786

Введение

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Самостоятельная работа студентов

Поскольку аудиторно лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов дисциплины.

Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам.

Самостоятельно студенты в компьютерном классе кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации дорабатывают лабораторно-практические работы, готовят отчеты по каждой из них, решают задачи.

Тема 1. История развития и связь с другими науками.

Генетика, ее связь с другими дисциплинами, краткая история развития науки. Доисторические времена: домашние животные и культурные растения. Влияние греческой культуры: Гиппократ и Аристотель. 1600-1850-е годы: на заре современной биологии. Чарльз Дарвин и эволюция. Генетика, технология и общество. Генетика и общество: евгеника и эуфеника. Генетика и биотехнология: теоретические и практические аспекты. Теория преформации. Теория случайного зарождения организмов из неживых компонентов. Карл Линней и его теория постоянства видов.Достижения генетики в сельском хозяйстве. Место в практике лесного хозяйства. Генетика лесных растений как часть лесного ресурсоведения.Основные разделы фундаментальной генетики: классическая (формальная) генетика, цитогенетика, молекулярная генетика, генетика ферментов и иммуногенетика, генетика мутагенеза, радиационная и химическая генетика, эволюционная генетика, геномика и эпигеномика, генетика индивидуального развития и эпигенетика, генетика поведения, генетика популяций, экологическая генетика и генетическая токсикология, математическая генетика.

Цель: дать обзор исторического развития генетики.

Тесты для самоконтроля.

Сравните теорию эпигенеза и преформации.

Какие идеи положены Дарвином в основу его теории В чем суть центральной догмы молекулярной генетики и почему она лежит в основе этой науки.

Назовите четыре основных метода исследований в генетике.

Расскажите о генетических исследованиях в области сельского хозяйства и медицины.

2

Энуклеированные клетки; пересадка ядер. Работы Т. Бовери, Р. Гаммерлинга. Клонирование животных. Работы Г.В. Лопашова, Дж. Гердона, Я. Вильмута. Значение работ по клонированию млекопитающих.

Передача наследственной информации при делении клеток.

Организация эукариотических хромосом. Гаплотип. Гомологичные хромосомы. Кариотип. Морфологические типы хромосом (метацентрические, субметацентрические, акроцентрические, голоцентрические, сателлитные). Продольная дифференцировка хромосом. Внутрихромосомные диски. Политенные хромосомы как модель интерфазной хромосомы.

Тесты для самоконтроля. Дайте основные положения клеточной теории Т. Шванна.

Объясните основные отличия в строении клетки эукариот и прокариот.

Тема 4. Молекулярная генетика.

Объекты молекулярной генетики – уникальные носители генетической информации (семантиды). Связь молекулярной генетики с биохимией и молекулярной биологией, физиологией, цитологией.

Нуклеиновые кислоты. История открытия и изучения нуклеиновых кислот. Работы Ф. Мишера, В. Флемминга, А.Н. Белозерского, Ф. Гриффита, О. Эйвери, А. Херши, М. Уилкинса, Дж. Уотсона, Ф. Крика, Г.А. Гамова.

Строение нуклеиновых кислот: общие принципы организации нуклеиновых кислот.

ДНК – основной носитель наследственной информации. Связь структуры ДНК с еѐ функциями. Устойчивость ДНК; дорепликативная репарация. Электростатические взаимодействия ДНК–белок. РНК: разнообразие типов и функций. Особенности строения мРНК (иРНК), тРНК, рРНК. Низкомолекулярные РНК.

Генезис нуклеиновых кислот. Реакции матричного синтеза. Энзимология реакций матричного типа. Репликация ДНК. Пострепликативная репарация ДНК. Обратная транскрипция.

Основные этапы биосинтеза белков: транскрипция, процессинг (сплайсинг) мРНК, трансляция (инициация, элонгация, терминация), модификация белков. Энергетика биосинтеза белков.

Структура гена. Экзоны и интроны. Генетический код, его основные свойства.

Тема 5. Генные мутации.

Основные типы генных мутаций. Мутации без сдвига рамки считывания: миссенс–мутации (с изменением структуры белка), нонсенс– мутации (с появлением стоп-кодонов), сеймсенс–мутации (без изменения структуры белка). Мутации со сдвигом рамки считывания (фреймшифты):

4

инсерции и эксцизии. Обратные мутации (реверсии, внутригенные и межгенные супрессии).

Биохимические последствия генных мутаций. Появление новых генопродуктов. Ликовые мутации. Нуль–аллели. Множественный аллелизм. Генокопии. Критерии аллелизма.

Причины возникновения мутаций. Спонтанные мутации. Индуцированный мутагенез. Мутагены. Основные типы мутагенов (физические, химические, биологические; аутомутагены). Молекулярные механизмы мутагенеза. Генетический контроль мутагенеза. Использование мутагенов в селекции. Опасность загрязнения окружающей среды мутагенами. Побочные действия мутагенов. Антимутагены.

Гибридологические и биохимические методы выявления генных

мутаций.

Тема 6. Геномные мутации.

Полиплоидия. Цитогенетическое определение генома. Основное и гаплоидное число хромосом. Элементарные и комплексные геномы. Полиплоидные ряды. Сбалансированные и несбалансированные полиплоиды. Хозяйственное значение полиплоидов.

Автополиплоидия. Примеры автополиплоидии. Механизмы образования автополиплоидов. Митотические и мейотические полиплоиды. Особенности мейоза у автополиплоидов. Распространение автополиплоидов в природе. Искусственное получение и репродукция автополиплоидов.

Аллополиплоидия. Примеры аллополиплоидии. Механизмы образования аллополиплоидов. Спонтанная аллополиплоидия. Искусственное получение и репродукция аллополиплоидов.

Анеуплоидия. Примеры анеуплоидии. Гипоплоидия и гиперплоидия. Механизмы образования анеуплодов.

Гаплоидия. Использование гаплоидии в селекции.

Сложные случаи геномных мутаций. Ложная полиплоидия. Анеуплоидия у аллополиплоидов; еѐ практическое значение.

Генетические заболевания человека, связанные с геномными мутациями. Их причины и меры профилактики.

Значение геномных мутаций в эволюционном процессе. Гибридогенное происхождение видов. Паралогичные хромосомы.

Тесты для контроля. Покажите различия между аллополиплоидами и аутополиплоидами.

Дайте определение кариотипа растения.

5

карт человека.

Генетика нормальных признаков. Молекулярная генетика человека. Экогенетика человека; фармакогенетика и генетическая токсикология. Этногенетика и этногеномика. Психогенетика. Возможность ранней диагностики личностного потенциала человека.

Медицинская генетика. Генетические заболевания. Мультифакториальные заболевания с наследственной предрасположенностью. Генетика злокачественных опухолей. Современные методы ранней диагностики генетических заболеваний. Оценка риска генетических заболеваний в популяциях и семьях. Значение медико-генетических консультаций и пренатальной диагностики в валеологии и здравоохранении. Возможности генетической коррекции. Проблемы евгеники и проблемы биоэтики, связанные с генетикой человека. Проблемы вспомогательных репродуктивных технологий.

Тема 9. Генетические основы селекции

Определение селекции. История селекции. Выдающиеся отечественные селекционеры. Работы И.В. Мичурина. Н.И. Вавилов – выдающийся отечественный генетик, селекционер, агроном, ботаник, географ-путешественник.

Структура современной селекции. Понятие о сорте, породе,

штамме.

Учение Н.И. Вавилова об исходном материале (сортовом, видовом и родовом генетическом потенциале) и его развитие. Концепция центров происхождения культурных растений (ботанико-географические основы селекции). Выявление уровня биологического разнообразия и его сохранение.

Роль наследственной изменчивости в селекции (закономерности в изменчивости, учение о мутациях). Закон гомологических рядов Н.И. Вавилова и его практическое значение. Мутационная изменчивость в селекции. Индуцированный мутагенез, его значение. Типы мутагенов. Полиплоидизация. Использование соматических мутаций в селекции.

Роль среды в выявлении сортовых признаков. Влияние отдельных факторов среды. Взаимодействие факторов; лимитирующие факторы. Управление доминированием. Учение о стадиях в развитии растений применительно к селекции.

Теория гибридизации. Комбинативная изменчивость в селекции. Типы скрещивания. Внутрилинейные, межлинейные скрещивания. Возвратные (анализирующие и насыщающие) скрещивания. Инбридинг и инцухт; их использование при выведении новых пород и сортов. Гетерозис. Эколого-географические скрещивания. Отдаленная гибридизация. Соматическая гибридизация.

Теория отбора. Основные методы отбора: массовый и

7

индивидуальный отбор; однократный и многократный отбор; позитивный, негативный и модальный отбор. Метод педигри. Сиб-селекция. Семейный отбор. Повторяющийся отбор. Отбор при индуцированном мутагенезе. Методы оценки материала.

Основные направления в селекционной работе.

Тема 10. Генная инженерия

Основы биотехнологии. Определение биотехнологии. Задачи биотехнологии. Структура современной биотехнологии. Биотехнологии низкого уровня. Биотехнологии высокого уровня: микробиологический синтез, клеточная и генная инженерия.

Генная инженерия. Задачи и методы генной инженерии. Генетически модифицированные (трансгенные) организмы и генетически модифицированные источники. Основные способы получения трансгенных клеток и организмов; их сравнительная характеристика.

Достижения генной инженерии. Перспективы развития генной инженерии. Этические и технологические проблемы генной инженерии.

Тесты для контроля. Расскажите об основных направлениях современной биотехнологии.

Белая, зеленая и красная биотехнологии.

Опишите основные способы получения трансгенных растений.

Варианты задач по генетике

1.Известно, что растение имеет генотип АаВвссDdEe. Сколько различных типов гамет образует это растение?

2.Скрещивание двух растений сосны обыкновенной, полученных от черных семян, дало около ¾ черных и около ¼ белых семян. Определить генотипы обеих родительских форм.

3.Сосна с плоским апофизом шишек (А) и черными семенами (В) скрещена с сосной, имеющей крючковатый апофиз (а) и белые семена (в). Определить генотипические и фенотипические классы в F2.

4.Нормальное растение гороха скрещено с карликовым: F1 - нормальное. Определить, какое будет потомство: от самоопыления F1, от скрещивания F1 с исходным нормальным, от скрещивания F1 с исходным карликовым растением.

5.Ель зеленошишечной формы скрещена с красношишечной. В F1 половина гибридов имела зеленую окраску шишек. Определить генотип исходных родительских форм, если допустить, что ген А обусловливает красную окраску шишек, а его рецессивный аллель - а – зеленую. Привести схему скрещивания.

8

6.У ночной красавицы при скрещивании растений, имеющих красные

(А) и белые (а) цветки, первое поколение (F1) с розовыми цветками. Какая окраска цветков будет у растений от обоих возвратных скрещиваний?

7.Скрещиваются особи АаВвСс х АаввСС. Какую часть в потомстве составят особи с генотипов:

а) АаввСС; б) АаВвСс; в) ааввсс.

8.Популяция состоит из 80 % особей с генотипом АА и 20 % - с генотипом аа. Определить в долях единицы генотипы АА, Аа и аа после установления равновесия в популяции.

9.У березы повислой устойчивость к корневой губке доминирует над восприимчивостью. Биотип шероховатокорой формы березы, поражаемой корневой губкой, скрещен с биотипом, гомозиготным по устойчивости в этому

заболеванию. Определить: а) генотипы и фенотипы гибридов F1; б) генотипы и фенотипы гибридов F2.

10.При скрещивании растения со стерильной пыльцой с растением, у которого пыльца нормальная, получено потомство, в котором ½ фертильных и ½ стерильных растений. Определить генетическую систему растения отцовской формы.

11.Допустим, что у дуба черешчатого эллиптическая форма желудей доминирует над бочковидной. Напишите генотипы всех растений в следующих скрещиваниях:

1)эллиптическая х бочковидная – все потомки эллиптические;

2)эллиптическая х бочковидная - половина потомков эллиптическая;

3)бочковидная х бочковидная – потомки только бочковидные.

12.Определить молекулярную массу гена, контролирующего образование белка, состоящего из 400 аминокислот. Известно, что средняя молекулярная масса нуклеотида 300.

13.Участок гена состоит из следующих нуклеотидов: ТТТ ТАЦ АЦА ТГГ ЦАГ. Расшифровать последовательность аминокислот в белковой молекуле, кодируемой указанным геном.

14. Определить, какие нуклеотиды и-РНК кодируют аминокислоты белковой молекулы в такой последовательности:

а) валин – глицин – лейцин – гистидин; б) треонин – триптофан – серин – аланин; в) лизин – метионин – валин – пролин; г) аланин – лейцин – лизин – треонин.

9

15. Вычислить частоты генотипов АА, Аа и аа (в %), если гомозиготные особи аа составляют в популяции 1 %.

Примеры решения задач.

В настоящих методических указаниях все задачи по генетике условно разбиты на 4 блока: задачи на моногибридное скрещивание, на дигибридное скрещивание, по молекулярной генетике и популяционной генетике. Каждый из блоков представлен типовыми условиями задач. Примеры решения приведены ниже.

I. Задача № 1. Решение задачи на моногибридное скрещивание. Ель зелeношишечной формы скрещена с красношишечной. В F1 половина гибридов имела зеленую окраску шишек. Определить исходные генотипы.

а) Если скрещиваются родители с генотипами АА и аа, то в потомстве расщепления не будет (все особи будут красношишечные);

б) Если скрещиваются родители с генотипами Аа и аа, то мы наблюдаем расщепление 1 : 1. Это и есть правильный ответ.

II. Задача № 2. Решение задачи на дигибридное скрещивание. По условию, нужно определить фенотипические и генотипические классы в F2. Для этого записываем полную схему скрещивания P ♀ AABB × ♂ aabb. Определяем генотип и фенотип F1 – AaBb, растения с желтыми и гладкими семенами. Оформляем расщепление в F2 в виде решетки Пеннета:

Зная, что расщепление при дигибридном скрещивании составляет 9:3:3:1, находим эти классы: 9 растений с желтыми и гладкими семенами, 3 растения с желтыми и морщинистыми семенами, 3 растения с зелѐными и гладкими семенами, и 1 растение – с зелѐными и морщинистыми семенами. По генотипу расщепление будет следующим: 1 AABB, 2 AABb, 2 Aabb, 4 AaBb, 2 AaBB, 1 AAbb, 2 aaBb, 1 aaBB, 1 aabb.

III. Задача № 3. Решение задачи по молекулярной генетике. Определить молекулярную массу гена, контролирующего образование белка, состоящего

10