генная инженерия. Отчет. Отчет по лабораторным работам по дисциплине Генная инженерия в декоративном растениеводстве

• Название: Отчет по лабораторным работам по дисциплине Генная инженерия в декоративном растениеводстве
• Анкор: генная инженерия
• Дата: 13.09.2022
• Размер: 1.68 Mb.
• Имя файла: Отчет.docx
• Тип: Отчет; #675887
• страница: 1 из 3

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный

университет им С.М. Кирова

Институт леса и природопользования

Кафедра почвоведения и лесных культур

Отчет по лабораторным работам

по дисциплине

«Генная инженерия в декоративном растениеводстве»

Выполнил студент:

Салькова Татьяна Спартаковна

ИЛАСиОД, ДО, 4 курс,

3 группы

Направление: 35.03.10

Ландшафтная архитектура

№ зачётной книжки: 417093
Приняла комиссия в составе:

доц., к.б.н. Фетисова А.А. __________
проф., д.б.н. Потокина Е.К. _________

Дата сдачи: ______________

Оценка: _________________

Санкт-Петербург

2020

Оглавление

Тема 1. Молекулярные основы наследственности ……………………………3

Тема 2. Изменчивость генетического материала …...………………………….7

Тема 3. Закономерности наследования ………………...........………………....9

Тема 4. Организация и оборудование биотехнологической лаборатории ….21

Тема 5. Создание стерильных условий. Стерилизация растительного материала ……………………….................……………………………………22

Тема 6. Приготовление и стерилизация питательных сред ……………….…23

Тема 7. Стерилизация эксплантов и введение в культуру in vitro ………...…25

Тема 8. Получение каллуса и его культивирование …………………………….26

Тема 9. Адаптация микрорегенерантов, полученных методом «in vitro», к условиям внешней среды ……………………………….…………………..…28

Тема 10. Производство посадочного материала из регенеранотов, полученных в культуре in vitro …………………………….………………….29

Тема 11. Методы работы с бактериальной культурой ……………………….30

Тема 12. Методы выделения плазмид, лигирование вставок в плазмиду…...33

Список использованной литературы ………………….………………………34

Тема 1. Молекулярные основы наследственности

Генетика – это наука о наследственности и изменчивости органических форм: животных, растений, микроорганизмов, вирусов и плазмид и методах управления ими.

Наследственность – это свойство организмов передавать при размножении свои признаки и особенности потомству.

Изменчивость заключается в изменении генов и их комбинировании, а также изменении их проявления в процессе индивидуального развития организмов.

Генная инженерия – совокупность методов и технологий получения рекомбинантных ДНК и РНК, выделения клеток и генов из организма, осуществления манипуляций с генами.



Рис. 1.1. Аминокислота.

Гены-протеины (20) – те аминокислоты, которые входят в состав белков.

Структура белка:

• 
  Первичная,
  
• 
  Вторичная (соединена с помощью водородных связей),
  
• 
  Третичная – пространственная (представляет собой глобулу),
  
• 
  Четвертичная (соединение глобул).
  

Нуклеиновые кислоты (ДНК И РНК) – нерегулярные биополимеры (макромолекулы), мономерами которых являются нуклеотиды.

Нуклеотиды соединяются друг с другом в полимерную цепочку с помощью фосфодиэфирных связей.

Азотистые основания не принимают участия в соединение нуклеотидов одной цепи.

ДНК и РНК состоят из нуклеотидов. Нуклеотид – это азотистое основание, сахар, фосфатная группа.



Рис. 1.2. Различие между ДНК и РНК.

Задание 1. Составить цепь из 5 аминокислот.



Центральная догма молекулярной генетики - определяет 3 главных этапа в обработке генетической информации:

• 
  репликация – копирование родительской ДНК с образованием дочерних молекул ДНК,
  
• 
  транскрипция – генетическая информация переписывается в форме РНК,
  
• 
  трансляция – генетическая информация из 4-буквенного кода РНК переписывается в 20-буквенный код белковой структуры.
  

Рис. 1.3. Этапы в обработке генетической информации.

По матричному принципу синтезируются все нерегулярные полимеры: ДНК, РНК, белки. Но матрицами могут быть только нуклеиновые кислоты.

Клеточный цикл состоит из интерфазы – периода между двумя клеточными делениями – и митоза.

Интерфаза включает синтез белка, предшествующий удвоению ДНК, репликацию (удвоение) ДНК и пострепликационный синтез белка.

Механизм репликации называется полуконсервативным. Механизм заключается в том, что каждая молекула ДНК состоит из одной цепи исходной родительской молекулы и одной вновь синтезированной цепи.



Рис. 1.4. Процесс репликации ДНК.

Транскрипция. Матричная РНК (иРНК) – матрица для перевода генетической информации ДНК в аминокислотную последовательность белков. Синтез иРНК на матрице ДНК называется транскрипцией.

ДНК-зависимая РНК-полимераза 3 стадии транскрипции: инициация, элонгация, терминация.



Рис. 1.5. Процесс транскрипции.

Транспортная РНК (тРНК) имеет вторичную структуру, напоминающую лист клевера. На центральной петле находится антикодон – триплет, комплементарный кодону соответствующей данной молекуле тРНК аминокислоты. К противоположному концу молекулы тРНК прикрепляется аминокислота.



Рис. 1.6. Транспортная РНК

Свойства генетического кода:

1. 
   Аминокислота кодируется тремя азотистыми основаниями (триплетами).
   
2. 
   Триплеты не перекрещиваются
   
3. 
   Считывание начинается со стартового триплета ATG
   
4. 
   Одной аминокислоте может соответствовать более одного триплета (генетический код – вырожденный).
   

Задание 2.

Дана кодирующая цепь ДНК. 1. Напишите комплементарную ей матричную цепь ДНК. 2. Транскрибируйте ДНК в иРНК. 3. Транслируйте иРНК в аминокислотную последовательность.

A

T

G

T

T

T

A

A

C

T

G

G

T

A

G

Код.ДНК

T

A

C

A

A

A

T

T

G

A

C

C

A

T

C

Матр. ДНК

A

U

G

U

U

U

A

A

C

U

G

G

U

A

G

иРНК

Met

Phe

Asn

Trp

Stop

Аминокислота

ATG

GGT

GAT

ATA

CCA

TCT

TTT

TTT

AAT

GGT

TTT

GAT

AAG

TAA

К.ДНК

TAC

CCA

CTA

TAT

GGT

AGA

AAA

AAA

TTA

CCA

AAA

CTA

TTC

ATT

М. ДНК

AUG

GGU

GAU

AUA

CCA

UCU

UUU

UUU

AAU

GGU

UUU

GAU

AAC

UAA

иРНК

Met

Gly

Asp

Ile

Pro

Ser

Phe

Phe

Asn

Gly

Phe

Asp

Asn

Stop

Амин-та

Тема 2. Изменчивость генетического материала

Мутации – стойкое (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) изменение генома. Процесс возникновения мутаций получил название мутагенеза.

Мутации бывают:

• 
  Синонимичные (заменилось азотистое основание, аминокислота не изменилась),
  
• 
  Несинонимичные (консервативные и радикальные).
  

Полученные Р. Грэнтсемом физико-химические дистанции большем 57,9, замены является консервативной, а в обратном случае радикальной.



Рис. 2.1. Матрица физико-химических дистанций Р. Грэнтсема для аминокислотных замен.

Задание 1.



3 цепь – начало, т.к. ATG – стартовый кодон.

1 цепь – середина, т.к. нет ни стартового, ни стоп-кодона.

2 цепь – конец, т.к. TAA – STOP-кодон.

Ответ: 312
Задание 2.



Различие YFG1 и YFG1-1. GAG – GAC. Произошла замена аминокислоты (Е – Д), замена является консервативной, т.к. по матрице Р. Грэнтсема дистанция составляет 77.

Различие YFG1 и YFG1-2. TTG – TTA. Замена является синонимичной, аминокислота (L) не изменилась.

Различие YFG1 и YFG1-3. TGG – TGA. TGA – стоп-кодон.

Различие YFG1 и YFG1-4. GAA – GCA. Произошла замена аминокислоты (Е – А), замена является радикальной, т.к. по матрице Р. Грэнтсема дистанция составляет 50.

YFG1 – YFG1-2 – YFG1-1 – YFG1-4 – YFG1-3

Задание 3.



Если в кодоне TGG произойдет замена, то образуется STOP-кодон TGA.

Тема 3. Закономерности наследования

Аллельное взаимодействие.

Типы взаимодействия аллелей гена:

• 
  Полное доминирование
  
• 
  Неполное доминирование
  
• 
  Кодоминирование
  
• 
  Множественный аллелизм
  

Рис. 3.1. Первый закон Менделя. Закон единообразия гибридов первого поколения (правило доминирования).



Рис. 3.2. Второй закон Менделя. Закон расщепления.

Моногибридное скрещивание – скрещивание, в котором родительские формы отличаются аллелями одного гена. При моногибридном скрещивании расщепление по генотипу: 1АА : 2Аа : 1аа, по фенотипу: 3А- : 1аа



Рис. 3.3. Решетка Пеннета для моногибридного скрещивания.

Анализирующее скрещивание – скрещивание неизвестной формы с доминантным признаком и гомозиготного рецессива. Отличительная особенность – расщепление по генотипу повторяет расщепление по фенотипу.


Рис. 3.4. Анализирующее скрещивание.

Задача 1. Если мать — резус-отрицательная, а отец резусположительный и гетерозиготен, то с какой вероятностью при данном типе брака может родиться резус-положительный ребенок?



Ответ: При данном типе брака ребенок на 50% будет резус-положительным.

Задача 2.

Ответы на вопросы:

1. 
   10
   
2. 
   2
   
3. 
   3
   
4. 
   25
   
5. 
   25
   

Задача 3.

Ответы на вопросы:

1. 
   2
   
2. 
   2
   
3. 
   24
   
4. 
   48
   
5. 
   24
   

Задача 4.

Ответы на вопросы:

1. 
   2
   

2. 
   1
   
3. 
   240
   
4. 
   240
   
5. 
   240
   

При неполном доминировании у гибридов первого поколения наблюдается проявление признака, промежуточное между двумя родительскими формами, а во втором поколении расщепление по фенотипу полностью повторяет расщепление по генотипу.



Рис. 3.5. Неполное доминирование.

Задача 4. Белоцветковый сорт львиного зева скрестили с красноцветковым и получили розовые гибриды. Во втором поколении было получено 62 белоцветковых, 119 розовоцветковых и 59 красоцветковых растений. Определите генотипы родительских форм и потомства.



Ответ: генотип Р – АА, аа; F₁ – Aa; F₂ – 1АА:2Aa:1аа
При кодоминировании два или более аллелей доминируют по отношению к рецессивному.

Задача 5. При разведении телят крупного рогатого скота (коров породы шортгорн) было установлено, что красная окраска не полностью доминирует над белой, а гетерозиготы имеют чалую окраску. От красного быка и нескольких чалых коров родилось 24 теленка. Как выглядели (скорее всего!) эти телята?



Ответ: скорее всего по фенотипу F₁ – 12 с красным окраском, 12 – с чалым.

Задача 6. Если у родителей, имевших кровь группы III и I, родился ребенок с группой крови I, то какова вероятность, что их следующий ребенок будет иметь кровь группы I? Группы крови II, III, IV?



Ответ: Следующий ребенок в данном браке может иметь I и III группу крови с вероятностью 50%, а II и IV группы крови у ребенка быть в данном браке не может.
Множественный аллелизм – различное фенотипическое проявление аллелей одного и того же гена.

Задача 7. Какую часть потомства составят крольчата гималайской и шиншилловой окраски при скрещивании животных с генотипами Cc^ch и c^chc^h.



Ответ: с вероятностью 50% при данном скрещивании могли родиться крольчата с шиншилловым окрасом, гималайской окраски ожидать не стоит, т.к. остальные 50% принадлежат черному окрасу.

Задача 8. У кошек имеется серия множественных аллелей по гену С, определяющих окраску шерсти: С - дикий тип (серая окраска), СI - сиамские кошки, СII - альбиносы. Каждая из аллелей полно доминирует над следующей (С>СI>СII). От скрещивания серой кошки с сиамским котом родились два котенка - сиамский и альбинос. Какие еще котята могли бы родиться при этом скрещивании?



Ответ: при данном скрещивании в потомстве с вероятностью 50% ожидаются серые котята, с вероятностью сиамские и 25% – альбиносов.

Задача 9.





Ответ: Родители 1 принадлежат Ребенку 1, так как при скрещивании 2 родительской пары не выйдет первая группа крови. И соответственно Родители 2 – Ребенок 2.

Задача 10.





Ответ: 1. В первом случае расщепление произойдет 1норм.:2 обрез.:1уророч.; 2. Во втором случае по фенотипу 50/50% – обрез. /укороч. крылья.
Пенетрантность – картина различий в проявлении признаков в зависимости от температуры, т. е. условий среды. Это явление подразумевает возможность проявления или не проявления признака у организмов, одинаковых по генотипу.

Пенетрантность выражается долей особей, проявляющих исследуемый признак среди всех особей одинакового генотипа. Степень проявления варьирующего признака называется экспрессивностью. Экспрессивность выражают количественно. Способность гена (или генов) проявляться в различных условиях среды отражает норму реакции, т. е. способность реагировать на внешние условия среды.

Задача 11. Некоторые формы шизофрении – доминантные аутосомные признаки. У гомозигот пенетрантность равна 100%, у гетерозигот – 20%. Определите вероятность заболевания детей:

1) в семье, где один из супругов гетерозиготен, а другой не имеет в генотипе гена шизофрении;

2) в браке двух гетерозигот.

Ответ:

1. 
   0,5*0,2=0,1.
   

Вероятность заболевания равна 10%

2. 
   0,25+0,5*0,2=0,35.
   

Вероятность заболевания равна 35%

Задача 12. Врожденный сахарный диабет обусловлен рецессивным аутосомным геном d с пенетрантностью у женщин – 90%, у мужчин – 70%. • Определите вероятность рождения здоровых и больных детей в семье, где оба родителя являлись гетерозиготными носителями этого гена.



Ответ: вероятность рождения больных детей – 19%, здоровых – 81%.
Третий закон Менделя. Закон независимого наследования признаков.



Рис. 3.6. Третий закон Менделя. Закон независимого наследования признаков.

Задача 13. У томатов красная окраска плодов доминирует над желтой, а высокорослость – над карликовостью. Дигетерозиготное красноплодное высокорослое растение скрещено с желтоплодным карликом. Определить фенотип и генотип гибридов, полученных от этого скрещивания.



Ответ: по фенотипу красные, высокие 25%/ красные, карликовые 25%/ желтые, высокие 25%/ желтые, карликовые 25%.

Задача 14.





Ответы на вопросы:

1. 
   4
   
2. 
   1
   
3. 
   4
   
4. 
   91
   
5. 
   91
   

Неаллельное взаимодействие генов.

Комплементарное воздействие. В том случае, когда признак появляется только при сочетании двух доминантных аллелей разных генов (например, А и В) их взаимодействие называют комплементарностью, а сами гены комплементарными (дополняющими друг друга).

Задача 15. От скрещивания норки с бежевой окраской меха с норкой, имеющей серую окраску, потомство получилось с коричневой окраской. Во втором поколении наблюдалось следующее расщепление: 14 серых, 46 коричневых, 5 кремовых и 16 бежевых норок.

Определите: а) генотипы родителей и всех форм; б) какое может быть потомство от скрещивания гибридных коричневых норок с кремовыми?



Ответ: а) расщепление произошло 9:3:3:1; б) от скрещивания коричневых норок с кремовыми могут получиться коричневые 25%/ серые 25%/ бежевые 25%/ кремовые 25%.

Задача 16.





Задача 17.





Полимерия: при совместном действии двух или более генов наблюдается изменение степени выраженности признака.

Полимерия – это такой тип неаллельного взаимодействия генов, когда разные локусы (гены) производят одинаковый или сходный фенотипический эффект.

При накоплении в фенотипе доминантных полимерных генов их действие суммируется. Эти гены имеют кумулятивный (аддитивный) эффект. По такому типу наследуются в основном все количественные признаки: высота растения, длина колоса, урожайность, содержание белка или жира и др.

Задача 18. Были скрещены два растения со светло-коричневыми плодами. В результате в потомстве было пять типов фенотипов: с темно-коричневыми плодами, коричневыми, светло-коричневыми, желто-серыми и серыми плодами соответственно последовательно в соотношении 1:4:6:4:1. Приведите схему скрещивания. Определите фенотипы для каждого генотипа в полученном потомстве.


Эпистаз (от греч. epístasis – остановка, препятствие), взаимодействие двух неаллельных генов, при котором один ген, называемый эпистатичным или геномсупрессором, подавляет действие другого гена, называемого гипостатичным.

Задача 19. Краснолуковичные растения скрещивались между собой. В потомстве оказались особи: 61 с красными луковицами, 22 с желтыми луковицами, 27 с белыми луковицами. Определить тип наследования и написать схему скрещивания.



Ответ: тип наследования – рецессивный эпистаз.

Задача 20. При скрещивании двух сортов тыквы, имеющих белые и зеленые плоды, гибриды первого поколения сформировались белоплодными, а во втором поколении получилось следующее расщепление: 898 белоплодных растений, 229 желтоплодных и 75 зеленоплодных растений. Определите генотипы родителей и всех форм F2. Докажите статистически, соответствует ли наблюдаемое расщепление теоретически ожидаемому.



Задача 21.





Задача 22.





Задача 23.