Лекция №6 Хромосомная теория наследственности Т. Моргана.

Термин – хромосомы был предложен Вальдейером в 1888 году. Связь между хромосомными структурами клетки и преемственностью свойств организмов в ряду поколений была предположена Вильсоном и Бовери (1902-1907 г.), Сеттоном (1902-1903 г.) и детально разработана Т. Морганом (1908-1918 г.). Для генетических исследований Т. Морган взял мушку Drosofila - melanogaster. Особенности ее, как объекта генетического анализа:

1) Малое количество хромосом (4 пары).

2) Около 500 признаков, по которым масса вариаций проявления.

3) Очень лабильный геном. Признаки (гены) легко изменяются под действием различных факторов.

4) Дешевизна и простота содержания: t 22-24 С., сладкая питательная среда.

5) Короткий цикл развития (15 – 20 дней) и высокая плодовитость – до 40 поколений в год.

В период 1908-1918 г. Т. Морган с сотрудниками сделали ряд открытий и сформулировали хромосомную теорию.

Научные открытия:

1) Открытие хромосомного определения пола.

2) Открытие наследования признаков сцепленных с полом.

3) Открытие явления нерасхождения хромосом при мейозе.

4) Установление групп сцепления генов.

Наследование пола как менделирующего признака (т.е. по законам Менделя).

а) Гомогаметность женского пола (слайд 18) ♀XX,♂XY

б) Гомогаметность мужского пола (слайд 18) ♀ZW,♂ZZ

в) Ассиметрия мужского пола (слайд 18) ♀XX,♂XO

(2n) (2n-1)

г) Гаплоидность мужского пола (слайд 18) ♀2n,♂n

д) Определение пола у дрозофилы (1922 г.) (расположение генов мужского пола в аутосомах) (слайды 16, 17, 18) ♀2X→3A,♂X-6A (А – аутосомы)

Наследование признаков так или иначе зависимых от пола:

а) Признаки ограниченные полом (вторичные половые признаки):

1) жирность молока КРС – наследование по мужской линии,

2) ген обуславливающий рогатость КРС,

3) тип скелета, мышц, жира, волос у человека (слайды 8, 9 )

б) Признаки, доминантность или рецессивность которых зависит от пола.

1) рогатость овец у ♂ – доминантный признак, у ♀ – рецессивный признак,

2) Облысение у человека у ♂ – доминантный признак, у ♀ – рецессивный признак.

в) Признаки, сцепленные с полом: (слайды 4, 5, 6, 7, 11) – эти признаки обусловлены генами, находящимися непосредственно в половых хромосомах).

Первый признак описал Гернер (1876 г.) - дальтонизм. Затем выявлены гены гемофилии, гипоплазии эмали зубов, рахита – все признаки рецессивные и сцеплены с Х-хромосомой; наследование "от матери к сыну" по женской линии, ("крис – крос"). В гомозиготном состоянии эти гены проявляются и у женщин.

Признаки сцеплены с Y – хромосомой наследуется по вертикали: "от отца к сыну":

1) волосатость мочки уха

2) перепончатость между пальцами

3) гипертрихоз (волосатость по краю ушной раковины)

4) наследственные формы ихтиоза

Нарушение расхождения хромосом при мейозе выявлено впервые у Drosоfila melanogaster (слайды 12,13)

♀ Aaxx

gam Axx, AO

Нерасхождение аутосом и половых хромосом.

У человека подобное нерасхождение вызывает патологии:

Синдром кошачьего крика – нерасхождение по 5 паре хромосом (частичная тригономия)

Синдром Дауна – трисомия по 21 паре хромосом;

Синдром Клайнфельтера;

Синдром Шершевского – Тернера; нерасхождение половых хромосом.

Синдром Трипло - Х и т.д.

Явление сцепления генов: На примере Drosоfila и опираясь на предположение Сеттона о локализации генов в хромосомах, установлены явления сцепленного наследования признаков. Оно может быть полным и неполным.

Параллельно выявлено нарушение сцепления генов в хромосомах – явление кроссинговера (слайды 2, 3).

Группа сцепления – совокупность генов 1 хромосомы. Число групп сцепления равно числу хромосом в гаплоидном наборе каждого вида.

В результате обнаружения кроссинговера, установлена линейность расположения генов в хромосоме:

Вероятность кроссинговера рассчитывается по формуле Т.Моргана:

Х=((a+b)/n)х100%, где а – число кроссинговерных форм I гр. сцепления, b – число кроссинговерных форм II группы сцепления, n- общее число потомков.

За единицу расстояния между генами принят 1% кроссинговера. По предложению Серебровского А.С. эту единицу назвали морганидой (М) в честь Т.Моргана.

Если расстояние между генами меньше 10 М или больше 50 М, то кроссинговер не идёт.

Основные положения хромосомной теории Т.Моргана.

1) Материальными носителями наследственной информации являются хромосомы, а в них гены.

2)Гены в хромосоме занимают определенное место – локус и расположены линейно.

3)Каждая хромосома представляет собой группу сцепления генов, которые наследуются совместно. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом.

4)Сцепление генов в хромосоме не абсолютно. Между гомологичными хромосомами может происходить обмен генами – кроссинговер.

5)% кроссинговера прямо пропорционален расстоянию между генами. Единицей расстояния между генами принят 1% кроссинговера, названный морганидой (М).

Генетические и цитологические карты хромосом.

Карта хромосом – схема расположения генов в хромосоме.

Различают:

1) Цитологические карты хромосом. Составляются на основании микроскопического изучения хромосом (электронная микроскопия). На них отражены размеры, форма, число хромосом в клетке и другие морфологические характеристики.

2) Генетические карты хромосом - их строят на основе учета результатов гибридизации.

При этом:

1) экспериментально определяют число кроссинговерных форм,

2) вычисляют % кроссинговера между генами по формуле Моргана.

3) располагают гены вдоль хромосомы линейно, пропорционально расстоянию (т.е. % кроссинговера) между ними.

Результат сопоставления генетических и цитологических карт хромосом подтверждает основные положения хромосомной теории Т.Моргана.

Лекция №7 Изменчивость.

Изменчивость – свойство живых организмов изменяться под действием факторов внешней и внутренней среды. Различают два вида изменчивости: фенотипическую и генотипическую.

Фенотипическая изменчивость (модификационная, "групповая", ненаследованная, "определенная") –это изменения фенотипа, не связанные с изменением генотипа. Модификациями называют разнообразные фенотипы, возникающие у организмов под влиянием изменяющихся условий среды обитания. Пределы (границы) в которых возможно изменение фенотипа при одном и том же генотипе называют нормой реакции. Иногда фенотипические изменения могут передаваться во второе и даже в третье поколение (по типу цитоплазматической наследственности). Такие модификации назвали «длящимися», «длительными».

Генотипическая изменчивость – ("индивидуальная"," наследственная"," неопределенная") – это форма изменчивости организмов, обусловленная изменением генотипа. Выделяют два вида генотипической изменчивости:

1) комбинативная

2) мутационная

1) Комбинативная изменчивость – результат различных комбинаций одних и тех же генов.

Существуют три основных источника комбинативной изменчивости:

Рекомбинация генов, основанная на явлении кроссинговера.
Независимое расхождение негомологичных хромосом в анафазу I мейоза и различные комбинации негомологичных хромосом в гаметах.
Случайная встреча гамет при оплодотворении.

Результатом комбинативной изменчивости является образование огромного разнообразия генотипов.

Мутационная изменчивость – это наследственные изменения генетического материала под влиянием естественных или искусственных факторов.

Мутации – это внезапные, скачкообразные, прерывистые изменения генотипа.

Мутационную теорию сформулировал в 1901 – 1903 гг. Де Фриз.

Мутации, как правило, наследуются; но не всегда. Не наследуются в случаях:

1) смерти до полового созревания

2) стерильности (синдром Клайнфельтера).

Существует несколько классификаций мутаций.

I. Мутации по типу клеток, в которых они произошли (по локализации).

Генеративные мутации - мутации, возникающие в половых клетках. Они наследуются у животных, растений и человека при половом размножении.
Соматические мутации – возникают в клетках тела (соматических клетках). Эти мутации изменяют только часть тела, органа, ткани. Соматические мутации не наследуются при половом размножении, но могут передаваться потомкам при вегетативном размножении (у растений чаще).

II. По уровню организации наследственного материала.

Различают мутации: 1. Генные; 2. Хромосомные 3. Геномные.

Генные (точковые) мутации – это изменения тонкой структуры гена: выпадение, вставка, удвоение или перестановка пары нуклеотидов в молекуле ДНК. Изменения последовательности нуклеотидов в гене являются причиной изменения последовательности аминокислот в молекуле белка, кодируемой данным геном. Нарушения в структуре белка – фермента изменяют его свойства, что может быть причиной нарушения биохимических процессов в клетке. Следствием генных мутаций являются генные или ещё их называют молекулярные болезни.

Хромосомные мутации (хромосомные аберрации) – изменение макроструктуры хромосом. Их условно делят на:

I. Межхромосомные:

- транслокация – перенос целой хромосомы или ее части на негомологическую хромосому.

II. Внутрихромосомные:

- инверсия – поворот участка хромосомы на 180 градусов.

- делеция – потеря (утрата, исчезновение) участка хромосомы;

- дефишенси - концевая делеция – потеря участка на конце одного из плечей хромосомы;

- дупликация – удвоение участка хромосомы.

Как правило, большинство таких мутаций приводят к смерти или снижению жизнедеятельности организма, т.е. болезни.

Геномные мутации – изменение числа хромосом в геноме клетки.

Виды геномных мутаций:

Полиплоидия – увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному. У полиплоидных организмов может быть набор хромосом: 3n, 4n, 5n и др. У растений полиплоидия приводит к повышению урожайности, т.е. полезна. У животных и человека при полиплоидии возникают заболевания или наступает смерть.

Автоплоидия – увеличение числа хромосом одного генома.

Аллоплоидия – увеличение числа хромосом за счёт слияния различных геномов. Например, геном редьки + геном капусты (по 18 хромосом) получается гибрид с 36 хромосомами.

Гетероплодия – изменение числа хромосом на набор некратный гаплоидному. Причина гетероплодии – нарушение расхождения хромосом в анафазе I мейоза. У гетероплодных организмов набор хромосом может быть: 2n+1; 2n-1, 2n+2, и др.

Виды гетероплоидии:

- трисомия – организмы имеют три гомологичные хромосомы;

- моносомия – в генотипе присутствует только одна гомологичная хромосома;

- нулесомия – нет хромосом какой-либо пары.

Следствием гетероплодии, как правило, является снижение плодовитости, аномалии в строении и развитии, уродства.

Гаплоидия – в геноме имеется гаплоидный набор (n) хромосом.

Следствием гаплодии у животных является, как правило гибель, а у растений образуются более мелкие цветки и плоды.

Классификация мутаций по причине их вызывающей:

1.Спонтанные - причина мутаций не известна.

2.Индуцированные – причиной мутации являются действия специальных, направленных факторов среды (мутагенов).

Мутагенные факторы (мутагены) – факторы среды, вызывающие мутации в клетках.

Мутагенез – процесс возникновения мутаций.

Канцерогенез – поцесс возникновения злокачественных опухолей.

Классификация мутагенов:

Физические – ионизирующие излучения, космические и ультрафиолетовые лучи, ультразвук, температура.
Химические – газовый состав среды, соли тяжелых металлов, гетероциклические соединения и др.
Биологические:

а)внутренние – некоторые биологически активные вещества;

б)внешние – вирусы, токсины микроорганизмов и грибов.

Известно, что мутационный процесс происходит в разных направлениях и подчиняется определённой закономерности, обнаруженной в 1920 году Н.И.Вавиловым. Он сравнивал признаки различных сортов культурных растений и близких к ним дикорастущих видов и, обнаружив много общих наследственных изменений, сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости.

«Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой последовательностью, что зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть существование параллельных форм у других видов и родов.» Так, у злаков есть остистые и безостные формы пшеницы, ржи; три окраски колоса (белая, красная, чёрная) у пшеницы, овса и ячменя. Вавилов Н.И. указал, что гомологичные ряды часто выходят за пределы родов и даже семейств. Например: альбинизм встречается во всех классах позвоночных. Закон Н.И. Вавилова позволяет предвидеть появление мутаций ещё не известных науке, которые могут быть использованы в селекции для создания новых ценных для человека форм.

Закон Н.И. Вавилова имеет прямое отношение к изучению наследственных болезней человека. Многие наследственные болезни людей встречаются и у животных. Например, гемофилия встречается у собак, лошадей, свиней; мышечная дистрофия - у КРС, мышей, лошадей; эпилепсия – крыс, кроликов, мышей; глухота – морских свинок, собак и др.

Поэтому животные могут служить моделями для изучения вопросов диагностики, профилактики и лечения многих наследственных болезней человека.

Лекция №8 Антропогенетика.

Антропогенетика – наука изучающая закономерности наследственности и изменчивости у человека. Основоположником отечественной антропогенетики является С.Н. Давиденков, который разработал методы работы медко-генетических консультаций, провёл анализ наследственных заболеваний человека, решал проблемы полиморфизма наследственных заболеваний нервной системы.

Предмет антропогенетики – два свойства человека: наследственность и изменчивость.

Задачи антропогенетики:

1. Выявление и систематизация признаков и свойств как нормальных, так и патологических у людей.

2. Изучение вариантов наследования признаков и свойств человека нормальных и патологических в ряду поколений.

Объект антропогенетики – человек (очень сложный объект, со своими отрицательными и положительными качествами).

Отрицательные:

1) Нельзя произвольно объединять брачными узами 2 – х индивидуумов с определенными генотипами.

2) Нельзя стандартизировать или произвольно менять условия жизни семей.

3) Небольшое количество потомков.

4) Длительный интервал от рождения до репродуктивного возраста.

5) Большое число хромосом и генов в них, следовательно большое количество признаков, велика их вариабельность.

6) Статистика смертности не в полном объеме фиксирует причины смерти (особенно в мусульманских странах); отсутствие такой статистики в ряде стран.

Положительные:

1) Большая численность человеческой популяции.

2) Длительная документированная история существования человечества. Возможность патологоанатомических, палеонтологических исследований.

3) Хорошо изучена анатомия, физиология, биохимия (норма существования) человеческого организма, что позволяет легко выявить любые патологические отклонения.

4) Разработаны специальные методы изучения наследственности и изменчивость у людей.

5) Разработаны математические методы изучения наследственности и изменчивости у людей.

Методы антропогенетики:

специальными методами изучения наследственности и изменчивости у человека являются: (слайды 4)

1) Генеалогический (введён в конце XIX века Ф. Гальтоном)

2) близнецовый

3) популяционно-статистический

4) дерматоглифический

5) цитогенетический

6) метод генетики соматических клеток

7) методы моделирования

а) биологическое

б) математическое

1).Генеалогический метод – используется врачами всех специальностей. Позволяет проследить наследование какого либо признака в ряду поколений с указанием родственных связей между членами родословной.

Задачи генеалогического метода:

I – установить наследственный характер анализируемого признака (дифференцировать его от фенокопии).

II – определить тип и вариант наследования.

III - осуществить генотипическое и фенотипическое прогнозирование, т.е. определить степень риска (вероятности) появления этого признака у родственников (в %).

IV – использовать метод в научных исследованиях при:

а) картировании хромосом;

б) изучить формы взаимодействия генов между собой и со средой обитания;

в) изучить сцепленное наследование;

Генеалогическое исследование на практике проводится в три этапа:

1) Сбор сведений о каждом члене родословной – составление генеалогического анамнеза, начиная с пробанда.

2) Графическое изображение родословной, с помощью специальных значков, с указанием родственных связей и наличия интересующих признаков у членов родословной (таблица).

3) Анализ родословной, выводы.

Анализа родословной требует:

1. Установить наследственный характер интересующего признака или определить, что он является фенокопией.

Фенокопия копирует фенотип другого генотипа, т.е. под действием факторов среды возникают признаки, схожие с признаками, контролируемые другим генотипом. Генокопия – сходные изменения фенотипа, обусловленные мутациями разных неаллельных генов.

2. Установить тип и вариант наследования.

а) аутосомно – доминантный;

б)аутосомно – рецессивный;

в) сцепленный с половыми Х-(доминантный, рецессивный) или Y – хромосомами.

а) Основные признаки аутосомно – доминантного типа наследования:

1) Признак проявляется в равной степени у мужчин и у женщин М1: Ж1;

2) Имеются больные или носители гена во всех поколениях, т.е. происходит передача признака по "вертикали".

3) Вероятность рождения детей с таким признаком в семье где один больной гетерозиготный родитель, а второй – здоров – 50%.

Исключения:

1. малая экспрессивность признака;

2. низкая пенетрантность гена;

3. явление эпистатического подавления гена и др.