19)Современное представление о гене как единице наследственности

Специфичность гена определяется числом нуклеотидов и их уникальной последовательностью. Ген имеет определенную величину, выражен-

ную числом нуклеотидов и молекулярной массой. 1 ен, кодирующий синтез полипептидной цепи, называется структурным. Он является составной частью оперона, имеет сложную систему регуляции, осуществляемой акцепторными генами. Любое изменение порядка чередования нуклеотидов — выпадение, добавление или замена хотя бы одного нуклеотида - инакти-вирует структурный ген или изменяет его функцию.

Для структурных генов эукариот характерно мозаичное строение: участки молекулы ДНК, кодирующие аминокислоты в полипептидной цепи, -экзоны чередуются с участками, которые не обладают этой способностью -интронами.

Акцепторные гены каждого оперона обладают высокой специфичностью — к ним могут присоединяться только определенные молекулы белка, в т.ч. белок-репрессорл подавляющий активность структурных генов, Сар-белок, а также ферментативные белки, обеспечивающие репликацию и транскрипцию. Доля структурных и акцепторных генов в общей ДНК в геномах разных организмов колеблется от 98 до 15%. Остальная часть ДНК генома получила название избыточной ДНК. Особенно много избыточной ДНК содержится в геномах растений. Для избыточной ДНК характерно наличие повторов - одинаковых последовательностей нуклеотидов. У мыши 70% ДНК составляют уникальные последовательности нуклеотидов, а 30% - повторы; у человека - 66% уникальные последовательности, а 34% повторы.

Повторы ДНК у эукариот могут иметь различную природу. Некоторые структурные гены, имеющие уникальную последовательность нуклеотидов, могут быть представлены несколькими копиями. Гены, кодирующие гистоны - основные белки, входящие в состав хромосом, в молекуле ДНК представлены различным числом копий (в гаплоидном геноме мыши содержится 30 структурных генов, кодирующих гистон Н)У животных имеются повторы структурных генов, кодирующих глобин, иммуноглобулин, интерферон и другие жизненно важные молекулы белка.

20)Хромосомные мутации

Хромосомные мутации - это перестройки хромосом. Участки хромосом могут изменить свое положение, потеряться или удвоиться. Проиллюстрируем основные типы хромосомных мутаций: условно обозначим нормальный порядок генов как 12345678910, тогда 123-78910 - потеря участка, 1234-234- 5678910 - удвоение участка, 123-7654-8910 - поворот участка на 180*, 123-АБВГДЕ - перемещение участка на негомологичную хромосому См. Хромосомные перестройки

Хромосомные мутации - это мутации, нарушающие существующие группы сцепления или приводящие к возникновению новых групп сцепления . Такое определение указывает на способ, которым эти мутации в первую очередь обнаруживаются. Согласно другому определению, хромосомные мутации - это мутации, обусловленные перестройками хромосом. Хромосомные перестройки бывают разных типов. Пожалуй, наиболее распространенная - рекомбинация, или кроссинговер , при котором происходит обмен гомологичными участками хромосом ( рис. 112 ). Другие типы перестроек хромосом - этотранслокации , инверсии , делеции и дупликации .

Разнообразны варианты изменения морфологии хромосом . Различают следующие ХП: - Реципрокные транслокации - обмен участками хромосом. - Робертсоновские транслокации - слияние двухакроцентрических хромосом в одну двуплечую хромосому. - Парацентрическая инверсия - изменение порядка генов на обратный в пределах участка, не затрагивающего центромеру . - Перицентрическая инверсия - то же самое, но в пределах участка, включающего центромеру. - Инсерция - встройка дополнительного хромосомного материала в какой-либо участок хромосомы. - Делеция - потеря участка хромосомы ХП приводят к изменениям кариотипа .Хромосомные дупликации

Генные мутации. Генные (точковые) мутации - это изменения числа и/или последовательности нуклеотидов в структуре ДНК (вставки, выпадения, перемещения, замещения нуклеотидов) в пределах отдельных генов, приводящие к изменению количества или качества соответствующих белковых продуктов. Генные мутации представляют собой молекулярные, не видимые в световом микроскопе изменения структуры ДНК. К мутациям генов относятся любые изменения молекулярной структуры ДНК, независимо от их локализации и влияния на жизнеспособность. Некоторые мутации не оказывают никакого влияния на структуру и функцию соответствующего белка. Другая (большая) часть генных мутаций приводит к синтезу дефектного белка, не способного выполнять свойственную ему функцию. Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии. Генные мутации, возникающие в гаметах или в будущих половых клетках, передаются всем клеткам потомков и могут влиять на дальнейшую судьбу популяции. Соматические генные мутации, происходящие в организме, наследуются только теми клетками, которые образуются из мутантной клетки путем митоза. Они могут оказать воздействие на тот организм, в котором они возникли, но со смертью особи исчезают из генофонда популяции. Соматические мутации, вероятно, возникают очень часто и остаются незамеченными, но в некоторых случаях при этом образуются клетки с повышенной скоростью роста и деления. Эти клетки могут дать начало опухолям - либо доброкачественным, которые не оказывают особого влияния на весь организм, либо злокачественным, что приводит к раковым заболеваниям. Внутрихромосомные мутации — это аберрации в пределах одной хромосомы. К ним относятся: — делеции (от лат. deletio — уничтожение) — утрата одного из участков хромосомы, внутреннего или терминального. Это может обусловить нарушение эмбриогенеза и формирование множественных аномалий развития (например, деления в регионе короткого плеча 5-й хромосомы, обозначаемая как 5р-, приводит к недоразвитию гортани, порокам сердца, отставанию умственного развития). Этот симптомокомплекс известен как синдром «кошачьего крика», поскольку у больных детей из-за аномалии гортани плач напоминает кошачье мяуканье; — инверсии (от лат. inversio — перевертывание). В результате двух точек разрывов хромосомы образовавшийся фрагмент встраивается на прежнее место после поворота на 180°. В результате нарушается только порядок расположения генов; — дупликации (от лат duplicatio — удвоение) — удвоение (или умножение) какого-либо участка хромосомы (например, трисомия по одному из коротких плеч 9-й хромосомы обуслошшвает множественные пороки, включая микроцефалию, задержку физического, психического и интеллектуального развития).

Индуцированный мутагенез. Мутации, возникшие в результате действия химических или физических факторов, называются индуцированными мутациями. Известно два пути мутагенеза. Для мишенного мутагенеза характерны прямые взаимодействия мутагенных факторов с ДНК, ведущие к химической модификации оснований, к разрыву фосфодиэфирных связей и т.д. Второй, немишенный путь связан с химической модификацией пула нуклеотидов в клетке, модификацией ферментов репликации ДНК, снижающих их специфичность и т.д.  Весьма распространенными физическим мутагенами являются рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. ндуцированных мутаций в селекции все же ограничено, поскольку мутации приводят к разрушению исторически сложившихся генетических комплексов. У животных мутации практически всегда приводят к снижению жизнеспособности и/или бесплодию. Поэтому в селекции стараются использовать уже известные мутации, которые прошли испытание естественным отбором. а) ультрафиолетовые лучи вызывают много типов мутаций. В гене lacI замены оснований составляют 60-65% всех мутаций, делеции одного или нескольких нуклеотидов - 35-40%;

б) сравнение мутационных спектров ультрафиолета с другими SOS-зависимыми мутагенами показало, что большинство мутаций, индуцированных ультрафиолетом, возникают из предмутационных повреждений;

в) для замен оснований характерно наличие транзиций и трансверсий , хотя самым распространенным переходом является G:C -> A:T трансверсия;

г) G:C -> A:T трансверсии выявляются в сайтах, образованных парами соседних пиримидинов. В одном случае переход сайта из AC в TC вызвал 15-ти кратное увеличение частоты C->T транзиций в этом сайте;

д)

65 122

1 AAATCCGGCTCCACAGCCACATTAACCATCACTGGGGTCCGAGCCGACGACAAT

2 CTCtccgTAtTcacaCAcacattaaccatcactggggtccAagccgaGgaTGaG

3 CTC TA T CA A G TG G

Рис. Пример выявления генной конверсии между V(l)-геном (1)

и псевдогеном (2)

(Reynaud et al., 1987); внизу приведены возникшие соматические мутации(3).

Длина предполагаемого конверсионного тракта больше 58 нуклеотидов. для мутаций характерно большое влияние окружающей последовательности на частоту их возникновения

С одной стороны мишенями ультрафиолетового излучения являются пиримидиновые димеры (см. обзор: Miller, 1985 ), с другой стороны в работе ( Todd, Glickman, 1982 ) показана связь инвертированных повторов с "горячими" точками мутирования.

23. Особенности гибридологического Закона Менделя. Сущность гибридологического метода заключается в следующем: 1) для скрещивания выбирают родительские формы, четко различающиеся по одной, двум или трем парам контрастных, альтернативных признаков. Например, у одного растения окраска семядолей зрелых семян желтая, у другого — зеленая, форма семян — круглая или морщинистая и т. д. Скрещивание, в котором родители отличаются друг от друга одним признаком, в последующем получило название моногибридного, двумя — дигиб-ридного, многими признаками — полигибридного; 2) выбранные для скрещивания родительские формы должны быть генетически чистыми. После двухлетнего предварительного испытания Мендель отобрал 22 сорта гороха, которые за время опытов ежегодно высевали и все без исключения сохраняли свою константность; 3) Мендель ввел точный математический учет наследования каждого отдельного признака. Наблюдению подвергают все без исключения растения в каждом отдельном поколении. Как правило, для определения наследования признака используют гибриды первого, второго и иногда третьего поколений; 4) гибриды и их потомки в каждом из следующих друг за другом поколений не должны обнаруживать заметных нарушений в плодовитости; 5) Мендель ввел буквенное обозначение наследственных задатков (генов) различных признаков. Например, А — ген доминантного признака, а — ген рецессивного признака. При гибридологическом анализе довольно часто используют реципрокное скрещивание. Реципрокным называют два скрещивания, в одном из которых доминантным признаком отличается отцовская форма, в другом — материнская: например, в одном скрещивании отец черной масти, мать красной, в другом, наоборот, мать черной масти, отец красной.

Одна из главных причин, обеспечивших успех в работе Менделя, — удачный выбор объекта исследования. Горох — однолетнее растение, имеет много сортов с четко различающимися признаками, легко культивируется, строгий самоопылитель, строение его цветка таково, что почти невозможен занос чужой пыльцы, но при необходимости можно производить искусственное опыление. При анализе закономерностей наследования признаков пользуются некоторыми терминами и понятиями, введенными уже после переоткрытия законов Менделя. Датский ученый В. Ио-ганнсен в 1909 г. ввел понятия «ген», «генотип» и «фенотип». Ген — наследственный задаток. Генотип — совокупность наследственных задатков (генов) организма. Фенотип — совокупность всех признаков и свойств организма, доступных наблюдению и анализу. Английский зоолог У. Бетсон ввел понятия «гомозигота» и «гетерозигота». Гомозиготными называют особей, получивших от отца и матери одинаковые наследственные задатки (гены) по какому-то конкретному признаку. Гетерозиготными называют особей, получивших от отца и матери разные гены. Таким образом, по генотипу особи могут быть гомозиготными (АА или аа) или гетерозиготными (Аа). Фенотип формируется под влиянием генотипа и условий среды. Фенотип можно выразить по определенному признаку такими словами, как рогатый или комолый, высокий или низкий, черный или красный. Наследственные задатки (гены) альтернативных признаков были названы аллелями. Аллели (аллельные гены) расположены в одинаковых точках (локусах) парных гомологичных хромосом.

Один аллельный ген (А или а) зигота получает с яйцеклеткой от матери, другой (А или а) — со сперматозоидом от отца. При изучении наследования признаков составляются схемы скрещивания; скрещивание обозначают знаком умножения (х), который ставится между родителями. При написании схем родительские формы обозначают буквой Р (от слова parentes — родители), женский пол обозначают знаком ? (символ планеты Венеры), мужской — (/(символ планеты Марс). Рядом со знаками ? и j проставляют генотип родителя, а ниже записывают типы производимых ими гамет (половых клеток). Затем в результате соединения гамет родителей определяют генотип потомства. Полученное в результате скрещивания потомство называют гибридами и обозначают буквой F (от слова filii — дети), внизу буквы ставят цифру, указывающую, к какому поколению оно относится, например, Fi — гибрид первого поколения, F2 — второго, F3 — третьего поколения и т. д. Мендель вел учет наследования отдельно по каждой паре альтернативных признаков, отвлекаясь от других различий между родительскими формами. На основании опытов Мендель установил три закона: единообразия гибридов первого поколения, расщепления, независимого наследования признаков, а также правило чистоты гамет.

Закон независимого наследования признаков.. Г. Мендель — основоположник генетики, которая изучает наследственность и изменчивость организмов, их материальные основы.           2. Открытие Г. Менделем правила единообразия, законов расщепления и независимого наследования. Проявление правила единообразия и закона расщепления во всех видах скрещивания, а закона независимого наследования — при дигиб-ридном и полигибридном скрещивании.           3. Закон независимого наследования — каждая пара признаков наследуется независимо от других пар и дает расщепление 3:1 по каждой паре (как и при моногибридном скрещивании). Пример: при скрещивании растений гороха с желтыми и гладкими семенами (доминантные признаки) с растениями с зелеными и морщинистыми семенами (рецессивные признаки) во втором поколении происходит расщепление в соотношении 3:1 (три части желтых и одна часть зеленых семян) и 3:1 (три части гладких и одна часть морщинистых семян). Расщепление по одному признаку идет независимо от расщепления по другому.           4. Причины независимого наследования признаков — расположение одной пары генов (Аа) в одной паре гомологичных хромосом, а другой пары (ВЬ) — в другой паре гомологичных хромосом. Поведение одной пары негомологичных хромосом в митозе, мейозе и при оплодотворении не зависит от другой пары. Пример: гены, определяющие цвет семян гороха, наследуются независимо от генов, определяющих форму семян

25. Полигибридное скрещивание..Анализ наследования одной аллельной пары в моногибридном скрещивании позволил Менделю и его последователям понять наследование двух и более пар признаков при дигибридном и полигибридном скрещиваниях.– скрещивание форм, отличаю­щихся друг от друга, по нескольким парам альтернативных при­знаков. При этом особь, гетерозиготная по n парам генов, может произвести 2n типов гамет, а в F2, при расщеплении потомства полигибридного скрещивания может образоваться 3n геноти­пов. Частоту данного генотипа в потомстве родителей, отличающихся определенным числом независимо наследуемых генов, можно вычислить следующим образом: надо подсчитать вероят­ность соответствующего генотипа для каждой пары генов от­дельно, а затем перемножить. Например, надо рассчитать часто­ту генотипа AabbCc в потомстве от скрещивания АаВЬсст × ×АаВЬСс. Вероятность генотипа Аа в потомстве от скрещивания Аа × Аа равна 1/2; вероятность генотипа bb в потомстве от скре­щивания ВЬ × ВЬ равна 1/4; вероятность генотипа Сс равна так­же 1/2. Следовательно, вероятность генотипа AabbCc составляет 1/2*1/4*1/2 = 1/16 .

В заключение изложения классической схемы анализа наследования признаков и свойств организмов следует сказать о том, в какой мере этот анализ можно и следует применять. Закономерности наследования, установленные Менделем на горохе, являются общими для всех организмов, имеющих половой процесс. Однако проявление их может видоизменяться в зависимости от объекта и влияния факторов внешней среды. Каждое закономерное явление природы осуществляется при определенных условиях. Если эти условия не способствуют его проявлению, то оно или совсем не проявится, или проявление его изменится. Но если сам метод обнаружения закономерного явления объективен, то с его помощью можно вскрыть новый характер проявления закономерности при измененных условиях. В этом сила научного метода.