Онтогенетическая изменчивость хромосом



Онтогенетическая изменчивость — изменчивость, происходящая в процессе жизни организма и представляющая собой различие между молодым и взрослым организмами на разных этапах развития (напр., молодые растения часто имеют более простое строение листовой пластинки, которая в процессе роста растения усложняется). Она является разновидностью фенотипической изменчивости, которая связана с определенной схемой развития организма в процессе онтогенеза, при этом генотип не претерпевает изменений, а фенотип меняется в соответствии с каждым этапом развития, благодаря морфогенезу и дифференцировке клеток. Морфогенез — это возникновение новых структур на каждом этапе развития, определяемое генетическим аппаратом клеток, может осуществляться благодаря контактным и дистантным межклеточным взаимодействиям, которые контролируют этот процесс. В случае нарушений морфогенеза возникают тератомы (уродства), в том числе и новообразования. Поскольку эти механизмы связаны с «включением» и «выключением» генов, изменчивость этого рода называется — «парагеномная», «эпигенетическая», «эпигенотипическая» или «эпигеномная». Порядок изменений нарушаться не может (выпасть или перескочить), т.к. схема развития определена геномом. Например, один и тот же человек в разные периоды своей жизни выглядит по-разному.

Репликация хромосом

Все, что известно в настоящее время о репликации ДНК, выяснено в результате многолетнего экспериментального обоснования основных положений модели структуры и репликации ДНК по Д. Уотсону и Ф. Крику (1953).

 Репликация хромосом- процесс копирования спиралей днк материнской клетки, происходящий при делении клетки, для передачи этой новосозданной днк дочерней клетке. В ходе этого процесса, происходит воссоздание - то есть, репликация хромосом.

Политения

Политения (от поли... и лат. taenia — повязка, лента), наличие в ядре некоторых соматических клеток гигантских многонитчатых (политенных) хромосом, превышающих в сотни раз обычные. П. приводит к значительному увеличению плоидности ядер (до 32768 n у хирономуса). П. впервые описана француским цитологом Э. Бальбиани в 1881. Политенные хромосомы обнаруживаются в клетках личинок ряда двукрылых (хирономус, дрозофила), у простейших и в некоторых клетках растений. П. — результат многократных репликаций хромосом без последующего деления клетки или её ядра (см. Эндомитоз).

Комбинативная изменчивость, механизм ее возникновения, роль в эволюции и селекции.

Комбинативная изменчивость – это изменчивость, вызываемая расщеплением и перекомбинацией мутаций. Она обусловлена перекомбинацией генов родителей, без изменения структуры генетического материала. Механизмы ее следующие: 1) рекомбинация генов при кроссинговере; 2) независимое расхождение хромосом и хроматид при мейозе; 3) случайное сочетание гамет при оплодотворении.

Например, если у родителей I и IV группы крови, то у детей могут быть либо II, либо III группы крови.

Все три основных источника комбинативной изменчивости действуют независимо и одновременно, создавая огромное разнообразие генотипов. Однако новые комбинации генов не только легко возникают, но также и легко разрушаются при передаче из поколения в поколение. Именно поэтому часто в потомстве выдающихся по качествам живых организмов появляются особи, уступающие родителям.

Для закрепления желательных признаков селекционеры используют близкородственные скрещивания. Благодаря таким скрещиваниям возрастает вероятность встречи одинаковых гамет, и могут возникнуть потомки с комбинацией генов, близкой к родительской комбинации. Таким путем созданы некоторые породы животных и сорта растений.

 

Генетика определения пола у человека и у дрозофилы.

Определение пола у человека происходит по XY-механизму. При этом гетерогаметным полом является мужской, гомогаметным— женский. Определение пола делится на три этапа: хромосомный, гонадный и фенотипический.

 Два основных правила определения пола у млекопитающих

Классическими эмбриогенетическими исследованиями установлены два правила определения пола у млекопитающих. Первое из них сформулировано в 1960-х годах Альфредом Жостом на основе экспериментов по удалению зачатка будущих гонад (гонадный валик) у ранних эмбрионов кроликов: удаление валиков до формирования гонады приводило к развитию всех эмбрионов как самок. Было высказано предположение о секреции гонадами самцов эффекторного гормона тестостерона, ответственного за маскулинизацию плодов, и предсказано наличие второго эффектора антимюллеровского гормона (MIS), непосредственно контролирующего такие анатомические преобразования. Результаты наблюдений были сформулированы в виде правила: специализация развивающихся гонад в тестис или яичник определяет последующую половую дифференциацию эмбриона.

До 1959 года предполагалось, что количество Х-хромосом является важнейшим фактором контроля пола у млекопитающих. Однако обнаружение организмов с единственной X-хромосомой, развивающихся как самки, а особей с одной Y-хромосомой и множественными X-хромосомами, которые развивались, как самцы, заставило отказаться от таких представлений. Было сформулировано второе правило определения пола у млекопитающих: Y-хромосома несет генетическую информацию, требуемую для определения пола у самцов.

  *Билет 10

1. В настоящее время наиболее известны три типа хромосом:

 - у прокариот в нуклеоиде и в клеточных органеллах эукариот

 - хромосомы из делящихся клеток эукариот

 - интерфазные хромосомы эукариот

Основная особенность строения - отсутствие ядра, ограниченного оболочкой. Наследственная информация заключена в одной бактериальной кольцевидной хромосоме, состоящей из одной молекулы ДНК и погруженной в цитоплазму. ДНК не образует комплекса с белками гены, входящие в состав хромосом, работают, т.е. с них непрерывно считывается информация. ДНК закреплена на мембране с помощью специальных белковых нитей. Содержание ДНК намного меньше, чем в эукариотической клетке. Большинство генов уникальны, повторяются обычно только гены, кодирующие тРНК и рРНК. Ядро - важнейшая составная часть клетки. Клеточное ядро содержит ДНК, т.е. гены, и благодаря этому выполняет две главные функции: 1) хранения и воспроизведения генетической информации и 2) регуляции процессов обмена веществ, протекающих в клетке. Ядро окружено оболочкой, которая состоит из двух мембран, имеющих типичное строение. Наружная ядерная мембрана с поверхности, обращенной в цитоплазму, покрыта рибосомами, внутренняя мембрана гладкая. Хроматин содержит ДНК и белки и представляет собой спирализованные и уплотненные участки хромосом.

ХРОМАТИН, нуклеопротеид клеточного ядра, составляющий основу хромосом. В состав X. входят: ДНК (30-40% по массе), гистоны (30-50%), негистоновые белки (4-33%) и РНК. Кол-во негистоновых белков, РНК, а также размеры молекул ДНК колеблются в широких пределах в зависимости от метода выделения X. и природы объекта. Взаимод. между гистонами и ДНК гл. обр. ионное.

Структуру X. формирует элементарная фибрилла диаметром 10 нм. Для нее известны 4 уровня укладки в более сложные структуры. Важнейший этап в структурных исследованиях X.- открытие в 1973 осн. структурной единицы X.-нуклеосомы. Она состоит из универсальной кор-частицы, образованной ДНК (146 нуклеотидных пар), октамером из 4 гистонов (Н2А, Н2В, НЗ и Н4 - по две молекулы каждого) и линкерной ДНК переменной длины (0-80 нуклеотидных пар), связанной с гистоном H1. Последовательность расположения гистонов вдоль молекулы ДНК имеет вид -Н3 — Н2А — Н2В — (Н4, Н3)2 — Н2В — Н2А — Н3. Согласно пространств.модели А. Клуга кор-частица выглядит как плоский диск диаметром 11 нм, толщиной 5,7 нм, с осью симметрии 2-го порядка, на внеш. пов-сть к-рого навита двойная спираль ДНК в В-форме, образующая 1,75 витка левой суперспирали.

Для фибриллы диаметром 10 нм предложена модель бусы на нитке со специфич. по отношению к нуклеотидной последовательности ДНК расположением нуклеосом (т. наз. фазированием). Следующий уровень организации представлен толстой фибриллой диаметром 30 нм. Ее описывают две альтернативные модели: регулярная спираль - соленоид, на один виток к-рой приходится от 3 до 7-8 нуклеосом и менее признанная глобулярная, где каждые 6-12 нуклеосом образуют глобулу. Важную роль в наднуклеосомной организации X. играет гистон H1. Детали устройства т. наз. петельной или доменной структуры X. и собственно хромосомы в метафазе (одна из стадий деления клетки) неизвестны. Интересна гипотеза о соответствии одного домена одному или, в крайнем случае, неск. генам.

О значении РНК в составе хроматина еще нет достаточно однозначных данных. Возможно, что эта РНК представляет собой сопутствующую препарату функцию синтезирующейся

РНК и поэтому частично связанной с ДНК или это особый вид РНК, характерный для структуры хроматина.

Гистоны составляют большинство основных белков хроматина и находятся примерно в том же количестве, что и ДНК.

Гистоны четырех классов прямо взаимодействуют с ДНК и образуют в хроматине серию частиц первого уровня организации. Консервативность типов гистонов на протяжении эволюции можно объяснить необходимостью сохранения этой важнейшей реакции. Пятый класс гистонов принимает участие во взаимодействиях между частицами. Постоянство классов гистонов позволяет предполагать, что взаимодействия типа ДНК—гистоны, гистон—гистоны и гистон—негистоновые белки могут быть в основном похожими у разных видов. Отсюда мы можем сделать заключение об общих механизмах образования как первичных частиц, так и последующих структур более сложного порядка, состоящих из серий частиц.

Гистоны первых четырех классов имеют значительное количество как кислых, так и основных аминокислот. Поэтому эти белки несут высокий заряд. Отношение основных аминокислот к кислым находится в диапазоне 1,4-2,5. Эти гистоны подразделяются на две группы.

К аргинин-богатым относятся два вида гистонов: Н3 и Н4. Они принадлежат к наиболее консервативным из всех известных белков.

К гистонам, умеренно обогащенным лизином, относятся два белка. Их называют Н2А и Н2В (в противоположность их номенклатурному обозначению это не родственные, а независимые белки). У различных эукариот находят те же самые два типа гистонов, но у них обнаружены заметные межвидовые вариации в аминокислотной последовательности.

Пятый класс представлен гистонами, очень богатыми лизином; он состоит из нескольких достаточно близкородственных белков с перекрывающимися последовательностями аминокислот. Это гистоны H1 (в эритроцитах птиц существует вариант, названный Н5). У этих гистонов обнаружены значительные межвидовые и межтканевые вариации (у дрожжей, по-видимому, гистонов данного класса нет). Хотя эти гистоны являются самыми основными гистонами, их легко можно выделить из хроматина, полностью растворив в солевом растворе (0,5М).

Как и следует из названия, негистоны - это все другие белки хроматина. Предполагается поэтому, что они обладают большими видовыми и тканевыми различиями, хотя строгих данных о степени их разнообразия пока нет. Эти белки составляют меньшую долю от всей массы белков хроматина, чем гистоны. Кроме того, сюда относится намного большее число белков, так что любой индивидуальный белок присутствует в значительно меньшем количестве, чем любой гистон.

В класс негистоновых белков могут попасть белки, связанные с экспрессией генов, и белки, участвующие в организации структур высшего порядка. Так, в числе наиболее выдающихся негистонов можно назвать РНК-полимеразу. HMG-белки (высокомобильная группа) составляют отдельный, хорошо различимый подкласс негистонов. Основная проблема, возникающая при работе с другими негистоновыми белками - их загрязнение другими ядерными белками.

Упаковка генетического материала достигается путем спирализации (конденсации). 3.1. Первый уровень упаковки ДНК — нуклеосомный.

Нуклеосома представляет собой глобулу (октамер), содержащую по две молекулы каждого из четырех гистонов — (вокруг которой двойная спираль ДНК образует около двух витков и переходит на следующую глобулу.. Длина молекулы ДНК уменьшается в 5-7 раз.. Второй уровень упаковки — соленоидный (супернуклеосомный). Нуклеосомная нить конденсируется, ее нуклеосомы «сшиваются» гистоном Н1 и образуется спираль диаметром около 25 нм. Один виток спирали содержит 6-10 нуклеосом. Этим достигается укорочение нити еще в 6 раз.. Третий уровень упаковки — хроматидный (петлевой). Супернуклеосомная нить спирализуется с образованием петель и изгибов. Она составляет основу хроматиды и обеспечивает хроматидный уровень упаковки. Четвертый уровень упаковки — уровень метафазной хромосомы, Хроматиды в метафазе способны спирализоваться с образованием эухроматиновых (слабо спирализованных) и гетерохроматиновых (сильно спирализованных) участков; происходит укорочение в 20 раз.. Общий итог конденсации — укорочение нити ДНП в 10000 раз.

*****

2. Для каждого вида живых организмов характерно определенное число хромосом. Например, у шимпанзе соматические клетки содержат 48 хромосом, а половые — в два раза меньше (24).

 

Полиплоидия и ансуплоидия представляют собой результат изменений числа хромосом и относятся к геномным мутациям, т. е. изменениям генома — гаплоидного набора хромосом с локализованными в них генами.

 

Полиплоидия — это кратное увеличение гаплоидного набора хромосом. Клетки с разным числом гаплоидных наборов хромосом называют триплоидными (Зn), тетраплоидными (4n), гексаплоидными (6n), октаплоидными (8n) и т д.

 

Чаще всего полиплоиды образуются при нарушении расхождения хромосом к полюсам клетки при мейоэе или митозе. Это может быть вызвано действием физических (высокая и низкая температура, радиоактивное излучение) и химических (колхицин, винбластин, аценафтен, хлороформ, эфир, хлоргидрид) факторов. В результате возникает клетка с удвоенным числом хромосом, которая может стать началом будущего полиплоидного организма.

 

Для многих растений известны так называемые полиплоидные ряды. Они включают формы от 2 до 10n и более. Например, полиплоидный ряд из наборов в 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 108 и 144 хромосомы составляют представители рода паслен (Solanum); род пшеница (Trilicum) представляет ряд, члены которого имеют 14, 28 и 42 хромосомы.

 

Известно, что при отдаленной гибридизации наблюдается бесплодие, поскольку их генеративные клетки не имеют гомологичных хромосом для конъюгации и образуют нежизнеспособные гаметы, которые гибнут при первом же делении. Для преодоления бесплодия гибридов в этом случае используют полиплоидию. При кратном увеличении числа хромосом каждая хромосома имеет гомолога. Гаметы такого полиплоидного гибрида образуют тетраплоидные зиготы (2n хромосом от одного и 2n хромосом от другого вида). Такие формы называются аллотетраплоидами.

 

Полиплоидия приводит к изменению признаков организма, поэтому является важным источником изменчивости в эволюции и селекции, особенно у растений. Это связано с тем, что у них весьма широко распространены гермафродитизм (самоопыление), партеногенез и вегетативное размножение. Поэтому около трети видов растений, произрастающих на нашей планете, — полиплоиды, а в резко континентальных условиях высокогорного Памира произрастает до 85 % полиплоидов. Почти все культурные растения тоже полиплоиды, у которых, в отличие от их диких сородичей, более крупные цветки, плоды и семена, в запасающих органах (стебель, клубни) накапливается больше питательных веществ. Полиплоиды легче приспосабливаются к неблагоприятным условиям жизни, легче переносят низкие температуры и засуху. Именно поэтому они очень распространены в северных и высокогорных районах.

 

В основе резкого увеличения продуктивности полиплоидных форм культурных растений лежит явление полимерии.

 

У раздельнополых животных как в естественных, так и в искусственных условиях полиплоидия встречается крайне редко.

 

Анеуплоидия или гетероплоидия. У анеуплоидов нормальное число хромосом увеличивается или уменьшается менее чем на целый набор. Анеуплоиды возникают тогда, когда не расходятся хроматиды отдельных хромосом в митозе или отдельные гомологичные хромосомы в мейозе. В результате нерасхождения хромосом при гаметогенезе могут возникать половые клетки с лишними хромосомами, и тогда при последующем слиянии с нормальными гаплоидными гаметами они образуют зиготу 2n + 1 (трисомик) по определенной хромосоме. Если в гамете оказалось меньше на одну хромосому, то последующее оплодотворение приводит к образованию зиготы 2n — 1 (моносомик) по какой-либо из хромосом. Кроме того, встречаются формы 2n — 2 или нуллисомики, так как отсутствует пара гомологичных хромосом, и 2n + n или полисомики. Анеуплоиды встречаются как у растений и животных, так и у человека. Анеуплоидные растения обладают низкой жизнеспособностью и плодовитостью, а у человека это явление нередко приводит к бесплодию и в этих случаях не наследуется. У детей от матерей старше 38 лет частота анеуплоидии повышена (до 2,5 %). Кроме того, случаи анеуплоидии у человека вызывают хромосомные болезни. Анеуплоидные формы часто используются в селекции растений. Скрещивая растения с нуллисомиками и моносомиками, в геном можно вводить определенную хромосому с желательными генами. Таким путем получены новые формы пшеницы, устойчивые к ряду заболеваний.

 

*****

3. Генетическая инженерия - конструирование in vitro функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК), или иначе - создание искусственных генетических программ (Баев А. А.). По Э. С. Пирузян генетическая инженерия - система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать лабораторным путем (в пробирке) искусственные генетические структуры в виде так называемых рекомбинантных или гибридных молекул ДНК.

Речь идет о направленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма с последующим введением их в живой организм. При этом рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппарата рецепиентного организма и сообщают ему новые уникальные генетические, биохимические, а затем и физиологические свойства.

Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека.

Технология рекомбинантных ДНК использует следующие методы:

- специфическое расщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами;

- быстрое секвенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им;

- конструирование рекомбинантной ДНК;

- гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНК или ДНК с большей точностью и чувствительностью, основанную на их способности связывать комплементарные последовательности нуклеиновых кислот;

- клонирование ДНК: амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введение фрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий;

- введение рекомбинантной ДНК в клетки или организмы.

Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Этот процесс состоит из нескольких этапов.

1.Рестрикция - разрезание ДНК,например,человека на фрагменты.

2. Лигирование - фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и сшивают их.

3. Трансформация - введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки. Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные свойства. Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию из многих тысяч потомков - клон

4. Скрининг - отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые плазмиды, несущие нужный ген человека.

Весь этот процесс называется клонированием.

Билет № 12

1. Генетическим анализом мы называем систему опытов, наблюдений и вычислений, имеющих целью разложение свойств (признаков) организма на отдельные наследственные элементы, отдельные признаки, и изучение свойств соответствующих им генов. С его помощью исследуется качественный и количественный состав генотипа, проводится анализ его.структуры и функционирования.

Задачи генетического анализа можно коротко сформулировать как определение системы генотипа организма или генотипической структуры популяции. Очень часто пытаются сравнить генетический анализ с качественным анализом в химии, но добавляют при этом, что генанализ значительно сложнее, так как химик имеет возможность работать с чистыми реактивами (элементами), генетик же имеет дело со сложной системой генотипа.

Методы генанализа очень разнообразны, но основным является гибридологический, или метод скрещивания. Гибридологический анализ, основы которого разработал основатель современной генетики Г. Мендель, основан на следующих принципах.

1. Использование в качестве исходных особей (родителей), форм, не дающих расщепления при скрещивании, т.е. константных форм.

2. Анализ наследования отдельных пар альтернативных признаков, то есть признаков, представленных двумя взаимоисключающими вариантами.

3. Количественный учет форм, выщепляющихся в ходе последовательных скрещиваний и использование математических методов при обработке результатов.

4. Индивидуальный анализ потомства от каждой родительской особи.

5. На основании результатов скрещивания составляется и анализируется схема скрещиваний.

В генетическом анализе используются скрещивания в последовательном ряду поколений: Fl( F2, F3 и т. д. Возвратные скрещивания (Fb)—это скрещивания, гибрида Fi с одной из родительских форм (Р). Особое значение имеет анализирующее скрещивание — скрещивание гибрида Fi (или любого организма неизвестного происхождения) с гомозиготной рецессивной формой.

Цитогенетические методы – это, в первую очередь, методы изучения хромосом: подсчет их числа, описание структуры, поведения при делении клетки, а также связь между изменением структуры хромосом с изменчивостью признаков. Они заключаются в цитологическом анализе генетических структур и явлений на основе гибридологического анализа с целью сопоставления генетических явлений со структурой и поведением хромосом и их участков (анализ хромосомных и геномных мутаций, построение цитологических карт хромосом, цитохимическое изучение активности генов и т. п.).

 

 

2.Геномные мутации – это изменение числа хромосом в ядре. Если происходит увеличение числа хромосом – полиплоидия, если уменьшение – гаплоидия.
полиплоидия – увеличение числа хромосом в ядре, кратное гаплоидному набору.
Автополиплоидия- полиплоидия, при кот происходит увеличение числа хромосом на основе этого же вида. Число х всегда крастно гаплоидному набору исходной формы
2n→4n→8n
Это явление наблюдается при нарушении расхождения хромосом в мейозе. Распространено у растений. Автополиплоиды имеют имеют относительно большую вегетативную массу, за счет увеличенных размеров клеток. Однако, такие организмы не редко стирильны или малоплодовиты. Скрещивая тетраплоидов (4n) с диплоидами, можно получить триплоиды, кот особо крупны по вегетативной массе , поэтому в с/х полезно и выгодно получать триплоиды. Недостатком явл – я полная стирильность.
Аллополиплоидия – процесс объединения кариотипов разных видов.
Скрещивание капусты и редьки (Карпеченко)
2n=18, т. е. N=9.
Очень редко псевдодиплоиды жизнеспособны, тогда их можно скрещивать.
Это принципиально новая фора.
Анеуплоидия – изменение числа хромосом в геноме на величину не кратную гаплоидному набору (т. е. на 1 или неск хромосом). Открыл это явление Бриждес. Он установил, что у дрозофилы может изменяться количество половых хромосом. Позже было установлено, что может изменяться аутосомный набор. Это явление является так же как и полиплоидия результатом неправильного расхождения хромосом в мейозе. Если организм имеет набор 2n-1, то это моносомик, если 2n+1, то это трисомик; если 2n+2 – тетрасомик; а если 2n-2 – нулесомик. Для растений было получено не мало анеуплоидов, у животных особи жизнеспособны если данное явление касается половых хромосом. Анеуплоидия по аутосомам приводит к летали, за редким исключением. У человека встречается по 21 – ой паре хромосом, трисомики по ней страдают синдромом Дауна. Но зарегистрированы такие люди как XXY (синдром Кляйнфельтера). Моносомики YO – не обнаружены, т. к. они летальны. Трисомики XXX – женщины с синдромом Шерешевского – Тернера. Обнаружены даже женщины пентасомики.
Гаплоидия – геномная мутация, которая приводит к гаплоидному набору хромосом у организма, т.е. каждая хромосома в кариотипе представлена только одним гомологом. Естественная гаплоидия встречается в жизненном цикле бактерий, одноклеточных водорослей и споровых грибов.
Проявляются все имеющиеся рецессивные гены, т.к. не прикрыты доминантными аллелями;
Гаплоиды соответствуют по внешнему виду диплоидам, но мельче их:
Гаплоиды перекрестноопыляемых растений не плодовиты и мало жизнеспособны, тогда как самоопыляемые – жизнеспособны;
Клетки гаплоидв мельче чем диплоидов, предполагается что доза генов меньше;
Гаплоиды обычно бесплодны, т. к. при гаметогенезе происходит неправильное расхождение хромосом. Гаплоиды плодовиты тогда, когда в гамете оказывается весь хромосомный набор. При слиянии таких гамет восстанавливается диплоидность.;
Гаплоиды способны размножаться вегетативно.

Разновидности анеуплоидии: а) трисомия - три гомологичных хромосомы в кариотипе. Так, например, у человека описана трисомия по всем хромосомам набора. Иногда трисомия бывает полной, т. повторены три хромосомы одного номера, а иногда — частично когда повторены две полные, а третья хромосома — частично. Такой случай трисомии встречается особенно часто по крупны хромосомам генома. Это указывает на генетическую неравноценность отдельных хромосом. Возникает частичная трисомия главным образом за счет наличия инверсий или дупликаций геноме. Фенотипически трисомия по каждой хромосоме характеризуется определенным набором симптомов, но всегда это бывают нарушения психомоторного развития с совокупностью множественных пороков; б) моносомия в наборе одна из пары гомологичных хромосом, например, при синдроме Шерешевского-Тернера (моносомия Х). Моносомии по первым крупным парам хромосом являются для человека летальными мутациями; в) нулисомия- отсутствие пары хромосом (летальная мутация).

Анеуплоиды описаны у пшеницы, кукурузы, табака, хлопчатника, мыши, кошки, крупного рогатого скота и у многих других. Как правило, они менее жизнеспособны, имеют меньшую продолжительность жизни, менее плодовиты, чем диплоиды, и часть отличаются от последних морфологическими признаками. Известно, что анеуплоидия у растений менее сказывается на жизнеспособности, чем у животных.

У анеуплоидов образуются как нормальные, гаплоидные гаметы, так и анеуплоидные. При этом у растений в оплодотворении принимает участие только пыльца с нормальным, гаплоидным набором хромосом, а зародышевые мешки функционируют независимо от числа хромосом, поэтому характер расщеплении в потомстве анеуплоидов резко отличается от расщепления у диплоидов. Например, если растение клевера — трисомик по хромосоме, несущей ген красной (А) или белой (а) окраски цвет ков, то при генотипе ААа в случае самоопыления получится расщепление 17:1. Это объясняется тем, что функционирующая пыльца образуется двух сортов — А и а, но пыльцевых зерен с геном А в 2 раза больше, чем с а. Яйцеклетки образуются четырех сортов (А, а, АА, Аа) в следующей пропорции: 1АА:1а:2А:2Аа. По решетке Пеннета легко получить соотношение 17:1.

В настоящее время исследование анеуплоидии у растений приобретает важное значение в связи с выяснением роли каждой хромосомы в генотипе. В будущем это поможет экспериментальному синтезу определенных генотипов. Анеуплоидия играет огромную роль в эволюции генотипа и имеет большое значение для изучения происхождения культурных растений.

 

· 3. Строение рекомбинантной ДНК. Гибридная ДНК имеет вид кольца. Она содержит ген (или гены) и вектор. Вектор - это фрагмент ДНК, обеспечивающий размножение гибридной ДНК и синтез конечных продуктов деятельности генетической системы - белков. Большая часть векторов получена на основе фага лямбда, из плазмид, вирусов SV40, полиомы, дрожжей и др. бактерий.
Синтез белков происходит клетке-хозяине. Наиболее часто в качестве клетки-хозяина используют кишечную палочку, однако применяют и др. бактерии, дрожжи, животные или растительные клетки. Система вектор-хозяин не может быть произвольной: вектор подгоняется к клетке-хозяину. Выбор вектора зависит от видовой специфичности и целей исследования. Ключевое значение в конструировании гибридной ДНК несут два фермента. Первый - рестриктаза - рассекает молекулу ДНК на фрагменты по строго определенным местам. И второй - ДНК-лигазы - сшивают фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделениятаких ферментов создание искусственных генетических структур стало технически выполнимой задачей.
Этапы генного синтеза. Гены, подлежащие клонированию, могут быть получены в составе фрагментов путем механического или рестриктазного дробления тотальной ДНК. Но структурные гены, как правило, приходится либо синтезировать химико-биологическим путем, либо получать в виде ДНК-копии информационных РНК, соответствующих избранному гену. Структурные гены содержат только кодированную запись конечного продукта (белка, РНК), и полностью лишены регуляторных участков. И поэтому не способны функционировать в клетке-хозяине.
При получении рекДНК образуется чаще всего несколько структур, из которых только одна является нужной. Поэтому обязательный этап составляет селекция и молекулярное клонирование рекДНК, введенной путем трансформации в клетку-хозяина. Существует 3 пути селекции рекДНК: генетический, иммунохимический и гибризационный с мечеными ДНК и РНК.
Если геном какого-либо организма разрезать, вставить в плазмидные или вирусные вектора и ввести в клетку, то в таком виде его можно сохранить. При разрезании плазмидной или фаговой ДНК вероятность выпадения целых и неизмененных кусков генома довольно высока.
Такой способ получения геномной библиотеки получил название «метод дробовика», так как геном в данном случае представлен отдельными фрагментами.
Принципы создания плазмидных и вирусных векторов общие, поэтому рассмотрим их на примере плазмидных. Следует отметить, что из вирусных ДНК лучше использовать ДНК фагов, так как они имеют большую емкость и позволяют вставлять более крупные куски генома.
Очищенные кольцевые молекулы ДНК обрабатывают рестриктазой, получая линейную ДНК. Клеточную ДНК обрабатывают той же рестриктазой, добавляют к плазмидной, добавляют лигазы. Таким образом получают рекомбинантную плазмидную ДНК, которую вводят в бактериальные или дрожжевые клетки. Плазмида реплицируется с образованием многих копий. Многие плазмиды несут ген устойчивости к антибиотикам, и если в рекомбинантной плазмиде есть такой ген, то клетки легко выявлять, выращивая на среде с антибиотиком.
Каждая такая колония представляет собой клон или потомство одной клетки. Плазмиды одной колонии содержат клон геномной ДНК, а совокупность плазмид можно назвать библиотекой геномной ДНК. Недостаток такого метода в том, что фрагменты ДНК образуются в огромном количестве. Разрезание геномной ДНК определяется случаем, поэтому лишь часть фрагментов содержат полноценные гены. Некоторые фрагменты могут содержать только часть гена или же интронные последовательности.
Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Этот процесс состоит из нескольких этапов.
1.Рестрикция - разрезание ДНК,например,человека на фрагменты.
2. Лигирование - фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и сшивают их.
3. Трансформация - введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки. Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные свойства.

· Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию из многих тысяч потомков - клон
4. Скрининг - отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые плазмиды, несущие нужный ген человека.
Весь этот процесс называется клонированием.

Билет

1. Совокупность методов исследования наследственных свойств организма (его генотипа) называется генетический анализ. В зависимости от задачи и особенностей изучаемого объекта генетический анализ проводят на популяционном, организменном, клеточном и молекулярном уровнях. Мендель использовал в своей работе гибридологический метод. Анализ результата расщепления признака в потомстве гетерозигот по фенотипу. Особенности метода: 1. статистичность. Анализируются не сами родители, а потомки. При этом необходимо равновероятное соединение всех сортов гамет при оплодотворении. Равная жизнеспособность зигот и полное проявление признака. 2. аналитичность. Анализ признака. 3. использование альтернативных признаков, т.е. особи должны четко отличаться по фенотипу. 4. использование самоопылителей, что дает возможность убедиться в чистоте линий. 5. использование плодовитых линий. 6. проведение реципрокных скрещиваний, (когда обладатель признака меняет пол), важно для выявления признака аутосомного, от сцепленных с полом. ♀желт Х ♂зел. ♂желт Х ♀зел. 7. принцип принудительного перекрестного опыления. 8. Моно-, ди, и полигибридное скрещивание. Закономерности «менделеевских» расщеплений. Генеалогический метод Этот метод основан на прослеживании какого-либо нормального или патологического признака в ряде поколений с указанием родственных связей между членами родословной. Генеалогический метод является основным связующим звеном между теоретической генетикой человека и применением ее достижений в медицинской практике. Суть этого метода состоит в том.чтобы выяснить родственные связи и проследить наличие нормального или патологического признака среди близких и дальних родственников в данной семье. Сбор сведений начинается от пробанда. Пробандом называется лицо, родословную которого необходимо составить. Им может быть больной или здоровый человек – носитель какого-либо признака или лицо, обратившееся за советом к врачу-генетику. Братья и сестры пробанда называются сибсами. Обычно родословная составляется по одному или нескольким признакам. Метод включает два этапа: •сбор сведений о семье •генеалогический анализ. Для составления родословной проводят краткие записи о каждом члене родословной с точным указанием его родства по отношению к пробанду. Затем делают графическое изображение родословной. Генеалогический метод тем информативнее, чем больше имеется достоверных сведений о здоровье родственников больного. При собирании генетических сведений и их анализе надо иметь в виду, что признак может быть выражен в разной степени, иногда незначительной – микропризнаки. После составления родословной начинается второй этап – генеалогический анализ, целью которого является установление генетических закономерностей: •в начале требуется установить имеет ли признак наследственный характер; если какой-либо признак встречался в родословной несколько раз, то можно думать о его наследственной природе; однако это может быть и не так, например, какие-то внешние факторы или профессиональные вредности могут вызывать сходные заболевания у членов одной семьи •в случае обнаружения наследственного характера признака необходимо установить тип наследования: доминантный, рецессивный, сцепленный с полом. Близнецовый метод Это один из наиболее ранних методов изучения генетики человека, однако он не утратил своего значения и в настоящее время. Близнецовый метод был введен Ф.Гамильтоном, который выделил среди близнецов две группы: •одняйцевые (монозиготные) •двуяйцевые (дизиготные) Монозиготные близнецы при нормальном эмбриональном развитии всегда одного пола. Дизиготные близнецы рождаются чаще (2/3 общего количества двоен), они развиваются из двух одновременно созревших и оплодотворенных яйцеклеток. Такие близнецы могут быть и однополые и разнополые. С генетической точки зрения они сходны как обычные сибсы, но у них большая общность факторов среды во внутриутробном (пренатальном) и частично в постнатальном периодах. Если изучаемый признак проявляется у обоих близнецов пары, их называют конкордантными. Конкордантность – это процент сходства по изучаемому признаку. Отсутствие признака у одного из близнецов – дискордантность. Близнецовый метод используется в генетике человека для того, чтобы оценить степень влияния наследственности и среды на развитие какого-либо нормального или патологического признака. Популяционно-статистический метод Этот метод позволяет изучить распространение отдельных генов в человеческих популяциях. Обычно производится непосредственное выборочное исследование части популяции либо изучают архивы больниц, родильных домов, а также проводят опрос путем анкетирования. Выбор способа зависит от цели исследования. Последний этап состоит в статистическом анализе. Одним из наиболее простых и универсальных математических методов является метод, предложенный Г.Харди и В. Вайнбергом (в данной статье не рассмотрен). Имеется и ряд других специальных математических методов. В результате становится возможным определить частоту генов в различных группах населения, частоту гетерозиготных носителей ряда наследственных аномалий и болезней. Изучение распространенности генов на определенных территориях показывает, что в этом отношении их можно разделить на две категории: •имеющие универсальное распространение (к их числу относится большинство известных генов) •встречающиеся локально, приемущественно в определенных районах; к их числу относятся, например, ген серповидноклеточной анемии и ген, определяющий врожденный вывих бедра Популяционно-статистический метод позволяет определить генетическую структуру популяций (соотношение между частотой гомозигот и гетерозигот). Знание генетического состава популяций имеет большое значение для социальной гигиены и профилактической медицины.

2. Хромосомные перестройки (хромосомные мутации, или хромосомные аберрации) — тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют следующие виды хромосомных перестроек: делеции (утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую), а также дицентрические и кольцевые хромосомы. Известны также изохромосомы, несущие два одинаковых плеча. Если перестройка изменяет структуру одной хромосомы, то такую перестройку называют внутрихромосомной (инверсии, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы), если же двух разных, то межхромосомной (дупликации, транслокации, дицентрические хромосомы). Хромосомные перестройки подразделяют также на сбалансированные и несбалансированные. Сбалансированные перестройки (инверсии, реципрокные транслокации) не приводят к потере или добавлению генетического материала при формировании, поэтому их носители, как правило, фенотипически нормальны. Несбалансированные перестройки (делеции и дупликации) меняют дозовое соотношение генов, и, как правило, их носительство сопряжено с существенными отклонениями от нормы. Хромосомные перестройки играют роль в эволюционном процессе и видообразовании, в нарушении фертильности, в онкологических и врождённых наследственных заболеваниях человека. Механизмы возникновения хромосомных аберраций разнообразны: – неравный кроссинговер между гомологичными хромосомами (возникают делеции и дупликации) и негомологичными хромосомами (возникают транслокации); – внутрихромосомный кроссинговер (возникают делеции и инверсии); – разрывы хромосом (возникают различные фрагменты); – разрывы хромосом с последующим соединением фрагментов (возникают инверсии, транспозиции, транслокации); – копирование гена и перенос копии в другой участок хромосомы (возникают транспозиции). Изучение хромосомных перестроек в мейозе интересно и важно с различных точек зрения. 1) В мейозе можно выявить перестройки хромосом (транслокации, инверсии, нехватки) у гетерозиготных по ним организмам. Это имеет большое значение для анализа распро- странения разных типов перестроек в природных популяциях растений и животных, а также для выяснения вопроса о природе мутантов, возникающих в природе и опыте. 31 2) Гетерозиготность по разным типам перестроек при- водит к появлению гамет с нехватками и дупликациями при рас- хождении хромосом в анафазах I и II деления мейоза, что влечет за собой снижение плодовитости организмов, важно установить закономерности расхождения хромосом и частоту возникнове- ния несбалансированных гамет. 3) Необходимо выявлять появление новых перестроек хромосом в мейозе, как в естественных условиях, так и в экспе- риментах с различными мутагенами, в частности, определять чувствительность хромосом на разных стадиях мейоза к тем или иным мутагенам. 4) Перестройки хромосом используются для изучения определенных явлений мейоза: так, наличие истинных обменов участками хромосом в процессе кроссинговера было доказано благодаря использованию хромосом, «меченых» транслокация- ми. 5) Транслокации обеспечивают изоляцию новых форм и способствуют эволюционной дивергенции в пределах вида. Также транслокации интенсивно используются в селекционной работе. У ячменя транслокации были использованы для созда- ния сбалансированной линии с генной мужской стерильностью, которая внедрена в производство и обеспечивает культивирова- ние гетерозиготного ячменя. 6) Возникшие инверсии и дупликации генетического материала поставляют материал, который способствует генети- ческой изоляции новых форм в процессе их внутривидовой ди- вергенции. 7) Значение транспозиций заключается в том, что одна из полезных функций подвижных элементов состоит в том, что они способствуют включению в геном организмов новых «чу- жих» генов

3. Получение рекомбинантных ДНК Ген нужно ввести в клетку таким образом, чтобы он не был разрушен клеточными нуклеазами, а интегрировался с геномом клетки. Для этого in vitro ген соединяют с определенной ДНК, выполняющей роль проводника (вектора). Часто в качестве вектора используют плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК, содержащие несколько генов. В исследованиях по генной инженерии часто используют кишечную палочку Е. coli. Геном этой бактерии представлен одной хромосомой (молекулой ДНК), прикрепленной к мембране, и плазмидами, «плавающими» в цитозоле. Плазмида представляет собой кольцевую ДНК; она примерно в 1000 раз меньше основной молекулы ДНК. В клетке может быть несколько разных плаз-мид, и каждая из них может быть представлена большим числом копий (до нескольких сотен). Репликация плазмид происходит независимо от репликации основного генетического материала. Некоторые плазмиды могут включаться в хромосому и снова отделяться от нее. Плазмиды могут переходить из одной бактериальной клетки в другую при конъюгации клеток. Для получения рекомбинантной ДНК плазмиды выделяют из Е. coli и удаляют из них часть кольцевой молекулы ДНК. Для этого применяют рестриктазы. Комплементарные цепи молекулы ДНК разрезаются в разных местах, в результате чего образуются «липкие» концы — неспаренные участки цепей, способные присоединять комплементарные им полинуклеотиды. На фрагменте ДНК, выбранном для пересадки, тоже создают «липкие» концы, используя ту же рест- риктазу, и, следовательно, на фрагменте ДНК образуются «липкие» концы, комплементарные «липким» концам рестриктированной плазмиды. Если теперь смешать фрагмент ДНК (ген) и плазмиду, то они соединятся «липкими» концами. Затем с помощью фермента лигазы образуют фосфодиэфирную связь между концевыми нуклеотидами обеих молекул, и вновь получают кольцевую молекулу ДНК, но теперь она вместе с плазмидной ДНК содержит ген, выбранный для пересадки. Это и есть рекомбинантная ДНК, т. е. ДНК, содержащая новую комбинацию последовательностей (или генов), такую, какой прежде в природе не было. Клонирование ДНК (клонирование генов) — процесс выделения заданной последовательности ДНК и получения многих её копий in vitro. Клонирование ДНК часто применяют для амплификации фрагментов, содержащих гены, а также любые другие последовательности — например, промоторы, некодирующие последовательности, химически синтезированные олигонуклеотиды и случайные участки ДНК. В классических методиках рестрикции и лигирования, клонирование фрагмента ДНК включает четыре стадии: разрезание ДНК эндонуклеазами рестрикции, лигирование ДНК с вектором, трансфекция и последующий скрининг (отбор). Выделение вставки Первоначально необходимо выделить участок ДНК для клонирования. Часто препарат ДНК для клонирования получают при помощи полимеразной цепной реакции, а также разрезания ДНК рестриктазами, обработкой ДНК ультразвуком, фракционированием при помощи агарозного электрофореза ДНК. Выделение вставки может быть сделано технологией клонирования шотган, комплементарной ДНК, искусственным химическим синтезом. Трансформация После лигирования плазмидой трансформируют бактерии для наращивания. Бактерии далее выращивают на селективной среде для отбора колоний, содержащих встройку. Индивидуальные колонии отбирают и изучают на наличие встройки. Трансфекция После лигирования реакционную смесь со встроенным в требуемой ориентации вектором помещают в клетки. В зависимости от типа клеток используют химическую сенситизацию клеток, электропорацию или генные пушки. Для химической сенситизации не требуется специальное оборудование. Электропорацию используют в случае необходимости высокой эффективности трансфекции. Генные пушки применяют в случае растительных клеток и тканей, так как клеточная стенка растений не дает чужеродной ДНК проникать в цитоплазму и ядро. Отбор Получают культуры трансфецированных клеток. Так как описанные выше процедуры часто имеют низкую эффективность, требуются способы выявления клеток, содержащих требуемую вставку в правильной ориентации и отделение таких клеток от не содержащих вставки. Современные векторы для клонирования содержат селективные маркеры (как правило, гены устойчивости к антибиотикам) которые дают возможность расти только клеткам с правильной вставкой расти на селективной среде (с антибиотиком). Векторы для клонирования также часто содержат маркеры, обуславливающие окраску колоний, например при выращивании на среде, содержащей X-gal. Для точного подтверждения успешного клонирования, требуется проверка при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР), полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) или секвенирования ДНК.

Билет 14

1)Гибридологический анализ - способ изучения наследственных свойств организма путём скрещивания (гибридизации) его с родственной формой и последующим анализом признаков потомства. Г. а. впервые применил Г. Мендель (1865) для изучения механизма передачи наследственных задатков (генов) от родителей потомкам и для изучения взаимодействия генов у одного и того же организма (см. Менделя законы). В основе Г. а. лежит способность к рекомбинации, т. е. перераспределению генов при образовании гамет, что приводит к возникновению новых сочетаний генов. По этим сочетаниям, которые проявляются в потомстве гибридной особи с определённой частотой, можно судить о генотипе родительской формы, а по генотипу родительской формы можно предсказывать генотип потомства.

Гибридологический анализ основан на следующих принципах:

1. Использование в качестве исходных особей (родителей), форм, не дающихрасщепления при скрещивании, т.е. константных форм.

2. Анализ наследования отдельных пар альтернативных признаков, то есть признаков, представленных двумя взаимоисключающими вариантами.

3. Количественный учет форм, выщепляющихся в ходе последовательных скрещиваний и использование математических методов при обработке результатов.

4. Индивидуальный анализ потомства от каждой родительской особи.

5. На основании результатов скрещивания составляется и анализируется схема скрещиваний.

Каждая порода в отдельности, по своему составу далеко не однородна и в свою очередь может быть разбита на семьи, роды и линии с отличительными признаками у каждой по сравнению с другими, представителями той же породы. Потомство полученное от представителей одного и того же рода или линии данной породы, приобретает все особенности именно этого рода или линии. Наоборот, потомство, полученное от представителей разных родов, может дать самую пеструю картину по своему составу. Понятно отсюда, как важно каждому, кто занимается разведением тех или иных животных, знать, как и по каким законам происходит наследование признаков. Эти знания позволят заранее определить, какое потомство можно ожидать от тех или иных производителей, и соответствующим подбором последних обеспечить потомство с желательными признаками.

Иоганн (Григорий) Мендель—основатель учения о наследственности.

Символика

- перечень и объяснение условных названий и терминов, употребляемых в какой-либо отрасли науки.

Основы генетической символики были заложены Грегором Менделем, применившим буквенную символику для обозначения признаков. Доминантные признаки были обозначены заглавными буквами латинского алфавита А, В, С и т.д., рецессивные - малыми буквами - а, в, с и т.д. Буквенная символика, предложенная Менделем, по сути, алгебраическая форма выражения законов наследования признаков.

Для обозначения скрещивания принята следующая символика.

женский организм
мужской организм
× знак скрещивания
P родительские организмы
F1, F2 дочерние организмы первого и второго поколения
А, В, С . гены, кодирующие доминантные признаки
а, b, с . аллельные им гены, кодирующие рецессивные признаки
АА, ВВ, СС . генотипы особей, моногомозиготных по доминантному признаку
Аа, Вb, Сс . генотипы моногетерозиготных особей
аа, bb, сс . генотипы рецессивных особей
АаВb, AaBbCc генотипы ди- и тригетерозигот
генотипы гомо- дигетерозиготы в хромосомной форме при независимом и сцепленном наследовании
Гаметы

Гены обозначают обычно первой буквой от названия впервые обнаруженной мутации этого гена, причем, если мутация этого гена рецессивная (не проявляется в гетерозиготном состоянии), то с малой буквы пишут и ее название (например, white - белые глаза у дрозофилы), и название гена (w). Если же мутация доминантная (проявляется в гетерозиготном состоянии) то и название гена пишут с большой буквы (например, мутация Bar - полосковидные глаза у дрозофилы, ген B).

Иногда название гена включает 2, 3 и более букв (например, cn, vg, Antp и другие мутации у дрозофилы).

У всех диплоидных организмов при записи генотипа надо отразить оба аллеля (у тетраплоидных - все четыре и т.д.). Дикий алелль записывают той же буквой, что и мутантный, но со знаком (+), либо просто знаком (+). Т. о. следует записывать:

Мутантный аллель Дикий аллель Доминирование
w (малая буква) + либо w+ w + > w
B (большая буква) + либо B+ B+ <B
сn (с малой буквы) + либо cn+ cn+ > cn
Antp (с большой ) + либо Antp+ Antp+ < Antp

Где > - знак доминирования (для обозначения доминирования одного аллеля над другим обычно используют математические знаки > или <).

В случае серии множественных аллелей используют особую запись “с индексацией”: Ja, Jb, J0, Al и т. д. Обычно перечень множественных аллелей приводится в порядке их доминирования друг над другом. Например, серия множественных аллелей окраски шерсти у мышей:

Ay (желтая со светлым брюхом) > AL (агути) > A (черная с подпалинами) > ata (черная).

2) Генные ( точковые ) мутации затрагивают, как правило, один или несколько нуклеотидов, при этом один нуклеотид может превратиться в другой, может выпасть(делеция), продублироваться, а группа нуклеотидов может развернутся на 180 градусов. Например, широко известен ген человека, ответственный за серповидно - клеточную анемию, который может привести к летальному исходу. Соответствующий нормальный ген кодирует одну из полипептидныз цепей гемоглобина. У мутантного гена нарушен всего один нуклеотид (ГАА на ГУА). В результате в цепи гемоглобина одна аминокислота заменена на другую( вместо глутамина - валин). Казалось бы ничтожное изменение, но оно влечет за собой роковые последствия: эритроцит деформируется, приобретая серповидно - клеточную форму, и уже не способен транспортировать кислород, что и приводит к гибели организма. Генные мутации приводят к изменению аминокислотной последовательности белка. Наиболее вероятное мутация генов происходит при спаривание тесно связанных организмов, которые унаследовали мутантный ген у общего предка. По этой причине вероятность возникновения мутации повышается у детей, чьи родители являются родственниками. Генные мутации приводят к таким заболеваниям, как амавротическая идиотия, альбинизм, дальтонизм и др.

Интересно, что значимость нуклеотидных мутаций внутри кодона неравнозначна: замена первого и второго нуклеотида всегда приводит к изменению аминокислоты, третий же обычно не приводит к замене белка. К примеру, Молчащая мутация- изменение нуклеотидной последовательности, которая приводит к образованию схожего кодона, в результате аминокилотная последовательность белка не меняется.

Типы точковых мутаций

Точковые мутации можно разделить на несколько типов в зависимости от характера молекулярного изменения в гене. Здесь мы кратко опишем четыре типа таких мутаций (Wallace, 1981*)

1. Missense-мутация. К этому типу принадлежит мутация, описанная в предыдущем разделе. В одном из триплетов происходит замена одного основания (например, ЦТТ→ГТТ), в результате чего измененный триплет кодирует аминокислоту, отличную от той, которую кодировал прежний триплет.

2. Мутация со сдвигом рамки. Если в последовательность ДНК включается новое основание или пара оснований, то все лежащие за ними триплеты изменяются, что влечет за собой изменение синтезируемого полипептида. Возьмем, например, последовательность АТТ—ТАГ—ЦГА, перед которой включилось основание Т. В результате получится новая последовательность ТАТ—ТТА—ГЦГ—А… К такому же результату приведёт утрата одного из имеющихся оснований.

3. Nonsense-мутация. В результате замены одного основания возникает новый триплет, представляющий собой терминирующий кодон. В генетическом коде имеется три таких триплета. При такой замене синтез полипептидной цепи прекращается в новой (т. е. другой) точке, и соответственно эта цепь отличается своим свойствам от полипептида, который синтез прежде.

4. Синонимическая missence-мутация. Генетический код обладает значительной избыточностью: два или несколько его триплетов кодируют одну и ту же аминокислоту. Поэтому можно ожидать, что в некоторых случаях при замене оснований один триплет заменяется другим — синонимическим, кодирующим ту же аминокислоту. В этом случае, вследствие избыточности кода мы имеем дело с молекулярным изменением в пределах данного гена, которое не вызывает фенотипического эффекта. Такие синонимические мутации, вероятно, довольно обычны.

№3Трансгенез - искусственный перенос гена или группы генов из одного организма в другой и создание условий для его/их экспресии (т.е. выражения: транскрипции, трансляции, приводящих к появлению в клетках организма-реципиента биологически активного генного продукта).
Основой для развития исследовательских работ по межвидовому транспорту генов послужили серьезные достижения последних десяти лет в области генной инженерии - т. е. технологии манипулирования с рекомбинантной ДНК. Методологически, работы по созданию трансгенных организмов можно разделить на несколько этапов: выделение или исскуственный синтез нужного гена, встраивание этого гена в другую молекулу ДНК (вектор), способную к автономному существованию в клетке и обеспечивающую систему экспрессии гена в чужеродном окружении, введение вектора носителя гена в организм - реципиент, отбор клеток или особей - носителей данного гена.

На начальном этапе развития исследовательских работ по трансгенезу у эукариотических организмов одной из основных проблем являлся поиск и конструирование векторов-носителей для переброски полезных генов. Сейчас эта проблема в значительной степени решена, что дало серьезный импульс распространению трансгенных манипуляций с растениями и животными. В отношении растений наиболее используемыми векторами - носителями являются Ti (tumor inducing) и Ri (root-inducing) плазмиды, выделенные из бактерий, способных образовывать с высшими растениями сложные симбиотические ассоциации. Ti плазмиды содержат в составе своей ДНК так называемые T-участки (от английского transfer - перенос), способные встраиваться в ядерный геном некоторых растений. Встраивание в T-участок нужного гена превращает Ti-плазмиду в вектор - носитель для трансгенных манипуляций. Необходимо также отметить, что генная инженерия и трансгенез у растений могут затрагивать не только ядерный наследственный материал, но и ДНК хлоропластов и митохондрий. Так, в митохондриях кукурузы были обнаружены плазмиды S-1 и S-2, что открывает определенные возможности для введения туда чужеродных генов.

Для трансгенных работ с животными используют вектора, разработанные на основе ДНК вирусов (например, SV40, вируса бычьей папилломы и т.д.). Перенос таким способом полезных генов оказался возможен после ослабления путем генно-инженерных манипуляций патогенности вируса для клеток организма-реципиента. Весьма полезными качествами вирусных векторов-носителей является способность многих из них встраиваться в ДНК клетки хозяина, а также легко проникать в клетку путем обычной инфекции.

Таким образом, трансгенез позволяет наделять уже существующие сорта с/х растений и породы животных новыми, важными с практической точки зрения признаками. Эти возможности обусловили его широкое распространение в современной биотехнологии (см. разделы Трансгенные растения, Трансгенные животные). В то же время, существует ряд нерешенных проблем, сдерживающих дальнейшее интенсивное развитие трансгенеза. Прежде всего это проблема тканеспецифицеской экспрессии (выражения) гена (т.е. генный продукт должен образовываться не во всех клетках организма - реципиента, а только в некоторых), а также перекликающаяся с ней проблема замолкания (т.е. прекращение экспрессии) чужеродного гена. Рядом с непосредственно трансгенными исследованиями находятся и задачи поиска новых генов, ответственных у животных и растений за наличия ценных признаков. Решение данных задач включает определение нуклеотидной последовательности и составление генетических и физических карт геномов различных организмов

Показано, что изолированные метафазные хромосомы проникают в чужеродную клетку и их гены функционируют в этой клетке. Такая трансформация облегчается при заключении хромосом в фосфолипидную оболочку (линохромосомы). В таких условиях снижается частота деградации хромосом при их переходе в чужую клетку. Величина трансформации по отдельным маркерным генам достигает 10.

Метафазные хромосомы поглощаются клетками путем пиноцетоза. Большая, часть поглощенных хромосом деградирует, распадаясь на отдельные фрагменты. За счет этих фрагментов осуществляется перенос содержащихся в них генов. Фрагменты могут существовать в свободном состоянии. Размер фрагментов, называемых трансгеномами, как показали цитологический и гибридизационный анализы, не превышает 1% гаплоидного набора клетки донора. Гены трансгенома функционируют наряду с другими своими хромосомными генами клетки. Это функционирование может длиться в течение некоторого времени. Такие клоны называют нестабильными. При постоянном действии генов трансгенома появляются стабильные клоны. В случае стабильной трансформации сохранившийся фрагмент интегрируется с хромосомой клетки реципиента. Интеграция происходит не путем рекомбинаций через двойной кроссинговер, а через транслоцирование фрагментов на негомологичные участки генома реципиента.

При введении хромосом от донора в реципиентную клетку можно использовать микроклетки. В этом случае клетки доноров обрабатываются таким образом, что часть хромосом или отдельные хромосомы оказываются заключенными в часть цитоплазмы. Слияние микроклетки донора с полноценной клеток реципиента ведет к тому, что реципиент получает группу или отдельные хромосомы донора.

ДНК человека с помощью ферментов нарезается на фрагменты. Эти фрагменты можно клонировать в клетках бактерий. Такие фрагменты используются для картирования хромосом и без знания функций данного гена в клетке.

Билет 15

Закономерности наследования, открытые Г. Менделем. Представление Г. Менделя о дискретной наследственности. Представление об аллелях и их взаимодействиях. Анализирующее скрещивание.

Основные закономерности наследования были открыты Г. Менделем на горохе. Он осуществлял внутривидовые скрещивания форм, отличающихся по единичному числу признаков, имеющих альтернативные (контрастные) их проявления. В числе признаков, которые он использовал, были окраска семян, цветков и бобов, форма семян и бобов, расположение цветков, высота растений. Первоначально проводился гибридологический анализ форм гороха, отличавшихся по одному признаку. Скрещивания, в которые вовлекаются родительские формы, имеющие отличия по проявлениям одного признака, называются моногибридными.

При скрещивании двух исходных форм, относящихся к чистым линиям, в первом дочернем поколении, как правило, наблюдается появление потомков одинакового фенотипа. Эта закономерность известна под названием закона единообразия гибридов первого поколения. Гибриды F1 могут иметь проявление признака как одного из родителей, так и промежуточное между исходными формами выражение. При этом, если различия родительских форм определяются одним геном (моногенно), запись скрещивания выглядит следующим образом: Р АА х аа → F1Аа. Это означает, что за проявление данного признака ответствен ген А, который существует в двух разных состояниях — А и а. Такие альтернативные состояния гена называются аллелями.

Взаимодействие генов

Некоторые признаки определяются не одним геном, а одновременным действием нескольких. В таких случаях, безусловно, наблюдается изменение и усложнение формул расщеплений и методов анализа. Гены, влияющие на развитие одного признака, называются взаимодействующими. Известно несколько видов такого взаимодействия генов: комплементарное, эпистатическое, полимерное.

Доминантные аллели обоих генов приводят к формированию нового проявления признака, взаимно дополняя друг друга (комплементируя). Если же в генотипе присутствуют лишь рецессивные аллели обоих генов, то признак не проявляется. Биохимический анализ позволяет дополнить эту схему. Окраска глаз у дрозофилы обуславливается двумя пигментами (ярко-красным и коричневым), каждый из которых образуется в отдельной цепи биосинтеза. Рецессивный аллель «b» у гомозигот прерывает синтез ярко-красного пигмента — у таких особей глаза имеют коричневую окраску, аллель «а» нарушает синтез коричневого пигмента — у гомозигот аа глаза имеют ярко-красную окраску, у особей «А-В-» имеется оба пигмента, обуславливая темно-красную окраску глаз, а у гомозигот по обоим генам «ааbb» красящих веществ в глазах нет вообще — глаза бесцветные (белые).

Взаимодействие генов (или взаимодействие неаллельных генов) приводит к расщеплениям дигенного типа. Помимо случая, рассмотренного выше, во втором поколении могут наблюдаться расщепления: 9:7, 9:6:1, 9:3:4, 12:3:1, 13:3, 15:1.


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1263; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ