Построение физических карт хромосом с помощью методов молекулярной биологии.



Цитологические карты хромосом, схематическое изображение хромосом с указанием мест фактического размещения отдельныхгенов, полученное с помощью цитологических методов. Цитологические карты хромосом составляют для организмов, для которых обычно уже имеются генетические карты хромосом. Каждое место расположения гена (локус) на генетической карте организма, установленное на основе частоты перекреста участков хромосом (кроссинговера), на Цитологические карты хромосом привязано к определённому, реально существующему участку хромосомы, что служит одним из основных доказательств хромосомной теории наследственности. Для построения Цитологические картыхромосом используют данные анализа хромосомных перестроек (вставки, делеции и др.) и, сопоставляя изменения морфологических признаков хромосом при этих перестройках с изменениями генетических свойств организма, устанавливают место того или иного гена в хромосоме. Пользуясь методом хромосомных перестроек, амер. генетик К. Бриджес составил в 1935 подробную Цитологические карты хромосом плодовой мушки дрозофилы, наиболее полно генетически изученного организма. Гигантские хромосомы насекомых отряда двукрылых оказались самыми удобными для построения Цитологические карты хромосом т.к. наряду с большими размерами обладают чёткой морфологической очерченностью: каждый участок этих хромосом имеет свой определённый и чёткий рисунок, обусловленный характерным чередованием по длине ярко окрашиваемых участков (дисков) и слабо окрашиваемых (междисков). Цитологическими методами легко определить отсутствие участка хромосомы или перенос его в др. место. Сопоставление Цитологические карты хромосом с генетическими показало, что физическое расстояние между генами в хромосомах не соответствует генетическому (видимо, частота кроссинговера неодинакова в разных участках хромосом), поэтому плотность распределения генов на цитологических и генетических картах хромосом различна. Так было установлено важное генетическое явление — неравномерность частот перекреста по длине хромосомы. Линейное расположение генов и их последовательность, установленные генетическими методами, подтверждаются Цитологические карты хромосом Современные методы цитологии и генетики позволяют построить Цитологические карты хромосом многих организмов, в том числе человека.

Рекомбинация: гомологический кроссинговер, сайт-специфическая рекомбинация, транспозиции. Генная конверсия.

Генетическая рекомбинация подразумевает несколько типов перераспределения наследственных факторов:

1. Рекомбинация хромосомных и нехромосомных генов.

2. Рекомбинация целых негомологичных хромосом.

3. Рекомбинация участков хромосом или иных генофоров, представленных непрерывными молекулами ДНК. Этот тип рекомбинации принято подразделять на три подтипа.

Регулярная, или общая, рекомбинация, представляющая собой кроссинговер, т. е. обмен гомологичными участками в различных точках гомологичных хромосом, приводящий к появлению нового сочетания сцепленных генов. Это, как правило, и подразумевают под словом рекомбинация, неоправданно сужая значение термина.

В отличие от общей рекомбинации, сайт-специфическая рекомбинация происходит под контролем ферментов, опознающих специфические последовательности нуклеотидов, присутствующие на одной или двух рекомбинирующих молекулах. С помощью этого типа рекомбинации бактериальные вирусы и мобильные элементы перемещаются по геному.

Сайт-специфическая рекомбинация была открыта в результате исследований механизма перемещения бактериофага А по хромосоме Е.coli. В интегрированном состоянии вирус внедрен в бактериальную хромосому и реплицируется как часть ДНК клетки-хозяина. Когда вирус проникает в клетку, на матрице вирусного гена синтезируется фермент А-интеграза. Этот фермент и катализирует процесс рекомбинации, начинающийся тогда, когда несколько молекул белка интегразы плотно связываются со специфическими последовательностями на кольцевой хромосоме фага. Получившийся ДНК-белковый комплекс теперь связывается со сходными, но не идентичными последовательностями на бактериальной хромосоме, сближая тем самым бактериальную и фаговую хромосомы. Затем интеграза делает надрезы в молекулах ДНК, формируя маленький участок сочленения гетеродуплекса.

 

Генная конверсия - [греч. gen(os) — род, происхождение; лат. conversio — изменение, превращение]

рекомбинации между отдельными частями генов, замена некоторой нуклеотиднойпоследовательности ДНК гомологичной ей последовательностью нуклеотидов. Процесс Г.к. обычноинициируется формированием гибридной ДНК между двумя частично комплементарными цепями. В настоящее время используется следующая классификация Г.к.: а) Г.к. между сестринскимихромосомами по гомологичному локусу; б) Г.к. между различными локусами в одной или разныххромосомах. Конверсия такого типаимеет широкое распространение в различных мультигенныхсемействах. Само явление впервые описано Г. Книпом у нейроспоры в 1928 г., а термин "Г.к." предложен Г. Винклером в 1930 г. Длительное время термин "Г.к." применяли только к нарушениюстандартного менделевского расщепления 2А : 2а в тетрадах аскоспор у грибов-аскомицетов, обнаруженному К. Линдегреном в 1949 г. В дальнейшем его распространили на все процессы, вкоторых происходит превращение одного аллеля в другой путем коррекции рекомбинационногогетеродуплекса.

Роль частной генетики отдельных видов организмов в селекции. Использование индуцированных мутаций и комбинативной изменчивости в селекции растений, животных и микроорганизмов. Роль полиплоидии в повышении продуктивности растений.

Селекция - наука, разрабатывающая пути создания новых и улучшения существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Важнейшими элементами, слагающими селекцию как науку, являются: учение об исходном материале для селекции, учение о наследственной изменчивости и роли среды в выявлении признаков организма, теория гибридизации, теория селекционного процесса, частная селекция отдельных видов. Уже этот далеко не полный перечень вопросов, над которыми работают селекционеры, показывает, что создание новых сортов и пород основывается на таких важнейших свойствах живого организма, как наследственность и изменчивость. Именно поэтому генетика — наука об изменчивости и наследственности организмов — является теоретической основой селекции. Имея свои собственные задачи и методы, селекция твердо опирается на законы генетики, является важной областью практического использования закономерностей, установленных генетикой.

Рассмотрим лишь наиболее важные моменты использования достижений генетики в качестве теоретических основ селекции: учение об исходном материале, использование в селекционной практике экспериментального мутагенеза, полиплоидии, отдаленной гибридизации и гетерозиса.

Разработка генетических основ селекции в СССР связана с именем Н. И. Вавилова.

Вавилов Николай Иванович (1887—1943) — советский генетик, растениевод, географ, общественный деятель. Акад. АН СССР, АН УССР и ВАСХНИЛ, лауреат премии им. В. И. Ленина. Работал в Саратовском университете, возглавлял Всесоюзный институт растениеводства (ныне носящий его имя) и Институт генетики АН СССР, был президентом ВАСХНИЛ.

Совершил многочисленные экспедиции в разные районы СССР и земного шара, где провел историко-географические исследования дикой и культурной флоры, открыл много диких предков культурных растений, на основе полученных данных установил закономерности географического распределения видового и сортового состава в первичных очагах возникновения видов и их последующего расселения — закон о центрах происхождения культурных растений. На основе собранных образцов создал мировую коллекцию культурных растений. Сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости близких видов, родов, семейств. Создал теорию селекционного процесса на основе методов генетики. Инициатор исследований по иммунитету у растений, частной генетике сельскохозяйственных культур. Член Лондонского королевского общества, Индийской, Аргентинской и Шотландской академий.

 

Метод полиплоидии широко применяется селекционерами для создания новых сортов растений. Суть данного процесса заключается в увеличении числа наборов хромосом в клетках тканей организма, кратное одинарному (гаплоидному) набору хромосом. В результате происходит увеличение размеров самих клеток и всего организма в целом. Это фенотипические проявление полиплоидии.

Те организмы, в клетках которых имеется более двух наборов хромосом, носят название полиплоидов. Так, триплоиды содержат три набора, тетраплоиды – четыре, пентаплоиды – пять и т.д. Полиплоиды, которые имеют нечетный набор хромосом, являются стерильными из-за того, что их половые клетки с неполным набором хромосом, не кратным гаплоидному, не делятся. Потомства они не дают.

 

билет 35

1.Представление о плазмидах, эписомах и мобильных генетических элементах (инсерционные последовательности, транспозоны) прокариот.

Прокариоты, помимо генов, которые заключены в хромосомную ДНК, имеют небольшой внехромосомный набор генов, или по-другому – плазмиды. У некоторых плазмид есть свойство встраиваться в хромосомы хозяйских клеток, тогда такая разновидность пластид называется эписомами. Бактериальные плазмиды представляют собой двухцепочечные, небольшие по размерам кольцевидные молекулы ДНК, которые имеют способность удваиваться отдельно от хромосомы хозяина. Только плазмиды, которые входят в состав хромосом бактерий, удваиваются вместе с бактерией. В гены многих плазмидов заключена информация, которая в последующем будет влиять на фенотип клетки.Мобильные элементы представляют собой фрагменты ДНК, способные к внутрихромосомным перемещениям (транспозициям) или к передаче в другую клетку. К ним относятся инсерционные элементы (IS-элементы), ко-IS -элементы), ко-элементы), кодирующие ферменты, необходимые для их перемещения (транспозазы), транспозоны, а также миниатюрные инвертированные повторяющиеся элементы (MITE), которые не содержат генов транспозаз.

 2.Посттранскрипционный уровень регуляции синтеза белков.

3.Явление гетерозиса и его генетические механизмы.

Гетерозис — это свойство помесей и гибридов первого поколения (Fi) превосходить по биологическим и хозяй­ственно-полезным признакам исходные родительские фор­мы.

Некоторые ученые, учитывая специфику форм проявле­ния гетерозиса, выделяют самостоятельные его типы:

репродуктивный гетерозис — более высокая общая про­дуктивность животных, связанная с повышением плодовитости (фертильности) и более мощным развитием их ре­продуктивных органов;

соматический гетерозис — более сильное развитие ве­гетативных частей (у растений), органов и частей тела (у животных);

адаптивный гетерозис — повышенная жизнеспособность животных, их лучшая приспособляемостью

Билет № 36

1. Генетическая рекомбинация - это перераспределение генетического материала (ДНК), приводящее к возникновению новых комбинаций генов. Пути рекомбинации: - обмен клеточными ядрами - обмен целыми молекулами ДНК - обмен частями молекул ДНК Понятие «рекомбинация" включает большой набор разных по своей природе явлений. Для всех рекомбинационных процессов характерен этап, на котором молекулы ДНК вступают в контакт в участке, где произойдет обмен полинуклеотидными цепями. Этот этап получил название "синапсис". Однако механизм синапсиса при разных типах рекомбинации принципиально различен. Более того, он является одним из критериев при классификации рекомбинационных явлений. Модель Холлидея. Модель, описывающая механизм кроссинговера между хроматидами, в соответствии с ней 2 несестринских двухцепочечных молекулы ДНК, между которыми происходит рекомбинация, выстраиваются друг против друга, и в цепях одной и той же полярности в идентичных сайтах возникают одноцепочечные разрывы, каждая из расщепленных цепей спаривается с комплементарным участком нерасщепленной цепи противоположного дуплекса, что после лигирования приводит к образованию точки ветвления, которая может перемещаться вдоль цепей ДНК branch migration; при этом в каждой из рекомбинирующих молекул ДНК происходит замена сегмента цепи ДНК на цепь рекомбинирующего партнера, после изомеризации комплекса с образованием Х-образной структуры (структура Холлидея) происходит разделение молекул ДНК путем внесения эндонуклеазных разрывов и лигирования; М.Х. подтверждается данными авторадиографического анализа и электронной микроскопии. В отличие от общей рекомбинации, сайт-специфическая рекомбинация происходит под контролем ферментов, опознающих специфические последовательности нуклеотидов, присутствующие на одной или двух рекомбинирующих молекулах. С помощью этого типа рекомбинации бактериальные вирусы и мобильные элементы перемещаются по геному. Сайт-специфическая рекомбинация была открыта в результате исследований механизма перемещения бактериофага А по хромосоме Е.coli. В интегрированном состоянии вирус внедрен в бактериальную хромосому и реплицируется как часть ДНК клетки-хозяина. Когда вирус проникает в клетку, на матрице вирусного гена синтезируется фермент А-интеграза. Этот фермент и катализирует процесс рекомбинации, начинающийся тогда, когда несколько молекул белка интегразы плотно связываются со специфическими последовательностями на кольцевой хромосоме фага. Получившийся ДНК-белковый комплекс теперь связывается со сходными, но не идентичными последовательностями на бактериальной хромосоме, сближая тем самым бактериальную и фаговую хромосомы. Затем интеграза делает надрезы в молекулах ДНК, формируя маленький участок сочленения гетеродуплекса. Интеграза напоминает ДНК-топоизомеразу в том отношении, что она формирует ковалентную связь с ДНК в тех же местах, где и разрывает. Тот же самый механизм сайт-специфической рекомбинации приходит в действие, только в обратном направлении, когда фаг l вырезается из сайта интеграции. Иногда в результате мейоза получаются три копии материнского аллеля и только одна копия отцовского, что свидетельствует об изменении одной копии отцовского аллеля в материнский. Это явление называется генной конверсией. Оно часто происходит в связи с событиями общей рекомбинации и репарации ДНК. В ходе мейоза образуется сочленение гетеродуплекса в участках кроссинговера между гомологичными материнской и отцовской хромосомами. Если эти участки хромосом несколько различаются, в районе сочленения могут произойти нарушения спаривания нуклеотидов. Эти нарушения будут исправляться системой репарации ДНК. Следствием этого будет генная конверсия. Генная конверсия может также произойти по ряду других механизмов, но все они требуют осуществления какого-то варианта общей рекомбинации, по которому две гомологичные молекулы ДНК располагаются вместе. Поскольку производятся дополнительные копии фрагментов ДНК, процесс конверсии сопровождается ограниченным синтезом ДНК. Опыт показывает, что обычно только малые участки ДНК испытывают генную конверсию и в большинстве случаев изменяется лишь часть гена. Генная конверсия может происходить в митотических клетках, но значительно реже.

2. Онтогенез – полный цикл индивидуального развития каждой особи, в основе которого лежит реализация наследственной информации на всех стадиях существования в определенных условиях внешней среды; начинается образованием зиготы и заканчивается смертью. Из двух изолированных бластомеров может развиваться полноценный организм. На этой стадии они тотипотентны (равнонаследственны). 

При дальнейшем развитии зародышевые клетки на стадии бластулы начинают терять тотипотентность. Начинается дифференцировка (формирование разнообразных структур и частей тела из относительно однородного материала зародыша). Но не смотря на потерю тотипотентности и дифференцировку, клетки полностью сохраняют генетическую информацию. Любая соматическая клетка представляет собой интегрированную часть в организме, выполняет узко специализированные функции, но в то же время несет в себе генотип целого организма. Цитоплазматические факторы белковой природы в ядро и определяют характер считываемой информации. Следовательно, развитие эмбриональных закладок детерминировано. В процессе развития клеточная специализация возникает как результат дифференциальной активности генов, связанной со сложными ядерно-цитоплазматическими отношениями. Эти взаимоотношения в процессе развития усложняются далее.

 Жизненный цикл есть результат генетической программы, выработанной в ходе длительного процесса эволюционного развития.

1) Оплодотворение (зигота – одноклеточный организм).

 2) Эмбриональное развитие (бластула – колониальные простейшие, гаструла – простейшее многоклеточное, плод – полноценное многоклеточное).

3) Рождение (позвоночные).

4) Постэмбриональное развитие (млекопитающие).

5) Старение.

6) Смерть.

3. Клеточная и генная инженерия дают возможность использования в селекции таких перспективных методов как соматическая гибридизация, размножение растений на основе культуры тканей, трансгенез и т.д. Методы клеточной и генной инженерии позволяют значительно ускорить селекционный процесс при выведении новых сортов сельскохозяйственных растений и пород животных: срок их получения сокращается до 3–4 лет вместо 10–12 лет, необходимых при использовании обычных методов селекции. Метод соматической гибридизации позволяет создавать гибриды, которые невозможно получить путем скрещивания особей, а также получать сорта растений, устойчивые к заболеваниям и вредителям. Культуры растительных тканей выгодно использовать для быстрого размножения медленно растущих растений. У сельскохозяйственных животных с помощью инъекции гормонов удается получить от одной высокопродуктивной самки десятки яйцеклеток, искусственно оплодотворить их спермой породистого самца, а затем имплантировать в матки других самок. Таким способом можно получить от одного ценного экземпляра во много раз больше потомства, чем это было бы возможно с помощью искусственного осеменения. Перспективы создания трансгенных сельскохозяйственных растений связаны с повышением их устойчивости к болезням и неблагоприятным условиям среды, а также с расширением круга культурных растений, способных к симбиотической фиксации азота и т.д. Для этого в растительные клетки вводятся нужные гены, полученные не только от других растений, но и от животных или микроорганизмов.

Билет 37


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 466; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ