Лекция №9 Введение в общую генетику. Законы Г. Менделя.
Генетика – наука о закономерностях наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. Термин "генетика" от греческого "genesis" - относящийся к происхождению – предложил в 1906 году У. Бэтсон. В основу генетики легли закономерности наследственности, установленные Г. Менделем в 1865 г. и мутационная теория Х. Де Фриза 1901-1903 гг.
Объектами генетики являются все живые организмы. В зависимости от объекта исследований выделяют:
генетику растений;
генетику животных;
генетику микроорганизмов;
генетику человеку и т.д.
Предмет генетики – два свойства живых организмов – наследственность и изменчивость.
Методы генетики:
Метод генетического анализа:
1. Гибридологический метод – предложен Г. Менделем; суть его в анализе и учете исследуемых признаков у гибридов и их потомства;
Особенности этого метода:
а) подбор родительских пар с альтернативными признаками
б) точный количественный учет потомков от каждой родительской пары по каждому признаку отдельно
в) анализ потомков каждого гибрида в ряду поколений.
2. Комбинационный метод – изучает результаты внутри – и межвидовой гибридизации, виды комбинативной изменчивости, ее значение для селекции и видообразования.
3. Мутационный метод (разновидность – метод индуцированного мутагенеза) – изучает роль внешней среды и ее различных факторов в наследственной изменчивости.
Вспомогательные методы:
1. Популяционно – статистический метод – позволяет изучать распространение отдельных генов, различных генотипов в популяциях;
2. Метод селективных сред – метод применяется в генетике микроорганизмов; позволяет изучать наличие и проявление (экспрессию) генов;
3. Цитологический метод – позволяет изучать строение хромосом и их роль во внутриклеточных процессах;
4. Цитогенетический метод – метод микроскопического исследования хромосом, значительно обогатил генетику с появление электронной микроскопии, которая позволила изучить ультраструктуру хромосом;
5. Метод молекулярного анализа (гибридизация, ДНК, полимерная цепная реакция) – позволяет изучить тонкую структуру генов, их виды расположение в хромосомах, механизмы их проявления;
6. Онтогенетический метод – изучает особенности реализации генов в различные периоды онтогенеза;
7. Биохимический метод – изучает проявление действия генов на уровне функционирования белков – ферментов и протекания процессов обмена веществ в клетках и тканях.
С помощью различных методов генетики изучают наследственность и изменчивость на разных уровнях организации наследственного материала: молекулярном, субклеточном, клеточном, организменном, популяционно – видовом.
Одновременно в генетике используются методы смежных биологических дисциплин. В зависимости от используемых методов различают:
- цитологическую генетику;
- биохимическую генетику;
- молекулярную генетику;
- экологическую генетику и т.д.
Задачами генетики на современном этапе являются:
1. Изучение молекулярных структур клетки, хранящих генетическую информацию и способы ее кодирования.
2. Изучение механизмов и закономерностей передачи генетической информации из поколения в поколение на субклеточном и молекулярном уровне.
3. Анализ способов и вариантов реализации генетической информации в признаки.
4. Изучение мутаций и механизмов их возникновения на субклеточном и молекулярном уровне.
5. Разработка путей и методов конструирования наследственных структур живых организмов.
6. Изучение возможностей создания модифицированных геномов методами молекулярной генетики, генной инженерии для нужд селекции сельскохозяйственных животных и растений, медицинской генетики и т.д.
7. Изучение действия на живые организмы и их наследственные структуры различных видов излучений. Значение этих воздействий в эволюционных процессы.
8. Изучение генофонда человеческой популяции и влияние различных факторов на генофонд. Разработка мер профилактики, направленных на сохранение генофонда современных и будущих поколений.
9. Разработки методов профилактики, предотвращения и, возможно, лечения наследственных заболеваний.
10. Продолжение исследования генома человека.
Основные понятия и термины генетики
Наследование – передача генетической информации от одного поколения другому.
Наследственность - свойство живых организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями и специфический характер индивидуального развития.
Изменчивость – свойство живых организмов изменять наследственные задатки, приобретать новые признаки в процессе развития организмов при взаимодействии с внешней средой.
Ген – (греч. : род, происхождение) – фрагмент молекулы ДНК (РНК – у некоторых вирусов), кодирующий первичную структуру полипептида.
Доминантный ген (аллель) – ген, проявление действия которого не зависит от наличия других генов данной серии в организме. Обозначается заглавными буквами латинского алфавита А, В, С).
Рецессивный ген (аллель) – ген, проявляющий действие в отсутствии доминантной аллели, обозначают а, в, с.
Гены(аллели) – активность которых одинакова при их совместном присутствии в генотипе , называют кодоминтатными.
Генотип – совокупность всех генов организма, которая реализуется в фенотипе в пределах нормы реакции в определенных условиях внешней среды.
Геном – совокупность генов гаплоидного набора хромосом данного вида организмов.
Генофонд - совокупность всех генов популяции или вида.
Фенотип – совокупность внешних и внутренних признаков и свойств организма, определяемых генотипом и реализующихся в пределах нормы реакции в определенных условиях внешней среды.
Норма реакции – пределы, в которых изменяются фенотипические признаки в зависимости от условий среды.
Альтернативными называют противоположные или взаимоисключающие проявления одного и того же признака.
Аллельные гены – гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом и отвечающих за развитие одного и того же проявления признака, или за развитие альтернативных проявлений признака.
Неаллельные гены – гены расположенные в разных локусах гомологичных хромосом или разных парах хромосом, отвечающие за развитие одного или разных признаков.
Гомозигота – организм, в одинаковых локусах гомологичных хромосом которого находятся одинаковые по проявляемости гены (АА, аа). При половом размножении образует один сорт гамет.
Гетерозигота – организм, в одинаковых локусах гомологичных хромосом которого находятся разные по проявляемости гены (Аа). При размножении образует два сорта гамет.
Виды скрещивания:
моногибридное – родители отличаются по одной паре альтернативных признаков;
дигибридное – родители отличаются по двум парам альтернативных признаков;
полигибридное - родители отличаются по трём и более парам альтернативных признаков;
анализирующее – скрещивание, при котором один родитель с неизвестным генотипом, а второй гомозиготный по рецессивному гену;
возвратное – частный случай анализирующего скрещивания
Предпосылки появления генетики:
1) селекционная работа (Европа XIX век)
2) развитие экспериментальных областей биологии:
а) сравнительная эмбриология и анатомия;
б) цитология;
в) физиология;
г) развитие эволюционного учения.
Этапы развития генетики
Генетика – наука относительно молодая, но история ее имеет три основных этапа:
1865-1900 год - I этап
1900-1953 год – II этап
1953- по настоящее время
I этап. 1865-1900 год. Изучение генетических закономерностей на организменном уровне.
1. 1865 г открытие законов наследствнности Г. Менделя.
2. 1900 Второе рождение генетики:
К. Корренс (Германия)
Де Фриз (Голландия)
Э. Чермак (Австрия) – вторично открыли законы Менделя.
II этап. Изучение генетических явлений на клеточном и субклеточном уровнях
3. 1901 – 1903 г. Де Фриз создал мутационную теорию.
4. В 1902 г. Т. Бовери создал ядерную теорию наследственности.
5. 1902 г. Э. Вильсон и Д. Сеттон развили это положение и предположили параллелизм между хромосомами и передачей наследственных признаков.
6. 1906 г. У. Бэтсон предложил термин "генетика"
7. 1909 г. В. Иогансен предложил термин "ген"
Начиная с 1903 г. по 1908 г. Т. Морган (1866-1945 с коллегами публикует ряд работ посвященных роли хромосом в процессах наследственности, а в период 1908-1918 г. формулирует хромосомную теорию наследственности.
1919 год – Ю.А. Филипченко создал первую в нашей стране кафедру генетики при Петроградском университете и написал первый отечественный учебник генетики.
1920 год – Н.И. Вавилов формулирует закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.
1925 г. – Г. Надсон, Г. Филлипов – получили индуцированные мутации на грибах.
1927 г. - Г. Меллер получил индуцированные мутации на дрозофиле.
1928 г. – Н.К. Кольцов высказал мысль о связи единиц наследственности генов с определенным химическим веществом, считая хромосомы белковыми молекулами, способными к самовоспроизведению
В 30-е годы А.Н. Белозерский доказал, что ДНК это обязательный компонент хромосом.
40-е годы Г. Бидл, Е. Татум установили, что гены определяют образование ферментов по принципу: 1 ген – 1 фермент.
А.С. Серебровский – формулирует теорию делимости гена, разрабатывает математические методы для решения генетических проблем.
1944 г. О. Эвери, К Мак-Леод, М. Мак-Карти на микроорганизмах установили, что передача наследственной информации связана с ДНК.
В начале 50-х гг. Р. Уилкинсон с помощью R-лучей и математических расчетов получил
R-грамму ДНК.
- Э. Чаргафф – открыл правило комплементарности пуриновых и пиримидиновых оснований.
IIIэтап – изучение генетических явлений на молекулярном уровне: Начался: с 1953 г., когда Д. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК.
В 1961 г. они же расшифровали свойства генетического кода (Нобелевская премия). В конце 60-х годов складывается новое направление в генетике на основе молекулярно – генетических исследований. Появилась возможность получения гибридных и модифицированных геномов, находящих в настоящие время все более широкое применение в микробиологической и фармацевтической промышленности.
Законы Г. Менделя
а) 1-ый закон Г. Менделя: (закон единообразия гибридов первого поколения, правило доминирования) (слайд 1 ).
- при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все потомство в первом поколении единообразно как по фенотипу, так и по генотипу.
б) 2-ой закон Г. Менделя (закон расщепления гибридов второго поколения) (слайд 2).
- при скрещивании 2-х гетерозиготных особей, т.е. гибридов, анализируемых по одной паре альтернативных признаков, в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1 и по генотипу 1:2:1.
в) хронологически следующей предложенной закономерностью была гипотеза «чистоты гамет», ставшая в последствии IV законом Менделя. Мендель высказал положение, что в половых клетках (гаметах) находятся обособленные (дискретные) частицы, определяющие развитие того или иного признака. Это положение У. Бэтсон в 1902 г. сформулировал так: Гены в гаметах у гибридных особей находятся в единственном числе они «чисты», т.е. аллельные гены находятся в половых клетках в гаплоидном (одинарном) наборе.
г)3-ий Закон независимого комбинирования признаков (слайд 2)
- при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся двумя (или более) парами альтернативных признаков, во втором поколении (F2) наблюдается независимое наследование и комбинирование признаков, если гены, определяющие их, расположены в различных гомологичных хромосомах.
Расщепление по фенотипу по каждому признаку 3:1, независимо от числа признаков. Суммарная формула: (3+1)n, где n – число пар признаков, принятых во внимание при скрещивании. При анализе 2-х пар признаков, расщепление по фенотипу 9:3:3:1.
д) Статистический характер менделевских закономерностей:
Законы Г.Менделя выполняются при определенных условиях:
1) Бесконечно большое число исследуемых особей.
2) Приблизительное значение расщеплений.
3) Вероятный характер событий (достоверность 95 %) Таким образом, обнаруживаемые закономерности являются результатом воздействия многих факторов и не являются абсолютными законами природы, а носят характер статистических закономерностей.
4) Равновероятное образование в процессе мейоза обоих типов гамет (как с геном А, так и с геном а).
5) Равновероятная встреча и сочетание этих гамет при оплодотворении.
6) Равная выживаемость всех типов зигот и развивающаяся из них особей.
н) Менделирующие признаки – наследственные признаки, которые определяются аллельными генами и в потомстве расщепляются в соответствии с законами Менделя по моногенному типу. Такие признаки являются дискретными.
ж) Цитологические основы законов Г.Менделя : объяснения законов Г. Менделя были найдены при изучении процессов мейоза и гаметогенеза и сути перестроек с гомологичными хромосомами.
Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 1184;