История развития генетики

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Гуманитарно-технический колледж

«Асу»

Реферат

История развития генетики

Балунда Александра

Астана 2013года

Генетика -- это наука о наследственности и наследственной изменчивости. Когда мы говорим о наследственности, то имеем в виду, во-первых, материальные носители наследственности, в широком смысле их биологическую природу; во-вторых, закономерности передачи этих материальных носителей наследственности в череде поколений, что обеспечивает воспроизведение существующего разнообразия жизни на Земле, а в-третьих, их способность направлять и контролировать индивидуальное развитие каждой особи, ее онтогенез. Следовательно, понятие наследственности является многозначным. Так же многозначно понятие наследственной изменчивости, так как оно включает закономерности возникновения изменений в наследственном материале, наследования этих изменений и их влияния не только на онтогенез отдельной особи, но и на популяцию или даже вид в целом. Наследственная изменчивость связывает, таким образом, генетику и эволюционное учение.

Собственно научный этап развития генетики начинается с работы Г.Менделя «Опыты над растительными гибридами», опубликованной в 1865 г. Суть этой работы заключается не в установлении правил расщепления признаков в потомстве от скрещивания гибридов у гороха, часть которых была выявлена предшественниками Менделя, а в том, что в результате количественного анализа расщепления по отдельным четким качественным признакам у потомства ученый предположил существование элементарных единиц наследственности, не смешивающихся с другими такими же единицами и свободно комбинирующимися при образовании половых клеток. Открытие Менделя оставалось забытым 35 лет, но после его «переоткрытия» в 1900 г.-развитие генетики пошло более быстрыми темпами. Генетика стала превращаться в науку. Работы Г. Менделя и их значение

Грегор Мендель. Биография Менделя. Опыты Менделя. Законы Менделя.Честь открытия основных закономерностей наследования признаков, наблюдающихся при гибридизации, принадлежит Грегору(Иоганну) Менделю (1822-1884) - выдающемуся австрийскому естествоиспытателю, монаху августинского монастыря Св.Фомы в г.Брюнне (ныне г. Брно в Чехии).

Главной заслугой Г. Менделя является то, что для описания характера расщепления он впервые применил количественные методы, основанные на точном подсчете большого числа потомков с контрастирующими вариантами признаков. Г. Мендель выдвинул и экспериментально обосновал гипотезу о наследственной передаче дискретных наследственных факторов. В его работах, выполнявшихся в период с 1856 по 1863 г., были раскрыты основы законов наследственности. Результаты своих наблюдений Г. Мендель изложил в брошюре «Опыты над растительными гибридами» (1865).

Мендель следующим образом формулировал задачу своего исследования. «До сих пор,- отмечал он во «Вступительных замечаниях» к своей работе,- не удалось установить всеобщего закона образования и развития гибридов… Окончательное решение этого вопроса может быть достигнуто только тогда, когда будут произведены детальные опыты в различнейших растительных семействах. Кто пересмотрит работы в этой области, тот убедится, что среди многочисленных опытов ни один не был произведен в том объеме и таким образом, чтобы можно было определить число различных форм, в которых появляются потомки гибридов, с достоверностью распределить эти формы по отдельным поколениям и установить их взаимные численные отношения».

Первое, на что Мендель обратил внимание, - это выбор объекта. Для своих исследований Мендель выбрал удобный объект - чистые линии (сорта) гороха посевного (Pisum sativum L.), различающиеся по одному или немногим признакам. Горох как модельный объект генетических исследований характеризуется следующими особенностями:

1. Это широко распространенное однолетнее растение из семейства Бобовые (Мотыльковые) с относительно коротким жизненным циклом, выращивание которого не вызывает затруднений.

2. Горох - строгий самоопылитель, что снижает вероятность заноса нежелательной посторонней пыльцы. Цветки у гороха мотылькового типа (с парусом, веслами и лодочкой); в то же время строение цветка гороха таково, что техника скрещивание растений относительно проста.

3. Существует множество сортов гороха, различающихся по одному, двум, трем и четырем наследуемым признакам.

Мендель впервые осознал, что, только начав с самого простого случая - различия родителей по одному-единственному признаку - и постепенно усложняя задачу, можно надеяться распутать клубок фактов. Строгая математичность его мышления выявилась здесь с особенной силой. Именно такой подход к постановке опытов позволил Менделю четко планировать дальнейшее усложнение исходных данных. Он не только точно определял, к какому этапу работы следует перейти, но и математически строго предсказывал будущий результат. В этом отношении Мендель стоял выше всех современных ему биологов, изучавших явления наследственности уже в XX в.

Описание опытов Менделя.

Мендель проводил свои опыты в монастырском саду на небольшом участке площадью 35?7 м. Первоначально он выписал из различных семеноводческих ферм 34 сорта гороха. В течение двух лет Мендель высевал эти сорта на отдельных делянках и проверял, не засорены ли полученные сорта, сохраняют ли они свои признаки неизменными при размножении без скрещиваний. После такого рода проверки он отобрал для экспериментов 22 сорта гороха, различающиеся по ряду признаков

Рассмотрим некоторые из опытов Менделя подробнее.

Опыт 1.

Скрещивание сортов, различающихся по форме горошин.

Первый год. На двух делянках выращивалось два сорта гороха, различающихся по форме горошин: круглосемянный иморщинистосемянный. Мендель произвёл кастрацию части цветков на растениях, выращенных из круглых семян, с последующей изоляцией кастрированных цветков. В фазе цветения Мендель произвел скрещивание: на рыльца пестиков кастрированных цветков он нанес пыльцу с цветков растений, выращенных из морщинистых семян. Искусственно опыленные цветки дали плоды только с круглыми семенами, несмотря на то, что материнские растения были опылены пыльцой с морщинистосемянного сорта. Полученные гибридные семена Мендель также собрал с каждого искусственно опыленного растения в отдельную тару.

Второй год. На следующий год Мендель вырастил из собранных семян гибридные растения - гибридов первого поколения. Он предоставил этим гибридам возможность неконтролируемого опыления (самоопыления). После созревания плодов Мендель обнаружил, что внутри каждого боба встречаются и круглые, и морщинистые горошины. Мендель подсчитал общее количество горошин каждого цвета и обнаружил, что круглых горошин примерно в 3 раза больше, чем морщинистых.

Опыт 2. Скрещивание сортов, различающихся по окраске семядолей.

Первый год. На двух делянках выращивалось два сорта гороха, различающихся по окраске семядолей: желтосемянный изеленосемянный. Мендель произвёл кастрацию части цветков на растениях, выращенных из желтых семян, с последующей изоляцией кастрированных цветков. В фазе цветения Мендель произвел скрещивание: на рыльца пестиков кастрированных цветков он нанес пыльцу с цветков растений, выращенных из зеленых семян. Искусственно опыленные цветки дали плоды только с желтыми семенами, несмотря на то, что материнские растения были опылены пыльцой с зеленосемянного сорта. Полученные гибридные семена Мендель собрал с каждого искусственно опыленного растения в отдельную тару.

Второй год. На следующий год Мендель вырастил из собранных семян гибридные растения - гибридов первого поколения. Как и в предыдущем опыте, он предоставил этим гибридам возможность неконтролируемого опыления (самоопыления). После созревания плодов Мендель обнаружил, что внутри каждого боба встречаются и желтые, и зеленые горошины. Мендель подсчитал общее количество горошин каждого цвета и обнаружил, что желтых горошин примерно в 3 раза больше, чем зеленых.Скрещивая растения, различающиеся и по другим признакам, Мендель во всех без исключения опытах получил аналогичные результаты: всегда в первом гибридном поколении проявлялся признак только одного из родительских сортов, а во втором поколении наблюдалось расщепление в соотношении 3:1.На основании своих экспериментов Мендель ввел понятие доминантного и рецессивного признаков. Доминантные признаки переходят в гибридные растения совершенно неизменными или почти неизменными, а рецессивные становятся при гибридизации скрытыми. Заметим, что к подобным выводам пришли французские естествоиспытатели Сажрэ и Нодэн, которые работали с тыквенными растениями, имеющими раздельнополые цветки. Однако величайшая заслуга Менделя в том, что он впервые сумел дать количественную оценку частотам появления рецессивных форм среди общего числа потомков.

Для дальнейшего анализа наследственной природы полученных гибридов Мендель проводил скрещивания между сортами, различающимся по двум, трем и более признакам, то есть проводит дигибридное и тригибридное скрещивания. Далее он изучил еще несколько поколений гибридов, скрещиваемых между собой. В результате получили прочное научное обоснование следующие обобщения фундаментальной важности:

1. Явление неравнозначности наследственных элементарных признаков (доминантных и рецессивных), отмеченное Сажрэ иНодэном.

2. Явление расщепления признаков гибридных организмов в результате их последующих скрещиваний. Были установлены количественные закономерности расщепления.

3. Обнаружение не только количественных закономерностей расщепления по внешним, морфологическим признакам, но и определение соотношения доминантных и рецессивных задатков среди форм, с виду не отличимых от доминантных, но являющихся смешанными (гетерозиготными) по своей природе. Правильность последнего положения Мендель подтвердил, кроме того, путемвозвратных скрещиваний гибридов первого поколения с родительскими формами.

Таким образом, Мендель вплотную подошел к проблеме соотношения между наследственными задатками (наследственными факторами) и определяемыми ими признаками организма. Мендель ввел понятие дискретного наследственного задатка, не зависящего в своем проявлении от других задатков. Эти задатки сосредоточены, по мнению Менделя, в зачатковых (яйцевых) и пыльцевых клетках (гаметах). Каждая гамета несет по одному задатку. Во время оплодотворения гаметы сливаются, формируя зиготу; при этом в зависимости от сорта гамет, возникшая из них зигота получит те или иные наследственные задатки. За счет перекомбинации задатков при скрещиваниях образуются зиготы, несущие новое сочетание задатков, чем и обусловливаются различия между индивидуумами.

Статистический характер закономерностей расщепления

Мендель особенно подчеркивал среднестатистический характер выявленных им закономерностей: количественные закономерности расщепления среди гибридов второго поколения выявляются только при достаточно большом числе наблюдений.

Изучая расщепления по одному признаку, Мендель получил следующие результаты. При анализе расщепления по форме семян из 7324 горошин 5474 были круглыми, а 1850 - морщинистыми (2,99: 1,01). При анализе расщепления по окраске семян из 8023 горошин 6022 были желтыми, а 2001 - зелеными (расщепление 3,002: 0,998. Фактические расщепления оказались близкими к соотношению 3: 1.

При анализе расщепления по двум признакам - форме и окраске горошин - Мендель получил 556 горошин. Из них 423 горошины были круглыми, 133 - морщинистыми (3,043: 0,957); 416 горошин были желтыми, 140 - зелеными (2,993: 1,007). При анализе расщепления одновременно по двум признакам 315 горошин были круглыми желтыми, 101 - морщинистыми желтыми, 108 - круглыми зелеными, 35 - морщинистыми зелеными (расщепление 9,02: 2,89: 3,09: 1,00, что близко к соотношению 9: 3: 3: 1).

Скрещивая гибридные пурпурноцветковые растения с белоцветковыми, Мендель получил 85 растений с пурпурными цветками и 81 - с белыми (1,024: 0,976, что близко к соотношению 1: 1).

Принципы гибридологического анализа, разработанные Г. Менделем

1 Получение константных форм, не дающих расщепления при воспроизведении.

2 Анализ наследования отдельных пар альтернативных признаков, или анализ наследования признаков, представленных двумя взаимоисключающими вариантами.

3 Количественный учет форм, выщепляющихся в ходе последовательных скрещиваний.

4 Индивидуальный анализ потомства от каждой родительской особи.

Основные закономерности наследования признаков, установленные Менделем

1 При скрещивании чистосортных растений все гибриды первого поколения единообразны и характеризуются доминантным вариантом признака.

2 При скрещивании гибридов первого поколения между собой в их потомстве наблюдается расщепление в соотношении - 3 части растений с доминантным вариантом признака: 1 часть растений с рецессивным вариантом.

3 Отдельные признаки наследуются независимо друг от друга.

В дальнейшем закономерности наследования признаков, выявленные Менделем, получили название законов Менделя.

Дальнейшая судьба работ Менделя

Выявив основные закономерности наследования признаков у гороха, Мендель (по совету профессора Берлинского университета Карла Негели) решил перепроверить полученные им результаты на дикорастущих растениях - ястребинках. Однако опыты Менделя по получению константных форм у ястребинок оказались безуспешными. (В настоящее время установлено, что ястребинка - это очень неудобный объект для изучения наследования признаков, поскольку часть семян у этого растения образуется апомиктически, т.е. без оплодотворения.) В итоге Мендель прекратил свои исследования, и его работы оказались полузабытыми.

Только к началу XX столетия три исследователя из разных стран - Г. Де Фриз (Голландия), К. Корренс (Германия), Э. Чермак (Австрия) - независимо друг от друга и не зная о работах Менделя, повторили опыты Менделя на горохе и других объектах и подтвердили правильность выводов, сделанных Менделем. 1900 год считается годом переоткрытия законов Менделя и годом рождения современной генетики.

Сам Мендель не мог дать четкую формулировку своих законов, поскольку в 1860-е гг. еще не были открыты хромосомы, не были известны такие явления как мейоз, спорогенез и гаметогенез, гаплоидность гамет и диплоидность зигот. Поэтому современные формулировки законов Менделя были даны лишь в XX веке.

Современные формулировки законов Менделя

1-й закон Менделя - закон единообразия гибридов первого поколения.

При скрещивании гомозигот все гибриды первого поколения единообразны по генотипу и фенотипу.

Правило чистоты гамет.

При гаметогенезе у гетерозигот в каждую из гамет с равной вероятностью переходит один из двух аллелей.

2-й закон Менделя - закон расщепления.

При моногибридном скрещивании гетерозигот примерно четвертая часть их потомков обладает рецессивным вариантом признака.

3-й закон Менделя - закон независимого наследования отдельных признаков.

Отдельные признаки наследуются независимо друг от друга, если гены, отвечающие за развитие этих признаков, не сцеплены между собой.

Условия выполнения законов Менделя

Законы Г. Менделя являются фундаментальными законами генетики. Однако они (как и любые законы природы) выполняются только при наличии определенных условий:

1 Подразумевается моногенное наследование. Это означает, что за один признак отвечает один ген. Тогда выстраивается логическая цепочка: «один ген - один полипептид; один полипептид - один фермент; один фермент - одна реакция; одна реакция - один признак».

2 Гены, отвечающие за развитие разных признаков (например, А и В) не влияют друг на друга, не взаимодействуют между собой.

3 Гены, отвечающие за развитие разных признаков (например, А и В), не сцеплены между собой, а сочетания их аллелей образуются случайным образом в равных соотношениях.

4 Выполняется правило чистоты гамет (правило чистоты гамет не является законом).

5 Равновероятность встречи гамет и образования зигот.

6 Жизнеспособность особей не зависит от их генотипа и фенотипа.

7 Законы Менделя носят статистический характер: отклонение от теоретически ожидаемого расщепления тем меньше, чем больше число наблюдений.

8 Каждому генотипу соответствует определенный фенотип (100%-ная пенетрантность признаков).

9 У всех особей с данным генотипом признак выражен в равной степени (100%-ная экспрессивность признаков).

10 Изучаемые признаки не сцеплены с полом.

При несоблюдении перечисленных условий наследование признаков приобретает более сложный характер.

Учился в школах Хейнцендорфа и Липника, затем в окружной гимназии в Троппау. В 1843 окончил философские классы при университете в Ольмюце и постригся в монахи Августинского монастыря св. Фомы в Брюнне (ныне Брно, Чехия). Служил помощником пастора, преподавал естественную историю и физику в школе. В 1851-53 был вольнослушателем в Венском университете, где изучал физику, химию, математику, зоологию, ботанику и палеонтологию. По возвращении в Брюнн работал помощником учителя в средней школе до 1868, когда стал настоятелем монастыря. Г. Мендель извествен как натуралист широкого профиля: он увлекался изучением природы в окрестностях г. Брюнне, активно занимался селекцией овощных и декоративных растений.

Г. Мендель изучал наследование признаков у многих растений: фасоли, гвоздики, гравилата, аквилегии и др. В 1856 Мендель начал свои эксперименты по скрещиванию разных сортов гороха, различающихся по единичным, строго определённым признакам (например, по форме и окраске семян). Точный количественный учёт всех типов гибридов и статистическая обработка результатов опытов, которые он проводил в течение 10 лет, позволили ему сформулировать основные закономерности наследственности - расщепление и комбинирование наследственных «факторов».

О результатах своих экспериментов Мендель сообщил Брюннскому обществу естествоиспытателей весной 1865; год спустя его статья была опубликована в трудах этого общества. На заседании не было задано ни одного вопроса, а статья не получила откликов. Мендель послал копию статьи К. Негели, известному ботанику, авторитетному специалисту по проблемам наследственности, но Негелитакже не сумел оценить её значения. И только в 1900 забытая работа Менделя привлекла к себе всеобщее внимание: сразу три учёных,Х. де Фриз (Голландия), К. Корренс (Германия) и Э. Чермак (Австрия), проведя почти одновременно собственные опыты, убедились в справедливости выводов Менделя. Закон независимого расщепления признаков, известный теперь как закон Менделя, положил начало новому направлению в биологии - менделизму, ставшему фундаментом генетики.

Сам Мендель, после неудачных попыток получить аналогичные результаты при скрещивании других растений, прекратил опыты и до конца жизни занимался пчеловодством, садоводством и метеорологическими наблюдениями.

Скончался Мендель 6 января 1884 в г. Брюнне.

Среди трудов учёного - «Автобиография» (Gregorii Mendel autobiographia iuvenilis, 1850) и ряд статей, включая «Эксперименты по гибридизации растений» (Versuche uber Pflanzenhybriden, в «Трудах Брюннского общества естествоиспытателей», т. 4, 1866).

генетика мендель гибрид

Размещено на Allbest.ru