КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Ким Г.Л. ПРАКТИКУМ ПО ГЕНЕТИКЕ КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Ким Г.Л., ПРАКТИКУМ ПО ГЕНЕТИКЕ Допущено министерством науки и образования Республики Казахстан для студентов высших сельскохозяйственных учебных заведений Алматы 2008 2 УДК.619:636.082 (075.8) Ким Г.Л., Рецензенты: Директор департамента развития системы среднеспециального высшего и поствысшего образования АО КазАгроИнновация, доктор сельскохозяйственных наук - Исламов Е.И., доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры племенного дела и частного животноводства Казахского национального аграрного университета Ж.К.Каримов Практикум по генетике.- Алматы, 2008 год – 147 страницы, ил.-(Учебники и учебные пособия для высших с.-х. учебных заведений). Рассматриваются вопросы, касающиеся материальных основ наследственности (цитологические, молекулярные основы наследственности, мутационная изменчивость), закономерностей наследования генов при половом размножении (аллельное и неаллельное взаимодействие генов), генетического полиморфизма, генетических аномалий, болезней с наследственной предрасположенностью и методы селекции на резистентность к болезням), хромосомной теории наследственности (генетические карты, аутосомное сцепленное наследование, генетика пола, наследование, сцепленное с полом), популяционной генетики. Галина Лаврентьевна Ким ПРАКТИКУМ ПО ГЕНЕТИКЕ ISBN 5-621-0481-8 Алматы 2008 3 ПРЕДИСЛОВИЕ Генетика относится к числу точных наук, является теоретической наукой и лишь в рамках генетики разнообразия жизненных форм и процессов могут быть осмыслены как единое целое. На протяжении последних десятилетий генетики разработали методы, которые позволили им в лабораторных условиях воссоздать последовательные этапы эволюции организмов, научились трансплантировать гены от одних организмов другим, т.е. переносить генетический материал способом никогда не встречавшимся в эволюции жизни на земле. Использование новых знаний и возможностей для достижения поставленных целей имеют глубокие последствия для всей биологии. К «жизни, какой мы её знаем» в малой, но существенной степени добавляется «жизнь, которую мы умеем делать». Что является немаловажным для специалистов, в руках которых находится такой пластичный материал, как животные. Цели и задачи дисциплины заключаются в приобретении знаний о процессе передачи наследственности от родителей потомкам, существовании преемственности между поколениями и о степени развития и формирования специфических для данной особи свойств и признаков и возможности управления ими. С её помощью разрабатываются новые пути и методы создания совершенных организмов, приспособленных к современным технологиям ведения сельского хозяйства. Учитывая сложность живых систем и трудности оценки многих особенностей живых организмов, можно утверждать, что теоретические знания всегда будут играть важную роль в работе с живым материалом Задача предлагаемого практикума заключается в том, чтобы помочь студенту освоить на практических занятиях основные вопросы генетики. Практикум написан на основе программы курса "Генетика", тесно связан с теоретическим материалом. Включает 19 занятий по трем разделам. По каждой теме сначала излагается цель занятий, методические указания, содержание, а затем даются задания для самостоятельной работы. Записи по выполнению заданий на практических занятиях ведутся в специальных рабочих тетрадях. Усвоению предмета способствуют: просмотр учебных фильмов, использование обучающих мультимедийных программ 4 I Цитологические основы наследственности Занятие 1. Клеточные основы цитогенетики Цель: Изучить строение животной клетки, ее структуру и молекулярные компоненты. Ознакомиться с делением клеточного ядра. Методические указания. Клетка - это основная структурная и функциональная единица живой материи состоит из живой массы цитоплазмы и ядра и окружена цитоплазматической мембраной (рис.1). Она имеет все свойства живого, то есть способна размножаться, видоизменяться и реагировать на раздражения. Более мелкие единицы материи этих свойств не проявляют. Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток: прокариотическая клетка (у прокариот – бактерий и синезеленых водорослей) и эукариотическая клетка (у эукариот, то есть всех остальных одно- и многоклеточных организмов- растений, грибов и животных). Рис. 1 Ультраструктура животной клетки. Клетки многоклеточного организма очень разнообразны по форме и строению, что обусловлено главным образом их приспособлением к выполнению специфических функций в различных тканях и органах. Вследствие этой функциональной специализации разные категории клеток имеют особые, характерные для них свойства, однако существует ряд основных признаков, общих для всех клеток (таблица 1). 5 Таблица 1- Характеристика органоидов животной клетки № Наименование 1 2 1. Клеточная мембрана Заключена в оболочку из двух мембран, пронизанную ядерными порами. Содержит хроматин и ядрышко. Эндоплазматическая сеть Представляет собой разветвленную сеть каналов, ограниченных двойными мембранами Рибосомы Очень мелкие органеллы. Содержат белок и РНК приблизительно в равных долях. Рассеяны по цитоплазме в виде скоплений полисом. Митохондрия окружена оболочками из 2-х мембран; внутренняя мембрана образует складки (кристы). Содержит матрикс, в котором находится небольшое число ри- 4. Митохондрии 5. 3 Биологическая мембрана. Два слоя липидов между двумя слоями белка. Ядро 2. 3. Структура 6 Функции 4 Избирательно проницаемый барьер, регулирующий обмен между клеткой и средой. Основной компонент клетки, несущий генетическую информацию, (содержит хромосомы) В ядрышке образуются рибосомы. Осуществляет взаимосвязь различных элементов клетки с окружающей средой в процессах внутрицитоплазматического синтеза и обмена веществ Место биосинтеза белка В митохондриях синтезируется аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) необходимая для энер-гетических затрат клетки босом, Органоид разнообразных форм: цистерн, плотных пузырьков, прозрачных вакуолей Простой сферический мембранный мешочек ,заполненный пищева рительными фермен тами. Органелла не совсем правильной сферической формы, окруженная одинарной мемб раной. Внутриклеточная жидкость Аппарат Гольджи 6. Лизосомы 7. Микротельца 8. Цитоплазма) 9. Изоляция и выведение из клеток вредных продуктов обмена веществ и соединений Пищеварительная деятельность клетки Участвуют в окислительных реакциях. Происходит биосинтез белка и другие процессы жизнедеятельности клетки Химические компоненты клетки можно разделить на неорганические (вода и минеральные соли) и органические (белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды и т.д.) Содержимое живой клетки, включая ядро и цитоплазму с ее органоидами, называют протоплазмой. Протоплазма клетки содержит 75-85 % воды, 10-20 % белка, 2-3% липидов, 1 % углеводов и 1% неорганических веществ. (табл. 2). Клетки можно сравнить с миниатюрной лабораторией, в которой осуществляется синтез и распад множества разнообразных веществ при нормальной температуре тела. Эти химические процессы протекают с участием ферментов (биологических катализаторов), ускоряющих химические реакции. Таблица 2 - Относительное число молекул различного типа в клетке Вещество Вода Белок Содержание, % 85 10 Средняя Число молекул молекулярная масса на молекулу ДНК 18 1,2 х 107 36000 7,0 х 102 7 ДНК РНК Липиды Другие органические вещества Неорганические вещества 0,4 0,7 2 0,4 106 4,0 х 104 700 250 1,0 4,4 х 101 7,0 х 103 4,0 х 103 1,5 55 6,8 х 104 Как правило, жизненный цикл каждой клетки состоит из двух периодов: интерфазы (период между двумя делениями) и деления (митоз, мейоз). Этот цикл повторяется в каждой клеточной генерации, но его продолжительность варьирует в клетках различного типа. На протяжении жизненного цикла ядро подвергается ряду сложных, но удивительно упорядоченных и постоянных изменений, во время которых ядерная оболочка и ядрышко исчезают, а хроматиновое вещество конденсируется в интенсивно окрашивающиеся тельца - хромосомы (греч. “хрома” - цвет и “сома” - тело). Число хромосом постоянно для организма определенного вида. Все организмы, размножающиеся половым путем, развиваются из оплодотворенной яйцеклетки - зиготы, образующейся в результате слияния двух половых клеток, или гамет (сперматозоида - мужской половой клетки и яйцеклетки - женской половой клетки). Процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида называется оплодотворением. Из зиготы развивается новый организм того же вида, что и родительский. Изучение поведения хромосом при ядерном делении имеет важное значение для понимания цитологических основ наследственности. Ведь рост и развитие каждого живого организма происходит в результате роста и размножения входящих в его состав клеток. При этом различают деление цитоплазмы (цитокинез) и деление ядра (кариокинез: митоз или мейоз). При делении клеточного ядра (рис.2,3) различают два периода: интерфаза и собственно деление (табл 2,3). 8 Рис. 2. Схема митоза в животной клетке Таблица 3. Поведение хромосом при митозе И н т е р ф а з а М и т о з Фаза Пресинтети ческая-G1 Характеристика Накопление питательных веществ, необходимых для образования клеточных структур и последующего деления. Репликация ДНК Синтетичес кая – S Постсинте- Накопление питательных веществ тическая – продолжается. Накапливается энергия. G2 Клетка как бы находится в состоянии ожидания импульса к делению. Профаза Обычно самая продолжительная фаза клеточного деления. Хроматиды укорачиваются (до 4% своей первоначальной длины) и утолщаются в результате их спирализации и конденсации. При окрашивании хроматиды четко видны, но центромеры не выявляются. В разных парах хроматид центромера располагается по-разному. В животных клетках и низших растений центриоли расходятся к противоположным полюсам клетки. От 9 Метафаза Анафаза Телофаза каждой центриоли в виде лучей расходятся короткие микротрубочки, образующие в совокупности звезду. Ядрышки уменьшаются, так как их нуклеиновая кислота частично переходит в определенные пары хроматид. К концу профазы ядерная мембрана распадаетсяи образуется веретено деления. Пары хроматид прикрепляются своими центромерами к нитям веретена и перемещаются вверх и вниз по веретену до тех ор пока их центромеры не выстроятся по экватору веретена перпендикулярно его оси Это очень короткая стадия. Каждая центромера расщепляется на две, и нити веретена оттягивают дочерние центромеры к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся одна от другой хроматиды, которые теперь называются хромосомами Хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются, удлиняются, становятся неразличимы. Нити веретена разрушаются. Вокруг хромосом на каждом полюсе образуется ядерная оболочка. Вновь появляется ядрышко. Цитокинез завершен. Патология митоза. При делении соматических клеток могут возникать различные нарушения, связанные с повреждением хромосом, митотического аппарата, цитоплазмы. К числу этих нарушений относятся задержка митоза в профазе, нарушения спирализации и деспирализщации хромосом, раннее разделение хроматид, фрагментация хромосом, задержка митоза в метафазе. Эти нарушения возникают под действием отдельных химических веществ, радиации вирусных инфекций. Так, при заражении свиней вирусом чумы наблюдали множественные разрывы хромосом. 10 Профаза I Премейоти ческая интарфаза Метафаза I Лептонема Зигонема Анафаза I Пахинема Телофаза I Диплонема I Метафаза II Рис.3 Схема мейоза в животной клетке Рис. 4 Микрофотография мейоза 11 Диакинез Анафаза II Телофаза II Таблица 4 - Поведение хромосом при мейозе Стадия Фаза Характеристика Интерфаза Пресинтет Накопление питательных веществ, ическая-G1 необходимых для образования клеточных структур и последующего деления. Синтетиче Репликация ДНК ская – S ПостНакопление питательных веществ синтети продолжается. Накапливается энергия. Клетка ческая – как бы находится в состоянии ожидания G2 импульса к делению. ейоз 1 - Редукционное деление Самая продолжительная фаза. Её часто делят на пять стадий (лептонема, зигонема, пахинема, диплонема, диакинез). Размер ядра увеличивается, хромосомы имеют вид длинных тонких деспирализованных нитей, Лептонема каждая из которых состоит из двух хроматид, соединенных в одном месте общей центромерой. Происходит конъюгация гомологичных хромосом (сближение), и образование комплекса (гомологичные хромосомы Зигонема соединяются друг с другом наподобие Профаза 1 застежек “молния”). При этом образуются биваленты которые состоят из четырех хроматид. Происходит кроссинговер (обмен генетическим материалом), что приводит к Пахинема новым генным комбинациям в образующихся хроматидах. Две гомологичные хромосомы почти расходятся, однако сестринские хроматиды остаются соединенными общей центромерой. Диплонема В это время хорошо наблюдается хиазма (перекрест парных хромосом). Диакинез 12 Метафаза 1 Биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости, образуя метафазную пластинку и организуют прикрепленные к ним нити веретена, каждая из которых направлена только к одному из полюсов Имеющиеся у каждого бивалента две Анафаза 1 цетромеры ещё не делятся, но сестринские хроматиды уже не примыкают одна к другой. Нити веретена тянут центромеры, каждая из которых связана с двумя хроматидами к противоположным полюсам веретена. В результате хромосомы разделяются на два гаплоидных набора Два дочерних ядра отделяются друг от друга, и вокруг каждого из них вновь образуется ядерная оболочка. Каждое ядро содержит Телофаза 1 гаплоидное число хромосом (п), но каждая хромосома все еще содержит по две сестринские хроматиды (2с), соединенные центромерой. Интеркинез Непродолжительное состояние относительного покоя. Мейоз 2 -Эквационное деление Профаза 2 Метафаза 2 Ядрышки и ядерные мембраны разрушаются, а хроматиды укорачиваются и утолщаются Хроматиды располагаются таким образом, что их длинные оси перпендикулярны оси веретена Центромеры организуют нити веретена, направленные к обоим полюсам. Хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости. 13 Анафаза 2 Центромеры делятся и нити веретена растаскивают их к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся друг от друга хроматиды, которые теперь называются хромосомами. Хромосомы деспирализуются растягиваются и Телофаза 2 после этого становятся плохо различимы. Нити веретена исчезают, а центриоли реплицируются. Вокруг каждого ядра, которое содержит теперь половинное число хромосом исходной родительской клетки, вновь образуется ядерная мембрана Из исходной родительской клетки образуется четыре дочерних клетки Патология мейоза. Основная патология – нерасхождение хромосом. Оно может быть первичным, вторичным и третичным. Первичное возникает у особей с нормальным кариотипом. При этом на стадии анафазы 1 нарушается разделение бивалентов и обе хромосомы из пары гомологов переходят в одну клетку, что приводит к избытку хромосом в клетке (п + 1) и недостатку в другой (п-1). Вторичное – возникает в гаметах у особей с избытком (трисомией) одной хромосомы в кариотипе. Третичные – наблюдаются у особей, имеющих структурные перестрйки хромосом, например транслокации. Нерасхождение хромосом отрицательно влияет на жизнеспособность организмов. Генетическая сущность митоза и мейоза Таким образом, митоз характеризуется тем, что удвоение хромосом соответствует каждому делению клетки, тогда как при мейозе одно удвоение сопровождается двумя быстро следующими друг за другом клеточными делениями. При митозе каждая гомологичная хромосома удваивается в отдельности и не образует конъюгирующих пар. В результате из одной 14 родительской клетки образуется две дочерние клетки. При мейозе гомологичные хромосомы соединяются попарно, а затем расходятся в две дочерние клетки в конце первого деления мейоза. Во время второго деления каждая гомологичная хромосома расщепляется и попадает в одну из четырех образующихся клеток и из одной родительской клетки образуется четыре дочерние клетки Анализ гаметогенеза Гаметы происходят из исходных клеток зародыша, которые путем деления дают начало как соматическим, так и половым клеткам. Последние в результате повторных делений образуют несколько генераций гоноцитов, которые после определенного периода становятся первичными половыми Рис. 5 Схема гаметогенеза справа - сперматогенеза, слева - оогенеза (отцовские хромосомы – черные, материнские – светлые), А – аутосомы, Х,У – половые хромосомы. (гониальными) клетками, превращающиеся затем в сперматогонии (у самцов) или оогонии (у самок). Вторичные половые клетки образуются в результате деления первичных. Каждая вторичная сперматогония делится на две дочерние 15 клетки, которые начинают увеличиваться в объеме и называются первичными сперматоцитами или сперматоцитами 1-го порядка.Последние вновь делятся (первое деление мейоза) на две дочерние клетки - сперматоциты 2-го порядка, в результате деления которых (второе деление мейоза) образуются четыре клетки, так называемые сперматиды. Последние путем дифференцировки (спермиогенез) превращаются в сперматозоиды. У самок соответствующий последовательный ряд состоит: оогонии, первичный ооцит, вторичный ооцит, ооцит и яйцеклетка (рис.5). Однако вместо четырех окончательно дифференцированных гамет в этом случае образуется только одно зрелое яйцо, а три остальные клетки представляют собой абортивные полярные тельца. Оплодотворение – слияние мужской (сперматозоид) и женской (яйцеклетка) половых клеток, в результате чего образуется зигота с диплоидным набором хромосом. Процесс оплодотворения почти всегда однократен. Оплодотворение обеспечивает объединение у потомков наследственных задатков материнского и отцовского организмов. (рис.6) Рис. 6 Генетическая сущность оплодотворения Задание 1 Дать характеристику животной клетке, как основной структурной единице живых организмов. Задание 2. Зарисовать схему строения животной клетки и описать функциональные возможности основных органоидов клетки по следующей схеме: Наименование органоида Функциональная особенность и характеристика Задание 3 Ознакомиться с делением клетки, изучить и зарисовать фазы митоза, мейоза, отметив поведение гомологичных хромосом цветными карандашами. Задание 4 Дать характеристику генетической сущности митоза и мейоза. Задание 5 Зарисовать схему гаметогенеза. Дать характеристику биологической сущности оплдотворения. Задачи: 16 1. Предположим, что мейоза не существует и оплодотворение у размножающихся половым путем организмов происходит в результате слияния двух соматических клеток с нормальным числом хромосом. Сколько хромосом будет у потомков организма с восемью хромосомами в пятом, десятом и сотом поколениях? 2. Нормальное число хромосом в клетках человека равно 46. Скольо хромосом содержат а) сперматозоиды, б) яйцеклетки, в) полярные тельца. 3. Нередко встречаются соматические клетки, число хромосом в которых отличается от числа хромосом в большинстве других соматических клеток. У человека, например, некоторые клетки печени содержат по 92 хромосомы. Как возникают такие клетки? 4. В потомстве каких организмов следует ожидать большего генетического разнообразия: размножающихся вегетативным или половым путем? Почему? 5. Предположим, что клетки некоторого организма содержат по три пары хромосом и каждая хромосома отличается от гомологичной одним морфологическим признаком (например, наличием или отсутствием перетяжки у одного из концов хромосомы). Сколько различных типов гамет по этому признаку может быть у такого организма? Занятие 2 Изучение кариотипа животных Цель: Ознакомиться с цитогенетическими методами исследования. Изучить методику и приемы работы с хромосомными препаратами животных с одновременным обсуждением некоторых принципов кариотипического анализа. Методические указания. Цитогенетика изучает особенности воспроизведения, рекомбинации, изменения и функционирования генетически значимых структур клетки, их распределение в митозе, мейозе и при оплодотворении в зависимости от их числа и генетического строения. С помощью цитогенетических исследований обоснованы представления о материальных основах наследственности и изменчивости - структуре ядра (хромосомы) и цитоплазмы (плазмиды, митохондрии, кинетосомы), несущих в своей ДНК гены, контролирующие признаки организма. При изучении всех этих структур клетки применяют различные методы цитологии (цитохимия, цитофотометрия, авторадиография, электронная микроскопия), биохимии (денатурация и ренатурация ДНК, гибридизация ДНК-ДНК и ДНК-РНК, определение последовательностей нуклеотидов в ДНК и РНК, последовательностей аминокислот в белках), биофизики (центрифугирование в градиенте плотности, электрофорез,), иммунологии и других биологических наук. 17 Хромосомы в клетке выполняют следующие функции: 1. Информационная, заключающаяся в хранении генетической информации; 2. Транскрипционная, характеризующаяся считыванием содержащейся в них информации; 3. Структурно-организационная, обеспечение точного воспроизведения репликации ДНК, характеризующаяся идентичностью дочерних хромосом, расходящихся при делении клеточного ядра; 4. Сегрегационная- образование при мейозе различных вариантов хромосом, различающихся по структуре; 5. Рекомбинационная обеспечение комбинативной изменчивости клетки и организма в целом. Вид сверху Вид сбоку Вид сбоку Рис. 7 Микрофотографии хромосом В зависимости от биологической сущности различают два типа хромосом : 1. Аутосомы - хромосомы, одинаковые у обоих полов ; 2. Половые хромосомы, определяющие пол. Каждая хромосома имеет индивидуальное строение, но вместе с тем, они имеют общие морфологические признаки. Хромосомы состоят из двух нитей - хроматид, соединенных центромерой (первичной перетяжкой). Концевые участки хроматид называют теломерами. Расстояние от центромеры до теломеры составляет плечо хромосомы. Следовательно, каждая хромосома имеет два плеча. В зависимости от соотношения плеч различают три типа хромосом 18 Рис. 8 Первая, пятая и тринадцатая хромосомы человека представляют на этом рисунке соответственно метацентрический, акроцентрический и телоцентрический типы хромосом 1. Метацентрические - положение центромеры в таких хромосомах почти срединное, поэтому они имеют плечи равной длины; 2. Акроцентрические - положение центромеры субтерминальное, одно плечо настолько мало, что визуально не прослеживается. 3. Телоцентрические - Участок плеча, расположенный ближе к центромере называется проксимальным, а отдаленный - дистальным. Хромосома представляет собой сложное надмолекулярное образование. В ее состав входят: нуклеиновые кислоты-ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), РНК (рибонуклеиновая кислота); белки гистоны (в соматических клетках), протамины (в половых клетках); липиды; катионы двухвалентных металлов. Генетическая информация закодирована в молекуле ДНК. Молекулы ДНК в хромосомах эукариот очень велики. Длина молекул ДНК, выделенных из клеток дрозофилы достигает 1,2 см. Принято считать, что каждая эукариотическая хромосома содержит одну единственную непрерывную молекулу ДНК. Упаковка таких огромных молекул в ядрах клеток является единственной функцией белков гистонов, характерных именно для эукариотических клеток. Молекулы ДНК могут существовать в клетках только в конденсированном (высокоупорядоченном) состоянии. В зависимости от молекулярной структуры в диплоидных клетках различают два типа хромосом: гомологичные - хромосомы сходные и негомологичные - хромосомы из разных пар, различающиеся по молекулярной структуре. Хромосомный набор - это генетический паспорт вида. Характерные для вида особенности набора хромосом называют кариомом. Кариом вида обладает следующими основными характеристиками: 19 1. содержит постоянное число хромосом; 2. индивидуализирован по размерам и формам хромосом. Кариом, как цитогенетический паспорт вида может быть детально характеризован с описанием индивидуальных особенностей каждого типа хромосом. У отдельных особей вида кариом реализуется как определенный кариотип. Возможность изменчивости в пределах кариома реализуется в виде многочисленных разнообразных кариотипов. Совокупность хромосом организма, характеризующаяся их числом, величиной и формой называют кариотипом. По определению С.Г. Навашина кариотип – это своеобразная формула вида. В кариотипе заложена генетическая информация особи, изменения которой влекут за собой изменения признаков и функций организма данной особи или её потомства. Поэтому так важно знать особенности нормального строения хромосом , чтобы при возможности суметь выявить изменения в кариотипе. Для анализа хромосом важное значение имеет микрофотографирование, которое позволяет детально изучить морфологию, подсчитать число хромосом в метафазной пластинке, измерить каждую из них. После визуальной оценки, измерений, хромосомы можно вырезать и разложить по парам гомологов (идиограмма) в порядке убывающей величины. Таблица 5 - Кариотип (диплоидный набор хромосом) некоторых видов животных и человека Вид Человек - Homo sapions Шимпанзе - Pan troglodytes Лошадь - Equus cabalus Осел - E.asinus Домашняя свинья - Sus scrofa Дикий кабан - Sus scrofa Домашняя овца - Ovis anies Крупный рогатый скот - Bos taurus Домашняя коза - Carpa hircus Кошка - Felis catus Собака - Canis familiaris Кролик - Oru ctolagus cuniculus Норка - Mustella visen Куры домашние - Gallus domesticus Индюк - Mtlleagris gallopavo Голубь - Columba livia Утка-кряква - Anus platyrhincha Окунь - Perca fluviatitis 20 2п 46 48 64 62 38 36 54 60 60 38 78 44 30 78 82 80 80 48 У эукариот в ядрах половых клеток содержится одинарный (гаплоидный - n), а в ядрах соматических клеток - двойной (диплоидный - 2n) набор хромосом (таблица 5). Кариотипирование и составление кариограммы 2.2. Экспериментальное исследование хромосом всегда связано с приготовлением препаратов, микроскопией и проведением соответствующих измерений. Хромосомные препараты получают в метофазе митоза или мейоза. Для микроскопии препараты хромосом должны иметь высокое качество, т.е. хромосомы должны располагаться в одной плоскости достаточно свободно одна от другой, быть контрастными и иметь четкие контуры. Для установления числа хромосом на микрофотографиях иглой прокалывают центромеры хромосом, затем лицевую сторону направляют к свету и на обратной стороне карандашом отмечают центромерные участки каждой хромосомы в виде круга. Затем подсчитывают число проколов и, таким образом,пределяют набор хромосом кариотипа. После чего выявляют особенности хромосомного набора (является ли хромосомный набор постоянным в разных клетках одного индивидума и у разных индивидов; имеются ли непостоянные - сверхчисленные хромосомы в наборе, число которых может варьировать; имеются ли гетероморфные половые хромосомы; какой пол является гетерогаметным). Для характеристики хромосомы вычисляют три специальных параметра, дающих представление о размере и форме хромосомы: 1. Центромерный индекс (Iс) определяют как выраженное в процентах отношение длины более короткого из двух плечей хромосомы к длине всей хромосомы: Ic Длина Длина короткого плеча х целой хромосомы 100 2. Плечевой индекс (Iр) определяют как отношение размера более длинного плеча хромосомы к размеру более короткого. Исходя из определения, это отношение всегда больше 1: Ip Длина длинног о плеча х100 Длина коротког оплеча 3. Относительную длину (ОД) определяют как выраженное в процентах отношение абсолютной длины данной хромосомы к общей длине всех хромосом в гаплоидном наборе (включая данную): ОД Абсолютная длина хромосомы Общая длина всех хромосом в гаплоидном наборе 21 х 100 Таким образом, центромерный индекс содержит информацию о размере хромосомы по отношению к другим хромосомам в данном кариотипе. А плечевой индекс и относительная длина характеризуют хромосому как таковую безотносительно к остальным. На завершающем этапе проводят кариотипирование, которое заключается в описании полного хромосомного набора. Для этого необходимо составить кариограмму. Кариограмма - это системное расположение парных хромосом одной клетки (рис 9). Задание 3. Пользуясь макрофотографиями хромосомных составить кариограмму и провести кариотипирование. препаратов Кариограмма составляется следующим образом: 1. Для установления числа хромосом на макрофотографиях иглой проколоть центромеры хромосом. 2. Лицевую сторону фотографии направить к свету и на обратной стороне карандашом отметить центромерные участки каждой хромосомы в виде круга. 3. Подсчитать число проколов, установить вид животного по числу хромосом в кариотипе. 4. Каждую хромосому на увеличенном фотоизображении вырезать отдельно. 5. Каждую пару хромосом расположить и наклеить в порядке убывания длины слева направо коротким плечом вверх. При этом учесть их морфологическое строение. Половые хромосомы идентифицировать от аутосом. 6. Пары гомологов нумеровать и указать конечное увеличение с помощью масштабной единицы. Таблица 6. Кариотипы некоторых видов животных Виды Аутосомы Половые животных 2п хромосомы М СМ А Крупный 60 58 А А рогатый скот Овца домашняя 54 6 46 Т Т Лошадь 64 6 20 36 А Т 22 Свинья домашняя Зебу Як 38 6 18 12 М М 60 60 - - 58 58 А А Т А В таблице 6 приведены данные, характеризующие набор и морфологию хромосом разных видов животных. Рисунок 9. Кариограмма и метафазная пластинка быка. При наличии размеров всех хромосом набор схематически можно представить в виде идиограммы. Для этого необходимо зарисовать (или сфотографировать) хромосомы и измерить, а затем определить их центромерный и плечевой индексы и относительные длины. При построении идиограммы каждая хромосома представлена вертикальным столбиком, длина которого пропорциональна относительной длине данной хромосомы, а положение центромеры и каких-либо других характерных морфологических особенностей точно указано. Вертикальные столбики располагают в порядке убывания их длины слева направо и всегда более коротким плечом вверх. Нельзя строить идиограмму на основе данных, полученных при изучении одного препарата. Она строится после достаточно подробного изучения полного хромосомного набора, взятого от нескольких особей изучаемого вида. Из всего вышеизложенного следуют основные закономерности поведения хромосом: 1. Все хромосомы в соматических клетках эукариот представлены парами, каждую пару составляют две внешне одинаковые (гомологичные) хромосомы, одна – материнского, другая – отцовского происхождения. В половых клетках пары разъединяются во время созревания; в каждую зрелую гамету попадает одна хромосома из двух гомологичных. При 23 оплодотворении в зиготе снова восстанавливается парность хромосомного набора. 2. Для каждого вида характерно определенное, обычно постоянное число хромосом. Это число (кариотип) варьирует у разных видов в очень широких пределах. Постоянство числа хромосом обеспечивается разделением каждой хромосомы на две при делении клетки и попаданием в каждое дочернее ядро одной из этих двух тождественных половинок. Занятие 3 Молекулярные основы наследственности. генетический контроль синтеза белка 3.1 Молекулярные основы наследственности Цель: Изучение генетического материала клетки на молекулярном уровне. Раскрытие сущности генетического контроля синтеза белка Методические указания: Основным компонентом хромосомы является ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая служит организационным началом всей жизнедеятельности клетки (рис 10). Все другие компоненты хромосомы (основные белки - гистоны, хромосомные РНК, 2-х валентные катионы) занимают подчиненное положение. Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) - это полимерные макромолекулы, участвующие в хранении генетической информации. Основной структурной единицей нуклеиновых кислот является нуклеотид, который состоит из трех частей: моносахарида, азотистого основания и одной или несколькихфосфат ных групп: ДНК = 2-дезоксирибоза + азотис Рисунок 10 Участок тое основание + фосфорная кислота. двойной цепи ДНК. Азотистые основания делят на пурины - аденин - А, гуанин - G, и пиримидины - цитозин - С, тимин - Т. 24 Моносахарид в комплексе с азотистым основанием образует нуклеозид. Порядок следования оснований в молекуле ДНК называют первичной структурой. Интактная молекула ДНК в зависимости от видовой принадлежности содержит от нескольких тысяч до многих миллионов нуклеотидов. Рис. 11 Схема строения молекулы ДНК и её репликация по Уотсону и Крику ДНК состоит из двух полинуклеотидов, которые соединены друг с другом водородными связями. Направление цепей антипараллельны, т.е. взаимопротивоположны (рис.10). Между аденином и тимином двойная, а между гуанином и цитозином тройная водородная связь. При этом, количество аденина в молекуле ДНК равно количеству тимина (А = Т), а количество гуанина равно количеству цитозина (Г = Ц) (правило Чаргаффа). Основания, способные к спариванию называются комплементарными. Таким образом, две цепи молекулы ДНК закручены вокруг одной общей оси и удерживаются друг подле друга неполярным взаимодействием между параллельно уложенными основаниями (рис.10). Основания расположены друг от друга на расстоянии 0,34 нм. На один виток приходится 10 оснований. Молекулы ДНК в хромосомах эукариот очень велики. Например, у дрозофилы длина ДНК равна 1,2 см. Упаковка их в ядрах осуществляется с помощью белков - гистонов. ДНК может существовать в клетках только в конденсированном (высокоупорядоченном) состоянии. Единицей наследственной информации является ген. С молекулярной точки зрения ген - это отрезок молекулы ДНК, которая кодирует синтез одного белка. 3.2 Генетический контроль синтеза белка. 25 Соображения о природе взаимосвязи между генами и белками были впервые высказаны в связи с изучением одного из тяжелейших заболеваний человека серповидноклеточной анемии. Люди, страдающие этим заболеванием, как правило, погибают, не достигнув зрелого возраста. При низком парциальном давлении кислорода эритроциты больных приобретают характерную серповидную форму, благодаря которой болезнь получила свое название. В 1949 году Джеймс Нил и Е. Бит независимо высказали предположение о том, что серповидноклеточность связана с мутацией определенного гена, который у больных анемией существует в гомозиготном состоянии, а у носителей отдельных симптомов серповидноклеточности – в гетерозиготном. При этом оказалось, что гемоглобин пациентов с отдельными симптомами серповидноклеточности представляет собой смесь примерно равных количеств нормального и мутантного гемоглобинов. Таким образом стало ясно, что мутация, вызывающая заболевание связана с определенными изменениями структуры молекул гемоглобина. При гомозиготности по данной мутации в организме присутствуют только измененные молекулы гемоглобина, а при гетерозиготности – как измененные, так и нормальные молекулы. В данном случае различия между нормальным и мутантным аллельными вариантами являются следствием единственной аминокислотной замены в соответствующем белке. Таким образом, стало ясно, что гены определяют аминокислотную последовательность белков. Единственные молекулы, которые синтезируются под прямым контролем генетического материала клетки - это белки (если не считать РНК). Белки могут быть структурными (кератин, коллаген) или играть функциональную роль (инсулин, фибриноген и, главное, ферменты, ответственные за регуляцию клеточного метаболизма). Именно набор содержащихся в данной клетке ферментов определяет, к какому типу клеток она будет относится. “Инструкции”, необходимые для синтеза этих ферментов и всех других белков, заключены в ДНК, которая почти вся находится в ядре. Синтез белка находится в цитоплазме и в нем участвуют рибосомы, а молекула мРНК в синтезе белка выполняет роль посредника (рис 12). 26 Рисунок 12. Схема репликации, транскрипции и трансляции генетического материала в клетке 3.3 Роль РНК в синтезе белка. Регуляция белкового синтеза по теории Жакоба и Моно. Биоситнез – процесс реализации наследственной информации в биосинтезе осуществляется при участии трех видов РНК (И-РНК информационная, Р-РНК рибосомная, Т-РНК транспортная). Все РНК синтезируются на соответствующих участках молекулы ДНК. , которая служит матрицей для этого процесса. Количество РНК в каждой клетке находится в прямой зависимости от количества вырабатываемого этой клеткой белка (рис.12). РНК имеют значительно меньшие размеры и представляют собой одинарную цепь нуклеотидов. Ф - Р | А Нуклеотиды РНК Ф - Р Ф - Р | | У Ц Урацил Ф - Р | Г РНК содержится во всех живых клетках в виде одноцепочных молекул. Она отличается от ДНК тем, что содержит в качестве пентозы рибозу (вместо дезоксирибозы), а в качестве одного из пиримидиновых оснований - урацил - У (вместо тимина). Существуют три типа РНК, участвующих в синтезе белковых молекул. Это информационная, транспортная и рибосомная РНК. Все три типа РНК синтезируются непосредственно на ДНК Ф - Р | А Ф - Р | У Ф - Р | Ц 27 Ф - Р | Г Рисунок 12 Структура рибонуклеиновой кислоты (РНК) 3.3.1 Типы РНК. Информационная, или матричная РНК (мРНК ) . Во всех живых клетках перед М-РНК стоит одна и та же задача – с помощью генетического кода перевести последовательность нуклеотидов ДНК в определенную последовательность аминокислот в белковой молекуле. Так называемый процесс транскрипции. Исследования показали, что в процессе транскрипции синтезируется про-м –РНК, предшественник зрелой м-РНК, участвующей в трансляции. Про-м-РНК имеет значительно большие размеры. В ДНК наряду с участками, кодирующими р-РНК, т-РНК и полипептиды имеются фрагменты, не содержащие генетической информации. Они получили название интронов, в отличие от кодирующих фрагментов, называемых экзонами. Интроны обнаружены на многих участках молекулы ДНК. Интроны считываются одновременно с экзонами, поэтому про-м - РНК значительно длиннее, чем зрелая м-РНК. В ядре в про-м-РНК специальными ферментами вырезаются интроны, а фрагменты экзона «сращиваются» между собой в строгом порядке. Этот процнсс называется сплайсингом, в процессе которого образуется зрелая м-РНК, содержащая только ту информацию, которая необходима для синтеза соответствующего полипептида, т.е. информативную часть структурного гена. Значение и функции интронов до сих пор ещё не совсем выяснены, но установлено, что если в ДНК считываются только участки экзонов, зрелая мРНК не образуется. М-РНК составляют 3-5% всей содержащейся в клетке РНК. Рибосомная РНК (р- РНК) Р-РНК (рибосомная) составляет 80% всей РНК клетки. Кодируется особыми генами. Находится в цитоплазме, где связана с белковыми молекулами, образуя вместе с ними клеточные органеллы – рибосомы. Транспортная РНК (т-РНК) На долю Т-РНК (транспортная) приходится примерно 15% всей клеточной РНК. Для каждой аминокислоты имеется специфическая Т-РНК и все они доставляют содержащиеся в цитоплазме аминокислоты к рибосоме. Этап биосинтеза – трансляция происходит в цитоплазме на рибосомах при участии Т-РНК. З участка Т-РНК имеют особо важное значение: 1. антикодон – состоит из 3-х нуклеотидов, определяющих место прикрепления Т-РНК к соответствующему комплементарному кодону (М-РНК) на рибосоме; 2 участок, определяющий специфичность Т-РНК, способность данной 28 молекулы прикрепляться только к определенной аминокислоте 3. Акцепторный участок к которому прикрепляется аминокислота одинаков для всех Т-РНК и состоит из трех нуклеотидов Ц-Ц-А. Присоединению аминокислот к Т-РНК предшествует ее активация ферментом аминоцил-ТРНК-синтетазой. Фермент специфичен для каждой аминокислоты. Активированная аминокислота прикрепляется к соответствующей Т-РНК и доставляется ее к рибосоме. 3.4 Регуляция белкового синтеза по теории Жакоба и Моно. Начало синтеза белка (полипептидной цепи) называется инициация, продолжение – элонгация, завершение – терминация. Белки - обширный класс органических соединений, играющих важную роль в жизнедеятельности организмов. Они входят в состав цитоплазмы, ядра и органоидов клеток. Многообразие и сложность живой материи, по сути дела, отражают многообразие и сложность самих белков. Каждый белок имеет свою уникальную функцию, которая определяется присущими ему структурой и химическими свойствами. Некоторые белки являются ферментами, т.е. катализаторами биохимических реакций в живых организмах. Каждая химическая реакция катализируется определенным ферментом. Без участия ферментов подобные реакции не происходят вовсе иои протекают слишком медленно, чтобы обеспечить саму возможность существования живых организмов. Другие белки (структурные) выполняют в организме роль строительных белков – или сами по себе (коллаген), или в комплексе с нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеины), углеводами (гликопротеины) или липидами (липопротеины). Некоторые белки (миоглобин, гемоглобин, трансферрин) связываются с функционально важными металлосодержащими органическими молекулами. Белки – это большие полимерные молекулы, построенные из мономерных аминокислотных звеньев. В состав белков входят двадцать различных видов аминокислот. Все белковые аминокислоты (за исключением пролина) характеризуются общей структурой типа. (табл.13). Ген, кодирующий синтез белка называется структурным. Механизм синтеза белка. В синтезе белка участвуют: мРНК, тРНК, рРНК, рибосомы, аминокислоты, ферменты, белковые факторы, источники энергии в виде АТФ и ГТФ, двухвалетные катионы и др. 29 Сплайсинг м - РНК Ядро ДНК – про – м – РНК – транскрипция клеточная мембрана Цитоплазма Рибосома + Т-РНК-Трансляция → полипептидная цепь - белок Рис.13 - Схема этапов белкового синтеза Транскрипция - это механизм, с помощью которого последовательность оснований в одном из цистронов цепи ДНК “переписывается” в комплементарную ей последовательность оснований мРНК (табл.14). Как полагают, в области этого цистрона гистоны, связанные двойной спиралью ДНК, отделяются, обнажая полинуклеотидную последовательность молекулы ДНК. Таблица 7 - Аминокислоты, входящие в состав белков, и их условные обозначения Аланин Аргинин Аспарагин Аспарагиновая кислота Валин Гистидин Глицин Глутамин Глутаминовая кислота Изолейцин АЛА АРГ АСН АСП ВАЛ ГИС ГЛИ ГЛН ГЛУ ИЛЕ Лейцин Лизин Метионин Пролин Серин Тирозин Треонин Триптофан Фенилаланин Цистеин ЛЕЙ ЛИЗ МЕТ ПРО СЕР ТИР ТРЕ ТРИ ФЕН ЦИС Таблица 8 - Комплементарность между основаниями ДНК и РНК Основание Аденин Гуанин Тимин Цитозин ДНК А Г Т Ц Основания урацил цитозин адение гуанин РНК У Ц А Г Матричный синтез может быть представлен следующим образом: двойная цепь молекулы ДНК в области определенного структурного гена 30 расходится, образуя две одинаковые цепи. Одна из них становится матрицей для синтеза мРНК. Вторая в этом процессе не участвует. По мере расхождения матричная цепь ДНК присоединяет комплементарные рибонуклеотиды. Принцип комплементарности обусловливает строго определенную последовательность нуклеотидов в синтезируемой молекуле мРНК, которая, отделяясь от матрицы, поступает из ядра в цитоплазму. Ниже представлена модель синтеза мРНК на матричной цепи ДНК: Нуклеотиды матричной цепи ДНК ...Ф - Д - Ф - Д - Ф - Д - Ф - Д ... ! ! ! ! Г Ц T А . . . . . . . . Нуклеотиды мРНК Ц Г А У ! ! ! ! ...Ф - Д - Ф - Д - Ф - Д - Ф - Д - Ф... Генетический код Последовательность расположения азотистых оснований в молекуле ДНК, которая определяет расположение аминокислот в синтезируемом белке называют генетическим кодом ( табл.15). Свойства генетического кода: 1. Универсальность. Генетический код един для всех организмов. 2. Триплетность. Местоположение каждой аминокислоты кодируется сочетанием строго определенных трех нуклеотидов в м-РНК, образующих один специфический кодон. 3.Вырожденность. Одна аминокислота может кодироваться несколькими (от 1 до 6) кодонами. Только 2 аминокислоты кодируются одним триплетом метионин (АУГ), триптофан (УГГ) 4. Неперекрываемость. Нуклеотидная последовательность считывается подряд в одном направлении. 5. Кодон АУГ, находящийся в начале м-РНК является инциатором синтеза полипептидной цепи. Если данный кодон находится в середине м-РНК, то он кодирует аминокислоту метионин 6. Кодоны УАГ «амбер», УАА «охра», УГА «опал» являются терминаторами (стоп-сигналами) синтеза. Когда считывание генетической информации в мРНК доходит до одного из этих кодонов, дальнейший синтез прекращается и полипептиная цепь отделяется от рибосомы. 31 3.6 Трансляция генетического кода Трансляцией называют механизм, с помощью которого последовательность триплетов оснований в молекулах мРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот полипептидной цепи. Этот процесс происходит на рибосомах. Таблица 9- Генетический код Первое основание кодона У Ц A Г Второе основание кодона У УУУ фен УУЦ фен УУА лей УУГ лей ЦУУ лей ЦУЦ лей ЦУА лей ЦУГ лей AУУ иле AУЦ иле AУA иле AУГ иле ГУУ вал ГУЦ вал ГУA вал ГУГ вал Ц УГУ сер УЦЦ сер УГА сер УЦГ сер ЦЦУ про ЦЦЦ про ЦЦА про ЦЦГ про AЦУ тре AЦЦ тре AЦA тре AЦГ тре ГЦУ ала ГЦЦ ала ГЦA ала ГЦГ ала A УАУ тир УАЦ тир УААстоп УАГстоп ЦАУ гис ЦАЦ гис ЦАА глн ЦАГ глн AAУ асн AAЦ асн AAA лиз AAГ лиз ГАУ асп ГАЦ асп ГAA глу ГАГ глу Г УГУ цис УГС цис УГAстоп УГГ трп ЦГУ арг ЦГЦ арг ЦГА арг ЦГГ арг AГУ сер AГЦ сер AГA арг AГГ арг ГГУ гли ГГЦ гли ГГA гли ГГГ гли Третье основание кодона У Ц A Г У Ц A Г У Ц A Г У Ц A Г Рибосома состоит примерно из 50 белков и 3-5 молекул разной молекулярной массы рРНК. Размер рибосом обозначают в единицах сведберга (S), которая отражает скорость их осаждения при центрифугировании. Рибосомы всегда состоят из 2-х субъединиц (80 S ): малой (30 S ) и большой (50 S). В процессе трансляции выделяют три стадии: Трансляция начинается со стартового кодона АУГ, к которому присоединяется т-РНК своим антикодоном. 32 1.Инициация (начало синтеза полипепетидной цепи) – это процесс образования комплекса, включающего рибосому весом 80 S , одну молекулу м-РНK и инициаторную т-РНК с аминокислотой - метионин. 2.Элонгация (рост полипептидной цепи) – процесс удлинения синтезируемой полипептидной цепи. В рибосомах имеются аминоацильный и пептидильный центры. Первая аминокислота (метионин) после подсоединения большой субъединицы попадает в аминоциальный центр, затем она перемещается в пептидильный центр, а ее место в аминоацильном центре занимает новая аминоацил - тРНК, соответствующая следующему кодону м-РНК. Каждая из 20 аминокислот имеет свою аминоацил – т-РНК - синтетазу. Далее под действием фермента пептидил – трансферазы между ними образуется пептидная связь. Транслокация осуществляется за счет перемещения рибосомы по мРНК с 5I к 3I -концу с помощью фермента транслоказы и белкового фактора элонгации. Скорость элонгации за 1 сек при 37 оС у прокариот - 15 аминокислот, эукариот - 5 аминокислот. 3.Терминация (окончание синтеза полипептидной цепи) - завершается синтез белка на стоп- кодоне. На этом этапе полипептидная цепь, первичная структура которой была детерминирована цистроном ДНК, покидает рибосому, и трансляция завершена. Перечислим главные этапы процесса трансляции: 1. присоединение мРНК к рибосоме; 2. активация аминокислоты и ее присоединение к тРНК; 3. инициация (начало синтеза) полипептидной цепи; 4. элонгация (удлинение )цепи; 5. терминация (окончание синтеза) цепи; 6. дальнейшее использование мРНК ( или ее разрушение). Ниже представлена модель участка молекулы мРНК, состоящая из трех триплетов (9 оснований), кодирующих участок полипептидной цепи, состоящей из трех аминокислот: мРНК ---------------------------------! ! ! ! ! ! ! ! ! УУУ ЦУA AЦЦ Белок … фен …… лей ….. тре …. Передача информации от гена к белку отражается приведенной ниже моделью: 33 Ген (ДНК) _______________________ ! ! ! ! ! ! Ц A T Г T Ц Г T A Ц A Г ! ! ! ! ! ! ______________________ мРНК Белок _______________________ ! ! ! ! ! ! Ц A У Г У Ц … гис … … вал … Передача информации от гена не заканчивается синтезом полипептидной цепи. Синтезированный белок может обладать ферментативной активностью. В таком случае он катализирует определенную биохимическую реакцию, которая в его отсутствии не происходит. Биохимические реакции лежат в основе развития наследственных признаков организма. В итоге каждый ген через ряд ступеней определяет развитие того или иного признака. Процесс происходит по схеме: Ген (ДНК) – про-м-РНК - мРНК - белок (фермент) - биохимическая реакция признак. Решение типовой задачи 1: Составить модель транскрипции и трансляции, если полинуклеотидная цепь ДНК, комплементарная матричной цепи ДНК, содержит следующую последовательность азотистых оснований. ____________________________________ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Т Т Т А Г Ц Ц A А Ц Ц Для решения этой задачи необходимо вначале достроить матричную цепь. Затем составляют модель транскрипции по принципу комплементарности. Необходимо уяснить, что цепь, данная по условию задачи при решении записывается снизу и используется в дальнейшем при переносе информации на мРНК Таким образом, одна из двух цепей, по условию задания называется “смысловой”. Перенос информации с мРНК на белок осуществляется с помощью генетического кода (табл.9). Общая модель будет выглядеть следующим образом: 34 Ген (ДНК) __________________________________ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Т Т T A Г Г Ц Ц A A Ц А A A T Ц Ц Г Г T T Г ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! __________________________________ Транскрипция м-РНК ___________________________________ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! У У У A Г Г Ц Ц A A Ц Трансляция Белок фен - арг - про Геном прокариот Ядерные структуры бактерий представляют собой палочковидные образования, располагающиеся в клетке поперечно её оси. Для них характерно непостоянство формы: сферическая, палочковидная, подковообразная, зернистая. По своей организации ядро бактериальных клеток отличается от клеточных ядер других организмов следующим: 1.Бактериальное ядро не имеет оболочки 2.Ядро бактериальной клетки, в частности E. Coli К-12, представлено одной хромосомой, имеющей характер замкнутой линейной структуры (кольца) и соответствующей одной группе сцепления генов. 3.Бактериальное ядро представляет собой упрощенную структуру в виде длинной замкнутой двухтяжевой спирали (кольцевидной молекулы) ДНК. Занятие 5 Генетический материал вирусов и профагов Методическине указания. Генетический материал вирусов представлен ДНК или РНК, заключенной в белковую оболочку. Мельчайшие частицы, которые могут считаться живыми – это вирусы. Вирусы были открыты в конце ХIХ века. Являются облигатными паразитами животных, растений или микроорганизмов, т.е. они не могут размножаться самостоятельно. Попав в клетку хозяина, они перестраивают её обмен таким образом, что клетка начинает синтезировать новые необходимые вирусу вещества. Вирусы различаются по структуре, форме и размерам. 35 В 1935 году Венделл Стенли обнаружил, что в состав вирусов входят нуклеиновые кислоты и белки, т.е. те же соединения, из которых в основном состоят хромосомы высших организмов. Некоторые вирусы (главным образом растительные) содержат рибонуклеиновую кислоту (РНК), остальные (в том числе многие вирусы животных и бактерий) – дезоксирибонуклеиновую кислоту. Вирусы могут иметь форму шара, палочки или состоять из «головы» и «хвоста». Вирусы, вызывающие ящур – это шарики диаметром около 10 нм (1 нм = 10-6мм). Вирус табачной мозаики имеет форму палочки диаметром около 15 нм и длиной 300 нм. Прокариоты: бактерии и сине-зеленые водоросли. Простейшие клеточные организмы – это прокариоты (буквально «предъядерные»). К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Бактерии могут иметь сферическую форму, форму палочек или спиралей. Клеточная мембрана бактерий окружена прочной клеточной стенкой. Их наследственное вещество заключено в единственной хромосоме, однако ядерной мембраны, отделяющей хромосому от остальной клетки, у бактерий нет (почему они и названы прокариотами). У бактерий нет также митохондрий и некоторых других органелл, характерных для цитоплазмы высших (эукариотических клеток). У сине-зеленых водорослей также, как и у бактерий, есть клеточная стенка, однако ядерная мембрана и некоторые цитоплазматические органеллы отсутствуют. В отличие от бактерий сине-зелёные водоросли, как правило, образуют грозди или нити, состоящие из множества клеток. Бактерии и сине-зеленые водоросли обычно размножаются простым делением клетки, которое происходит после дупликации (удвоения) хромосом. Трансмиссивные плазмиды являются внехромосомными генетическими детерминантами бактерий. К ним относятся факторы F, R, Col. Фактор F – трансмиссивная плазмида обеспечивает бактериальные клетки механизмом, который позволяет им вступать в конъюгацию с другими бактериальными клетками и действовать в качестве доноров генетического материала. Исходя из размеров фактора F можно предполагать, что он несет около 100 генов, которые могут кодировать 40-60 различных белков. Факторы Col. Генетический материал трансмиссивных плазмид представляет собой ДНК, причем той же плотности, что и ДНК бактериальной хромосомы. Факторы переноса лекарственной устойчивости. Наиболее известен фактор R, который переносит способность резистентности бактерий к антибиотикам и другим лекарственным веществам 36 Трансформация у бактерий и вирусов Трансформация – это передача вирулентности от одного штамма бактерий другому. Ответственным веществом за трансформацию является ДНК. Трансформация установлена у ряда бактерий и вирусов. Трансформация наблюдается при заражении клеток бактерий одновременно двумя штаммами, различающимися своими наследственными особенностями. В процессе трансформации бактерий участвуют две бактериальные клетки – донор и реципиент, но они не соприкасаются друг с другом, а клетки донора выделяют в среду молекулы или фрагменты молекула ДНК, адсорбирующиеся сначала на оболочке клетки-реципиента, а затем проникающие в неё. Успех трансформации зависит от строения трансформирующей ДНК. продолжительности контакта трансформирующей ДНК с клетками реципиента. После проникновения трансформирующего фактора в клетку реципиента происходит проникновение только одной цепи ДНК донора. Заняв определенный участок в ДНК реципиента, трансформирующий агент изменяет особенности клетки, выполняя функции наследственного фактора, т.е. входит в состав генотипа трансформированной клетки. Трансформация зависит от состояния бактерии-реципиента и наблюдается лишь в определенной фазе её развития. Такое оптимальное для трансформации состояние клеток называется компетентным На трансформацию оказывают влияние и факторы среды, оказывая физическое и биологическое действие. Трансформация происходит не часто – примерно 1 на 1000 клеток, а межвидовая – ещё реже (1 на 3-10 млн. клеток). У вирусов трансформация является единственным путем обмена генетическим материалом между разными штаммами. Трансдукция у бактерий. Явление переноса наследственного материала от одной бактериальной клетки к другой с помощью фага получило название трансдукции. Особенность трансдукции заключается в том, что трансдуцированные бактерии приобретают только те свойства, которые были у донора. Трансдукция происходит и в том случае, когда в качестве реципиента используются бактерии, иммунные к трансдуцирующему фагу. Для трансдукции необходима адсорбция частицы фага на бактерииреципиенте и проникновение внутрь неё содержимого головки фага – ДНК фага и других частиц. Для осуществления трансдукции необходимо присутствие бактерии-донора, бактерии-реципиента и умеренного фага. Генетический материал эукариот. У эукариот генетический материал сосредоточен в хромосомах. Ядерная ДНК имеет линейное строение. Характеризуется непрерывностью в хромосомах, между генами нет 37 интервалов. Вторичная структура ДНК высших организмов не отличается от структуры ДНК бактерий. Для геномов высших организмов характерны многократно повторяющиеся последовательности ДНК. Основу хромосомы составляет двухцепочная спираль ДНК. У многих эукариотических организмов, начиная от грибов и кончая человеком, ДНК обнаружена, помимо хромосом и в митохондриях. У водорослей и высших растений ДНК обнаружена и в хлоропластах. Как из митохондрий, так и из пластид она может быть выделена в виде кольцевых двухтяжевых молекул. У некоторых организмов ДНК митохондрий и хлоропластов детерминирует цитоплазматическую наследственность. Предполагается, что митохондриальная ДНК детерминирует рибонуклеиновые компоненты в белоксинтезирующей системе. Кроме того известно, что эта ДНК кодирует синтез некоторых белков, содержащихся в мембранах митохондрий. Коньюгация. Работами Ф.Жакоба, Э.Вольмана, и У. Хейса было установлено явление коньюгации. При которой бактериисближались, клеточна оболочка в точке их соприкосновении\ растворялась, и между ними образовывался цитоплазматический мостик, по которому хромосома одного штамма переходила в другой. Далее оказалось, что коньюгация при совместном посеве штаммов происходит не всегда, и внутри одного и тогог же штамма никогда не наблюдается. Переход же при коньюгации хромосомы от одной бактерии кдругой происходит всегда от клеток одного определенного штамма к другому, обратного процесса не наблюдается. Задание 1 Дать понятие следующим терминам: Нуклеотид, нуклеозид, первичная структура гена, комплементарность, генетический код, транскрипция, трансляция, кодон, антикодон, Задание 2 1. Нуклеотиды РНК состоят из трех компонентов: остатков фосфорной кислоты (Ф), моносахарида- рибозы (Р) и одного из четырех азотистых оснований: аденина (А) , гуанина (Г), цитозина (Ц), урацила (У). Составить возможную схему нуклеотидов на примере аденинового основания: Ф- Р ! А Адениновый 2. Зная, что молекула РНК состоит из четырех вышеперечисленных нуклеотидов, соединенных последовательно, составить модель структуры РНК. 38 3. Нуклеотиды ДНК состоят из остатка фосфорной кислоты (Ф), сахарадезоксирибозы (Д) и одного из четырех азотистых оснований: пуриновыхаденина (А), гуанина (Г) и пиримидиновых- тимина (Т), цитозина (Ц). Составить схему гуанинового, тиминового и цитозинового нуклеотидов на примере аденинового. Ф-Д ! А Адениновый 4. Зная, что молекула ДНК состоит из двух связанных между собой полинуклеотидных цепей, скрученных в виде спирали и соединенных между собой по принципу комплементарности, причем комплементарным основанием для тимина (Т) служит аденин (А), для гуанина (Г)-цитозин (Ц) и, наоборот, составить модель структуры ДНК. Ф-Д-Ф-Д-Ф-Д-Ф-Д-Ф-Д ! ! ! ! ! А Г Ц Т Г Т ! Ф- Д5. Виды РНК и выполняемая ими функция м-РНК, т-РНК, р-РНК 6. Какие типы переноса информации наблюдают в клетках эукариот? Зарисуйте схемы с их характеристикой. 7. Дать определение генетическому коду. 8. Перечислить свойства генетического кода с их характеристикой. 9. Зарисовать схему синтеза белка и дать объяснение всем происходящим процессам. 10.Используя данные о комплементарности азотистых оснований при синтезе м-РНК на ДНК-матрице составьте модели транскрипции и трансляции наследственной информации от гена к белку при указанных ниже последовательностях азотистых оснований в матричной цепи молекулы ДНК. а) АААЦЦЦТТТГГГ 39 б) ГГАТЦАТАГГЦА в) ТГЦТАЦАЦАГГА 11. Кодоны информационной РНК следующие: ЦУЦ ГУА ЦАУ УГА АТУ. Какова последовательность структурных генов? Какова последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка? 12.Цепочка аминокислот белка рибонуклеазы имеет следующее строение: … Лизин- глутамин- треонин- аланин- аланин- аланин- лизин… Какова последовательность азотистых оснований гена, соответствующего этому белку? 13. Какой последовательностью азотистых оснований ДНК кодируется участок белка, если он имеет следующее строение: пролин-аргинин-пролинлейцин-валин-аргинин ? Занятие 6. Моделирование генетической информации при мутации гена Мутации возникают в люблм периоде жизни организма, начиная от гаметы и зиготы и кончая старостью. Они появляются как в соматических, так и в половых клетках. Мутации возникают естественно как в природе, так и в лабораторных условиях и у домашних животных и растений; их называют спонтанными. Мутации могут быть вызваны и искусственным воздействием физических или химических факторов - индуцированные. Точковые, или генные мутации связаны с изменением структуры ДНК на участке её молекулы, соответствующем определенному гену. При этом происходиьт изменение синтузируемого в клетке белка путем замены внем аминокислот. Точковые мутации возникают в результате выпадения или добавления отдельных неклеотидов в соответствующем участке молекулы ДНК или замены одного нуклеотида другим. В первом случае происходит изменение «считывания» наследственной информации при синтезе м-РНК, так как состав кодонов в молекуле ДНК, начиная с пункта, где произошла утрата или вставка нуклеотида в молекуле ДНК изменяется Приведена модель структурного гена с регулярным чередованием трех азотистых оснований (CAG) и показана информация, которую несет этот ген (по Ф. Крику): Структурный Г T Ц Г T Ц Г T Ц Г T Ц ген Ц A Г Ц A Г Ц A Г Ц A Г _______________________________ м-РНК Г У Ц Г У Ц Г У Ц Г У Ц 40 Белок вал - вал - вал - вал... При мутации типа замены одного из нуклеотидов происходит изменение генетической информации, затрагивающее лишь один из аминокислотных остатков в молекуле белка. На приводимой ниже схеме показано изменение в первичной структуре белка, вызванной мутацией замены основания в четвертом нуклеотиде гена. Если белок, синтезируемый нормальным геном, является ферментом, то мутации такого рода в одних случаях не изменяют, а в других - снижают активность фермента. Структурный ген с мутацией типа замены Г T Ц A T Ц Г T Ц Г T Ц Г T Ц _________________________________________ _________________________________________ Ц A Г T A Г Ц A Г Ц A Г Ц A Г м - РНК ___________________________________________ Г У Ц A У Ц Г У Ц Г У Ц Г У Ц Белок вал - иле- вал- вал- вал... Мутации типа выпадения (минус-мутации) и типа добавления (плюсмутациии) вызывают сдвиг в считывании триплетов. В результате этого первичная структура кодируемого геном белка испытывает изменения во всех звеньях полипептидной цепи после мутантного сайта. Такие изменения приводят к полной инактивации ферментов. Модель гена с мутацией типа выпадения нуклеотида представлена ниже. Структурный ген с минусмутацией м РНК Белок Г T T Ц Г T Ц Г T Ц ________________________ ________________________ Ц A A Г Ц A Г Ц A Г __________________________ Г У У Ц Г У Ц Г У Ц вал - арг- арг - 41 - Решение типовой задачи 2 Молекула ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов на матричной цепи: TAЦЦATAAГГЦЦAГA. В результате действия мутагенного фактора произошло включение одного нуклеотида “Ц” между вторым и третьим нуклеотидами. Как изменится последовательность аминокислот в полипептидной цепи? Для ответа на этот вопрос вначале мы покажем синтез “нормального”, а затем “мутантного” генов: “Нормальный” ген “Мутантный” ген __ ATГГГ ATTЦЦГГTЦT ATГГTATTЦЦГГTЦT ДНК TAЦЦATAAГГЦЦAГA TAЦЦЦATAAГГЦЦAГA Транскрипция РНК AУГГГУAУУЦЦГГУЦУ AУГГУАУУЦЦГГУЦУ Трансляция Белок мет - вал - фен - арг - сер мет - гли - иле - вал Как видим, существенно меняется последовательность аминокислот в полипептидной цепи при мутации гена. Задание 1. Ответить на следующие контрольные вопросы: 1. 1.Сколько встречается пар оснований в двойной спирали ДНК? 2. 2.Сущность комплементарности азотистых оснований в цепи ДНК? 3. Каково биологическое значение ДНК? 4. В чем заключается различие молекул ДНК и РНК? 5. Чем отличается нуклеотид от нуклеозида ? 6. Можно ли между понятиями «кодон» и «триплет» ставить знак равенства? 7. Покажите, как изменится первоначальное расположение генов АВСДЕ при делеции, дефишенси, дупликации, транслокации, инверсии, 8. Дать объяснение следующим терминам: Репликация, репарация, мутация, делеция, дупликация, инверсия, транслокация, анеуплоидия, полиплоидия. 42 Задание 2. Участки "нормальных" генов, приведенные ниже в виде последовательности азотистых оснований, имеют в матричной полинуклеотидной цепи следующее строение: а) АТАГГАТГГАЦЦЦЦАТ б) ГАТТЦГГАГГТГАГЦТА в) ЦГГАЦГАААТГГЦЦТА При мутации гена в пятом нуклеотиде произошла замена основания Г на А. Изобразите первичную структуру участка белковой молекулы, контролируемой "нормальным" и "мутантным" геном. Какое число аминокислотных остатков изменилось при мутации типа замены одного нуклеотида? Задание 3. При мутации, приведенных выше «нормальных» генов, произошло добавление нуклеотида с основанием Г после третьего нуклеотида. Изобразите первичную структуру участка белковых молекул, контролируемых «нормальным» и "мутантным" генами. Из какого числа аминокислотных остатков будет состоять молекула, контролируемая первым из трех моделируемых "мутантных" генов? Задание 4. При мутации, приведенных выше «нормальных» генов, произошло добавление нуклеотида с основанием А после третьего нуклеотида с одновременным выпадением четвертого азотистого основания. Изобразите первичную структуру участка белковых молекул контролируемых «нормальным» и "мутантным" генами. Из какого числа аминокислотных остатков будет состоять молекула, контролируемая первым из трех моделируемых мутантных генов ? Задание 5. При повторных мутациях, приведенных выше «нормальных» генов произошло добавление нуклеотида с основанием Г после шестого нуклеотида и выпадение второго нуклеотида . Как изменится первичная структура белка контролируемого гена, претерпевшего повторную мутацию. Задание 6. При мутации приведенных “нормальных” генов произошло выпадение пятого нуклеотида. Изобразите структуру участка белковой молекулы, контролируемой мутантным геном. 43 6. ГГГГГTTTTЦЦЦ 7. ГГЦЦЦЦTAЦT 8. ГAЦTTTГГAAЦ 9. TГЦTГЦTГГГЦ 10.AЦГTTГAЦГTT 1. AAAГГГЦЦЦTTT 2. TAЦЦЦЦГГГAAA 3. TTTГГГЦЦЦAAA 4. AГTЦAГTЦЦЦГГ 5. ГГЦЦAAЦЦГГTT Задание 7 При мутации приведенных “нормальных” генов произошла замена во втором нуклеотиде основания на С. Изобразите структуру участка белковой молекулы, контролируемых мутантным геном. Какое число аминокислотных остатков изменилось в рассматриваемом участке молекулы. Изменится ли первичная структура белковой молекулы за пределами рассматриваемого участка? 1. ЦУУЦУГГУУГЦЦ 2. ГААГАГГАГЦАТ 3. УУГУЦГУАГААА 4. ЦААЦАГААГААУ 5. АГГГГУГЦААУЦ Задание 8 При мутации приведенных “нормальных” генов произошло добавление нуклеотидов с основанием Ц А после третьего нуклеотида. Изобразите участок белковой молекулы, контролируемый мутантным геном. Изменится ли первичная структура белковой молекулы за пределами рассматриваемого участка? 1. УАУЦАГААГЦГУ 2 УУУЦЦЦАААУУУ 3. УАУУЦГУУГУГА 4. ЦАГЦАУУГУУГА 5. ГГУГГУГГАГГГ II ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ ПРИ ПОЛОВОМ РАЗМНОЖЕНИИ Занятие 7 Моногибридное скрещивание. Законы Г.Менделя Цель: Изучить основные закономерности наследования одной пары аллельных генов. Ознакомиться с генетической символикой и методикой гибридологического анализа. Методические указания. Наследственность - это свойство организма воспроизводить себе подобных. Процесс передачи генетической информации от одного поколения к другому называют наследованием. Доля фенотипической изменчивости, обусловленная генетической информацией – наследуемость. 44 Единицей наследственной информации служит ген, который обусловливает развитие признака. Совокупность генов организма называется генотипом. В результате взаимодействия генотипа и среды формируется фенотип. Фенотип - это совокупность внешних признаков организма. Место расположения гена в хромосоме называют локусом. Различают два вида взаимодействия генов: аллельное и неаллельное. К аллельным относят разновидность одного и того же гена, расположенных в одних и тех же участках гомологичных хромосом и обусловливающих контрастные признаки. По отношению к аллельным генам генотип может быть гомозиготным ( АА, аа)- при одинаковом состоянии аллельных генов и гетерозиготным (Аа) - при различном состоянии аллельных генов. Аллельный ген может быть доминантным (А)- если его действие фенотипически проявляется как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состояниях, и рецессивным (а) - если аллель фенотипически проявляется только в гомозиготном состоянии. Первый научный шаг в изучении наследственности был сделан австрийским монахом Грегором Менделем, который в 1866 году опубликовал результаты своих исследований, заложивших основу современной генетики. Мендель показал, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей потомкам в виде дискретных единиц. Успехи, достигнутые Менделем частично обусловлены удачным выбором объекта для экспериментов – гороха огородного, имеющего следующие преимущества: 1. Имеется много сортов, четко различающихся по ряду признаков 2. Растения легко выращиваются 3. Репродуктивные органы полностью прикрыты лепестками так, что растения полностью самоопыляются, поэтому его сорта размножаются в чистоте 4. Возможно искусственное скрещивание сортов и оно дает вполне плодовитых гибридов. Из 34 сортов гороха Мендель отобрал 22 сорта, обладающие четко выраженными различиями по ряду признаков и использовал их в опытах по скрещиванию. Менделя интересовали семь главных признаков: высота стебля, форма семян, окраска семян, форма и окраска плодов, расположение и окраска цветов. 2. Отобрав сорта гороха, отличающиеся друг от друга по одному контрастному признаку, Мендель провел моногибридное скрещивание, (скрещивание, при котором изучается наследование одной пары аллелей (одного признака) называют моногибридным). получив гибридов 1-го и 2-го поколения 45 на основе проведенного гибридологического анализа сформулировал 1-ый и 2-ой законы наследования признаков при половом размножении: 1-ый закон Менделя - доминирование и единообразие гибридов первого поколения 2-ой закон Менделя – расщепление гибридов второго поколения, в соотношении 3:1 Для удобства обработки полученных данных Мендель предложил следующую буквенную символику: А – доминантный признак а- рецессивный признак А и а –аллельные гены (разновидность одного и того же гена, располагаются в одних и тех же участках гомологичных хромосом АА – гомозиготный доминантный генотип аа – гомозиготный рецессивный генотип, особи, получившие от родителей одинаковые гены Аа – гетрозиготный генотип, особи, получившие от родителей разные гены. Генотип – совокупность генов Фенотип – совокупность внешних признаков Р (Рarentes) – родительские формы F (Fillia) – потомство различного поколения 46 ♀ ( зеркало Венеры) - женская особь; ♂ ( щит и копье Марса) - мужская особь; х - знак скрещивания; F1- первое поколение; F2 - второе поколение и т.д. Решение типовой задачи на моногибридное скрещивание 1. За фенотипическое проявление стандартного и белого окраса меха у норок ответственна одна пара аллельных генов А – стандартный окрас и а белый окрас меха. Фенотипически стандартный окрас меха проявляется при гомозиготе - АА и гетерозиготе - Аа, а белый окрас меха - только при гомозиготе - аа. Какое потомство следует ожидать от скрещивания гомозиготной стандартной норки с норками, имеющими белый окрас меха? Определить соотношение генотипов и фенотипов в F1 и F2. Для удобства вначале составляется таблица, в которой кратко записывается условие задачи: Наследование окраса меха у норок Ген Генотип Фенотип А АА, Аа Стандартный окрас а аа Белый окрас меха Условие задачи в буквенной символике будет представлено следующим образом: Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F1 (2п) Фенотип F1 стандартный окрас белый окрас меха ♀ АА х А ♂ аа а Аа все норки со стандартным окрасом меха По условию задачи необходимо установить генотип и фенотип особей второго поколения – F2, полученных в результате скрещивания гетерозигот первого поколения между собой (F1 x F1): Фенотип F1 Генотип F1 (2п) стандартный окрас меха ♀ Аа х 47 стандартный окрас меха ♂ Аа Мейоз Гаметы (п) А а А Случайное оплодотворение Генотип F2(2п) АА Аа Аа Фенотип F2 стандартный окрас меха – 75% 3 а аа белый окрас меха25% - 1 Как видно из схемы скрещивания, яйцеклетка с доминантным геном А имеет равную возможность оплодотворения сперматозоидом, несущим как доминантный А, так и рецессивный ген а. Те же условия сохраняются при оплодотворении яйцеклетки с рецессивным геном а. Таким образом, при скрещивании гетерозиготных форм во втором поколении F2 произойдет расщепление по генотипу в соотношении: 1 гомозигота по доминанте (АА) : 2 гетерозиготы (Аа) : 1 гомозигота по рецессиве (аа), по фенотипу – соотношение 3 (стандартный окрас меха) : 1 (белый окрас меха). Отсюда следует второй закон Г.Менделя – закон расщепления : по генотипу 1:2:1 и по фенотипу 3 : 1. Такое соотношение сохраняется в случае полного доминирования и при скрещивании гетерозиготных особей между собой. Задание 1. Дать объяснение следующим понятиям: Ген, генотип, гомозиготный генотип, гетерозиготный генотип, фенотип, гаметы, аллельные гены, доминантный ген, рецессивный ген, локус. Задание 2. На примере решения типовой задачи по моногибридному скрещиванию (смотреть практикум) зарисовать схему скрещивания и дать определение I –му и II-му законам Менделя. Задание 3. Выпишите типы гамет, которые образуются у особей с: а) генотипом ВВ б) генотипом Вв в) генотипом вв 2. Сколько типов гамет образуют: а) гомозиготная особь с доминантным признаком б) гетерозиготная особь с доминантным признаком. 48 Задание 4. Мужская особь имеет генотип Nn. Какие типы сперматозоидов образуются у этой особи? Каково численное соотношение сперматозоидов разных типов, образующихся у этой особи? Какой биологический процесс лежит в основе этого соотношения? Задание 5. У норки стандартный окрас меха (А) доминирует над алеутским /голубым/ окрасом (а). Сколько типов гамет образуется у гомозиготной стандартной норки, у стандартной норки, гетерозиготной по аллелю алеутской окраски и у алеутской норки? Какое соотношение по генотипу и фенотипу ожидается при скрещивании алеутских норок между собой? Задание 6. У собак черная окраска шерсти В доминирует над коричневой в. Четыре самки были спарены с одним и тем же черным самцом. Самка № 1, коричневая, ощенилась несколькими щенками, один из которых коричневый. Самка № 2, коричневая, ощенилась черным щенком. Самка № 3, черная, ощенилась коричневым щенком. Самка № 4, черная, принесла много щенков – все коричневые. Каковы генотипы самца и всех четырех амок? Задание 7. Желтая морская свинка при скрещивании с белой всегда дает кремовое потомство. При скрещивании кремовых свинок между собой наблюдается расщепление потомства: 1 желтая : 2 кремовых : 1 белая. Каков характер наследования окраски шерсти морских свинок? Составьте схемы скрещивания в соответствии с условием задачи. Задание 8. У собак жесткая шерсть доминантна, мягкая – рецессивна. От жесткошерстных родителей получен жесткошерстный щенок. Может ли этот щенок получить от родителей ген мягкошерстности? С кем его надо скрестить, чтобы выяснить, имеет ли он в генотипе ген мягкошерстности? Составьте схемы скрещиваний. Задание 9. У кроликов шерсть нормальной длины L доминантна, короткая ген l – рецессивна У корткошерстной крольчихи родилось 5 крольчат: 3 короткошерстных и 2 с нормальной шерстью. Составьте схему скрещивания. Определите генотип и фенотип отца, генотипы матери и потомков. . Задание 10 При скрещивании коричневой норки с серой потомство коричневое. В F2 получено 50 коричневых и 17 серых. Определите какой признак доминирует; генотипы родителей и потомков; сколько гомозигот среди 50 коричневых и 17 серых ? Задание 11. У свиней белая щетина доминирует над черной. Хозяйство решило разводить только белых свиней. Поэтому всех черных передали другому хозяйству, а взамен получили белых свиней. Но при разведении в дальнейшем белых свиней часто рождались черные поросята. Как можно 49 объяснить это явление ? Что может в дальнейшем сделать селекционер, чтобы выявить “нарушителей” ? Задание 12. Определите, как наследуется у карпа наличие плавников, если при скрещивании особей, имеющих брюшные плавники с карпами, у которых они отсутствовали, в F1 все особи были с плавниками? В F2 328 имели плавники, а 98 -без плавников. Задание 13 У европейских рыбоводов голубые карпы (ген “N”) пользуются успехом благодаря почти полному отсутствию у них чешуи. Для разведения таких карпов хозяйство закупило 3000 голубых по окрасу особей. При разведении их между собой примерно 30 % особей имели не желательный лимонный окрас тела. Каким образом провести селекцию без дополнительных затрат ? Задание 14. Две черные самки мыши скрещены с коричневым самцом. Первая самка принесла в нескольких пометах 12 черных и 10 коричневых мышат, вторая же -19 черных. Какая окраска доминирует ? Определить генотипы родителей и потомков. Задание 15 Мех платиновой норки стоит намного дороже, чем мех стандартной. Как нужно провести скрещивание, чтобы от имеющейся на ферме стандартной самки и платинового самца в кратчайший срок получить максимальное количество платиновых потомков? Ген платиновой окраски рецессивен. Задание 16 У свиней сростнопалость доминирует над нормальным строением ноги (парнокопытностью). Скрещивали гетерозиготного сростнопалого хряка с гетерозиготной сростнопалой свиноматкой. Записать генотипы родителей и потомков. Как избавиться от этой аномалии ? Задание 17.Черная масть у крупного рогатого скота доминирует над красной. При скрещивании одного и того же черного быка с тремя коровами были получены следующие результаты: черная корова “Роса” родила красного теленка, красная корова “Весна” - черного теленка и черная корова “Ветка”- черного теленка. Определите генотипы родителей и полученного потомства. Задание 18 У крупного рогатого скота вырезка на ухе определяется доминантным геном - М, а аномалия вымени - рецессивным геном а. В стаде у некоторых коров имеется вырезка на ухе, а у некоторых - аномалия вымени. Как наиболее быстро очистить стадо от этих наследственных факторов ? Задание 19 Ахондроплазия (наследственная карликовость) передается как доминантный признак. В семье, где оба супруга страдают ахондроплазией, родился нормальный ребенок. Определить генотипы родителей и ребенка. Какова вероятность того, что следующий ребенок будет тоже нормальным ? 50 Задание 20 Кохинуровые норки (светлая окраска с черным крестом на спине) получаются в результате скрещивания белых норок с темными. Какое потомство получим в результате скрещивания между собой кохинуровых норок, кохинуровых с белыми, кохинуровых с темными ? Задание 21 Около 25 % пастелевых норок страдают аномалией “закидывания головы”. У таких особей голова наклонена в сторону, а при поворачивании туловища, звери теряют равновесие. Животные с каким генотипом страдают этой болезнью ? Можно ли избежать отхода ? Задание 22 У лисиц платиновая окраска определяется геном Р, а серебристо-черная - геном р. При разведении платиновых лисиц “в себе” получают две части платиновых и одну часть серебристо-черных. Иногда рождаются белые щенки, которые погибают. Каковы генотипы платиновых родителей и их потомков ? Задание 23 У каракульских овец серый цвет шерстного покрова (ген А) доминирует над черным (ген а). Ген серого окраса обладает летальным эффектом в гомозиготном состоянии. При скрещивании серых овец между собой было получено 328 ягнят, небольшая часть из которых погибло. Из оставшихся в живых какие по окрасу шерсти и сколько было получено? Каким путем нужно вести селекцию, чтобы не было отхода Задание 24 Кохинуровые норки /светлая окраска меха с черным крестом на спине/ получаются в результате скрещивания белых норок с темными. На звероферме от скрещивания кохинуровых норок получено: 74 белых, 77 темных и 152 кохинуровых . Какое потомство получится от скрещивания кохинуровых норок с белыми, темными Задание 25 У овец длинноухость неполно доминирует над безухостью. При их скрещивании рождается короткоухое потомство. Какого потомства следует ожидать от скрещивания короткоухого барана с безухой яркой ? Задание26 От скрещивания белых норок с темными в F1 получают кохинуровых норок, имеющих светлую окраску с темным крестом на спине. При спаривании кохинуровых норок между собой получили 120 щенят. Какие фенотипы и генотипы были у норок в F2 ? Задание 89. У серебристо-соболиных норок имеется серебристый окрас меха, подпушек светло-голубой. От скрещивания серебристо-соболиного самца с нормальными темными самками получили в потомстве 345 серебристо-соболиных и 325 темных норок. Величина помета составляла в среднем 5,11 щенка. При скрещивании серебристо-соболиных норок между собой было получено 19 особей родительского фенотипа и 10 темных норок при средней величине помета 3,65 щенка. Объясните результаты скрещиваний. Определите генотипы родителей и потомков. Задание 29. В хозяйстве в естественных водоемах разводят голубых израильских карпов (“С”). Данный окрас карпа обладает сильным положительным плейотропным действием: на первом году жизни эти карпы 51 растут быстрее своих сверстников, обладающие другим окрасом тела. Неожиданно в водоеме стали появляться карпы не голубого окраса. За короткий период времени в этом водоеме из 10000 разводимых карпов, голубых осталось примерно 40 %. Как объяснить это явление. Можно ли “очистить” водоем от не голубых карпов ? И если да, то каким образом. Задание 30 У нутрий ген, осветляющий окраску до белого, доминирует над бежевой (гены Т и т соответственно). Самец с белым окрасом меха был спарен с двумя самками: Самка №1 бежевая, принесла всех белых щенят. Самка №2 белая, принесла как белых так и бежевых щенят. Кто из родителей гетерозиготен ? Какое скрещивание необходимо применить чтобы определить гетерозиготного родителя ? Задание 31 У нутрий розовый окрас меха доминирует над сероватокоричневым налетом. Можно ли по потомству установить генотипы родителей, если при спаривании розовых по окрасу меха нутрий получено 7 щенков с розовым мехом и 5 - с серовато-коричневым налетом ? Занятие 7 Тема: АНАЛИЗИРУЮЩЕЕ СКРЕЩИВАНИЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕНОТИПА РОДИТЕЛЕЙ ПО ФЕНОТИПУ ПОТОМСТВА Цель: Понять генетическую сущность анализирующего скрещивания. Методические указания. Генотип особей по их фенотипу можно установить в следующих случаях: 1. Если особь имеет рецессивный признак (ген а), так как она всегда гомозиготна (аа); 2. При неполном доминировании, так как гетерозиготные особи (Аа) всегда отличаются по фенотипу от особей, гомозиготных по каждому из аллелей (АА, аа). Генотип особи по ее фенотипу невозможно отличить в случаях наследования с полным доминированием. В таких случаях генотип доминантной особи определяют по потомству. В этих целях применяют возвратное скрещивание (скрещивание гибридов F1 с одной из родительсктх форм)? А именно анализирующее скрещивание. Скрещивание особи, несущей доминантный признак с гомозиготной рецессивной формой называют. Как известно, доминантный ген проявляется по генотипу в двух формах: гомозиготной - АА и гетерозиготной - Аа: Доминантная особь рецессивная особь Р (2п) ♀ А? ♂ аа Тип гамет (п) А? а 52 Если рассматриваемая особь, несущая доминантный признак гомозиготна, то в ее потомстве все будут по фенотипу нести доминантный признак: Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F1(2п) Фенотип F1 доминантый ♀ АА х рецессивный ♂ аа А а Аа все особи с доминантным фенотипом Если же рассматриваемая особь, несущая доминантный признак гетерозиготна, то в ее потомтсве будет расщепление по фенотипу 50 % на 50 % ( 1 : 1 ): Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F1(2п) Фенотип F1 доминантный ♀ Аа А х а рецессивный ♂ аа а Аа 50 % доминантных особей аа 50 % рецессивных особей Как видим из схем, генетическая сущность анализирующего скрещивания заключается в определении генотипа по доминантной форме. С помощью анализирующего скрещивания Г. Мендель сформулировал правило “чистоты” гамет, суть которого заключается в следующем: у гетерозиготной особи наследственные задатки не смешиваются друг с другом, а передаются в половые клетки в “чистом” (неизменном) виде. Решение типовой задачи: Белая масть тонкорунных овец (ген -А) доминирует над черной (ген - а) мастью. Подозревается, что среди тонкорунных баранов имеются особи, гетерозиготные по масти. Можно ли проверить это, если имеется несколько черных маток? Для этого необходимо использовать анализирующее скрещивание, т.е. белых баранов скрестить с несколькими черными матками: 53 Наследование масти шерсти у овец Ген Генотип Фенотип А АА, Аа белая шерсть А аа черная шерсть белая шерсть черная шерсть Р ♂ А? х ♀ аа Условие задачи в буквенной символике будет представлено следующим образом: если баран гомозиготен по доминантному генотипу - АА Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворени е Генотип F (2п) Фенотип F белая шерсть ♂ АА х А черная шерсть ♀ аа а Аа все ягнята в его потомстве будут иметь белую шерсть если баран гетерозиготен – Аа Фенотип Р белая шерсть черная шерсть Генотип Р (2п) ♂ Аа х ♀ аа Мейоз Гаметы (п) А а а Случайное оплодотворени е Генотип F (2п) Аа аа Фенотип F 50%белая шерсть 50 % черная шерсть т.е. произойдет расщепление по фенотипу 1 : 1 В практике селекционно-племенной работы часто приходится устанавливать генотип родителей по уже имеющемуся потомству. При большой численности потомства генотип родителей можно установить по расщеплению в F2 в следующих случаях: 54 1. Расщепление потомства в соотношении 1 : 1, которое происходит только при скрещивании типа “Аа х аа” и доказывает, что доминантный родитель гетерозиготен. 2. Расщепление потомства в соотношении 3 : 1, которое происходит только при скрещивании типа “Аа х Аа” и доказывает, что оба родителя несут доминантный признак и гетерозиготны. При малочисленности потомства определить генотип родителей намного труднее. И это возможно только в том случае, если например единственный потомок унаследует от интересуемого родителя с доминантным признаком рецессивный: Р А? х аа или Р А? х А?; F aa. Задание 1. Ответить на контрольные вопросы: 1. В чем генетическая сущность анализирующего скрещивания? 2. В чем заключается генетическая сущность правила «чистоты» гамет? 3. Можно ли по уже имеющемуся потомству определить генотипы родителей, и если да, то в каких случаях? Задание 2. У собак черная масть (В) доминирует над коричневой (в). Предположим, черная сука была спарена с черным кобелем. Из 13 щенков 10 оказались черными и 3 коричневыми. Определить генотипы родителей. Задание 3. Длинная шерсть персидских кошек (l) рецессивна по отношению к короткой шерсти (L) кошек других пород. Определите: а) генотип короткошерстного кота, если в результате спаривания его с длинношерстной кошкой получено 3 длинношерстных и 2 короткошерстных котенка. б) генотипы короткошерстной кошки и длинношерстного кота, если в результате их спаривания получено 2 длинношерстных и 3 короткошерстных котенка. Задание 3. У свиньи белая щетина доминирует над черной. Установите генотипы родителей: а) если при спаривании чернощетинной свиньи с белым хряком получено 15 белых поросят. б) если при спаривании чернощетинной свиньи с белым хряком получено 6 белых и 8 черных поросят. Задание 4. У кроликов пятнистая окраска шерсти (s) рецессивна по отношению к сплошной (S) . Можно ли по потомству установить генотипы родителей: 55 а) если при спаривании 2 кроликов со сплошной окраской получено 12 крольчат со сплошной окраской. б) если при спаривании 2 кроликов со сплошной окраской получено 9 одноцветных и 3 пятнистых крольчат. Задание 5 У морских свинок черная окраска шерсти (ген «А) доминирует над белой (ген «а»). При спаривании черного самца с чрной самкой в нескольких пометах получено 20 потомков, из которых 6 было белых, а остальные черные.Определите генотип каждого родителя. Составьте схему скрещивания и выясните соотношение генотипов полученного потомства. Составьте схемы скрещиваний , с помощью которых можно было бы выяснить генотипы черных особей. Занятие 8 Тема: ТИПЫ ДОМИНИРОВАНИЯ. НАСЛЕДОВАНИЕ ЛЕТАЛЬНЫХ И ВРЕДНЫХ ГЕНОВ. ЯВЛЕНИЕ МНОЖЕСТВЕННОГО АЛЛЕЛИЗМА Цель: Изучить типы доминирования и особенности их наследования. наследование летальных и вредных генов, явление множественного аллелизм Методические указания. 1. Типы доминирования. Встречаются случаи неполного доминирования, кодоминирования и сверхдоминирования. продуктивности. Доминирование является полным, когда один аллель полностью подавляет действие другого аллеля. В противном случае, доминирование будет неполным. Различают следующие типы неполного доминирования: промежуточное, кодоминирование, сверхдоминирование При промежуточном характере наследования потомство в первом поколении сохраняет единообразие, но обладает признаком промежуточного характера (неполного доминирования). Решение типовой задачи : Наследование золотисто-желтой окраски у лошадей (цвет “паломино”): при скрещивании светло-рыжих (генотип - АА) лошадей со светло-кремовыми (генотип – А1А1) формируется цвет “паломино”(АА1): Ген А А1 Генотип АА АА1 А1А1 Фенотип Р Наследование масти у лошадей Фенотип светло-рыжие "паломино"- золотисто-желтые светло-кремовые светло-рыжие светло-кремовые 56 Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворени е Генотип F1 (2п) Фенотип F1 ♀ АА х А ♂ А1А1 А1 Аа “паломино” – золотисто- желтый окрас При неполном доминировании расщепление по фенотипу и генотипу в F2 соответствует соотношению 1 : 2 : 1: Фенотип F1 “паломино” “паломино” 1 Генотип F1 ♀ АА х ♂ АА1 (2п) Мейоз Гаметы (п) А А1 А А1 Случайное оплодотворени е Генотип F2 АА АА1 АА1 А1А1 (2п) Фенотип F2 светло"паломино" – 50 % светлорыжие-25% кремовые25% Как видно из схемы, расщепление по фенотипу во втором поколении при скрещивании двух гетерозиготных форм соответствует расщеплению генотипов: 1 (АА) светло-рыжие : (АА1) “паломино”: 1 (А1А1) светло-кремовые 2. Кодоминирование - это равное участие обоих аллелей в определении признака у гетерозиготной особи (гены А, А1). По типу кодоминирования наследуются типы белков, ферментов и группы крови. Каждой группе крови, как известно, соответствует наличие на поверхности эритроцитов специфического белка – антигена, их можно выявить с помощью реакции преципитации (осаждение антител) и гемаглютинации (склеивания эритроцитов). Группы крови обнаружены у всех животных и рыб. Их изучение облегчается тем, что гомозиготы по какому-либо гену групп крови обычно отличается от гетерозигот – у первых встречается один антиген, а у вторых – 57 два. Очень распространенными у рыб оказались системы групп крови, аналогичные системе АВО - человека. Ген, ответственный за синтез антигена обозначают через латинскую букву I, а антигенный состав эритроцитарной оболочки обозначают через индекс. Из таблицы видно, что группы крови по системе АВО определяется наличием трех состояний одного локуса, что свидетельствует о генетическом полиморфизме: аллели IА и IВ доминируют над аллелем I0, но кодоминанты по отношению друг к другу. Как видим, при наличии трех аллелей возможны шесть генотипов. Множественный аллелизм - это более, чем двухаллельное состояние одного локуса. Благодаря наличию множественных аллелей (генетический полиморфизм) формируется полиморфность признаков (многоформенность), а именно белков и ферментов. Ген I0 IА IВ - Наследование групп крови по системе АВО у рыб Генотип Фенотип I0 I0 1 группа крови (группа 0; .на оболочке эритроцита отсутствует антиген) А А А 0 I I ,I I 2 группа крови (группа А; на оболочке эритроцита отмечается наличие антигена группы А) В В В 0 I I ,I I 3 группа крови (группа В;на оболочке эритроцита присутствует антиген группы В) А В I I 4 группа крови (группа АВ; на оболочке эритроцита присутствуют антигены группы А и В) Как видно из таблицы, гомозиготные особи по аллелям "А" и "В" (АА,ВВ) имеют в крови соответственно антигены "А" и "В", гетерозиготные "АВ" отличаются наличием обоих антигенов, при наследовании I0 у гомозигот не обнаруживается ни того ни другого антигена. Гетерозиготы АО и ВО по антигенному составу неотличимы от гомозигот АА и ВВ. Решение типовой задачи 2: Допустим, что скрещиваются самцы с группой крови А, с самками с группой крови В (см. табл). Особи гетерозиготны. Какие варианты по группам крови возможны при этом скрещивании? Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) 3 группа крови ♀IВ I0 IВ 2 группа крови ♂IАI0 х IА I0 58 I0 Случайное оплодотворени е Генотип F1 I А I В IВI0 IАI0 I0I0 (2п) Фенотип F1 4 группа 3 группа 2 группа 1 группа крови крови крови крови Как видим, при таком варианте скрещивания возможно рождение потомков со всеми потенциально возможными группами крови по системе АВО. 2. Сверхдоминирование - это фенотипическое превосходство гетерозигот (Аа) над двумя гомозиготными формами ( как “АА”, так и “аа”). Гены, влияющие на усиление развития признака, когда находятся в гетерозиготном состоянии называются облигатно-гетерозиготными. При сверхдоминировании у гибридов первого поколения проявляется гетерозис. Гетерозисом называется явление превосходства потомства над родительскими формами по жизнеспособности, энергии роста, плодовитости и жизнеспособности. Задание 1 Дать понятие следующим типам неполного доминирования: Неполное доминирование, кодоминирование, сверхдоминирование, множественный аллелизм Задание 2 Кохинуровые норки (светлая окраска меха с черным крестом на спине) получаются в результате скрещивания белых норок с темными. На звероферме от скрещивания кохинуровых норок получено: 74 белых, 77 темных и 152 кохинуровых. Какое потомство получится от скрещивания кохинуровых норок с белыми, темными ? Задание 3 У овец длинноухость неполно доминирует над безухостью. При их скрещивании рождается короткоухое потомство. Какого потомства следует ожидать от скрещивания короткоухого барана с безухой яркой? Задание 4 От скрещивания белых норок с темными в F1 получают кохинуровых норок, имеющих светлую окраску с темным крестом на спине. При спаривании кохинуровых норок между собой получили 120 щенят. Какие фенотипы и генотипы были у норок в F2 ? Задание 5. У крупного рогатого скота европейской породы встречаются трансферрины трех типов: А, Д и Е, которые обусловлены тремя аллелями гена Тf, а именно ТfA, Тf Д и Тfв . Наследование кодоминантное. Определите: а) типы трансферрина у животных с генотипами ТfA / ТfA; ТfA/ Тf Д; Тf Д / Тfв 59 б) расщепление в потомстве по генотипу и фенотипу, при скрещивании родителей ТfA/Тf Д и Тf Д/Тfв. Задание 7 В крови крупного рогатого скота обнаружены церрулоплазмины типов А и В. Их наличие обусловлено аллелями Ср А и СрВ наследуемыми кодоминантно. Установите расщепление в F1 по типам церрулоплазминов: а) если родители гетерозиготные б) если генотипы родителей СрВ/СрВ и СрА/СрВ Задание 8 Темная окраска меха норок обусловлена геном Д, а белая – геном Д1. У гетерозиготных особей окраска светлая с черным крестом на спине (кохинуровые норки). Определите: а) Какое потомство ожидается в результате спаривания кохинуровых норок между собой. б) Можно ли путем многократного отбора в ряде поколений вывести нерасщепляющуюся линию кохинуровых норок. Задание 9 У шортгорнского скота ген R обусловливает красную масть, а ген R1-белую масть. У гетерозиготных животных масть чалая. Определите: а) Какие масти будут у потомства первого поколения, полученного в результате спаривания белой коровы с чалым быком. б) Какой фенотип получат потомки первого поколения в результате спаривания чалой коровы с чалым быком. Задание 10 У овец ген Р обусловливает комолость (безрогость), а ген Р1 –рогатость. Доминирование этой пары аллелей зависит от пола. У баранов Р1 (рогатость) доминирует над комолостью, а у овец Р (комолость) доминирует над рогатостью Необходимо определить: а) какое расщепление ожидается в F1 при спаривании рогатой овцы с комолым бараномҢ б) чей признак (отца или матери ) при том же спаривании унаследуют дочери и чей признак унаследуют сыновья.? 60 Занятие 9 ПЛЕЙОТРОПНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕНА. НАСЛЕДОВАНИЕ ЛЕТАЛЬНЫХ ГЕНОВ. МНОЖЕСТВЕННЫЙ АЛЛЕЛИЗМ Цель. Изучение явления множественного действия генов. Избирательное действие летальных генов. Ознакомление с явлением множественного аллелизма Методические указания. В рассмотренных выше темах принималось во внимание то, что каждый ген действует только на один признак. Но есть гены, которые действуют на проявление нескольких признаков, их и называют плейотропным. Различают плейотропное действие с положительным и отрицательным эффектом. Так, многие гены, оказывающие влияние на окрас волосяного покрова затрагивают, в основном, жизнеспособность особей. Например, белые кошки с голубыми глазами обычно бывают глухими, платиновая окраска у лисиц, белая окраска у собак породы колли, серый окрас у каракулей – летальны. В этих примерах рассмотрено вредное и летальное действие окраса меха (отрицательный эффект плейотропного гена ) на организм. Гены, снижающие жизнеспособность называются вредными, а вызывающие гибель летальными. Эти гены наследуются по законам Г. Менделя. По типу наследования летальные и вредные гены могут быть: аутосомно доминантыми, аутосомно-рецессивными и сцепленными с полом. Кроме того, летальные гены классифицируют по степени пенентрантности (способность гена проявлять себя фенотипически): 1. летальные - вызывают 100 % гибель особей, 2. сублетальные - вызывают гибель особей от 50 до 99 % случая, 3. субвитальные - особи погибают в менее 50 % случае. В зависимости от фазы действия различают следующие летальные гены: зиготные, эмбриональные и постэмбриональные. Летальные гены в постэмбриональный период вызывают гибель особей до полового созревания. Решение типовой задачи : У крупного рогатого скота ген “D” - декстер имеет плейотропный эффект. Данный ген в гомозиготном состоянии (генотип-Dd) вызывает гибель организма, а в гетерозиготном состоянии (генотип - Dd) вызывает изменение пропорций тела (укороченные конечности и висцеральный череп), но одновременно влияет на мышечную систему, улучшая мясные качества. Его аллель “d” обуславливает нормальные пропорции тела и нормальную жизнеспособность организма. Установите: а) какое расщепление ожидается по фенотипу при скрещивании скота “декстер” между собой, б) можно ли вывести нерасщепляющуюся линию скота “декстер” ? 61 Ниже в таблице описано плейотропное действие гена “D”, кроме того приводится схема скрещивания скота “декстер” между собой: Наследование гена “декстер” с отрицательным плейотропным эффектом у крупного рогатого скота: Ге Генотип н D DD Dd d dd Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворе ние Генотип F (2п) Фенотип F Фенотип декстер, летален декстер, укороченные конечности, но хорошие мясные качества Нормальные пропорции тела и нормальная жизнеспособность организма Декстер ♀ Dd D DD Летален Декстер ♂ Dd х d D Dd декстер Dd декстер d dd нормален Из схемы видно, что вывести нерасщепляющуюся линию скота “декстер” невозможно, т.к. ген декстер “D” при гомозиготе всегда летален. Кроме того, обратите внимание на то, что разная жизнеспособность зигот обусловлена наличием летальных генов. При скрещивании скота декстер между собой в потомстве получено две части особей декстер, одна часть нормальные по жизнеспособности и по пропорции тела и одна часть- с летальным исходом, т.е. получилость расщепление 1 : 2 : 1 ( при учете леталей) или 2 : 1 ( без учета особей с летальным исходом; т.к. они погибают еще в эмбриональный период развития). Примером может служить наследование у человека серповидноклеточной анемии. Молекула гемоглобина эритроцитов состоит из железосодержащего пигмента - гема, который связан с белком- глобулином. Гемоглобин присоединяет кислород и транспортирует его из легких в ткани. Ген, который ответственен за синтез нормального гемоглобина у человека, обозначают как Hb+, серповидноклеточный гемоглобин - Hb-, который встречается у людей африканского происхождения. У них эритроциты при 62 воздействии низкого парциального давления кислорода вне организма принимают серповидную форму: Наследование серповидноклеточного гемоглобина у человека Ген Генотип Фенотип Hb+ Hb+Hb+ Определяет нормальный (здоровый) гемоглобин. Люди с таким генотипом малярию переносят в тяжелой форме. Hb- Hb-HbСтрадают острой анемией в ранние периоды жизни. Hb+HbЗдоровые, но их эритроциты принимают серповидную форму. Люди с таким генотипом устойчивы к малярии. Решение типовой задачи 3: В семье родившийся ребенок умер от острой анемии. Второй ребенок был нормальным, но у него в свою очередь родился ребенок, перенесший тяжелую форму малярии. Родители устойчивы к малярии. Как можно объяснить эти факты? Фенотип Р устойчива к малярии устойчив к малярии Генотип Р (2п) ♀ Hb+Hbх ♂ Hb+HbМейоз Гаметы (п) Hb+ HbHb+ HbСлучайное оплодотворени е Генотип F1 Hb+Hb+ Hb+HbHb+HbHb-Hb(2п) Фенотип F1 Не устой Устойчив Устойчив Летальный чив к ма к малярии к малярии исход лярии Возможный по генотипу брак второго ребенка: Вариант А Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворе ние устойчива к малярии ♀ Hb+HbHb+ Hb- х устойчив к малярии ♂ Hb+HbHb+ 63 Hb- Генотип F2 Hb+Hb+ (2п) Фенотип F2 здоров Hb+Hb- Hb+Hb- Hb-Hb- Устойчив к малярии Устойчив к малярии Летальный исход Вариант В Фенотип Р Устойчив к малярии ♂ Hb+Hb- Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Hb+ Случайное оплодотворе ние Генотип F2 Hb+Hb+ (2п) Фенотип F2 перенес тяжелую форму малярии Не устойчива к малярии ♀ Hb+Hb+ х Hb- Hb+ Hb+Hb+ Hb+Hb- перенес тяжелую форму малярии устойчив к малярии Hb+Hbустойчив к малярии Множественные аллели. Многие гены имеют несколько аллелей. Одним из примеров может служить серия аллелей гена кролика, определяющего окраску меха; четыре из них приведены в таблице 12. Таблица 12 Генетическое определение окраски меха у кроликов Аллель С+ ch h a Генотип C+ C+ C+ C ch Сch Сch Сch Сch С h + C C ch + C C a Фенотип Дикий тип Шиншилла Светло-серый Cch Ca Сh С h С h С h Ca Гималайский Ca Ca Ca Альбинос Аллель дикого типа С+ доминантен по отношению к трем остальным: кролики гомозиготные по С+ или гетерозиготные по С+ и любому другому аллелю, 64 имеют обычную для этих животных серую (агути) оураску (или окраску дикого типа). У особей, гомозиготных по аллелю Сch , мех по цвету напоминает цвет шиншиллы и несколько светлее дикого типа. У гетерозигот по аллелям Сch и С h или Ca мех светло- серый (промежуточный между шиншилловым и белым); аллель Сch проявляет следовательно неполное доминирование по отношению к аллелям С h и Ca . Гомозиготы С h С h и гетерозиготы С h Ca – это кролики так называемого гималайского генотипа, мех у них белый всюду, кроме лап, хвоста, ушей и кончика носа. Гомозиготы по аллелю Ca имеют типичный альбиносный фенотип: белый мех и розовые глаза. (рис. 15). Рисунок 15 Четыре фенотипа, возникающие при различных комбинациях аллелей гена окраски меха кроликов. Количество различных генотипов при множественном аллелизме зависит от числа аллелей. Если аллель один А, тои генотип один АА, если аллеля два А1 и А2, то возможно три генотипа: два гомозиготных А1 А1, А2 А2 И гетерозиготы А1 А2. При трех аллелях А1 , А2, А3 возможно шесть генотипов: три типа гомозигот А1 А1, А2 А2, А3 А3 и три типа гетерозигот А1А2, А1 А3, А2А3. В обще случае при n аллелей возможно n (n + 1)/ 2 генотипов, из которых n гомозиготы? А остальные n (n - 1)/ 2 – гетерозиготы. Задание 1 Дать объяснение следующим понятиям: Плейотропность, вредное действие гена, летальное действие гена, сублетальное, субвитальное действие гена, пенетрантность, множественный аллелизм, полиморфизм 65 Задание 2 У крупного рогатого скота европейской породы встречаются трансферрины трех типов: А, Д и Е, которые обусловлены тремя аллелями гена Тf, а именно ТfA, Тf Д и Тfв . Наследование кодоминантное. Определите: а) типы трансферрина у животных с генотипами ТfA / ТfA; ТfA/ Тf Д; Тf Д / Тfв б) расщепление в потомстве по генотипу и фенотипу, при скрещивании родителей ТfA/Тf Д и Тf Д/Тfв. Задание 3 У кроликов ген С, обусловливающий окраску шерсти, может находиться в четырех аллельных состояниях. Аллель С вызывает "дикую" серую окраску (агути), аллель сsh - шиншилловую окраску, сh – гималайскую (горностаевую) окраску, а аллель с – обусловливает отсутствие пигмента (альбинизм). По доминированию аллели располагаются в следующем sh порядке: С> с >ch>c. На основании условия задачи: а) Заполнить таблицу связи генотипов с фенотипами б) Кролик агути, гетерозиготный по гену альбинизма, спарен с шиншилловым, гетерозиготным по горностаевой окраске. Установить генотипы и фенотипы потомков в F1. Задание 4 У лисиц аллели Р и р обладают плейотропным действием, влияя на окраску меха и жизнеспособность организма: ген Р вызывает платиновую окраску, доминирующую над серебристо-черной, обусловленной геном р, наряду с этим ген Р оказывает летальное действие в гомозиготном состоянии, в результате чего происходит гибель организма. Установите: а) характер расщепления в F1 по окрасу меха и жизнеспособности потомства при спаривании платиновых лисиц между собой. б) какое расщепление по фенотипу ожидается при скрещивании платиновой лисицы с серебристо-черной. Задание 5 В основе наследственного заболевания скреппи лежит действие рецессивного аллеля -s, который в гомозиготном состоянии способствует развитию вирусного заболевания. Последнее приводит животное к гибели. Ген скреппи, обладая плейотропным действием, влияет также на скороспелость животных и пышное развитие мускулатуры туловища и конечностей. От здоровых дочерей племенного производителя № 235, осемененных спермой производителя № 418, получено 20 ягнят. У обоих производителей 66 развились признаки скреппи, приведшие их к гибели. Дочери производителя № 235 в возрасте 5 лет оставались здоровыми. Определите: а) генотипы производителей № 235 и № 418 б) генотипы здоровых дочерей производителя № 235 с) сколько ягнят из 20 имеют генотип SS Задание 6 В результате гибридизации серых каракульских овец с диким горным бараном получен новый тип, серых каракульских овец – бабатагский. В отличие от чистопородных серых каракульских овец, где при разведении их "в себе" отход ягнят составляет 25-30%, отход ягнят при разведении овец нового типа не превышает 5%. Чем можно объяснить эти различия? Задание 7 У каракульских овец серый цвет (ширази) шерстного покрова "С" доминирует над черным "с". От скрещивания серых овец с черным бараном получена половина серых и половина черных ягнят. Напишите генотипы родителей и потомства. Какое получится отношение по фенотипу и генотипу в F2 при скрещивании серых овец F1 с серыми и черными баранами? Почему в практике разведения каракульских овец серой окраски не встречаются бараны ширази, дающие при скрещивании с черными овцами всех серых ягнят? Задание 8 Мужчина с группой крови А женился на женщине с группой крови В, и у них родился ребенок с группой крови О. Каковы генотипы всех трех членов семьи? Какие ещё генотипы можно ожидать в потомстве от такого брака и с какой степенью вероятности? Задание 9 У одного их видов дрозофилы известно семь аллелей гена, кодирующего фермент фосфатазу. Каково число различных генотипов по этому гену? Задание 10 Какую долю всех возможных генотипов составляют гомозиготы, когда число различных аллелей данного гена равно трем? Пяти? Семи? Задание 11 При серещивании между собой хохлатых уток (хохолок на голове)утята выводятся только из ¾ \иц, а ¼ эмбрионов гибнет перед вылуплением. Среди вылупившихся утят около 2/3 имеют хохолок, а 1/3 без хохолка. Как наследуется признак наличия хохолка у уток? Составьте схему скрщеивания. Задание 12 У норок ген «F» определяет серебристо-соболиную окраску – «бос» , но обладает летальным действием. Его рецессивный аллель «f» 67 обусловливаето стандартную окрску. Все взрослые особи «бос» гетерозиготны «Ff» Какое потомство получится при спаривании гетерозигот между собой: Как избежать отхода: Задание 13 На ферме все утки и селезни имеют хохолок на голове. Ген хохлатости обладает летальным действием – эмбрионы гибнут перед вылуплением из яиц. В инкубатор было заложено 2400 яиц, полученных в этом стаде. Составьте схему скрещивания и определите, какими могут быть генетически обусловленные потери. Какое количество из полученных утят будут иметь хохолок? Какую схему скрещивания можно предложить, чтобы избежать отхода? Задание 14 Признак укороченных ног у кур (ген Ср) доминирует над длинноногостью (ген ср). У гомозиготных по гену коротконогости цыплят клюв настолько мал, что они не могут пробить яичную скорлупу и гибнут, не вылупившись из яйца. В хозяйстве, разводящее только коротконогих кур, получено 3000 цыплят. Сколько среди них коротконогих? Задание 15 У каракульских овец серый цвет шерстного покрова (ген А) доминирует над черным (ген а). Ген серого окраса обладает летальным эффектом в гомозиготном состоянии. При скрещивании серых овец между собой было получено 328 ягнят, небольшая часть из которых погибло. Из оставшихся в живых какие по окрасу шерсти и сколько было получено? Каким путем нужно вести селекцию, чтобы не было отхода? Задание 16 У каракульских овец серая окраска ценится значительно выше, чем черная окраска. Разведение ширази “в себе” не удаётся. Из 4000 рожденных ягнят: 701 серых ягнят погибло из-за недоразвития у них рубца, 636 имели черный окрас, и только 2663 ягнят имели желаемый серый окрас. Это наносило значительный экономический ущерб хозяйствам. Предложите способ, как избежать ущерба, наносимого гибелью части ягнят ширази. Задание 17 У норок ген “F” определяет серебристо-соболиную окраску “бос”, но при гомозиготе обладает летальным действием; его рецессива аллель “f ” обусловливает стандартную окраску. Какое потомство получится при спари – вании “бос” между собой ? Как избежать отхода ? Задание 18 У кроликов имеется серия множественных аллелей, определяющих окраску шерсти. Эти аллели располагаются в порядке доминирования следующим образом: С(агути)> сш-(шиншила)>сг (гималайский)>са (альбинос) при скрещивании кролика агути со светлым шиншила (сш сг) в потомстве получили одного кролика агути и два с гималайской окраской . Какие генотипы могут быть у родителей и потомков ? 68 Занятие 9 Тема: ДИГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ. ЗАКОН Г. МЕНДЕЛЯ О НЕЗАВИСИМОМ НАСЛЕДОВАНИИ ГЕНОВ Цель:Изучить основные закономерности наследования двух и более пар аллельных генов. Методические указания. Моногибридное скрещивание дает возможность познат наследование единичных аллеломорфных признаков, что имеет известное практическое значение. Но ещё более важно для практики знание закономерностей комбинирования признаков, т.е. комбинативной изменчивости, что можно обнаружить лишь при изучении наследования двух и более пар признаков. Скрещивание особей, при котором изучают наследование двух пар генов называют дигибридным, а трех и более пар генов - полигибридным. Г. Мендель скрещивал сорта гороха, различавшиеся по двум и трем парам признаков, и, наблюдая характер их расщепления в потомстве во втором поколении установил правило независимого комбинирования пизнаков родителей в потомстве второго поколения. Решение типовой задачи: У некоторых пород овец белый цвет шерсти доминирует над черным ( гены “А” и “а” соответственно),а длинноухость неполно доминирует над безухостью (гены “В” и “в” соответственно), поэтому короткоухие овцы по генотипу гетерозиготны (Вв). Скрещиваются белые длинноухие овцематки с черными безухими баранами. Родители по генотипу дигомозиготны. Определить соотношение фенотипов и генотипов в F1 , F 2. По тем же принципам, что и при моногибридном скрещивании, составляем таблицу “ген-генотип-фенотип”: Наследование окраса шерсти и формы ушей у овец Ген Генотип Фенотип А АА, Аа Белый цвет шерсти А аа Черный цвет шерсти В ВВ Длинноухость Вв Короткоухость В вв Безухость По условию задачи родители дигомозиготны, тогда схема скрещивания белых длинноухих овцематок с черными безухими баранами будет выглядеть следующим образом: Фенотип Р Белые по масти черные по масти безухие длинноухие Генотип Р (2п) ♀ ААВВ х ♂ аавв Мейоз Гаметы (п) АВ ав 69 Случайное оп лодотворение Генотип F1 (2п) Фенотип F1 (2п) АаВв Дигетерозиготные белые по масти короткоухие овцы Дигетерозиготы образуют четыре типа гамет: АВ, Ав, аВ.ав. Для определения расщепления потомства во втором поколении необходимо первое поколение скрестить между собой (используется решетка Пеннета): В рассматриваемом случае возможны 16 комбинаций генотипов, обусловливающих расщепление фенотипов в следующих соотношениях: 9 белых ушастых овец 3 белых безухих овец 3 черных ушастых овец 1 черных безухих овец, т.е. расщепление по фенотипу соответствует: 9 : 3 : 3 : 1 (если учитывать наличие или отсутсвие ушной раковины) или 3 (А-ВВ) : 6 (А-Вв) : 2 (А-вв) : 1 (ааВВ) : 3 (ааВв) : 1 (аавв) (если учитывать тип доминирования по форме ушной раковины) Фенотип Р Белые по короткоухие о АаВв масти Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) АВ Ав аВ ав Случайное оплодотворени е х белые по короткоухие о АаВв АВ Ав аВ масти ав Генотипы F 2: Гамет АВ Ав ы АВ ААВВ ААВв Ав ААВв Аавв Ав АаВВ АаВв Ав АаВв Аавв Расщепление по фенотипу - 9 : 3 : 3 : 1 аВ ав АаВВ АаВв ааВВ ааВв АаВв ааВв ааВв аавв Данный пример доказывает третий закон Г. Менделя- независимое наследование аллелей (независимое комбинирование признаков), т.к. каждая 70 пара генов локализована в разных хромосомах, обеспечивая тем самым все возможные их сочетания. Правило чистоты гамет Менделя. Проводя обратные скрещивания растенйи, гетерозиготных по одной, двум и трем парам генов с рецессивной гомозиготной формой, имеющей соответствующей число генов, Мендель установил, что потомство как бы повторяет сотав гамет гетерозиготного гибрида первого поколения. При этом ни в одном из скрещиваний не неаблюдалось появления форм, промежуточных по признакам, присущим родителям и осбям первогол поколения, а всегде потомство характеризовадлось четко выраженными доминантным или рецессивными признаками. Отсюда Мендеоть пришел к выводу, что наследственные факторы в гетерозиготе не смешиваются друг с другом, а передаются в гаметы «в чистом» неизмененном под влиянием другого гена виде, и сформулировал правило чистоты гамет: «…гибриды гороха образуют такие мужские и женские половые клетки, которые в своих свойствах соответствуют в числовом отношении всем константным формам, получаемым из комбинаций, соединяемых путем скрещивания признаков». I. Дигибридное скрещивание 1. У человека близорукость доминирует над нормальным зрением, а карие глаза над голубыми. Ребенок близоруких кареглазых родителей имеет голубые глаза и нормальное зрение. Каковы генотипы родителей и ребенка? 2. У свиней белая щетина доминирует над черной, а наличие сережек над их отсутствием. Определите генотип хряка белого с сережками, если от спаривания его с черными без сережек свиноматками получено 50% белых поросят с сережками и 50% черных поросят с сережками? 3. У морских свинок черная окраска шерсти доминирует над белой, а короткая шерсть - над длинной. Гомозиготные длинношерстные животные были спарены с гомозиготными короткошерстными белыми. Определите генотип и фенотип потомства в F1 и F2. 4. Какие типы гамет образуют животные, имеющие следующие генотипы? ААВВ, ААВв, Аавв, АаВВ, АаВв, Аавв, ааВВ, ааВв, аавв. 5. У кур черная окраска оперения определяется геном Е, бурая -е, наличие хохла - С, отсутствии - с. Бурая хохлатая курица спарена с черным петухом без хохла. В полученном потомстве все цыплята хохлатые, но 1/2 из них черные и 1/2 - бурые. . Каковы генотипы родителей и потомков? 6. Курица и петух черные и хохлатые. От них было получено 17 цыплят: 8 черных хохлатых, 3 черных без хохла и 2 бурых без хохла. Каковы генотипы родителей и потомков? 7. У кроликов черная окраска доминирует над белой, а короткая шерсть - над длинной. Скрещивали черного короткошерстного кролика с 71 черной длинношерстной крольчихой. Было получено 7 короткошерстных крольчат: из них 5 черных и 2 белых. Каковы генотипы родителей и потомков? 8. У овец белая окраска руна доминирует над черной, рогатость над комолостью. Рогатый белый баран был спарен с четырьмя ярками. От первых трех он имеет по одному ягненку, от четвертой двух: Ярка № 1 - черная комолая, ее ягненок - белый рогатый, Ярка № 2 - белая комолая, ее ягненок - черный комолый, Ярка № 3 - черная рогатая, ее ягненок - белый рогатый, Ярка № 4 -белая комолая, ее ягнята - черный комолый и белый рогатый. 9. От скрещивания белого жеребца, имеющего каштаны на ногах, с вороными кобылами без каштанов, все потомство имело серую масть без каштанов на ногах. Какие признаки доминируют? Каковы генотипы родителей и потомков? 10. Черная масть крупного рогатого скота доминирует над рыжей, белоголовость - над сплошной окраской головы. От скрещивания черного белоголового быка с такой же коровой получили теленка сплошной рыжей масти. Каковы генотипы теленка и родителей? 11. Хохлатый пятипалый петух скрещивается с четырехпалыми курами без хохла. Все цыплята были хохлатыми пятипалыми. Какие признаки доминируют? Каковы генотипы родителей и потомков? Каких цыплят получили от скрещивания гибридов F1 между собой? 12. От скрещивания мохнатой черной крольчихи с мохнатым черным кроликом родился один гладкий белый крольчонок. Каковы генотипы родителей? Каких крольчат и в каком соотношении можно ожидать от этой пары родителей? 13. Скрещивали серого жеребца без каштанов на ногах (гены А и В соответственно) с такими же кобылами. Все жеребята были серыми, но среди них были жеребята, как с каштанами, так и без каштанов на ногах? Каковы генотипы родителей и потомков? 14. У голубоглазого темноволосого отца и кареглазой светловолосой женщины четверо детей, каждый из которых отличается от другого по одному из данных признаков. Каковы генотипы родителей в этой семье? 15. При спаривании черного комолого быка с 50 красными рогатыми коровами было получено 14 телят черных комолых, 12 - черных рогатых, 13 красных комолых и 11 - красных рогатых. Каковы генотипы родителей? 16. У индеек бронзовое оперение доминирует над красным, а нормальное оперение - над волосистым. Птицевод имеет гомозиготных: самок индеек с бронзовым волосистым оперением и самцов с красным нормальным оперением, а также несколько самцов с красным волосистым оперением. Он хочет получить новую породу индюков с бронзовым нормальным оперением. 72 Каким путем он может быстрее всего получить желаемую комбинацию признаков. 17. У свиней белая щетина доминирует над черной , а наличие сережек - над их отсутствием. Определите генотип хряка белого с сережками: - если при спаривании его с любыми свиноматками рождается белое потомство с сережками. - если при спаривании другого такого хряка с черными свиноматками без сережек рождаются 50% белых поросят с сережками и 50% черных поросят с сережками. 18. Черная масть кроликов доминирует над белой, а короткая шерсть над длинной. Определите: а) какое потомство ожидается при спаривание белого длинношерстного кролика с черной короткошерстной гомозиготной самкой. в) какое расщепление этих признаков будет при спаривании двух гомозиготных черных короткошерстных особей. 19. Потомство (F1), полученное в результате спаривания гомозиготных серых жеребцов с каштанами на ногах и гомозиготных вороных кобыл без каштанов, имеет серую масть без каштанов на ногах. Определите фенотип потомства, полученного при спаривании жеребца F1 с вороными кобылами с каштанами. 20. Скрещены между собой особи ААввДД1 и ааВвДД1. Гены А и В доминируют над своими аллелями, а гены Д и Д наследуются промежуточно. Определите: а) сколько гамет каких типов образуется у этих особей. б) какое количество разных фенотипов и в каком соотношении возникают в F1. Занятие 10-12 Тема: ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕАЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ Цель: Научиться проводить генетический анализ наследования признаков при различных типах взаимодействия неаллельных генов Методические указания. При неаллельном взаимодействии на развитие одного признака однозначно действуют несколько пар генов. 1.Взаимодействие генов и признака весьма сложное явление. Гены наследуются как самостоятельные единицы, но они могут взаимодействовать сложным образом, определяя признак. Гены, расположенные в одних и тех же участках гомологичных хромосом называются аллельными. Гены, расположенные в разных участках гомологичных хромосом и на разных хромосомах называются неаллельными. 73 Существует несколько типов взаимодействия неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия, модифицирующее действие генов. Следует отметить, что при всех типах взаимодействия наследование признаков происходит в строгом соответствии с установленными Менделем правилами наследования; меняется лишь характер расщепления по фенотипу, так как в зависимости от типа взаимодействия отдельные генотипы обнаруживают сходство между собой, в результате чего число различных фенотипов уменьшается против обычного по правилам Менделя. Однако все указанные случаи лишь подтаверждают положение Менделя о подчинении их наследования «…тем же правилам, которым подчиняется каждый другой константный признак у растений». 2. Взаимодействие, при котором аллель одного из генов подавляет действие аллелей других генов называется эпистазом. Например А>В, В>А, а>В, в>А. Гены, подавляющие действие других генов называются супрессорами. Супрессором может быть рецессивный ген. Такое явление называется «рецессивный эпистаз». Эпистаз можно наблюдать при изучении наследования масти у лошадей. Фенотип серые рыжие Р ♀CCВВ х ♂ ссвв Гаметы генотип f1 фенотип фенотип СВ св СсВв рыжие Р Гаметы рыжие ♀СсВв рыжие ♂ СсВв х СВ Св сВ св СВ сВ Св св Генотип f2 ♂ СВ Св сВ св СВ ССВВ ССВа СсВВ СсВв Св ССВв ССвв СсВв Ссвв сВ СсВВ СсВв ссВВ ссВв св СсВв Ссвв ссВв ссвв ♀ Фенотип 12 серых : 3 вороных : 1 рыжий 4. Взаимодополняющее действие генов называется комплементарным. При взаимодействии двух генов происходит формирование совершенно нового 74 признака. Примером может служить наследование формы гребня у кур. Например Ген Р обусловливает наследование гороховидного гребня, R – розовидного, pr –листовидного, PR – ореховидного. Фенотип Р Гаметы генотип f1 фенотип гороховидный ♀РРrr х розовидный ♂ ррRR Рr pR PpRr ореховидный Р ♀РрRr х PR Pr pR pr Гаметы ♂ PрRr PR Pr pR pr генотип f2 ♂ ♀ PR Pr pR pr PR Pr pR pr PPRR о PPRr о PpRR о PpRr о PPRr о PPrr г PpRr о Pprr г PpRR о PpRr о ppRR р ppRr р PpRr о Pprr г ppRr р Pprr л Фенотип 9 ореховидных : 3 розовидных : 3 гороховидных : 1 листовидный 1. Генами-модификаторами называют специфический тип генов, ослабляющих или усиливающих действие основного гена, влияющего на развитие определенного признака. Примером действия генов модификаторов может служить вариация белой пятнистости у морских свинок Особи гомозиготны по гену, определяющему возникновение белой пятнистости, но гены-модификаторы 75 вызывают вариацию проявления пятнистости от почти полной пигментации всего тела до почти полного его отсутствия. Рис. Пенетрантность выражается в том, что среди особей с одинаковым генотипом фенотипическое выражение признака наблюдается лишь у некоторых в то время, как иные его не имеют. (Наличие дополнительных пальцев у человека - полидактилия). Рис. Экспрессивность означает фенотипическую изменчивость определенного признака среди особей с одинаковым генотипом. 3. С полимерным наследованием признаков связано наследование количественных признаков. Это такой тип взаимодействия генов, при котором на один признак действуют несколько пар неаллельных генов. Происходит накопление действия генов, усиливающих развитие признака, когда действие их как бы суммируется и увеличение развития признака зависит от эффекта действия каждого из них. Такое действие генов называют аддитивным (суммарным), а сами гены, усиливающие развитие признака– 76 аддитивными. Следовательно, при аддитивном действии генов величина признака зависит от числа генов, влияющих на усиление его развития. 1. Комплементарность Решение типовой задачи 1: Соотношение по фенотипу 9 : 7 Скрещивание генотипически разных белых кроликов приводит к образованию в F1 дикого типа - агути. Возврат к признакам диких форм (АаВв) называют реверсией. Генотип АаВв в результате мутации, естественного отбора и селекции мог быть разложен на генотипы ААвв и ааВВ: Ген Ав аВ АВ ав Наследование окраса меха у кроликов Генотип Фенотип А-вв Белый окрас меха ааВБелый окрас меха А-ВАгути аавв Белый окрас меха Как видно из таблицы, при неаллельном взаимодействии изучается наследование одного признака, но так как на этот признак однозначно влияют две пары генов, которые между собой неаллельны, будет применено дигибридное скрещивание. Первое поколение получают путем скрещивания генотипически разных белых кроликов: Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F1 (2п) Фенотип F1 Белые кролики ♀ ААвв х Ав аВ АаВв Дигетерозиготные белые кролики Второе поколение получим дигетерозиготных кроликов между собой: Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Белые кролики ♂ ааВВ Белые кролики ♀ АаВв 77 путем скрещивания х Белые кролики ♂ АаВв белых Гаметы (п) АВ Ав аВ ав АВ Ав аВ ав Случайное оплодотворение Генотипы F2: Гаме АВ Ав аВ ав ты АВ ААВВ ААВв АаВВ АаВв Ав ААВв Аавв АаВв ааВв аВ АаВВ АаВв ааВВ ааВв ав АаВв Аавв ааВв аавв Расщепление по фенотипу- 9 агути (А-В-) : 7 белых ( А-вв, ааВ-, аавв) Эпистаз Решение типовой задачи 2: Соотношение по фенотипу 9 : 3 : 4 Наследование остистости у ячменя. При скрещивании ячменя, имеющих безостый колос с остистыми в F1 у ячменя формируется фуркатный колос, у которых вместо остей имеются трехлопастные придатки - фурки: Ген Са СА СА Са Наследование остистости у ячменя Генотип Фенотип С-аа Безостые ссАОстистые С-АФуркатные ссаа Остистые Первое поколение получают путем скрещивания безостых с остистыми: Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F1 (2п) Фенотип F1 Безостые ССаа х Остистые ссАА Са сА СсАа Дигетерозиготные фуркатные 78 Второе поколение получим путем скрещивания ячменя, имеющих фуркатные придатки между собой: Фенотип Р Генотип Р (2п) Фуркатные о СсАа фуркатные о СсАа х Мейоз Гаметы (п) СА Са сА са СА Са сА са Случайное оплодотворение Генотипы F2: ГамеСА Са сА са ты СА ССАА ССАа СсАА СсАа Са ССАа Ссаа СсАа Ссаа сА СсАА СсАа ссАА ссАа са СсАа Ссаа ссАа ссаа Расщепление по фенотипу- 9 фуркатных (С-А-) : 3 безостых (С-аа) : 4 остистых (ссА-,ссаа) Решение типовой задачи 3: Соотношение по фенотипу 9 : 6 : 1 Наследование формы плода у тыквы: Ген Ав аВ АВ ав Наследование формы плода у тыквы Генотип Фенотип А-вв Сферическая форма плода ааВСферическая форма плода А-ВДисковидная форма плода аавв Удлиненная форма плода Первое поколение получают путем скрещивания сферическую форму плода: Фенотип Р Генотип (2п) Мейоз Гаметы (п) Сферическая форма плода Р ♀ ААвв Ав х сферическая форма плода ♂ ааВВ аВ 79 тыкв, имеющих Случайное оплодотворение Генотип F2 АаВв (2п) Фенотип F2 Дисковидная форма плода (дикая форма) Второе поколение получим путем скрещивания дисковидных по форме плода дигетерозиготных тыкв между собой: Фенотип Р Дисковидная плода ♀ АаВв форма Генотип Р (2п) х Мейоз Гаметы (п) АВ Ав аВ ав Случайное оплодотворение Генотипы F2: ГамеАВ Ав ты АВ ААВВ ААВв Ав ААВв Аавв аВ АаВВ АаВв ав АаВв Аавв Расщепление по фенотипу- 9 дисковидных вв,ааВ-) : 1 удлиненная (аавв) форма плода Дисковидная форма плода ♂ АаВв АВ Ав аВ аВ ав ав АаВВ АаВв АаВв ааВв ааВВ ааВв ааВв аавв (А-В-) : 6 сферических (А- Решение типовой задачи 4: Соотношение по фенотипу 9 : 3 : 3 : 1 Примером может служить наследование формы гребня у кур: Наследование формы гребня у кур Ген Генотип Фенотип Рс Р-сс Розовидный гребень рС ррССтручковидный гребень РС Р-СОреховидный гребень рс Ррсс Листовидный гребень При скрещивании кур с розовидным гребнем (РРсс) с петухами, гребни которых стручковидны (ррСС) в первом поколении все особи будут иметь ореховидный гребень (генотип РрСс): Фенотип Р Розовидный гребень 80 стручковидный гребень Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оп лодотворение Генотип F1 (2п) Фенотип F1 ♀ РРсс х ♂ ррСС Рс рС РрСс Ореховидный гребень При скрещивании дигетерозигот между собой во втором поколении формируется следующее соотношение фенотипов по форме гребня: Фенотип Р Ореховидная форма гребня ♀ РрСс ореховидная форма гребня Генотип Р (2п) х ♂ РрСс Мейоз Гаметы (п) РС Рс рС рс РС Рс рС рс Случайное оплодотворени е Генотипы F 2: Гамет РС Рс рС рс ы РС РРСС РРСс РрСС РрСс Рс РРСс РРсс РрСс Ррсс рС РрСС РрСс ррСС ррСс рс РрСс Ррсс ррСс ррсс Расщепление по фенотипу- 9 ореховидных (Р-С-): 3 розовидных (Р-сс) : 3 стручковидных (ррС-) : 1 листовидный (ррсс) Таким образом, при комплементарном взаимодействии неаллельных генов новый фенотип формируется в первом поколении, а во втором поколении возможны различные соотношения по фенотипу . Решение типовой задачи 5: Примером может служить наследование масти у лошадей. Ген “С” определяет серую масть, его рецессивный аллель “с”-рыжую. В другой паре хромосом имеется доминантный ген “В”, который определяет вороную масть, его рецессивный аллель “в”- рыжую масть. При этом ген С эпистатичен к гену В (С > В) : 81 Наследование масти у лошадей Ген Генотип Фенотип Св С-вв Серая масть, С > B СВ С-ВСерая масть СВ ссВВороная масть Св ссвв Рыжая масть Получим первое поколение путем скрещивания серых лошадей с вороными: Фенотип Р Серая масть вороная масть Генотип Р (2п) ♀ ССвв х ♂ ссВВ Мейоз Гаметы (п) Св сВ Случайное оплодотворение Генотип F 1(2п) СсВв Фенотип F 1 Серая масть, т .к. С>B При скрещивании дигетерозигот между собой во втором поколении формируется следующее соотношение фенотипов по масти у лошадей: Фенотип Р Серая масть серая масть Генотип Р (2п) ♀ СсВв х ♂ СсВв Мейоз Гаметы (п) СВ Св сВ св СВ Св сВ св Случайное оплодотворение Генотипы F 2: Гаме- СВ Св сВ св ты СВ ССВВ ССВв СсВВ СсВв Св ССВв ССвв СсВв Ссвв сВ СсВВ СсВв ссВВ ссВв св СсВв Ссвв ссВв ссвв Расщепление по фенотипу-12 серых(С-В-,С-вв) : 3 вороных (ссВ-) : 1 рыжий жеребенок (ссвв) б) Рецессивный эпистаз (сс>B): Решение типовой задачи 6: 82 Рецессивный ген проявляет эпистатическое действие только в гомозиготном состоянии. В качестве примера можно привести наследование окраса чешуи у лука: Ген Св СВ сВ св Генотип С-вв С-ВссВссвв Наследование окраса чешуи у лука Фенотип Пурпурный окрас чешуи Пурпурный окрас чешуи белый окрас чешуи, т.к. сс >В белый окрас чешуи Получим первое поколение путем скрещивания лука, имеющих пурпурный окрас чешуи с белыми: Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Пурпурный окрас лука ♀ ССвв Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F 1(2п) Фенотип F 1 Белый окрас лука х Св ♂ ссВВ сВ СсВв Пурпурный окрас чешуи При скрещивании дигетерозигот между собой во втором поколении формируется следующее соотношение фенотипов по цвету чешуи у лука: Фенотип Р пурпурный цвет чешуи ♀ СсВв Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) СВ Случайное оплодотворение Генотипы F 2: Гамет СВ ы СВ ССВВ пурп Св ССВв пурп сВ СсВВ пурп Пурпурный цвет чешуи х Св сВ св ♂ СсВв СВ Св сВ св Св сВ св ССВв пурп ССвв пурп СсВв пурп СсВВ пурп СсВв пурп ссВВ белый СсВв пурп Ссвв пурп ссВв белый 83 св СсВв пурп Ссвв пурп ссВв белый ссвв белый Расщепление по фенотипу-12 пурпурных (С-В-,С-вв,) : 4 белый окрас чешуи (ссвв, ссВ-) Полимерия Решение типовой задачи 7: Рассмотрим четыре пары генов: А1-а1, А2-а2, А3-а3, А4-а4. Предположим, что каждый доминантный ген во взрослом состоянии животного прибавляет массу тела животного на 45 кг и, допустим, что условия среды поддерживаются постоянными. Предположим, что гены-рецессивы не прибавляют ничего. Для особей с генотипом а1а1 а2 а2а3 а3 а4 а4 (т.е.имеющие в составе генотипа только рецессивные гены) живая масса составляет 363 кг: Наследование массы тела у животных Ген Генотип Фенотип Аааааааааааааа а Масса тела – 363 кг 1 а1 а2 а2 а3 а3 а4 а4 А Кумулятивный эффект: + 45 кг. А1А1А2А2А3А3А4А4 723 кг 7 доминантных генов 678 кг 6 доминантных генов 633 кг 5 доминантных генов 588 кг 4 доминантных генов 543 кг 3 доминантных генов 498 кг 2 доминантных генов 453 кг 1 доминантный ген 403 кг При скрещивании животных, имеющих минимальный вес с животными, с максимальным весом в первом поколении получим: Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F 1(2п) Фенотип F 1 363 кг ♀ а1а1а2а2а3а3а4а4 723 кг ♂ А1А1А2А2А3А3А4 А4 а1 а2 а3 а4 А1А2А3А4 А1а1А2а2А3а3А4а4 Все животные имеют вес – 543 кг Во втором поколении получаются особи всех возможных генотипов. И следовательно, возможно рождение особей, имеющих живой вес в интервале от 363 до 723 кг. 84 Решение типовой задачи 8: В качестве другого примера рассмотрим наследование окраса кожи у человека, которое контролируется двумя парами генов. Наличие в генотипе четырех доминантных генов определяет черный цвет кожи, а наличие в генотипе только рецессивных генов определяет белый цвет кожи. В браке негра с женщиной, имеющей белую кожу лица в первом поколении рождаются мулаты. В браке между ними (т.е. во втором поколении) возможно рождение детей от негра до белой кожи в соотношении 15 темнокожих (разной степени) : 1 белокожий: Наследование цвета кожи у человека Ген Генотип Фенотип Аааааааааааааа а Белая кожа 1 а1 а2 а2 А Кумулятивный эффект:насыщение пигментации А1А1А2А2 Черная кожа (негр) 3 доминантных генов Темный мулат 2 доминантных генов Мулат 1 доминантных генов Светлый мулат Фенотип Р Черная кожа (негр) Белая кожа Генотип Р (2п) ♀ А1А1А2А2 х ♂ а1 а1 а2 а2 Мейоз Гаметы (п) А1А2 а1 а2 Случайное оплодотворение Генотип F 1(2п) А1 а1А2 а2 Фенотип F 1 Мулат Фенотип F1 Генотип F1 (2п) Мейоз Гаметы (п) Мулат ♀ А1а1А2а2 Мулат ♂ А1 а1 А2 а2 А1А2 А1а2 А1А2 а1А2 А1А2 А1а2 а1А2 а1А2 Случайное оплодотворение Генотип F 2(2п) Фенотип F 2 Гаметы А1 А2 А1 А2 Негр А1 а2 А1 а2 Темный мулат Мулат Темный мулат 85 а1 А2 Темный мулат Мулат а1 а2 Мулат Светлый мулат а1 А2 а1 а2 Темный мулат Мулат Мулат Мулат Мулат Светлый мулат Светлый мулат Белая кожа Решение типовой задачи 9 У собак породы доберман-пинчер ген “В” определяет черный окрас шерсти, а “в”- кофейную. Другой ген “С” – супрессор, определяет интенсивность окраса (распределение пигмента в корковом и мякотном веществе волоса), а “ с”- ингибитор (пигмент имеется только в мякотном веществе волоса), приводит к голубому окрасу волос: Ген ВС Вс вС вс Наследование окраса шерсти у собак Генотип Фенотип В-СЧерный В-сс Голубой ввСКофейный Ввсс Голубой При спаривании кофейных с голубыми в F1 рождаются черные доберманы,а при скрещивании их между собой во втором поколении будет следующее соотношение фенотипов по окрасу: 9 черных (В-С-) : 4 голубых (В-сс, ввсс) : 3 кофейных (ввС-): Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F 1(2п) Фенотип F 1 Фенотип F1 Генотип F1 (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F 2(2п) Кофейный окрас шерсти ♀ ввСС Голубой окрас шерсти Х ♂ ВВсс ВС Вс ВвСс Черный окрас шерсти Черный ♀ВвСс х ВС Вс вС вс Гаметы ♂ Черный О ВвСс ВС Вс вС вс ВС Вс 86 вС вс ВС Фенотип F 2 ВВСС ВВСс ВвСС ВвСс Вс ВВСс ВВсс ВС ВвСС ВвСс Вс ВвСс Ввсс 9 черных : 4 голубых : ВвСс ввСС ввСс Ввсс ввСс ввсс 3 кофейных Таким образом: 1.При неаллельном взаимодействии на развитие одного признака действуют несколько пар генов, а при аллельном взаимодействии на развитие одного признака влияет только одна пара генов; 2.При неаллельном взаимодействии в F2 соотношение фенотипов вариабельно (9:3:3:1, 9:7, 9:6:1 и др), т.к. гены наследуются независимо (закон о независимом наследовании генов), при аллельном взаимодействии в F2 соотношение фенотипов равно 3:1 (при полном доминировании), 1:2:1 (при неполном доминировании) или 9:3:3:1 при дигибридном скрещивании т.к. на признак влияет одна или несколько пар аллельных генов. Неаллельное взаимодействие генов 1. У норок окраска меха наследуется по типу комплементарного взаимодействия генов: при сочетании АВ образуется коричневый, Ав - серый, аВ - бежевый и при ав - кремовый окрас меха. От скрещивания двух линий бежевой и серой норок было получено 24 щенка F1 . При скрещивании их между собой было получено 80 щенят F2. Сколько норок F1 имели коричневую окраску? Сколько норок F2 имели бежевую и кремовую окраску? Сколько разных фенотипов в F2? 2. У кур розовидная форма гребня определяется взаимодействием генов Рс , стручковидная - рС, ореховидная - РС, рс - листовидная. Какое потомство следует ожидать при скрещивании дигетерозиготной курицы с ореховидной формой гребня с петухом, имеющим листовидный гребень? 3. У висконских норок платиновая окраска меха определяется генами Од, серая - оД, стандартная - ОД, бежевая - од. Какое потомство следует ожидать при скрещивании двух норок, один из которых имеет стандартный окрас меха, другой - бежевый окрас? 4. От скрещивания платиновой (гены Ск) норки с серебристособолиным (гены сК) самцом было получено 6 коричневых норок (гены СК) и 5 серебристо-соболиных. А при скрещивании той же самки с другим серебристо-соболиным самцом в нескольких пометах получили : 7серебристо-соболиных, 6 норок с очень редкой и красивой окраской “дыхание 87 весны”, 8 - коричневых, 6 - платиновых. Определите генотипы родителей и потомков. Как наследуется окраска “дыхание весны” у норок? 5. При скрещивании стальных и оранжевых карпов в F1 все потомки оказались темными. А в F2 произошло расщепление: 265 темных, 82 стальных, 87 оранжевых, 24 белых. Как наследуется признак? Определите генотип исходных карпов. 6. У кур породы леггорн окраска оперения наследуется по типу эпистаза. Ген “С” обуславливает окрашенное оперение, а ген “I” - белое оперение и он подавляет проявления пигмента, ген “с” обуславливает белую окраску оперения, а ген “i“ не влияет на проявление окраски. Какое следует ожидать потомство, при спаривании белых дигетерозиготных петухов с дигомозиготными курами окрашенного оперения. 7. При скрещивании кроликов агути (Ic) с черными в первом поколении получили крольчат с окраской агути ( ген “I“ эпистатичен к гену “С”) , а во втором - 68 агути, 76 черных, 6 голубых крольчат. Объясните полученные результаты и определите генотипы исходных форм. 8. У кошек сочетание генов “Ln” обуславливает белую окраску шерсти, а “lN”- агути. Ген L эпистатичен к гену N. Какое потомство следует ожидать от скрещивания белых дигетерозиготных котов с кошками окраса агути. 9. У лошадей ген “С” обуславливает серую масть и является эпистатичным по отношению к гену “В”, обуславливающему вороную масть, и гену “в”,обуславливающему рыжую масть. Ген “с” на масть влияния не оказывает. Скрещивали дигетерозиготных серых кобыл с рыжими жеребцами. Какое следует ожидать потомство. 10. От спаривания гнедого жеребца Эльбруса с кобылами различного окраса были получены следующие результаты: Кобылы Жеребята Рыжие Вороные Гнедые Серые Всего Рыжие 5 3 1 9 Вороные 1 4 3 8 Гнедые 1 3 5 9 Серые 1 2 5 8 Определите генотип Эльбруса, если известно, что серая масть эпистатична над вороной, рыжей и гнедой, а гнедая -над вороной и рыжей. 11. Пахово – мошоночная грыжа у свиней (при этой болезни петли кишечника проходят через паховое кольцо в мошонку) появляется у хрячков гомозиготных по обоим рецессивным генам (ккии) У какой части потомства будет проявляться данное заболевание, если известно, что родители являются дигетерозиготными. 12. При скрещивании платиновой норки с алеутской в FI все щенки были коричневыми, а в F2 наблюдалось расщепление в следующем 88 количестве : 30 щенков коричневых, 8-платиновых, 9-алеутских и 3 щенка имели новую окраску – сапфировую. Как называется данный тип взаимодействия? Каких особей необходимо скрещивать, чтобы получить потомков только сапфировой окраски? 13. У тутового шелкопряда желтая окраска кокона определяется наличием двух доминантных аллелей А и В, белая от рецессивных аллелей а и в. Присутствие только одного из доминантного гена приводит к белому окрасу. Скрещивались две белококонные породы (ААВВ х аавв). Определите генотипы FI и F2. 14. От скрещивания темных и белых карпов в FI все потомки оказались темными, а в F2 произошло расщепление: 265 темных,82 стальных, 87 оранжевых, 24 белых. Как наследуется признак? Определите генотип исходных карпов. 15. Скрещиваются две линии норок с бежевой и серой окраской. У гибридов FI наблюдается коричневая окраска меха (дикий тип). В F2 наблюдается следующее расщепление : 14 серых : 46 коричневых : 5 кремовых : 16 бежевых. Как наследуются эти окраски? Какое может быть потомство от скрещивания гибридных коричневых норок с кремовыми? 16. От скрещивания рыжих и шоколадно – коричневых кроликов в FI все крольчата имели черную окраску. Во втором поколении было получено 214 крольчат : 94 черных, 32 голубых, 25 шоколадно-коричневых, 30 желтых, 10 светло-серых, 12 светло – желтых , 9 рыжих, 2 песочных. Самку песочного цвета из второго поколения скрестили с черным самцом из FI. От этого скрещивания родилось 28 крольчат с такими же фенотипами, как и в F2 , но в соотношении I:I:I:I:I:I:I:I. Объясните результаты скрещиваний. Определите генотипы всех особей. 17. У кур гороховидный гребень контролируется геном “Р”, розовидный – геном “Т”, ореховидный – их доминантными аллелями -“Р” и “Т”, листовидный – их рецессивами “р” и “т”. Какие гребни будет иметь потомство, полученное от следующего сочетания родительских пар: РрТт х Рртт? 18. У тыквы окраска плодов наследуется по типу эпистаза. Ген А обуславливает желтую окраску плодов, а ген а- зеленую. Эпистатичный ген Ф обуславливает белую окраску плодов, а ген ф не влияет на окраску. Скрещивали растение с белыми плодами с генотипом Ффаа, с растением, имеющим желтые плоды и генотип ФфАа, и получили 96 гибридных растений. Сколько разных генотипов может образоваться при таком скрещивании? 19. У кур породы леггорн окраска оперения наследуется по типу эпистаза. Ген С обуславливает развитие окрашенного оперения, ген с- белого. Ген Л подавляет развитие пигмента, ген л не оказывает влияния на окраску. 89 Скрещивали куриц FI, имеющих генотип СсЛл, с петухами, имеющими генотип сслл. Было получено 24 цыплят. Какое соотношение фенотипов возможно от этого спаривания? 20. У тыквы окраска плодов определяется эпистатичным взаимодействием генов. Гены кА определяют желтый окрас, ка-зеленый. Ген К является ингибитором и определяет белый окрас. Скрещивали растение с белыми плодами (ККАА), с растением, имеющих зеленые плоды (ккаа). В FI было получено 12 растений, а в F2 -144 растения. Какие фенотипы исходят от этих скрещиваний? 21. У собак ген “А” обуславливает черную окраску шерсти, “а” – коричневую, ген “I” обуславливает белую окраску и является эпистатичным по отношению к гену “А”, а ген “i” не оказывает влияния на окраску шерсти. При скрещивании чистой линии собак коричневой масти с дигетерозиготными самками белой масти получено 40 щенят. Сколько из числа родившихся будут белыми? 22. У кукурузы длина початков обусловлена двумя парами полимерных генов, каждый из которых имеет однозначное действие. Предположим, что каждый доминантный ген обуславливает 5 см, а рецессивный ген – 2 см длины початка. Скрещивали две линии кукурузы, одна из которых имели длину початков 8 см, а другая 20 см. Всего было получено 16 растений FI, от самоопыления которых было получено 96 растений F2. Какую длину початка имели растения FI и F2 ? 23. Уши кроликов породы Баран имеют длину 28 см. У других пород кроликов длина ушей около 12 см. Предположим, что различия в длине ушей зависят от двух пар генов с однозначным кумулятивным действием. Генотип кроликов породы Баран ААВВ, обычных кроликов- аавв. Какая длина ушей сформируется у кроликов, если скрестить дигетерозигот между собой? Какую длину ушей имеют родители? 24. Различия в длине шерсти у овец зависят от взаимодействия двух пар полимерных однозначных генов, имеющих кумулятивный эффект. Предположим, что каждый доминантный ген обуславливает 3 см , а рецессивный – 1 см длины шерсти. Скрещивали две линии овец, одна из которых имела длину шерсти 10 см, а другая- 8 см. Какая длина шерсти будет у их потомков ? 25. У овец тонина шерсти обусловлена двумя парами полимерных генов, каждый из которых имеет однозначное действие. Предположим, что каждый доминантный ген обуславливает 9 мкм, а рецессивный – 7 мкм. Скрещивали две линии овец, одна из которых имела тонину шерсти 32 мкм, другая – 28 мкм. Какая тонина шерсти будет у их потомков. 26. При скрещивании чистых линий мышей с длинными хвостами (100мм) с короткохвостыми мышами (40мм) мышки FI всегда имели 90 одинаковые хвосты длиной – 70 мм. Какая длина будет у мышей, если скрестить между собой мышей, у которых длина хвоста составляет 70 мм? 27. У собак породы доберман-пинчер ген “В” вызывает черную окраску шерсти, а ген “в”-кофейную.На эти гены,в свою очередь,влияют гены-модификаторы: ген “Д” определяет интенсивную окраску(ВД-синечерную,вД-темно-коричневую), а ген “д” определяет ослабленную окраску(Вд-голубую,вд-светло-коричневую).Какое следует ожидать потомтсво при спаривании темно-коричневых самок с сине-черными самцами? 28. У собак породы доберман-пинчер ген “В” вызывает черную окраску шерсти, а ген “в”-кофейную.На эти гены,в свою очередь,влияют генымодификаторы: ген “Д” определяет интенсивную окраску(ВД-синечерную,вД-темно-коричневую), а ген “д” определяет ослабленную окраску(Вд-голубую,вд-светло-коричневую).Гетерозиготы по голубому окрасу были спарены со светло-коричневыми особями.Какое потомство следует ожидать от этого спаривания? 29. У собак породы доберман-пинчер ген “В” вызывает черную окраску шерсти, а ген “в”-кофейную.На эти гены,в свою очередь,влияют генымодификаторы: ген “Д” определяет интенсивную окраску(ВД-синечерную,вД-темно-коричневую), а ген “д” определяет ослабленную окраску(Вд-голубую,вд-светло-коричневую).Какое потомство следует ожидать,если скрестить темно-коричневых с голубыми особями? 40. У собак породы доберман-пинчер ген “В” вызывает черную окраску шерсти, а ген “в”-кофейную.На эти гены,в свою очередь,влияют генымодификаторы: ген “Д” определяет интенсивную окраску(ВД-синечерную,вД-темно-коричневую), а ген “д” определяет ослабленную окраску(Вд-голубую,вд-светло-коричневую).Какое потомтсво следует ожидасть,если скрестить светло-коричневых с черно-синими? 41. У собак породы доберман-пинчер ген “В” вызывает черную окраску шерсти, а ген “в”-кофейную.На эти гены,в свою очередь,влияют генымодификаторы: ген “Д” определяет интенсивную окраску (ВД-синечерную,вД-темно-коричневую), а ген “д” определяет ослабленную окраску (Вд-голубую,вд-светло-коричневую).Какое потомтсво следует ожидать,если скрестить черно-синих гетерозиготных по гену-модификатору со светлокоричневыми особями? 42. У попугаев цвет перьев формируется при взаимодействии неаллелей: АВ-зеленый,Ав-желтый, аВ-голубой,ав-белый окрас. Какое следует ожидать потомство,при скрещивании дигетерозиготных зеленых особей с белыми? 43. У попугаев цвет перьев формируется при взаимодействии неаллелей: АВ-зеленый,Ав-желтый,аВ-голубой,ав-белый окрас. Какое следует ожидать потомство,при скрещивании дигетерозиготных особей между собой? 91 44. У золотой рыбки (Carassius auratus) ген “М” эпистатичен к гену “S”:при наличии в генотипе гена “М” у рыбок формируется темный окрас тела,а при отсутствии-желтый окрас,если же гены рецессивны “мs”,то рождаются альбиносы.Какое потомтсво следует ожидать,если скрестить темных рыбок с альбиносами? 45. У золотой рыбки (Carassius auratus) ген “М” эпистатичен к гену “S”:при наличии в генотипе гена “М” у рыбок формируется темный окрас тела,а при отсутствии-желтый окрас,если же гены рецессивны “мs”,то рождаются альбиносы.Какое потомтсво следует ожидать,если скрестить темных рыбок с желтыми? 46. У карпов различие в чешуйном покрове обуславливается взаимодействием неаллелей: Ав-чешуйчатые,т.е.разбросанно-зеркальные,авголые,т.е.кожистые,АВ-линейные,т.е.зеркальные.При этом ген В в гомозиготном состоянии летален (эмбрионы погибают на стадии вылупления или вскоре после выхода личинки из оболочки).Хозяйственная ценность разных форм карпа различна: по скорости роста чешуйчатые корпы несколько лучше разбросанных,а линейные-лучше голых.Какое следует ожидать потомство,если скрестить линейных с голыми? 47. У карпов различие в чешуйном покрове обуславливается взаимодействием неаллелей: Ав-чешуйчатые,т.е.разбросанно-зеркальные,авголые,т.е.кожистые,АВ-линейные,т.е.зеркальные.При этом ген В в гомозиготном состоянии летален (эмбрионы погибают на стадии вылупления или вскоре после выхода личинки из оболочки).Хозяйственная ценность разных форм карпа различна: по скорости роста чешуйчатые корпы несколько лучше разбросанных,а линейные-лучше голых.Какое следует ожидать потомство,если скрестить линейных с чешуйчатыми? 58. У карпов различие в чешуйном покрове обуславливается взаимодействием неаллелей: Ав-чешуйчатые,т.е.разбросанно-зеркальные,авголые,т.е.кожистые,АВ-линейные,т.е.зеркальные.При этом ген В в гомозиготном состоянии летален (эмбрионы погибают на стадии вылупления или вскоре после выхода личинки из оболочки).Хозяйственная ценность разных форм карпа различна: по скорости роста чешуйчатые корпы несколько лучше разбросанных,а линейные-лучше голых.Какое следует ожидать потомство,если скрестить голых с чешуйчатыми? 49. У карпов различие в чешуйном покрове обуславливается взаимодействием неаллелей: Ав-чешуйчатые,т.е.разбросанно-зеркальные,авголые,т.е.кожистые,АВ-линейные,т.е.зеркальные.При этом ген В в гомозиготном состоянии летален (эмбрионы погибают на стадии вылупления или вскоре после выхода личинки из оболочки).Хозяйственная ценность разных форм карпа различна: по скорости роста чешуйчатые корпы несколько лучше разбросанных,а линейные-лучше голых.Какое следует ожидать потомство,если скрестить линейных чешуйчатых с линейными? 92 Занятие 13 ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ Тема: Сцепленное наследование. Составление генетических карт хромосом Цель:Изучить наследование генов, расположенных в одной группе сцепления, построение генетических карт. Методические указания. В каждой хромосоме имеется большое количество генов, связанных между собой и наследуемых группами. Гены одной группы сцепления наследуются независимо от генов, принадлежащих к другим группам сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному числу хромосом. Т.Морганом, А. Стертевантом, К. Бриджесом удалось установить, что материальной основой сцепления является хромосома. Следовательно все гены, находящиеся в одной хромосоме связаны между собой субстратом хромосом, её организацией и поведением в мейозе. Но полное сцепление встречается редко, т.к. оно нарушается во время профазы мейоза I явлением кроссинговера (перекрест хромосом, образование хиазм), в результате которого происходит обмен аллелями за счет разрыва и рекомбинации гомологичных хромосом. Явление рекомбинации и образования рекомбинантных форм. Аллели, входящие в группы сцепления у родительских особей разделяются и образуют новые сочетания, которые попадают в гаметы – генетическая рекомбинация. Потомков, полученных при оплодотворении таких гамет называют рекомбинантами. Сопоставление цитологических данных с данными о соотношениях рекомбинантных фенотипов подтвердило, что обмен генетическим материалом в мейозе происходит почти буквально между всеми гомологичными хромосомами. Кроссинговер представляет собой важный источник генетической изменчивости, наблюдаемой в популяциях. Если гены находятся в разных парах гомологичных хромосом, то образуется 4 типа гамет в соотношении 1:1:1:1 (Генотип АаВв) 93 В том случае, если гены находятся в одной паре гомологичных хромосом, то образуется 2 типа гамет (Генотип АаВв) Наличие сцепления или его отсутствие может быть установлено с помощью анализирующего скрещивания. Если испытуемые гены находятся в разных хромосомах, то при анализирующем скрещивании образуется 4 типа гамет и следовательно 4 фенотипических класса потомков При наличии групп сцепления тоже образуется 4 фенотипических класса, но в разном соотношении 94 А.Х. Стертевант высказал мысль, что частоты рекомбинаций свидетельствуют о линейном расположении генов вдоль хромосомы. Кроме того было установлено, что частота рекомбинаций отражает относительное расположение генов в хромосоме: чем дальше друг от друга находятся сцепленные гены, тем больше вероятность того, что между ними произойдет кроссинговер. Кроме того установлено, что частота рекомбинаций отражает относительное расположение генов в хромосоме: чем дальше друг от друга находятся сцепленные гены, тем больше вероятность того, что между ними произойдет кроссинговер, т.е. тем выше частота появления рекомбинантов. Частота кроссинговера измеряется отношением числа особей, у которых обнаруживается кроссинговер к общему числу особей в потомстве анализирующего скрещивания и выражается в %. В генетических формулах сцепленные локусы перечисляют в соответствии с их порядком в группе сцепления и подчеркивают горизонтальной чертой. Генетические формулы гибридов пишут обычно в виде дроби, причем формулу матери ставят в числитель, а отца в знаменатель АвсД аВСд 3. Суммируя результаты, полученные в экспериментах на дрозофиле, Т. Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности: 95 1. Гены находятся в хромосомах и расположены в линейном порядке на определенном расстоянии друг от друга 2. Гены, расположенные в одной хромосоме представляют собой группу сцепления и наследуются совместно. 3. Новые сочетания генов, находящихся в одной хромосоме, возникают в результате кроссинговера. 4. Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами. Используя закономерности линейного расположения генов в хромосоме и определив частоту кроссинговера можно построить генетические карты хромосом. 4. Данные о частотах рекомбинаций позволяют генетикам составлять генетические карты хромосом. Построение которых основано на прямом переводе частоты рекомбинаций между генами в предполагаемое расстояние на хромосоме. Например: если частота рекомбинаций между генами А и В равна 6 %, то это означает, что они расположены в одной и той же хромосоме на расстоянии 6 морганид (морганида- единица измерения расстояния между генами на хромосоме).А частота рекомбинаций между генами А и С 10 %, то они разделены расстоянием 10 морганид. Но этих данных недостаточно для определения месторасположения вышеперечисленных генов. Т.е.ген С может располагаться как справа, так и слева от гена А. Поэтому на практике обычно определяют частоту рекомбинаций по меньшей мере для 3-х генов одновременно. Метод триангуляции, который позволяет определить не только расстояние между генами, но и их последовательность. Задача: Определить месторасположение генов на хромосоме, если известно: Р-Q = 24 % R-P = 14 % R-S = 8 % S-P = 6 % 96 Различают полное и неполное сцепленное наследование. Полное сцепление - это передача наследственного материала из одного поколения в другое в неизменном виде. Полное сцепление установлено только у самцов дрозофилы и самок тутового шелкопряда. Известно, что у дрозофил серая окраска тела (В) доминирует над черной (в),а длиннокрылость (У) – над короткокрылостью (у).При этом гены расположены в одной группе сцепления: Наследование окраса тела и длины крыла у дрозофил при аутосомном сцепленном наследовании: Ген Генотип Фенотип в у в у Черные короткокрылые В У в В у У В В У У - - Серые длиннокрылые При скрещивании черных короткокрылых самок длиннокрылыми все потомство будет серым длиннокрылам: Фенотип Р Генотип Р (2п) Черные короткокрылые в у в Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F1 (2п) в с Серые длиннокрылые Х у В У В У В У у В У в у 97 серыми Фенотип F1 Серые длиннокрылые Метод, используемый в качестве теста на сцепление, заключается в возвратном скрещивании (бэкросс) дигетерозиготной особи с дигомозиготными рецессивными формами. Если сцепления между генами нет, то в потомстве образуется четыре фенотипических класса примерно в равных соотношениях. Если эти гены сцеплены, то формируется только два фенотипических класса (тоже в равных соотношениях): Фенотип Р Генотип Р (2п) Черные короткокрылые Самка в у в Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F2(2п) Фенотип F2 в В Серые длиннокрылые Х Самец В У у у У в в у Серые длиннокрылые в у В У В у у в у Черные короткокрылые При независимом наследовании генов образуется четыре фенотипических класса. Как видим из решения, при сцепленном наследовании образуется только два фенотипических класса. Полное сцепление может нарушаться с помощью кроссинговера. Кроссинговер происходит тогда, когда наблюдается конъюгация гомологичных хромосом в мейозе профазы 1.При этом каждая хромосома в биваленте представлена двумя хроматидами.В каждом конкретном месте в обмен вовлекаются только две хроматиды из четырех. Кроссинговер заключается в материальном обмене участками между хроматидами. 98 Вернемся к рассмотрению нашего примера. Теперь серых длиннокрылых самок из первого поколения скрестим с дигомозиготной рецессивной формой: Фенотип Р Генотип Р (2п) Черные короткокрылые Самец в у в Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F2(2п) в в Серые длиннокрылые Х Самка В У у у у В У В в у В У в у В у в У у в У в у В У в у в у Фенотип F2 Черные Серые Серые Черные короткок длиннокр короткок длиннокрылые рылые ылые рылые Нерекомбинантные Рекомбинантные Перегруппировка родительских генов при мейозе в результате кроссинговера называют рекомбинацией. В нашем примере получено четыре фенотипических класса, из которых два являются рекомбинантными -это черные длиннокрылые и серые короткокрылые. Количество появления новых форм зависит от частоты перекреста (Х): Х= (l : n ) х 100 % , где l – число кроссоверных форм n - общее число потомков 99 Допустим, что среди 300 полученных потомков 60 являются рекомбинантными, т.е. получены в результате оплодотворения кроссоверных гамет, тогда: Х = (60 : 300) х 100 = 20 % кроссинговера Таким образом, по частоте перекреста можно судить о расстоянии между генами. Следовательно сила сцепления может быть выражена числом обмена. Частота обмена для двух локусов является величиной постоянной, лежащей между 0 и 50% (абсолютное сцепление и свободная комбинируеомость). Решение типовой задачи 1: У кроликов гены характера окраски шерсти и её длины локализованы в одной хромосоме,при этом “английский” тип окраски (белая пятнистость) доминирует над обычной сплошной,а короткая шерстьнад длинной (ангорской).Было произведено скрещивание “английских короткошерстных кроликов с кроликами, имеющими сплошную окраску и длинную шерсть. В F1 было получено 14 кроликов,которые затем скрестили с дигомозиготной рецессивной формой.Было получено 64 кролика,из которых 12% были кроссоверными.Каковы генотипы и фенотипы родителей и потомков первого и второго поколения?Каково рассстояние между генами? Для начала оформляется табличка “ген-генотип-фенотип”: Наследование окраса шерсти и её длины у кроликов: Ген Генотип Фенотип А В А В “английские” короткошерстные а в а в а “Сплошные” длинношерстные в По условию задачи необходимо получить первое поколение путем скрещивания дигомозиготных форм по контрасным признакам между собой: Фенотип Р Генотип Р (2п) “английские” короткошерстные А В А В Х “сплошные” длинношерстные а в а Мейоз 100 в Гаметы (п) А В Случайное оплодотворение Генотип F1 (2п) а А в В а в 14 “английских” короткошерстных крольчат Фенотип F1 Далее получим второе поколение путем скрещивания первого поколения с дигомозиготной рецессивной формой (бэкросс): Фенотип Р Генотип Р (2п) “английские” короткошерстные 0 А В а Мейоз Гаметы (п) Случайное оплодотворение Генотип F2(2п) Фенотип F2 “сплошные” длинношерстные 0 а в а в Х в А_____В а_____в А_____в а_____В А В а в а в а в “англ-ие” “сплошнкороткош ые” длин -ые Нерекомбинантные а________в А в а в “англ” длиннош А в А в “сплош” короткош Рекомбинантные Генетические карты План расположения генов в хромосоме называют генетической картой. Генетические карты дают возможность определить относительное расположение генов в хромосомах. Хромосомные карты строятся путем прямого перевода частоты рекомбинаций между генами в предполагаемые расстояния на хромосоме. Для построения генетических карт используют 101 метод триангуляции, который определяет частоту рекомбинации для трех (и более) генов одновременно. С помощью данного метода определяют не только расстояние между генами, но и их последовательность. Решение типовой задачи 2: Частоты рекомбинации, установленные в результате ряда скрещиваний при участии четырех генов следующие: /GF/ = 24 %, /RG/ = 14 %, /RS/ = 8 %, /SG/ = 6 %. Для того, чтобы установить последовательность генов и расстояния между ними, производят следующие действия: 1. вычерчивают линию, изображающую хромосому; 2. в середину хромосомы помещают гены с наименьшей частотой рекомбинации - / SG/ = 6 % S 1. по следующей величине частоты рекомбинации указывают два возможных положения по отношению к G- /RS/ = 8 %: R? 2. G S G R? проделывают то же самое со следующей частотой рекомбинации/RG/=14 %: R S G 8% 6% /----------- 14 % --------/ При этом выясняется,что R не может находиться справа от G. 5. Проделывают то же самое для /GF/ = 24 %: F? R S G F? 8% 6% / ------------14 % ---------/ /-----------------------24 % ---------------/ -----------------24 % ---------------/ Положение F не может быть установлено без дополнительной информации. 102 Ключевые слова и понятия: Бэкросс Генетическая карта хромосом Количество групп сцепления Конъюгация Кроссинговер,хиазма Метод триангуляции Основные положения хромосомной теории Рекомбинация Сцепление:полное и неполное Синапсис Частота перекреста Занятие 14 Тема: НАСЛЕДОВАНИЕ,СЦЕПЛЕННОЕ С ПОЛОМ Цель: Изучить наследование признаков, гены которых локализованы в половых хромосомах. Методические указания. . Определение пола может происходить на разных фазах цикла размножения. Пол зиготы может предопределяться еще в процессе созревания женских гамет - яйцеклеток. Такое определение пола называют прогамным. Оно обнаружено у коловраток, тли и кольчатых червей. Связано с неравномерным развитием яйцеклеток. Из более крупных после оплодотворения развиваются самки из мелких развиваются самцы. Если определение пола нового организма присходит при оплодотворении в результате соответствующего сочетания гамет, т.е. при образовании зиготы, то такой тип детерминации пола называется сингамным, что типично для млекопитающих, рыб, птиц, насекомых. Эпигамное определение пола наблюдается после оплодотворения под влиянием внешних условий. Подобный пример наблюдается у морского червя. При изучении набора хромосом у самцов и самок ряда животных между ними были обнаружены некоторые различия. Как у мужских, так и у женских особей во всех клетках имеются пары одинаковых (гомологичных) хромосом (аутосомы), они различаются по одной паре хромосом. Это половые хромосомы (гетеросомы) Все остальные хромосомы называют аутосомами. В кариотипе имеется пара хромосом идентичная у самки, но различающаяся у самца. Эти хромосомы называются Х и У – хромосомами. Генотип самки ХХ называют гомогаметным, а самца ХУ – гетерогаметным. Такие различия по половым хромосомам характерны для большинства животных. В том числе для человека, но у птиц, бабочек наблюдается обратная картина- у самок ХУ, у самцов ХХ. У некоторых прямокрылых У-хромосомы нет совсем, так что самец имеет генотип ХО. У человека У-хромосома контролирует дифференцировку семенников. У большинства организмов У-хромосома не 103 содержит генов, имеющих отношение к полу. Её даже называют генетически инертной или генетически пустой, т.к. в ней очень мало генов. Генетическое объяснение соотношения полов Фенотип Генотип Гаметы Генотип Р ♀ ХХ ♀ Соотношение полов ♂ ХУ ♂ ♀ 50% ♀ : ♂ 50% ♂ 2. Балансовая теория определения пола Исследования на дрозофиле показали, что простой на первый взгляд механизм определения пола в действительности сложнее. Несомненно, что Ххромосома направляет развитие особи в сторону женского пола, однако Ухромосома у плодовой мушки никак не влияет на пол. Например, можно получить особей ХО, т.е. имеющих одну одну лишь Х-хромосому, но лишенных У-хромосомы. Такие особи представляют собой типичных самцов, но они совершенно стерильны. Следовательно, наличие У-хромосомы обеспечивает плодовитость самцов, но не влияет на определение пола, в данном случае роль У-хромосомы сводится к тому, что она служит партнером Х-хромосомы в мейозе. Было установлено, что пол определяется генами женского пола, расположенными в Х-хромосоме и генами мужского пола, расположенными в аутосомах. В 1919 году К. Бриджес нашел триплоидных самок дрозофил, которые были плодовиты. От скрещивания триплоидных мух с нормальными получается разнообразное потомство , среди которого могут быть мухи с нормальным комплексом хромосом (ХУ + 2А и ХХ+2А) и могут встреться особи с комплексом хромосом ЗХ + 2А или 2Х + 3А. Особей ЗХ + 2А называют сверхсамками, Они отличаются от нормальных самок стерильностью и аномальными крыльями и глазами. Мухи типа 2Х + 3А представляют собой интерсексов, т.е. нечто промежуточное между самцами и самками. Могут возникнуть особи с ХУ + 3А – сверхсамцы. На основании опытов Бриджес пришел к выводу, что пол определяет не присутствие двух хромосом или ХУ, а соотношение числа половых хромосом и числа наборов 104 аутосом. Это следует из того, что все особи с балансом хромосом (или половым индексом) Х : А = 1 представляют собой самок, соотношение Х : 2А= 0,5 определяет самцов, баланс хромосом в соотношении 1:0,5 определяет промежуточное развитие пола, т.е. интерсексуальность. Соотношение ЗХ : 2А ведет к развитию сверхсамок. Наоборот ХУ : ЗА = 0,33 определяет развитие сверхсамцов. У дрозофил и у некоторых насекомых иногда развиваются так называемые гинандроморфы, у которых одни участки тела женского, а другие мужского типов. Это связано с утерей клетками женского типа одной из Ххромосом и последующим развитием клеток мужского типа. Иногда встречается явление мозаичности хромосом, т.е. появление у одной особи группы клеток с разными кариотипами. Мозаичность половых хромосом типа ХХ/ХУ встречается среди разнояйцовых близнецов у крупного рогатого скота в 90 % случаев .Явление фримартинизма. У телок наблюдается глубокие нарушения развития внутренних половых органов. Явление гермафродитизма возникает в результате гормональных нарушений наследственного и ненаследственного характера. Чаще всего генотипически такие особи имеют признаки женского пола. (Свиньи, козы) 3. Регулирование пола имеет важное практическое значение. Так, в яичном птицеводстве желательно больше получать курочек, а в мясном птицеводстве – петушков. У тутового шелкопряда самцы дают на 25-30% больше шелка, чем самки, поэтому их преимущество очевидно. В мясном животноводстве желательно больше получать бычков. В результате исследований установлено, что типичное для многих видов соотношение полов 1:1 нарушается под влиянием различным факторов, действующих на разных этапах онтогенеза особи. Это служило объектом многих исследований. У многих групп животных нередко зародыш развивается из яйцеклетки без участия мужской гаметы. Это явление называется партеногенезом. Партеногенетическое размножение известно у медоносной пчелы. Самцы пчел – трутни - рождаются из неоплодотворенных яиц и представляют собой гаплоиды. Они могут также развиваться из оплодотворенных яиц, если гены, определяющие пол находятся в гомозиготном состоянии. Б.А. Астауровым в опытах с тутовым шелкопрядом удалось решить проблему регуляции пола. Подвергая самку шелкопряда воздействию высокой температуры в период мейоза задерживали редукционное деление ооцитов, в результате чего формирующиеся яйцеклетки самок оказывались диплоидными, т.е. не требующими оплодотворения . в дальнейшем они развивались партеногенетически, из них развивались только самки. Для получения самцов самок шелкопряда подвергали действию рентгеновских лучей, что приводило к разрушению ядер яйцеклеток. Облученных самок 105 спаривали с нормальными самцами, в результате чего зигота имела только 2Х хромосом . Из таких гамет развивались только самцы. Таким образом установлено, что на соотношение полов при рождении млекопитающих и птицы оказывают влияние разнообразные факторы: возрастной подбор родительских пар, качество половых клеток самцов и самок, физиологическое состояние родителей, уровень их основного обмена и характер рациона. 4. Половые хромосомы, также, как и аутосомы, несут в себе гены, контролирующие те или иные признаки. Признаки, которые обусловлены генами, расположенными в половых хромосомах, называют сцепленными с полом. Х и У хромосомы не являются гомологами, поэтому не содержат аллельных генов. В генетическом отношении Х-хромосома является более активной. Следовательно признаки , гены которых находятся в половых хромосомах имеют своеобразность в наследовании. В силу этого рецессивные гены в Х-хромосоме гетерогаметного пола могут проявляться, т.к. им не противостоят доминантные аллели в У-хромосоме. Явление сцепленного с полом наследования было впервые открыто Т.Морганом. в опытах на дрозофиле У дрозофилы гены, определяющие цвет глаз локализованы в Х-хромосоме и, следовательно сцеплены с полом. Красный цвет глаз А доминирует над белым а. ♀ красные глаза ♂ белые глаза А А Р Х Х х ХаУ Гаметы ХА Ха У F1 ХА Ха ХА У 106 Самки с красными глазами Самцы с красными глазами Правило доминирования и единообразия F1 ♀ красные глаза ♂ красные глаза А а Х Х ХА У Р Гаметы ХА Ха ХА У ХА ХА ХА Ха ХА У Ха У Все самки с красными глазами самцы с белыми глазами В соотношении 3 : 1 При реципрокном скрещивании F2 Р Гаметы F1 Ха Ха Ха ХАУ х ХА Ха У У Ха ХА Признаки, ограниченные полом, или точнее говоря, признаки ограниченные одним полом, являются генетически обусловленными особенностями, которые проявляются только у одного пола, несмотря на то, что гены данного признака передаются потомству от обоих родителей. Гены, ответственные за признаки, ограниченные полом, могут локализоваться как в половых хромосомах, так и в аутосомах. Примеры: молочная продуктивность, яйценоскость птиц. Признаки, зависимые от пола. Это те признаки степень проявления которых зависит от пола данной особи, прежде всего от половых гормонов. Например: тип рогов у некоторых пород овец Занятие 15 Тема: Мутационная изменчивость Цель : Ознакомление с основными понятиями мутационной изменчивости Методические указания. В генетике понятием «мутация» обозначаются дискретные изменения наследственной субстанции, за счет изменения количества или структуры ДНК данного организма в результате которой появляются фенотипически новые варианты признаков. Эти изменения достаточно устойчивы. Мутирование может вызывать изменения каких-либо признаков в популяции. 107 Мутации, возникающие в половых клетках называются генеративными, передаются следующим поколениям организмов, тогда как мутации в соматических клетках наследуются только дочерними клетками, образовавшимися путем митоза, такие мутации называются соматическими. Процесс возникновения мутаций называется мутагенезом. Мутагенез может быть спонтанным, когда мутации возникают в природе без вмешательства человека и индуцированным, когда мутации вызывают искусственно, воздействуя на организм специальными факторами, называемыми мутагенами. Частота возникновения мутаций у разных организмов различна, но по-видимому, связана с продолжительностью жизненного цикла. У организмов с коротким жизненным циклом она выше Мутагенные факторы бывают физического и химического характера (1. рентгеновские лучи, ультрафиолетовые, нейтроны и космические излучения, 2. диметилсульфат, иприт, этиленамин) Организм, у которого произошла мутация называют мутантами. Мутации бывают генные, геномные, хромосомные аберрации. Мутантные типы плодов дурмана Генные мутации или точковые – изменения структуры молекулы ДНК на участке определенного гена, кодирующего синтез соответствующей белковой молекулы. ДНК проявляет относительно высокую стабильность и устойчивость к мутагенам, обладает свойством восстанавливать 108 первоначальную структуру и исправлять повреждения. Процесс восстановления первоначальной структуры и исправления повреждений молекулы ДНК называется репарацией (фотореактивная, темновая). Если в молекуле ДНК на одном и том же участке одновременно повреждаются обе комплементарные нити, то это повреждение не восстанавливается и проявляется в виде генных или точковых мутаций. Мутации могут возникать в результате выпадения или вставки нуклеотидных пар в молекуле ДНК на участке соответствующего гена или замены одного нуклеотида на другой. В результате чего сдвигается рамка считывании генетического кода, нарушается процесс транскрипции. Наиболее частыми мутационными изменениями считаются перестройки генов. Генные мутации возникают в популяции особей с измененными признаками по отношению к признакам известным до этого. Измененный в результате мутации ген может быть как доминантным, так и рецессивным по отношению к исходному. чаще рецессивен, т.к. большая часть мутантных генов летальна. Доминантный летальный ген элиминируется сразу же со смертью особи, в генотипе которой он находится. 3. Геномными мутациями называют любые количественные отклонения от n числа хромосом в половых клетках определенного вида животных. Гамета с неполным или чрезмерным числом хромосом, соединяясь в ходе оплодотворения с другой гаметой с нормальным геномом приводит к возникновению зиготы, имеющей число хромосом, отличное от 2п. В общем виде это называется гетероплоидией. Наиболее часто ненормальность этого типа у человека и высших животных выражается в форме анэуплоидии Анэуплоидия может выражаться в наличии добавочной хросомы (п +1 , 2п+1) или в нехватке какой-либо хромосомы (п-1 или 2п-1) 109 Нерасхождение хромосом при мейозе Анэуплоидия может возникнуть, если в анафазе 1 мейоза гомологичные хромосомы одной или нескольких пар не разойдутся. В этом случае оба члена пары направляются к одному и тому же полюсу клетки и тогда мейоз приводит к образованию гамет, содержащих на одну или несколько хромосом больше или меньше, чем в норме. Это явление известно под названием нерасхождение Когда гамета с недостающей или лишней хромосомой сливается с нормальной гаплоидной гаметой, образуется зигота с нечетным числом хромосом вместо каких-либо 2-х гомологов в такой зиготе их может быть три или только один. Возможно также нерасхождение мужских и женских половых хромосом, которое тоже приводит к анэуплоидии, влияющие на вторичные половые признаки и плодовитость, а иногда на умственное развитие. Синдром ХХУ С признаками женского пола, умственная Клайнфельтера ХУУ отсталость С признаками мужского пола, бесплодие Синдром ХО У женщин признаки мужского пола Шерешевского Тернера ХХХ С признаками женского пола, умственная отсталость ХУУ С признаками мужского пола, агрессивный характер 110 0,02% 0,03% 0,12% 0,1% Гетероплоидия наиболее изучена у человека. Зигота, в которой число хромосом меньше диплоидного, обычно не развивается, но зиготы с лишними хромосомами иногда способны к развитию. Однако из таких зигот в большинстве случаев развиваются особи с резко выраженными аномалиями. Установлено, что хромосомные нарушения определяют мертворождение или смерть новорожденных в течение первого и последующих лет жизни. Вместе с тем в некоторых случаях рождаются и живут относительно продолжительное время дети-трисомики по какой-либо хромосоме, но во всех случаях трисомия вызывает пороки развития. Трисомия по 13-й хромосоме вызывает синдром, описанный Патау, частота 1: 500. Наблюдается высокая ранняя смертность, пороки головного мозга, полидактилия, пороки внутренних органов. Одна из наиболее часто встречающихся хромосомных мутаций, возникающих у человека в результате нерасхождения – трисомия 21, или синдром Дауна (2п +1= 47) Частота 1: 700. К числу её симптомов относятся задержка умственного развития, пороки сердца, пищеварительного тракта, патология в форме головы и лица, разболтанность суставов, пониженная сопротивляемость к болезням, характерный фенотип. Синдром Дауна чаще встречается у детей немолодых матерей. Видимо это связано с 111 возрастом яйцеклеток. Формы моносомии и трисомии встречаются у собак и свиней и являются однозначно вредными, вызывая различные аномалии. Полиплоидия. В том случае, когда соматические клетки содержат несколько наборов из п хромосом (3п, 4п, 5п, 6п), говорят о полиплоидии. Явление это часто встречается у растений и используется для выведения новых более ценных сортов. Среди высших животных полиплоидия очень редка и чаще всего летальна. Хотя встречаются явления перехода нормальных диплоидов 2п в тетраплоидов 4п. (обычные хомячки имеют 22 хромосомы в кариотипе золотистый хомяк имеет 44 хромосомы в кариотипе.) Гаплоидия. Противоположна полиплоидии, при которой соматические клетки содержат n хромосом, т.е. столько же сколько гаметы. Гаплоидные особи возникают при развитии неоплодотворенного яйца, т.е. при партеногенезе. Партеногенез встречается у насекомых (у пчел гаплоидный самец - трутень). Если полиплоидные организмы содержат многократно повторенные геномы собственного вида их называют автоплоидами. Полиплоидный организм, содержащий геномы разных видов, называется аллоплоидом. Хромосомные мутации Хромосомные мутации включают изменения числа хромосом и их макроструктуры. Некоторые типы хромосомных мутаций изменяют действие некоторых генов и оказывают на фенотип гораздо более глубокое влиянии, чем генные мутации. О хромосомных мутациях говорят в том случае, когда при нормальном числе хромосом в клетках наблюдаются устойчивые изменения в структуре конкретных хромосом. Информация по этому вопросу получена преимущественно в исследованиях на Drozophila melanogaster. Высшие животные в этом отношении исследованы мало. Мутации хромосом можно систематизировать следующим образом: 1. Утрата определенного фрагмента хромосомы. Если при однократном разрыве теряется концевой участок хромосомы явление называется нехваткой (дефиниция), 2. Если при двукратном разрыве, утрачивается промежуточный фрагмент, а оставшиеся части соединяются друг с другом, говорят о делеции. Сущность такой мутации заключается в утрате вместе с фрагментом хромосомы, содержащихся в нем генов, что чаще всего ведет к летальному исходу. 3. Дупликация – удвоение определенного участка хромосом, выражающееся в двукратном повторении определенного отрезка хромосомы. Возникает она по-видимому, в результате присоединения фрагмента, утраченного одной из хромосом к другой гомологичной хромосоме. 112 Транслокация – присоединение чужого фрагмента к негомологичной хромосоме. Она может осуществляться 2-мя способами. Чужой участок присоединяется к концу хромосомы реципиента или же встраивается в её среднюю часть. Кроме других последствий транслокация изменяет существующее до этого сцепление генов и создает новое с генами той хромосомы, к которой присоединился новый фрагмент. 5. Инверсия – переворот участка хромосомы в результате разрыва и последующего нового присоединения определенного фрагмента, но в обратном направлении Фенотипические эффекты, обусловленные хромосомными мутациями очень разнообразны, хотя чаще всего вредны. Следует отметить, что все мутации хромосом (аберрации), ведущие к утрате, удвоению, переносу или обороту участка хромосомы, изменяют прежнюю локализацию генов, расположенных на мутировавшем участке и в прилегающих регионах. Вред от хромосомных мутаций связан не только с утратой Определенных генов или с их избытком, но и с трудностями, которые возникают при клеточных делениях. Коньюгация гомологичных хромосом всегда затруднена, что часто ведет к снижению плодовитости мутантов. 4. Мутационная изменчивость- закономерное генетическое явление. Оно имеет важное теоретическое значение и широко используется для выявления точного строения хромосом и генов Принадлежность к определенному полу- важная особенность фенотипа особи. Хромосомы, за счет которых происходит формирование пола: мужского или женского – называют половыми хромосомами. Хромосомный метод определения пола заключается в следующем: 1. для млекопитающих: женский пол формируется при ХХ-половых хромосомах,мужской пол – при ХУ-половых хромосомах; 113 2. для птиц: женский пол- ZW, мужской пол - ZZ. Пол, образующий один тип гамет относят к гомогаметному,два типа – гетерогаметному. Для гетерогаметного пола характерно по генотипу гемизиготное состояние из-за того, что У-половая хромосома генетически инертна (она не содержит генов, аллельных по отношению к Х-половой хромосоме), поэтому у ХУ-пола ген фиксируется в генотипе только один раз. Наследование сцеплено с полом тогда, когда ген локализован в Х-половой хромосоме. Передача У-хромосомы только от отца к сыну у млекопитающих (или от матери к дочери у птиц) называют голандрическим наследованием. Решение типовой задачи: Одна пара генов: “В”, “в” – определяющие окраску шерсти у кошек, сцеплены с полом. Доминантный ген обуславливает рыжую окраску, рецессивный- черную, а у гетерозигот формируется пестрая (черепаховая) окраска шерсти. Скрещивали рыжих кошек с черными котами. В первом поколении получили 48 котят, от скрещивания их между собой было получено 192 котят. Сколько в F1,F2 было особей женского пола. Можно ли по окрасу определить принадлежность к полу у котят F1и F2? Оформим таблицу “ген-генотип-фенотип”. Так как гены локализованы в Х-половой хромосоме, то гены необходимо записывать только над Хполовой хромосомой: Наследование окраса шерсти у кошек: Ген Генотип Фенотип В В В Х Х Х Рыжий В Х У в Х ХвХв Черный в ХУ ХВХв Пестрый Согласно условию задачи получим первое поколение: Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Случайное Рыжие ХВХВ х ХВ Черные ХвУ Хв 114 У оплодотворени е Генотип F1 ХВХв (2п) Фенотип F1 Пестрая кошка ХВУ Рыжий кот Получено всего 48 котят, из которых 24 кошки пестрого окраса и 24 кота рыжего окраса. Следовательно, по окрасу котят можно определить пол. Составим схему скрещивания для получения второго поколения путем скрещивания первого поколения между собой: Фенотип Р Пестрые Генотип Р (2п) ХВХв Мейоз Гаметы (п) ХВ Хв Случайное оплодотворени е Генотип F1 ХВХВ ХВУ (2п) Фенотип F1 Рыжая Рыжий кошка кот х Рыжие ХВУ ХВ У ХВХв ХвУ Пестрая кошка Черный кот Во втором поколении получено 192 котят, из которых 96 кошек (48 рыжих и 48 пестрых) и 96 котов (48 рыжих и 48 черных).В данном случае по окрасу шерсти определить пол второго поколения нельзя (за исключением 48 пестрых кошек и 48 черных котов). Из решения задачи следует, что для самок млекопитающих возможны генотипы: гомозигота по доминанте, гетерозигота и гомозигота по рецессиве; Для самцов : гемизигота по доминанте и гемизигота по рецессиве. Ключевые слова и понятия: Голандрическое наследование Гемизигота Гомозиготный и гетерозиготный Наследование,сцепленное с полом пол Половые хромосомы ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА Занятие 16 Тема: ОСНОВЫ ПОПУЛЯЦИОННОЙ ГЕНЕТИКИ. ЗАКОН 115 ХАРДИ – ВАЙНБЕРГА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТ АЛЛЕЛЕЙ И ГЕНОТИПОВ В ПОПУЛЯЦИИ Цель: Изучить особенности распределения аллелей в свободно размножающейся популяции. Приобрести навыки по анализу структуры популяций. Методические указания. Генетика в целом занимается изучением генетической конституции организмов и законами, управляющими передачей наследственности информации от одного поколения к другому. Популяционная генетика – это область генетики, изучающая наследственную преемственность в группах организмов, т.е. в популяциях. Генетики популяционисты исследуют генетическую генетическую структуру популяции и то, как эта структура изменяется из поколения в поколение. Наследственные изменения, происходящие в ряде поколений, лежат в основе процесса эволюции. Поэтому популяционную генетику можно также рассматривать и как эволюционную генетику. Однако эти две области следует все же дифференцировать. Часто подразумевается, что предметом популяционной генетики являются популяции конкретных видов, тогда как эволюционная генетика имеет дело с любыми популяциями независимо от того, принадлежат ли они к одному или к различным видам. В рамках такого подхода эволюционная генетика – наука более общая, чем популяционная м включает популяционную генетику в качестве одной из своих частей. Популяция – это группа организмов, принадлежащих к одному и тому же виду занимающихся обычно четко ограниченную географическую область. Элементарной единицей эволюционного процесса является популяция. Причина, по которой отдельно взятый организм не может служить адекватной единицей процесса эволюции, состоит в том, что его генотип остается неизменным на протяжении всей его жизни, а время жизни организма ограничено. С другой стороны, популяция представляет собой непрерывный ряд поколений. Кроме того генетическая структура популяции может изменяться, т.е. эволюционировать от поколения к поколению. Непрерывность существования популяции во времени обеспечивается механизмом биологической наследственности. Популяциями наиболее высокого ранга являются виды. Как правило, отдельные виды генетически изолированы друг от друга. Размножающиеся половым путем особи разных видов не скрещиваются между собой. Поэтому препятствует существование специальных механизмов репродуктивной изоляции. Как правило, существуют более или менее четко определенные группировки особей или локальные популяции. Локальной популяцией называется группа особей одного вида, существующих совместно на одной 116 территории. Однако границы между ними могут быть размытыми и плохо очерченными. Животные часто мигрируют из одних локальных популяций в другие. Точно также из одной популяции в другие переносятся семена и пыльца растений. Таким образом, локальные популяции довольно тесно связаны друг с другом. При изучении процесса эволюции важное значение имеет представление о генофонде. Генофондом называется совокупность генотипов всех особей популяции. Для диплоидных организмов генофонд популяции, насчитывающей n-ое количество особей, состоит и 2 n гаплоидных геномов. Каждый геном содержит всю генетическую информацию, полученную организмом от родителей. В каждой популяции состав генофонда из поколения в поколение может постоянно изменяться. Новые сочетания генов образуют уникальные генотипы, которые в своем физическом выражении, т.е. в форме фенотипов, подвергаются давлению факторов среды, производящим непрерывный отбор и определяющим какие гены будут переданы следующему поколению. Популяция, генофонд которой непрерывно изменяется из поколения в поколение, претерпевает эволюционное изменение. Статичный генофонд отражает отсутствие генетической изменчивости среди особей данного вида и отсутствие эволюционного изменения. Занятие 17 Цель: овладеть приемами определения частот аллелей и генотипов Методические указания.Частота аллелей. Любой физический признак, например окраска шерсти у мышей, определяется одним или несколькими генами. Каждый ген может существовать в нескольких различных формах, которые называются аллелями. Число организмов в данной популяции, несущих определенный аллель, определяет частоту данного аллеля. Например, у человека частота доминантного, определяющего нормальную пигментацию кожи, волос и глаз, равна 99%. Рецессивный аллель, детерминирующий отсутствие пигментации – альбинизм – встречается с частотой 1% . В генетике частоту аллелей чаще всего выражают в долях единицы, т.е.0,99 и 0,01. Общая частота аллелей в популяции равна 100% или 1. Поэтому Частота доминантного аллеля + частота рецессивного аллеля = 1 0,99 + 0,01 =1 117 Популяционная генетика заимствовала у математической теории вероятностей р и q для выражения частоты аллелей где р – частота доминантного, а q частота рецессивного аллеля. р + q =1 0,99 + 0,01 = 1 Значение этого уравнения состоит в том, что зная частоту одного из аллелей, можно определить частоту другого. Пусть, например, частота рецессивного аллеля = 25%, или 0,25%. Тогда р + q =1 р + 0,25 = 1 р=1-0,25 р=0,75 Таким образом, частота доминантного аллеля равна 0,75 или 75% Частота генотипов Частоты отдельных аллелей в генофонде позволяют вычислять генетические изменения в данной популяции и определять частоту генотипов. Поскольку генотип данного организма – главный фактор, определяющий его фенотип, вычисление частоты генотипа используют для предсказания возможных результатов тех или иных скрещиваний. Это имеет важное практическое значение в сельском хозяйстве и медицине Частота аллелей А=0,5, а = 0,5 Фенотип F1 Доминантный Генотип F1(2п) Мейоз, гаметы Случайное Оплодотворение х Доминантный Аа А х х а ♂ ♀ А (р=0,5) А(q =0,5) А (р=0,5) АА(р2 =0,25) Аа (рq=0,25) А(q =0,5) Аа (рq=0,25) Аа (q2 =0,25) Генотип F2 (2п) Фенотип F2 АА(р2) 0,25 домин. 2Аа(2рq) 0,5 домин. 118 аа(q2) 0,25 рецес Аа А а гомозиг. гетероз. гомозиг. Закон Харди-Вайнберга Если в популяции ген А встречается с частотой р, а его аллель а с частотой q, причем р + q = 1, то при усовиях, храктеризующих «идеальную» популяцию в первом же поколении устанавливается равновесие генотипов АА, Аа и аа сохраняющееся во всех последующих поколениях. Идеальной (панмиктической) называют популяцию, характеризующуюся большой численностью особей, которые свободно скрещиваются между собой, не подвергаются действию отбора извне изменяются под влиянием притока аллелей в результате мутации или скрещивания с особями других популяций. Такое распределение возможных генотипов носит статистический характер и основано на вероятностях. Три возможных генотипа, образующихся при таком скрещивании, представлены со следующими частотами. АА (0,25) 2Аа(0,50) аа (0,25) Сумма частот 3-х генотипов, представленных в рассматриваемой популяции, равна 1, пользуясь символами р и q, можно сказать, что вероятность генотипов следующие: Р2 +2рq + q2 = 1 Поскольку р- частота доминантного аллеля q- частота рецессивного аллеля Р2- гомозиготный доминантный генотип 2рq- гетерозиготный генотип q2 - гомозиготный рецессивный генотип Можно вычислить частоты всей аллелей и генотипов, пользуясь выражениями для частот аллелей р + q = 1 Для частот генотипов Р2 +2рq + q2 = 1 Однако для большинства популяций частоту обоих аллелей можно вычислить только по доле особей гомозиготных по рецессивному аллелю, т.к. это единственный генотип, который можно распознать непосредственно по его фенотипическому выражению. Например, один человек из 10000- альбинос, т.е. частота альбинотического генотипа составляет 1 на 10000. Поскольку аллель альбинизма рецессивен, альбинос должен быть гомозиготным по рецессивному гену, т.е. на языке теории вероятности 1 q2= 10000 0,0001 , зная, что q2= 0,0001, можно определить q = 0,001 0,01 , т.е. частота аллеля альбинизма в популяции равна 0,01 или 1%, т.к. р + q = 1 , то р = 0,99 или 99%, 2рq= 2(0,99) х (0,01)= 0,0198,т.е. частота гетерозиготного генотипа составляет 0,0198, иными словами 2% индивидуумов в данной популяции несут аллель альбинизма либо в 119 гетерозиготном состоянии. Гетерозиготные индувидуумы, которые могут вызвать нарушение метаболизма называют носителями. Задача. Кистозный фиброз поджелудочной железы встречается среди населения с частотой 1 на 2000. Вычислите частоту носителей. 1 q2 = 2000 0,0005 q2 = 0,0005 q = 0,023 = 2,3% р = 97,7 2рq = 2 х 0,97 х 0,23 = 45 % носителей Следствия уравнения Харди-Вайнберга Из уравнения Харди-Вайнберга следует, что 1). значительная доля имеющихся в популяции рецессивных аллелей находится у гетерозиготных носителей. Фактически гетерозиготные генотипы служат важным потенциальным источником генетической изменчивости. Это приводит у к тому, что в каждом поколении из популяции может элиминироваться лишь очень малая доля рецессивных аллелей. 2). Только те рецессивные аллели которые находятся в гомозиготном состоянии, проявятся в фенотипе и тем самым подвергнутся селективному воздействию факторов среды и могут быть элиминированы. 3). Многие рецессивные аллели элиминируются потому, что они неблагоприятны для фенотипа – обусловливают либо гибель организмы ещё до того, как он успеет оставить потомство, либо «генетическую смерть», т.е. неспособность к размножению Пример: серповидноклеточная анемия А- болезнь аа –погибают до половой зрелости Аа – имеют устойчивость к малярии, которой обычно подвергаются народы Африки и Азии. Поэтому частота гетерозиготного фенотипа Аа достигает – 40 % Этот пример эволюции в действии ясно демонстрирует селективное влияние среды на частоту аллелей – механизм, нарушающий генетическое равновесие, предсказываемое законом Харди-Вайнберга. Факторы, вызывающие изменения в популяциях. Принцип равновесия Харди-Вайнберга гласит, что при наличии определенных условий частота аллелей остается постоянной из поколения в поколение. При этих условиях популяция будет находиться в состоянии генетического равновесия и никаких эволюционных изменений происходить не будет. Однако принцип ХардиВайнберга носит чисто теоретический характер. Очень немногие популяции находятся в условиях, при которых сохраняется равновесие. Нам известны 4 главных источника генетической изменчивости : 1. кроссинговер во время мейоза, 2. независимое распределение хромосом при мейозе, 3. случайное оплодотворение и мутационный процесс. Первые 3 120 источника объединяют под общим названием половой рекомбинации; они обусловливают перетасовку генов, лежащую в основе происходящих, изо дня в день непрерывных изменений. Эти процессы изменяют частоты генотипов, но частота аллелей остается постоянной. 4.Нарушение условий для соблюдения равновесия закона Харди-Вайнберга. Условия, необходимые для равновесия Харди-Вайнберга нарушаются в ряде других случаев: 1 скрещивание носит неслучайный характер 2. дрейф генов 3. генетический груз Неслучайное скрещивание . В большинстве природных популяций спаривание происходит неслучайным образом. Часто имеет т.н.половой отбор. Так , например цветы, у которых лепестки крупнее и нектара больше, чем обычно, вероятно будут больше привлекать насекомых. Характер окраски насекомых и рыб и особенности их поведения повышают избирательность при скрещивании. Половой отбор как механизм избирательного скрещивания обеспечивает некоторым особям более высокий репродуктивный потенциал в результате чего вероятность передачи генов этих особей следующему поколению повышается. Дрейф генов . О дрейфе генов говорят в тех случаях, когда изменения частоты генов в популяциях бывают случайными и не зависят от естественного отбора. Случайные события, например, преждевременная гибель особи, бывшей единственным обладателем какого-то аллеля. Дрейф генов обычно снижает генетическую изменчивость в популяциях, главным в результате утраты тех аллелей, которые встречаются редко. Длительное скрещивание особей внутри малой популяции уменьшает долю гетерозигот и увеличивает долю гомозигот Генетический груз. Существование в популяции неблагоприятных аллелей в составе гетерозиготных генотипов называется генетическим грузом. Рецессивные аллели, вредоносные в гомозиготном состоянии, могут сохраняться в гетерозиготных генотипах и при некоторых условиях среды доставлять селективное преимущество. Поток генов. В генофонде скрещивающейся внутри себя популяции происходит непрерывный обмен аллелями между особями. Если частоты аллелей не изменяются. В результате мутаций, происходящая при таком обмене перетасовка генов ведет к генетической стабильности или равновесию генофонда. В случае возникновения мутантного аллеля он распространится по всему генофонду в результате случайного оплодотворения. Популяция – это совокупность особей данного вида , в течении длительного времени населяющая определенную территорию и свободно скрещивающаяся между собой . По типу скрещивания различают популяцию 121 панмиктическую, в случае свободного скрещивания и ассортативную, когда на скрещивание влияет генотип. Различают естественную и искусственную популяцию. В популяции гены, действуя совместно с факторами среды, определяют фенотипические признаки организмов и обуславливают изменчивость. Фенотипы ,приспособленные к условиям данной среды сохраняются отбором. Естественный отбор, влияя на выживание отдельных особей с данным фенотипом, тем самым, определяет судьбу их генотипа, однако лишь общая генетическая реакция всей популяции определяет выживание данного вида, а также образованию нового вида. Таким образом, в естественной популяции основным движущим механизмом является естественный отбор. Примером искусственной популяции является в животноводстве – порода животных, а в растениеводстве – сорта растений. Искусственная популяция возникает под непосредственным контролем человека в ходе селекционной работы при искусственном отборе. В животноводстве под популяцией понимают группы животных одного вида, характеризующаяся определенной численностью и ареалом . Такие популяции отличаются друг от друга генетической структурой, экстерьерными, интерьерными и продуктивными качествами. Популяцией в животноводстве может быть отдельное стадо животных, порода или отродье . Структурной единицей эволюционного процесса является популяция, а структурной единицей популяции – отдельный организм. Каждая популяция характеризуется своим определенным генофондом, т.е. совокупностью аллелей, входящих в ее состав. В каждой данной популяции состав генофонда из поколения в поколение может постоянно изменяться. Новые сочетания генов образуют уникальные генотипы, которые в форме фенотипов подвергаются давлению факторов среды, производящим непрерывный отбор и определяющим, какие гены будут переданы следующему поколению. Популяция, генофонд которой непрерывно изменяется из поколения в поколение, претерпевает эволюционное изменение. . Частоты аллелей Любой физический признак, например окрас волосяного покрова, "шиншила" кроликов, определяется одним геном- “у”. Каждый ген может существовать в нескольких различных формах, которые называют аллелями. Число организмов в данной популяции, несущих определенный аллель, определяет частоту данного аллеля. Например, у кролика частота доминантного аллеля, определяющего нормальную пигментацию кожи, волос и глаз, равна 99%. Рецессивный аллель, детерминирующий отсутствие пигментации – так называемый 122 альбинизм, встречается с частотой 1%. В популяционной генетике частоту аллелей выражают в десятичных дробях. Таким образом, в данном случае частота доминантного аллеля равна 0,99, а частота рецессивного аллеля альбинизма – 0,01. Общая частота аллелей в популяции составляет 100%, или 1,0. Частота доминантного аллеля (99%) 0,99 + Частота рецессивного аллеля (1%) = 0,01 = (100% ) 1 Для выражения частоты аллелей используют два символа: р- частота доминатного, q- частота рецессивного аллеля. В примере с пигментацией у кролика р = 0,99, а q = 0,01: q+q =1 0,99 + 0,01 = 1 Значение этого уравнения состоит в том, что зная частоту одного из аллелей, можно определить частоту другого. Пусть, например, частота рецессивного аллеля равна 30%, или 0,30. Тогда: q + q = 1 p + 0,30 = 1 p = 1 – 0,30 p = 0,70 Таким образом, частота доминантного аллеля равна 0,70, или 70%. . Частота генотипов Частоты аллелей в генофонде позволяют определить частоту генотипов, используемых для предсказания возможных результатов тех или иных скрещиваний, что имеет важное значение в животноводстве. Математическая зависимость между аллелями и генотипами в популяциях была установлена в 1908 г независимо друг от друга английским математиком Дж. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. Эту зависимость известную под названием равновесия Харди – Вайнберга можно сформулировать так: частоты доминатного и рецессивного аллелей в данной популяции будут оставаться постоянными из поколения в поколение при наличии определенных условий. Условия эти следующие: 1. размеры популяций велики; 2. спаривание происходит панмиксически; 3. новых мутаций не возникает; 4. все генотипы одинаково плодовиты, т.е. отбора не происходит; 5. поколения не перекрываются; 123 6. отсутствует поток генов, т.е. не происходит обмена генов с другими популяциями. Поэтому любые изменения частоты аллелей должны быть обусловлены нарушением одного или нескольких из перечисленных выше условий. Все эти нарушения способствуют эволюционным изменениям. . Уравнение Харди - Вайнберга Это уравнение , во-первых, объясняет каким образом в генофонде сохраняется генетическое равновесие; во-вторых, позволяет вычислять частоты аллелей и генотипов. Как известоно, различают доминантный (ген “А”) и рецессивный (ген “а”) аллель. При скрещивании гомозиготных по генотипу особей с контрастными признаками получают: Фенотип Р доминанта рецессива Генотип Р (2п) о АА х о аа Мейоз Гаметы (п) А А Случайное оплодотворени е Генотип F1 Аа (2п) Фенотип F1 все особи с доминантным фенотипом Если наличие доминантного аллеля “А” обозначить символом “р”, а рецессивного аллеля “а” – символом “q “, то картину скрещивания между особями F1 , возникающие при этом генотипы и их частоты можно представить следующим образом: Фенотип Р Доминанта Генотип Р (2п) о Аа Мейоз Гаметы (п) А а Случайное оплодотворени е Генотип F АА Аа 2(2п) Фенотип F2 3 доминанты 124 Доминанта о Аа х А Аа : а аа 1 рецессива Используя символы р и q , результаты приведенного выше скрещивания можно представить следующим образом. p2 (AA) + 2 pq (Aa) + q2 (aa) = 1, где p2 - гомозиготы по доминанте 2pq - гетерозиготы q2 - гомозиготы по рецессиве . Факторы, нарущающие структуру популяции Как известно, главными источниками генетической изменчивости являются: кроссинговер во время мейоза, независимое распределение хромосом при мейозе, случайное оплодотворение и мутационный процесс. Первые три источника относят к половой рекомбинации, т.к. обуславливают перетасовку генов. Половая рекомбинация не вызывает никакого изменения имеющихся аллелей, так что частоты аллелей в популяции остаются постоянными. Условия, необходимые для равновесия Харди-Вайнберга, нарушаются в ряде других случаев: 1. Когда скрещивание носит не случайный характер. Половой отбор как механизм избирательного скрещивания обеспечивает некоторым особям более высокий репродуктивный потенциал, в результате чего вероятность передачи генов этих особей следующему поколению повышается. Репродуктивный потенциал особей с менее благоприятными признаками понижен, и передача их аллелей последующим поколениям происходит реже. 2. Когда популяция мала, что ведет к дрейфу генов. При дрейфе генов изменения частоты генов в популяции бывают случайными и не зависят от естественного отбора. Дрейф генов снижает генетическую изменчивость в популяции, главным образом в результате утраты тех аллелей, которые встречаются редко. 3. Когда генотипы обладают различной фертильностью, что создает генетический груз. Существование в популяций неблагоприятных аллелей в составе гетерозиготных генотипов называют генетическим грузом. Любое повышение частоты рецессивных аллелей в популяции в результате вредных мутаций увеличивает ее генетический груз. 4. При наличии обмена гена между популяциями. Перемещение аллелей из одной популяции в другую в результате скрещивания между генами этих двух популяций называют потоком генов. Интенсивность обмена генами между двумя популяциями зависит от их 125 пространственной близости и от легкости, с которой организмы или гаметы могут переходить из одной популяции в другую. Сумма частот трех генотипов, представленной в рассматриваемой популяции, равна единице: p2 + 2pq + q2 = 1 На математическом языке p + q = 1 представляет собой уравнение вероятности, тогда как p2 + 2pq + q2 = 1 является квадратом этого уравнения (т.е. (p + q)2 ). Таким образом, можно вычислить частоты всех аллелей и генотиповв, пользуясь выражениями: Для частот аллелей : p + q = 1 (1) (распределение аллелей в популяции постоянно) 2 2 Для частот генотипов: p + 2pq + q = 1 (2) (распределение генотипов в популяции постоянно) Однако, частоту обоих аллелей можно вычислить обычно по доле особей, гомозиготных по рецессивному аллелю. Pешение типовых задач: Пример 1 У кролика окраска волосяного покрова “шиншила” (ген “А“) доминирует над альбинизмом (ген “а“). Гетерозиготы Аа имеют светло-серую окраску. На кролиководческой ферме из 5400 крольчат 17 оказались альбиносами. Необходимо выяснить, сколько было получено гомозиготных крольчат “шиншила”. Для удобства, в начале составляется таблица, в которой кратко записывается условие задачи. Наследование окраса шерсти у кроликов: Ген Генотип Фенотип А АА Шиншила Аа Светло-серые А аа Альбиносы (п = 17 голов) Всего 5400 крольчат Условие задач в буквенной символике будет представлено следующим образом: Фенотип Р Генотип Р (2п) Мейоз Гаметы (п) Светло - серые о pАqа pА х qа Светло – серые о pАqа pА 126 qа Случайное оплодотворени е Генотип F P2 АА (2п) Фенотип F Шиншила pq Аа СветлоСерый pq Аа Светлосерый q2 аа альбинос Составляем пропорцию: q2 - 17 1 - 5400 q2 = (17 x 1 ) : 5400 = 0,0031481 = 0.003 Таким образом, частота генотипа гомозиготы по рецессиве равно q2= 0,003 отсюда: q = 0,003 = 0,0561079 = 0,056 Из формулы 1 следует p + 0,056 = 1, тогда p = 1 – 0,056 = 0,944 Таким образом, для данной популяции частота доминантного частота рецессивного aллеля (A ) аллеля ( a ) 0,944 + 0,056 =1 Пoлученные частоты подставляем в формулу 2 для определения частот генотипов 0,9442 (AA) + 2 х 0,944 х 0,056 (Aa) + 0,0562 (aa) = 0,891 (AA) + + 0,106 (Aa) + 0,003 (aa) =1. Таким образом, для данной популяции частоты генотипов будут следующими: Шиншила (AA) св-серые (Aa) альбиносы (aa)=5400 0,891 + 0,106 + 0,003 =1 По условию задания необходимо выяснить, сколько было получено гомозиготных крольчат “шиншила”. Для ответа на этот вопрос, проводятся следующие вычисления: “шиншила” - генотип AA светло-серые - генотип Aa 0,891 х 5400 = 4811,4 = 4811 0,106 х 5400 = 572,4 = 572 127 альбиносы - генотип aa 0,003 х 5400 = 16,7 = 17 Для проверки правильности, полученные результаты складываются: 4811 + 572 + 17 = 5400 Таким образом, количество гомозиготных крольчат “шиншила” в данной популяции составляет 4811. Пример 2 В панмиктической популяции доля особей “АА” равна 0,64. Какая часть должна быть гетерозиготной “Аа” ? Для вычисления необходимо использовать формулу ХардиВайнберга. Частота генотипа “АА” – Из условия задачи (АА) = 0,64, тогда p = 0,64 = 0,8 Частоты аллелей: р + q = 1 Тогда 0,8 + q = 1, q = 1 – 0,8 = 0,2 0,8 + 0,2 = 1 Полученные частоты подставим в формулу 2: 0,82 + 2 x (0,8 x 0,2) x 0,22 = 0,64 + 0,32 + 0,04 = 1 Ответ: В данной популяции 32 % особей будут гетерозиготными. Ключевые слова и понятия: Ассортативность Генофонд Дрейф генов Закон и уравнение Вайнберга Естественный отбор Искусственный отбор Панмиксия Популяция Харди- Поток генов Теория наследственности Частота аллелей и генотипов Эволюционная теория Занятие 18 Тема: Решение задач по разделам: “ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ.ГЕНЕТИКА ПОЛА. ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА” Цель: Закрепить изученный материал. 128 I. Генетические карты хромосом. Аутосомное сцепленное наследование 1. Установить последовательность четырех генов, если расстояние между ними следующее: РQ=24%, RP=14%, RS=8%, SP=6%, QR=10%. 2. Установить последовательность четырех генов, если расстояние между ними следующее: CB=2%, AC=3%, CД=7%, ВД=5%, АВ=5%, АД=10%. 3. Установить последовательность четырех генов, если расстояние между ними следующее: NK=1%, ZM=7%, KM=17%, ZK=10%, NZ=11%. 4. Установить последовательность четырех генов, если расстояние между ними следующее: TP=8%, RS=4%, PS=6%, RP=2%, TR=10% 5. Установить последовательность четырех генов, если расстояние между ними следующее: TP=2%, IH=2%, PH=6%, TI=6%, PI=4%, TH=8%. 6. Чему равно расстояние между генами / KZ /,если расстояние между другими генами следующее: KO=1%, OZ=3%, KT=2%, TZ=2%, 7. Чему равно расстояние между генами / KZ /,если расстояние между другими генами следующее: ZT=10%, KT=17%. 8. Чему равно расстояние между генами / KZ /,если расстояние между другими генами следующее: OK=2%, KI=4%, ZI=6%, OI=6% 9. Чему равно расстояние между генами / KZ /,если расстояние между другими генами следующее: PK=4%, PC=6%, ZC=1%, ZP=7% 10. Чему равно расстояние между генами / KZ /,если расстояние между другими генами следующее: KC=2%, CP=2%, CZ=3%, PZ=1%, KP=4% 11. При бэкроссе с применением генотипа ЛлМм получено следующее соотношение: ЛМ-22, Лм-8, лМ-4, лм-24. Определите частоту кроссинговера. 12. При бэкроссе с применением генотипа АаВв получено следующее соотношение: Ав-11, ав-38, аВ-9, АВ-46. Определите количество кроссоверных особей 13. При бэкроссе с применением генотипа АаВв получено следующее соотношение: АВ-22, Ав-18, аВ-28, аВ-7. Определите частоту кроссинговера. 129 14. При бэкроссе с применением генотипа АаВв получено следующее соотношение: АВ-20, Ав-4, аВ-30, ав-6. Определите частоту кроссинговера. 15.При бэкроссе с применением генотипа АаВв получено следующее соотношение: АВ-40, Ав-4, аВ-10, ав-50. Определите частоту кроссинговера. 16.При бэкроссе с применением генотипа АаВв получено следующее соотношение: АВ-244, Ав-14, аВ-21, ав-240. Определите частоту кроссинговера. 17.При бэкроссе с применением генотипа АаВв получено следующее соотношение: АВ-40, Ав-4, аВ-3, ав-29. Определите частоту кроссинговера. 18.При бэкроссе с применением генотипа АаВв получено следующее соотношение: АВ-102, Ав-40, аВ-32, ав-100. Определите частоту кроссинговера. 19.При бэкроссе с применением генотипа АаВв получено следующее соотношение: АВ-52, Ав-18 аВ-15, ав-49 . Определите частоту кроссинговера. 20.При бэкроссе с применением генотипа АаВв получено следующее соотношение: АВ-30, Ав-3, аВ-3, ав-30. Определите частоту кроссинговера. 21. У кур гены,определяющие характер окраса перьев,локализованы в одной аутосоме и наследуются сцепленно. Петух имеет серебристую (А) неполосатую (в),а куры-золотистую (а) и полосатую (В) окраску оперения. От скрещивания гомозиготного петуха с гомозиготными курами было получено 44 цыплят. При дальнейшем разведении FI “в себе” было получено 386 цыплят, из которых 173 имели серебристую неполосатую окраску оперения, 176-золотистую полосатую,16серебристую полосатую и 21 золотистую неполосатую. Каковы генотипы и фенотипы родителей,потомков? Чему равно расстояние между генами? 22. У кур гены,определяющие характер окраса перьев,локализованы в одной аутосоме и наследуются сцепленно. Курица имеет серебристую (N )полосатую (В), а петух-золотистую ( n ) неполосатую (в) окраску оперения. При скрещивании их между собой было получено 25 цыплят.(FI) и 186 в F2. Из 186 цыплят 3% были кроссоверными. Определите генотипы и фенотипы родителей,рекомбинантных и нерекобинантных цыплят, их количественное соотношение, расстояние между генами. 23. В анализирующем скрещивании дигетерозиготы произошло расщепление на четыре фенотипических класса в соотношении:42,4%-АВ, 8%-Ав, 7%-аВ, 42,6%-ав. Как наследуются гены? Находятся они в фазе “притяжения” или в фазе “отталкивания”? 24. У крыс темная окраска шерсти доминирует над светлой, розовый цвет глаз-над красным. Оба признака сцеплены. В лаборатории от скрещивания розовоглазых темношерстных крыс с красноглазыми светлошерстными получено потомство: светлых красноглазых-24, темных розовоглазых130 26,светлых розовоглазых-4,темных красноглазых – 5. Определите расстояние между генами на генетической карте. Покажите схему скрещивания. 25. У кроликов тип окраски (белая пятнистость) доминирует над одноцветной окраской, а короткая шерсть-над длинной (ангорской). При скрещивании английских короткошерстных с одноцветными ангорскими (родители дигомозиготные) в FI все были английские короткошерстные. а при скрещивании FI с одноцветными ангорскими было получено следующее расщепление: 72 английских короткошерстных, 11 английских длинношерстных, 69 одноцветных короткошерстных,3 одноцветных ангорских. Определите характер наследования изучаемых генов у кроликов. Определите силу сцепления между генами. 26. Куры с длинными ногами и простым гребнем при скрещивании с петухом-коротконожкой с розовидным гребнем,получившим коротконогость от отца, а розовидный гребень от матери, дали следующее потомство: 5 коротконожек с розовидным гребнем, 103 коротконожки с простым гребнем, 89 длинноногих с розовидным гребнем, 12 длинноногих с простым гребнем. Как наследуются данные признаки? Определите генотипы исходных форм. 27. В анализирующем скрещивании от дигетерозиготы получено: АВ243,Ав-762, аВ-758, ав-237. Каков характер наследования генов? Если они сцеплены,то каково расстояние между ними? Определите генотип гетерозиготы. 28. Самец рыжего таракана-прусака,имеющий черное тело и бледные глаза , скрестился с самкой, имевшей рыжее тело и выпуклые глаза серого цвета. В их потомстве все были с черным телом,нормальным цветом глаз и формы. При скрещивании их между собой было получено:74637-рыжих с нормальными глазами, 150363-черных с нормальными глазами, 363-рыжих с бледными глазами нормальной формы, 74637-черных с бледными глазами нормальной формы, 24879-рыжих с выпуклыми глазами цвета как у дикого типа, 50121-черных с выпуклыми глазами цвета как у дикого типа, 121-рыжих с выпуклыми бледными глазами, 24876-черных с выпуклыми бледными глазами. Как наследуются изучаемые признаки? Определите расстояние между сцепленными генами,учтите, что они находятся в фазе “отталкивания”. 29.Дигомозиготная по рецессиве дрозофила скрещена с дигомозиготой доминантой . В FI все потомство было дикого типа, а F2 наблюдали следующее расщепление по фенотипам среди потомков: АВ-334, Ав-37, аВ38, ав-87. Объясните полученный результат. 30. От скрещивания белых кур без хохла с черными хохлатыми петухами в FI все цыплята оказались белыми хохлатыми,а F2 произошло расщепление:5005 белых хохлатых,2505 белых без хохла, 2460 черных хохлатых, 30 черных без хохла. Всего 10000 особей Как наследуются признаки? Определите генотипы исходных форм. Чему равно расстояние между генами? 131 II Наследование, сцепленное с полом 31. У кур позднее оперение сцеплено с полом и доминирует над ранним оперением. Определите генотипы и фенотипы петушков и курочек от спаривания кур, имеющих раннее оперение с петухами позднего оперения. 32. У канареек ген зеленого оперения –“В” и его аллель коричневого оперения –“в” сцеплены с полом. Какое будет потомство,от паривания самки, имеющей зеленое оперение с коричневыми самцами. 33. У кур породы виандот наблюдаются две формы полосатости-золотистая (s ) и серебристая ( S ), гены которых находятся в половых хромосомах. Какое потомство следует ожидать при спаривании куриц, имеющих серебристое оперение с петухами золотистого оперения? 34. У кур ген полосатого оперения “В” и его рецессивный аллель черного оперения “в” локализованы в Х-хромосомах. Определить генотипы и фенотипы потомства от следующего скрещивания:курица с полосатым оперением и петух с черным оперением. 35. У индеек бронзовой породы наблюдается наследственный признак своеобразного дрожания (“вибрирование”), обусловленный рецессивным геном v, сцепленным с полом Жизнеспособность такой птицы нормальная. Определить генотипы и фенотипы потомства от следующего скрещаания: “вибрирующая” индейка х нормальный индюк. 36. У кур позднее оперение сцеплено с полом и доминирует над ранним оперением. Определите генотипы и фенотипы петушков и курочек от спаривания кур, имеющих позднее оперение с петухами раннего оперения. 37. У канареек ген зеленого оперения –“В” и его аллель коричневого оперения –“в” сцеплены с полом. Какое будет потомство,от спаривания самки,имеющей коричневое оперение с зелеными самцами. 38. У кур породы виандот наблюдается две формы полосатости-золотистая (s ) и серебристая ( S ), гены которых находятся в половых хромосомах. Какое потомство следует ожидать при спаривании особей, имеющих серебристое оперение? 39. У индеек бронзовой породы наблюдается наследственный признак своеобразного дрожания (“вибрирование”), обусловленный рецессивным геном v, сцепленным с полом .Жизнеспособность такой птицы нормальная.При спаривании нормальной индейки с “вибрирующим” индюком получено 36 потомков. Каковы их генотипы? 40. У канареек ген зеленого оперения –“В” и его аллель коричневого оперения –“в” сцеплены с полом. Какое будет потомство,от скрещивания особей, имеющих зеленое оперение. 132 41. У кур позднее оперение сцеплено с полом и доминирует над ранним оперением. Определите генотипы и фенотипы петушков и курочек от спаривания кур, имеющих позднее оперение. 42. У кур ген полосатого оперения “В” и его рецессивный аллель черного оперения “в” локализованы в Х-хромосомах. Определить генотипыы и фенотипы потомства от следующего скрещивания: курица с черным оперением и петух с полосатым оперением. 43.У некоторых пород кур окраска оперения сцеплена с полом. От Скрещивания белых кур с полосатыми петухами все потомство полосатое. Определите, какое потомство будет в F2 ? 44.Скрещивали полосатых кур с белыми петухами. В FI все куры были белыми, а петухи -полосатыми. Почему? 45.Ген серебристой окраски у кур локализован в Х-хромосоме и доминирует над геном золотистой окраски. Когда можно определить пол цыплят по окраске оперения: когда золотистая курица скрещена с гомозиготным или с гетерозиготным серым петухом ? 46.При скрещивании золотистых петухов с серебристыми курами в FI все петухи серебристые, все куры золотистые. Как наследуется серебристая и золотистая окраска у кур ? 47.У бронзовых индеек изучено своеобразное дрожание тела, которое получило название “вибрирование”. При скрещивании “вибрирующих” индюков с нормальными индейками все потомки женского пола были “вибрирующими” ,а самцы-нормальными. Как наследуется данное заболеввание ? Каковы генотипы родителей и потомков ? 48.От фенотипически здоровых родителей было получено 6 щенят. Один из них болен гемофилией. Определить генотипы родителей и возможные генотипы остальных щенят, (наследование гемофилии рецессивное,сцепленное с полом). 49. У лошади гемофилия (несвертываемость крови) вызывается геном “а”, локализованного в Х-хромосоме. От нормальных родителей был получен больной жеребенок. Какова вероятность получения другого больного жеребенка от этой же пары ? 50.У человека дальтонизм (цветная слепота) сцеплен с полом. мужчинадальтоник женился на женщине-носительнице. Каких детей можно ожидать от этого брака ? 51.От фенотипически здоровой женщины у мужчины-дальтоника родился сын, страдающий цветной слепотой. Определите, от кого из родителей зтот ребенок унаследовал эту болезнь ? Могут ли в этой семье рождаться дети с нормальным зрением ? 52.От женщины,отличающей нормально цвета, и мужчины-дальтоника родилась девочка дальтоник. Каковы генотипы родителей и ребенка ? 133 53.Мать различает цвета нормально, а отец и сын-дальтоники. От кого из родителей унаследовал эту болезнь сын ? 54.У человека псевдогипертрофическая мускульная дистрофия (смерть в 1020 лет) зависит от рецессивного сцепленного с полом гена. Болезнь зарегистрирована только у мальчиков. Почему ? 55.Одна из форм ихтиоза (чешуйчатость кожи) наследуется как рецессивный сцепленный с полом признак. От здоровых родителей родился больной ребенок. Какова вероятность рождения следующих детей здоровыми ? 56.У человека известна одна из форм рахита из-за недостатка фосфора в крови.Эта болезнь не поддается лечению витамином Д.В потомстве от браков 14 мужчин ,больных этой формой рахита, со здоровыми женщинами родились : 21 дочерей и 16 сыновей.Все сыновья были здоровыми,а все дочери страдали недостатком фосфора в крови.Объясните,доминантна или рецессивна эта болезнь? В какой хромосоме локализован этот ген? 57.Гиплозия эмали (тонкая зернистая эмаль,зубы светло-бурого цвета) наследуется как сцепленный с полом признак.От родителей,страдающих этой аномалией,родился здоровый сын.Как наследуется данное заболевание? Будут ли дочери страдать этой болезнью? 58.Гипертрихоз (вырастание волос на краю ушной раковины) передается через У-хромосому.Если отец обладает гипертрихозом,будут ли страдать его дети этой “погрешностью”? 59.У кур позднее оперение сцеплено с полом и доминирует над ранним опрением.Определите генотипы и фенотипы петушков и курочек, от скрещивания поздней курицы с ранним петухом. 60.У кур позднее оперение сцеплено с полом и доминирует над ранним опрением. Определите генотипы и фенотипы петушков и курочек, от скрещивания ранней курицы с поздним петухом. 61.Какова концентрация рецессивного гена “а” (при условии панмиксии),если гомозиготы по доминанте “А” составляют 49% от всей популяции.Определите генетическую структуру этих популяций. 62.Какова концентрация рецессивного гена “а” (при условии панмиксии),если гомозиготы по доминанте “А” составляют 64% от всей популяции.Определите генетическую структуру этих популяций. 63.Какова концентрация рецессивного гена “а” (при условии панмиксии),если гомозиготы по доминанте “А” составляют 36% от всей популяции.Определите генетическую структуру этих популяций. 64.Какова концентрация рецессивного гена “а” (при условии панмиксии),если гомозиготы по доминанте “А” составляют 25% от всей популяции.Определите генетическую структуру этих популяций. 65.В свободно размножающейся популяции доля особей “АА” равна 0,81.Какая часть должна быть гетерозиготной “Аа”? 134 66.В популяции из 400 особей встречаемость рецессивного заболевания составляет 1%.Определите число носителей мутантного аллеля. 67.Частота разной масти у исследованных кошек была следующей: рыжие43,черепаховые-80,черные-12.Определите частоту аллелей. 68.Определите число носителей рецессивного гена коричневой масти у собак.Если у исследованных 800 собак 791 имели черную масть. 69.У кролика окраска волосяного покрова “шиншилла” (ген “с ch”) доминирует над альбинизмом (ген “са”). Гетерозиготы сchса имеют светло-серую окраску. На кролиководческой ферме среди молодняка кролика шиншилла произошло выщепление альбиносов. Из 5400 крольчат 17 оказались альбиносами. Пользуясь формулой Харди-Вайнберга, выясните, сколько было получено гомозиготных крольчат шиншилла. 70.У кролика окраска волосяного покрова “шиншилла” (ген “сch”) доминирует над альбинизмом (ген “са”). Гетерозиготы сchса имеют светло-серую окраску. На кролиководческой ферме среди молодняка кролика шиншилла произошло выщепление альбиносов. Из 3000 крольчат 7 оказались альбиносами. Пользуясь формулой Харди-Вайнберга, выясните, сколько было получено гомозиготных крольчат шиншилла. 71.У кролика окраска волосяного покрова “шиншилла” (ген “с ch”) доминирует над альбинизмом (ген “са”). Гетерозиготы сchса имеют светло-серую окраску. На кролиководческой ферме среди молодняка кролика шиншилла произошло выщепление альбиносов. Из 800 крольчат 4 оказались альбиносами. Пользуясь формулой Харди-Вайнберга, выясните, сколько было получено гомозиготных крольчат шиншилла. 72.У кролика окраска волосяного покрова “шиншилла” (ген “сch”) доминирует над альбинизмом (ген “са”). Гетерозиготы сchса имеют светло-серую окраску. На кролиководческой ферме среди молодняка кролика шиншилла произошло выщепление альбиносов. Из 500 крольчат 8 оказались альбиносами. Пользуясь формулой Харди-Вайнберга, выясните, сколько было получено гомозиготных крольчат шиншилла. 73.Изучая распространение безухости в популяции каракульских овец, Б.Н. Васин установил по гену безухости следующее соотношение генотипов: 729АА + 111Аа + 4аа. Соответствует лт это соотношение теоретически ожидаемому, рассчитанному по формуле Харди-Вайнберга? 74.Какова концентрация доминантного гена “R“ (при условии применимости закона Харди-Вайнберга), если гомозиготы по рецессивному гену “r“ составляют такой процент от всей популяции: 49, 36, 25, 4? Определите генетическую структуру этих популяций. 75.У крупного рогатого скота гидроцефалия (водянка головного мозга) приводит к смерти телят на 2-3 день жизни. Заболевание обусловлено действием аутосомного рецессивного гена. На одной из ферм из 600 135 родившихся телят 3 погибли от гидроцифалии. Пользуясь формулой ХардиВайнберга, определите количество телят-носителей гена данного заболевания. 76.У крупного рогатого скота сплошная окраска (ген “С”) доминирует над пестрой (ген “с”). В популяции беспородного скота, насчитывающей 940 голов, 705 голов имели черно-пеструю масть и 235- сплошную черную. Пользуясь формулой Харди-Вайнберга, определите частоту фенотипов и концентрацию генов “С” и “с”. 77.У крупного рогатого скота черная масть (ген “А”) доминирует над красной (ген “а”). В популяции ярославского скота, состоящей из 850 животных, 799 имели черную масть и 51-красную. Определите частоту фенотипов, конценрацию генов “А” и “а” и структуру популяции по генотипам. 78.У крупного рогатого ската шортгонской породы было установлено следующее расщепление по масти: 4169 красных, 3780 чалых и 756 белых особей. Красная масть обусловлена геном “R“ , белая – геном “r“. У гетерозигот формируется чалая масть. Определите концентрацию генов “R” и “r“ и теоретически ожидаемое, рассчитанное по формуле Харди-Вайнберга, соотношение генотипов. 79.У крупного рогатого скота гидроцефалия (водянка головного мозга) приводит к смерти телят на 2-3 день жизни. Заболевание обусловлено действием аутосомного рецессивного гена. На одной из ферм из 2100 родившихся телят 12 погибли от гидроцифалии. Пользуясь формулой ХардиВайнберга, определите количество телят-носителей гена данного заболевания. 80.У крупного рогатого скота черная масть (ген “А”) доминирует над красной (ген “а”). В популяции ярославского скота, состоящей из 4169 животных, 3780 имели черную масть и 756-красную. Определите частоту фенотипов, конценрацию генов “А” и “а” и структуру популяции по генотипам. 81.В стаде пятнистых оленей было 1000 животных обоего пола с генотипами АА 500 голов, Аа-400 и аа-100. В него ввели при расселении животных из ближайшего заповедника еще 500 голов со следующей структурой группы: АА – 100, Аа – 200 и аа – 200 животных. Определите, как изменится частота доминантного аллеля в смешанной популяции через одно поколение при условии свободного скрещивания всех оленей и отсутствия отбора по данному признаку. 82.Искуственно созданная популяция состоит из 20 особей с генотипом АА, одной – аа и 40 – Аа. Определите соотношение генотипов в F4 в случае панмиксии . 83.В популяции встречаемость рецессивного заболевания составляет 1 на 400 человек. Определите число носителей мутантного аллеля. 84.Группа особей состоит из 2000 гетерозигот Аа и 1000 гомозигот АА,12гомозигот аа. Вычислите частоту обоих аллелей, выразив их в долях единицы и процентах. 136 85.В популяции мышей в течение одного года родилось 2% альбиносов. Определите частоты аллелей и долю гетерозигот в F3 в этой популяции при условии панмиксии. 86.Группа состоит из 50% особей АА и 50% - аа. Покажите, что в условиях панмиксии в первом же поколении установится равновесие между частотами геноипов АА, аа и Аа. Определите эти частоты. 87.В популяции 16% людей обладают группой крови N . Предполагая панмиксию, определите ожидаемый процент индивидов, имеющих группу крови М и МN. 88.По системе групп крови MN выделяют три фенотипа, определяемых двумя кодоминантными аллелями одного гена. Частоты гена LM в % среди различных групп населения составляют: белое население США – 54. Определите генетическую структуру указанной популяции. 89. По системе групп крови MN выделяют три фенотипа, определяемых двумя кодоминантными аллелями одного гена. Частоты гена LM в % среди различных групп населения составляют: негры США – 53,2. Определите генетическую структуру указанной популяции. 90.По системе групп крови MN выделяют три фенотипа, определяемых двумя кодоминантными аллелями одного гена. Частоты гена LM в % среди различных групп населения составляют: Индейцы США – 77,6. Определите генетическую структуру указанной популяции. 91.По системе групп крови MN выделяют три фенотипа, определяемых двумя кодоминантными аллелями одного гена. Частоты гена LM в % среди различных групп населения составляют: Эскимосы восточной Гренландии – 91,3. Определите генетическую структуру указанной популяции. 92.По системе групп крови MN выделяют три фенотипа, определяемых двумя кодоминантными аллелями одного гена. Частоты гена LM в % среди различных групп населения составляют: Айны – 43. Определите генетическую структуру указанной популяции. 93.По системе групп крови MN выделяют три фенотипа, определяемых двумя кодоминантными аллелями одного гена. Частоты гена LM в % среди различных групп населения составляют: Австралийские аборигены – 17,8. Определите генетическую структуру указанной популяции. 94.В справочнике Бадаляна структура популяций по системе групп крови MN выглядит следующим образом (в %): ММ MN NN Население Казахстана 36 48 16 Определите частоты аллелей М и N в указанной популяции. 95. В справочнике Бадаляна структура популяций по системе групп крови MN выглядит следующим образом (в %): ММ MN NN Европейцы 30 50 20 137 Определите частоты аллелей М и N в указанной популяции. 96. В справочнике Бадаляна структура популяций по системе групп MN выглядит следующим образом (в %): ММ MN NN крови Папуасы Новой Гвинеи 1,1 15,9 83 Определите частоты аллелей М и N в указанной популяции. 97. В районе с населением в 500 000 человек зарегистрировано 4 больных алькаптонурией (наследование аутосомно-рецессивное).Определите число гетерозиготных особей в данной популяции. 98. Среди итальянских переселенцев, живущих в одном из американских городов в виде изолята, в период с 1928 по 1942 год на 26 000 новорожденных 11 оказалось с тяжелой формой талассемии (генотип ТТ). Определите число гетерозигот среди итальянских переселенцев данного города. 99. Альбинизм наследуется как рецессивный аутосомный признак. Заболевание встречается с частотой 1 на 100 000. Вычислите количество гетерозиготных особей в популяции. 100. В одном из родильных домов в течение 10 лет выявлено 210 детей с патологическим рецессивным признаком среди 84 000 новорожденных. Установите генетическую структуру популяции данного города, если она отвечает условиям панмиксии. Занятие19 «Перспективы использования биотехнологии в животноводстве» Цель:Ознакомление с биотехнологическими приемами и перспектив их использования Методические указания. Термин «биотехнология , означающий использование биохимических и генетических свойств живых организмов в практических целях, появился сравнительно недавно. Эта наука базируется на основе достижений молекулярной генетики, биохимии и физиологии. К методам биотехнологии, применяемым в практике воспроизводства относят искусственное осеменение, глубокое замораживание и длительное хранение спермы, вызывание половой охоты и её синхронизация, регулирование времени отелов, клоинирование, трансгеноз, эмбриоинженерия, гибридизация соматических клеток. В последнее время наряду с этими традиционными биотехническими методами приобрела практическое значение трансплантация эмбрионов. Уже сейчас долговременное хранение эмбрионов в жидком азоте и получение монозиготных двоен рекомендуются для внедрения в практику. 138 Ведется экстракорпоральное оплодотворение in vitro дозревших яйцеклеток, получение химер (генетических мозаиков) клонирование, пересадка генов и получение трансгенных животных. 2. В отличие от производителей, от которых благодаря искусственному осеменению можно получить десятки тысяч потомков, от маток при традиционных способах воспроизводства получают в среднем 3-10 потомков. Достижения в области изучения репродуктивных функций самок, основанных на манипуляциях с эмбрионами к разработке нового метода воспроизводства и селекции крупного рогатого скота – трансплантации эмбрионов. Крупный рогатый скот относится к одноплодным видам млекопитающих. В лучшем случае, от каждой коровы получают одного теленка в год, в то время, как в яичнике содержатся сотни тысяч незрелых половых клеток-ооцитов, представляющих огромный генетический резерв. Кардинальное решение проблемы ускоренного воспроизводства скота состоит в то, чтобы перейти к нетрадиционным способам увеличения плодовитости. Для этого применяется целый ряд биотехнологических методов, разработанных на основе углубленных исследований репродуктивной функции, её регуляции, а также на совершенствовании приемов манипуляций с эмбрионами, половыми и соматическими клетками. В перспективе биотехнология рассматривается как основа ускоренного воспроизводства высокопродуктивных животных и целых популяций. Трансплантация эмбрионов рассматривается как биотехнологический метод воспроизводства с помощью которого можно получить несколько эмбрионов от донора в целях пересадки их в половой аппарат реципиентов. Используя реципиентов для пересадки эмбрионов, полученных от одной отобранной коровы-донора, можно увеличить число потомков в десятки и сотни раз. Теоретически от выдающейся коровы –донора за всю её жизнь можно получить не менее 500 телят. Биотехнология трансплантации эмбрионов включает ряд последовательных этапов: 1. отбор доноров 2. вызывание суперовуляции у доноров 3. извлечение эмбрионов и их оценка 4.культивирование или замораживание эмбрионов 5. пересадка эмбрионов реципиентам 6. донор – несколько реципиентов 139 Возможность получения генетически идентичных потомков у скота доказана исследованиями в течение 3 -х последних десятилетий. В норме рождение однояйцовых близнецов у крупного рогатого скота составляет менее 0,2%. Разработка техники разделения эмбриона на половинки позволила получать монозиготные двойни телят. С этой целью 6-9дневные эмбрионы на стадии компактной морулы и 8-9-дневные на стадии бластоциты разделяют на половинки с помощью микролезвия. Две половинки эмбриона пересаживают нехирургическим методом в матку телокреципиентов. При этом половинки эмбрионов в 90% случаев развиваются в минибластоцисты. Клонирование. Накопленный опыт клонирования эмбрионов путем пересадки ядер тотипотентных клеток (обладающих всеми возможностями развития и формирования органов и признаков взрослой особи) из эмбрионов в энуклеированные, т.е. с разрушенным ядром яйцклетки послужил базой для разработки метода клонирования животных путем пересадки ядер соматических клеток в энуклеированные яйцеклетки. Принципиальное отличие состоит в том, что клонирование путем пересадки ядер эмбриональных клеток обеспечивает получение идентичных животных между собой, тогда как пересадка ядер соматических клеток взрослого животного обеспечивает получение не только одинаковых между собой животных, но и идентичных по генотипу с животным- донором соматических клеток. Это открывает возможность получать неограниченное количество генетически идентичных потомков уже в первом поколении 140 Впервые в мире успешное получение лягушки из ядра соматической клетки было достигнуто Гердоном в 1962 году. Потребовалось около 35 лет, прежде, чем Вильмут с коллегами получили овцу Долли после пересадки ядра соматической клетки из вымени взрослой овцы в энуклеированную яйцеклетку. В дальнейшем эти опыты были проведены на КРС и кроликах. 3. Трансеноз. Искусственный перенос генов из одной биологической системы в другую называется трансгенозом. Основой для генетических манипуляций с половыми клетками и эмбрионами млекопитающих послужило развитие биотехнологических приемов воспроизводства, а именно, техника получения предимплантационных эмбрионов, возможность их кратковременного культивирования in vitro идеальнейший перенос их приемной матери для нормального завершения эмбриогенеза. Одним из приоритетных направлений биотехнологии является получение трансгенных животных путем введения чужеродного гена в геном животного. Интегрировавшийся в геном продуцента ген определяют как трансген. Продукт этого гена-протеин является трансгенным продуктом. Таким путем достигается придание организму новых качеств. При получении трансгенных животных стремятся к тому, чтобы трансген содержался во всех соматических клетках животного. Наиболее распространенный метод - микроинъекции ДНК. Однако только небольшой процент животных интегрируют чужеродную ДНК в свой геном. Другой способ использование ретровирусных систем для транспорта генов позволяет им проникать в клетки хозяина и очень хорошо интегрироваться в геном клетки. 141 Другой способ использование ретровирусных систем для транспорта генов позволяет им проникать в клетки хозяина и очень хорошо интегрироваться в геном клетки. Обсуждаются несколько областей применения трансгенных сельскохозяйственных животных. Трансгеноз используется для: 1. повышение скорости роста и снижение отложения жира в туше, резистентность к болезням, качество животноводческой продукции и создание животныхпродуцентов ценных биологически активных веществ, главным образом, человеческих лекарственных белков. В 1982 году были получены первые трансгенные мыши с геном гормона роста, у которых наблюдалось 4-х кратное увеличение скорости роста и удвоение конечной живой массы. Получение трансгенных животных, устойчивых к заболеваниям, представляется в настоящее время более перспективным, чем увеличение продуктивности. Несмотря на то, что резистентность к ряду заболеваний – полигенный признак. Известно, что проникновению или разложению патогенов препятствуют, главным образом, иммунные механизмы. В связи с этим представляет интерес создание трансгенных животных, продуцирующих различные вещества, обладающие иммунологическими способностями (интерферон, нейропептиды). Известны отдельные гены, ответственные за устойчивость к различным заболеваниям. С целью улучшения качества животноводческой продукции исследуется возможность получения трансгенных животных с геном лактазы, обеспечивающим расщепление молочного сахара на глюкозу и галактозу, чтоб он был доступным для использования людьми, у которых не вырабатывается фермент лактаза. Наибольшее внимание привлекает получение трансгенных животных, продуцирующих с молоком биологически активные вещества и ценные лекарственные вещества. В результате многие белки человека могут экспрессироваться у животных в зависимости от гена, который имплантируется в генетический материал. Т.к. цель исследователей – получить белок, экспрессирующийся в молоке животного то генетический материал человека включается в участок ДНК самки животного, отвечающий за регулирование работы молочной железы и производство молока. Таким образом, сельскохозяйственные животные наряду с производством традиционных продуктов питания приобретают новое предназначение в качестве продуцентов ценных лекарственных веществ человека и продуктов для перерабатывающей промышленности. 4. Генетическая инженерия является новой ветвью молекулярной биологии, которая разрабатывает способы создания лабораторным путем генетических структур и получение наследственно измененных организмов. 142 Возникновение генетической инженерии связано с прогрессом в развитии генетики, биохимии, микробиологии и молекулярной биологии. Генной инженерией называют конструирование рекомбинантных ДНК с последующим введением их в живые клетки. Генная инженерия решает следующие задачи: 1 Получение генов путем их синтеза или выделения их клеток, 2.Получение рекомбинантных молекул ДНК. Рекмбинантная ДНК- это молекула ДНК, искусственно полученная путем объединения фрагментов ДНК различного происхождения, как природных, так и синтетических. 3. Копирование и размножение выделенных или синтезированных генов или генетических структур. 4. Введение в клетку генов или генетических структур и синтез чужеродного белка. Генетическая инженерия, как метод конструирования генетических программ включает ряд сложных приемов, объединяющих усилия биохимиков, генетиков, микробиологов: А) синтез или выделение соответствующего гена В) включение данного гена в вектор, обеспечивающий его размножение(клонирование) С) трансгеноз - перенос гена с помощью вектора в клетку-реципиент. Получение генов. Известны 2 способа искусственного синтеза генов вне организма – химический, ферментативный. Химическим путем возможен синтез относительно мелких генов, содержащих небольшое число пар нуклеотидов. Гены, кодирующие ферменты или структурные белки, состоящие из тысячи и более нуклеотидных пар, рациональнее создавать методом ферментативного синтеза с помощью фермента обратной транскриптазы (ревертазы). Выделение генов . В настоящее время генная инженерия использует методы, позволяющие одновременно выделить из молекулы ДНК фрагмент соответствующего гена и встроить его в вектор, посредством которого он может быть размножен и включен в геном клетки-реципиента. Фрагменты ДНК, содержащие ген, чаще всего получают с помощью ферментов- рестриктаз. Эти ферменты разрезают молекулу ДНК в строго определенном месте, где находятся нуклеотиды, распознаваемые данной рестриктазой. Векторами могут быть плазмиды, бактериофаги, вирусы, космиды. Векторы включают фрагменты ДНК, соответствующие определенному гену и переносят их в клетку – реципиент. Плазмиды – мелкие кольцевые молекулы ДНК, присутствующие в клетках бактерии. Они содержат дополнительную генетическую информацию, способны автономно, независимо от ДНК хромосом реплиц2ироваться, 143 некоторые плазмиды обладают способностью встраиваться в хромосому бактерии и выходить из неё, некоторые могут переходить из одной клетки в другую. Космиды – векторы, полученные путем объединения небольших фрагментов ДНк бактериофага λ и плазмид. Космиды содержат гены, обеспечивающие их размножение в бактерии. Гибридизация соматических клеток. Впервые возможность гибридизации соматических клеток установил Ж.Барский в 1960 году. В настоящее время разработаны и успешно применяются методы, позволяющие добиться слияния клеток различных видов млекопитающих и даже клеток систематически далеких организмов. Например: клетки человека могут сливаться с клетками мыши, крупного рогатого скота, курицы, комара и даже с клетками растений – моркови, табака. Когда сливаются клетки относительно близких видов, то гибридная клетка может делиться митотически. В процессе деления происходит потеря хромосом одного из видов. Так, в гибридных клетках человек-мышь элиминируются хромосомы человека, что позволяет установить локализацию в них соответствующих генов. Получение аллофенных животных. Аллофенными называют химерные организмы, содержащие разные ткани, произошедшие из клеток, полученных от разных родителей. Благодаря этому методу создается единый комплексный эмбрион, который вводится в матку самки. Рождающееся потомство представляет из себя мозаиков, у которых проявляются признаки всех родительских форм. Эта методика, разработанная на мышах, в последние годы используется для получения аллофенных овец. 1. Эмбриоинженерия - наука, занимающаяся изменением генетической программы предимплантационного зародыша, подразделяется на генетическую и клеточную инженерию. Эмбириоинженерия Генетическая инженерия Генная инженерия Синтез или выделение генов и их модификация Создание рекомби-нанатных ДНК и векто-ров Клеточная инженерия Генетическая трансфор-мация Введение генов в ре-ципиент Отбор и анализ трансформаторов Экспрессия генов Создание продуцентов ценных 144 Эмбриокультура Культивирование, оплодотворение Клональное размно-жение Химерное размно-жение Соматическая гибри-дизация Клонирование реком-бинантных молекул. Создание банков генов веществ, транс-генных животных и растений. Трансгеноз Генетическая инженерия занимается проблемой направленного конструирования с помощью методов генной и инженерии новых живых существ с заданными наследственными признаками и свойствами. Генная инженерия изучает проблемы выделения, конструирования и клонирования рекобминантных молекул ДНК (генов). Рекомбинантные дНК создаются in vitro посредством соединения фрагментов ДНК, которые в естественных условиях чаще не сочетаются благодаря ликвидации барьером, тщательно охраняемым природой. 145 СОДЕРЖАНИЕ Занятие 1 Занятие 2 Занятие 3 Занятие 4 Занятие 5 Занятие 6 Занятие 7 Занятие 8 Занятие 9 Занятие 10 Занятие 11 Занятие 12 Занятие 13 Занятие 14 Занятие 15 Занятие 16 Занятие 17 Занятие 18 Занятие 19 Предисловие Цитологические основы наследственности Изучение кариотипа животных Молекулярные основы наследственности Генетический контроль синтеза белка Гене6тический материал вирусов и бактерий Моногибридное скрещивание. Законы Менделя Анализирующее скрещивание Типы доминирования. Наследование летальных и вредных генов. Явление множественного аллелизма Дигибридное скрещивание. Закон Г.Менделя о независимом комбинировании генов Типы взаимодействия неаллельных генов Эпистаз, комплементарное взаимодейств ие генов Гены-модификаторы, полимерия Сцепленное наследование, составление генетических карт хромосом Наследование признаков сцепленных с полом Мутационная изменчивость Основы популяционной генетики. Закон ХардиВайнберга Определение частот аллелей и генотипов в популяции Решение задач по разделам Перспективы использования биотехнологии в животноводстве 146 4 5 17 24 29 35 44 53 57 64 66 68 71 89 99 103 112 114 125 135
