Генетика изучает не только наследственность, но и изменчи

Генетика изучает не только наследственность, но и изменчивость
организмов.
Изменчивость – это свойство живых организмов изменяться, приобретать
новые признаки, утрачивать старые, но в пределах вида.
Благодаря ей организмы могут приспосабливаться к изменяющимся
условиям среды обитания.
Различают два основных типа изменчивости: наследственную, или
генотипическую, и ненаследственную, или фенотипическую, — изменчивость,
при которой изменения генотипа не происходит.
Схема 17.
Формы изменчивости.
Формы изменчивости.
Наследственная
онтогенетическая
ненаследственная
Комбинативная мутационная.
(модификационная)
Наследственная. Признак появляется
Ненаследственная.
и стойко сохраняется и передается по
Признаки не наследуются, т. к. не
наследству.
затрагиваются материальные основы
Например: у голубе определенной
наследственности.
породы сохраняется зоб, не смотря, на
Пример. У собак отрубают хвост, по
то что селекционеры кормили голубей
наследству не передается.
разной пищей.
Неопределенная.
Изменчивость которую нельзя
предсказать, предвидеть, т.к. это
изменение может иметь разнообразный
разноплановый характер и проявиться в
морфологии, или анатомии, или
физиологии. Чаще эту изменчивость
можно наблюдать на уровне биохимии
или молекулярной биологии.
Пример. Дарвин: у английских
селекционеров, выращивающих овец.
Шерсть у них была шелковистой,
длинное руно. На вдруг появился
ягненок с короткими ногами он не мог
убежать от пастухов. Появилась новая
порода с красивым завитком шерсти –
каракуль.
Генотипическая.
Передается из поколения в поколение
и наследуется, т. к. это изменение
касается материальных основ
наследственности (молекул ДНК, генов,
Определенная.
Можно заранее предсказать,
предопределить, т.к. это адекватная
реакция организма на изменяющиеся
условия среды (t, влажность,
давление).
В Англии выращивают
брюссельскую капусту. Годы
урожайные или неурожайные. Фактор
воздействия – количество осадков.
Фенотипическая.
Проявление признака выражается в
том, что у особей в результате
факторов внешней среды длительное
время сохраняется.
хромосом). Генотипические изменения
касаются гено- и кариотипов. Внешне в
фенотипе они могут определенное
время в нескольких поколениях не
проявляться.
Индивидуальная.
Изменения возникают у малого числа
особей данного вида. Не характерная,
случайная.
Пример. Сахарная свекла. За 40 лет
изучения Мазлумов решил вырастить
разные сорта (с большим % сахара). Он
решим вывести сорт 1-семянку. Он
нашел такого мутанта, наследуемого.
Мутационная.
Зеленая окраска листовых пластинок
(t).
Массовая изменчивость.
Характерна для большинства особей
данного вида. Они имеют одинаковые
сходные изменения.
Пример. Длина корневой системы,
сахаристость, сочность плодов.
Типы наследственной изменчивости.
Наследственная, или генотипическая, изменчивость обусловлена изменением генотипа; она бывает:
комбинативной — возникающей в результате перекомбинации хромосом в
процессе полового размножения и участков хромосом в процессе кроссинговера;
мутационной — возникающей в результате внезапного изменения
состояния генов.
Наследственные изменения генетического материала называют мутациями.
Мутации — внезапные изменения генетического материала, приводящие к
изменению тех или иных признаков организмов. Термин «мутация» впервые ввел
в науку голландский генетик Г. Де Фриз. Проводя опыты с энотерой
(декоративное растение), он случайно обнаружил экземпляры, отличающиеся
рядом признаков от остальных (большой рост, гладкие, узкие и длинные лист
красные жилки листьев и широкая красная полоса на язечке цветка и т. д.).
Причем при семенном размножении растения из поколения в поколение стойко
сохраняли эти признаки.
Процесс возникновения мутаций называют мутагенез, организмы, у
которых произошли мутации, — мутантами, а факторы среды, вызывающие
появление мутаций, — мутагенами.
Существует несколько классификаций мутаций. Мутации по месту их
возникновения: генеративные — возникшие в половых клетках. Они не влияют
на признаки данного организма, а проявляются только в следующем поколении.
Соматические — возникающие в соматических клетках. Эти мутации
проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом
размножении (черное пятно на фоне коричневой окраски шерсти у каракулевых
овец). Сохранить соматические мутации можно только путем бесполого
размножения (прежде всего вегетативного).
Мутации по адаптивному значению: полезные — повышающие
жизнеспособность особей, вредные — понижающие, нейтральные — не
влияющие на жизнеспособность особей. Эта классификация весьма условна, так
как одна та же мутация в одних условиях может быть полезной, а в других —
вредной.
Мутации по характеру их появления: спонтанные — мутации, возникшие
естественным путем под действием факторов среды обитания, индуцированные —
мутации, искусственно вызванные действием мутагенных факторов.
Мутации по характеру изменения генотипа: генные, хромосомные,
геномные. Геномными называют мутации, в результате которых происходит
изменение в клетке числа хромосом. Они возникают в результате нарушений
митоза или мейоза, приводящих либо к неравномерному расхождению хромосом
к полюсам клетки, либо к удвоению хромосом, но без деления цитоплазмы.
Например, болезнь Дауна у человека возникает в результате трисомии по 21-й
паре хромосом.
Хромосомные мутации — мутации, вызывающие изменения структуры
хромосом. Перестройки могут осуществляться как в пределах одной хромосомы
— внутрихромосомные мутации, так и между негомологичными хромосомами —
межхромосомные мутации.
Генными мутациями называют изменения структуры молекулы ДНК на
участке определенного гена, кодирующего структуру определенной молекулы
белка. Эти мутации влекут за собой изменение строения белков, то есть
появляется новая последовательность аминокислот в полипептидной цепи, в
результате чего происходит изменение функциональной активности белковой
молекулы. Благодаря генным мутациям происходит возникновение серии
множественных аллелей одного и того же гена. Чаще всего генные мутации
происходят в результате замены одного или нескольких нуклеотидов на другие,
вставки нуклеотидов, потери нуклеотидов, изменения порядка чередования
нуклеотидов.
Выдающийся советский генетик Николай Иванович Вавилов (1887 – 1943)
изучая мутации у родственных видов, установил закон гомологических рядов в
наследственной изменчивости (1920 г., г. Саратов III Всероссийский съезд
селекционеров). Он гласит: виды и роды генетически близкие
характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.
Причины гомологичных одинаковых мутаций – общность происхождения
генотипов. Этот закон позволяет предсказать наличие определенного признака у
разных родов одного семейства, если его другие роды имеют данный признак.
В чем суть открытого закона? У близких видов признаки изменяются очень
сходным образом, параллельно. К примеру, если у пшеницы колос может быть
белого, красного, серого, черного цвета, то можно предложить, что и у ржи будут
разновидности с колосьями таких цветов. Если у арбузов встречаются как
шарообразные, так и удлиненные плоды, то такие же разновидности можно
встретить и у дыни.
А если пока что некоторые «ячейки» этих рядов с определенными
сочетаниями признаков пусты, то рано или поздно они будут заполнены. Вавилов
сам неоднократно находил подтверждения своего закона. К примеру, до 1927 г.
ученым не была известна твердая безостая пшеница. А Вавилов не только
предсказал ее существование, но и обнаружил в Эфиопии целые поля такой
пшеницы.
Когда Вавилов делал доклад о своем открытии, один из ученых слушателей
насмешливо заметил ему:
- но мы не встретили рогатых лошадей!
- Найдутся рогатые лошади, - отвечал Вавилов.
(Через два года Вавилов послал своему оппоненту книгу, где содержались
сведения о вымерших рогатых сородичах современных лошадей).
Когда доклад был закончен, в зале под овации прозвучал возглас: «Биологи
приветствуют своего Менделеева!» Аналогия вавиловского закона с
периодическим законом в химии была отмечена и в решении съезда.
Закон справедлив не только для растений, но и для животных. Так,
альбинизм встречается не только в разных группах млекопитающих, но и у птиц и
других животных. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости
имеет огромное значение для селекционной практики. Он позволяет предугадать
наличие форм, не обнаруженных у данного вида, но характерного для близкородственных видов, то есть закон указывает направление поисков.
Характеристика модификационной изменчивости. Большую роль в
формировании признаков организмов играет среда его обитания. Каждый
организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на ce6е
действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические
свойства организмов, т. е. их фенотип.
Изменчивость организмов, возникающая под влиянием факторов внешней
среды и не затрагивающая генотипа, называется модификационной.
Модификационная изменчивость называется фенотипической, так как под
влиянием внешней среды происходит изменение фенотипа, генотип остается
неизменным. Классическим примером изменчивости признаков под действием
факторов внешней среды является разнолистность у стрелолиста; погруженные в
воду листья имеют лентовидную форму, листья, плавающие на поверхности воды,
— округлую, а находящиеся в воздушной среде — стреловидные. Если же все
растение оказывается полностью погруженным в воду, его листья только
лентовидные. Под действием ультрафиолетовых лучей у людей (если они не
альбиносы) возникает загар в результате накопления в коже меланина, причем у
разных людей интенсивность окраски кожи различна. Если же человек лишен
действия ультрафиолетовых лучей, изменение окраски кожи у него не
происходит.
Модификационная изменчивость носит групповой характер, то есть все
особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные
признаки. Например, если сосуд с эвгленами зелеными поместить в темноту, то
все они утратят зеленую окраску, если же вновь выставить на свет — все опять
станут зелеными.
Модификационная изменчивость является определенной, то есть всегда
соответствует факторам, которые ее вызывают. Так, ультрафиолетовые лучи
изменяют окраску кожи человека (усиливается синтез пигмента), но не изменяют
"ропорций тела, а усиленные физические нагрузки влияют на степень развития
мышц, но не на цвет кожи.
Несмотря на то, что под влиянием условий внешней среды признаки могут
изменяться, эта изменчивость не беспредельна. Даже в случае нормального
развития признака степень его выраженности различна. Так, на поле пшеницы
можно обнаружить растения с крупными колосьями (20 см и более) и очень
мелкими (3—4 см). Это объясняется тем, что генотип определяет границы, в
пределах которых может происходить изменение признака. Степень варьирования
признака, или пределы модификационной изменчивости, называют нормой
реакции. Как правило, количественные признаки (урожайность, размер листьев,
удойность коров, яйценоскость кур) имеют более широкую норму реакции,
нежели качественные признаки (цвет шерсти, жирность молока, строение цветка,
группа крови). Знание нормы реакции имеет большое значение для практики
сельского хозяйства. Модификационная изменчивость многих признаков
растений, животных и человека подчиняется общим закономерностям. Эти
закономерности выявляются на основании анализа проявления признака у группы
особей.
Каждое конкретное значение изучаемого признака называют вариантой и
обозначают буквой.
Частота встречаемости отдельных вариант обозначается буквой р.
При изучении изменчивости признака в выборочной совокупности
составляется вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию
показателя изучаемого признака.
На основании вариационного ряда строится вариационная кривая —
графическое отображение частоты встречаемости каждой варианты.
Например, если взять 100 колосьев пшеницы и подсчитать число колосков в
колосе, то это количество будет от 14 до 20 - это численное значение вариант (v).
Вариационный ряд:
v = 14 15 16 17 18 19 20
Частота встречаемости каждой варианты:
р = 1 7 22 32 24 8 5
Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет большое
практическое значение, поскольку позволяет предвидеть и заранее планировать
степень выраженности многих признаков организмов в зависимости от условии
внёшнёй среды.
Итак, необходимо еще раз подчеркнуть:
— норма реакции организма определяется генотипом.
— различные признаки отличаются пределами изменчивости под влиянием
внешних условий;
|
— Модификационная изменчивость в естественных условиях носит
приспособительный характер.
Наследственные изменения генетического материала называют мутациями.
Мутации — внезапные изменения генетического материала, приводящие к
изменению тех или иных признаков организмов. Термин «мутация» впервые ввел
в науку голландский генетик Г. Де Фриз. Проводя опыты с энотерой
(декоративное растение), он случайно обнаружил экземпляры, отличающиеся
рядом признаков от остальных (большой рост, гладкие, узкие и длинные лист
красные жилки листьев и широкая красная полоса на язечке цветка и т. д.).
Причем при семенном размножении растения из поколения в поколение стойко
сохраняли эти признаки.
Мутации.
Наследственные изменения генетического материала называют мутациями.
Мутации — внезапные изменения генетического материала, приводящие к
изменению тех или иных признаков организмов. Термин «мутация» впервые ввел
в науку голландский генетик Г. Де Фриз. Проводя опыты с энотерой
(декоративное растение), он случайно обнаружил экземпляры, отличающиеся
рядом признаков от остальных (большой рост, гладкие, узкие и длинные лист
красные жилки листьев и широкая красная полоса на язечке цветка и т. д.).
Причем при семенном размножении растения из поколения в поколение стойко
сохраняли эти признаки.
Процесс возникновения мутаций называют мутагенез, организмы, у
которых произошли мутации, — мутантами, а факторы среды, вызывающие
появление мутаций, — мутагенами.
Существует несколько классификаций мутаций. Мутации по месту их
возникновения: генеративные — возникшие в половых клетках. Они не влияют на
признаки данного организма, а проявляются только в следующем поколении.
Соматические — возникающие в соматических клетках. Эти мутации проявляются у
данного организма и не передаются потомству при половом размножении (черное
пятно на фоне коричневой окраски шерсти у каракулевых овец). Сохранить
соматические мутации можно только путем бесполого размножения (прежде всего
вегетативного).
Мутации по адаптивному значению: полезные — повышающие
жизнеспособность особей, вредные — понижающие, нейтральные — не
влияющие на жизнеспособность особей. Эта классификация весьма условна, так
как одна та же мутация в одних условиях может быть полезной, а в других —
вредной.
Мутации по характеру их появления: спонтанные — мутации, возникшие
естественным путем под действием факторов среды обитания, индуцированные —
мутации, искусственно вызванные действием мутагенных факторов.
Мутации по характеру изменения генотипа: генные, хромосомные,
геномные. Геномными называют мутации, в результате которых происходит
изменение в клетке числа хромосом. Они возникают в результате нарушений
митоза или мейоза, приводящих либо к неравномерному расхождению хромосом
к полюсам клетки, либо к удвоению хромосом, но без деления цитоплазмы.
Например, болезнь Дауна у человека возникает в результате трисо-мии по 21-й
паре хромосом.
Хромосомные мутации — мутации, вызывающие изменения структуры
хромосом. Перестройки могут осуществляться как в пределах одной хромосомы
— внутрихромосомные мутации, так и между негомологичными хромосомами —
межхромосомные мутации.
Генными мутациями называют изменения структуры молекулы ДНК на
участке определенного гена, кодирующего структуру определенной молекулы
белка. Эти мутации влекут за собой изменение строения белков, то есть
появляется новая последовательность аминокислот в полипептидной цепи, в
результате чего происходит изменение функциональной активности белковой
молекулы. Благодаря генным мутациям происходит возникновение серии
множественных аллелей одного и того же гена. Чаще всего генные мутации
происходят в результате замены одного или нескольких нуклеотидов на другие,
вставки нуклеотидов, потери нуклеотидов, изменения порядка чередования
нуклеотидов.