1. Биология наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Место и задачи предмета в системе медицинского образования. Биология
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
3.2 Наследственность и изменчивость организмов 1. Геномный, хромосомный и генный уровень организации наследственного материала. Понятие о цитоплазматической наследственности. Цитоплазматическая наследственность. Она обусловлена генами, которые расположены в ДНК органелл цитоплазмы, таких как митохондрия, пласти-ды, центросома. Цитоплазматическая наследственность передаётся по материнской линии, т.к. органеллы цитоплазмы сперматозоида в оплодотворении не участвуют. Зигота, а следовательно новый, организм, получает органеллы цито-плазмы яйцеклетки. Хромосомный уровень организации наследственного материала характеризуется особенностями морфологии и функ-ций хромосом. Геном - совокупность всех генов гаплоидного набора хромосом данного вида организма. Геномный уровень организа-ции наследственного материала имеет особенности у прокариот и эукариот. Генный уровень представлен совокупностью генов - элементарных единиц нУровни организации наследственного ма-териала Все наблюдаемое разнообразие рассмотренных типов наследования признаков объясняется тем, что в клетках организ-мов имеются отдельные гены, которые объединены в группы сцепления, или хромосомы. В совокупности хромосом заключено все многообразие генов организма (клетки) , которые вступают в разные виды взаимодействия друг с дру-гом. Соответственно этому наследственной структуре организмов (клеток) можно выделить как бы три уровня органи-зации: генный, хромосомный и геномный. Наследственный материал любой клетки (организма) дискретен, т. е. представлен отдельными функциональными еди-ницами — г е н а м и. Каждый ген отвечает за развитие отдельного признака. Число генов, заключенных в наследствен-ном материале, велико. Закономерность передачи всего генетического материала из поколения в поколение достигается благодаря тому, что отдельные гены существуют не разрозненно, а собраны в хромосомы, с которыми происходят стро-го определенные превращения в процессе размножения клеток и организмов. Поддержание постоянной структуры хро-мосом в ряду поколений свидетельствует о большом значении этого уровня организации материала наследственности. Хромосомный уровень организации наследственного материала присущ всем эукариотическим организмам. У прокари-от основная масса генов сосредоточена в единственной кольцевидной хромосоме, которая по своему внутреннему стро-ению отличается от хромосом эукариот. Все хромосомы клетки (организма) объединены в набор — кариотип, поддержание постоянства которого обеспечивает-ся митозом для клеток и мейозом с последующим оплодотворением для организмов, размножающихся половым путем. При половом размножении каждый родитель передает новому поколению в своих гаметах полный одинарный набор всех генов — геном. Объединение геномов родительских гамет при оплодотворении создает геномный уровень органи-зации наследственного материала, который соответствует геотипу организма (клеткиаследственности и изменчивости. 2.Моногибридное скрещивание. Первый и второй законы Г.Менделя (формулировка законов, цитогенетический анализ, условия выполнения законов). Менделирующие признаки человека. 2. Моногибридное скрещивание. Первый и второй законы Г.Менделя (формулировка законов, цитогенетический анализ, условия выполнения законов). Менделирующие признаки человека. Моногибридное скрещивание- скрещивание по организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков(например жёлтая и зелёная окраска семян у гороха). 1 закон Менделя- Закон единообразия гибридов первого поколения: При скрещивании гомозиготных родительских форм, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения будут единообразны как по генотипу так и по фенотипу. По фенотипу все гибриды первого поколения характеризуются доминантным при-знаком, по генотипу всё первое поколение гибридов гетерозиготное. 2 закон Менделя- Закон расщепления: При скрещивании гетерозиготных гибридов первого поколения в потомстве наблюдается преобладания рдного из признаков в отношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу Условия выполнения закона расщепления при моногибридном скрещивании Расщепление 3 : 1 по фенотипу и 1 : 2 : 1 по генотипу выполняется приближенно и лишь при следующих условиях: 1. Изучается большое число скрещиваний (большое число потомков). 2. Гаметы, содержащие аллели А и а, образуются в равном числе (обладают равной жизнеспособностью). 3. Нет избирательного оплодотворения: гаметы, содержащие любой аллель, сливаются друг с другом с равной веро-ятностью. 4. Зиготы (зародыши) с разными генотипами одинаково жизнеспособны. 1 закон Менделя- Закон единообразия гибридов первого поколения: При скрещивании гомозиготных родительских форм, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения будут единообразны как по генотипу, так и по фенотипу. По фенотипу все гибриды первого поколения характеризуются доминантным признаком, по генотипу всё первое поколение гибридов гетерозиготное. 2 закон Менделя- Закон расщепления: При скрещивании гетерозиготных гибридов первого поколения в потомстве наблюдается преобладания одного из признаков в отношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу. Менделирующими признаками называются те, наследование которых происходит по закономерностям, установленным Г. Менделем. Менделирующие признаки определяются одним геном моногенно, то есть когда проявление признака определяется взаимодействием аллельных генов, один из которых доминирует другой. Менделевские законы справедливы для аутосомных генов с полной пенетрантностью и постоянной экспрессивностью. Если гены локализованы в половых хромосомах (за исключением гомологичного участка в Х- и У-хромосомах), или в одной хромосоме сцеплено, или в ДНК органоидов, то результаты скрещивания не будут следовать законам Менделя. 3.Дигибридное и полигибридное скрещивание организмов. Третий закон Г.Менделя (формули-ровка закона, цитогенетический анализ, условия выполнения закона). Ди- и полигибридное скрещивание- скрещивание особей отличающихся друг от друга по двум парам(по множеству пар) альтернативных признаков. Закон независимого наследования (третий закон Менделя) — каждая пара признаков наследуется независимо от других пар и дает расщепление 3:1 по каждой паре (как и при моногибридном скрещивании). Когда скрещивались растения, отличающиеся по нескольким признакам, таким как белые и пурпурные цветы и желтые или зелёные горошины, наследование каждого из признаков следовало первым двум законам и в потомстве они комбинировались таким образом, как будто их наследование происходило независимо друг от друга. Первое поколение после скрещивания обладало доминантным фенотипом по всем признакам. Во втором поколении наблюдалось расщепление фенотипов по формуле 9:3:3:1. Условия выполнения: 1. Изучается большое число скрещиваний (большое число потомков). 2. Гаметы, содержащие аллели А и а, образуются в равном числе (обладают равной жизнеспособностью). 3. Нет избирательного оплодотворения: гаметы, содержащие любой аллель, сливаются друг с другом с равной вероятностью. 4. Зиготы (зародыши) с разными генотипами одинаково жизнеспособны. 5. Расположение генов, отвечающих за изучаемые признаки, в разных парах хромосом (несцепленность). 4. Особенности наследования признаков, контролируемых аллельными и неаллельными генами. Типы взаимодействия аллельных генов: 1)Доминирование- это тип взаимодействия аллельных генов, при котором один ген полностью подавляет действие другого. 2)Неполное доминирование- это тип взаимодействия аллельных генов, при котором проявление рецессивного гена несколько ослабляет проявление доминантного гена. 3)Кодоминирование- это тип взаимодействия аллельных генов, при котором они оба проявляются, не ослабляя эффектов другого. 4)Сверхдоминирование – это явление, при котором в гетерозиготном состоянии доминантный ген проявляется намного сильнее, чем в гомозиготном. 5)Летальные гены- гены, которые в гомозиготном состоянии приводят к гибели организма чаще всего в эмбриональном периоде. 6) Аллельное исключение - такой вид взаимодействия аллельных генов в генотипе организма, при котором происходит инактивация одного из аллелей в составе хромосомы. Таким образом, даже процесс формирования элементарного признака зависит от взаимодействия, по меньшей мере, двух аллельных генов, и конечный результат определяется конкретным сочетанием их в генотипе. Типы взаимодействия неаллельных генов: 1)Комплементарность- тип взаимодействия неаллельных генов, при котором для проявления определённого состояния признака необходимо присутствие чаще всего двух доминантных генов разных пар. 2)Эпистаз- тип взаимодействия неаллельных генов, при котором один неаллельный ген подавляет развитие признака другого, например, у кур окраска оперения определяется одним доминантным геном, а другой доминантный ген подавляет развитие окраски, в рез-те чего большинство кур белые. 3)Полимерия- явление, при котором неаллельные гены оказывают одинаковое влияние на развитие признака. Аллельные гены вступают в отношения типа доминантности — рецессивности. Это означает, что в генотипе существуют гены, реализующиеся в виде признака,—доминантные, и гены, которые не смогут проявиться в фенотипе,— рецессивные. В сериях множественных аллелей эти отношения приобретают достаточно сложный характер. Один и тот же ген может выступать как доминантный по отношению к одной аллели и как рецессивный по отношению к другой. Известно много примеров, когда гены влияют на характер проявления определенного неаллельного гена или на саму возможность проявления этого гена. 5.Хромосомная теория наследственности. Хромосома как группа сцепления генов. Понятие о ге-нетических картах хромосом. Механизмы, нарушающие сцепление генов. Основные положения хромосомной теории Т.Моргана. 1) Материальными носителями наследственной информации являются хромосомы, а в них гены. 2)Гены в хромосоме занимают определенное место – локус и расположены линейно. 3)Каждая хромосома представляет собой группу сцепления генов, которые наследуются совместно. Число групп сцеп-ления равно гаплоидному числу хромосом. 4)Сцепление генов в хромосоме не абсолютно. Между гомологичными хромосомами может происходить обмен гена-ми – кроссинговер. 5)% кроссинговера прямо пропорционален расстоянию между генами. Единицей расстояния между генами принят 1% кроссинговера, названный морганидой (М). 5. Хромосомная теория наследственности: Исследования проведённые в начале 20 века американскими генетиками Морганом, Мёллером, Бриджесом на дрозофиле, позволили в дальнейшем сформ эту теорию, основными положениями которой является следующее: 1)Гены находятся в хромосомах. Гены одной хромосомы наследуются сцеплено и называются группой сцепления. Кол-во групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом(23 у чел) 2)Каждый ген занимает в хромосоме определённое место - локус 3)Гены в хромосомах расположены линейно. 4)Нарушение сцепления происходит только в результате кроссинговера. 5)Независимое наследование характерно только для генов, находящихся в негомологических хромосомах. Генетическая карта - схема относительного расположения генов в хромосомах, позволяющая предсказывать характер наследования изучаемых признаков организмов. Один конец хромосомы принимается за нулевой, от него отсчитывается расстояние в специальных единицах (морганидах). Она строится на основе результатов анализирующего скрещивания. Генетические и цитологические карты хромосом. Карта хромосом – схема расположения генов в хромосоме. Различают: 1) Цитологические карты хромосом. Составляются на основании микроскопического изучения хромосом (электронная микроскопия). На них отражены размеры, форма, число хромосом в клетке и другие морфологические характеристики. 2) Генетические карты хромосом - их строят на основе учета результатов гибридизации. При этом: 1) экспериментально определяют число кроссинговерных форм, 2) вычисляют % кроссинговера между генами по формуле Моргана. 3) располагают гены вдоль хромосомы линейно, пропорционально расстоянию (т.е. % кроссинговера) между ни-ми. Группа сцепления – совокупность генов 1 хромосомы. Число групп сцепления равно числу хромосом в гаплоидном наборе каждого вида. Причина нарушения сцепления — кроссинговер, т. е. перекрест хромосом в профазе I мейотического деления. Чем дальше друг от друга расположены гены в хромосоме, тем выше вероятность перекреста меж-ду ними и тем больше процент гамет с перекомбинированными генами. В генетике принято определять рас-стояние между генами в процентах гамет, при образовании которых в результате кроссинговера произошла перекомбинация генов в гомологичных хромосомах. Кроссинговер — важный источник комбинативной генетической изменчивости. Закон Т.Моргана: Гены, локализованные в одной хромосоме, занимают определённое место, называемое локусом, и наследуются сцеплено, причём сила сцепления обратно пропорциональна расстоянию между генами. 6. Полное и неполное сцепление генов. Анализ дигибридного скрещивания в условиях полного и неполного сцеп-ления генов. Генетический эффект кроссинговера. СЦЕПЛЕНИЕ ГЕНОВ, явление, в основе к-рого лежит локализация генов в одной хромосоме. С. г. выражается в том, что аллели сцепленных генов, находящиеся в одной группе сцепления, имеют тенденцию наследоваться совместно. Это при-водит к образованию у гибрида гамет преим. с "родительскими" сочетаниями аллелей. Для обозначения С. г. используют символы АВ/ав или -. Сцепление доминантных (или рецессивных) аллелей друг с другом АВ/ав наз. фазой сцепления, а сцепление доминантных аллелей с рецессивными Ав/аВ - фазой отталкивания. В обоих случаях С. г. приводит к более низкой частоте особей с "неродительскими", рекомбинантными сочетаниями признаков, чем ожидается при независимом наследовании признаков (см. Менделя законы). При полном С. г. образуются только два типа гамет (сисходными сочета-ниями сцепленных генов), при неполном - и новые комбинации аллелей сцепленных генов. Неполное С. г.- результат кроссинговера между сцепленными генами, поэтому полное С. г. возможно у организмов, в клетках к-рых кроссинговер в норме не происходит (напр., половые клетки самцов дрозофи-лы). Т. о., полное С. г. является скорее исключением из пра-вила неполного С. г. Чем больше расстояние между генами в хромосоме, тем меньше сила сцепления между ними и чаще образуются рекомбинантные типы гамет. Изучение С. г. и сцепленного наследования признаков послужило одним из под-тверждений хромосомной теории наследственности и исходным толчком анализа и разработки теории кроссинговера 7. 7. Количественная и качественная специфика проявления генов: пенетрантность, экспрессивность, плейотропия, генокопии. Особенности проявления доминантных патологических генов. Пенетрантность - количественный показатель фенотипической изменчивости проявления гена. Измеряется (обычно в %) отношением числа особей, у которых данный ген проявился в фенотипе, к общему числу особей, в генотипе которых этот ген присутствует в необходимом для его проявления состоянии. Проявление гена у 100% особей с соответствующим генотипом называется полной пенетрантностью, в остальных случаях — неполной. Неполная свойственна проявлению многих генов человека, животных, растений и микроорганизмов. Например, некоторые наследственные болезни человека развиваются только у части лиц, в генотипе которых присутствует аномальный ген; у остальных же наследственное предрасположение к болезни остаётся нереализованным. ЭКСПРЕССИВНОСТЬ - степень фенотипического проявления одного и того же аллеля определённого гена у разных особей. При отсутствии изменчивости признака, контролируемого данным аллелем, говорят о постоянной Э., в противном случае — об изменчивой (вариабельной) Плейотропия— явление множественного действия гена. Выражается в способности одного гена влиять на несколько фенотипических признаков. Аутосомно-рецессивный: 1) при достаточном числе потомков признак может отсутствовать в поколении детей, но появлятся в поколении внуков. 2) признак может развиваться при его отсутствии у родителей. вероятность его проявления составляет 25%. 3) признак наследуется всеми детьми, ели оба родителя его имеют. 4) признак наслед потомками мужского женского пола одинаково часто. Аутосомно-доминантный Геноипы больных: А_(АА или Аа). Генотип здоровых аа . Все одинаково болеют. Нет пропусков поколении. У здоров родит не мог родится больные дети. Вероятность рожд: есл хотябы один из родит гомозиготен по патологическому аллелю. Все дети родж больн независ от генотипа другого родит. Вероятность рожд здоров детей у больных родит составляет 25% если оба родит гетерозигоны по патологическому аллелю. Полидактилия (шестипалость). Брахидактилия (короткопалость). хорея гентингтона, болезнь морфана. семейная гиперхолестеринемия. Аутосомно-рецессивный А_(АА-генотипически здоров, Аа-фенотипически здоровый носитель) Одинак часто бол и м и ж. есть пропуски поколен. У здоровых родителей могут родиться больные дети, если оба родителя-носители. Если хотябы один из родит генотипически здоров, все дети будут фенотипически здоровы независимо от генотипа другого родителя.. Если оба родит скрытые носители (здоровы)могут родит больные дети с вероятностью 25%. Вероятн рождения больного ребенка составляе 50% если 1 из род болен. А 2 скрыт носит. Галактоземия, фенилкетонурия, муковисцедоз, синдром тея-сакса, серповид клет анемия. 8. Генетический полиморфизм – основа индивидуальных реакций на воздействия факторов среды. Понятие о множественных аллелях. Генетический полиморфизм – долговременное существование в популяции двух и более генотипов, частоты которых достоверно превышают вероятность возникновения соответствующих повторных мутаций. Множественные аллели (multiple alleles) [греч. allelon — друг друга, взаимно] — более двух аллелей одного гена, возникающих в популяции мутационным путем, которые отличаются друг от друга по своему проявлению. Генетический полиморфизм - сосуществование в пределах популяции двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений. Чаще всего генетический полиморфизм обусловливается либо варьирующими давлениями и векторами (направленностью) отбора в различных условиях (например, в разные сезоны), либо п Один из видов генетического полиморфизма — сбалансированный — характеризуется постоянным оптимальным соотношением полиморфных форм, отклонение от которого оказывается неблагоприятным для вида, и автоматически регулируется. В состоянии сбалансированного Г. п. у человека и животных находится большинство генов. Различают несколько форм Г. п., анализ которых позволяет определять действие отбора в природных популяциях. Множественные аллели — более двух аллелей одного гена, возникающих в популяции мутационным путем, которые отличаются друг от друга по своему проявлению. Множественный аллелизм имеет определенные закономерности: - любой ген может иметь больше двух аллелей; - вариант гена может возникнуть как из-за прямой или обратной мутации другого аллеля, так и из-за изменения «дикого» гена; - в организме с диплоидным набором хромосом могут одновременно находиться два различных аллеля; - аллели находятся в доминантно-рецессивных отношениях между собой; - наследование аллелей подчиняется законам Грегора Менделя |