Наследование признаков сцепленных с полом Кроссинговер. 1. История создания хромосомной теории наследственности
 Скачать 28.18 Kb.
|
|
1. История создания хромосомной теории наследственности. К началу XX в. углубленное изучение поведения этих структур в ходе самовоспроизведения клеток, при созревании половых клеток, при оплодотворении и раннем развитии зародыша обнаружило строго закономерные динамические изменения их организации. Это привело немецкого цитолога и эмбриолога Т. Бовери (1902—1907) и американского цитолога У. Сеттона (1902—1903) к утверждению тесной связи наследственного материала с хромосомами, что легло в основу хромосомной теории наследственности. Детальная разработка этой теории была осуществлена в начале XX в. школой американских генетиков, возглавляемой Т. Морганом. 1888 – Вальдейер предложил термин хромосома 1902 – 1907гг – немецкий исследователь Теодор Бовери проводил эксперименты над яйцами морских ежей, оплодотворенных двумя спермиями. Установил, что для нормального протекания митоза при процессе дробления требуется наличие всех хромосом, присущих виду. 1901-1903гг – Мак-Кланг обнаружил добавочные хромосомы у половины спермиев кузнечиков. Эти хромосомы определяют пол. 1905г – Стивенсон установил различия в половом наборе самок и самцов насекомых. 1906г – подтверждено Вильсоном Сэттон – предположение, что наследственные задатки передаются с хромосомами. 1902 – 1903гг Сеттон и Бовери сформулировали хромосомную теорию наследственности. 1902г - Бовери и Сэттон - количество признаков намного превосходит кол-во хромосом. 1911 – 1914 – Т.Морган эксперементально доказал основные положения хромосомной теории наследственности. Он работал с фруктовой мушкой дрозофилой. В 1933 Т.Морган получил Нобелевскую премию. 2. Механизмы генотипического определения пола у организмов разных биологических видов. Пол – совокупность морфологических, физиологических и биохимических Признаков, которые определяют размножение организмов и их передачу потомству. ХРОМОСОМНЫЙ. Обеспечивает одинаковую равномерность встречаемости представителей обоих полов. Биологический смысл: обусловливает максимальную вероятность встречи самца и самки, потомки получают более разнообразную наследственную информацию, поддерживается оптимальная численность особей в популяции. · Пол человека определяется половыми хромосомами. · Механизм определения пола у человека типа XX – XY · У мужчин гетерогаметный пол – XY · Женщины имеют гомогаметный пол – XX · У человека пол ребенка определяется мужчиной из-за его гетерогаметного состояния. · Общее число хромосом у человека 46 (23 пары хромосом) · Буквой А обозначается количество аутосом: мужчина имеет 44А + XY хромосомы и женщина 44А + XX хромосомы. XY – тип. У мухи дрозофилы и некоторых других насекомых, ракообразных, земноводных, рыб, млекопитающих и растений гетерогаметный пол – мужской, а гомогаметный – женский. ZW – тип. У птиц, пресмыкающихся и некоторых насекомых (чешуекрылые) женский пол – гетерогаметен (ZW), а мужской – гомогаметен (ZZ). ZO – тип. У моли самцы гомогаметны (ZZ), а самки имеют только одну половую хромосому (ZO). 2n – 1n – тип. У пчел и муравьев самки диплоидны, самцы гаплоидны. Пол также определяется соотношением числа Х-хромосом и наборов аутосом - половой индекс. (дрозофила, например) Если X : A = 1 => ♀ • Если X : 2A = 0,5 => ♂ • Если X : A = [0,5 - 1] => интeрсексы • Если 3X : 2A = 1,5 => сверхсамки • Если X : 3A = 0,33 => сверхсамцы ГЕННЫЙ Пол зависит от активности генов в аутосомах и половых хромосомах В Х хромосоме расположены гены, определяющие женское развитие В аутосомах расположены гены, определяющие мужское развитие Организмы содержат гены развития обоих полов, но проявляются дифференцировано в ходе онтогенеза. Геномное определение пола. Например, пчелы, перепончатокрылые и клещи. Из оплодотворенных яиц развиваются и самки, и самцы, а из неоплодотворенных – только самцы. Средовое определение пола. При этом механизме определения пола развитие организма в самца или самку определяется внешними факторами, например, температурой (у большинства крокодилов), окраской. ГОРМОНАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛА. При изучении роли половых хромосом в развитии гонад было показано, что определяющим у человека является наличие или отсутствие Y-хромосомы. При отсутствии Y-хромосомы происходит дифференциация гонад в яичники и развивается женщина. В присутствии Y-хромосомы развивается мужская система. Очевидно, Y-хромосома производит вещество, стимулирующее дифференциацию яичек. Следующий этап эстафеты продолжают гормоны, определяющие процесс половой дифференциации плода и его анатомическое развитие. В утробе матери гормоны определяют процесс половой дифференциации. После рождения эстафета переходит к факторам среды, которые завершают формирование пола—обычно, но не всегда в соответствии с генетическим полом. Определение пола является сложным многостадийным процессом, который у человека зависит кроме биологических также от психосоциальных факторов. Это может приводить к появлению транссексуальности, возникновению гетеросексуального, бисексуального или гомосексуального поведения и образа жизни. 3. Понятие о половом хроматине. Теория «компенсации дозы генов». Хроматин половой - хроматин, присутствующий только в женских соматических клетках и представляющий одну инактивированную Х-хромосому, которая остается в конденсированной форме. В соматических клетках женщины содержится по одной активной Х-хромосоме. По половому хроматину можно определить пол ребенка до его рождения; такое определение производится путем изучения клеток, полученных в ходе амниоцентеза, или в процессе исследования хорионических ворсинок. Существует два основных вида хроматина: 1) тельце Барра (Вагг body) - небольшое образование по краям ядра внутри ядерной оболочки, которое окрашивается при воздействии на него основных красителей; и 2) напоминающий барабанные палочки придаток ядра в нейтрофилах (разновидности белых клеток крови). Дозовая компенсация у млекопитающих происходит в результате инактивации одной из Х-хромосом у самок. В 1949 г. М. Барр обнаружил компактные глыбки хромосомного материала в ядрах нервных клеток у кошек, у котов таких глыбок не было. По имени исследователя эти структуры были названы тельцами Барра. Через 10 лет выяснилось, что тельце Барра формируется из одной Х-хромосомы в соматических клетках самок всех млекопитающих. В 1961 г. Мэри Лайон сделала вывод о том, что образование телец Барра – это и есть механизм дозовой компенсации генов, локализованных в Х-хромосомах млекопитающих. Процесс инактивации Х-хромосом у самок млекопитающих был назван лайонизацией. Лайонизация Х-хромосомы у человека происходит в раннем эмбриональном развитии на 16-е сутки. Инактивированная Х-хромосома неактивна на протяжении всей жизни организма; относится к гетерохроматину. Теперь о тонком механизме лайонизации. Оказалось, что в Х-хромосомах млекопитающих существует особый центр инактивации (Хic– X chromosome inactivation center). Инактивация начинается в этом единственном центре и затем прогрессивно распространяется вдоль всей Х-хромосомы. Она происходит по закону «все или ничего». Установившись однажды в эмбриогенезе, неактивное состояние Х-хромосомы передается дочерним клеткам во всех последующих клеточных генерациях. Длина ДНК, занимаемой центром инактивации, составляет примерно 1 млн п.н. Этот район содержит несколько генов. Из них важнейший – ген, кодирующий длинную некодирующую РНК, которая необходима для инактивации Х-хромосомы. Образующиеся молекулы, имеющие ген, кодирующий длинную некодирующую РНК, связываются с ДНК Х-хромосомы в особых участках, которые есть только в Х-хромосомах (их совсем нет в других хромосомах); это так называемые «участки усиления и передачи сигналов». Затем разобщенные пространственно молекулы, имеющие ген, кодирующий длинную некодирующую РНК, объединяются в единый комплекс друг с другом и с белками ядерной ламины. В результате такого взаимодействия ДНК данной Х-хромосомы «складывается», происходит компактизация ее структуры и связывание с ядерной оболочкой, т.е. образуется тельце Барра. Таким образом, механизмы дозовой компенсации у млекопитающих и дрозофилы противоположные; в первом случае это компактизация ДНК и подавление транскрипции (и связанная с этим поздняя репликация), а во втором случае – разрыхление структуры ДНК, гипертранскрипция и, как побочный эффект, ранняя репликация ДНК. 4. Работы Т.Моргана по экспериментальному доказательству хромосомной теории. Объект исследования и методические особенности его работ. Бовери и Сэттон сформуировали основные положения хромосомной теории независимо друг от друга: - гены расположены в хромосомах - в каждой гомологичной хромосоме находится по одному аллельному гену - гомологичные хромосомы и вместе с ними аллельны гены объединяются в зиготе во время оплодотворения В 1914 году Томас Морган с группой ученых стал экспериментально доказывать основные положения хромосомной теории. В 1933 году получил Нобелевскую премию. Хромосомная теория Т. Моргана: 1. Гены локализуются в хромосоме в линейной последовательности. Каждый ген занимает определённое место – локус. 2. Гены, локализованные в одной хромосоме наследуются совместно, образуя группу сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом. 3. Сила сцепления генов в хромосоме зависит от расстояния между ними. Чем ближе расположены гены друг к другу, тем сильнее сила их сцепления. 4. Сцепление генов может нарушаться процессом кроссинговера, в результате которого образуются рекомбинантные хромосомы. Чем сильнее сцеплены гены, тем меньше величина кроссинговера. 5. Сцепление генов и их рекомбинация в результате кроссинговера – это закономерные биологические явления, в которых выражается единство наследственности и изменчивости как свойство живого. Для своих исследований он выбрал мушку Дрозофилу – она имеет ряд альтернативных менделирующих признаков, которые легко учитывать: имеет малые размеры; неприхотлива в условиях содержания; малый цикл индивидуального развития (10 дней); высокая плодовитость (одна пара мушек дает 100 потомков); легко разводится в лаборатории; имеет 4 пары хромосом,3 из них аутосомы. 1 Опыт Моргана. Красные глаза доминирую над белыми. Морган взял красноглазую самку и белоглазого самца, скрестил их и в первом поколении наблюдал единообразие, что подтверждает первый закон Менделя. При скрещивании гибридов первого поколения он наблюдал расщепление по фенотипу, что доказывало второй закон Менделя. Затем скрестил красноглазого самца и белоглазую самку, в первом поколении наблюдал расщепление 1:1. Установил закономерность, что красноглазыми были самки, а белоглазыми – самцы. Сделал вывод, что признак, отвечающий за цвет глаз, находится в хромосоме, преимущественно в Х и наследуется совместно. 2 опыт. Серый цвет тела доминирует над черным. Длинные крылья доминируют над короткими. Скрещивал гомозиготную самку по обоим доминантным признакам и гомозиготного самца по обоим рецессивным признакам. Единообразие первого поколение поколения. При скрещивании гибридов первого поколения, самки – домин., самцы – рецес. 4 фенотипических класса: 83% с признаками родителей и 17% с перекомбинацией признаков. 5. Наследование, сцепленное с полом. Примеры у человека. Наследование, сцепленное с полом — наследование какого-либо гена, находящегося в половых хромосомах. Наследованием, сцепленным с X-хромосомой, называют наследование генов в случае, когда мужской пол гетерогаметен и характеризуется наличием Y-хромосомы (XY), а особи женского пола гомогаметны и имеют две X-хромосомы (XX). Таким типом наследования обладают все млекопитающие (в том числе человек), большинство насекомых и пресмыкающихся. Наследованием, сцепленным с Z-хромосомой, называют наследование генов в случае, когда женский пол гетерогаметен и характеризуется наличием W-хромосомы (ZW), а особи мужского пола гомогаметны и имеют две Z-хромосомы (ZZ). Таким типом наследования обладают все представители класса птиц. Если аллель сцепленного с полом гена, находящегося в X-хромосоме или Z-хромосоме, является рецессивным, то признак, определяемый этим геном, проявляется у всех особей гетерогаметного пола, которые получили этот аллель вместе с половой хромосомой, и у гомозиготных по этому аллелю особей гомогаметного пола. Это объясняется тем, что вторая половая хромосома (Y или W) у гетерогаметного пола не несет аллелей большинства или всех генов, находящихся в парной хромосоме. Таким признаком гораздо чаще будут обладать особи гетерогаметного пола. Поэтому заболеваниями, которые вызываются рецессивными аллелями сцепленных с полом генов, гораздо чаще болеют мужчины, а женщины часто являются носителями таких аллелей. Гены, расположенные в Х хромосоме наследуются сцеплено с Х-хромосомой: А) дальтонизм- не различение красного и зеленого цветов Б) гемофилия- несвертываемость крови В) отсутствие потовых желез Г) гипоплазия- истончение эмали зубов Если ген сцеплен с Х-хр., то он может передаваться от отца только дочерям, а от матери в равной степени между дочерями и сыновьями Гены, расположенные в У хромосоме наследуются сцеплено с У-хромосомой. А) ихтиоз- чешуя на коже Б) гипертрихоз- волосы на ушной раковине В) перепонка между пальцами ног. Если ген сцеплен с У-хр., он может передаваться только от отца к сыну, только мужчинам. 6. Понятие о наследовании, ограниченном полом и контролируемым полом. Наследование – это процесс реализации наследственности. Признаки, ограниченные полом: гены их наход-ся в аутосомах, т.е. есть у обоих полов, но проявляются только у одного пола. 1) Молочная продуктивность. 2) Яичная продуктивность. 3) Икра у рыб (у женского пола). 4) Яркое оперение (у самцов). К числу нежелательных, ограниченных полом признаков, относятся: 1) триторхизм, 2) аномалия спермиев (у самцов), 3) недоразвитие частей половых органов (у самок). Признаки, контролируемые полом: гены в аутосомах, т.е. есть у обоих полов и проявляются также у обоих, только у одного пола чаще или интенсивнее, чем у другого. 1) Комолость доминирует у овец, рецессивно у баранов. 2) Заращение яйцеводов и семяпроводов у птиц доминантно у самок и рецессивно у самца. 3) Атаксия (расстройство координации движения) доминантно у самок и рецессивно у самца. 4) Искривление киля у птицы доминантно у самцов и рецессивно у самок. 5) Наследственное облысение доминантно у мужчин и рецессивно у женщин. 6) Указательный палец длиннее безымянного доминантно у мужчин и рецессивно у женщин. 7. Голандрическое наследование. Примеры у человека. Это наследование признака, контролируемого геном, локализованным в негомологичной части Y- хромосомы. У-сцепленное или голандрическое В этой хромосоме локализованы около 20 генов, определяющих развитие семенников, отвечающие за сперматогенез, контролирующие интенсивность роста, определяющие оволосение ушной раковины, средних фаланг кистей и др. Для признака характерно наследование по вертикали. Признак встречается только у лиц мужского пола. Признак передается по мужской линии: от отца всем его сыновьям (голандрическое наследование). Примеры признаков: гипертрихоз ушных раковин, избыточный рост волос на средних фалангах пальцев кистей, азооспермия. 8. Сцепление генов (полное, неполное). Группы сцепления у разных биологических видов. В 1906 году У. Бэтсон и Р. Пеннет, проводя скрещивание растений душистого горошка и анализируя наследование формы пыльцы и окраски цветков, обнаружили, что эти признаки не дают независимого распределения в потомстве, гибриды всегда повторяли признаки родительских форм. Стало ясно, что не для всех признаков характерно независимое распределение в потомстве и свободное комбинирование. Каждый организм имеет огромное количество признаков, а число хромосом невелико. Следовательно, каждая хромосома несет не один ген, а целую группу генов, отвечающих за развитие разных признаков. Изучением наследования признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме, занимался Т. Морган. Если Мендель проводил свои опыты на горохе, то для Моргана основным объектом стала плодовая мушка дрозофила. Дрозофила каждые две недели при температуре 25 °С дает многочисленное потомство. Самец и самка внешне хорошо различимы — у самца брюшко меньше и темнее. Они имеют всего 8 хромосом в диплоидном наборе, достаточно легко размножаются в пробирках на недорогой питательной среде. Скрещивая мушку дрозофилу с серым телом и нормальными крыльями с мушкой, имеющей темную окраску тела и зачаточные крылья, в первом поколении Морган получал гибриды, имеющие серое тело и нормальные крылья (ген, определяющий серую окраску брюшка, доминирует над темной окраской, а ген, обусловливающий развитие нормальных крыльев, — над геном недоразвитых). При проведении анализирующего скрещивания самки F1 с самцом, имевшим рецессивные признаки, теоретически ожидалось получить потомство с комбинациями этих признаков в соотношении 1:1:1:1. Однако в потомстве явно преобладали особи с признаками родительских форм (41,5% — серые длиннокрылые и 41,5% — черные с зачаточными крыльями), и лишь незначительная часть мушек имела иное, чем у родителей, сочетание признаков (8,5% — черные длиннокрылые и 8,5% — серые с зачаточными крыльями). Такие результаты могли быть получены только в том случае, если гены, отвечающие за окраску тела и форму крыльев, находятся в одной хромосоме. Если гены окраски тела и формы крыльев локализованы в одной хромосоме, то при данном скрещивании должны были получиться две группы особей, повторяющие признаки родительских форм, так как материнский организм должен образовывать гаметы только двух типов — АВ и аb, а отцовский — один тип — аb. Следовательно, в потомстве должны образовываться две группы особей, имеющих генотип ААВВ и ааbb. Однако в потомстве появляются особи (пусть и в незначительном количестве) с перекомбинированными признаками, то есть имеющие генотип Ааbb и ааВb. Для того, чтобы объяснить это, необходимо вспомнить механизм образования половых клеток — мейоз. В профазе первого мейотического деления гомологичные хромосомы конъюгируют, и в этот момент между ними может произойти обмен участками. В результате кроссинговера в некоторых клетках происходит обмен участками хромосом между генами А и В, появляются гаметы Аb и аВ, и, как следствие, в потомстве образуются четыре группы фенотипов, как при свободном комбинировании генов. Но, поскольку кроссинговер происходит при образовании небольшой части гамет, числовое соотношение фенотипов не соответствует соотношению 1:1:1:1. Морган сформулировал закон сцепления: между гомологичными хромосомами может осуществляться взаимный обмен идентичными участками, в результате чего гены, находящиеся в этих участках парных хромосом, перемещаются из одной гомологичной хромосомы в другую. Группа сцепления — образование неаллельных генотипов, расположенных в одной хромосоме. Количество групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом (например, у дрозофилы 1пара = 4, у человека 1пара = 23). Негомологичные хромосомы образуют собственную группу сцепления. Сцепленное наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме. Сила сцепления между генами зависит от расстояния между ними: чем дальше гены располагаются друг от друга, тем выше частота кроссинговера и наоборот. Полное сцепление — разновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируемых признаков располагаются так близко друг к другу, что кроссинговер между ними становится невозможным. Неполное сцепление — разновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируемых признаков располагаются на некотором расстоянии друг от друга, что делает возможным кроссинговер между ними. Независимое наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в разных парах гомологичных хромосом. Отсутствие сцепления между генами представляет исключение и известно лишь у насекомых. Расстояние между генами, находящиеся в одной хромосоме, измеряется в морганидах — условных единицах, соответствующих проценту кроссоверных гамет или проценту рекомбинантов. Эта единица названа в честь Т. Моргана. % кроссинговера = сумма кроссинговеров / общее количество потомков * 100% 1 МОРГАНИДА=1% КРОССИНГОВЕРА= 1% КРОССОВЕРНЫХ ГАМЕТ= 1% КРОССОВЕРНЫХ ГЕНОТИПОВ 9. Биологическое значение кроссинговера. Кроссинговер - обмен участками гомологичных хромосом в процессе клеточного деления в профазе первого мейотического разделения. Значение: 1. Кроссинговер приводит к новому сочетанию генов 2. вызывает изменение фенотипа. 3. вместе с мутациями является важным фактором эволюции организмов. Опытами Т. Моргана, К. Бриджеса и А. Стертеванта было показано, что нет абсолютно полного сцепления генов, при котором гены передавались бы всегда вместе. Вероятность того, что два гена, локализованные в одной хромосоме, не разойдутся в процессе мейоза, колеблется в пределах 1-0,5. В природе преобладает неполное сцепление, обусловленное перекрёстком гомологичных хромосом и рекомбинацией генов. Цитологическая картина кроссинговера была впервые описана датским ученым Ф. Янсенсом . Кроссинговер проявляется только тогда, когда гены находятся в гетерозиготном состоянии (АВ / ав). Если гены находятся в гомозиготном состоянии (АВ / АВ или аВ/аВ), обмен идентичными участками не дает новых комбинаций генов в гаметах и в поколении. Частота (процент) перекрёстка между генами зависит от расстояния между ними: чем дальше они располагаются друг от друга, тем чаще происходит кроссинговер. Различают несколько типов кроссинговера: 1. двойной 2. множественный (сложный) 3. неправильный 4. неровный. 10. Основные положения хромосомной теории наследственности. Первоначальные положения: 1. Гены расположены в хромосомах 2. В каждой гомологичной хромосоме находится по одному аллельному гену 3. Гомологичные хромосомы и вместе с ними аллельные гены объединяются в зиготе во время оплодотворения Основные положения хромосомной теории наследственности: · — гены расположены в хромосомах линейно в определенных локусах (участках); аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах; · —гены гомологичных хромосом образуют группу сцепления; число их равно гаплоидному набору хромосом; · —между гомологичными хромосомами возможен обмен аллельными генами (кроссинговер); · —расстояние между генами пропорционально проценту кроссинговера и выражается в морганидах; · - сила сцепления в хромосомах зависит от расстояния между генами, чем ближе друг к другу, тем сильнее сцепление. 11.Принципы построения генетических карт. Картирование хромосом человека и его значение. Генетическая карта – это отрезок прямой, на котором обозначен порядок взаимного расположения генов и расстояние между ними, которое измеряется в морганидах, или в процентах кроссинговера. Существование кроссинговера побудило Моргана разработать в 1911-1914 гг. принцип построения генетических карт хромосом. В основу этого принципа положено представление о расположении генов по длине хромосомы в линейном порядке. За единицу расстояния между двумя генами условились принимать 1 % перекреста между ними. Физический метод построения. При помощи электронного микроскопа или при некоторы видах электрофореза определяют межгенное расстояние. Генетический метод. Определяют частоту рекомбинации генов,на основе чего строят генетическую карту. Цитогенетическое картирование. Этот метод основан на использовании хромосомных перестроек. Он позволяет прямо сопоставлять результаты генетического анализа расстояний между изучаемыми локусами и их взаимного расположения с данными о физических размерах определенных хромосомных областей. При облучении и действии других мутагенов в хромосомах часто наблюдаются выпадения (делеции) или вставки небольших фрагментов, сравнимых по величине с одним или несколькими локусами Значение картирования – предотвращение и лечение наследственных заболеваний и ускорения изучения молекулярных механизмов, которые лежат в основе отклонений от нормы (нарушений). 12. Понятие о цитоплазматической наследственности. Цитоплазматический тип наследования был впервые описан в 1908 г. К. Корренсом в отношении признака пестрых листьев у некоторых растений. Цитоплазматические гены не подчиняются менделевским закономерностям наследования, которые определяются поведением хромосом при митозе, мейозе и оплодотворении. Митохондрии наследуются ребёнком от матери с цитоплазмой ооцитов, поэтому заболевание передаётся от матери всем детям независимо от пола ребёнка; больные отцы не передают заболевание детям, все дети будут здоровыми и передача заболевания прекращается. Мутации митохондриальной ДНК обнаруживаются при около 30 различных заболеваний: атрофия зрительного нерва (синдром Лебера), митохондриальная миоэнцефалопатия и др. Цитоплазматическая наследственность у растений: Развитие этого признака обусловлено мутацией, возникающей в ДНК хлоропластов и нарушающей синтез хлорофилла в них. Размножение в клетках нормальных (зеленых) и мутантных (бесцветных) пластид и последующее случайное распределение их между дочерними клетками приводят к появлению отдельных клеток, совершенно лишенных нормальных пластид. Потомство этих клеток образует обесцвеченные участки на листьях. Фенотип потомства, таким образом, зависит от фенотипа материнского растения. У растения с зелеными листьями потомство абсолютно нормально. У растения с бесцветными листьями потомство имеет такой же фенотип. У материнского растения с пестрыми листьями потомки могут иметь все описанные фенотипы по данному признаку. При этом внешний вид потомства не зависит от признака отцовского растения. 13.Плазмогены митохондрий и хлоропластов, плазмиды, эписомы и их роль в цитоплазматической наследственности. Плазмогены – внеядерный генетический материал, находятся в самовоспроизводящихся органеллах клетки - митохондриях и пластидах (в том числе хлоропластах и др.). Особенности: количество непостоянно передаются только по женской линии неравномерно распределяются между дочерними клетками Функции: осуществляют генетический контроль за синтезом ряда ферментов цитоплазмы взаимодействуют с хромосомами ядра, т.к часть информации митохондрий содержится в ядре Плазмон – это совокупность генов, расположенных в цитоплазматической молекуле ДНК. Плазмиды – широко распространенные в клетке внехромосомные генетические элементы, которые могут самостоятельно существовать и размножаться автономно от хромосомной ДНК. В прокариотической клетке имеются плазмиды, которые отвечают за способность бактерий к коньюгации и за устойчивость к некоторым лекарственным средствам. Выделяют три типа плазмид: Половой фактор F Фактор R – встречается у патогенных бактерий, с ним связана устойчивость к ряду лекарственных средств. Эти плазмиды имеют ген образования конъюгациронного мостика. Такие мостики образуются между кишечной палочкой, обитающей в кишечнике, и патогенными бактериями и фактор R может переходить от кишечной палочки к ним. В результате они становятся нечувствительными к тем лекарствам, которые обычно для них губительны. Плазмиды – колиценогены В эукариотической клетке плазмиды представлены митохондриями, пластидами и нуклеотидными последовательностями. Генетический материал плазмид содержится в матриксе и их ДНК не связана с гистоновыми белками. Эписомы – это плазмиды, которые реплицируются не автономно, а в составе хромосомной ДНК, в которую они включаются в определенные моменты. Роль в цитоплазматической наследственности: 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 основана на выделении нужного гена из генома одного организма и введении его в геном другого организма. Генная инженерия – составная часть современной биотехнологии, теоретической основой ее является молекулярная биология, генетика. Суть новой технологии заключается в 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. Основные этапы генной инженерии: 1. Выделение нужного гена. Вырезание генов проводят с помощью ферментов рестриктаз 2. Введение гена Ген вшивают в вектор – плазмиду, с помощью которого ген вводится в бактерию. Вшивание осуществляется ферментом – лигазой. Затем вектор вводится в бактерию. 3. На последнем этапе отбираются те бактерии, в которых введенные гены успешно работают 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. 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. |