Предмет генетики.Краткая история развитии.

Предмет генетики.Краткая история развитии.

Генетика—наука о наследственности и изменчивости организмов. Наследственность — свойство живых существ обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обусловливать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях внешней среды. Изменчивость — это возникновение различий между организмами по ряду признаков и свойств.

основные теоретические проблемы, изучаемые генетикой:1) хранение генетической информации;

2) передачи генетической информации от клетки к клетке, от поколения к поколению;

3) реализации генетической информации в процессе онтогенеза

4)изменения генетической информации в процессе мутаций.История развития генетики.

Генетика изучает наследственность и изменчивость организмов, а также процессы преемственности жизни на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях. Развитие генетики как самостоятельной науки активно происходит в XX- XXI вв.

1865 г. — Г. Мендель установил законы наследования (неофициальное рождение генетики).1900 г. — Г. де Фриз, Корренс, Чермак переоткрьши законы Менделя.

1900-1903 гг. — Г. де Фризом разработана мутационная теория наследственности, основные положения которой справедливы и сегодня.

1900 г. — К. Ландштейнер описал систему групп крови AB0, а в 1924 г. Бернштейн установил, что группы крови системы AB0 контролируются тремя аллелями одного гена.

1910 г. — Т. Морган и его сотрудники показали роль хромосом в наследственности и установили законы сцепленного наследования. Закон сцепленного наследования и закон независимого наследования Менделя составляют основу классической генетики.

1920 г. — создан медико-генетический институт в России.1941 г. — обнаружена несовместимость крови по резус-фактору у матери и плода. Заложены основы биохимической генетики Г. Бидлом и Е. Тейтемом.

1953 г. — формирование молекулярной биологии как самосто-ятельной науки. Ф. Крик, Д. Уотсон, М. Уилкинс описали модель строения ДНК.

1956 г. — Тио и Леван установили, что в клетках человека содержится 46 хромосом.

1980-2012 гг. — определяется число генов у человека, составляются генетические карты хромосом, изучается тонкое строение гена, выясняются механизмы мутаций. Ученые продолжают работать над картированием, секвенированием и идентификацией генов. Большие успехи достигнуты в генной инженерии.

 

История развития генетики в России.

В нашей стране рассматриваемая наука начала свое интенсивное становление лишь во второй половине XX века. Все дело в том, что долгое время наблюдался период застоя. Это времена правления Сталина и Хрущева. Именно в эту историческую эпоху случился раскол в ученых кругах. Т. Д. Лысенко, имевший власть, заявил о том, что все исследования в области генетики недействительны. А сама она не является наукой вообще. Заручившись поддержкой Сталина, он всех известных генетиков того времени отправил на смерть. Среди них: Вавилов; Серебровский; Кольцов; Четвериков и другие. Многие вынуждены были подстраиваться под требования Лысенко, чтобы избежать смерти и продолжать исследования. Некоторые эмигрировали в США и другие страны. Только после ухода с поста Хрущева генетика в России получила свободу в развитии и интенсивный рост.

Объекты и методы генетики.

Способность к воспроизведению с изменением – это одно из основных свойств биологических систем. Принцип Франческо Реди – «подобное порождает подобное» – проявляется на всех уровнях организации жизни:

– на молекулярном уровне молекулы ДНК воспроизводят сами себя;

– на клеточном уровне любая клетка происходит от клетки;

– на онтогенетическом (организменном) уровне организмы порождают подобные себе организмы;

– на популяционно-видовом уровне популяции каждого вида воспроизводят себя и дают начало популяциям того же вида;

– на биогеоценотическом (экосистемном) уровне биогеоценозы (устойчивые экосистемы) – воспроизводят подобные биогеоценозы;

– на биосферном уровне биосфера Земли воспроизводит себя в течение миллиардов лет.

Методы генетики.

Иммуногенетический метод включает серологи­ческие методы, иммуноэлектрофорез и др., которые используют для изучения групп крови, белков и ферментов сыворотки крови тканей. Онтогенетический метод используют для анализа действия и проявления генов в онтогенезе при различных усло­виях среды. Для изучения явлений наследственности и изменчи­вости используют биохимический, физиологический и другие методы. Цитогенетический метод. Заключается в цитологическом анализе генетических структур и явлений.

Популяционный метод. На основе популяционного метода изучают генетическую структуру популяций различных организмов. Молекулярно-генетический ме тод представляет собой биохимическое и физико-химическое изучение структуры и функции генетического материала. Мутационный метод позволяет установить особенности, закономерности и механизмы мутагенеза. Генеалогический метод (метод анализа родословных). Позволяет проследить наследование признаков в семьях. Близнецовый метод, заключающийся в анализе и сравнении изменчивости признаков в пределах различных групп близнецов.В генетическом анализе используют и другие методы:онтогенетический,иммуногенетический,сравнительно-морфологические и сравнительно-биохимические методы,методы биотехнологии,разнообразные математические методы и т. д.

 

 

Закон частоты гамет.

Закон чистоты гамет: в каждую гамету попадает только одна аллель из пары аллелей данного гена родительской особи.

Гипотеза чистоты гамет. Мендель предположил, что при образовании гибридов наследственные факторы не смешиваются, а сохраняются в неизменном виде. У гибрида присутствуют оба фактора — доминантный и рецессивный, но проявление признака определяет доминантный наследственный фактор, рецессивный же подавляется. Связь между поколениями при половом размножении осуществляется через половые клетки — гаметы. Следовательно, необходимо допустить, что каждая гамета несет только один фактор из пары. Тогда при оплодотворении слияние двух гамет, каждая из которых несет рецессивный наследственный фактор, будет приводить к образованию организма с рецессивным признаком, проявляющимся фенотипически. Слияние же гамет, каждая из которых несет доминантный фактор, или же двух гамет, одна из которых содержит доминантный, а другая рецессивный фактор, будет приводить к развитию организма с доминантным признаком. Таким образом, появление во втором поколении рецессивного признака одного из родителей может быть только при двух условиях: 1) если у гибридов наследственные факторы сохраняются в неизменном виде; 2) если половые клетки содержат только один наследственный фактор из аллельной пары. Расщепление потомства при скрещивании гетерозиготных особей Мендель объяснил тем, что гаметы генетически чисты, то есть несут только один ген из аллельнои пары. Гипотезу (теперь ее называют законом) чистоты гамет можно сформулировать следующим образом: при образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один аллель из пары аллелей данного гена.

12.Взаимодействие аллельных генов.Полное доминирование.Неполное доминирование.Кодоминирование.

Один и тот же ген может оказывать влияние на развитие нескольких признаков; один и тот же признак может развиваться под влиянием многих генов.ВИДЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВРазличают полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование.

Аллельными генами называются гены, расположенные в идентичных локусах гомологичных хромосом. Ген может иметь одну, две и более молекулярных форм.

Полное доминирование — это вид взаимодействия аллельных генов, при котором фенотип гетерозигот не отличается от фенотипа гомозигот по доминанте, то есть в фенотипе гетерозигот присутствует продукт доминантного гена. Между резус-положительным плодом и резус-отрицательной матерью может возникнуть резус-конфликт. Неполное доминирование Так называется вид взаимодействия аллельных генов, при котором фенотип гетерозигот отличается как от фенотипа гомозигот по доминанте, так и от фенотипа гомозигот по рецессиву и имеет среднее (промежуточное) значение между ними.

Сам Мендель столкнулся с неполным доминированием, когда скрещивал крупнолистный сорт гороха с мелколистным. Гибриды первого поколения не повторяли признак ни одного из родительских растений, они имели листья средней величины.Кодоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором фенотип гетерозигот отличается как от фенотипа гомозигот по доминанте, так и от фенотипа гомозигот по рецессиву, и в фенотипе гетерозигот присутствуют продукты обоих генов. Имеет место при формировании, например, IV группы крови системы (АВ0) у человека.

Митотический кроссинговер.

В соматических клетках иногда происходят обмены между хроматидами гомологичных хромосом, в результате которых наблюдается комбинативная изменчивость, подобная той, которая регулярно генерируется мейозом. Нередко, особенно у дрозофилы и низших эукариот, гомологичные хромосомы синаптируют в митозе. Одна из аутосомно-рецессивных мутаций человека, в гомозиготном состоянии приводящая к тяжелому заболеванию, известному под названием синдром Блюма, сопровождается цитологической картиной, напоминающей синапс гомоло гов и даже образование хиазм.

Доказательство митотического кроссинговера было получено на дрозофиле при анализе изменчивости признаков, определяемых генами у (yellow – желтое тело) и sn (singed – опаленные щетинки), которые находятся в Х-хромосоме. Самка с генотипом y sn+ / y+sn гетерозиготна по генам у и sn, и поэтому в отсутствие митотического кроссинговера ее фенотип будет нормальным. Однако если кроссинговер произошел на стадии четырех хроматид между хромати дами разных гомологов (но не между сестринскими хро матидами), причем место обмена находится между геном sn и центромерой, то образуются клетки с генотипами y sn+ / y+ sn+ и y+ sn / y+ sn. В этом случае на сером теле мухи с нормальными щетинками появятся близнецовые мозаичные пятна, одно из которых будет желтого цвета с нор мальными щетинками, а другое — серого цвета с опаленными щетинками. Для этого необходимо, чтобы после кроссинговера обе хромосомы (бывшие хроматиды каж дого из гомологов) y+ sn отошли к одному полюсу клетки, а хромосомы y sn+ – к другому. Потомки дочерних клеток, размножившись на стадии куколки, и приведут к появлению мозаичных пятен. Таким образом, мозаичные пятна образуются тогда, когда рядом расположены две группы (точнее, два клона) клеток, фенотипически отличающиеся друг от друга и от клеток остальных тканей данной особи.

Инбридинг, аутоинбридинг

Инбридин г(близкородственное скрещивание), скрещивание организмов, близких по степени родства. Так как такие организмы всегда имеют общих предков, высока вероятность, что они получили от них одинаковые аллельные гены. Поэтому при инбридинге, в отличие от аутбридинга, возрастает вероятность «встречи» одинаковых аллелей в гомозиготе. Чем ближе степень родства у родителей, тем выше степень гомозиготности у их потомков. Наивысшая степень инбридинга у самоопыляющихся растений и у самооплодотворяющихся животных.
Одно из важных последствий инбридинга – повышение частоты проявления вредных рецессивных аллелей. Обычно такие аллели находятся в популяции в гетерозиготном состоянии и их проявление подавлено нормальным доминантным аллелем. Переход вредных аллелей в гомозиготное состояние ухудшает приспособленность потомства, снижает его плодовитость, жизнеспособность и устойчивость к болезням. Происходит вырождение потомства, или инбредная депрессия. Однако в природных популяциях самоопыляющихся растений инбредная депрессия не возникает, несмотря на высокую степень гомозиготности: естественный отбор выбраковывает вредные рецессивные аллели по мере их перехода в гомозиготное состояние. Аутбридинг — один из методов разведения, представляющий собой, в отличие от инбридинга, неродственное скрещивание.Аутбридинг - относительно простой и надежный метод разведения, так как от поколения к поколению ожидается получение стабильных по продуктивности потомков, то есть, нет рекомбинантных потерь из-за провалов в уровне продуктивности.

АУТБРИДИНГ, применяемое в селекции животных и растений скрещивание неродственных особей. Обычно такие особи не имеют ближайших общих предков и происходят из разных популяций. В результате неродственного скрещивания у потомства уменьшается вероятность присутствия одинаковых аллелей генов, то есть повышается уровень гетерозиготности. Гетерозиготные особи часто обладают более ценными биологическими признаками, чем гомозиготные. Применяя аутбридинг, получают гетерозисные формы, превосходящие по ряду желаемых признаков родительские организмы.

Нехромосомное наследование

Нехромосо́мное насле́дование — передача в ряду поколений генов, локализованных вне ядра. Для нехромосомного наследования нередко характерны сложные картины расщепления, не согласующиеся с законами Менделя. Часто этот тип наследования также называют цитоплазматическим наследованием, понимая под этим наследование генов, расположенных не только в самой цитоплазме, но и органеллах клетки, имеющих собственную ДНК (пластидов, митохондрий), а также инородных генетических элементов (например, вирусов), поэтому его следует отличать от собственно цитоплазматического наследования, при котором наследственные признаки детерминируются не органеллами, а самой цитоплазмой. Чтобы различить хромосомное и различные типы нехромосомного наследования, обычно используют комплекс оценок и приёмов, а именно:Различие результатов реципрокных скрещиваний, как в случае с ночной красавицей. Однако эти различия могут быть вызваны и сцепленным с полом наследованием.Насыщающие скрещивания с заменой всех хромосом женского организма на все хромосомы мужского.В случае изогамии отсутствие расщепления в скрещивании при гаметическом анализе (например, в тетрадах), но наличие постзиготических расщеплений в митозах.Повышенная чувствительность ДНК клеточных органелл или плазмид к некоторым агентам

 

51.Значение наследственной изменчивости организмов для селекционного процесса и эволюции. В эволюционной теории Дарвина предпосылкой эволюции является наследственная изменчивость, а движущими силами эволюции — борьба за существование и естественный отбор. При создании эволюционной теории Ч. Дарвин многократно обращается к результатам селекционной практики. Он показал, что в основе многообразия сортов и пород лежит изменчивость. Изменчивость — процесс возникновения отличий у потомков по сравнению с предками, которые обусловливают многообразие особей в пределах сорта, породы. Дарвин считает, что причинами изменчивости являются воздействие на организмы факторов внешней среды (прямое и косвенное), а также природа самих организмов (так как каждый из них специфически реагирует на воздействие внешней среды). Изменчивость служит основой образования новых признаков в строении и функциях организмов, а наследственность закрепляет эти признаки Дарвин, анализируя формы изменчивости, выделил среди них три: определенную, неопределенную и коррелятивную.Определенная, или групповая, изменчивость — это изменчивость, которая возникает под влиянием какого-либо фактора среды, действующего одинаково на все особи сорта или породы и изменяющегося в определенном направлении. Примерами такой изменчивости могут служить увеличение массы тела у особей животных при хорошем кормлении, изменение волосяного покрова под влиянием климата и т. д. Неопределенная, или индивидуальная, изменчивость проявляется специфично у каждой особи, т.е. единична, индивидуальна по своему характеру. В этом заключается ее важное значение для эволюции.При коррелятивной, или соотносительной, изменчивости изменение в каком-либо одном органе является причиной изменений в других органах. Определив формы изменчивости, Дарвин приходит к выводу, что для эволюционного процесса важны лишь наследуемые изменения, так как только они могут накапливаться из поколения в поколение. Изменчивость — необходимая предпосылка искусственного отбора, но она не определяет образования новых пород и сортов.

Закон Харди-Вайнберга

Закон Харди-Вайнберга: при отсутствии факторов, изменяющих частоты генов популяции при любом соотношении аллелей от поколения к поколению, сохраняют эти частоты аллелей постоянными. Харди и Вайнберг провели математич. анализ распределения генов в больших популяциях, где нет отбора, мутаций и смешивания популяций. Они установили. Что такая популяция находится в состоянии равновесия по соотношению генотипов, что определяется формулой: p?AA + 2pqAa + q?aa = 1. где р. - частота доминантного гена А, q - частота его рецессивного аллеля а. Пользуясь формулой, можно рассчитать частоту гетерозиготных носителей некоторых форм рецессивно обусловленных аномалий в стадии КРС, проанализировать сдвиги в генных частотах по конкретным признакам в результате отбора, мутаций и других факторов.

Генофонд популяции вида

Показателем генетического состава всей популяции является генофонд. Генофонд — сумма всех генотипов, представленных в популяции. Так как подсчитать все имеющиеся в популяции гены и все аллели практически невозможно, о составе генофонда судят по соотношению частот аллелей отдельных генов. Частота аллели выражается ее долей в общем числе организмов, располагающих соответствующим геном. Генофонд популяции постоянно меняется под влиянием разных факторов. Во-первых, это связано с изменчивостью генотипов. Во-вторых, генофонд может изменяться под действием отбора; такие изменения генофонда имеют направленный характер. Ключом дарвиновского объяснения движущих сил эволюции является идея, что некоторые особи вида располагают свойствами, которые увеличивают их шансы выжить и оставить потомство. Если это так, то генетические свойства таких организмов («полезные гены, или аллели») должны закрепляться в популяции (вместе с потомками организмов, которые ими располагают), меняя состав ее генофонда. В суровых климатических условиях, например, в популяциях должна возрастать доля генотипов, содержащих аллели, способствующие повышению теплоизоляции организмов. Такие изменения делают популяцию более приспособленной к конкретным условиям жизни. Установлено, что кроме четырех основных групп крови у человека существует еще по крайней мере 30 различных групп, также генетически закрепленных. Помимо этого выявлено более 45 генов, которые кодируют белки в клетках человеческой крови и плазмы. Выявлена, например, следующая закономер ность: состав белков крови зависит от географического положения популяции. Американские индейцы, например, имеют в основном нулевую группу.

Нейтральная теория эволюции

Нейтральная теория молекулярной эволюции(Нейтрализм Кимуры) — теория эволюции, которая утверждает, что подавляющее большинство мутаций на молекулярном уровне носит нейтральный по отношению к естественному отбору характер. Как следствие, значительная часть внутривидовой изменчивости (особенно в малых популяциях) объясняется не действием отбора, а случайным дрейфом мутантных аллелей, которые нейтральны или почти нейтральны.

Теория была разработана Мото Кимурой в конце 1960-х годов. Теория нейтральной эволюции хорошо согласуется с фактом постоянной скорости закрепления мутаций на молекулярном уровне, что позволяет, например, оценивать время дивергенции видов.

Теория нейтральной эволюции не отрицает решающей роли естественного отбора в эволюции. Дискуссия ведется по части мутаций, имеющих приспособительное значение. Большинство биологов признает ряд результатов теории нейтральной эволюции, хотя и не разделяет некоторые сильные утверждения, сначала высказанные М. Кимурой.

Предмет генетики.Краткая история развитии.

Генетика—наука о наследственности и изменчивости организмов. Наследственность — свойство живых существ обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обусловливать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях внешней среды. Изменчивость — это возникновение различий между организмами по ряду признаков и свойств.

основные теоретические проблемы, изучаемые генетикой:1) хранение генетической информации;

2) передачи генетической информации от клетки к клетке, от поколения к поколению;

3) реализации генетической информации в процессе онтогенеза

4)изменения генетической информации в процессе мутаций.История развития генетики.

Генетика изучает наследственность и изменчивость организмов, а также процессы преемственности жизни на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях. Развитие генетики как самостоятельной науки активно происходит в XX- XXI вв.

1865 г. — Г. Мендель установил законы наследования (неофициальное рождение генетики).1900 г. — Г. де Фриз, Корренс, Чермак переоткрьши законы Менделя.

1900-1903 гг. — Г. де Фризом разработана мутационная теория наследственности, основные положения которой справедливы и сегодня.

1900 г. — К. Ландштейнер описал систему групп крови AB0, а в 1924 г. Бернштейн установил, что группы крови системы AB0 контролируются тремя аллелями одного гена.

1910 г. — Т. Морган и его сотрудники показали роль хромосом в наследственности и установили законы сцепленного наследования. Закон сцепленного наследования и закон независимого наследования Менделя составляют основу классической генетики.

1920 г. — создан медико-генетический институт в России.1941 г. — обнаружена несовместимость крови по резус-фактору у матери и плода. Заложены основы биохимической генетики Г. Бидлом и Е. Тейтемом.

1953 г. — формирование молекулярной биологии как самосто-ятельной науки. Ф. Крик, Д. Уотсон, М. Уилкинс описали модель строения ДНК.

1956 г. — Тио и Леван установили, что в клетках человека содержится 46 хромосом.

1980-2012 гг. — определяется число генов у человека, составляются генетические карты хромосом, изучается тонкое строение гена, выясняются механизмы мутаций. Ученые продолжают работать над картированием, секвенированием и идентификацией генов. Большие успехи достигнуты в генной инженерии.