Занятие 4 тема гаметогенез. Молекулярные основы наследственности (I) Цели занятия 1) Изучить особенности гаметогенеза в связи со специфическими функциями гамет
 Скачать 1.09 Mb.
|
|
ЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ. Цели занятия 1) Рассмотреть основные формы взаимодействия аллельных и неаллельных генов. 2) Изучить механизмы наследования групп крови по системам АВ0, MN и резус-фактора. Базисные знания 1) Из материалов практического занятия №6 Вы должны знать основные понятия генетики и закономерности независимого наследования признаков. 2) Из курса биологии средней школы Вы должны знать некоторые виды взаимодействия аллель- ных генов (полное и неполное доминирование, кодоминирование); принципы разделения людей по группам крови по системе АВ0, знать отличия во взаимодействии аллельных и неаллельных генов Учебная карта занятия А) Вопросы для подготовки к занятию Взаимодействие аллельных генов - полное доминирование - неполное доминирование - сверхдоминирование; - кодоминирование; - аллельное исключение. Понятие о множественном аллелизме. Механизмы генетического определения групп крови по системе AB0. Медицинское значение закономерностей наследования групп крови. Наследование групп крови в системе MN. Особенности наследования резус-фактора. Значение резус-фактора в медицинской практике. Комплементарность как способ взаимодействия неаллельных генов. Эпистатические виды взаимодействия неаллельных генов. Эффект положения генов. Полимерия как механизм генетической регуляции количественного признака на основе варьирования дозы генов. Модифицирующее действие генов. Б) Список основной и дополнительной литературы для подготовки к занятию приведен в конце методических рекомендаций. В) Задания для учебно-исследовательской работы обучающихся Задание 1: Изучение правил решения генетических задач по теме занятия. Познакомьтесь с примерами решения типовых задач (алгоритм решения задач см. в приложении 2. ОБЩИЕ ПРАВИЛА РЕШЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ. Задача 1 (неполное доминирование. Редкий в популяции гена в гомозиготном состоянии вызывает у человека анофтальмию (отсутствие глазных яблок. Доминантный ген А обуславливает нормальное развитие глаз. У гетерозигот 19 глазные яблоки уменьшены (микрофтальмия). В браке состоят гетерозиготные мужчина и женщина. Определите расщепление признаков в потомстве по генотипу и фенотипу. Какое генетическое явление (тип наследования) проявляется в данном случае В чем особенности этого типа наследования Дано Решение А – нормофтальмия Р ♀ Аа ┬ ♂ Аа а – анофтальмия G: А а А а АА – нормофтальмия F 1 : АА; Аа; Аа; аа Аа – микрофтальмия 1 норма : 2 микро : 1 анофтальм аа – анофтальмия Р ♀ А ┬ А Генотипы и фенотипы F 1 ? Тип наследования Ответ Расщепление в потомстве по генотипу 1 АА : 2Аа : 1аа; по фенотипу 25% – нормофталь- мия, 50% – микрофтальмия, 25% – анофтальмия. Данные признаки наследуются по типу неполного доминирования (промежуточное наследование, гетерозиготы имеют свой собственный фенотип. Поэтому расщепление по фенотипу и генотипу совпадают. Задача 2 (кодоминирование, множественный аллелизм). У отца В) гомозиготная группа крови и резус-отрицательная (Rh - ), ау матери – 0(I) группа крови гетерозиготная по резус-фактору (Rh + ). Какую группу крови и какие резус-свойства можно ожидать у потомков Дано Решение I° – ген 0(I) группы крови А – ген А) группы крови Р ♀ I 0 I 0 Rr ┬ ♂ I В I В гг В – ген В) группы крови I А I В – АВ(IV) группа крови G: I 0 R; I 0 r I В г R – г – Rh - F 1 : В В Р ♀ I 0 I 0 Rr ┬ ♂ I В I В гг B(III)Rh + ; B(III)Rh - 1 : 1 Фенотип Ответ В потомстве все дети будут с В) группой крови, 50% из них с Rh + , 50% – с Задача 3 (комплементарность. У человека врожденная глухонемота определяется рецессивными генами d и e. Для нормального слуха необходимо наличие доминантных аллелей D и E. В семье, где оба родителя глухи, все дети имеют нормальный слух. Старшая дочь вышла замуж за мужчину с таким же генотипом, как и у нее. Какова вероятность рождения у нее глухих детей Какая форма изменчивости прослеживается в данной задаче 20 3) F 1 : ♀ DdEe ┬ ♂ DdEe G: DE; De; dE; de DE; De; dE; de F 2 : DE De dE de DE DDEE DDEe DdEE DdEe De DDEe DDee DdEe Ddee dE DdEE DdEe ddEE ddEe de DdEe Ddee ddEe Ddee 9/16 – D-E- – нормальный слух 3/16 – ddE- – глухота 1 форма 3/16 – D-ee – глухота 2 форма 1/16 – ddee – глухота 1 и 2 форма. 9/16 – нормальный слух : 7/16 – глухота. Ответ Вероятность рождения глухих детей равна 7/16. В задаче наблюдается комбинативная изменчивость появление новых признаков у потомков в результате перекомбинации генов. Задание 2: Самостоятельное решение генетических задач. Решите следующие задачи самостоятельно Задача 2.1. Одна из форм цистинурии (нарушение обмена четырех аминокислот) наследуется как аутосомный рецессивный признак. У гетерозигот наблюдается повышенное содержание цистина в моче. У рецессивных гомозигот образуются цистиновые камни в почках. Определите возможные формы проявления цистинурии у детей в семье, где один из супругов страдал камнями в почках, а другой нормален в отношении данного признака. Задача 2.2. Ген вьющихся волос доминирует над геном прямых волос. Однако у гетерозигот волосы не курчавые, а волнистые. Веснушчатость детерминируется аутосомным полностью доминантным геном. Какова вероятность появления веснушчатого ребенка с прямыми волосами в семье, в которой мать имеет прямые волосы и веснушки, а отец – волнистые волосы и без веснушек Приведите всевозможные варианты. Объясните особенности наследования гена вьющихся волос. Дано D – нормальный слух d – глухота I форма E – нормальный слух e – глухота II форма P: ♀ глух. ┬ ♂ глух. F 1 : ♀ D-E- ┬ ♂D-E- Генотипы Р F 2 -? Решение 1) Восстанавливаем генотипы глухих родителей по фенотипу потомков глухота родителей связана с отсутствием в их генотипах сочетания. У их слышащих детей такое сочетание имеется один доминантный ген получен от одного родителя, а второй – от другого. Генотип одного родителя D-ee, а другого dd-E-. 2) P: ♀ D-ee ┬ ♂ ddE- G: De dE F 1 : DdEe 21 Задача 2.3. Талассемия (T) наследуется как не полностью доминантный аутосомный признак. У гомозигот (tt) заболевание приводит к смерти в раннем детском возрасте, у гетерозигот (Tt) заболевание проходит в относительно легкой форме. Положительный резус-фактор доминирует над резус- отрицательностью. Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где оба родителя страдают легкой формой талассемии и являются гетерозиготными по резус-фактору? Каков резус- фактор здорового потомства Задача 2.4. Альбинизм – рецессивный признак. Талассемия – наследственное заболевание крови, обусловленное действием одного гена. У гомозигот по гену талассемии развивается наиболее тяжелая форма заболевания – большая талассемия, обычно смертельная в детском возрасте (tt). У гетерозигот проявляется менее тяжелая форма – малая талассемия (Tt). Ребенок-альбинос страдает малой талассемией. Каковы наиболее вероятные генотипы его родителей Задача 2.5. Серповидноклеточная анемия и талассемия наследуются независимо как аутосомные признаки. У гетерозигот по серповидноклеточной анемии и талассемии признаки болезни выражены слабо. У дигетерозигот развивается микросфероцитарная анемия. Гомозиготы по серповидноклеточной анемии и талассемии умирают в детстве. Определите вероятность рождения здоровых детей в семье, где один из родителей гетерозиготен по серповидноклеточной анемии, но нормален по талассемии, а второй – наоборот. Задача 2.6. В роддоме перепутали двух мальчиков. Один из них имел 0(I) группу крови, а другой – АВ(IV). Одна пара родителей имела 0(I) и А) группы крови, а другая - Аи АВ(IV). Кто чей сын 23 Задача 2.7. У отца В) группа крови резус – отрицательная, ау матери 0(I) группа крови гетерозиготная по резус–фактору. Какую группу крови и резус-свойства можно ожидать у потомков Задача 2.8. При разборе судебного дела об отцовстве установлено, что у ребенка АВ (IV) группа крови с положительным фактором, у матери - В (III) группа крови с отрицательным резус-фактором, у отца 0(I) группа крови с отрицательным резус-фактором. К какому выводу должен прийти судебно-медицинский эксперт Какой вид взаимодействия ал- лельных генов проявляется в АВ(IV) группе крови Задача 2.9. В клетках млекопитающих для защиты от вирусов вырабатывается специфический белок – интерферон, образование которого в клетках человека связано с комплементарным взаимодействием двух неаллельных несцепленных генов, детерминирующих выработку белков Аи В. К Вам на консультацию обратился человек, очень часто болеющий гриппом, у которого отец гриппом не болеет, а мать болеет часто. Известно, что мать имеет генотип AAbb. Каков должен быть генотип отца, чтобы ребенок повторил генотип матери 24 Задача 2.10. У родителей левшей родился ребенок правша. Некоторые генетики склонны объяснять это явление редким доминантным эпистатическим геном, способным подавлять действие генов, определяющих умение владеть правой рукой. Определите возможные генотипы родителей-левшей, если вероятность рождения в этой семье сына правши составляет 25%. Дайте генетическое объяснение приведенному случаю наследования праворукости. Задача 2.11. У человека несколько форм близорукости. Умеренная (от -2,0 дои высокая (выше –5,0), передаются как аутосомные доминантные несцепленные между собой признаки (Малиновский А.А.,1970). У людей, имеющих гены обеих форм близорукости, проявляется только одна – высокая. В семье, где мать была близорукой, а отец имел нормальное зрение, родились двое детей, дочь и сын. Удочери оказалась умеренная форма близорукости, ау сына – высокая эпистатическая близорукость. Каковы генотипы родителей и детей Какова вероятность рождения следующего ребенка без аномалий Задача 2.12. Так называемый бомбейский феномен состоит в том, что в семье, в которой отец имел 0(I) группу крови, а мать – В, родилась девочка с 0(I) группой. Она вышла замуж за мужчину с А) группой крови, и у них родились две девочки первая – с АВ(IV), а вторая – с 0(I) группой. Появление в третьем поколении девочки с IV группой крови вызвало недоумение. Некоторые генетики склонны объяснять это явление редким рецессивным эпистатическим геном, способным подавлять действие генов I A и I B , определяющих группу крови. Установите вероятные генотипы всех трех поколений, при условии, что мужчина с A(II) группой крови имел обычный неэпистатический вариант данного признака. 25 Задача 2.13. Цвет кожи человека определяется взаимодействием нескольких пар неаллельных генов – цвет тем темнее, чем больше доминантных генов в генотипе. Потомки негра и белого человека называют мулатом. Можно ли ожидать от брака двух мулатов А 1 а 1 А 2 а 2 рождения негров и белых детей Какую долю вероятности составляют эти дети Чья кожа темнее А 1 А 1 а 2 а 2 ; А 1 а 1 А 2 а 2 ; а 1 а 1 А 2 А 2 ? Задача 2.14. Рост человека контролируется тремя парами несцепленных генов, которые взаимодействуют по типу полимерии. Если допустить, что самые низкорослые люди имеют рецессивные гены и рост 150 см, а самые высокие – все доминантные и рост 180 см, то каков будет росту людей гетерозиготных потрем парам генов роста Определите генотипы людей, имеющих рост 155, 160, 170, см. Г) Практические навыки, которыми должен овладеть обучающийся по теме занятия 1) Решение генетических ситуационных задач на различные виды взаимодействия аллельных и неаллельных генов и наследование групп крови по различным системам. Подпись преподавателя ______________________________________________________________ 26 ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №8 ТЕМА КОЛЛОКВИУМ I. РАЗМНОЖЕНИЕ. ГЕНЕТИКА. Цели занятия 1) Промежуточный контроль знаний по пройденным темам. Базисные знания 1) Из материалов предшествующих лекций и практических занятий (№№2-7) Вы должны знать ответы на контрольные вопросы Коллоквиума I. Размножение. Генетика. Учебная карта занятия А) Вопросы для подготовки к коллоквиуму Клеточный цикл. Характеристика основных событий митоза и мейоза. Закономерности гаметогенеза. Отличия ово- и сперматогенеза. Влияние алкоголя, никотина и наркотиков на развитие человека. Размножение – универсальное свойство живого. Формы и способы размножения. История развития генетики. Роль отечественных ученых в развитии генетики. Законы Г. Менделя и их цитологическое обоснование. Условия менделирования признаков. Взаимодействие аллельных генов полное доминирование, неполное доминирование, кодо- минирование, сверхдоминирование, аллельное исключение. Наследование групп крови по системам АВ0, Rh, MN. Медицинское значение. Взаимодействие неаллельных генов полимерия, эпистаз, комплементарность, модифицирующее действие. Строение, свойства и функции ДНК и РНК. Виды РНК. Генетический код, его свойства. Понятие о гене. Свойства гена. Современный взгляд настроение гена. Этапы реализации наследственной информации у прокариот и эукариот. Регуляция генной активности у про- и эукариот. Теория оперона. Хромосома – форма структурно-функциональной организации наследственного материала. Генная инженерия этапы процесса, достижения и перспективы. Методы анализа ДНК. ДНК–диагностика (молекулярная диагностика) наследственных заболеваний Б) Список основной и дополнительной литературы для подготовки к коллоквиуму приведен в конце методических рекомендаций. В) Задания для промежуточной аттестации обучающихся Задание 1: Решение генетической задачи по одной из изученных тем. Задание 2: Собеседование по контрольным вопросам к коллоквиуму I. Генетика. Размножение. Задание 3: Решение тестовых заданий по изученным темам. 27 ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №9 ТЕМА ПЛЕЙОТРОПНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕНА. ПЕНЕТРАНТНОСТЬ И ЭКСПРЕССИВНОСТЬ. СЦЕПЛЕННОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ ГЕНОВ. ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ Цели занятия 1) Рассмотреть принципы классификации хромосом человека, изучить кариотип человека в норме и при патологии. 2) Изучить основные положения хромосомной теории наследственности и сцепленного наследования генов, разобрать принципы картирования хромосом. 3) Разобраться в явлении плейотропного действия генов. 4) Изучить количественные (пенетрантность) и качественные (экспрессивность) характеристики фенотипического проявления генов. Базисные знания 1) Из курса биологии средней школы Вы должны знать работы Т. Моргана по изучению сцепленного наследования у мух дрозофил, понятие «плейотропности гена. Учебная карта занятия А) Вопросы для подготовки к занятию Плейотропное действие генов. Количественная и качественная специфика проявления гена в признак пенетрантность и экспрессивность. Роль наследственных факторов и среды в развитии заболеваний. Строение и типы хромосом. Понятие о гетеро- и эухроматине. Цитогенетический метод (кариотипирование). Понятие о кариотипе и идиограмме. Денверская и Парижская классификация хромосом. Кариотип человека в норме и при патологии. Примеры. Работы Т. Моргана по изучению полного и неполного сцепления генов. Основные положения хромосомной теории. Понятие о картировании хромосом. Методы картирования хромосом человека, генетические карты (физические, химические. Б) Список основной и дополнительной литературы для подготовки к занятию приведен в конце методических рекомендаций. В) Задания для учебно-исследовательской работы обучающихся Задание 1: Изучение правил решения генетических задач по теме занятия. Под руководством преподавателя познакомьтесь с примерами решения типовых задач. Примечание поскольку гены разных признаков локализованы водной хромосоме, необходимо схематически изобразить их взаимное расположение. Задача 1. Катаракта и полидактилия у человека обусловлены доминантными аутосомными тесно сцепленными генами (то есть не обнаруживается кроссинговера. Какое потомство можно ожидать в семье у родителей, гетерозиготных по обоим признакам, если известно, что матери обоих супругов страдали только катарактой, а отцы только полидактилией 28 Дано Решение А – катаракта Р ♀ А а ┬ ♂ А а а – норма в В в В В – полидактилия катар, полид. катар, полид. в – норма G: А ; а ; А ; а А - – гены полностью в В в В В - сцепленны F 1 : А А А а а А а а Р ♀ А ? ┬ ♂ а а в в в В В в В В в в В ? катар, катар, катар, полидакт. Р А а ┬ ♂ А а полид. полид., в В в В 1 : 2 : 1 25 % 50 % 25 % F 1 - ? Ответ В данной семье вероятность детей только с катарактой равна 25 %; только с полидактилией – 25 %; с одновременно двумя аномалиями – 50 %. Задача 2. Расстояние между генами Аи морганид, между генами D и B – 6 морганид. Сколько морга- нид между генами Аи В, если известно, что ген D расположен на одном из концов хромосомы. Дано Решение А – D – ММ Генет. карта ? 6M А - В - ? Ответ Расстояние между генами Аи В равно 1 морганиде. Задание 2: Самостоятельное решение генетических задач. Решите следующие задачи самостоятельно Задача 2.1. У человека резус-фактор сцеплен с геном, определяющим форму эритроцитов, и находится от него на расстоянии трех морганид. Резус-положительность и эллиптоцитоз (эритроциты эллиптической формы) определяются доминантными аутосомными генами. Один из супругов гетерозиготен по обоим признакам. Резус-положительность он унаследовал от одного родителя, эллиптоцитоз - от другого. Второй супруг резус-отрицателен и имеет нормальные эритроциты. Определить процентные соотношения вероятных генотипов и фенотипов детей в этой семье. 29 Задача 2.2. Синдром дефекта ногтей и коленной чашечки определяется полностью доминантным аутосомным геном. На расстоянии 10 морганид от него (К. Штерн, 1965) находится локус групп крови по системе АВО. Один из супругов имеет A(II) группу крови, другой – В. Тот, у кого А) группа крови, страдает дефектом ногтей и коленной чашечки. Известно, что его отец был с 0(I) группой крови и не имел этих аномалий, а мать с АВ(IV) группой крови имела оба дефекта. Супруг, имеющий В) группу крови, нормален в отношении гена дефекта ногтей и коленной чашечки и гомозиготен по обеим парам анализируемых генов. Определите вероятность рождения в этой семье детей, страдающих дефектом ногтей и коленной чашечки и их возможные группы крови. Задача 2.3. Катаракта и полидактилия у человека обусловлены доминантными аутосомными тесно сцепленными (те. не обнаруживающими кроссинговера) генами. Однако сцепленными могут быть необязательно гены указанных аномалий, но и ген катаракты с геном нормального строения кисти и наоборот. Какое потомство можно ожидать в семье у родителей, гетерозиготных по обоим признакам, если известно, что матери обоих супругов страдали только катарактой, а отцы – только полидактилией Задача 2.4. У человека одна из форм миопатии и спиноцеребеллярная атаксия (болезнь Мачадо-Джозефа) де- терминируются доминантными аллелями двух генов, располагающихся в 14 аутосоме на расстоянии морганид. 30 Женщина унаследовала миопатию от отца, а муж атаксию от матери. Какова вероятность того, что их ребенок будет одновременно страдать обеими аномалиями только одной из них будет нормален по анализируемым признакам Задача 2.5. Подергивание головой – нервное заболевание лабораторных линейных мышей. Такие мыши делают резкие движения головой, часто бегают кругами, к тому же они глухие. Данное заболевание вызывает аутосомный рецессивный ген. Он находится в той же хромосоме, что и рецессивный ген альбинизма. Частота кроссинговера между генами составляет около 4 %. Самка с подергивающейся головой скрещена с нормальным самцом-альбиносом. По нормальным признакам родители ге- терозиготны. В нескольких пометах получено 200 мышат. Сколько из них будет альбиносов с подергивающейся головой и сколько альбиносов с обычным поведением Задача 2.6. Гены A, B, C, D составляют одну группу сцепления. Расстояние между генами Аи моргани- ды, между генами D и C – 5,5 морганиды, между Си В – 1,5 морганиды, а между Аи В – 6 морга- нид. Составьте карту расположения генов в хромосоме. 31 Задача 2.7. Гены А, В, С, D, E лежат водной хромосоме. Расстояние между генами Аи С – 2 морганиды, между В и С – 7 морганид, между В и Е – 3 морганиды, между D и Е – 5 морганид, между Си морганид и между Аи В – 5 морганид. Составьте карту хромосомы и определите расстояние между генами Аи Е Си Е. Задача 2.8. Постройте генетическую карту одного из участков Х-хромосомы, если известно, что здесь находятся гены группы крови ( |