Хромосомная теория наследственности. Развитие представлений о природе генов

Исследование сцепленного наследования привело Т.Моргана к формулировке хромосомной теории наследственности, основу которой составили следующие фундаментальные положения:

1. Фактор наследственности (ген) представляет собой определенный участок (локус) хромосомы.

2 Аллели гена расположены в одних и тех же местах гомологичных хромосом.

3. Гены располагаются в хромосомах линейно.

4. Гены, участки которых располагаются в разных хромосомах, наследуются независимо друг от друга, в соответствии с третьим законом Менделя.

5. Гены, участки которых располагаются в одной и той же хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления.

6. Нарушение сцепленного наследования происходят в результате кроссинговера, который представляет собой процесс обмена участками между гомологичными хромосомами в профазе первого деления мейоза.

Развитие понятия «ген». По мере развития учения о наследственности понятие “ген” постепенно уточнялось. Первоначально этим термином обозначали единицу наследственности, определяющую развитие отдельного (элементарного) признака. После создания хромосомной теории наследственности, расшифровки структуры ДНК и генетического кода, геном стали называть участок молекулы ДНК, содержащий информацию о структуре определенного белка.

Дальнейшее изучение молекулярных основ наследственности показало, что такое определение не всегда верно в силу нескольких причин. 

- Во-первых, в молекуле белка в единой структуре могут быть объединены несколько полипептидных цепей. Например, даже относительно простой по строению белок, гормон поджелудочной железы — инсулин, состоит из молекул, образованных двумя полипептидными цепями (см. рис. 28).

- Во-вторых, многие низкомолекулярные пептидные соединения, в том числе, белки, образуются как продукты фрагментации длинных полипептидных цепей, синтезированных по матрице одной молекулы информационной РНК. Например, такую природу имеют некоторые гормоны позвоночных животных.

- В-третьих, в последовательности нуклеотидов ДНК может быть зашифрована структура не только белков, но также рибосомальных и транспортных РНК.

- В-четвертых, молекулы ДНК, содержащие наследственную информацию, представлены не только в составе ядерного аппарата, но также в форме плазмид (прокариоты) и в составе полуавтономных органоидов клетки - митохиндрий и пластид (эукариоты).

- В-пятых, у некоторых вирусов носителем наследственной информации является не ДНК, а РНК.

Согласно современным представлениям, геном называют единицу транскрипции, т. е. участок молекулы ДНК, по матрице которого в ходе транскрипции синтезируется одна молекула РНК.

Ген представляет собой функциональную единицу наследственной информации. Это может быть информация о строении не только полипептидных цепей, но также транспортных и рибосомальных РНК.

Для нормальной жизнедеятельности клетки огромное значение имеет координация работы различных генов. В изменяющихся условиях жизнедеятельности клетки гены по-разному проявляют активность. В клетках многоклеточных организмов активной бывает только сравнительно небольшая часть генетического аппарата, так как клетки специализированы и входят в состав разных органов и тканей, имея одинаковый хромосомный набор. Специализация и дифференцировка клеток обеспечивается механизмами регуляции, которые усиливают работу одних и тормозят работу других генов. Механизмы регуляции работы генов до сих пор изучены недостаточно.

У прокариот гены, отвечающие за протекание взаимосвязанных биохимических процессов, функционируют как единое целое. Такая группа функционально связанных генов называется опероном.

У эукариот на одноклеточном уровне работа генетического аппарата регулируется рассмотренными выше механизмами взаимодействия генов, а на многоклеточном уровне в основном - нервными и гуморальными влияниями.

Хромосомная теория наследственности является одним из главных теоретических обобщений биологической науки. Ее становление порой сопровождалось драматическими событиями. В Советском Союзе в 1940—1950-е годы исследования по генетике были запрещены, а специалисты в этой области подвергались политическим преследованиям. Результатом явилось значительное отставание нашей страны не только в фундаментальной науке, но также в сельскохозяйственной селекции и разработке прогрессивных биотехнологий.