2. Изложите сущность хромосомной теории наследственности Т. Моргана

Литература

1. Генетика как наука. Основные этапы ее становления. Место генетики среди биологических наук

Генетика-наука о наследственности и изменчивости организмов. Генетика - дисциплина, изучающая механизмы и закономерности наследственности и изменчивости организмов, методы управления этими процессами. Она призвана раскрыть законы воспроизведения живого по поколениям, появление у организмов новых свойств, законы индивидуального развития особи и материальной основы исторических преобразований организмов в процессе эволюции.

Первые две задачи решают теория гена и теория мутаций. Выяснение сущности воспроизведения для конкретного разнообразия форм жизни требует изучения наследственности у представителей, находящихся на разных ступенях эволюционного развития. Объектами генетики являются вирусы, бактерии, грибы, растения, животные и человек. На фоне видовой и другой специфики в явлениях наследственности для всех живых существ обнаруживаются общие законы. Их существование показывает единство органического мира.

Дальнейшие исследования генетиков показали, что законы Менделя о независимом наследовании признаков при дигибридном скрещивании применимы лишь тогда, когда разные гены располагаются в разных парах гомологичных хромосом. В том случае, если два гена находятся в одной паре гомологичных хромосом, расщепление в потомстве гибридов будет другим.

У любого организма генов значительно больше, чем хромосом. Например, у человека имеется около миллиона генов, а хромосом всего 23 пары. Следовательно, в одной хромосоме размещается в среднем несколько тысяч генов. Гены, расположенные в одной хромосоме, называют сцепленными. Все гены этой хромосомы образуют группу сцепления, которая при мейозе обычно попадает в одну гамету.

Значит, гены, входящие в одну группу сцепления, не подчиняются закону независимого наследования, а при дигибридном скрещивании вместо ожидаемого расщепления по фенотипу в соотношении 9:3:3:1 дают соотношение 3:1, как при моногибридном скрещивании.

Закономерности сцепленного наследования были установлены американским биологом Томасом Морганом (1866-1945). В качестве объекта он использовал плодовую муху дрозофилу. У дрозофилы окраску тела и длину крыльев определяют следующие пары аллелей: А - серое тело, а - черное тело, В - длинные крылья, b - зачаточные крылья. Гены, отвечающие за окраску тела и длину крыльев, находятся в одной паре гомологичных хромосом и наследуются сцепленно (рис.1).

При скрещивании дрозофилы с серым телом и длинными крыльями с дрозофилой, имеющей черное тело и зачаточные крылья, все гибриды первого поколения имели серую окраску тела и длинные крылья.

Рис.1. Разные наследственные формы мухи дрозофилы.

При дальнейшем скрещивании между собой гибридных мух первого поколения в F2 не произошло ожидаемого расщепления по фенотипу 9:3:3:1. Вместо этого в F2 были получены мухи с родительскими фенотипами в соотношении примерно 3:1. Появление в F2 двух фенотипов вместо четырех позволило сделать вывод, что гены окраски тела и длины крыльев дрозофил находятся в одной хромосоме. Так был установлен закон Т.Моргана: гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно - сцепленно, то есть наследуются преимущественно вместе.

Однако при дигибридном скрещивании при сцепленном наследовании признаков не всегда появляются особи только двух фенотипов. Иногда появляются особи еще двух фенотипов с перекомбинацией (новым сочетанием) родительских признаков: серое тело - зачаточные крылья, черное тело - длинные крылья. (Особей с такими фенотипами немного - около 8,5% каждого типа.) Почему же нарушается сцепление генов и появляются особи с новыми фенотипами? Было установлено, что сцепление генов может быть полным и неполным.

Полное сцепление наблюдается в том случае, если скрещиваются серый самец с длинными крыльями и самка с черным телом и зачаточными крыльями. Расщепление по фенотипу в этом случае будет 1:1, то есть наблюдается полное сцепление генов в одной хромосоме.

При скрещивании серой длиннокрылой самки с самцом, имеющим черное тело и зачаточные крылья, расщепление по фенотипу будет примерно 41,5:41,5:8,5:8,5, что характеризует неполное сцепление. Причина нарушения сцепления заключается в том, что в ходе мейоза происходит кроссинговер и гомологичные хромосомы обмениваются своими участками. В результате гены, расположенные в одной из гомологичных хромосом, оказываются в другой хромосоме. Возникают новые сочетания признаков.

У самцов дрозофил в мейозе кроссинговер не происходит, поэтому при скрещивании серого длиннокрылого самца дрозофилы с рецессивной самкой с черным телом и зачаточными крыльями сцепление будет полным. Неполное сцепление наблюдается в том случае, если самка гетерозиготна, а самец гомозиготен. В данном примере кроссинговер происходит примерно у 17% самок.

Таким образом, если не происходит перекреста хромосом и обмена генами, то наблюдается полное сцепление генов. При наличии кроссинговера сцепление генов бывает неполным. Благодаря перекресту хромосом возникают новые сочетания генов и признаков. Чем дальше друг от друга расположены гены в хромосоме, тем больше вероятность перекреста между ними и обмена участками хромосом.

Количество разных типов гамет будет зависеть от частоты кроссинговера или расстояния между анализируемыми генами. Расстояние между генами исчисляется в морганидах: единице расстояния между генами, находящимися в одной хромосоме, соответствует 1% кроссинговера. Такая зависимость между расстояниями и частотой кроссинговера прослеживается только до 50 морганид (рис.2).

Результаты скрещивание дрозофил:

а) Полное сцепление без кроссинговера

б) С частотой кроссинговера равной 17 %

Рис.2. Скрещивание дрозофил.

Результатом исследований Т.Х. Моргана стало создание им хромосомной теории наследственности:

1. Гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов, причем набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален;

2. Каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме; в идентичных локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены;

3. Гены расположены в хромосомах в определенной линейной последовательности;

4. Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов;

5. Сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера; это приводит к образованию рекомбинантных хромосом;

6. Частота кроссинговера является функцией расстояния между генами: чем больше расстояние, тем больше величина кроссинговера (прямая зависимость);

7. Каждый вид имеет характерный только для него набор хромосом - кариотип.

3. Критические периоды онтогенеза. Влияние физиологически активных соединений (индукторов, гормонов) на развитие организма. Дифференциальная активность генов и роль цитоплазмы в ее регуляции. Фенокопии и морфозы

В процессе индивидуального развития имеются критические периоды, когда повышена чувствительность развивающегося организма к воздействию повреждающих факторов внешней и внутренней среды. Выделяют несколько критических периодов развития. Такими наиболее опасными периодами являются: хромосомный наследственность онтогенез аминокислота

1) время развития половых клеток - овогенез и сперматогенез;

2) момент слияния половых клеток - оплодотворение;

3) имплантация зародыша (4-8-е сутки эмбриогенеза);

4) формирование зачатков осевых органов (головного и спинного мозга, позвоночного столба, первичной кишки) и формирование плаценты (3-8-я неделя развития);

5) стадия усиленного роста головного мозга (15-20-я неделя);

6) формирование функциональных систем организма и дифференцирование мочеполового аппарата (20-24-я неделя пренатального периода);

7) момент рождения ребенка и период новорожденности - переход к внеутробной жизни; метаболическая и функциональная адаптация;

8) период раннего и первого детства (2 года - 7 лет), когда заканчивается формирование взаимосвязей между органами, системами и аппаратами органов;

9) подростковый возраст (период полового созревания - у мальчиков с 13 до 16 лет, у девочек - с 12 до 15 лет).

Одновременно с быстрым ростом органов половой системы активизируется эмоциональная деятельность.

Характерной особенностью всякого живого организма является то, что он представляет собой саморегулирующуюся систему, реагирующую на различные воздействия как единое целое. Это достигается взаимодействием всех его клеток, тканей, органов и их систем, взаимосвязью и взаимоподчиненностью всех процессов, в них происходящих. Ни одна клетка в организме не изменяется без того, чтобы не изменились и какие-либо другие. Изменение функции любого органа в той или иной степени изменяет деятельность и других органов. Это взаимодействие органов особенно отчетливо выражено в пределах функциональных их систем. Такую систему образуют органы, совокупная деятельность которых обеспечивает приспособление к определенным условиям среды.

Взаимосвязь функций и реакций организма -- единство и целостность его -- обусловлена наличием двух механизмов регуляции и корреляции, т. е. согласования функций. Один из них -- гуморальный, или химический, механизм регуляции -- является филогенетически более древним. Он основан на том, что в различных клетках и органах в ходе процессов обмена веществ образуются различные по своей химической природе и физиологическому действию химические соединения -- продукты расщепления и синтеза. Некоторые из этих веществ обладают большой физиологической активностью, т. е. в очень малых концентрациях способны вызвать значительные изменения функций организма.

Поступая в тканевую жидкость, а затем в кровь, они разносятся движущейся кровью по всему организму и могут оказывать влияние на клетки и ткани, отдаленные от тех, в которых они образуются. Действие химических раздражителей, циркулирующих в крови, адресовано всем клеткам, точнее говоря, химические раздражители не имеют определенного адреса. Однако они неодинаково действуют на разные клетки: одни клетки более чувствительны к одним химическим раздражителям, другие -- к другим. Имеется избирательная чувствительность клеток к химическим раздражителям. Включаясь в разные звенья цепи процессов обмена веществ, различные химические раздражители действуют по-разному.

Частным случаем химической регуляции функций является гормональная регуляция, осуществляемая железами внутренней секреции.

Р: + RRPp x > RrP_

F1 по фенотипу: 12 ореховидных и 4 розовидных гребня.

Таким образом, генотипы родителей - + RRPp, > RrP_

Скрещивание петуха с курицей № 2.

Р: + __Pр x > RrP_

F1 по фенотипу: 6 ореховидных, 6 гороховидных, 2 розовидных и 2 листовидных гребня.

Таким образом, генотипы родителей - + __Pр, > RrP_

Скрещивание петуха с курицей № 3

Р: + R_P_ x > RrP_

F1 по фенотипу: все потомки с 16 ореховидным гребнем.

Таким образом, генотипы родителей - + R_P_ , > RrP_

5. Определите порядок следования друг за другом аминокислот в участке молекулы белка, если он кодируется такой последовательностью азотистых оснований участка молекулы ДНК: ТГАТГЦГТТТАТГЦГЦ

Как изменится ответ, если из молекулы ДНК удалить девятое и двенадцатое азотистые основани?

ТГАТ ГЦГТ ТТАТ ГЦГЦ - ДНК

АЦУАЦГЦАААУАЦГЦГ - иРНК

иле-тре-глн-иле-арг - белок

ТГАТ ГЦГТ ТА ГЦГЦ - измененная ДНК

АЦУАЦГЦААУЦГЦГ - иРНК

иле-тре-глн-сер-арг - измененный белок

Удаление из ДНК 9 и 12 оснований приведет к изменению структуры белка и невозможности выполнения им своих функций.

6. Выпишите и дайте объяснение всем терминам, встретившимся вам при выполнении работы

Генетика -- наука о закономерностях наследственности и изменчивости..

Генетический код -- язык ДНК и РНК, в котором все слова складываются только из трех букв алфавита, состоящего всего из четырех букв. Каждое слово из трех букв, кодон, обозначает одну специфическую аминокислоту, начало или конец кодирующей последовательности.

Генотип -- генетический план организма в отличие от фенотипа, представляющего совокупность физических признаков организма.

Гетерозиготный -- состояние диплоидного генома, при котором на каждой из пары хромосом существуют различные аллели.

Гомозиготный -- состояние диплоидного генома, при котором в каждой паре хромосом имеются две копии одного аллеля.

Доминирование -- явление преобладания признаков при скрещивании.

Доминантный признак -- преобладающий.

Изменчивость -- свойство организмов приобретать новые по сравнению с родителями признаки. В широком смысле под изменчивостью понимают различия между особями одного вида.

Наследственность -- свойство организмов передавать свои признаки от одного поколения к другому.