- •Предмет генетики. Место генетики среди биологических наук. Значение генетики для решения задач селекции, медицины, биотехнологии, экологии.
- •3.Дифференциальная активность генов в ходе индивидуального развития. Первичная дифференцировка цитоплазмы, действие генов в раннем эмбриогенезе, амплификация генов
- •1.История генетики в кз.
- •2.Кольцевая карта хромосом прокариот.Генетическая рекомбинация при трансформации.
- •3.Онтогенез как реализация наследственно детерминированной программы развития. Опыты по трансплантации ядер. Методы клонирования генетически идентичных организмов.
- •1)Митотический цикл и фазы митоза
- •2)Закономерности нехромосомного наследования .Методы изучения: реципрокные, возвратные и поглощающие скрещивания, метод трансплантации, биохимические методы.
- •9 Билет
- •1.Строение хромосомы
- •2.Комбинативная изменчивость, механизм ее возникновения, роль в эволюции и селекции.
- •3.Генетика определения пола у человека и у дрозофилы.
- •13 Билет
- •1. Закономерности наследования, открытые г. Менделем. Представление г. Менделя о дискретной наследственности. Представление об аллелях и их взаимодействиях. Анализирующее скрещивание.
- •2. Классификация генных мутаций. Роль мобильных генетических элементов в возникновении генных мутаций и хромосомных перестроек.
- •3. Проблемы генотерапии. Значение генетической инженерии для решения задач биотехнологии, сельского хозяйства, медицины и различных отраслей народного хозяйства.
- •1.Закономерности наследования в ди- и полигибридных скрещиваниях. Статистический характер расщеплений.
- •2.Химический мутагенез. Особенности мутагенного действия химических агентов. Факторы, модифицирующие мутационный процесс. Антимутагены. Мутагены окружающей среды и методы их тестирования
- •3.Генетика соматических клеток. Химерные (аллофенные) животные.
- •Неаллельные взаимодействия: комплементарность, эпистаз, полимерия. Биохимические основы неаллельных взаимодействий.
- •Ген как единица функции. Перекрывание генов в одном участке днк. Молекулярно-генетические подходы в исследовании тонкого строения генов.
- •Генетическая гетерогенность популяций. Методы изучения природных популяций. Понятие о внутрипопуляционном генетическом полиморфизме и генетическом грузе.
- •1.Половые хромосомы. Наследование признаков, сцепленных с полом. Значение реципрокных скрещиваний для изучения сцепленных с полом признаков. Наследование при нерасхождении половых хромосом.
- •2.Полимерная цепная реакция.Саузерн-блот и нозерн-блот анализы.
- •1)Понятие дозовой компенсации. Компенсация дозы генов при определении пола у дрозофилы.
- •2)Структурная организация генома эукариотов. Регуляторные элементы генома.
- •1. Генетический контроль и молекулярные механизмы репликации.
- •2. Понятие дозовой компенсации. Компенсация дозы генов при определении пола у млекопитающих.
- •Билет28
- •22 Билет
- •Определение группы сцепления мутаций d. Melanogaster: использование доминантных и рецессивных маркеров.
- •Мобильные элементы генома. Классификация и биологическая роль
- •3.Понятие о виде и популяции. Популяция как естественно-истори ческая структура. Понятие о частотах генов и генотипов в популяциях. Закон Харди-Вайнберга, возможности его применения.
- •30 Билет
- •1. Представление школы Моргана о строении и функции гена.
- •2. Политенные хромосомы дрозофилы как модельный объект генетических исследований.
- •3. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости (н.И. Вавилов).
- •33 Билет
- •1. Построение физических карт хромосом с помощью методов молекулярной биологии.
- •2. Рекомбинация: гомологический кроссинговер, сайт-специфическая рекомбинация, транспозиции. Генная конверсия.
- •1.Представление о плазмидах, эписомах и мобильных генетических элементах (инсерционные последовательности, транспозоны) прокариот.
- •3.Явление гетерозиса и его генетические механизмы.
- •1.Сайт-специфическая рекомбинация. Генетический контроль и механизмы процессов транспозиции.
- •2.Векторы эукариот.
- •3.Роль наследственности в формировании поведенческих признаков. Генетика поведения дрозофилы.
- •38 Билет
13 Билет
1. Совокупность методов исследования наследственных свойств организма (его генотипа) называется генетический анализ. В зависимости от задачи и особенностей изучаемого объекта генетический анализ проводят на популяционном, организменном, клеточном и молекулярном уровнях. Мендель использовал в своей работе гибридологический метод. Анализ результата расщепления признака в потомстве гетерозигот по фенотипу. Особенности метода: 1. статистичность. Анализируются не сами родители, а потомки. При этом необходимо равновероятное соединение всех сортов гамет при оплодотворении. Равная жизнеспособность зигот и полное проявление признака. 2. аналитичность. Анализ признака. 3. использование альтернативных признаков, т.е. особи должны четко отличаться по фенотипу. 4. использование самоопылителей, что дает возможность убедиться в чистоте линий. 5. использование плодовитых линий. 6. проведение реципрокных скрещиваний, (когда обладатель признака меняет пол), важно для выявления признака аутосомного, от сцепленных с полом. ♀желт Х ♂зел. ♂желт Х ♀зел. 7. принцип принудительного перекрестного опыления. 8. Моно-, ди, и полигибридное скрещивание. Закономерности «менделеевских» расщеплений. Генеалогический метод Этот метод основан на прослеживании какого-либо нормального или патологического признака в ряде поколений с указанием родственных связей между членами родословной. Генеалогический метод является основным связующим звеном между теоретической генетикой человека и применением ее достижений в медицинской практике. Суть этого метода состоит в том. чтобы выяснить родственные связи и проследить наличие нормального или патологического признака среди близких и дальних родственников в данной семье. Сбор сведений начинается от пробанда. Пробандом называется лицо, родословную которого необходимо составить. Им может быть больной или здоровый человек – носитель какого-либо признака или лицо, обратившееся за советом к врачу-генетику. Братья и сестры пробанда называются сибсами. Обычно родословная составляется по одному или нескольким признакам. Метод включает два этапа: •сбор сведений о семье •генеалогический анализ. Для составления родословной проводят краткие записи о каждом члене родословной с точным указанием его родства по отношению к пробанду. Затем делают графическое изображение родословной. Генеалогический метод тем информативнее, чем больше имеется достоверных сведений о здоровье родственников больного. При собирании генетических сведений и их анализе надо иметь в виду, что признак может быть выражен в разной степени, иногда незначительной – микропризнаки. После составления родословной начинается второй этап – генеалогический анализ, целью которого является установление генетических закономерностей: •в начале требуется установить имеет ли признак наследственный характер; если какой-либо признак встречался в родословной несколько раз, то можно думать о его наследственной природе; однако это может быть и не так, например, какие-то внешние факторы или профессиональные вредности могут вызывать сходные заболевания у членов одной семьи •в случае обнаружения наследственного характера признака необходимо установить тип наследования: доминантный, рецессивный, сцепленный с полом. Близнецовый метод Это один из наиболее ранних методов изучения генетики человека, однако он не утратил своего значения и в настоящее время. Близнецовый метод был введен Ф.Гамильтоном, который выделил среди близнецов две группы: •одняйцевые (монозиготные) •двуяйцевые (дизиготные) Монозиготные близнецы при нормальном эмбриональном развитии всегда одного пола. Дизиготные близнецы рождаются чаще (2/3 общего количества двоен), они развиваются из двух одновременно созревших и оплодотворенных яйцеклеток. Такие близнецы могут быть и однополые и разнополые. С генетической точки зрения они сходны как обычные сибсы, но у них большая общность факторов среды во внутриутробном (пренатальном) и частично в постнатальном периодах. Если изучаемый признак проявляется у обоих близнецов пары, их называют конкордантными. Конкордантность – это процент сходства по изучаемому признаку. Отсутствие признака у одного из близнецов – дискордантность. Близнецовый метод используется в генетике человека для того, чтобы оценить степень влияния наследственности и среды на развитие какого-либо нормального или патологического признака. Популяционно-статистический метод Этот метод позволяет изучить распространение отдельных генов в человеческих популяциях. Обычно производится непосредственное выборочное исследование части популяции либо изучают архивы больниц, родильных домов, а также проводят опрос путем анкетирования. Выбор способа зависит от цели исследования. Последний этап состоит в статистическом анализе. Одним из наиболее простых и универсальных математических методов является метод, предложенный Г.Харди и В. Вайнбергом (в данной статье не рассмотрен). Имеется и ряд других специальных математических методов. В результате становится возможным определить частоту генов в различных группах населения, частоту гетерозиготных носителей ряда наследственных аномалий и болезней. Изучение распространенности генов на определенных территориях показывает, что в этом отношении их можно разделить на две категории: •имеющие универсальное распространение (к их числу относится большинство известных генов) •встречающиеся локально, приемущественно в определенных районах; к их числу относятся, например, ген серповидноклеточной анемии и ген, определяющий врожденный вывих бедра Популяционно-статистический метод позволяет определить генетическую структуру популяций (соотношение между частотой гомозигот и гетерозигот). Знание генетического состава популяций имеет большое значение для социальной гигиены и профилактической медицины.
2. Хромосомные перестройки (хромосомные мутации, или хромосомные аберрации) — тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют следующие виды хромосомных перестроек: делеции (утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую), а также дицентрические и кольцевые хромосомы. Известны также изохромосомы, несущие два одинаковых плеча. Если перестройка изменяет структуру одной хромосомы, то такую перестройку называют внутрихромосомной (инверсии, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы), если же двух разных, то межхромосомной (дупликации, транслокации, дицентрические хромосомы). Хромосомные перестройки подразделяют также на сбалансированные и несбалансированные. Сбалансированные перестройки (инверсии, реципрокные транслокации) не приводят к потере или добавлению генетического материала при формировании, поэтому их носители, как правило, фенотипически нормальны. Несбалансированные перестройки (делеции и дупликации) меняют дозовое соотношение генов, и, как правило, их носительство сопряжено с существенными отклонениями от нормы. Хромосомные перестройки играют роль в эволюционном процессе и видообразовании, в нарушении фертильности, в онкологических и врождённых наследственных заболеваниях человека. Механизмы возникновения хромосомных аберраций разнообразны: – неравный кроссинговер между гомологичными хромосомами (возникают делеции и дупликации) и негомологичными хромосомами (возникают транслокации); – внутрихромосомный кроссинговер (возникают делеции и инверсии); – разрывы хромосом (возникают различные фрагменты); – разрывы хромосом с последующим соединением фрагментов (возникают инверсии, транспозиции, транслокации); – копирование гена и перенос копии в другой участок хромосомы (возникают транспозиции). Изучение хромосомных перестроек в мейозе интересно и важно с различных точек зрения. 1) В мейозе можно выявить перестройки хромосом (транслокации, инверсии, нехватки) у гетерозиготных по ним организмам. Это имеет большое значение для анализа распро- странения разных типов перестроек в природных популяциях растений и животных, а также для выяснения вопроса о природе мутантов, возникающих в природе и опыте. 31 2) Гетерозиготность по разным типам перестроек при- водит к появлению гамет с нехватками и дупликациями при рас- хождении хромосом в анафазах I и II деления мейоза, что влечет за собой снижение плодовитости организмов, важно установить закономерности расхождения хромосом и частоту возникнове- ния несбалансированных гамет. 3) Необходимо выявлять появление новых перестроек хромосом в мейозе, как в естественных условиях, так и в экспе- риментах с различными мутагенами, в частности, определять чувствительность хромосом на разных стадиях мейоза к тем или иным мутагенам. 4) Перестройки хромосом используются для изучения определенных явлений мейоза: так, наличие истинных обменов участками хромосом в процессе кроссинговера было доказано благодаря использованию хромосом, «меченых» транслокация- ми. 5) Транслокации обеспечивают изоляцию новых форм и способствуют эволюционной дивергенции в пределах вида. Также транслокации интенсивно используются в селекционной работе. У ячменя транслокации были использованы для созда- ния сбалансированной линии с генной мужской стерильностью, которая внедрена в производство и обеспечивает культивирова- ние гетерозиготного ячменя. 6) Возникшие инверсии и дупликации генетического материала поставляют материал, который способствует генети- ческой изоляции новых форм в процессе их внутривидовой ди- вергенции. 7) Значение транспозиций заключается в том, что одна из полезных функций подвижных элементов состоит в том, что они способствуют включению в геном организмов новых «чу- жих» генов
3. Получение рекомбинантных ДНК Ген нужно ввести в клетку таким образом, чтобы он не был разрушен клеточными нуклеазами, а интегрировался с геномом клетки. Для этого in vitro ген соединяют с определенной ДНК, выполняющей роль проводника (вектора). Часто в качестве вектора используют плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК, содержащие несколько генов. В исследованиях по генной инженерии часто используют кишечную палочку Е. coli. Геном этой бактерии представлен одной хромосомой (молекулой ДНК), прикрепленной к мембране, и плазмидами, «плавающими» в цитозоле. Плазмида представляет собой кольцевую ДНК; она примерно в 1000 раз меньше основной молекулы ДНК. В клетке может быть несколько разных плаз-мид, и каждая из них может быть представлена большим числом копий (до нескольких сотен). Репликация плазмид происходит независимо от репликации основного генетического материала. Некоторые плазмиды могут включаться в хромосому и снова отделяться от нее. Плазмиды могут переходить из одной бактериальной клетки в другую при конъюгации клеток. Для получения рекомбинантной ДНК плазмиды выделяют из Е. coli и удаляют из них часть кольцевой молекулы ДНК. Для этого применяют рестриктазы. Комплементарные цепи молекулы ДНК разрезаются в разных местах, в результате чего образуются «липкие» концы — неспаренные участки цепей, способные присоединять комплементарные им полинуклеотиды. На фрагменте ДНК, выбранном для пересадки, тоже создают «липкие» концы, используя ту же рест- риктазу, и, следовательно, на фрагменте ДНК образуются «липкие» концы, комплементарные «липким» концам рестриктированной плазмиды. Если теперь смешать фрагмент ДНК (ген) и плазмиду, то они соединятся «липкими» концами. Затем с помощью фермента лигазы образуют фосфодиэфирную связь между концевыми нуклеотидами обеих молекул, и вновь получают кольцевую молекулу ДНК, но теперь она вместе с плазмидной ДНК содержит ген, выбранный для пересадки. Это и есть рекомбинантная ДНК, т. е. ДНК, содержащая новую комбинацию последовательностей (или генов), такую, какой прежде в природе не было. Клонирование ДНК (клонирование генов) — процесс выделения заданной последовательности ДНК и получения многих её копий in vitro. Клонирование ДНК часто применяют для амплификации фрагментов, содержащих гены, а также любые другие последовательности — например, промоторы, некодирующие последовательности, химически синтезированные олигонуклеотиды и случайные участки ДНК. В классических методиках рестрикции и лигирования, клонирование фрагмента ДНК включает четыре стадии: разрезание ДНК эндонуклеазами рестрикции, лигирование ДНК с вектором, трансфекция и последующий скрининг (отбор). Выделение вставки Первоначально необходимо выделить участок ДНК для клонирования. Часто препарат ДНК для клонирования получают при помощи полимеразной цепной реакции, а также разрезания ДНК рестриктазами, обработкой ДНК ультразвуком, фракционированием при помощи агарозного электрофореза ДНК. Выделение вставки может быть сделано технологией клонирования шотган, комплементарной ДНК, искусственным химическим синтезом. Трансформация После лигирования плазмидой трансформируют бактерии для наращивания. Бактерии далее выращивают на селективной среде для отбора колоний, содержащих встройку. Индивидуальные колонии отбирают и изучают на наличие встройки. Трансфекция После лигирования реакционную смесь со встроенным в требуемой ориентации вектором помещают в клетки. В зависимости от типа клеток используют химическую сенситизацию клеток, электропорацию или генные пушки. Для химической сенситизации не требуется специальное оборудование. Электропорацию используют в случае необходимости высокой эффективности трансфекции. Генные пушки применяют в случае растительных клеток и тканей, так как клеточная стенка растений не дает чужеродной ДНК проникать в цитоплазму и ядро. Отбор Получают культуры трансфецированных клеток. Так как описанные выше процедуры часто имеют низкую эффективность, требуются способы выявления клеток, содержащих требуемую вставку в правильной ориентации и отделение таких клеток от не содержащих вставки. Современные векторы для клонирования содержат селективные маркеры (как правило, гены устойчивости к антибиотикам) которые дают возможность расти только клеткам с правильной вставкой расти на селективной среде (с антибиотиком). Векторы для клонирования также часто содержат маркеры, обуславливающие окраску колоний, например при выращивании на среде, содержащей X-gal. Для точного подтверждения успешного клонирования, требуется проверка при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР), полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) или секвенирования ДНК.
Билет 14
Гибридологический анализ - способ изучения наследственных свойств организма путём скрещивания (гибридизации) его с родственной формой и последующим анализом признаков потомства. Г. а. впервые применил Г. Мендель (1865) для изучения механизма передачи наследственных задатков (генов) от родителей потомкам и для изучения взаимодействия генов у одного и того же организма (см. Менделя законы). В основе Г. а. лежит способность к рекомбинации, т. е. перераспределению генов при образовании гамет, что приводит к возникновению новых сочетаний генов. По этим сочетаниям, которые проявляются в потомстве гибридной особи с определённой частотой, можно судить о генотипе родительской формы, а по генотипу родительской формы можно предсказывать генотип потомства.
Гибридологический анализ основан на следующих принципах:
1. Использование в качестве исходных особей (родителей), форм, не дающих расщепления при скрещивании, т.е. константных форм.
2. Анализ наследования отдельных пар альтернативных признаков, то есть признаков, представленных двумя взаимоисключающими вариантами.
3. Количественный учет форм, выщепляющихся в ходе последовательных скрещиваний и использование математических методов при обработке результатов.
4. Индивидуальный анализ потомства от каждой родительской особи.
5. На основании результатов скрещивания составляется и анализируется схема скрещиваний.
Каждая порода в отдельности, по своему составу далеко не однородна и в свою очередь может быть разбита на семьи, роды и линии с отличительными признаками у каждой по сравнению с другими, представителями той же породы. Потомство полученное от представителей одного и того же рода или линии данной породы, приобретает все особенности именно этого рода или линии. Наоборот, потомство, полученное от представителей разных родов, может дать самую пеструю картину по своему составу. Понятно отсюда, как важно каждому, кто занимается разведением тех или иных животных, знать, как и по каким законам происходит наследование признаков. Эти знания позволят заранее определить, какое потомство можно ожидать от тех или иных производителей, и соответствующим подбором последних обеспечить потомство с желательными признаками.
Иоганн (Григорий) Мендель—основатель учения о наследственности.
Символика
- перечень и объяснение условных названий и терминов, употребляемых в какой-либо отрасли науки.
Основы генетической символики были заложены Грегором Менделем, применившим буквенную символику для обозначения признаков. Доминантные признаки были обозначены заглавными буквами латинского алфавита А, В, С и т.д., рецессивные - малыми буквами - а, в, с и т.д. Буквенная символика, предложенная Менделем, по сути, алгебраическая форма выражения законов наследования признаков.
Для обозначения скрещивания принята следующая символика.
♀ |
женский организм |
♂ |
мужской организм |
× |
знак скрещивания |
P |
родительские организмы |
F1, F2 |
дочерние организмы первого и второго поколения |
А, В, С . |
гены, кодирующие доминантные признаки |
а, b, с . |
аллельные им гены, кодирующие рецессивные признаки |
АА, ВВ, СС . |
генотипы особей, моногомозиготных по доминантному признаку |
Аа, Вb, Сс . |
генотипы моногетерозиготных особей |
аа, bb, сс . |
генотипы рецессивных особей |
АаВb, AaBbCc |
генотипы ди- и тригетерозигот |
|
генотипы гомо- дигетерозиготы в хромосомной форме при независимом и сцепленном наследовании |
|
Гаметы |
Гены обозначают обычно первой буквой от названия впервые обнаруженной мутации этого гена, причем, если мутация этого гена рецессивная (не проявляется в гетерозиготном состоянии), то с малой буквы пишут и ее название (например, white - белые глаза у дрозофилы), и название гена (w). Если же мутация доминантная (проявляется в гетерозиготном состоянии) то и название гена пишут с большой буквы (например, мутация Bar - полосковидные глаза у дрозофилы, ген B).
Иногда название гена включает 2, 3 и более букв (например, cn, vg, Antp и другие мутации у дрозофилы).
У всех диплоидных организмов при записи генотипа надо отразить оба аллеля (у тетраплоидных - все четыре и т.д.). Дикий алелль записывают той же буквой, что и мутантный, но со знаком (+), либо просто знаком (+). Т. о. следует записывать:
Мутантный аллель |
Дикий аллель |
Доминирование |
w (малая буква) |
+ либо w+ |
w + > w |
B (большая буква) |
+ либо B+ |
B+ <B |
сn (с малой буквы) |
+ либо cn+ |
cn+ > cn |
Antp (с большой ) |
+ либо Antp+ |
Antp+ < Antp |
Где > - знак доминирования (для обозначения доминирования одного аллеля над другим обычно используют математические знаки > или <).
В случае серии множественных аллелей используют особую запись “с индексацией”: Ja, Jb, J0, Al и т. д. Обычно перечень множественных аллелей приводится в порядке их доминирования друг над другом. Например, серия множественных аллелей окраски шерсти у мышей:
Ay (желтая со светлым брюхом) > AL (агути) > A (черная с подпалинами) > ata (черная).
2) Генные ( точковые ) мутации затрагивают, как правило, один или несколько нуклеотидов, при этом один нуклеотид может превратиться в другой, может выпасть(делеция), продублироваться, а группа нуклеотидов может развернутся на 180 градусов. Например, широко известен ген человека, ответственный за серповидно - клеточную анемию, который может привести к летальному исходу. Соответствующий нормальный ген кодирует одну из полипептидныз цепей гемоглобина. У мутантного гена нарушен всего один нуклеотид (ГАА на ГУА). В результате в цепи гемоглобина одна аминокислота заменена на другую( вместо глутамина - валин). Казалось бы ничтожное изменение, но оно влечет за собой роковые последствия: эритроцит деформируется, приобретая серповидно - клеточную форму, и уже не способен транспортировать кислород, что и приводит к гибели организма. Генные мутации приводят к изменению аминокислотной последовательности белка. Наиболее вероятное мутация генов происходит при спаривание тесно связанных организмов, которые унаследовали мутантный ген у общего предка. По этой причине вероятность возникновения мутации повышается у детей, чьи родители являются родственниками. Генные мутации приводят к таким заболеваниям, как амавротическая идиотия, альбинизм, дальтонизм и др.
Интересно, что значимость нуклеотидных мутаций внутри кодона неравнозначна: замена первого и второго нуклеотида всегда приводит к изменению аминокислоты, третий же обычно не приводит к замене белка. К примеру, Молчащая мутация- изменение нуклеотидной последовательности, которая приводит к образованию схожего кодона, в результате аминокилотная последовательность белка не меняется.
Типы точковых мутаций
Точковые мутации можно разделить на несколько типов в зависимости от характера молекулярного изменения в гене. Здесь мы кратко опишем четыре типа таких мутаций (Wallace, 1981*)
1. Missense-мутация. К этому типу принадлежит мутация, описанная в предыдущем разделе. В одном из триплетов происходит замена одного основания (например, ЦТТ→ГТТ), в результате чего измененный триплет кодирует аминокислоту, отличную от той, которую кодировал прежний триплет.
2. Мутация со сдвигом рамки. Если в последовательность ДНК включается новое основание или пара оснований, то все лежащие за ними триплеты изменяются, что влечет за собой изменение синтезируемого полипептида. Возьмем, например, последовательность АТТ—ТАГ—ЦГА, перед которой включилось основание Т. В результате получится новая последовательность ТАТ—ТТА—ГЦГ—А… К такому же результату приведёт утрата одного из имеющихся оснований.
3. Nonsense-мутация. В результате замены одного основания возникает новый триплет, представляющий собой терминирующий кодон. В генетическом коде имеется три таких триплета. При такой замене синтез полипептидной цепи прекращается в новой (т. е. другой) точке, и соответственно эта цепь отличается своим свойствам от полипептида, который синтез прежде.
4. Синонимическая missence-мутация. Генетический код обладает значительной избыточностью: два или несколько его триплетов кодируют одну и ту же аминокислоту. Поэтому можно ожидать, что в некоторых случаях при замене оснований один триплет заменяется другим — синонимическим, кодирующим ту же аминокислоту. В этом случае, вследствие избыточности кода мы имеем дело с молекулярным изменением в пределах данного гена, которое не вызывает фенотипического эффекта. Такие синонимические мутации, вероятно, довольно обычны.
№3 Трансгенез - искусственный перенос гена или группы генов из одного организма в другой и создание условий для его/их экспресии (т.е. выражения: транскрипции, трансляции, приводящих к появлению в клетках организма-реципиента биологически активного генного продукта). Основой для развития исследовательских работ по межвидовому транспорту генов послужили серьезные достижения последних десяти лет в области генной инженерии - т. е. технологии манипулирования с рекомбинантной ДНК. Методологически, работы по созданию трансгенных организмов можно разделить на несколько этапов: выделение или исскуственный синтез нужного гена, встраивание этого гена в другую молекулу ДНК (вектор), способную к автономному существованию в клетке и обеспечивающую систему экспрессии гена в чужеродном окружении, введение вектора носителя гена в организм - реципиент, отбор клеток или особей - носителей данного гена.
На начальном этапе развития исследовательских работ по трансгенезу у эукариотических организмов одной из основных проблем являлся поиск и конструирование векторов-носителей для переброски полезных генов. Сейчас эта проблема в значительной степени решена, что дало серьезный импульс распространению трансгенных манипуляций с растениями и животными. В отношении растений наиболее используемыми векторами - носителями являются Ti (tumor inducing) и Ri (root-inducing) плазмиды, выделенные из бактерий, способных образовывать с высшими растениями сложные симбиотические ассоциации. Ti плазмиды содержат в составе своей ДНК так называемые T-участки (от английского transfer - перенос), способные встраиваться в ядерный геном некоторых растений. Встраивание в T-участок нужного гена превращает Ti-плазмиду в вектор - носитель для трансгенных манипуляций. Необходимо также отметить, что генная инженерия и трансгенез у растений могут затрагивать не только ядерный наследственный материал, но и ДНК хлоропластов и митохондрий. Так, в митохондриях кукурузы были обнаружены плазмиды S-1 и S-2, что открывает определенные возможности для введения туда чужеродных генов.
Для трансгенных работ с животными используют вектора, разработанные на основе ДНК вирусов (например, SV40, вируса бычьей папилломы и т.д.). Перенос таким способом полезных генов оказался возможен после ослабления путем генно-инженерных манипуляций патогенности вируса для клеток организма-реципиента. Весьма полезными качествами вирусных векторов-носителей является способность многих из них встраиваться в ДНК клетки хозяина, а также легко проникать в клетку путем обычной инфекции.
Таким образом, трансгенез позволяет наделять уже существующие сорта с/х растений и породы животных новыми, важными с практической точки зрения признаками. Эти возможности обусловили его широкое распространение в современной биотехнологии (см. разделы Трансгенные растения, Трансгенные животные). В то же время, существует ряд нерешенных проблем, сдерживающих дальнейшее интенсивное развитие трансгенеза. Прежде всего это проблема тканеспецифицеской экспрессии (выражения) гена (т.е. генный продукт должен образовываться не во всех клетках организма - реципиента, а только в некоторых), а также перекликающаяся с ней проблема замолкания (т.е. прекращение экспрессии) чужеродного гена. Рядом с непосредственно трансгенными исследованиями находятся и задачи поиска новых генов, ответственных у животных и растений за наличия ценных признаков. Решение данных задач включает определение нуклеотидной последовательности и составление генетических и физических карт геномов различных организмов
Показано, что изолированные метафазные хромосомы проникают в чужеродную клетку и их гены функционируют в этой клетке. Такая трансформация облегчается при заключении хромосом в фосфолипидную оболочку (линохромосомы). В таких условиях снижается частота деградации хромосом при их переходе в чужую клетку. Величина трансформации по отдельным маркерным генам достигает 10.
Метафазные хромосомы поглощаются клетками путем пиноцетоза. Большая, часть поглощенных хромосом деградирует, распадаясь на отдельные фрагменты. За счет этих фрагментов осуществляется перенос содержащихся в них генов. Фрагменты могут существовать в свободном состоянии. Размер фрагментов, называемых трансгеномами, как показали цитологический и гибридизационный анализы, не превышает 1% гаплоидного набора клетки донора. Гены трансгенома функционируют наряду с другими своими хромосомными генами клетки. Это функционирование может длиться в течение некоторого времени. Такие клоны называют нестабильными. При постоянном действии генов трансгенома появляются стабильные клоны. В случае стабильной трансформации сохранившийся фрагмент интегрируется с хромосомой клетки реципиента. Интеграция происходит не путем рекомбинаций через двойной кроссинговер, а через транслоцирование фрагментов на негомологичные участки генома реципиента.
При введении хромосом от донора в реципиентную клетку можно использовать микроклетки. В этом случае клетки доноров обрабатываются таким образом, что часть хромосом или отдельные хромосомы оказываются заключенными в часть цитоплазмы. Слияние микроклетки донора с полноценной клеток реципиента ведет к тому, что реципиент получает группу или отдельные хромосомы донора.
ДНК человека с помощью ферментов нарезается на фрагменты. Эти фрагменты можно клонировать в клетках бактерий. Такие фрагменты используются для картирования хромосом и без знания функций данного гена в клетке.
Билет 15
