Введение

Учебно-методическое пособие предназначено для изучения генетики на основе краткого лекционного материала и лабораторно-практических занятий. Пособие разработано в соответствие с программой курса «Генетика с босновами биометрии». По каждой теме оно включает: лекцию, объяснения отдельных понятий и заданий, рассчитанных в основном на двухчасовое занятие в учебном классе.

Перед заданием даны пояснения, позволяющие лучше понять сущность выполняемой работы.

Пособие предназначено закрепить теоретические знания по генетике и научить студентов решать задания (задачи) по наследованию признаков при скрещивании, при их сцепленности с полом, и в результате комбинативной изменчивости, по молекулярным основам наследственности (моделированию синтеза ДНК, и-РНК, белка), по определению структуры популяции, проведению генетической экспертизы происхождения сельскохозяйственных животных, определению эффекта селекции, наследованию и наследуемости признаков у сельскохозяйственных животных и т. д.

Решение задач должно способствовать приобретению практических навыков, необходимых в селекционной работе. В пособии приведены вопросы компьютерного контроля самостоятельной работы студентов по основным темам проведенных лабораторно-практических занятий.

Для закрепления знаний и навыков решения заданий по всем темам изучаемой дисциплины даются вопросы семинарских занятий.

В целом, учебно-методическое пособие будет способствовать более успешному изучению предмета «Генетика с основами биометриии».

Тема 1. Предмет и методы генетики

Генетика  наука, изучающая явления наследственности и изменчивости живых организмов. В зависимости от исследуемых объектов различают генетику растений, животных, человека, микроорганизмов и других биологических объектов. В соответствие с методами исследования, генетику подразделяют на биохимическую, физиологическую, молекулярную, популяционную, медицинскую, ветеринарную, экологическую, космическую, биотехнологическую и др.

Генетика изучает гены и хромосомы, носители генов и каким образом невидимый ген дает видимый признак или продукт.

Основные теоретические проблемы, изучаемые генетикой:

5. Где и каким образом закодирована и хранится генетическая информация.

6. Как передается генетическая информация от клетки к клетке, от поколения к поколению.

7. Каким путем реализуется генетическая информация в процессе онтогенеза, т е индивидуального развития особи

8. Какие изменения генетической информации происходят в процессе мутаций.

Генетика ─ от латинского слова geneo – порождать или от греческого genesis – происхождение Это название было предложено в 1906 году английским ученым-зоологом У Бэтсоном со следующим определением.

Генетика ─ наука о закономерностях наследственности и изменчивости, которая стремится постичь законы, определяющие сходство и различия между организмами, родственными друг другу по происхождению среди животных, растений и других органических форм Генетика объясняет закономерности передачи признаков от родителей потомкам, открывает законы, по которым наследуются эти признаки

Наследственность ─ это способность организмов воспроизводить себе подобное, передавая свои признаки и свойства потомству. Наследственность представляет собой целый комплекс явлений, обусловленных как её носителями, так и закономерностями проявления наследственных задатков. Наряду с термином "наследственность" в генетике применяют термины "наследование" и "наследуемость". Наследование ─ это процесс передачи наследственных задатков или наследственной информации от родителей потомкам в поколениях. Наследуемость  это часть общей фенотипической изменчивости, которая обусловлена генетическими различиями.

Различают наследственность ядерную (хромосомную) и внеядерную (цитоплазмотическую) Ядерная наследственность определяется генами хромосом ядра и распространяется на большую часть признаков и свойств организма Внеядерная ─ обусловлена наличием в цитоплазме клетки органелл, имеющих собственные гены (митохондрии, пластиды растений, микротельца ресничек клеток простейших организмов)

Выделяют истинную, ложную и переходную наследственность.

Истинная наследственность связана с действием собственных генов организма, находящихся в хромосомах ядра и цитоплазмотических органелл

Ложная наследственность ─ это проявление в поколениях признаков и свойств, которые обусловлены действием среды. У гусениц бабочки капустницы зеленая окраска возникает в результате поедания листьев капусты, что обеспечивает им защиту от птиц сходной окраской с растением

Переходная наследственность сочетает истинную и ложную наследственности Примером является способность штаммов одних бактерий вырабатывать токсическое вещество, убивающее штаммы других, не родственных им бактерий, но безвредные для своих сородичей

Второе свойство, изучающее генетикой ─ изменчивость

Изменчивость  это способность организмов изменяться под действием наследственных и не наследственных факторов.

Различают множество форм изменчивости, важнейшие из которых: наследственная (генотипическая) и ненаследственная Наследственная подразделяется на:

1 Комбинативную, возникающую у потомков вследствие перекреста хромосом в мейозе 1 (деление половых клеток), что ведет к перекомбинации признаков отцовской и материнской форм.

2 Онтогенетическая – обеспечивающая изменения в процессе индивидуального развития организма и дифференциации клеток в процессе роста и развития на основе наследственной информации, полученной от родителей

3 Мутационная ─ возникает в результате воздействия мутагенных факторов (радиации, вредных химических соединений, отравляющих веществ и т д) на наследственный аппарат клетки (хромосомы и ДНК), что ведет к изменению наследственной информации о развитии какого-либо признака

Ненаследственная изменчивость включает в себя:

1 Корреляционную ─ при которой существует взаимосвязь между признаками, определяющая изменение одного из них под влиянием изменения другого Например с увеличением живой массы овец увеличивается настриг шерсти ─ положительная корреляция и с увеличением удоя у коров снижается жирность молока ─ отрицательная корреляция

2 Модификационную – которая вызывается внешними условиями и не закрепляется в генотипе.

Фактически все явления изменчивости взаимосвязаны с наследственностью и условиями среды. Таким образом, изменчивость – это всеобщее свойство организмов и один из ведущих факторов эволюции, которые обеспечивают приспособленность особей и лежат в основе естественного отбора, а также селекционного процесса, направляемого человеком.

Методы генетических исследований При изучении ранее перечисленных вопросов применяются следующие методы генетических исследований:

1 Молекулярный ─ основными объектами которого являются нуклеиновые кислоты ДНК и РНК, которые обеспечивают сохранение, передачу и реализацию наследственной информации

2 Цитогенетический ─ это исследование явлений наследственности на клеточном уровне Метод изучает число, размеры, формы, физико-химические свойства и причины изменений хромосом, цитоплазмотических органоидов клетки, выявляет генетические причины различных наследственных болезней, позволяет оценить мутационную опасность факторов, воздействующих на организм

3 Гибридологический метод – включает систему скрещиваний заранее подобранных родительских особей и оценку полученного потомства по характеру проявления изучаемых признаков.

4 Моносомный ─ это определение местонахождения того или иного гена в определенной хромосоме, который отвечает за какой - то признак

5 Рекомбинационный ─ это изучение эффекта новых генных сочетаний, появляющихся в результате обмена между разными участками нити ДНК или хромосом за счет явления кроссинговера.

6 Генеалогический метод  один из вариантов гибридологического, который позволяет изучить наследование признаков в поколениях групп людей, животных или других организмов, связанных определенной степенью родства Основой данного метода является составление родословных, выявление и учет заболеваний в поколениях и характер их наследования

7 Близнецовый метод ─ применяют при изучении влияния определенных факторов внешней среды и их взаимодействия с генотипом особи, а также для выявления относительной роли генотипической и модификационной изменчивости в общей изменчивости признака.

8 Мутационный метод (мутагенез) позволяет установить характер влияния мутагенных факторов на генетический аппарат клетки, ДНК, хромосомы, на изменения признаков или свойств.

9 Популяционно-статистический метод используют при изучении явлений наследственности в популяциях для установления изменений структуры последних под влиянием мутаций и отбора. Метод является теоретической основой современной селекции животных.

10 Феногенетический метод дает возможность установить степень влияния генов и условий среды (кормление и содержание) на развитие изучаемых свойств и признаков в онтогенезе животных.

Основой каждого метода является статистический анализ  биометрический метод. Он представляет собой ряд математических приемов, позволяющих определить степень достоверности полученных данных.

Основные этапы развития генетики, её достижения и пути дальнейшего развития Многие века господствовала теория пангенезиса, согласно которой половые клетки образуются во всех частях тела, а затем по кровеносным сосудам попадают в половые клетки

Первый этап доменделевский (до 1865 г). Считают, что научные основы в изучении наследственности были заложены Камерариусом, открывшим в 1694 году пол у растений. Ценные данные были получены И. Кельрейтером (1761 г), изучивший гибриды 54 видов растений и установил, что пыльца передает признаки потомству так же, как и материнское растение.

Ч. Дарвин в своей работе "Происхождение видов" (1859) и в последующих трудах обобщил опыт и наблюдения практиков и естествоиспытателей по изучению явлений наследственности и изменчивости, которые наряду с отбором являются движущими факторами эволюции органической природы.

Основоположником генетики принято считать Г. Менделя (1865), который впервые разработал метод научного подхода к изучению наследственности и в опытах с растительными гибридами установил важнейшие законы наследования признаков.

Второй этап – это переоткрытие законов Г Менделя В 1900 г. Г. де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чер-мак в Австрии независимо друг от друга установили, что полученные ими результаты по наследованию признаков у растительных гибридов полностью согласуются с данными Г. Менделя, который за 35 лет до них сформулировал правила наследственности. Г. де Фриз предложил установленные Г. Менделем правила называть законами наследования признаков.

Третий этап ─ период классической генетики (1901-1953гг) Началось интенсивное развитие науки о наследственности и изменчивости Важную роль в развитии генетики сыграли исследования В. Бэтсона, который изучал наследование признаков у кур, бабочек, лабораторных грызунов; шведского ученого Г. Нильссона-Эле  по генетике количественных признаков и полимерии; датчанина В. Иоганнсена, создавшего учение о чистых линиях, которым были предложены термины "ген", "генотип", "фенотип". Цитологические исследования Т. Бовери пока-

зали наличие параллелизма в поведении хромосом в мейозе и при оплодотворении с наследованием признаков у гибридов.

Четвертый этап ─ современный Начинается с 1961г., когда М. Ниренберг и С. Очао расшифровали генетический код. Было установлено, что ДНК содержит наследственную информацию, специфическую для каждого вида и особи. В 1969 г. в США Г. Корана с сотрудниками синтезировал вне организма химическим путем участок молекулы ДНК  ген аланиновой тРНК пекарских дрожжей. В 2001 году американская фирма «Селера» объявила о том, что ей удалось расшифровать геном (набор генов в половых хромосомах) человека

В настоящее время исследования в генетике направлены на изучение следующих основных проблем:

- в области генетической инженерии с целью получения в достаточном количестве лекарственных препаратов нового поколения, витаминов, незаменимых аминокислот, кормовых и пищевых белков, биологических средств защиты растений и т.д.

- регуляция и управление действием генов в онтогенезе, реализации генетической информации в признаках, разработки методов управления генами, позволяющие повысить продуктивность животных, резистентность к болезням;

- разработка методов управления процессами мутаций, что позволит получать нужные наследственные изменения при создании новых штаммов микроорганизмов, сортов растений, линий и пород животных;

- регуляция пола, позволяющая целенаправленно получать самок или самцов разных видов животных и птицы;

- генокопирование организмов посредством пересадки в яйцеклетку, из которой удалено ядро, нового, взятого из соматической клетки;

- защита наследственности населения и животных от мутагенного действия радиации, химических и биологических мутагенов;

- борьба с наследственными болезнями человека и животных, создание новых пород, устойчивых к болезням.