РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ ЦИТОЛОГИЯ 2013 -1. Методические рекомендации к лабораторным занятиям Рабочая тетрадь освоения лабораторнопрактических навыков по биологии. Часть I. Цитология с основами общей генетики
 Скачать 3.82 Mb.
|
А) ДНК равномерно распределяется между дочерними ядрамиБ) ДНК неравномерно распределяется между дочерними ядрами. В) репликация ДНК не всегда происходит. Г) закономерно идут процессы редупликации ДНК Д) образуются дочерние клетки с одинаковыми наследственными признаками Е) не обеспечивают равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками. 7. Установите последовательность этапов митотического цикла, начиная с митоза: А) Удвоение ДНК Б) Удвоение хромосом В) Происходит накопление питательных веществ, энергии, синтез АТФ Г) образование и восстановление необходимого числа органоидов Д) образование материнской звезды, неполное обособление сестринских хроматид друг от друга Е) конденсация хроматина, и образование хромосом Ж) деконденсация хромосом, формирование ядерной оболочки, цитотомия 8. Установите последовательность соотношения хромосом и ДНК в митозе: А) 2п2с Б) 4п4с В) 2п4с 9. Установите последовательность уровней структурной организации хромосом, начиная с наименьшей: А) конденсированный участок хромосомы Б) серии петельных доменов В) двойная спираль ДНК Г) метафазная хроматида (хромосома) Д) нуклеосомная нить Ж) хроматиновая фибрилла 10. Установите соответствие между правилом хромосом и его характеристикой:
11.Установите соответствие между тканями и их характеристикой:
12. Установите соответствие между типом клеток и их митотической активностью
Эталоны ответов: Часть 1
Часть 2
Дата _________________ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Тема: Аллельные гены, их взаимодействие. Множественные аллели. Цель занятия:
Задачи занятия:
Генетика - раздел общей биологии, предметом изучения которого являются фундаментальные свойства живого – наследственность и изменчивость. Основоположником генетики является Г.Мендель, который сформулировал основные закономерности наследования. Функциональной единицей наследственного материала является ген. Большинство признаков контролируется совместным действием многих генов. Система взаимодействующих генов образует генотип особи, реализация которого зависит от конкретных условий окружающей среды. Различают взаимодействие аллельных и неаллельных генов. Аллельные гены - это гены, которые занимают одинаковые локусы (место) в гомологичных хромосомах. Тесты контроля итогового уровня знаний (ответить на вопросы, предложенные преподавателем). ВАРИАНТ № 1 _______ 6 _______ 2 _______ 7 _______ 3 _______ 8 _______ 4 _______ 9 ________ 5 _______ 10_______ Количество баллов: _______ Вопросы для самоподготовки: 1. Аллельные гены, виды взаимодействия аллельных генов. Гибридологический анализ взаимодействия аллельных генов. 2. Формирование признаков и фенотипический эффект в 1 и 2 поколениях в случаях: доминирования, неполного доминирования, сверхдоминирования, рецессивного наследования. Приведите примеры наследования признаков у человека. 3. Множественный аллелизм. Наследование групп крови по системе АВО. 4. Явление кодоминирования. Наследование IV группы крови по системе АВО и группы крови LM LN по аллелям М и N. 5. Аллельные исключения. 6. Межаллельная комплементация. Формирование нового признака у гетерозигот. Фенотипический эффект. 7. Особенности плейотропного действия, привести примеры наследования плеотропных признаков у человека. 8. Пенетрантность и экспрессивность в проявлении признаков. Литература:
Основные термины по теме: Аллель _________________________________________________________________________ Аллельное исключение _________________________________________________________ Аллельные гены _______________________________________________________________ Альтернативные (контрастные) признаки__________________________________________ Ген __________________________________________________________________________ Геном________________________________________________________________________ Генотип _____________________________________________________________________ Гетерозиготы__________________________________________________________________ Гибриды_____________________________________________________________________ Гипотеза чистоты гамет ________________________________________________________ Гомозиготы___________________________________________________________________ Закон доминирования _________________________________________________________ Закон расщепления ____________________________________________________________ Кодоминантные аллели_________________________________________________________ Кодоминирование _____________________________________________________________ Локус ________________________________________________________________________ Межаллельная комплементация __________________________________________________ Множественный аллелизм ______________________________________________________ Наследование _________________________________________________________________ Наследственность______________________________________________________________ Неполное доминирование _______________________________________________________ Пенетрантность _______________________________________________________________ Плейотропия__________________________________________________________________ Полное доминирование _________________________________________________________ Сверхдоминирование __________________________________________________________ Фенотип _____________________________________________________________________ Чистые линии_________________________________________________________________ Экспрессивность _____________________________________________________________ Ход работы: Решение задач на разные типы взаимодействия аллельных генов. Задание №1. Полное доминирование. Полное доминирование – взаимодействие аллельных генов, при котором фенотипическое проявление доминантного гена не зависит от другого аллельного гена. Полное доминирование наблюдается в том случае, когда доминантный аллель полностью подавляет рецессивный. Поэтому гомозиготы АА и гетерозиготы Аа имеют одинаковый доминантный признак в фенотипе. В данном случае развитие признака не зависит от количества т.е. дозы доминантных генов в зиготе, достаточного одного доминантного гена из пары аллелей А_ в генотипе для реализации доминантного признака. При полном доминировании в F1 все особи единообразны с доминантным признаком. В F2 в моногибридном скрещивании при явлении полного доминирования происходит расщепление по фенотипу в отношении 3:1 на два фенотипических класса. У человека по типу полного доминирования наследуются признаки: праворукость, полидактилия, синдактилия, брахидактилия, положительный резус-фактор, рахит. Пример: шестипалость (полидактилия) наследуется как аутосомный доминантный признак. Какова вероятность проявления этого признака у детей от отца гетерозиготного по данному гену и матери не имеющей этой аномалии Дано:
Решите задачи, используя пример. 1. Миоплегия (периодические параличи) наследуется доминантно. В семье, где жена здорова, а муж болен миоплегией, родился здоровый ребенок. Какова вероятность рождения следующего здорового ребенка. 2. Аниридия (отсутствие радужки) наследуется как аутосомный доминантрый признак. Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где один из родителей страдает аниридией, а другой нормален, если известно, что у больного родителя эту аномалию имел только отец. 3. Альбинизм наследуется у человека как аутосомный рецессивный признак. В семье, где один из супругов альбинос, а другой нормален, родились двуяйцовые близнецы, один из которых нормален, а другой альбинос. Какова вероятность рождения следующего ребенка – альбиноса. 4. Ахондроплазия (карликовость) передается как доминантный аутосомный признак. В семье, где оба супруга страдают ахондроплазией, родился нормальный ребенок. Какова вероятность того, что следующий ребенок тоже будет нормальным. Задание №2. Явление доминирования не исключает все случаи взаимодействия аллельных генов. Существуют взаимодействия по типу: неполного доминирования, кодоминирования, сверхдоминирования, аллельные исключения. Неполное доминирование. Неполное доминирование – взаимодействие аллельных генов, при котором у гетерозигот – Аа признак проявляется в промежуточном значении. Развитие признака зависит от дозы соответствующего аллеля (действие гена дозировано). Доминантный аллель (А) присутствует в организме гетерозигот (Аа) в одном экземпляре, он обеспечивает развитие соответствующего признака до известного количественного предела. Увеличение «доз» доминантного аллеля – (А) в гомозиготном состоянии (АА) даёт нарастание количества фенотипического проявления признака. Гомозиготы - АА имеют доминантный признак. В F1 все особи гетерозиготы «Аа» единообразны по фенотипу, имеют в фенотипе промежуточный признак. При неполном доминировании во втором поколении моногибридного скрещивания наблюдается одинаковое расщепление по генотипу и фенотипу в соотношении 1:2:1 на три генетических и фенотипических класса (АА:2Аа:аа). Могут существовать и другие механизмы неполного доминирования. Рассмотрим это на примере серповидно-клеточной анемии. Это наследственная гемоглобинопатия, наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Причиной заболевания с  лужит патологический ген «а», формирующий аномальный гемоглобин (HbS), в молекуле которого вместо глутаминовой кислоты в 6-м положении ß-цепи находится валин. Генетический дефект - точечная генная мутация, происходит в структурном гене ДНК, кодирующим ß-цепи гемоглобина. Патологический гемоглобин получил название своё название S - гемоглобин от слова «sicsle» - серп, потому что эритроцит, несущий этот аномальный белок приобретает серповидную форму. Под микроскопом дефектные клетки крови имеют форму усечённого круга или форму полумесяца, в отличие от нормальных округлых клеток. За что эта форма гемоглобинопатии получила название серповидно-клеточной анемии. Гомозиготные особи (аа) умирают обычно до полового созревания, гетерозиготные (Аа) жизнеспособны, анемия у них чаше всего проявляется субклинически в лёгкой форме, АА - здоровы. Гибридологический анализ:
Гетерозиготные (Аа) носители гена гемоглобина S (HbA / HbS) на уровне моря имеют нормальную форму эритроцитов и нормальную концентрацию гемоглобина в крови (полное доминирование гена А над а). Но, на больших высотах (более 2,5-3 тыс. м), в холодное время года, при повышенной нагрузке, а также при полетах на самолете, в условиях гипоксии снижение кислорода у них появляются боли в суставах, сердце, брюшной полости, в области селезенки. У гетерозигот в изменяющихся условиях понижается концентрация нормального гемоглобина - HbA (но все же его содержание намного выше, чем у больных серповидноклеточной анемией - аа). Появляются аномальные эритроциты серповидной формы, наблюдается клиническое проявление анемии. Этот пример показывает, что доминантность или неполное доминирование может зависеть не только от дозы доминантного гена в зиготе, но и от условий, в которых происходит реализация наследственного признака. Пример: Определить вероятность рождения детей с разными фенотипами у гетерозиготных родителей, носителей гена серповидноклеточной анемии. Решение: Р: ♂ Аа х ♀ Аа G: А, а А, а
Ответ: вероятность рождения абсолютно здоровых детей – 25%, проявления заболевании в экстремальных условиях у взрослого потомства – 50%, летальная форма у 25% детей. Решите задачи, используя пример. 1. Известно, что одноклеточный паразит – малярийный плазмодий не может использовать для своего питания S – форму гемоглобина (HbS), поэтому люди, имеющие эту форму гемоглобины, не болеют малярией. Какова вероятность рождения детей не устойчивых к малярии, в семье, где оба родителя устойчивы к этому паразиту? 2. Анофтальмия (отсутствие глазного яблока) обусловлена рецессивным аутосомным геном. У гомозигот по этому признаку глазные яблоки отсутствуют, у гетерозигот они значительно меньше, чем в норме. Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где один из родителей имеет уменьшенные глазные яблоки, а второй – нормальные. 3. Одна из форм цистинурии наследуется как аутосомный рецессивный признак. У гетерозигот наблюдается лишь повышение содержания цистеина в моче, а у гомозигот – образование цистиновых камней в почках. Определите возможные проявления цистинурии у детей в семье, где один супруг страдал этим заболеванием, а другой лишь повышенное содержание цистина в моче. 4. Семейная гиперхолестеринемия наследуется доминантно через аутосомы. У гетерозигот – высокое содержание холестерина в крови. У гомозигот, кроме того, развиваются доброкачественные опухоли кожи и сухожилий, атеросклероз. Определите возможную степень заболевания у детей в семье, где оба родителя имеют только высокое содержание холестерина в крови. Задание 3. Множественный аллелизм. Кодоминирование. Множественный аллелизм – присутствие в генофонде вида одновременно более двух аллелей одного гена. Большинство генов существует в виде двух вариантов аллелей. Но некоторые гены существуют в виде большего числа аллелей. Тогда в популяции имеется не два аллельных гена, а больше три, четыре до нескольких десятков. Такое явление называется множественным аллелизмом. Обозначаются множественные аллели одной буквой с указанием номера: А, а1, а2, а3, а4. Возникают они в результате многократных генных мутаций одного локуса гена. Чем больше аллельных генов, тем больше их комбинаций попарно. Они дают намного больше генотипов (Аа1, Аа2, Аа3, а1 а2, а1 а3, а2 а3, а3 а3), чем двухаллельные гены, дающие только три генотипа (АА, Аа, аа). У одной диплоидной особи может быть только два аллеля из серии множественных аллелей. Характер взаимодействия в серии множественных аллелей может быть по типу полного или неполного доминирования одного аллеля над другим, или кодоминирования. По типу множественных аллелей у человека наследуются: группы крови по системе АВО, цвет глаз, варианты серповидноклеточной анемии: НbA, HbS, HbC. Кодоминирование – взаимодействие аллельных генов, при котором разные аллели одного гена в генотипе особи не подавляют друг друга (отсутствуют типичные доминантно-рецессивные отношения), оба аллеля в равной степени проявляют своё действие при одновременном их присутствии в генотипе. Каждый из аллелей кодирует определённый белок. У кодоминантного организма синтезируются оба белка, и в результате в фенотипе формируется новый признак, отличный (непохожий) на признаки контролируемых в отдельности каждым из аллельных генов самостоятельно. Так у человека кодоминантно наследуется четвёртая группа крови группа крови по системе АВО в результате кодоминирования генов IA и IB (в генотипе присутствуют аллели второй и третьей группы, а в фенотипе формируется четвёртая группа IУ - IA IB) и группа крови MN по аллелям LM и LN. Наблюдается кодоминантность у гетерозигот Аа по серповидно-клеточной анемии и других форм гемоглобинопатий (талассемии, С, G – формах). Феномен HbA/HbS у гетерозигот Аа проявляется только на уровне синтеза двух полипептидных цепей гемоглобина HbA и HbS. Гибридологический анализ. Рассмотрим на примере наследования групп крови по системе АВ0. У человека групповая принадлежность крови по системе АВО определяется тремя генами: IO, IA, IB (множественными аллелями). Гены IA и IB доминантны по отношению к гену IO и кодоминантны по отношению друг к другу. Пример наследования групп крови по системе АВО иллюстрирует также и проявление множественного аллелизма
Пример: определите вероятность рождения ребенка с группой крови такой же, как у родителей: отец с 1 группой крови, а мать с 4 группой. Решение: Р: ♂ IO IO х ♀ IAIB G: IO IA, IB F1: IA IO, IBIO Ответ: вероятность рождения ребёнка с 1 группой крови и с 4 группой крови равна нулю. Используя пример, решите задачи. 1. Определите вероятность рождения ребенка с группой крови такой же, как у родителей, если родители гетерозиготны по III группе крови 2. Пара супругов имеют II и III группы крови, другая пара – III и IV группы крови. Ребенок имеет группу крови I. Какой паре принадлежит ребенок? 3. В суд поступило заявление о взыскании алиментов в пользу детей со II и III группами крови. Мать имеет IV группу, а предполагаемый отец – I. Какое заключение даст судебная экспертиза. 4. У человека антигены MN—группы крови определяются кодоминатными аллелями — LM и LN. Сколько различных фенотипов групп крови существует у людей, если учитывать со-четания антигенов M, N? 5. Генотип матери LMLM, отца LMLN . Какие сочетания антигенов возможны у их детей? Задание 4. Плейотропия Плейотропия – явление, при котором один ген обуславливает развитие нескольких признаков. Пенетрантность и экспрессивность. Пенетрантность и экспрессивность - показатели, характеризующие проявление генотипа в фенотип. Они обусловлены системой взаимодействующих генов генотипа (дозой гена, системой полимерных генов, эпистазом, модифицирующим действием со стороны неаллельных генов модификаторов – интенсификаторов и супрессоров), половой принадлежностью и факторами среды. Пенетрантность – показатель частоты проявления гена (аллелей) в признак. Отражает частоту фенотипического проявления наследственной информации, имеющейся в генотипе. Пенетрантность рассчитывается по формуле K (П) =  х 100%, где К (П)– пенетрантность, n – количество потомков, у которых проявился признак, N – общее количество потомков. Экспрессивность – это степень фенотипического проявления признака, контролируемого данным геном. Например, интенсивность пигментации кожи у человека. Рассмотрим генетические закономерности наследования признаков. Плейотропия. Пример: Синдром дефекта ногтей и коленной чашечки определяется полностью доминантным аутосомным геном. Определите вероятность проявления признака у детей в семье, где один родитель гетерозиготен по данному гену, а второй нормален в отношении исследуемых признаков. Дано:
Ответ: вероятность проявления синдрома дефекта ногтей и коленной чашечки у детей равна 50% (Аа) Пенетрантность. Пример: Подагра наследуется по аутосомно – доминантному типу. Пенетрантность гена подагры у мужчин составляет – 20 %, а у женщин равна 0%. Какова вероятность заболевания подагрой в семье, где родители гетерозиготны в отношении данного признака. Дано:
Вероятность того, что в семье появятся дети, несущие ген подагры, равна ¾. Но не у всех этот ген проявится. Он будет проявляться лишь у мужчин. Вероятность рождения мальчиков равна ½. Следовательно, ген проявит себя равно 3/4 х 1/2 = 3/8. Ген подагры проявится лишь 20% - 1/5 несущих его мужчин. Окончательный результат 3/8 х 1/5 = 3/40 или 7,5% или (0,75х 0,5 х 0,2 х 100% = 7,5% ). Ответ: вероятность заболевания подагрой в семье гетерозиготных родителей равна 7,5%. Используя пример, решите следующие задачи. 1. Некоторые формы шизофрении наследуются как доминантные аутосомные признаки. При этом, у гомозигот пенетрантность равна 100%, у гетерозигот – 20%. Определить вероятность заболевания детей в семье от брака гетерозиготных родителей. 2. Арахнодактилия, или синдром Марфана, характеризуется сочетанием различных скелетных, глазных и висцеральных аномалий: длинные и тонкие пальцы, подвывих хрусталика – близорукость, аневризм аорты (расширение), астеническая конституция наследуется как плейотропный доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Определить проявление арахнодактилии у детей в семье, где оба родителя гетерозиготны? 3.Синдром Ван дер Хеви наследуется как доминантный плейотропный аутосомный ген, определяющий голубую окраску склеры, хрупкость костей и глухоту. Пенетрантность признаков изменчива. По голубой склере она составляет 100%, хрупкости костей 63%, глухоте – 60%. В брак вступают два гетерозиготных носителя голубой склеры, нормальные в отношении других признаков синдрома. Определить вероятность появления у детей глухоты и хрупкости костей одновременно? Задание 5. Сверхдоминирование. Сверхдоминирование - более сильное проявление признака у гетерозигот (Аа), чем у гомозигот (АА, аа). Сверхдоминирование можно определить также как гетерозис (гибридная сила) у растений и животных, возникающий при скрещивании. Генетическая сверхдоминантность, лучшая приспособленность и более высокая селективная ценность (отборное преимущество) гетерозигот (Аа) от моногибридов с обоими типами гомозигот (АА и аа). Например: сверхдоминантность наблюдаются, у гетерозигот (Аа) с формами гемоглобина НbA\НbS, они менее подвержены малярии и характеризуются устойчивостью к малярии, гомозиготы (АА) с формами гемоглобина НbА\НbА подвержены малярии в большей степени. В тропической Африке и других районах, где распространена малярия, в популяциях человека постоянно присутствуют все три генотипа — АА, Аа и аа (20—40% населения гетерозиготы — Аа). Оказалось, что сохранение в популяциях человека летальной (смертельной) аллели (а) обусловлено тем, что гетерозиготы (Аа) более устойчивы к малярии и анемия на имеет клинического проявления, чем гомозиготы по нормальному гену их генотип – АА, форма гемоглобина – HbA / HbA - восприимчивы к малярии (тяжёлое заболевание часто заканчивается смертельным исходом), и, следовательно, обладают отборным преимуществом. Особи имеющие HbS/HbS гемоглобин и генотип аа (летальны – тяжёлая форма анемии). Таким образом, получают приоритет особи имеющие эритроциты HbА /HbS – генотип Аа: HbА/HbА < HbА /HbS > HbS/HbS . Задание 6. Аллельные исключения. У гетерозиготного организма Аа наблюдается аллельное исключение в части клеток организма, за счёт факультативного гетерохроматина. Фенотипически проявляются разные аллели: в одних клетках активен доминантный ген, определяющий синтез «тяжёлого » белка, в других – рецессивный, определяющий синтез «легкого» белка. Аллельное исключение увеличивает разнообразие признаков многоклеточного организма при идентичности генотипов соматических клеток (Аа). Например: инактивация одного из аллелей в составе Х-хромосомы способствует тому, что в разных клетках организма, мозаичных по функционирующей хромосоме, фенотипически проявляются разные аллели. Приведите пример аллельного исключения. Задание 7. Межаллельная комплементация. В этом случае возможно формирование нормального признака В у организма, гетерозиготного по двум мутантным аллелям гена В(В1В2) В1 – мутантный аллель – аномальный пептид – 1, В2 – мутантный аллель – аномальный пептид – 2, аллель В контролирует нормальный белок. У гетерозигот В1В2 при формировании структурной организации белка компенсируются аномальные изменения белков,обеспечивая образование белка с нормальными свойствами. В результате межаллельной комплементации формируется нормальный признак. Приведите пример межаллельной комплементации. 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. ВЫВОДЫ: _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Домашнее задание: подготовить следующую тему (написать термины, разобрать вопросы для самоподготовки). Подпись преподавателя_____________________ Тесты контроля итогового уровня знаний: В заданиях выберите один верный ответ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||