7

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент кадровой политики и образования

Федеральное государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Воронежский государственный аграрный университет

им. К.Д. Глинки

Агрономический факультет

Кафедра селекции и семеноводства

ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ И

КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

СБОРНИК ЗАДАЧ

Специальность: 310600–"Селекция и генетика с.-х. культур"

Вид обучения: очное

Воронеж

2005

Составители: профессоры Гончаров С.В., Н.Т. Павлюк,

доценты Ващенко Т.Г., Голева Г.Г.,

ст. преподаватель И.А. Русанов

Рецензент: профессор кафедры растениеводства Воронежского

агроуниверситета им. К.Д. Глинки Д.И. Щедрина

Методические рекомендации рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры селекции и семеноводства

(протокол №1 от 1 сентября 2004 г.)

Методические рекомендации рассмотрены к изданию на заседании методического совета агрономического факультета

(протокол № 1 от 28 сентября 2004 г.)

Некоторые генетические термины

Ген - единица наследственности, которая передается от родителей к потомству или ген - последовательность нуклеотидов (аденин - A, гуанин - G, цитозин - C, тимин - T) цепочки ДНК в хромосоме. Гены могут кодировать белки, ферменты, РНК. Также выделяют гены-регуляторы (некодирующие гены). Локус - местонахождение конкретного гена на хромосоме. Термины ген и локус зачастую взаимозаменяемы. Разные формы гена называются аллелями. В популяции гены могут быть представлены как немногими аллелями, так и множественными аллелями.

Большинство организмов имеет по две копии данного гена: одну от отца и одну от матери. Они представляют собой диплоидов. Одна копия всех генов организма называется геномом. У диплоидной особи может быть две генетические конституции, или генотипа. Когда все аллели данного гена одинаковы, то особь - гомозигота, когда различны - гетерозигота. Другие группы организмов, бактерии например, имеют только по одной копии каждого гена. Они гаплоидны, также как и половые клетки - гаметы у высших организмов. У многих растений и у некоторых животных имеется по несколько копий гена или несколько геномов, они полиплоидны. Пшеница (Triticum aestivum L.), например, - это гексаплоид с шестью разными геномами, а лосось - тетраплоид с четырьмя геномами.

Для обозначения различных аллелей одного гена используются буквенные символы. Тогда аллели гена A можно обозначить как A₁, A₂, A₃ …. A_i и так далее. Например, генотип организма, диплоидного по гену A может быть гомозиготным, допустим A₃A₃ или гетерозиготным A₁A₂.

Генетическая изменчивость

1. Какова доля нуклеотидных замен в третьей позиции кодона CGC, приводящих к новой аминокислоте (рис. 1)? Какова доля нуклеотидных замен в первой позиции кодона AGG, приводящих к новой аминокислоте? Какова доля нуклеотидных замен в третьей позиции кодона UUG, приводящих к новой аминокислоте?

Рис. 1. Нуклеотидные комбинации генетического кода, отличающиеся по нуклеотиду в третьей позиции и по кодируемым аминокислотам.

2. Модель роста численности популяции описывается следующими параметрами: первоначальная численность популяции равна 100 особям (N₀ = 100), а скорость замещения равна 2. Рассчитайте величину R для заданной популяции, если в моменты времени t и t+1 ее численность составила 60 и 90, соответственно. Какова предположительная численность популяции в момент времени t+3?

3. Предположим, что в группе соек измерена длина тела птиц: у 1, 12, 16, 27 , 9 и 4 соек. Она оказалась равной 25, 27, 28, 29, 30 и 32 см соответственно. Какова средняя длина тела? Каковы варианса, стандартное отклонение, коэффициент вариации и стандартная ошибка вычисленной величины.

4. Допустим, что в течение пяти лет численность леопардовой лягушки в реке составила 105, 117, 266, 183 и 145 особей. Рассчитайте арифметическую, геометрическую и гармоническую средние для этих величин.

5. Предположим, что вероятность рождения ребенка мужского пола равна 0,52. Какова вероятность, что в семье родятся друг за другом три девочки? Какова вероятность, что в семье будет два мальчика и две девочки?

6. Вероятность взрыва бомбы в данной местности равна 0,001. Какова вероятность, что в эту местность не попадут ни одна из 500 сброшенных бомб? Какова вероятность взрыва в этом районе двух бомб?

7. Дана матрица и вектор .

Каким будет результирующий вектор, если матрицу умножить на заданный вектор? Каким будет новый вектор, если матрицу умножить на полученный в первом задании результирующий вектор?

8. Сравните балансовую и классическую модели организации генома. Объясните, насколько соответствуют эти модели пониманию количественной изменчивости ДНК.

9. Допустим, Вы хотите определить величину генетической изменчивости у видов и можете протестировать изменчивость как аллоферментов, так и ДНК. Предпочитаете ли Вы оценку одного типа генетической изменчивости другому и почему?

10. Какие эксперименты можно предложить для исследования различий между двумя аллоферментами у коричневой улитки (рисунок 2) при условии, что у Вас имеются выборки из предыдущих поколений и Вы можете манипулировать популяциями по своему усмотрению, прослеживая их в будущем?

Рис.2. Частота аллелей по локусу Mdh-1 (а) и локусу Lap-2 (b) в колониях коричневой улитки из двух отдельных городских кварталов. Диаметр кружка пропорционален размеру колонии, внутри кружков схематично показана частота аллелей.

11. Изменяется ли частота видимого полиморфизма в пространстве и во времени? Как можно определить причину любых пространственных или временных изменений частоты полиморфизма?

12. Судя по данным молекулярной изменчивости, генетическая изменчивость у одних организмов выше, чем у других. Считаете ли Вы важным такое явление? Если да, то объясните почему и предложите эксперимент в поддержку или опровержение вашей гипотезы.

13. Из данных, приведенных в табл. 1 по локусу Adh, определите долю сайтов, за исключением инсерций и делеций, которые вариабельны по аллелям S (шесть верхних строк) и по аллелям F.

Таблица 1. Вариабельные нуклеотиды в 11 последовательностях локуса алкогольдегидрагиназы (Adh) у D. мelonogaster. Прочерки указывают на идентичность нуклеотидов с консенсусной последовательностью, треугольниками обозначены инсерции и делеции, звездочка в экзоне 4 указывает на различия кодируемых аминокислот между аллелями F (Fast) и S (Slow).

Последовательность	5/	Интрон 1	Лидерная последовательность у личинок	Экзон 2	Интрон 2	Экзон 3	Интрон 3	Экзон 4		3/
Consensus	CCG	CAATATGGG▼CCG	C	T	AC	CCCC	GGAAT	CTCCACTAG	A▼C	AGC▼C▼T▲
Wa-S	– – –	– – – – – AT– – – – – –	–	–	– –	TT–A	GA–TA	AG – – – – – – –	– – –	– – – – – – – ▲
Fl-1S	– – C	– – – – – – – – – – – – –	–	–	– –	TT–A	GA–TA	AG – – – – – – –	– – –	– – – – – – – ▲
Slow Af-S	– – –	– – – – – – – – – – – – –	–	–	– –	– – – –	– – – – –	– – – – – – – – A	– – –	– – T▼– 1A –
Fr-S	– – –	– – – – – – – – – – – – –	–	–	GT	– – – –	– – – – –	– – – – – – – – A	- – 1-	TA – – – – – –
Fl-2S	– – –	AG – – – A–TC – – – –	–	G	GT	– – – –	– – – – –	– – – – – – – – –	C 3 -	– – – – – – – –
Ja-S	– – C	– – – – – – – – – – – – –	–	G	– –	– – – –	– – – – –	– – – T – T – CA	C 4 -	– – – – T – – –
Fl-F	– – C	– – – – – – – – – – – – –	–	G	– –	– – – –	– – – – –	– – GTCTCC–	C 4 -	– – – – – – – –
Fr-F	TGC	AG – – – A–TC▼G▼–	–	G	– –	– – – –	– – – – –	– – GTCTCC–	C 4 G	– – – – – – – –
Fast Wa-F	TGC	AG – – – A–TC▼G▼–	–	G	– –	– – – –	– – – – –	– – GTCTCC–	C 4 G	– – – – – – – –
Af-F	TGC	AG – – – A–TC▼G▼–	–	G	– –	– – – –	– – – – –	– – GTCTCC–	C 5 G	– – – – – – – –
Ja-F	TGC	AGGGGA – – – ▼– –T	–	G	– –	– – – –	– – G – –	– – GTCTCC–	C 4 -	– – – – – –1 – –

14. С помощью метода скрещиваний, показанного на рис.3, определите ожидаемую долю потомства дикого типа при условии гомозиготности хромосомы с летальным аллелем. Проследите на диаграмме путь этой летали от исходного самца дикого типа до тестируемого потомства.

Поколение	Ген Single (из природной популяции) ♂		♀♀ (из лабораторной линии)
P	+1/+2	х	М1/М2
	Ген Single ♂		♀♀ (из лабораторной линии)
F1	+1/М1	х	М1/М2
	♂♂		♀♀
F2	+1/М1	х	+1/М2
F3	+1/+1, +1/М1, М1/М1

Рис. 3. Принцип скрещиваний для получения гомозиготных по всем генам хромосом у Drosophila. М₁ и М₂ обозначают хромосомы, несущие различные доминантные маркерные гены и инверсию. Символы +₁ и +₂ обозначают две разные хромосомы дикого типа, полученных от мух из выборочной популяции. В данном примере гомозиготна хромосома +₁.

15. Постойте таблицу, в которой отражены преимущества и возможные проблемы использования аллоферментов, вариантов ДНК, видимых полиморфизмов, леталей и полигенных признаков для характеристики величины генетической изменчивости в популяции.