Строение и действие гена

Впервые доказал единицу наследственности Г. Мендель, он назвал ее наследственным фактором. Позже Иогансен предложил назвать генами.

С открытием хромосомной теории наследственности Морган установил, что гены в хромосоме расположены в линейном порядке и гены рассматривали как неделимые единицы наследственности.

Большой вклад в теорию строения гена внесли А.С. Серебровский и Н.П. Дубинин, 1920г. на основании своих исследований они создали центровую теорию строения гена. Согласно которой ген имеет определенную протяженность в хромосоме и состоит из отдельных единиц – центров. Эти центры способны мутировать, т.е. изменяться. Мутации могут захватывать не обязательно полностью весь ген, а проходить в отдельных его участках или захватывать несколько центров одновременно. Такой сложный ген получил название базигена.

Дробимость гена была доказана ученым. Наиболее сильное влияние на современное представление на современное представление о гене оказал американский физик и генетик С. Бензер. Он доказал, что ген состоит из 3-х линейно расположенных субъединиц, которые он назвал цистрон, мутон и рекон.

Цистроном – был назван участок ДНК, кодирующий первичную структуру одной полипептидной цепи или одной молекулы ДНК. Цистрон занимает в ДНК довольно длинные отрезки.

Кроме цистронов, ген включает участки способные мутировать. Они называются сайтами (мутон).

Мутон ( сайт) – наименьший участок молекулы ДНК, или участок гена способный изменяться (мутировать). Раньше предполагали, что в состав мутона входит 5 нуклеотидов, а в настоящее время утверждают – 1 пару нуклеотидов, а в некоторых случаях, возможно и больше.

Рекон – участок гена, который не делится кроссинговером и он существует как единое целое. Предполагают, что в состав рекона входит несколько нуклеотидов.

Современное понятие гена – участок молекулы ДНК отвечающий за синтез определенного белка или фермента или самовоспроизводящий участок ДНК, контролирующий последовательность аминокислот в одной из полипептидной цепи белковой молекулы.(Ген-это основная физическая и функциональная единица наследственности, несущая информацию от одного поколения другому)

Ген является дискретной единицей наследственной информации, это локус (участок) хромосомы, оказывающий специфическое влияние на развитие организма. Одна молекула ДНК – это тысячи различных генов, но последовательность нуклеотидов каждого гена не повторяется ни в одном другом гене.

В состав гена входят низшего порядка – нуклеотиды. Любой ген имеет определенную величину, выраженную числом нуклеотидов и молекулярной массой.

Величина гена – связана с размером того белка, который образуется под его контролем. В среднем считают, что в белок входит 300-500 аминокислот. Если учесть, что молекулярная масса одной пары нуклеотидов равна 660 ед., а ген среднего размера состоит из 1500 нуклеотидных пар, то молекулярная масса гена выразится величиной 660 х 1500 более 1 млн. Ген занимает примерно одну десятитысячную часть хромосомы. Как элемент наследственности ген входит в непрерывную линейную структуру хромосом.

Каждый ген действует в системе целостного генотипа на ряд признаков. Ген является биологической единицей, он взаимодействует с цитоплазмой и изменяет ее, в тоже время цитоплазма действует на ген.

Свойства гена:

1.Дискретность, целостность т.к. он состоит из набора нуклеотидов – он представляет единое целое.

2.Аллельность – хорошо видна при наследовании тех или иных признаков, он может быть доминантным и рецессивным.

3.Постоянство гена подтверждается стабильностью нуклеиновых кислот.

Например: у некоторых простейших имеется кремневый скелет, который сохраняется в поколениях без существенных изменений сотни миллионов лет. Мутации генов, происходящие в отрезке времени не нарушают закона постоянства.

Из общих свойств гена следуют его частные свойства:

аллелизм – один ген может изменяться несколько раз (окраска меха у кроликов, глаза у мухи дрозофилы).

Кроме свойств гены обладают действием

1.Аддитивное

2.Плейотропное

3.Полимерное

4.Модифицирующее

5.Летальное

6.Мутаторное

Аддитивные – гены оказывают суммарное действие на признак.

Плейотропное– действие одного гена не на один, а на несколько признаков.

Пример: 1.Желтая мышь, у которой есть ген, вызывающей желтую окраску. У таких мышей, помимо желтой окраски обнаруживается склонность к ожирению, утяжелению костяка и определенная устойчивость к заболеванию раком молочной железы.

2.Ген F вызывающий у кур курчавость их оперения, обуславливает также нарушение деятельности гормональной, пищеварительной, сердечно-сосудистой систем организма и недоразвитие яичника, что является причиной низкой яйценоскости кур.

Для селекционера плейотропное действие гена нежелательное явление оно затрудняет отбор практически полезных форм. Так положительное явление одного признака может одновременно сопровождаться отрицательным изменением другого.

Полимерное – на один признак действует много генов. Все хозяйственно- полезные признаки являются полимерными. Такие как молочность скота, яйценоскость кур, масса и рост животного, скороспелость животного и др.

Модифицирующие - гены, не проявляющие собственного, но оказывающие влияние на эффект действия других генов. Гены модификаторы не изменяются, а ослабляют или усиливают действие других генов (пегость у лошадей, черно-пестрая масть крупного рогатого скота).

Летальные гены – ген, вызывающий в гомозиготном состоянии гибель организма. При разных летальных генах организмы гибнут на различных стадиях развития, иногда наблюдаются аборты, рождение уродов, однако чаще они гибнут на ранних стадиях.

Обычно летальное действие таких генов рецессивно, т.е. когда они находятся в гомозиготном состоянии. При возникновении мутаций с доминирующем летальным действием организм погибает не давая потомства, следовательно, наблюдать не удается.

Пример летального действия:

У каракульских овец шкурки ценятся с серебристо-серой окраской

♂Аа х ♀Аа (ширази)

сер. сер.

АААа Аааа

сер. сер. черн.

↓

25 % ягнят гибнут при переходе на грубый корм (заболевали тимпанитом и погибали).

Мутаторное – изменения в структуре гена вызванных мутацией, ведет к изменению признака.