1) История развития генетики. Роль отечественных ученых в развитии генетики.

В развитии генетики можно выделить 3 этапа: 1. (с 1900 по 1925 г.) – этап классической генетики. В этот период были переоткрыты и подтверждены на многих видах растений и животных законы Г.Менделя, создана хромосомная теория наследственности (Т.Г.Морган). 2. (с1926 по 1953) – этап широкого развёртывания работ по искусственному мутагенезу (Г.Меллер и др.). в это время было показано сложное строение и дробимость гена, заложены основы биохимической, популяционной и эволюционной генетики, доказано, что молекула ДНК является носителем наследственной информации (О.Эвери), были заложены основы ветеринарной генетики. 3. (начинается с 1953 г.) – этап современной генетики, для которого характерны исследования явлений наследственности на молекулярном уровне. Была открыта структура ДНК (Дж. Утсон), расшифрован генетический код (Ф.Крик), химическим путём синтезирован ген (Г. Корана). Большой вклад в развитие генетики внесли отечественные учёные. Научные генетические школы созданы Вавиловым и др. Получили искусственным путём мутации – Филиппов. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Карпеченко предложил метод преодоления бесплодия у некоторых гибридов. Четвериков – основатель учения о генетике популяций..

Кольцов Николай Константинович (1872–1940) – предсказал свойства носителей генетической информации; разрабатывал теорию гена; разрабатывал учение о социальной генетике (евгенике).

Вавилов Николай Иванович (1887–1943) – сформулировал закон гомологических рядов, разработал учение о виде как системе.

Мичурин Иван Владимирович (1855–1935) – открыл возможность управления доминированием.

Серебровский Александр Сергеевич (1892–1948) – создал учение о генофонде и геногеографии: «Совокупность всех генов данного вида я назвал генофондом, чтобы подчеркнуть мысль о том, что в лице генофонда мы имеем такие же национальные богатства, как и в лице наших запасов угля, скрытых в наших недрах». Серебровский – показал сложное строение и дробимость гена

Четвериков Сергей Сергеевич (1880–1959) – в работе «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» доказал генетическую неоднородность природных популяций.

Дубинин Николай Петрович (1907–) – доказал делимость гена; независимо от западных исследователей установил, что важную роль в эволюции играют вероятностные, генетико-автоматические процессы.

Шмальгаузен Иван Иванович (1884–1963) – разработал теорию стабилизирующего отбора; открыл принцип интеграции биологических систем.

Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский (1900–1981) – заложил основы современной генетики популяций.

2) Предмет, методы и разделы современной генетики

Генетика, как самостоятельная наука выделилась из биологии в 1900 году. Термин генетика введён в 1906 году. Генетика – наука об изменчивости и наследственности.

Методы генетики: 1. Гибридологический анализ основан на использ-нии системы скрещивания в ряде поколений для определения хар-ра наследования признаков и свойств. Гибридологический анализ – основной метод генетики. Генеалогический метод заключается в использовании родословных. Для изучения закономерностей наследования признаков, в том числе наследственных болезней. Этот метод в первую очередь принимается при изучении наследственности чел-ка и медленно плодящихся животных. Цитогенетический метод служит для изучения строения хромосом, их репликации и функционирования, хромосомных перестроек и изменчивости числа хромосом. С помощью цитогенетики выявляют разные болезни и аномалии, связанные с нарушением в строении хромосом и изменение их числа. Популяционно-статический метод применяется при обработке результатов скрещиваний, изучения связи между признаками, анализе генетической стр-ры популяций и т.д. Иммуногенетический метод включают серологические методы, иммуноэлектрофорез и др., кот используют для изучения групп крови, белков и ферментов сыворотки крови тканей. С его помощью можно установить иммунологическую несовместимость, выявить иммунодефициты, мозаицизм близнецов и т.д. Онтогенетический метод используют для анализа действия и проявление генов в онтогенезе при различных условиях среды. Для изучения явлений наследственности и изменчивости используют биохимический, физиологический и другие методы. Практическое значение большое значение имеют теоретические исследования по проблемам инженерии в селекции растений, микроорганизмов и животных

3) Гигантские хромосомы. Политения. 3)

Гигантские хромосомы были обнаружены итальянским цитологом Е. Бальбиани в 1881 г. в слюнных железах личинок хирономуса (Chironomus). В дальнейшем оказалось, что такая структура хромосом характерна для ядер ряда соматических клеток личинок двукрылых — для клеток кишечника, мальпигиевых сосудов, слюнных желез, а также найдена у некоторых растений в синергидах и у простейших. Наиболее типичные гигантские хромосомы можно наблюдать в слюнных железах личинок дрозофилы. Гигантские хромосомы в слюнных железах личинок двукрылых возникают потому, что их клетки не претерпевают деления, а лишь увеличиваются в размерах. Ядра в течение всего личиночного периода находятся в интерфазном состоянии, а парные хромосомы (гомологи) взаимно притягиваются, вследствие чего они представляются в виде перевитых двойных тяжей. Взаимопритяжение гомологов в интерфазных ядрах соматических клеток слюнных желез является исключением из правила и получило название соматической конъюгации хромосом. По мере роста личинки каждая из хромосом увеличивается в диаметре. Так как хромонемы гигантской хромосомы репродуцируются без последующего расхождения, то каждая хромосома приобретает вид пучка хромонемных нитей, поэтому гигантские хромосомы и называются политенными. В данном случае политения хромосом осуществляется за счет эндомитоза, т. е. редупликации хромосом без их расхождения. Гигантские хромосомы обладают рядом морфологических особенностей. Каждая гигантская хромосома состоит более чем из 1000 хромонем, и на препаратах можно видеть отдельные нити. Предполагают, что они находятся в состоянии спирализации, которая неравномерна по оси хромосомы. Хромонемы неоднородны вдоль оси также химически и структурно, что придает нити четкообразный вид. При редупликации хромонем на хромосомах выявляются утолщения (диски), обусловленные либо более плотной локальной спирализацией, либо наличием гранул в определенных участках. Возможно, что существуют и другие причины, вызывающие различие в толщине и морфологии дисков. Диски могут быть различного размера и строения. При конъюгации гомологов в норме идентичные диски оказываются друг против друга. Расположение этих дисков, имеющих различную морфологию, строго постоянно. Их характер и расположение можно точно устанавливать в различных клетках и у разных организмов на определенных стадиях развития. У каждого вида имеется свой «рисунок» расположения и формы дисков, по которому каждую пару хромосом можно точно находить на препаратах. Одни авторы предполагают, что темноокрашивающиеся диски представляют собой скопление хроматина (несут в основном ДНК), а неокрашивающиеся содержат большее количество белка. Другие авторы полагают, что диски представляют собой участки хромонем с более плотной спирализацией. В таком случае темные диски должны иметь химическую природу, сходную с неокрашенными участками. Вероятно, последняя точка зрения более оправдана. Главным результатом изучения гигантских хромосом явилось то, что расположение отдельных генов, установленное чисто генетическим методом, удалось связать с определенными районами гигантских хромосом. Некоторые гены оказались приуроченными к определенным дискам. Однако сами диски не представляют собой генов. Разработка цитогенетического метода исследования материальных структур наследственности послужила важным этапом исследования генетической и цитологической дискретности хромосом. Хотя отдельные диски хромосом, конечно, нельзя идентифицировать с генами, которые, как мы увидим дальше, являются выражением скорее химической дискретности на молекулярном уровне, чем морфологической, тем не менее они являются важными морфологическими маркерами хромосомы, облегчающими исследование тонкого строения и функции материальных носителей наследственности. С открытием гигантских хромосом цитогенетика значительно расширила возможности цитологического контроля различных генетических процессов. К другому типу гигантских хромосом относят хромосомы, названные «ламповыми щетками» из-за расположения конъюгирующих хромосом в одном комплексе, напоминающем по виду ламповую Щетку, или ершик. Эти хромосомы сильно вытянуты и образуют симметричные петли, перпендикулярные оси комплекса. Такое состояние хромосом встречается в ооцитах амфибий, рыб, и рептилий. Самые крупные хромосомы подобного типа, достигающие 700—800 ммк найдены в ооцитах саламандры. Каждая пара гомологичных хромосом, состоящая из 4 нитей — хромонем, по оси образует серию хромомер, из которых выходят белковые петли. Полагают, что через хромомеры и петли проходит непрерывная молекула ДНК. Хромомеры содержат ДНК, связанную с гистонами. Боковые петли наряду с ДНК содержат белки и РНК. По данным Г. Каллана, обработка «ламповых щеток» ферментом дезоксирибонуклеазой, разрывающей молекулу ДНК, показала, что хромомеры содержат 4 нити, а. петли — 2 нити ДНК. На боковых петлях синтезируются РНК и белки. В отличие от гигантских хромосом двукрылых «ламповые щетки» не являются политенными, а содержат сильно деспирализованные хромонемы. Предполагают, что большая степень деспирализации связана с повышением метаболической активности хромосом в процессе роста ооцитов.

Политения (от поли... и лат. taenia — повязка, лента), наличие в ядре некоторых соматических клеток гигантских многонитчатых (политенных) хромосом, превышающих в сотни раз обычные. П. приводит к значительному увеличению плоидности ядер (до 32768 n у хирономуса). П. впервые описана француским цитологом Э. Бальбиани в 1881. Политенные хромосомы обнаруживаются в клетках личинок ряда двукрылых (хирономус, дрозофила), у простейших и в некоторых клетках растений. П. — результат многократныхрепликаций хромосом без последующего деления клетки или её ядра (см.Эндомитоз). Для гигантских хромосом характерна специфичность расположения дисков, что позволяет составлять цитологические карты хромосом и изучать функциональную активность их отдельных участков. См. также Пуфы,Хромосомы.

4) Функциональная активность хромосом. Понятие о гетерохроматине и эухроматине.

Было отмечено многими исследователями, что степень структуризации, конденсации хроматина в интерфазных ядрах может быть выражена в разной мере. Так в интенсивно делящихся и в мало специализированных клетках ядра имеютдиффузную структуру, в них кроме узкого периферического ободка конденсированного хроматина встречается небольшое число мелких хромоцентров, основная же часть ядра занята диффузным, деконденсированным хроматином. С другой стороны в клетках высокоспециализированных или в клетках, заканчивающих свой жизненный цикл, хроматин представлен в виде массивного периферического слоя и крупных хромоцентров, блоков конденсированного хроматина. Такую структуру имеют, например, ядра нормобластов (одна из стадий дифференцировки эритроцитов), ядра зрелых лейкоцитов. Эти два примера могут иллюстрировать общее правило: чем больше в ядре доля конденсированного хроматина, тем меньше метаболическая активность ядра. При естественной или экспериментальной инактивации ядер происходит прогрессивная конденсация хроматина, и, наоборот, при активации ядер увеличивается доля диффузного хроматина.

Однако при метаболической активации не всякие участки конденсированного хроматина могут переходить в диффузную форму. Еще в начале 30-х годов было замечено Э. Гейтцем, что в интерфазных ядрах существуют постоянные участки конденсированного хроматина, наличие которого не зависит от степени дифференцированнности ткани или от функциональной активности клеток. Такие участки получили название гетерохроматина, в отличие от остальной массы хроматина – эухроматина (собственно хроматина). По этим представлениям, гетерохроматин – компактные участки хромосом, которые в профазе появляются раньше других частей в составе митотических хромосом, и в телофазе не деконденсируются, переходя в интерфазное ядро в виде интенсивно красящихся плотных структур (хромоцентры). Первоначально понятие гетерохроматина имело сугубо морфологическое значение, потому что, изучая препараты окрашенных ядер, конечно нельзя знать, может ли данный участок конденсированного хроматина, хромоцентр, перейти в будущем в разрыхленное, эухроматическое состояние, или нет. В связи с этим в специальной цитологической литературе часто без всякого основания любой участок конденсированного хроматина стали называть гетерохроматином. Процесс же общей конденсации хроматина, например в ядрах лейкоцитов, называли гетерохроматизацией ядер. На самом же деле в составе ядерного хроматина только лишь некоторые участки практически никогда не теряют особого конденсированного состояния. Такими постоянно конденсированными зонами чаще всего являются центромерные и теломерные участки хромосом. Кроме них постоянно конденсированными могут быть также некоторые участки, входящие в состав плечей хромосом – вставочный или интеркалярный гетерохроматин, который в ядрах также представлен в виде хромоцентров. Такие постоянно конденсированные участки хромосом в интерфазных ядрах сейчас принято называть конститутивным (постоянным) гетерохроматином. Здесь же необходимо отметить, что участки конститутивного гетерохроматина обладают целым рядом особенностей, которые отличают его от остального хроматина. Конститутивный гетерохроматин генетически не активен, он не транскрибируется, реплицируется он позже всего остального хроматина, в его состав входит особая (сателлитная) ДНК, обогащенная высокоповторяющимися последовательностями нуклеотидов (см. ниже); он локализован в центромерных, теломерных и интеркалярных зонах митотических хромосом. Доля конститутивного хроматина может быть неодинаковой у разных объектов. Так у млекопитающих на него приходится 10-15% всего генома, а у некоторых амфибий – даже до 60%. Функциональное значение конститутивного гетерохроматина до конца не выяснено, предполагается, что он несет ряд важных функций, связанных со спариванием гомологов в мейозе, со структуризацией интерфазного ядра, с некоторыми регуляторными функциями.

Вся остальная, основная масса хроматина ядра может менять степень своей компактизации в зависимости от функциональной активности, она относится к эухроматину. Эухроматические неактивные участки, которые находятся в конденсированном состоянии, стали называть факультативным гетерохроматином, подчеркивая необязательность такого его состояния. Хорошим примером факультативного гетерохроматина может служить X-хромосома в организме человека. В клетках мужской особи X-хромосома деконденсирована, она активна, транскрибируется и морфологически не выявляется из-за своего рыхлого, диффузного состояния. В клетках женского организма, где присутствуют две X-хромосомы, одна из них находится в активном, диффузном состоянии, а вторая – в неактивном, конденсированном, она временно гетерохроматизована. В этом состоянии она может существовать в течение всей жизни организма. Но потомки ее, попадая в клетки мужского организма следующего поколения, снова будут активированы.

В дифференцированных клетках всего лишь около 10% генов находится в активном состоянии, остальные гены инактивированы и, соответственно, находятся в составе конденсированного хроматина (факультативный гетерохроматин). Это обстоятельство объясняет, почему большая часть хроматина ядра структурирована