Понятие о молекулярных методах ДНК – диагностики

Бурное развитие молекулярной генетики вносит ощутимый вклад в изучение наследственных болезней, особенно в диагностику рецессивных ее форм. В основе этих методов лежат «манипуляции» с ДНК и РНК. Главным достоинством этих методов является очень высокая достоверность, достигающая 100%.

Методы ДНК-диагностики стали активно разрабатываться с 70-х годов XX века и к настоящему времени их известно уже достаточно много, и они широко используются в медико-генетической практике.

ДНК можно получить из любой клетки, содержащей ядро. Для диагностики заболеваний, связанных с нарушением функций гена достаточно исследовать небольшой участок ДНК. Для этого его необходимо сначала размножить (амплифицировать). Для этого используется полимеразная цепная реакция – ПЦР.

ПЦР включает в себя несколько стадий.

Сначала, исследуемая ДНК нагревается до температуры более 95-98^◦ С. При этом происходит разрушение водородных связей между двумя цепочками.

Затем, к этим цепочкам добавляют короткие (15-30 нуклеотидов), искусственно синтезированные фрагменты ДНК, которые комплементарны начальным участкам исследуемого гена (праймеры). Эту смесь начинают постепенно охлаждать.

Если исследуемая ДНК содержит соответствующий ген, то праймеры образуют водородные связи с комплементарными последовательностями, то есть происходит гибридизация.

Закономерности наследования признаков

Закономерности наследования, установленные Г.Менделем

Основные закономерности наследования были установлены основоположником генетики, чешским исследователем Грегором Иоганном Менделем (1822-1884) и сформулированы им в виде законов наследования в 1866г.

В 1900г эти законы были переоткрыты независимо друг от друга тремя учёными из разных стран. Это были Гуго-де-Фриз в Голландии, Карл Корренс в Германии и Эрих Чермак в Австрии.

В дальнейшем были описаны явления сцепления генов (Томас Морган и соавторы, 1911г.), различные виды их взаимодействия, оказывающие влияние на процессы передачи и реализации признаков.

В своих исследованиях, которые Г.Мендель проводил с горохом, он применил гибридологический метод (гибрид – это помесь):

1) скрещивал особей, отличающихся по одной паре изучаемых

признаков (моногибридное скрещивание), по двум парам (дигибридное скрещивание), по трём парам и более (полигибридное скрещивание);

2) производил тщательный количественный подсчёт полученных

потомков (сколько жёлтых, сколько зелёных);

3) проводил тщательный анализ полученных результатов на протяжении

нескольких поколений и делал выводы.

При написании схем скрещивания (у человека – бракосочетания) используют общепринятые правила и символы:

- скрещивание (бракосочетание) обозначают знаком умножения – x.

- Р – родители (от лат.parents – родители);

- на первое место ставится женский пол, который обозначают знаком - ♀ (зеркало Венеры), затем мужской - ♂ (щит и копьё Марса);

Также, необходимо знать символы, которыми обозначаются гаметы и потомки.

G – гаметы (от лат. gametos – гаметы);

F_ - дети (от лат. filli – дети);

F₂, F₃ и т.д – последующие поколения

Моногибридное скрещивание

Моногибридное скрещивание– скрещивание, при котором родительские формы отличаются друг от друга по одной паре взаимоисключающих (альтернативных) признаков.

Г.Мендель скрещивал чистые линии растений гороха с жёлтыми и зелёными семенами.

Чистые линии – это организмы, не дающие расщепления при скрещивании с такими же по генотипу, то есть они являются гомозиготными по данному признаку.

При анализе результатов скрещивания оказалось, что все гибриды в первом поколении одинаковы по фенотипу (все растения имели горошины жёлтого цвета) и по генотипу (все гетерозиготы).

Вводим обозначения генов:

А – ген жёлтого цвета;

а – ген зелёного цвета

Составляем схему скрещивания и выполняем решение:

Р ♀ АА х ♂ аа

G А а

F1 -Аа ( жёлтые – 100%)

Согласно закону чистоты гамет, в каждую гамету попадает один ген из пары аллелей. Ген жёлтой окраски семян полностью подавляет зелёный, то есть доминирует, поэтому всё первое поколение одинаковое (единообразное).

Закон единообразия Менделя гласит:

При скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, наблюдается единообразие гибридов первого поколения как по фенотипу, так и по генотипу.

Затем, при скрещивании гибридов первого поколения между собой было получено расщепление:

Р ♀ Аа х ♂ Аа

G А а А а

F2 - АА, Аа, Аа, аа

ж ж ж з

по фенотипу: 3: 1 по генотипу: 1: 2: 1

ж з АА Аа аа

Особи, содержащие доминантный ген А, имели жёлтую окраску семян, а содержащие оба рецессивных гена – зелёную.

Закон расщепления Менделя гласит:

При скрещивании гибридов первого поколения различающихся по одной паре альтернативных признаков, во втором поколении происходит расщепление по фенотипу 3: 1, по генотипу 1: 2: 1.

Дигибридное скрещивание

Дигибридное скрещивание – скрещивание, при котором родительские формы отличаются друг от друга по двум парам альтернативных признаков.

Г.Мендель провёл дигибридное скрещивание, скрещивая растения гороха с жёлтыми гладкими семенами и растения с зелёными морщинистыми семенами.

В F1 у него получилось единообразие гибридов, так как жёлтый цвет доминирует над зелёным, а гладкая форма плодов – над морщинистой.

Вводим обозначения генов:

А – ген жёлтого цвета;

а – ген зелёного цвета;

В – ген гладкой формы плодов;

b – ген морщинистой формы плодов

Составляем схему скрещивания, определяем гаметы и выполняем решение:

Р ♀ ААВВ х ♂ ааbb

G АВ аb

F1 -АаВb (жёлтые гладкие – 100%)

Затем, при скрещивании гибридов первого поколения между собой Г.Мендель получил различные семена гороха: жёлтые гладкие, жёлтые морщинистые, зелёные гладкие, зелёные морщинистые; потому, что гены цвета и формы семян гороха и определяемые ими признаки комбинировались свободно – цвет не зависел от формы и наоборот.

Составляем схему скрещивания, определяем гаметы:

Р ♀ АаВb х ♂ АаВb

G АВ Аb АВ Аb

аВ аb аВ аb

С помощью решётки Пеннета удобнее записать и определить фенотипы и генотипы особей F2 (рис.4):

Видно, что в результате свободного

Рис.4. Схема дигибридного скрещивания. Наследование окраски и формы семян у гороха (опыт Г.Менделя)

комбинирования гамет в зиготах получаются разные комбинации генов.

Легко подсчитать, что по фенотипу потомство делится на 4 группы: 9 частей растений с горошинами жёлтыми гладкими, 3 части – с жёлтыми морщинистыми, 3 части – с зелёными гладкими и 1 часть – с зелёными морщинистыми, то есть происходит независимое комбинирование признаков в соотношении 9: 3: 3: 1.

Закон независимого комбинирования признаков Менделя гласит:

При скрещивании гомозиготных особей отличающихся по двум (или более) парам альтернативных признаков, во втором поколении наблюдается независимое комбинирование генов разных аллельных пар и соответствующих им признаков.

Закон чистоты гамет

Согласно закону чистоты гамет, всегда в гамету попадает один из пары аллелей, сколько бы пар аллелей при скрещивании ни учитывал исследователь (если три признака: желтый цвет, гладкая форма семян, длинный стебель – ААВВСС, то в гамету попадут – АВС).

Анализирующее скрещивание

Чтобы проводить скрещивание, Менделю нужно было знать, гомо- или гетерозиготное растение гороха по цвету или по форме семян. Для этого он проводил анализирующее скрещивание.

Генотип организма, имеющего рецессивный признак, определяется по фенотипу (он всегда гомозигоный).

Особи с доминантным признаком (гомозигота или гетерозигота) по фенотипу не отличимы. Для установления генотипа особи с доминантным признаком применяется анализирующее скрещивание.

Анализирующее скрещивание заключается в том, что особь с неизвестным генотипом скрещивается с рецессивной особью и по потомству узнают генотип анализируемой особи.

Если при таком скрещивании всё потомство окажется единообразным, то анализируемая особь гомозиготна:

Р ♀ АА х ♂ аа

ж з

G А а

F₁ - Аа (жёлтые – 100%)

А если произойдёт расщепление, то она гетерозиготна:

Р ♀ Аа х ♂ аа

ж з

G А а а

F₁ - Аа(50% -жёлтые), аа (50% - зелёные)

Анализ генотипов важен не только при селекционной работе, но и для медицинской генетики. Так как на человеке эксперименты запрещены, то антропогенетики и врачи прибегают к анализу родословных и ищут браки, которые позволяют проанализировать неизвестный генотип.

Например:

1) у обоих родителей полидактилия, их ребенок имеет нормальное строение кистей. Следовательно, родители гетерозиготны по этому признаку;

2) мать имеет резус-отрицательную кровь (ее генотип - rh^-rh^-), а отец – резус-положительную с неизвестным генотипом (или Rh⁺Rh⁺ - гомозигота, или Rh⁺rh^- - гетерозигота). У них родился ребенок с резус-отрицательной кровью, значит, отец гетерозиготен.

В генетических исследованиях также часто проводят скрещивание гибрида первого поколения с одной из родительских форм. Такое скрещивание называется возвратнымскрещиванием или беккроссом и обозначается F_b.

Кроме анализирующего и возвратного скрещиваний, генетики применяют ещё реципрокныескрещивания, при которых родительские формы меняют местами.

Например:

Р ♀ АА х ♂ аа; Р ♀ аа х ♂ АА

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: