактерии к другой при контакте клеток получил название конъюгации. Для картирования генов у кишечной палочки Ф. Жакоб и И. Вольман разработали особый метод. Из смешанной культуры двух конъюгирующих линий, маркированных теми или иными генами, через разные промежутки времени после начала конъюгации брали порции этой культуры и помещали в гомогенизатор, в котором с помощью механического встряхивания удается разъединить конъюгирующие бактерии. После этого клетки из культуры рассевали на селективные среды, позволяющие выявлять колонии рекомбинантов. Описанным приемом удалось установить очень интересное явление. Оказалось, что количество наследственного материала, перемещающегося из одной клетки в другую, пропорционально времени конъюгации клеток. Передача всех учитывающихся в группе сцепления маркеров начиналась через 8 мин и заканчивалась позднее, чем через час после начала конъюгации. Поскольку для перемещения разных генов из одной клетки в другую необходимо разное время, то время передачи фрагмента хромосомы «мужских» клеток в «женские» в этом случае может служить мерой расстояния между генами. В этих опытах был обнаружен и другой очень важный факт, а именно, что единственная группа сцепления Escherichia coli представлена в виде замкнутого круга; она состоит из двунитчатой ДНК длиной 1,2—1,4 ммк. Различные линии Hfr начинают передачу генов с разных участков хромосомы и в разной последовательности, но линейный порядок генов остается при этом постоянным. Наблюдаемые изменения в последовательности передачи факторов навели на мысль, что у Е. coli в клетках F+ имеется лишь одна, причем кольцевая, группа сцепления. При возникновении клеток Hfr фактор F в разных линиях садится в различных точках кольцевой хромосомы, раскрытие кольца может произойти справа или слева от него. Место разрыва кольца и определяет направление передачи генов характерной для данной линии последовательности. Передача начинается с раскрытого конца кольцевой хромосомы, а на противоположном конце хромосомы всегда оказывается фактор F. Таким образом, свободный от фактора F конец хромосомы оказывается начальной точкой переноса группы сцепления, обозначаемой как локус О (от слова origin). Гены, вошедшие при конъюгации в F-клетку, включаются в ее хромосому посредством процесса, по-видимому, аналогичного кроссинговеру, так как при делении такой «оплодотворенной» клетки появляются рекомбинанты. 3.Дифференциальная активность генов в ходе индивидуального развития. Первичная дифференцировка цитоплазмы, действие генов в раннем эмбриогенезе, амплификация ге­нов Экспериментально доказано, что гены работают не всœегда, есть определœенная закономерность в очередности работы генов, неработающие гены сохраняются в клетке в течение всœей ее жизни и, при определœенных условиях, снова могут начать работать. Это явление принято называть дифференциальной активностью генов. Под термином работа гена имеется в виду способность участка молекулы ДНК транскрибировать информационную РНК. Иначе говоря, ген работает тогда, когда с него снимаются копии в виде комплементарных молекул РНК, которая проникая в цитоплазму прикрепляется к рибосомам и на которой происходит синтез белка в соответствии с последова­тельностью расположения нуклео­тидов. Ген не работает - ϶ᴛᴏ означает, что с него копий не снимается и он не участвует в синтезе белка.Гены в рабочем состоянии называются активными, в нерабочем – репрессивными. В корне дифференциации тканей лежит различная активность генов. В специализированных клетках работает ограниченная группа генов, так как большая часть их репрессиро­вана. Но ДНК и гены во всœех клетках одинаковы, в связи с этим их активность должна определяться какими – то другими механизмами, включение кото­рых не связано с действием генов. Таким образом механизмами активиза­ции генов являются различия в структуре цитоплазмы, тканевая индукция и гормоны. Яйцеклетка созревает под контролем генов, определяющих разно­качественность частей цитоплазмы. В каждой части цитоплазмы активиру­ются различные гены, что приводит в процессе размножения клеток к ткане­вой дифференциации. Далее в процесс вступает эмбриональная индукция – воздействие одних тканей зародыша на другие. Это воздействие выражается в активизации новых генов в индуцируемой ткани. Предполагают, что клет­ки ранее образующейся ткани выделяют вещества, способные активизиро­вать работу генов, необходимых для дифференциации другой ткани (ткане­вая индукция). В результате делений дробления создаются условия для возникновения различий между частями зародыша - дифференцировки. Клетки, образовавшиеся из разных участков яйца, получают неодинаковую цитоплазму (что определяет первичную дифференцировку) и становятся способными к передвижениям, обеспечивающим формирование органов будущего организма. После действия ряда факторов они постепенно детерминируются, т. е. приобретают способность развиваться в одном, определённом направлении. По мере развития клетки всё более дифференцируются, специализируются их строение и функция. Так, напр., в части эктодермы, образующей зачаток нервной системы, обособляется головной мозг, часть его развивается в зачатки глаз, в к-рых выделяется сетчатка, а в ней дифференцируются палочковые и колбочковые зрительные клетки, имеющие характерные узкоспециализированные строение и функцию. 3. р. определяется наследственным аппаратом клетки, заключённым в ядре. Содержащиеся в ядре хромосомы состоят из мн. генов, каждый из к-рых несёт информацию о строении одного из белков. Признаки родительского организма, закодированные в генах, реализуются в ходе 3. р. Клетки при делениях получают полный набор генов, но в каждой ткани функционирует только часть генов, обеспечивая синтез белков, свойственных данной ткани. Поэтому на генетич. уровне процесс 3. р. заключается во "включении" отдельных генов, в результате чего синтезируется соответств. рибонуклеиновая к-та (РНК), передающая наследств.информацию из ядра в цитоплазму, где синтезируется молекула специфич. белка, функция генов начинается ещё в предзародышевом развитии, когда в растущей яйцеклетке происходит активное накопление желтка и всех видов РНК, необходимых для обеспечения синтеза белков в раннем развитии. В ходе 3. р. в разных зачатках на тех или иных стадиях развития включаются разные гены, определяющие синтез белков, необходимых для каждого вида дифференцировок. Т. о., реализация наследственности в ходе 3. р. состоит в том, что факторы дифференцировки определяют включение специфич. генов, те вызывают синтез соответств. белков, а белки обеспечивают диффе-ренцировку клеток. Роль мн. белков в этом процессе уже известна - гемоглобин синтезируется при дифференцировке эритроцитов, миозин - при образовании мышц, ферменты и гормоны - при развитии желез и т. д. Однако ещё не изучены белки, определяющие изменения формы клеток, их движение и поведение в ходе 3. р. Неизвестны также механизмы, благодаря к-рым факторы дифференцировки приводят к включению специфич. генов. Амплификация (amplification) - Процесс образования дополнительных копий участков хромосомной ДНК, как правило, содержащих определенные гены либо сегменты структурного гетерохроматина. Амплификация может быть ответом клеток на селективное воздействие (например, при действии метотрексата). Амплификация – один из механизмов активации онкогенов в процессе развития опухоли, например, онкогена N-myc при развитии нейробластомы (наиболее распространенная форма рака плотных тканей у детей). Также амплификация – накопление копий определенной нуклеотидной последовательности во время ПЦР – полимеразной цепной реакции. В результате возникает хромосома дицентрик, что может привести к ассиметричному распределению ДНК в каждом клеточном делении. Другой механизм был предложен при амплификации KAD в клетках HT1080. В данном случае амплификация возможно начинается с рекомбинации через центромеры сестринских хроматид, обеспечивающей i(2)+i(2q). В каждом случае оба механизма зависят от неравнего распределения генов между дочерними клетками, сопровождающимся событиями рекомбинации. Таким образом, потеря хромосомного материала может быть связана с амплификацией генов, и оба этих явления объясняются одним механизмом.

БИЛЕТ 2

ИСТОРИЯ ГЕНЕТИКИ В КЗ.

Начало развития биологических наук в Казахстане связано с образованием Казахского Государственного Университета (ныне КазНУ им. Аль-Фараби) в 1934 г. Одним из первых факультетов стал биологический. Такое положение, в общем-то, отвечало реальным надобностям КазССР. С генетикой связывали тогда большие надежды: селекция высокопродуктивных сортов растений и пород животных могла поднять на ноги аграрный сектор Казахстана.

Золотой век советской генетической науки, из которой возникла и выделилась генетика казахстанская, начался вскоре после Октябрьской революции 1917 г. К середине 30-х г.г. прошлого века, по мнению многих современных ученых, генетика СССР стояла на втором месте в мире после США. Такие крупные исследователи как Н. И. Вавилов, Н. К. Кольцов, А. С. Серебровский, Н. П. Дубинин, С. С. Четвериков, Г. А. Левитский и множество других выдающихся ученых обеспечивали славу советской науки за рубежом и передовой уровень научной работы внутри Союза. Под эгидой московских, ленинградских, новосибирских ученых-генетиков начали создаваться научные центры на местах.

Однако именно с середины 1930-х г.г. ситуация начинает ухудшаться с выходом на сцену печально известного Т. Д. Лысенко..

В 1940-х г.г. под теми или иными предлогами большинство ведущих генетиков России подверглись гонениям, были смещены с научных должностей; многие (Н. И. Вавилов, Г. А. Левитский, Г. Д. Карпеченко, Г. К. Мейстер, Н. К. Беляев, И. И. Агол и др.) были арестованы и умерли в тюрьмах. Некоторым удалось выстоять, не отказываясь от своих убеждений, благодаря смене специальностей. Кто-то работал орнитологом, кто-то физиологом, а кто-то, как 3. С. Никоро - пианисткой в кинотеатре. Окончательно разгромлена и заклеймена наука генетика была на сессии ВАСХНИЛ в августе 1948 г.

Ровно через месяц - 1 сентября 1948 г. в КазГУ была организована кафедра генетики и дарвинизма. Возможно, ввиду удаленности от центра развернувшихся баталий», возможно, потому, что проводившиеся здесь эксперименты с мухами и растениями были сочтены безобидными, гонения и «охота на ведьм» мало затронули нарождающуюся школу генетиков и селекционеров Казахстана.

Первым заведующим кафедрой дарвинизма и генетики стал доктор сельскохозяйственных наук Г. 3. Бияшев (1906-1987), впоследствии профессор (1949), академик АН КазССР (1967), Заслуженный деятель науки КазССР (1971).

Академик Бияшев известен работами по биологии развития и генетике сахарной свеклы. Результаты исследований широко применяются в основных зонах свекловодства Казахстана.

Значительный вклад в развитие генетики и селекции в Казахстане и воспитание целого поколения ученых-генетиков внесла Надежда Львовна Удольская (1903-1986). Работы Удольской по селекции пшеницы, изучению засухоустойчивости злаков (с 1926 по 1937 гг.) были высоко оценены такими известными в СССР и за рубежом учеными как Н. И. Вавилов, А. А. Рихтер, Н. А. Максимов.

Она создала первый в Казахстане сорт «сильной», приспособленной к местным условиям, пшеницы - Казахстанская 126. В 1950-х г.г. этот сорт дал рекордный по Союзу урожай для «мягких» пшениц. В годы максимального распространения он приносил экономический эффект до 1 млн. 200 тыс. рублей в год! Ученики Н. Л. Удольской впоследствии создали еще один сорт, названный в ее честь - Надежда.

В 1970-80 г.г. актуальной для Казахстана, - в особенности Восточного, была проблема т. н. пьявицы - вредителя, «бича» зерновых культур, во влажные годы буквально пожиравшего многие сорта пшеницы. Надежда Львовна нашла оригинальный выход и положила начало работе по созданию сортов твердой пшеницы с опушенной листовой поверхностью, иными словами, такой, что вредителю просто невозможно было эти листья съесть.

Многолетний опыт селекционной работы Удольская привела в генетико-селекционной теории создания высокопродуктивных сортов яровой пшеницы для широких областей Казахстана.
В разные годы на кафедре генетики работали профессор В. И. Фурсов, доценты О. Т. Тажин, Г. У. Ильясов. Начало изучению генетики микроорганизмов положила академик Майя Хажетдиновна Шигаева.

Академик Мурат Абенович Айтхожин (1939-1987) вошел в историю казахстанской науки как основатель республиканской школы молекулярной биологии.

 Точкой отсчета для этой дисциплины во всемирном масштабе служит 1953 г. Именно тогда в В 1983 г. М. А. Айтхожин организовал Институт молекулярной биологии и биохимии АН КазССР. Много внимания уделял подготовке молодых специалистов, был профессором кафедры генети-ки и молекулярной биологии КазГУ.

Академик Айтхожин - Президент Академии Наук КазССР (1986-1987), Лауреат Ленинской премии (один из двух в Казахстане, 1-ый - К. И. Сатпаев), занесен в «Золотую книгу почета КазССР» (1974), награжден золотой медалью Советского Фонда мира (1987).
Крупный ученый, немало сделавший для сохранения и развития генетики в республике –       Р ахметкажи Искандерович Берсимбаев (р. 1947 г.). Он один из первых в Казахстане на рубеже 90-х г.г. применил в своих экспериментах метод «размножения» ДНК из незначительной по размерам пробы, апробировал технологию искусственно перемещенных последовательностей ДНК из одного организма в другой. В мировую научную практику эти методы вошли в 80-х г.г., когда американским ученым удалось, путем перемещения соответствующего гена, заставить бактерию (Escherichia coli, кишечная палочка) выделять человеческий инсулин.

Начавшись 67 лет назад с одного кабинета, генетика в Казахстане прошла длинный путь становления и развития. Стараниями блестящей плеяды ученых наша страна обрела большой объем знаний; примененные на практике, они принесли - и продолжают приносить -колоссальную пользу.

 

КОЛЬЦЕВАЯ КАРТА ХРОМОСОМ ПРОКАРИОТ.ГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ ПРИ ТРАНСФОРМАЦИИ.

Интересный способ построения генетической карты для бактерий был использован Э.Вольманом и Ф.Жакобом . При конъюгации бактерий одноцепочечная молекула ДНК переходит из одной бактерии в другую, там она достраивается и замыкается в кольцо. При этом существуют штаммы бактерий-доноров - тех, которые передают свою ДНК, и штаммы бактерий-реципиентов - тех, которые ДНК получают (иногда говорят, что доноры - это "мужской пол" у бактерий, а реципиенты - "женский").

Вольман и Жакоб смешивали штаммы доноров и реципиентов кишечной палочки . Между бактериями начиналась конъюгация. А затем исследователи резко встряхивали пробирку с культурой бактерий, так что клетки конъюгирующих бактерий отделялись друг от друга, а молекула ДНК разрывалась. Такое встряхивание производили через разное время после начала конъюгации (через 5, 10, 20, 30, 40... мин). Если встряхивание производили раньше, чем через 8 мин после смешивания культур, в реципиентах вообще не обнаруживали чужой ДНК. Если пробирки встряхивали через 10 мин, т.е. в начале конъюгации, в бактерию-реципиента успевал проникнуть небольшой кусочек чужой ДНК; если через 20 мин, в реципиента успевало попасть примерно 20% молекулы ДНК и т.д. ( рис. 115 ). После этого изучали, какие чужие гены попадали вреципиента с кусочками ДНК разной длины. Так строили генетическую карту бактерии. К 1985 г. на генетическую карту кишечной палочки удалось нанести таким методом более 1000 генов.

Сходным образом можно получить генетические карты бактериофагов , которые "впрыскивают" свою ДНК в бактерию. Возможность составления карт показывает, что каждый ген имеет свое определенное место на хромосоме.

Трансформация - непосредственная передача генетического материала (фрагмента ДНК) донора реципиентной клетке. Впервые воспроизведена Ф. Гриффитсом в 1928 г. в опытах с авирулентным бескапсульным штаммом пневмококка, который приобрел вирулентные свойства при одновременном введении в брюшную полость белых мышей с убитыми капсульными вариантами этих же бактерий.

В 1944 г. О. Эвери, К. Мак-Леод и К. Мак-Карти установили, что активным началом, содержащимся в экстракте убитых пневмококков, является ДНК, которая определяет его генетические свойства и является носителем генетической информации. Феномен трансформации воспроизводится в опытах с разными патогенными и непатогенными бактериями: стрептококками, менингококками и др. С донорной ДНК в реципиентную клетку обычно передается только один ген. Это связано с протяженностью трансформирующего фрагмента ДНК, который может проникнуть в реципиентную клетку. Обычно он не превышает 1/100 длины бактериальной хромосомы, т.е. включает один или несколько сцепленных генов. Эффективно трансформация происходит в опытах с бактериями одного и того же вида, имеющих разный генотип.

Трансформирующей активностью обладают двунитевые фрагменты ДНК с молекулярной массой не менее 0,5-1 * 106. Процесс трансформации бактерий можно подразделить на несколько фаз:

· адсорбция ДНК-донора на клетке-реципиенте;

· проникновение ДНК внутрь клетки-реципиента;

· соединение ДНК с гомологичным участком хромосомы реципиента с последующей рекомбинацией.

После проникновения внутрь клетки трансформирующая ДНК деспирализуется. Затем происходит физическое включение любой из двух нитей ДНК донора в геном реципиента.

Эффективность спаривания трансформирующей ДНК с соответствующим участком хромосомы реципиента зависит от степени гомологичное ДНК донора и реципиента. Чем выше гомологичность, тем эффективнее спаривание, что определяет конечный результат трансформации, т.е. количество формирующихся рекомбинантов (трансформантов). Отсюда ясно, почему межвидовая трансформация происходит гораздо реже, чем внутривидовая.

ОНТОГЕНЕЗ КАК РЕАЛИЗАЦИЯ НАСЛЕДСТВЕННО ДЕТЕРМИНИРОВАННОЙ ПРОГРАММЫ РАЗВИТИЯ. ОПЫТЫ ПО ТРАНСПЛАНТАЦИИ ЯДЕР. МЕТОДЫ КЛОНИРОВАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИ ИДЕНТИЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ.

 Онтогенез животного-(греч. «онтос» - сущее, «генезис» - рож­дение, происхождение) — индивидуальное развитие организма, включающее весь комплекс последовательных и необратимых из­менений, начиная от образования зиготы и до естественной смерти организма. В ходе онтогенеза реализуется наследственная про­грамма развития организма в конкретных условиях среды. Разви­тие носит детерминированный характер (идущий по определенно­му пути) и не может пойти по другому пути. Так, сначала развивается эмбрион (зародыш), проходящий поочередно стадии зиготы, морулы, бластулы, гаструлы, нейрулы, плода. При этом формируются все ткани, органы и системы органов и все отделы тела, в результате чего зародыш приобретает черты, характерные для своего вида. После рождения начинается постэмбриональное развитие. Существует два типа постэмбрионального развития — прямое и непрямое (с превращением, метаморфозом). Примеры прямого развития - развитие человека, млекопитающих, птиц, пресмыкающихся, некоторых беспозвоночных (паукообразные, прямокрылые насекомые). У всех этих групп рождающийся орга­низм сходен со взрослым. У животных, развивающихся с превращением, из зиготы появляется личинка, затем куколка, а из нее уже - взрослый организм. Эти стадии развития как внешне, так и внутренне отличаются друг от друга. Такое приспособительное свойство выработалось в процессе эволюции для разделения среды обитания и пищи, чтобы не создавалась конкуренция разных ста­дий

Первый успех в трансплантации ядра одной клетки в другую у многоклеточного организма был достигнут Бриггсом и Кингом в 1952 году , хотя до этого пересадка ядра была сделана у одноклеточных организмов, в том числе у амебы, инфузорий и Acetabularia. Бриггс и получили нормальных плавающих головастиков в результате пересадки ядер клеток бластулы в денуклеированное яйцо Rana pipiens . В этой и последующих работах с R. pipiens до 30% пересадок ядер бластулы давали морфологически нормальные постнейральные стадии.. В следующей важной статье Бриггса и Кинга сообщалось, что очень скоро после стадии бластулы ядра соматических клеток (в этом случае эндодермы) утрачивают способность поддерживать нормальное развитие.

Клонирование — это получение генетически идентичных особей взрослого организма, т. е. бесполое размножение генетически идентичных живых существ с целью создания точных двойников одного и того же индивидуума. Можно выделить три метода клонирования.

Первый метод — разрезание эмбриона на половинки или четвертинки. Практикуется давно. Таким путем были получены особи разных видов млекопитающих — мышей, коров, овец, лошадей. Недостатком этого метода является то, что более чем на четыре части эмбрион разрезать не удается. И если жизнеспособность половинок эмбриона практически не отличается от жизнеспособности целых зародышей, то выживаемость четвертинок существенно ниже.

Второй метод основан на пересадке ядер эмбрионов в лишенные собственного генетического материала клетки. Если, к примеру, использован эмбрион, состоящий из 16 клеток, то в идеальном случае можно получить 16 новых генетически идентичных эмбрионов. Эти эмбрионы могут быть возвращены в половые пути самки для получения генетически идентичных взрослых особей.

Третий метод — использование в качестве генетического материала ядер соматических клеток взрослой особи и пересадка их в яйцеклетку, лишенную собственного генетического материала. Но здесь возникают определенные проблемы. Во-первых, клетка взрослого организма уже завершила свое развитие, и не совсем понятно, можно ли ее «перепрограммировать». Во-вторых, нужно как-то синхронизировать развитие двух клеток — соматической (несущей ядро) и яйцеклетки без клеточного ядра.

Билет №3

1) Первым фактом, раскрывающим роль хромосом в наследственности, было доказательство роли хромосом в определении пола у животных и открытие механизма расщепления по полу 1:1. Морган проводил свои опыты на плодовых мушках дрозофилах. Рассмотрим конкретный пример из его исследований. Если скрестить мушку дрозофилу, имеющую серое тело и нормальные крылья, с мушкой, обладающей темной окраской тела и зачаточными крыльями, то в первом поколении гибридов все мухи будут серыми с нормальными крыльями. Это гетерозиготы по двум парам аллельных генов, причем ген, определяющий серую окраску брюшка, доминирует над темной окраской, а ген, обусловливающий развитие нормальных крыльев, - над геном недоразвития крыльев.

При анализирующем скрещивании гибрида F1 с гомозиготной рецессивной дрозофилой (темное тело, зачаточные крылья) подавляющее большинство потомков F2 будет сходно с родительскими формами.

Явление совместного наследования генов, локализованных в одной хромосоме, Морган назвал сцепленным наследованием, а локализацию генов в одной хромосоме - сцеплением генов. Сцепленное наследование генов, локализованных в одной хромосоме, получило название закона Моргана.

Все гены, входящие в одну хромосому, передаются по наследству совместно и составляют группу сцепления. Поскольку в гомологичных хромосомах находятся одинаковые гены, группу сцепления образуют две гомологичные хромосомы. Число групп сцепления соответствует числу хромосом в гаплоидном наборе. Так, у человека 46 хромосом - 23 группы сцепления, у дрозофилы 8 хромосом - 4 группы сцепления, у гороха 14 хромосом - 7 групп сцепления.

С 1911 г. Т. Морган с сотрудниками в Колумбийском университете США начинает публиковать серию работ, в которой формулирует хромосомную теорию наследственности. Основные положения хромосомной теории наследственности:

Гены находятся в хромосомах. Каждая хромосома представляет собой группу сцепления генов. Число групп сцепления у каждого вида равно гаплоидному набору хромосом.

Каждый ген в хромосоме занимает отдельное место (локус). Гены в хромосомах расположены линейно.

Между гомологичными хромосомами происходит обмен аллельными генами.

Расстояние между генами в хромосоме пропорционально проценту кроссинговера между ними.

Итак, в ядре клеток заключены хромосомы, которые содержат ДНК — хранилище наследственной информации. Этим определяется ведущая роль клеточного ядра в наследственности. Данное важнейшее положение современной биологии не просто вытекает из логических рассуждении, оно доказано рядом точных опытов. Приведем один из них. В Средиземном море обитает несколько видов одноклеточных зеленых водорослей — ацетабулярий. Они состоят из тонких стебельков, на верхних концах которых располагаются шляпки. По форме шляпок различают виды ацетабулярий. В нижнем конце стебелька ацетабулярий находится ядро.

У ацетабулярий одного вида искусственно удалили шляпку и ядро, а к стебельку подсадили ядро, извлеченное у ацетабулярий другого вида. Что же оказалось? Через некоторое время на водоросли с подсаженным ядром образовалась шляпка, характерная именно для вида, которому принадлежало пересаженное ядро.

Хотя ядру принадлежит ведущая роль в явлениях наследственности, из этого, однако, не следует, что только ядро ответственно за передачу всех свойств из поколения в поколение. В цитоплазме также существуют структуры (хлоропласты и митохондрии), содержащие ДНК и способные передавать наследственную информацию.

Таким образом, именно в ядре каждой клетки содержится основная наследственная информация, необходимая для развития целого организма со всем разнообразием его свойств и признаков. Именно ядро играет центральную роль в явлениях наследственности.

 

В процессе реализации заключенной в ядерных генах генетической информации важную роль играет цитоплазма клетки. Именно в цитоплазме осуществляется синтез белковых молекул на основе информации, закодированной в молекулах ядерной ДНК. Одновременно некоторые структурные элементы цитоплазмы могут хранить и передавать по наследству определенную долю генетической информации, не связанной с ядром. Такой способ передачи генетической информации называется цитоплазматической, или нехромосомной, наследственностью.

Цитоплазматическая наследственность связана с действием генов, локализованных в таких элементах цитоплазмы, которые содержат ДНК, способны к автономной репликации и равномерному распределению между дочерными клетками. Важнейшими из них являются пластиды, митохондрии и плазмиды.

 

2)Трансдукция (от лат. transductio — перемещение) — процесс переноса бактериальной ДНК из одной клетки в другую бактериофагом. Общая трансдукция используется в генетике бактерий для картирования генома и конструирования штаммов. К трансдукции способны как умеренные фаги, так и вирулентные, последние, однако, уничтожают популяцию бактерий, поэтому трансдукция с их помощью не имеет большого значения ни в природе, ни при проведении исследований.

Различают общую (неспецифическую), ограниченную (специфическую) и абортивную трансдукцию.

Общая трансдукция

При общей трансдукции фрагменты бактериальной ДНК донора случайно включаются в созревающую фаговую частицу вместе с фаговой ДНК или вместо фаговой ДНК. Фрагменты бактериальной ДНК образуются при ее разрезании ферментом, контролируемым фагом. В состав фаговой частицы может включаться до 100 бактериальных генов.

Ограниченная трансдукция

При ограниченной трансдукции происходит рекомбинация – бактериальная ДНК замещает часть фаговой ДНК. В состав рекомбинантной ДНК входит небольшое количество бактериальных генов, прилежащих к фаговой ДНК, интегрированной в бактериальную хромосому.

Трансформация

Трансформацией называется перенос чистой ДНК из одних клеток в другие. Трансформация была открыта бактериологом Ф. Гриффитсом в 1928 г. в опытах с пневмококками. У пневмококков известно два типа штаммов: S– и R–формы.

S–форма характеризуется наличием полисахаридной капсулы, благодаря чему при искусственном культивировании она образует гладкие блестящие колонии; эта форма патогенна для мышей. R–форма не имеет капсулы, при искусственном культивировании она образует шероховатые колонии; эта форма непатогенна для мышей. Но если мышам одновременно ввести убитые S–клетки и живые R–клетки, то мыши погибают. Следовательно, генетические свойства одного штамма влияют на генетические свойства другого штамма.

В 1944 г. О. Эвери, К. МакЛеод и М. МакКарти доказали, что изменение наследственных свойств клеток связано с переносом ДНК.

Способность клетки к трансформации возможна при особом ее состоянии, которое называется компетентностью. У компетентных клеток изменяется состав клеточной стенки и плазмалеммы: стенка становится пористой, плазмалемма образует многочисленные впячивания, а на внешней поверхности появляются особые антигены – факторы компетентности (в частности, специфические белки с низкой молекулярной массой).

В природных условиях внеклеточная чистая ДНК образуется при гибели (лизисе) прокариот.

Как правило, трансформация происходит в пределах одного вида прокариот, но при наличии гомологичных генов наблюдается и межвидовая трансформация

Трансдукцией называется перенос генетического материала с помощью вирусов из клетки-донора в клетку-реципиент.

Явление трансдукции открыл в 1951 г. Н. Зиндер (ученик Дж. Ледерберга).

При трансдукции в вирионы попадает ДНК клетки-хозяина. Вирионы заражают другие клетки, и ДНК исходной бактериальной клетки проникает в другую бактериальную клетку. Вирусная ДНК интегрируется в бактериальную хромосому, а привнесенная бактериальная ДНК рекомбинирует с ДНК бактериальной хромосомы. В результате 50% клеток оказываются трансформированными.

При трансформации происходит не добавление новых генов, а замещение генов реципиента на гомологичные нуклеотидные последовательности.

Частота трансформации упрокариот зависит от свойств трансформирующей ДНК, от ее концентрации, от состояния клетки–реципиента, от вида бактерий. Максимальная частота трансформированных клеток не превышает 1 на 100 клеток.

 

3) В ходе развития организма формируются многочисленные органы и ткани, совершенно непохожие друг на друга. Они приспособлены для выполнения определенных функций, и каждая ткань поразительно отличается от остальных. В исследовании дифференцировки органов и тканей необходимо решить две проблемы: каким образом ткани становятся непохожими друг на друга и каким образом дифференцированное состояние, характерное для каждой клетки, наследуется в ряду клеточных поколений. В последние годы благодаря использованию в исследованиях недавно разработанных методов молекулярной биологии и клонирования ДНК достигнуты огромные успехи в понимании того, как развивается организм и как происходит дифференциация клеток. Наиболее важные успехи достигнуты в области изучения действия генов в самом раннем эмбриональном развитии дрозофилы. Генетики, добившиеся выдающихся успехов в этой области, Эдвард Льюис, Кристина Нюссляйн-Волхард и Эрик Вишаус получили в 1995 году Нобелевскую премию.

Еще в 50-е годы сформировалось представление о морфогенах как о веществах, индуцирующих образование определенных частей тела. Предполагали, что эти вещества диффундируют через ткань и их распределение диктует тот или иной путь развития клетки. Позднее теория морфогенов получила значительное развитие. По современным представлениям, морфоген выделяется из локального источника и во время последующей диффузии в ткани образуется градиент его концентрации. В каждой группе клеток свой набор и концентрация морфогенов, то есть своя информация о последующем развитии, - то, что генетики называют позиционной информацией.

Лучше всего изучены градиенты морфогенов, образующиеся в развивающемся яйце дрозофилы. Известно, что у дрозофил яйцо созревает в особой камере - фолликуле. Эта камера содержит ооцит - созревающее яйцо и 15 огромных питающих клеток, функция которых состоит в том, чтобы синтезировать продукцию и перекачивать ее в ооцит. В них функционируют так называемые гены с материнским эффектом, то есть такие гены, которые функционируют в питающих клетках ооцитов - в организме матери еще до оплодотворения яйца сперматозоидом, и информация, считанная с них, передается в ооцит.

Оказывается, что белки, кодируемые генами, функционирующими в ходе созревания яйца и транспортируемые туда из питающих клеток, распределяются по оси яйца, образуя градиент.

Известно, что в яйцо поступает РНК, считанная с огромного числа генов. Поскольку каждая из этих РНК еще и распределяется по своим местам в яйце в результате активности других генов, совершенно очевидно сколь огромно число генов, участвующих в формировании яйца. В свою очередь, после занятия правильного положения в яйце продукты таких генов, как bicoid, вступают во взаимодействие с другими генами, которые активируются после оплодотворения и образования зиготы. Таким образом, набор определенных белков, накопленных цитоплазмой к данной стадии развития, способен активировать определенный набор генов, благодаря чему либо поддерживается данное дифференцированное состояние, либо развитие продвигается дальше.

Установлено, что любой ген состоит из трех элементов: некодирующей и нетранскрибируемой (регуляторной) части, расположенной в начале любого гена, а также кодирующих фрагментов - экзонов, перемежаемых некодирующими, но транскрибируемыми участками - интронами. Оказалось, что регуляторные части генов содержат специфические группы нуклеотидов (мотивы), имеющие сродство к определенным сочетаниям аминокислот (доменам) в молекулах белков. Посадка различных белковых факторов на соответствующие мотивы в нити ДНК приводит к изменениям ее пространственной организации и началу транскрипции кодирующей части гена (если белок является активатором) или блокированию транскрипции (если белок является инактиватором).

Билет 4


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 596; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ