Билет 42. Генетические карты, принцип их построения уэукариот. Цитологические карты хромосом. Митотический кроссинговер и егоприменение для картированных хромосом.

Генетическиекарты, принципы их построения уэукариот. Цитологические карты хромосом. Митотический кроссинговер. 1.Генетическиекарты хромосом, схемы относительного расположения сцепленных междусобой наследственных факторов — генов. Г. к. х. отображают реальносуществующий линейный порядок размещения генов в хромосомах, позволяют сознательноподбирать пары признаков при скрещиваниях, а также предсказывать особенностинаследования и проявления различных признаков у изучаемых организмов. Имея Г.к. х., можно по наследованию «сигнального» гена, тесно сцепленного с изучаемым, контролировать передачу потомству генов, обусловливающих развитие трудноанализируемых признаков; например, ген, определяющий эндосперм у кукурузы инаходящийся в 9-й хромосоме, сцеплен с геном, определяющим пониженнуюжизнеспособность растения. Обычно расстояние между генами на Г. к. х. выражаюткак % кроссинговера (отношение числа мутантных особей, отличающихся отродителей иным сочетанием генов, к общему количеству изученных особей); единицаэтого расстояния — морганида — соответствует частоте кроссинговера в 1%.Г. к.х. составляют для каждой пары гомологичных хромосом. Группы сцепления нумеруютпоследовательно, по мере их обнаружения. Кроме номера группы сцепления, указывают полные или сокращённые названия мутантных генов, их расстояния вморганидах от одного из концов хромосомы, принятого за нулевую точку, а такжеместо центромеры. Составить Г. к. х. можнотолько для объектов, у которых изучено большое число мутантных генов. Например, у дрозофилы идентифицировано свыше 500 генов, локализованных в её 4 группахсцепления, у кукурузы — около 400 генов, распределенных в 10 группах сцепления.У менее изученных объектов число обнаруженных групп сцепления меньшегаплоидного числа хромосом. Так, у домовой мыши выявлено около 200 генов, образующих 15 групп сцепления (на самом деле их 20); у кур изучено пока всего 8из 39. У человека из ожидаемых 23 групп сцепления (23 пары хромосом)идентифицировано только 10, причём в каждой группе известно небольшое числогенов; наиболее подробные карты составлены для половых хромосом. У бактерий, которые являются гаплоидными организмами, имеется одна, чаще всего непрерывная, кольцевая хромосома и все гены образуют одну группу сцепления При переносегенетического материала из клетки-донора в клетку-реципиент, например при конъюгации, кольцевая хромосома разрываетсяи образующаяся линейная структура переносится из одной бактериальной клетки вдругую (у кишечной палочки в течение 110—120 мин). Искусственно прерываяпроцесс конъюгации, можно по возникшим типам рекомбинантов установить, какиегены успели перейти в клетку-реципиент. В этом состоит один из методовпостроения Г. к. х. бактерий, детально разработанных у ряда видов. Ещё болеедетализированы Г. к. х. некоторых бактериофагов.2. Цитологические карты хромосом, схематическое изображение хромосомс указанием мест фактического размещения отдельных генов, полученное с помощьюцитологических методов. Ц. к. х. составляют для организмов, для которых обычноуже имеются генетическиекарты хромосом. Каждое место расположения гена (локус) на генетическойкарте организма, установленное на основе частоты перекреста участков хромосом (кроссинговера), на Ц. к. х. привязано к определённому, реально существующему участку хромосомы, что служит одним из основных доказательств хромосомнойтеории наследственности. Для построения Ц. к. х. используют данныеанализа хромосомныхперестроек (вставки, делеции и др.) и, сопоставляя измененияморфологических признаков хромосом при этих перестройках с изменениямигенетических свойств организма, устанавливают место того или иного гена вхромосоме. Пользуясь методом хромосомных перестроек, амер. генетик К. Бриджессоставил в 1935 подробную Ц. к. х. плодовой мушки дрозофилы, наиболее полногенетически изученного организма. Гигантские хромосомы насекомых отрядадвукрылых оказались самыми удобными для построения Ц. к. х., т.к. наряду сбольшими размерами обладают чёткой морфологической очерченностью: каждыйучасток этих хромосом имеет свой определённый и чёткий рисунок, обусловленныйхарактерным чередованием по длине ярко окрашиваемых участков (дисков) и слабоокрашиваемых (междисков). Цитологическими методами легко определить отсутствиеучастка хромосомы или перенос его в др. место. Сопоставление Ц. к. х. сгенетическими показало, что физическое расстояние между генами в хромосомах несоответствует генетическому (видимо, частота кроссинговера неодинакова в разныхучастках хромосом), поэтому плотность распределения генов на цитологических игенетических картах хромосом различна. Так было установлено важное генетическоеявление — неравномерность частот перекреста по длине хромосомы. Линейноерасположение генов и их последовательность, установленные генетическимиметодами, подтверждаются Ц. к. х.3.

Митотический кросенговер. Кроссинговер может происходить не только во время мейоза, но и митоза, тогдаего называют митотическим кроссинговером(соматическим). М.к. может происходитьв соматических Кл. в течении всего клеточного цикла.Может быть обнаружен, еслион осуществляется на стадии четырех хроматид. При этом в интерфазе гомологичныехромосомы коньюгируют и входят в митотическое деление спаренными.Частота митотического кроссинговеразначительно ниже мейотического. Тем не менее его также можно использовать длягенетического картирования. Мейотический кроссинговер осуществляется послетого, как гомологичные хромосомы в зиготенной стадии профазы I соединяются впары, образуя биваленты. В профазе I каждая хромосома преджставлена двумясестринскими хроматидами, и перекрест происходит между хроматидами..

Билет 43..Проблемы генотерапии.Значение генетическоинженерии для решения задач биотехнологии, с/х, медицины и различных отраслейнародного хоз-ва.

Генотерапия в широком смысле этого слова предусматривает введениев клетки живого организма олиго - или полинуклеотидного материала с цельювоздействия антисмысловых конструкций для подавления функционированиянежелательных генов, либо с целью экспрессии соответствующих генов дляполучения отсутствующих или производимых в недостаточных количествах продуктов.Задача может состоять в попытке компенсации метаболического дефекта, или всоздании внутри клетки поражающего агента, если, например, речь идет обуничтожении раковых клеток. Общей проблемой любого варианта генотерапииявляется доставка нуклеиновой кислоты или олигонуклеотида к своим мишеням. Этоозначает доставку к определенным тканям или органам, пересечение плазматическоймембраны и доставку к определенной мишени внутри клетки. Антисмысловойолигонуклеотид должен найти ту мРНК или участок хромосомной ДНК, против которойон направлен. Введенный ген должен войти в состав конструкции, способнойэкспрессировать его продукт. Очевидно, что ген или олигонуклеотид сами по себеэтими способностями не обладают. При введении в организм они не попадутпреимущественно к нужной ткани или нужному органу, та часть, которая окажется внужном месте, лишь в незначительной мере сможет пересечь гидрофобную клеточнуюмембрану. Оказавшись внутри клетки, чужеродная ДНК может локализоваться не там, где это необходимо и, более того, оказаться в лизосомах, где будет разрушенадействием нуклеаз. Проблема доставки олигонуклеотидов в клетки, связанная, втом числе с прохождением отрицательно заряженного олигомера через гидрофобнуюмембрану, была осознана еще на заре развития антисмысловых подходов.

Практическиерезультаты генной инженерии. Врезультате интенсивного развития методов генетической инженерии получены клонымножества генов рибосомальной, транспортной и 5S РНК, гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидныхгормонов, интерферона человека и прочее. Это позволило создавать штаммыбактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые вмедицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.

На основе генетической инженерии возникла отрасльфармацевтической промышленности, названная " индустрией ДНК". Это однаиз современных ветвей биотехнологии.

Для лечебного применения допущен инсулин человека(хумулин), полученный посредством рекДНК. Кроме того, на основе многочисленныхмутантов по отдельным генам, получаемых при их изучении, созданывысокоэффективные тест-системы для выявления генетической активности факторовсреды, в том числе для выявления канцерогенных соединений.

Теоретическое значение генетической инженерии. Закороткий срок генная инженерия оказала огромное влияние на развитиемолекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться по путипознания строения и функционирования генетического аппарата.

Генетическаяинженерия -это система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать искусственныегенетические структуры в виде так называемых рекомбинантных (гибридных) молекулДНК. Суть генетической инженерии сводится к переносу в растения чужеродныхгенов, которые могут сообщать растениям полезные свойства [1, 4, 6]. Такиеманипуляции осуществляются с помощью соответствующих ферментов - рестрикционныхэндонуклеаз, расщепляющих молекулы ДНК в строго определенных участках, и лигаз, сшивающих фрагменты в единую рекомбинантную молекулу ДНК.

Итак, процедуры генетической инженерии сводятся ктому, что из набора фрагментов ДНК, содержащих нужный ген, собирают гибриднуюструктуру, которую затем вводят в клетку. Введенная генетическая информацияэкспрессируется, что приводит к синтезу нового продукта. Таким образом, вводя вклетку новую генетическую информацию в виде гибридных молекул ДНК, можнополучить измененный организм.

Растения имеют одно очень важное преимущество передживотными, а именно возможна их регенерация in vitro из недифференцированныхсоматических тканей с получением нормальных, фертильных (способных завязыватьсемена) растений (рис. 1). Это свойство (тотипотентность) открывает длямолекулярных биологов большие возможности в изучении функционирования генов, введенных в растения, а также используется в селекции растений. Дляконструирования растений необходимо решить следующие задачи: выделитьконкретный ген, разработать методы, обеспечивающие включение его внаследственный аппарат растительной клетки, регенерировать из единичных клетокнормальное растение с измененным генотипом. Таким образом, методологиягенетической инженерии в отношении растений направлена на коренное изменениеметодов традиционной селекции, с тем чтобы желаемые признаки растений можнобыло получать путем прямого введения в них соответствующих генов вместодлительной работы по скрещиваниям.

У животных-установлено, что в ходе клеточнойдифференцировки у позвоночных происходит либо потеря определённых генныхлокусов либо их необратимая инактивация. Судя по всему, утрачивается та частьгенома, которая контролирует не ранние, а более поздние стадии онтогенеза, вчастности метаморфоз амфибий. Механизм этого явления не поддаётся пока научномуобъяснению. Но очевидно, что для клонирования взрослых животных необходимоиспользовать малодифференцируемые делящиеся клетки. В ближайшие годы главнаязадача исследователей, работающих в области исследования клонирования – это, по-видимому, создание культивируемых invitro линий малодифференцированныхклеток, характеризующихся высокой скоростью деления. Ядра именно таких клетокдолжны обеспечить полное и нормальное развитие реконструированных яйцеклеток, формирование не только морфологических признаков, но и нормальныхфункциональных характеристик клонированного оргинизма.

Билет 44.Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организациягенетического аппарата у бактерий. Представление о плазмидах, эписомах имигрирующих генетических элементах (инсерционные последовательности, транспозоны).

(на примере кишечнойпалочки) Основу генетическогоаппарата кишечной палочки составляет бактериальная хромосома, входящая в составнуклеоида – ядерноподобной структуры. Нуклеоид по морфологии напоминаетсоцветие цветной капусты и занимает примерно 30% объема цитоплазмы.Бактериальная хромосома представляет собой кольцевую двуспиральнуюправозакрученную молекулу ДНК, которая свернута во вторичную спираль. Вторичнаяструктура хромосомы поддерживается с помощью гистоноподобных (основных) белкови РНК. Точка прикрепления бактериальной хромосомы к мезосоме (складкеплазмалеммы) является точкой начала репликации ДНК (эта точка носит название OriC). Бактериальная хромосома удваивается перед делениемклетки, и сестринские копии распределяются по дочерним клеткам с помощьюмезосомы. Репликация ДНК идет в две стороны от точки OriC и завершается в точке TerC. Молекулы ДНК, способные себя воспроизводить путемрепликации, называются репликоны. Одна бактериальная хромосома содержитдо 1000 известных генов. Все множество известных генов делится на 10 групп, контролирующих следующие процессы (в скобках указано количество изученныхгенов): 1. Транспорт различных соединений и ионов в клетку (92). 2. Реакции, поставляющие энергию, включая катаболизм различных природных соединений (138).3. Реакции синтеза аминокислот, нуклеотидов, витаминов, компонентов цепейпереноса электронов, жирных кислот, фосфолипидов и некоторых других соединений(221). 4. Генерация АТФ при переносе электронов (15). 5. Катаболизммакромолекул (22). 6. Аппарат белкового синтеза (164). 7. Синтез нуклеиновыхкислот, включая гены, контролирующие реком­бинацию и репарацию (49). 8. Синтезклеточной оболочки (42). 9. Хемотаксис и подвижность (39). 10. Прочие гены, втом числе с неизвестной функцией (110). В лаг–фазе в клетке имеется однабактериальная хромосома, но в фазе экспоненциального роста ДНК реплицируетсябыстрее, чем происходит деление клетки; тогда число бактериальных хромосом наклетку увеличивается до 2...4...8. Такое состояние генетического аппаратаназывается полигаплоидностью.Приделении клетки сестринские копии бактериальной хромосомы распределяются подочерним клеткам с помощью мезосомы. Кроме бактериальной хромосомы в составгенетического аппарата прокариот входит множество мелких репликонов – плазмид –кольцевых молекул ДНК длиной в тысячи п.н. Плазмиды такого размера содержатнесколько десятков генов. это гены, обеспечивающие устойчивость кантибиотикам, тяжелым металлам, кодирующие специфические токсины, а также геныконъюгации и обмена генетическим материалом с другими особями.3. Плазмиды, факторы наследственности, расположенные в клетках внехромосом. К П. относят генетическиефакторы клеточных органелл (митохондрий, пластид и др.) и генетические факторы, не являющиеся обязательными компонентами клеток. Из последних более изучены такназываемый каппа-фактор у парамеций, продуцирующих антибиотическое веществопарамеции, фактор чувствительности к CO2 и агент, обусловливающийбессамцовость у дрозофил, а также ряд бактериальных П. У бактерий П. могутконтролировать устойчивость к лекарственным веществам, синтез бактерицинов, энтеротоксина, гемолизина и некоторых антигенов. П., называющиеся половыми факторами, определяют половуюдифференциацию у бактерий. Показано, что многие П. состоят из кольцевых молекулдвухнитевой ДНК с молекулярной массой 106—108дальтон.Эписомы (от эпи...и греч. só ma — тело), генетические факторы, способные находиться в клетке либов автономном (в цитоплазме) либо в интегрированном (включенными в хромосому)состоянии; представляют собой молекулы ДНК. К Э. относятся геном умеренногофага лямбда, половой факторF, некоторые R-факторы, сообщающие бактериям устойчивость к определённымлекарств. веществам, и некоторые др. Э. не являются обязательными компонентамиклеток и могут переходить из одного состояния в другое, что зависит от видаклеток. Например, геном умеренного фага лямбда в клетках кишечной палочки можетнаходиться в интегрированном либо в автономном состоянии, а в клеткахвозбудителя брюшного тифа — только в автономном состоянии. Находясь вавтономном состоянии, большинство Э. ведут себя как типичные плазмиды.Транспозоны.Известны два типа транспозонов прокариот: сложные и несложные. Сложные имеютцентральный район, содержащий гены. На обоих концах транспозона расположены IS- элементы. Оба IS- элемента в пределах одного транспозонапринадлежат к одному типу и называются левый и правый. Несложные также содержатгены устойчивости к антибиотикам, но они не терминируются IS- элементами. На своих концах они все такиимеют повторенные последовательности, необходимые для транспозиций.

 

Билет 45. Понятие о виде и популяции. Популяция какестественно-историческая структура.Понятие о чистотах генов и генотипов. Закон Харди-Вайнберга, возможности го применения. С.С.Четвериков – основоположник экспериментальнойпопуляционной генетики.

Каждый вид представляетсобой целостную систему, характеризующуюся внутривидовыми отношениями междусамцами и самками, родителями и потомством, отдельными особями в стае, стаде ит. д. Каждый вид характеризуется уникальными адаптациями - приспособлениями ксреде обитания. Нередко адаптации вызывают гибель отдельных особей, но полезныдля вида в целом (пчелы). Охарактеризовать структуру вида: полувиды - экологическиерасы, которые почти достигли состояния молодого вида, характеризуются всемивидами изоляции, кроме генетической; подвиды - территориально разобщенныегеографические расы, отличающиеся морфофизиологическими признаками, приспособленные к обитанию в различных условиях (привести примеры); малыеэкологические популяции - обособленные группы, обитающие на определеннойтерритории, имеющие свои морфофизиологическими признаками (парковая и леснаярасы черного дрозда). Отсюда сделать вывод что вид, является сложной, системойвнутривидовых групп, сложившихся в процессе эволюции в определенных условияхсреды.
Популяция —это совокупность особей одного вида, обитающих на определеннойтерритории, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностьюизолированных от других популяций. Популяция обладает только ей присущимиособенностями: численностью, плотностью, пространственным распределением особей.Различают возрастную, половую, размерную структуру популяции. Соотношениеразных по возрасту и полу групп в популяции определяют ее основные функции. Соотношениеразных возрастных групп зависит от двух причин: от особенностей жизненногоцикла вида и от внешних условий. Состав. Условно в популяции можно выделить триэкологические возрастные группы: пререпродуктивная — группа особей, возрасткоторых не достиг способности воспроизведения; репродуктивная — группа, воспроизводящаяновые особи; пострепродуктивная — особи, утратившие способность участвовать ввоспроизведении новых поколений. Длительность этих возрастов поотношению к общей продолжительности жизни сильноварьирует у разных организмов.
Выделяютвиды спростой возрастной структурой, когда популяция представлена организмами одноговозраста, и виды со сложной возрастной структурой, когда в популяциипредставлены все возрастные группы или одновременно живут несколько поколений.
Плотность популяции — это величина популяции, отнесенная к единице пространства: число особей, или биомасса, популяции наединицу площади или объема. Плотность зависит от трофического уровня, накотором находится популяция. Чем ниже трофический уровень, тем выше плотность.

Математическиемодели синтетической теории эволюциибыли разработаны Р. Фишером, Дж. Холдейном и С. Райтом. Математические моделипопуляционной генетики количественно характеризуют динамику распределениячастот генов в эволюционирующей популяции [1-4, 6, 8]. Есть два основных типамоделей: 1) детерминистические модели и 2) стохастические модели.
Детерминистические модели предполагают, чточисленность популяции бесконечно велика, в этом случае флуктуациями враспределении частот генов можно пренебречь, и динамику популяции можно описатьв терминах средних частот генов.
Стохастические модели описывают вероятностные процессыв популяциях конечной численности.
В строгом смысле законХарди — Вайнберга приложим к бесконечно большим популяциям, в которых осуществляетсяпанмиксия и на которые не действуют никакиевнешние факторы. К их числу относитсяи закон Харди—Вайнберга (известный также как закон генетического равновесия) —одна из основ популяционной генетики. Закон описывает распределение генов впопуляции. Харди и Вайнберг показали, что при свободном скрещивании, отсутствиимиграции особей и отсутствии мутаций относительная частота индивидуумов скаждым из этих аллелей будет оставаться в популяции постоянной из поколения впоколение. Другими словами, в популяции не будет дрейфа генов.
Рассмотрим этот закон на простом примере. Назовем двааллеля Х и х. Тогда у особей могут встречаться четыре следующие комбинации этихаллелей: ХХ, хх, хХ и Хх. Если обозначить через p и q частотувстречаемости индивидуумов с аллелями Х и х соответственно, то согласно законуХарди—Вайнберга
p2 + 2pq + q2 = 100%,
где p2 — частотавстречаемости индивидуумов с аллелями ХХ, 2pq — с аллелями Хх или хХ, а q2 — частота встречаемости индивидуумов с аллелями хх.Эти частоты, при соблюдении сформулированных выше условий, будут оставатьсяпостоянными из поколения в поколение, независимо от изменения количестваиндивидуумов и от того, насколько велики (или малы) p и q. Этот законпредставляет собой модель, используя которую генетики могут количественноопределять изменения в распределении генов в популяции, вызванные, например, мутациями или миграцией. Другими словами, этот закон является теоретическимкритерием для измерения изменений в распределении генов.
Серге́ й Серге́ евич Четверико́ в (24 апреля (6 мая) 1880, Москва — 2 июля 1959, Горький) — выдающийся русский биолог, генетик-эволюционист, сделавший первые шаги в направлении синтеза менделевской генетики и эволюционной теории Ч. Дарвина. Он раньше других учёных организовал экспериментальное изучение наследственных свойств у естественных популяций животных. Эти исследования позволили ему стать основоположником современной эволюционной генетики. В этой области С. С. Четвериков выступает как подлинный новатор, смотревший далеко вперед и определивший на многие десятилетия пути развития мировой биологической науки. Работы Четверикова, особенно его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», опубликованный в 1926 г., легли в основу синтетической теории эволюции. " Чистота" гамет Аллельные гены, находясь в гетерозиготном состоянии, не сливаются, не разбавляются, не изменяют друг друга. Этот феномен несмешивания альтернативных признаков в гаметах гибридного организма вошел в науку под названием гипотезы " чистоты" гамет, предложенной Менделем.
Это явление основано на парности отдельных генов. Особь, гетерозиготная по какому-либо признаку, имеет в ядрах соматических клеток в одной из гомозиготных хромосом доминантный аллель гена, а в другой - рецессивный. В результате мейоза в каждой гамете оказывается лишь одна из гомозиготных хромосом, т. е. с каким-то одним из аллелей гена:
либо доминантным;
либо рецессивным.
Естественно, что гетерозиготная особь образует два типа гамет, причем и тех и других поровну. Таким образом, в норме гамета от второго поколения аллельной пары всегда " чиста".
О генотипе организма, проявляющего рецессивный признак, можно судить по его фенотипу. Ведь если этот организм гетерозиготный, то у него должен проявиться доминантный признак. Следовательно, если отмечается рецессивный признак, организм обязательно должен быть гомозиготным по рецессивному гену.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: