Хромосомна теорія успадкування.

Взаємодія генів.

Встановлені Г. Менделем принципи взаємодії незалежного успадкування проявляються лише тоді, коли гени, що визначають ці ознаки, знаходяться в різних хромосомах.

Г. Мендель аналізував контрастуючі ознаки, кожен з яких був представлений двома альтернативними формами, які визначаються алелями одного гена. Однак такі чітко розрізнені альтернативні форми існують не для всіх ознак.

Розвиток будь-яких ознак у організмів є наслідком складних взаємодій між генами, точніше - між продуктами їх діяльності - білками - ферментами.

Спрощена схема:

ГЕН → і-РНК → білок-фермент → БІОХІМІЧНІ РЕАКЦІЇ → ОЗНАКА

Вплив гена на ознаку може бути різним, залежно від того, в комплексі з якими генами впливає цей ген на розвиток ознаки.

ВЗАЄМОДІЯ ГЕНІВ:

АЛЕЛЬНА НЕАЛЕЛЬНА

1.Повне домінування; 1.Комплементарна дія;

2.Неповне домінування; 2. Епістаз;

3. Сверхдомінірованіе; 3. Полімерів;

4. Кодомінуваннем; 4. Ефект положення.

5.Аллельное виключення;

ВЗАЄМОДІЯ алельних генів:

1.Повне домінування: - один алель гена повністю приховує присутність іншого алеля; - однаковий фенотип у гомозигот і гетерозигот; - розщеплення за фенотипом в F2 3: 1.

Моногенні або МЕНДЕЛЮЮЧІ ознаки: ямочки на щоках;-вільна мочка вуха; здатність згортати язик трубочкою; карооке; - праворукості; - Rh +; веснянки на обличчі; - темне волосся; здатність загинати язик назад;-низький ріст; великі очі; - товсті губи; - римський ніс.

2. Неповним домінуванням або проміжне успадкування: - різний фенотип у гомозигот і гетерозигот; - розщеплення за фенотипом в F2 1:2:1;

Приклади:

- кучеряве волосся (АА) і пряме волосся (аа)

- хвилясте волосся (Аа);

- тенор і бас - баритон;

- альтові голоси і сопрано - меццо-сопрано;

- анофтальмія;

- цістінурія.

Відхилення від очікуваного розщеплення за законами Менделя викликають летальні гени. Більшість летальних алелей знаходиться в рецесивному стані і є причиною загибелі особин, гомозиготних за ними. D - не утворюються спайки в легенях; d - утворюються спайки в легенях, що веде до смерті при народженні.

Розщеплення за фенотипом 1: 2.

Іноді летальною буває домінантна алель, який викликає загибель при утворенні гомозигот. У гетерозиготному стані організми залишаються живими (розщеплення в F2 2:1).

Приклади:

- брахідактилія (укорочені пальці): ознака виявляється в гетерозиготному стані. У АА - загибель на ранніх стадіях ембріогенезу;

3.Сверхдомінування:

- домінантний ген у гетерозиготному стані проявляється сильніше, ніж у гомозиготному;

ПРИКЛАД:

Тривалість життя у дрозофіли:

- АА - нормальна тривалість життя;

- Аа - збільшена тривалість життя;

- аа - летальний ефект.

4. Кодомінування:

- прояв у гетерозигот ознак, детермінованих обома аллелями.

ПРИКЛАДИ:

- │ A │ B - IV група крові за системою АВО;

- │ M │ N - група MN за системою MN.

5. Алельне ВИКЛЮЧЕННЯ: - у гетерозигот в одних клітинах активний один алель, а в інших - інший.

у ссавців кожна в результаті інактивації

плазматична клітина однієї з двох Х-хросомом

синтезує тільки один (свій) в різних клітинах організму

ланцюг імуноглобулінів фенотипічно проявляються

(антитіл). різні алелі, що знаходяться

або в материнській, або

у батьківській Х - хромосомі.

ВЗАЄМОДІЯ НЕАЛЕЛЬНИХ генів.

1. Комплементарна дія:

- прояв нової ознаки при наявності в одному генотипі 2-х домінантних неалельних генів;

Класичний приклад:

Успадкування забарвлення квітків білого запашного горошку.

У гібридів F2: 9 рослин з червоними квітками і 7 - з білими.

- Розщеплення за фенотипом у гібридів F2 9: 7, або 9: 3: 4, або 9: 3: 3: 1.

Приклади комплементарної дії в людини:

- розвиток нормального слуху;

- синтез інтерферону; - синтез гемоглобіну;

- спадкова короткозорість; - спадкова сліпота;

- глаукома;

- пігментація волосся;

- глухонімота;

- розвиток ретинобластоми і нефробластоми;

- формування статевої належності (синдром Морріса).

2. Епістаз:

- ген однієї алельної пари (домінантний або рецесивний) пригнічує вплив неалельного гена іншої пари. ГЕН-супресор-I або і > С - гіпостатичний ген.

Класичний приклад:

успадкування забарвлення оперіння в курей.

У F2 отримали 13 білих курей і 3 чорних .

Розщеплення за фенотипом у F2 13: 3, або 12: 3: 1.

Приклади епістазу в людини:

- Ферментопатії - наявність або відсутність продуктів реалізації будь-якого гена перешкоджає утворенню життєво важливих ферментів, що кодуються іншим геном.

- Пригнічення виділення антигенів за системою АВО в слині та інших секретах при наявності у гомозиготному стані рецессивного гена по іншій системі крові - системі Люїс. - Формування групової належності крові за системою АВО («Бомбейський феномен»).

Р ♀ │^o/В│^oхх ×♂ │^A│^oХХ

F1 │A│BХх

«Бомбейський феномен» - рідкісний рецесивний алель «x» у гомозиготному стані (хх) перешкоджає формуванню антигенів на поверхні еритроцитів і пригнічує активність домінантного алеля гена I за системою АВО (IA або IB); фенотипічно ці алелі не проявляються і формується I-ша група крові.

3. Полімерія. Домінантні гени з різних алельних пар підсилюють прояв однієї і тієї ж ознаки називаються полімерними. Взаємодія таких генів у процесі формування ознаки називається полімерією.

За допомогою полімерних генів успадковуються кількісні або полігенні ознаки. Полімерні гени позначають однією буквою латинського алфавіту з цифровим індексом - А1А1А2А2А3А3. Полімерія відкрита і вивчена шведським генетиком Нільсоном-Еле в 1908 р. при вивченні спадкування забарвлення зерна в пшениці. Важлива особливість полімерії - підсумовування дії неалельних генів на розвиток кількісних ознак.

Розщеплення за фенотипом у F2 15: 1. Біологічне значення полімерів: полігенних ознаки більш стабільні, ніж моногенних. Організм без полімерних генів був би вкрай нестійкий: будь-яка мутація призводила б до різкої мінливості.

У людини багато морфологічних, фізіологічних та патологічних особливості визначаються полімерними генами:

- зріст, вага, величина артеріального тиску, основний обмін, пігментація шкіри, статура, тривалість, розвиток розумових здібностей, схильність до гастритів, ожиріння, цукрового діабету, шизофренії, несприйнятість до інфекційних. захворювань.

Розвиток полігенних ознак у людини підкоряється загальним законам полігеного успадкування і залежить від умов зовнішнього середовища.

Ці ознаки при сприятливих умовах середовища можуть і не проявитися або проявитися в незначній мірі. Цим полігенно-спадкові ознаки відрізняються від моногенних.

Змінюючи умови середовища, можна значною мірою забезпечити профілактику ряду полігенних або мультифакторіальних захворювань.

4. «ЕФЕКТ ПОЛОЖЕННЯ» - взаємний вплив генів різних алелей, що займають прилеглі локуси однієї хромосоми. Виявляється в зміні їх функціональної активності.

Rh-належність людини визначається трьома тісно зчепленими генами, розташованими в одній хромосомі.

Організми з набором генів CDE / cDe і CDe / сDE генетично ідентичні (загальний баланс генів однаковий). Але в осіб з 1-ї комбінацією генів утворюється багато антигену Е і мало антигену С, а в осіб з 2-м генотипом - < антигену Е і > - С.

Будь-яка ознака або властивість в організмі розвивається в результаті складних, послідовно пов’язаних між собою біохімічних реакцій і морфо-фізіологічних процесів, що контролюються багатьма генами.

МОДИФІКУЮЧА ДІЯ ГЕНІВ:

Гени «основної дії» Гени-модифікатори

Білок-фермент Білок-фермент

Реакція взаємодії

РОЗВИТОК ОЗНАКИ

Будь-які гени в організмі в один і той же час можуть бути генами «основного дії» за одними ознаками і генами-модифікаторами за іншими.

Плейотропія: - один ген відповідає за прояв кількох ознак (множинна дія гена).

Прикладами плейотропних дії генів у людини служать синдроми Марфана (павукові пальці), «блакитних склер», хвороба Хартнепа, серпоподібна-клітинна анемія.

Синдром Марфана (арахнодактилія).

порушення розвитку сполучної тканини

Аномалії скелету Вади серцево-судинної системи Аномалії ока

Подовження

фаланг пальців Аневризма аорти Короткозорість Підвивих кришталика

рук та ніг

Деформована

Високе зведення стопи грудна клітка

ПЛЕЙОТРОПІЯ

ПЕРВИННА ВТОРИННА

Білок-фермент Білок-фермент

Послідовність хімічних реакцій Послідовність хімічних реакцій

Ознака А Ознака В Ознака С Ознака А

Ознака В

Ознака С

ХВОРОБА ХАРТНЕПА СЕРПОПОДІБНА-КЛІТИННА АНЕМІЯ

Показниками, що характеризують фенотипічні прояв гена в популяції, є експресивність і пенетрантність.

Терміни були запропоновані російським ученим М.В.Тімофеєвим-Ресовським в 1925 р.

Експресивність (від лат.expressio-вираження) - ступінь вираженості ознаки в різних особин - носіїв відповідного гена.

Пенетрантність (від лат.penetrans-проникнення) - частота фенотипового прояву гена в популяції особин, що є його носіями (100 % - повно-неповна).

Е. і П. визначаються взаємодією гена з генотипом і зовнішнім середовищем.

ХРОМОСОМНА ТЕОРІЯ СПАДКОВОСТІ.

Хромосомна теорія спадковості сформульована Т. Морганом і його учнями К. Бріджесом, А. Стертевантом, Г. Меллером в 1925р., що стало підсумком вивчення основних закономірностей спадковості на рівні клітини.

У 1902 р. В. Саттон і Т. Бовері незалежно один від одного прийшли до висновку, що саме в хромосомах знаходяться гени. Цілий ряд властивостей і ознак у багатьох організмів успадковується завжди в певному поєднанні один з одним (явище зчеплення генів було відкрито в 1906 р. В. Бетсон і Р. Пеннетом).

Пояснення цьому явищу дали американський генетик Т. МОРГАН і його співробітники, працюючи з плодовою мушкою дрозофілою - DrosophiІla melanogaster.

До початку ХХ ст. зроблені такі наукові відкриття, що зіграли важливу роль у розвитку цього етапу генетики:

1. Г. де Фріз, К. Корренс і Е. Чермак перевідкрили закони Г. Менделя.

2. А. Вейсманом сформульована гіпотеза про те, що спадковий матеріал повинен знаходитися в хромосомах.

3.Ретельно вивчені процеси мітозу і мейозу.

4.Ф. Янсен описав утворення хіазм в процесі мейозу при формуванні гамет у комах.

5.Установлено відмінності в хромосомних наборах клітин чоловічих і жіночих організмів.

Успіх сприяв Т. Моргану завдяки вдалому вибору об’єкта досліджень:

1. Мушка невибаглива, її легко утримувати в лабораторних умовах.

2. Легко і швидко (життєвий цикл 2 тижні) розмножується, дає достатню кількість особин в наступному поколінні і за рік відтворює до 20 генерацій.

3. Володіє безліччю мутацій, отриманих в лабораторних умовах, що дозволяє проводити гібрідологічний аналіз.

4. Має всього 4 пари хромосом, що дало можливість виявити групи зчеплення для багатьох генів.

Т. Морган у дослідах з дрозофілою створює Хромосомну ТЕОРІЮ СПАДКОВОСТІ - найбільше відкриття, що займає, за висловом М. К. Кольцова, «те ж місце в біології, як молекулярна теорія у хімії та теорія атомних структур у фізиці».

Перша серія дослідів присвячена моногібридному схрещуванню.

Схрещуючи мух, що відрізняються за кольором очей, і проводячи потім реципрокні схрещування, він виявив, що успадкування цих ознак по різному проявляється у самців і самок.

Аналізуючи результати цих досліджень, Т. Морган прийшов висновку, що успадкування кольору очей у дрозофіли пов’язано з тим, що гени, що кодують колір очей локалізуються в Х-хромосомі. Ознаки, які успадковуються через статеві хромосоми, отримали назву ЗЧЕПЛЕНИХ ЗІ СТАТТЮ.

У людини ознаки, які успадковуються через Y-хромосому, можуть бути тільки у осіб чоловічої статі, а які успадковуються через Х-хромосому - у осіб як однієї, так і іншої статі. У осіб чоловічої статі всі гени, локалізовані в одній Х-хромосомі (навіть рецесивні), відразу ж виявляються у фенотипі - такий організм називають ГЕМІЗІГОТНИМ.

ГЕНЕТИКА СТАТІ.

50 % ♀; 50 % ♂;

У людини, ссавців, дрозофіли, вищих ракоподібних, більшості амфібій визначення статі відбувається в момент запліднення і залежить від сперматозоона.

Типи регуляції статі статевими хромосомами:

1. XY – тип / ♀ - ХХ, ♂- XY /.

2. ZO – тип / ♀ - ZO (ХО), ♂ - ZZ (ХХ) /.

Зустрічається тільки у одного виду ящірок і молі.

3. ХО – тип / ♀ - ХХ, ♂- ХО /.

Зустрічається у деяких комах (клопи, прямокрилі, павуки), круглі черві.

4. ZW – тип / ♀ - ZW (ХУ), ♂ - ZZ (ХХ) /.

Зустрічається у деяких риб, метеликів, птахів, плазунів.

5. Кількістю наборів аутосом. У бджіл, мурашок немає статевих хромосом. Всі самки диплоїдні (розвиваються з запліднених яєць), а самці - гаплоїдний (з незаплід. яєць).

У деяких тварин визначення статі залежить від зовнішніх умов:

1. Морський черв’як бонелія (Тип Кільчасті черви):

Вільноплаваючі личинки стають самками, а ті, що осідають на хоботок дорослої особини під впливом її гормону - самцями.

2. У деяких риб виникає вторинне перевизначення статі (гуппі, мечоносці, коралові риби - лаброїди).

3. У крокодилів із відкладених яєць у залежності від температури навколишнього середовища можуть вилуплюються або самці, або самки.

Ознаки організму, пов’язані зі статтю. 1.Ознаки, контрольовані статтю: Розвиток цих ознак обумовлено генами, розташованими в автосомах обох статей, але ступінь прояву їх (експресивність) різна у чоловіків і жінок.

Зміна домінування гена обумовлено статевими гормонами.

Облисіння Подагра

У ♂- А, у ♀- а У ♂ - 80%, у ♀ - 20%.

2.Ознаки, обмежені статтю: Розвиток цих ознак обумовлено генами, розташованими в автосомах обох статей, але проявляються вони тільки у однієї статі - лактація у жінок.

3.Ознаки, зчеплені з статевими хромосомами:

- Гени парного сегмента Х-та Y-хромосом;

- Гени негомологічних ділянок Х-хромосоми (Х-зчеплені ознаки);

- Гени негомологічної ділянки Y-хромосоми.

- У парному сегменті (гомологічної для Х-і Y-хромосом) локалізовані гени, психологічними особливостями:

1. Пігментну ксеродерма;

2. Епідермоліз бульозний;

3. Спастичні параплегія;

4. Хвороба ОГУЧІ.

Ці ознаки можуть передаватися як з Х-, так і з Y-хромосомою (частково зчеплені зі статтю).

- У непарної ділянці Y-хромосоми знаходяться:

1.Гени, які визначають стать.

2.Гени, які зумовлюють голандричні ознаки / зустрічаються тільки вчоловіків й передаються від обатька всім синам/.

Голандрические признаки:

Подальші досліди Т.Моргана з дигібридного скрещування 2-х дигомозиготних особин принесли результати, які не співпадали із законами Менделя.

Р ♀ BBVV × ♂ bbvv

G BV bv

F1 BbVv – 100%

(I) F1 ♀bbvv × ♂ BbVv (II) F1 ♀ BbVv × ♂ bbvv

G bv BV,bv G BV,Bv,bV,bv bv

F2 BbVv, bbvv F2 BbVv,Bbvv,bbVv,bbvv

50% : 50% 41,5%:8,5%:8,5%:41,5%

На підставі отриманих даних Т. Морган припустив, що гени, що визначають забарвлення тіла та форму крил, розташовані в одній хромосомі, але в процесі мейозу (профази 1) під час утворення гамет Фізико хромосоми можуть обмінюватися ділянками - відбувається перехрест хромосом або Кросинговер (англ. crossing-over - перехрест).

Сила зчеплення залежить від відстані між генами, що вимірюється у % кросинговеру або МОРГАНІДАХ.

% Кросинговеру для різних пар генів коливається від часток одиниці до п’ятдесяти. Вже при відстані в 50 морганід ознаки успадковуються практично незалежно. Кросинговер виявляється тільки тоді, коли гени знаходяться в гетерозиготному стані.

Якщо гени в гомозиготному стані, то обмін ідентичними ділянками не дає нових комбінацій генів у гаметах і в поколінні. Т. Морган запропонував відстань між генами вимірювати кросинговер у відсотках за формулою: з = / (k + m): n / x 100%, де k, m - кількість рекомбінантів, n - загальна кількість нащадків.

В результаті схрещування гібридів F1 було отримано:

965 мушок с сер.т. и дл.кр., 944 - с черн.т. и кор.кр.

185 – с сер.т. и кор.кр., 206 – с черн.т. и дл.кр.

ЧАСТОТА РЕКОМБИНАЦІЙ дорівнює:

/(965 + 944) : 965+944+186+206/ х 100% = 17%.

Основні положення хромосомної теорії.

1. Гени розташовуються у хромосомах, різні хромосоми містять неоднакове число генів, набір генів кожної з негомологічних хромосом унікальний.

2. Гени в хромосомі розташовані лінійно, кожен ген займає в хромосомі певний локус.

3. Гени, розташовані в одній хромосомі, утворюють групу зчеплення і разом (зчеплено) передаються нащадкам, кількість груп зчеплення дорівнює гаплоїдному набору хромосом цього виду.

4. Між гомологічними хромосомами можливий обмін алельними генами (кросинговер).

5. Відсоток кросинговеру пропорційний відстані між генами.

Існування кросинговеру дозволило школі Т. Моргана розробити в 1911-1914 рр.. принцип побудови генетичних карт хромосом. В основу побудови карт покладено той факт, що гени розташовані по довжині хромосоми в лінійному порядку.

Генетична карта хромосоми - це відрізок прямої, на якій схематично позначено порядок розташування генів і вказано відстань між ними в морганідах. Вона будується на основі результатів аналізуючого схрещування, аналізу родоводу, гібридизації соматичних клітин, методів аналізу хромосомних перебудов, гібридизації ДНК і ін.

ЕТАПИ РОЗВИТКУ ГЕНЕТИКИ:

1. Вивчення спадковості і мінливості на організменного рівнів. Г. Мендель - закономірності успадкування.

2. Вивчення спадковості на клітинному рівні. Т. Морган - хромосомна теорія спадковості.

3. Період з 1920 р. по 1940 р. - відкриття індукованого мутагенезу - молекулярний РІВЕНЬ. Розвиток біохімічної генетики, імуногенетики, популяційної генетики.

4. Оволодіння основами МОЛЕКУЛЯРНОЇ ГЕНЕТИКИ. Вивчення тонкої структури гена, механізмів передачі та реалізації спадкової інформації - Д. Уотсон і Ф. Крик.

5. Становлення МОБІЛЬНОЇ (сучасної) генетики.

1972 р. - отримана перша рекомбінантних ДНК.

Розвиток генної інженерії, розшифровка геному людини та інших організмів, розвиток методів генної терапії (спрямованої зміни генотипів).