Ген. Генетика пз 2. Тема Генетика как наука (определение)
 Скачать 6.03 Mb.
|
|
13. Плазмогены митохондрий и хлоропластов, плазмиды, эписомы и их роль в цитоплазматической наследственности. Плазмиды– широко распространенные в клетке внехромосомные генетические элементы, которые могут самостоятельно существовать и размножаться автономно от хромосомной ДНК. Эписомы – это плазмиды, которые реплицируются не автономно, а в составе хромосомной ДНК, в которую они включаются в определенные моменты. из 13 40 из 14 40 В прокариотической клетке имеются плазмиды, которые отвечают за способность бактерий к коньюгации и за устойчивость к некоторым лекарственным средствам. В эукариотической клетке плазмиды представлены митохондриями, пластидами и нуклеотидными последовательностями. Генетический материал плазмид содержится в матриксе и их ДНК не связана с гистоновыми белками. Плазмон – это совокупность генов, расположенных в цитоплазматической молекуле ДНК . Наследственность цитоплазматическая (внеядерная, нехромосомная, плазматическая), преемственность материальных структур и функциональных свойств организма, которые определяются и передаются факторами, расположенными в цитоплазме. Совокупность этих факторов - плазмагенов, или внеядерных генов, составляет плазмон (подобно тому, как совокупность хромосомных генов - геном). Плазмагены находятся в самовоспроизводящихся органеллах клетки - митохондриях и пластидах (в том числе хлоропластах и др.). Указанием на существование цитоплазматической наследственности служат, прежде всего, наблюдаемые при скрещиваниях отклонения от расщеплений признаков, ожидаемых на основе законов Менделя. Цитоплазматические элементы, несущие плазмагены, расщепляются по дочерним клеткам беспорядочно, а не закономерно, как гены, локализованные в хромосомах. Плазмагены передаются главным образом через женскую половую клетку (яйцеклетку), так как мужская половая клетка (спермий) почти не содержит цитоплазмы (что, однако, не исключает передачи плазмагенов через мужские гаметы). Поэтому изучение цитоплазматической наследственности ведётся с использованием специальных схем скрещивания, при которых данный организм (или группа) используется и как материнская, и как отцовская форма (реципрокное скрещивание). 14. Генная инженерия и ее значение для природы и общества. Генная инженерия (генетическая инженерия) – совокупность методов и технологий, в том числе технологий получения рекомбинантных рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот, по выделению генов из организма, осуществлению манипуляций с генами и введению их в другие организмы [1]. Генная инженерия – составная часть современной биотехнологии, теоретической основой ее является молекулярная биология, генетика. Суть новой технологии заключается о направленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма (in vitro) с последующим внедрением созданных конструкций в живой организм. В результате достигается их включение и активность в данном организме и у его потомства. Возможности генной инженерии – генетическая трансформация, перенос чужеродных генов и других материальных носителей наследственности в клетки растений, животных и микроорганизмов, получение генно-инженерно- модифицированных (генетически модифицированных, трансгенных) организмов с новыми уникальными генетическими, биохимическими и физиологическими свойствами и признаками, делают это направление стратегическим. из 14 40 из 15 40 С точки зрения методологии генная инженерия сочетает в себе фундаментальные принципы (генетика, клеточная теория, молекулярная биология, системная биология), достижения самых современных постгеномных наук: геномики, метаболомики, протеомики с реальными достижениями в прикладных направлениях: биомедицина, агробиотехнология, биоэнергетика, биофармакология, биоиндустрия и т.д. Генная инженерия относится (наряду с биотехнологией, генетикой, молекулярной биологией, и рядом других наук о жизни) к сфере естественных наук. из 15 40 из 16 40 12 тема 1. Аллельные и неаллельные гены (определения). Аллельные гены – гены, расположенные в одинаковых участках гомологичных хромосом и контролирующие развитие вариаций одного признака. Неаллельные гены – гены, расположенные в разных участках хромосом и контролирующие развитие разных признаков 2. Понятие о действии генов. Ген – участок молекулы ДНК или РНК, кодирующий последовательность нуклеотидов в тРНК и рРНК или последовательность аминокислот в полипептиде. Характеристики действия генов: 1. Ген дискретен 2. Ген специфичен – каждый ген отвечает за синтез строго определенного вещества 3. Ген действует градуально 4. Плейотропное действие – 1 ген действует на изменение или проявление нескольких признаков (1910 Плате) фенилкетонурия, синдром Марфана 5. Полимерное действие – для экспрессивности признака нужно несколько генов (1908 Нильсон-Эле) 6. Гены взаимодействуют между собой через белковые продукты, детерминированные ими 7. На проявление генов оказывают влияние факторы среды 3. Перечислите типы взаимодействия между аллельными и неаллельными генами. Между аллельными: • Полное доминирование • Неполное доминирование • Кодоминирование • Сверхдоминирование Между неаллельными: (признак или свойства детерминируются двумя или более неаллельными генами, которые взаимодействуют между собой. Хотя и здесь взаимодействие условно, потому что взаимодействуют не гены, а контролируемые ими продукты. При этом имеет место отклонение от менделеевских закономерностей расщепления). • Комплиментарность • Эпистаз • Полимерия 4. Сущность полного доминирования. Примеры. Полное доминирование – тип взаимодействия аллельных генов, при котором доминантный ген (А) полностью подавляет действие рецессивного гена (а) (веснушки) 5. Неполное доминирование. Примеры. Неполное доминирование – тип взаимодействия аллельных генов, при котором доминантный аллель не полностью подавляет действие рецессивного аллеля, формируя признак с промежуточной степенью вырожденности (цвет глаз, форма волос) из 16 40 из 17 40 6. Сверхдоминирование как основа гетерозиса. Примеры. Сверхдоминирование – тип взаимодействия аллельных генов, при котором ген, находящийся в гетерозиготном состоянии имеет большее фенотипическое проявление признака, чем гомозиготный. Серповидно-клеточная анемия. А – гемоглобинA, а – гемоглобинS. АА – 100% нормальные эритроциты, больше подвержены малярии; аа – 100% мутированные (умирают), Аа – 50% мутированных, практически не подвержены малярии т.к. уже поражены 7. Кодоминирование и его сущность. Примеры. Кодоминирование – тип взаимодействия аллельных генов, при котором в детерминации признака участвуют несколько аллелей гена и происходит формирование нового признака. Один аллельный ген дополняет действие другого аллельного гена, новый признак отличается от родительских (группы крови АВО). 8. Теория множественных аллелей. Наследование групп крови системы АВО. Иногда к числу аллельных может относиться не два, а большее число генов. Они получили название множественных аллелей. Возникают множественные аллели в результате многократного мутирования одного и того же локуса в хромосоме. Так, кроме основных доминантного и рецессивного аллельных генов, между ними возникают промежуточные, которые по отношению к доминантному ведут себя как рецессивные, а по отношению к рецессивному - как доминантные гены. 9. Понятие о комплементарном взаимодействии генов. Примеры. Комплиментарность – тип взаимодействия неаллельных генов, при котором 2 неаллельных гена, находящихся одновременно в генотипе, дополняют действие друг друга, что приводит к образованию нового признака, отсутствующего у родительских форм. Причем соответственный признак развивается только в присутствии обоих неаллельних генов. Например, сера окраска шерсти у мышей контролируется двумя генами (А и В). Ген А детерминирует синтез пигмента, однако как гомозиготы (АА), так и гетерозиготы (Аа) - альбиносы. Другой ген В обеспечивает скопления пигмента преимущественно у основания и на кончиках волос. Скрещивания дигетерозигот (АаВЬ х АаВЬ) приводит к расщеплению гибридов в соотношении 9:3:4. Числовые соотношения при комплементарном взаимодействии могут быть как 9:7; 9:6:1 (видоизменение менделивского расщепления). Примером комплементарного взаимодействия генов у человека может быть синтез защитного белка - интерферона. Его образование в организме связано с комплементарным взаимодействием двух неаллельних генов, расположенных в разных хромосомах. 10. Эпистатическое взаимодействие генов. Примеры. Эпистаз – тип взаимодействия неаллельных генов, при котором ген из одной аллельной пары подавляет действие неаллельного гена из другой пары. Подавляющий ген – эпистатический Подавляемый ген – гипостатический Угнетение могут вызывать как доминантные, так и рецессивные гены (А> В, а> В, В> А, В> А), и в зависимости от этого различают эпистаз доминантный и из 17 40 из 18 40 рецессивный. Подавляющий ген получил название ингибитора или супрессора. Гены-ингибиторы в основном не детерминируют развитие определенного признака, а лишь подавляют действие другого гена. Ген, эффект которого подавляется, получил название гипостатичного. При эпистатичном взаимодействии генов расщепление по фенотипу в F2 составляет 13:3; 12:3:1 или 9:3:4 и др. Окрас плодов тыквы, масть лошадей определяются этим типом взаимодействия. Если ген-супрессор рецессивный, то возникает криптомерия (греч. хриштад - тайный, скрытый). У человека таким примером может быть "Бомбейский феномен". В этом случае редкий рецессивный аллель "h" в гомозиготном состоянии (hh) подавляет активность гена jB (определяющий В (III) группу крови системы АВО). Поэтому женщина с генотипом jв_hh, фенотипно имеет I группу крови - 0 (I). 11. Полимерия и ее роль в детерминации количественных признаков. Аддитивный эффект. Полимерия – взаимодействие неаллельных генов, при котором несколько неаллельных генов оказывают влияние на формирование одного признака (цвет кожи). 1908 Нильсон-Эле. Важная особенность полимерии - суммация действия неаллельних генов на развитие количественных признаков. Если при моногенном наследовании признака возможны три варианта "доз" гена в генотипе: АА, Аа, аа, то при полигенных количество их возрастает до четырех и более. Суммация "доз" полимерных генов обесчивает существования непрерывных рядов количественных изменений. Аддитивный эффект - тип взаимодействия аллельных генов, при котором отсутствует доминирование; гетерозиготы занимают промежуточное по фенотипическому проявлению положение между гомозиготами альтернативных аллелей 12. Плейотропное действие генов. Примеры. Плейотропное действие генов - это зависимость нескольких признаков от одного гена, то есть множественное действие одного гена. У дрозофилы ген белого цвета глаз одновременно влияет на цвет тела, длины, крыльев, строение полового аппарата, снижает плодовитость, уменьшает продолжительность жизни. У человека известна наследственная болезнь - арахнодактилия ("паучьи пальцы"-очень тонкие и длинные пальцы), или болезнь Марфана. Ген, отвечающий за эту болезнь, вызывает нарушение развития соединительной ткани и одновременно влияет на развитие нескольких признаков: нарушение строения хрусталика глаза, аномалии в сердечно-сосудистой системе. Плейотропное действие гена может быть первичным и вторичным. При первичной плейотропии ген проявляет свой множественный эффект. Например, при болезни Хартнупа мутация гена приводит к нарушению всасывания аминокислоты триптофана в кишечнике и его реабсорбции в почечных канальцах. При этом поражаются одновременно мембраны эпителиальных клеток кишечника и почечных канальцев с расстройствами пищеварительной и выделительной систем. При вторичной плейотропии есть один первичный фенотипний проявление гена, вслед за которым развивается ступенчатый процесс вторичных изменений, приводящих к множественным эффектам. Так, при серповидно клеточной анемии у гомозигот наблюдается несколько патологических признаков: анемия, увеличенная селезенка, поражение кожи, сердца, почек и мозга. Поэтому из 18 40 из 19 40 гомозиготы с геном серповидно клеточной анемии гибнут, как правило, в детском возрасте. 13. Назовите основные биометрические характеристики, используемые при генетико-математическом анализе количественных признаков. Биометрические данные можно разделить на два основных класса: • Физиологические — относятся к форме тела. В качестве примера можно привести: отпечатки пальцев, распознавание лица, ДНК, ладонь руки, сетчатка глаза, запах, голос. • Поведенческие — связаны с поведением человека. Например, походка и речь. Порой используется термин англ. behaviometrics для этого класса биометрии. 14. Понятие о варианте и вариационном ряде. Вариационный ряд - это числовые значения признака, представленные в ранговом порядке с соответствующими этим значениям частотами. Основные обозначения вариационного ряда V — варианта, отдельное числовое выражение изучаемого признака; р — частота ("вес") варианты, число ее повторений в вариационном ряду; n — общее число наблюдений (т.е. сумма всех частот, n = Σр); Vmax и Vmin — крайние варианты, ограничивающие вариационный ряд (лимиты ряда); А — амплитуда ряда (т.е. разность между максимальной и минимальной вариантами,А = Vmax — Vmin) Виды вариаций: а) простой — это ряд, в котором каждая вариата встречается по одному разу (р=1); 6) взвешенный — ряд, в котором отдельные варианты встречаются неоднократно (с разной частотой). Назначение вариационного ряда: необходим для определения средней величины (М) и критериев разнообразия признака, подлежащего изучению (σ, Сv). 15 Сущность средней арифметической, среднего квадратического отклонения, дисперсии и методы их расчета. Средняя величина — это обобщающая характеристика размера изучаемого признака. Она позволяет одним числом количественно охарактеризовать качественно однородную совокупность. Применение средних величин 1. • для оценки состояния здоровья — например, параметров физического развития (средний рост, средняя масса тела, среднее значение жизненной емкости легких и др.), соматических показателей (средний уровень сахара в крови, средняя величина пульса, средняя СОЭ и др.); • для оценки организации работы лечебно-профилактических и санитарно- противоэпидемических учреждений, а также деятельности отдельных врачей и других медицинских работников (средняя длительность пребывания больного на койке, среднее число посещений на 1 ч приема в поликлинике и др.); • для оценки состояния окружающей среды. Методика расчета простой средней арифметической 1. Суммировать варианты: V1+V2+V3+...+Vn = Σ V; из 19 40 из 20 40 2. Сумму вариант разделить на общее число наблюдений: М = Σ V / n Методика расчета взвешенной средней арифметической 1. Получить произведение каждой варианты на ее частоту — Vp 2. Найти сумму произведений вариант на частоты: V1p1 + V2p2+ V3p3 +...+ Vnpn = Σ Vp 3. Полученную сумму разделить на общее число наблюдений: М = Σ Vp / n Среднее квадратичное отклонение определяется как обобщающая характеристика размеров вариации признака в совокупности. Оно равно квадратному корню из среднего квадрата отклонений отдельных значений признака от средней арифметической, т.е. корень из дисперсии и может быть найдена так: Среднее квадратичное отклонение определяется как обобщающая характеристика размеров вариации признака в совокупности. Оно равно квадратному корню из среднего квадрата отклонений отдельных значений признака от средней арифметической, т.е. корень из дисперсии и может быть найдена так: 1. Для первичного ряда: 2. Для вариационного ряда: Преобразование формулы среднего квадратичного отклонени приводит ее к виду, более удобному для практических расчетов: Среднее квадратичное отклонение определяет на сколько в среднем отклоняются конкретные варианты от их среднего значения, и к тому же является абсолютной мерой колеблемости признака и выражается в тех же единицах, что и варианты, и поэтому хорошо интерпретируется. Методика расчета среднеквадратического отклонения 1. Найти отклонение (разность) каждой варианты от среднеарифметической величины ряда (d = V — М); 2. Возвести каждое из этих отклонений в квадрат (d2); 3. Получить произведение квадрата каждого отклонения на частоту (d2р); 4. Найти сумму этих отклонений: d21p1 + d22p2 + d23p3 +...+ d2npn = Σ d2р; 5. Полученную сумму разделить на общее число наблюдений (при n < 30 в знаменателе n-1): Σ d2р / n 6. Извлечь квадратный корень: σ = √Σ d2р / n 7. при n < 30 σ = √Σ d2р / n-1 Применение среднеквадратического отклонения • для суждения о колеблемости вариационных рядов и сравнительной оценки типичности (представительности) средних арифметических из 20 40 из 21 40 величин. Это необходимо в дифференциальной диагностике при определении устойчивости признаков; • для реконструкции вариационного ряда, т.е. восстановления его частотной характеристики на основе правила "трех сигм". В интервале М±3σ находится 99,7% всех вариант ряда, в интервале М±2σ — 95,5% и в интервале М±1σ — 68,3% вариант ряда; • для выявления "выскакивающих" вариантов (при сопоставлении реального и реконструированного вариационных рядов); • для определения параметров нормы и патологии с помощью сигмальных оценок; • для расчета коэффициента вариации; • для расчета средней ошибки средней арифметической величины 16. Понятие о пенетрантности и экспрессивности генов. Пенентрантность – вероятность проявления генов, явление появления или отсутствия признака у организмов, одинаковых по генотипу. Экспрессивность – степень проявления (вырожденности) признака |