Volkova EM Kaspirovich DA Genetika s osnovami biometrii EUMK

Генетика с основами биометрии

Лабораторная работа № 13

ТЕМА: Наследственная и ненаследственная изменчивость (2 часа)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить наследственную и ненаследственную изменчивость; статистический анализ модификационной изменчивости; решить задачи по теме «Хромосомные и генные мутации».

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ:

Изменчивость – это возникновение индивидуальных различий. На

кроликовÏолесÃÓможет появиться черное потомство.

основе изменчивости организмов появляется генетическое разнообразие форм, которые в результате действия естественного отбора преобразуются в новые подвиды и виды. Различают изменчивость модификационную, или фенотипическую, и мутационную, или генотипическую.

Модификационная изменчивость появляется при изменении условий среды, в результате чего организм изменяется в пределах нормы реакции, заданной генотипом. Адаптация – при по обление к данным условиям среды, выживание, сохранение потомства. Например, белокочанная капуста в условиях жаркого климата не образует кочана. Породы лошадей и коров,

внутренних мутагенных факторов, в р зультате чего происходит изменение в

генах и хромосомах. Резу ьтат яв я тся материалом для естественного и

искусственного отбора, так как мутации могут быть полезные, вредные и

безразличные, д минантные и рецессивные. Например, появление полиплоидных ф рм в п пу яции растений или у некоторых животных

(насекомых, рыб) прив дит к их репродуктивной изоляции и образованию новых вид в, р д в – микр эв люции.

Комбинатнвная изменчив сть возникает стихийно в рамках популяции при скрещивании, когда у потомков появляются новые комбинации генов. Благодаря ей происходит распространение в популяции новых наследственных изменений, которые служат материалом для отбора. Примером служит появление розовых цветков при скрещивании белоцветковой и красноцветковой примул. При скрещивании белого и серого

Коррелятивная изменчивость возникает в результате свойства генов

влиять на формирование не одного, а двух и более признаков. Обеспечивает постоянство взаимосвязанных признаков, целостность организма как системы. Например, длинноногие животные имеют длинную шею. У столовых сортов свеклы согласованно изменяется окраска корнеплода, черешков и жилок листа.

Генетика с основами биометрии

ХОД РАБОТЫ:

Задание 1. Перепишите и заполните таблицы:

Таблица 1. – Сравнительная характеристика форм изменчивости

Генетика с основами биометрии

Задание 2. Решите задачи.

Задача 1. Ликвидаторы аварии на Чернобыльской АЭС чаще, чем в среднем в популяции, заболевают лейкозом и раком щитовидной железы. Объясните почему? Как называется такая форма изменчивости?

Задача 2. Один из монозиготных близнецов поднялся высоко в горы, другой ÏолесÃÓ– остался на равнине. У первого количество эритроцитов в крови увеличилось, тогда как у второго не изменилось. Объясните причину данного явления. Назовите форму изменчивости.

Генетика с основами биометрии

Лабораторная работа № 14

ТЕМА: Наследственная и ненаследственная изменчивость (2 часа)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить основные характеристики радиационного и химического мутагенеза; методы учета мутаций.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ:

Химический мутагенез. Некоторые химические вещества (мутагены) значительно повышают частоту мутирования до одной мутантной клетки на

•МодификацияÏолесÃÓоснований включает химическое изменение азотистого основания в кодирующей последовательности, что приводит к изменению кодона. В результате вместо одной аминокислоты кодируется другая либо возникает бессмысленный кодон.

•Вставка либо делеция какого-либо оснований (аналогов оснований) в ДНК приводит к фреймшифт-мутациям (мутации со сдвигом рамки считывания), что вызывает изменение позиции рамки считывания триплетного кодона, и, таким образом, изменение всех последующих кодонов.

•Деформации спирали ДНК (структурные искажения ДНК) образуются

врезультате индуцированной УФ-излучением димеризации расположенных

близко нуклеотидов (особенно тимина). Образовавшееся циклобутановое кольцо нарушает симметрию ДНК и препятствует правильной репликации.азота

Генетика с основами биометрии

Репликация может быть нарушена также при образовании поперечных межцепочечных сшивок ДНК. В зависимости от синтеза «правильных» или «неправильных» полипептидов при считывании мРНК, отразившей изменения ДНК (то есть в зависимости от сохранения смысловой функции образующегося полипептида), различают несколько видов мутаций.

• «Молчащие» мутации (мутации «без изменения смысла», то есть не вызывающие изменения аминокислотной последовательности белка). Их появление возможно вследствие вырожденности генетического кода. Получившийся в результате мутирования триплет кодирует ту же самую

аминокислоту, что и исходный триплет, поэтому синтезируемый белок остаѐтсяÏолесÃÓбез изменений.

• Миссенс-мутации (мутации «с изменением смысла») возникают при условии, что изменения кодирующей последовательности приводят к появлению в полипептиде иной аминокислоты. Получающийся изменѐнный белок может быть функциональным или нефункциональным в зависимости от значимости затронутой мутацией области.

• Нонсенс-мутации («анти мы ловые», «бе смысленные» мутации) приводят к образованию одного из трѐх кодонов-терминаторов (УАГ, УАА, УГА), вызывающих преждевременное окончание синтеза полипептидной цепи. Когда рибосома достига т такого кодона, процесс элонгации полипептидной цепи заканчива т я, и вы вобождается неполный пептид (вероятно, такое действие т рминальных кодонов обусловлено отсутствием тРНК, связывающихся с данными кодонами). Эта мутация приводит либо к синтезу очень коротких н функциональных белков, либо к полному прекращению синтеза бе ка.

ХОД РАБОТЫ:

Задание 1. По схемам скрещивания обнаружить отдельные видимые мутации.

1. Метод обнаружения рецессивных сцепленных полом летальных мутаций у дрозофилы (схема 1).

2. Метод Меллер-5 (схема 2).

3. Метод сбалансированных леталей CyL/Pm (схема 3).

Генетика с основами биометрии

1

ÏолесÃÓ2

Генетика с основами биометрии

3

ÏолесÃÓ

Генетика с основами биометрии

Лабораторная работа № 15

ТЕМА: Дифференциальная экспрессия генов как основа индивидуального развития организма (2 часа)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить регуляцию активности генов на уровне инициации транскрипции и на посттранскрипционном уровне.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ:

Активность многих генов прокариот регулируется с помощью белковых

транскрипцииÏолможет бытьесÃÓопосредована увеличением скорости освобождения промотора РНК-полимеразой после инициации синтеза РНК.

факторов, взаимодействующих с регуляторными участками промоторов генов. При этом происходят как активация транскрипции генов, так и подавление считывания генетической информации РНКполимеразами. В первом случае

регуляторные белковые факторы называют активаторами ,

осуществляющими позитивную регуляцию транскрипции , а во втором - репрессорами . Регуляцию, связанную с подавлением транскрипции,

называют негативной .

Механизмы стимулирования инициации транскрипции могут

рассматриваться с двух точек зрения - кинетической и структурной. Активация промоторов пут м образования открытых комплексов является лимитирующей стадией на пути активации тран крипции в целом, поэтому действие активаторов мож т быть охаракт ризовано по изменению значений кинетических параметров р акций, происходящих на разных этапах

активации. Так, при действии активирующ го комплекса Crp-cAMP на lacпромотор происходит десятикратное увеличение равновесной константы ассоциации KB РНК- п имеразы с промотором с образованием закрытого комплекса. Активация пр м тора PRM фага лямбда , опосредованная cI-

белком , характеризуется пяти-десятикратным увеличением константы скорости kf перех да закрытых комплексов в открытые.

Многие активаторы транскрипции, в том числе и Crp-cAMP, сгибают молекулу ДНК после взаимодействия ней, причем центр изгиба находится в сайте связывания активатора (рис. 1).

Энхансеры - участки ДНК размером 10-20 пар оснований, присоединение к которым регуляторных белков увеличивает скорость транскрипции. Если участки ДНК, связываясь с белками, обеспечивают замедление транскрипции, то их называют сайленсерами.

Генетика с основами биометрии

ÏолесÃÓРис. 1. Адаптивная р гуляция тран крипции у эукариотов

Промоторы эукариотич ских г нов находятся под контролем большого числа регуляторных участков на мол куле ДНК: TATA-, CAAT-, GCпоследовательностей, энханс ров, сайл нсеров-последовательностей, к которым присоединяются комп ексы белков с различными лигандами (цАМФ, стер идными г рм нами, метаболитами, ионами металлов и т.д.).

Посттранскрипци нная регу яция. В организме животных существенн значение в обеспечении разнообразия белков играет посттранскрипци нный пр цессинг РНК. Основные способы такой регуляции - альтернативный сплайсинг и изменение стабильности РНК.

Альтернативный сплайсинг. Установлено, что многие эукариотические гены, будучи транскрибированы, образуют несколько вариантов зрелой мРНК в ходе процессинга (или созревания) первичного транскрипта, имеющего полиэкзонное строение.

Наиболее часто промотор сохраняется на одном из концов транскрипта, а в ходе сплайсинга происходит "вырезание" одного или нескольких экзонов. В других случаях в зрелой мРНК сохраняется часть интрона и включается в состав экзона с 5' или 3'-конца. Сплайсинг может влиять на выбор промотора или участка полиаденилирования.

С помощью альтернативного сплайсинга в процессе синтеза антител образуются мембраносвязанные и секреторные формы антител (рис. 3). Так, первоначально В-лимфоциты продуцируют транскрипты, полиаденилированные после второго стоп-кодона, а интрон, в котором

Генетика с основами биометрии

имеется первый стоп-кодон, удаляется. В результате синтезируются IgM, связанные с клеточной мембраной, так как мРНК таких клеток содержит на 3'- конце экзон, кодирующий участок полипептидной цепи, состоящий из гидрофобных аминокислот. С помощью этого участка происходит "заякоривание" IgM в мембране. Когда В-лимфоциты превращаются в плазматические клетки, то в результате альтернативного сплайсинга образуется мРНК, в которой сохраняется интрон, содержащий первый стопкодон. Поэтому происходит более раннее полиаденилирование и исчезает экзон, кодирующий гидрофобный участок молекулы. Синтезируются укороченные молекулы антител, секретируемые в кровь.

ХОД РАБОТЫ:

Задание 1. Зарисуйте схему:

Рис. 2. Дей твие лиганда-индуктора тран крипции на клетку млекопитающих.

Лиганд-индуктор, например стероидный

Задание 2. Зарисуйте схему возможных вариантов сплайсинга РНК.

Рис. 3. Часто встречающиеся варианты сплайсинга первичных транскриптов РНК.

I. Вырезание одного из экзонов: а) синтез белка, содержащего полный набор экзонов (1-5); б) синтез белка,