Добавил:
Sekretar
kiopkiopkiop18@yandex.ru
t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ординатура / Хирургия / Библиотека им академика М.И. Перельмана / Книга_61_библиотеки_им_акад_М_И_Перельмана
.pdf
Скільки б ти не жив, усе життя слід навчатися
Сенека
7. ХРОМОСОМНА ТЕОРІЯ СПАДКОВОСТІ
7.1. Поняття про зчеплення генів
7.2. Закон лінійного розміщення генів на хромосомах
7.3. Основні положення хромосомної теорії
7.4. Кросинговер і картування хромосом
7.1. Поняття про зчеплення генів
Відкриті Г. Менделем закони незалежного успадкування генів на
початку їх усвідомлення здавалися непохитними. Та при подальшому
вивчені експериментатори зустрілися з явищем, яке неможливо було
пояснити відомими законами успадкування ознак.
Вперше на це звернули увагу В. Бетсон та Р. Пеннетт у 1906 році при
вивченні успадкування у духмяного горошку двох ознак – забарвлення та
форми пилку. Автори не отримали очікуваного розщеплення 9:3:3:1.
Розщеплення в фенотипі було дещо іншим. Переважали нащадки, які мали
дві чи більше ознак одного з батьків (АВ чи аb), але з'являлися в невеликій
кількості особини, що мали ознаки обох батьків (Аb чи аВ). Таке явище В.
Бетсон назвав зчепленням ознак. При цьому він мав на увазі прагнення
двох рецесивних ознак утримуватися разом. Коли ж вони з'являлися кожна
окремо, то вчений говорив про відштовхування ознак. Відкрите явище
змусило багатьох вчених зайнятися дослідженням його біологічної
сутності. Було доведено, що ніякого відштовхування не існує, але існує
повне та неповне зчеплення.
Зчеплення генів – це сумісне передавання нащадкам двох або більше
генів у тих самих комбінаціях, в яких вони були у батьків. Пояснюється
локалізацією відповідних генів у одній хромосомі та неможливістю
перекомбінування їх у процесі мейозу.
При повному зчепленні потомство повністю повторює ознаки
окремого із батьків, тобто проявляються разом (АВ чи аb). Воно
відбувається при відсутності кросинговеру.
При неповному зчепленні – з'являються нащадки з ознаками, що
властиві обом батькам (Аb чи аВ). Неповне зчеплення відбувається, коли
внаслідок кросинговеру відбувається перерозподіл генів, що входять до
групи зчеплення, між гомологічними (парними) хромосомами.
На основі цього було встановлено:
повне зчеплення – явище рідкісне і виявилося лише у самців дрозофіли
та самок тутового шовкопряда;
неповне зчеплення є закономірністю, а частота його прояву залежить
від місця розташування зчеплених генів.
191
https://t.me/medicina_free
На той час уже був відомий механізм поведінки хромосом під час
мейозу, але нічого не було відомо про гени та про їхнє місце
розташування. Подальші досліди показали, що ознак, які вільно
комбінуються, буває стільки, скільки пар хромосом в каріотипі, до того ж
кількість груп зчеплення теж узгоджувалася з кількістю пар хромосом.
Окрім того було доведено, що нормальний розвиток організму
відбувається лише тоді, коли він має повноцінний набір хромосом.
Вивчення цитологічної поведінки хромосом показало, що гомологічні
хромосоми в мейозі перехрещуються.
Все це надало можливості Т. Морганові та його учням створити
хромосомну теорію спадковості, котра пізніше перетворилася в теорію
зчеплення, першим пунктом якої значилося, що гени мають свої групи
зчеплення і тому успадковуються із покоління в покоління разом.
7.2. Закон лінійного розміщення генів на хромосомах
Коли постало питання про місце розташування генів, його було
вирішено за рахунок вивчення цитологічних і генетичних закономірностей
успадкування статі у дрозофіли та багатьох інших видів організмів.
З’ясувалося, що стать визначається окремими хромосомами та їх набором
в каріотипі.
Морган поставив два питання: "В чому причина розподілу зчеплених
генів? Чому частота рекомбінацій варіює залежно від досліджуваних
генів?". В той час вже були відомі результати цитологічних спостережень
Ф.А. Янсена, який у 1909 році виявив хіазми (точки перехресту) під час
синапсису гомологічних хромосом в мейозі у земноводних. Морган
припустив, що хіазми і є точками генного обмі
ну між хромосомами. Він
помітив, що при схрещуванні за мутантними генами yellow-white
відбувається 1,3% рекомбінацій, а при схрещуванні за генами white-
miniature – 37,2% рекомбінацій між окремими генами. В результаті він
прийшов до висновку про лінійне розміщення генів вздовж хромосоми і
про різноманітну частоту рекомбінацій між окремими генами.
Для відповіді на друге запитання Морган припустив, що час
тота
формування хіазм (рекомбінацій) між двома тісно зчепленими генами
менше, ніж між більш віддаленими генами. Тому, чим ближче розміщені
два гени один до одного, тим більш ймовірною є рекомбінація між генами.
Для описування процесу обміну між хроматидами, який приводить до
рекомбінації генів, Морган ввів поняття кросинговеру.
7.3. Основні положення хромосомної теорії
Хромосомна теорія спадковості стверджує:
гени розміщені на хромосомах;
гени займають певне місце в хромосомі, а їхні алелі обов'язково
займають однакове місце на гомологічних хромосомах;
192
https://t.me/medicina_free
гени розташовані на хромосомах лінійно і утворюють відповідну
групу зчеплення;
кількість груп зчеплення відповідає кількості пар хромосом в
каріотипі або кількості хромосом в гаплоїдному наборі, або
кількості хромосом в геномі;
зчеплені гени успадковуються разом і визначають зчепленість ознак;
існує повне та часткове зчеплення;
існує закономірність порушення зчеплення, котра носить назву
кросинговеру;
кросинговер може бути мейотичним та мітотичним;
кросинговер може бути рівним та нерівним;
кросинговер може бути одинарним, подвійним та множинним;
частота кросинговеру залежить від відстані між генами і надає
можливості визначати їх місце локалізації та будувати карти
хромосом.
7.4. Кросинговер і картування хромосом
Зчеплення ознак інколи порушується. В такому випадку у нащадків
спостерігається обмін рецесивними ознаками, що належали різним
батькам. Механізм цього ефекту полягає в наявності такого явища як
кросинговер, тобто перехрест гомологічних хромосом.
Кросинговер звичайно відбувається в профазі мейотичного поділу при
утворенні статевих клітин між коньюгуючими несестринськими хро-
матидами парних хромосом. Термін означає, що між двома хромосомами
проходить правильний обмін окремими фрагментами (ділянками), а
значить і генами.
Рис. 7.1. Схема кросинговеру
193
https://t.me/medicina_free
Гамети, які мають хромосоми, що зазнали кросинговеру називаються
кросоверними, а особини, що розвинулися з таких гамет, – кросоверами.
В загальному, явище кросинговеру називається рекомбінацією, що
вказує на перебудову гомологічних хромосом за рахунок обміну окремими
локусами. Термін кросинговер (від англ. сrossing – схрещування та over –
через) був запропонований К. Бріджесом і Т. Морганом в 1933 р.
Явище перехресту хромосом має еволюційне значення, підвищуючи
спадкову мінливість і тим самим створюючи матеріал для природного і
штучного добору. Не менше еволюційне значення має і зчеплення генів в
хромосомах, оскільки завдяки йому зберігається відома стабільність
організмів та видів. Якби не було зчеплення, то у нащадків виникли б
мільйони різних комбінацій ознак, а створення та існування видів було б
практично нереальним явищем.
Зчеплені гени мають дещо іншу систему позначень ніж та, яка
застосовується для незалежно комбінаційних генів. Оскільки вони
розміщені в одній хромосомі поряд, то так і записуються: АВ || аb х аb || аb.
В результаті повинно бути два фенотипових класи домінантний (1) і
рецесивний (1) і два генотипових класи – ІАВаb: Іаbаb. Але з певною
частотою з'являються і такі генотипи – Аbаb і аВаb. Саме вони і
називаються кросоверними.
• Кількість кросоверних особин по відношенню до всіх загалом
називається частотою кросинговеру і виражається у відсотках. Один
відсоток кросинговеру називають морганідою.
Морганіда – одиниця відносної відстані між генами і відповідає
частоті кросинговеру в 1%. Застосовується при складанні карт хромосом.
• Кросинговер буває мейотичним, коли призводить до нової
комбінації ознак у потомства та мітотичним коли призводить до
мозаїцизму однієї ознаки у нащадка.
• Кросинговер ніколи не утворює хромосом, які утримували б обидва
альтернативних алеля (Аа), що свідчить про розміщення останніх в
однакових локусах гомологічних хромосом.
• Кросинговер може бути рівним, коли гомологічні хромосоми
обмінюються однаковими за розміром фрагментами, та нерівним, коли
гомологічні хромосоми обмінюються різними за розміром ділянками, що
утримують різну кількість генів. Це призводить до збільшення у одного
гомолога і зменшення у другого кількості копій одного гена чи алеля і,
відповідно, до певної вираженості ознаки.
• Кросинговер може бути одинарним, подвійним та множинним, коли
гомологічні хромосоми перехрещуються в багатьох місцях. Подвійний
кросинговер зменшує частоту появи відповідних ознак, що носить назву
інтерференції.
Інтерференція (від лат. inter – взаємно і ferio – б’ю, вражаю) – це
вплив кросинговеру, що виник в одній ділянці хромосоми, на виникнення
інших перехрестів у розміщених поблизу ділянках. Ступінь інтерференції
зменшується з віддаленням від місця перехреста, що вже виник.
194
https://t.me/medicina_free
Знаючи міжгенну відстань можна оцінити частоту множинних
рекомбінацій, включаючи подвійні кросовери між цими генами. Так
відстань між генами v та pr у кукурудзи дорівнює 22,3 сМ, а між генами pr
та bm – 43,4 сМ. Якщо два одинарних кросинговери відбувається
незалежно і одночасно, то очікувана частота цього подвійного
кроссинговеру дорівнює:
DCO
exp
= 0,223×0,434=0,997=9,7%
Як правило, експериментально досліджена частота (DCO
exp
) є
меншою, ніж теоретично очікувана. У вже згадуваної кукурудзи,
експериментальна частота подвійних кросинговерів між вищезазначеними
генами дорівнює лише 7,8%, а очікувана – 9,7%. Було встановлено, що
саме обмін між генами на одній ділянці хромосоми ускладнює такий обмін
у найближчих ділянках, зменшуючи частоту подвійних кросинговерів. Це
явище було названо інтерференцією. Для оцінки співпадіння фактичної та
очікуваної кількості кросинговерів використовують коефіцієнт
коінцидентності (співпадіння) (С).
С=Факти
чні DCO/Очікувані DCO
На прикладі кукурудзи С=0,804
Знаючи коефіцієнт коінцидентності, легко визначити величину
інтерференції:
І=1−С; (7.1)
У випадку подвійних кросинговерів між вказаними генами у кукурудзи
отримаємо:
І=1,000−0,804=0,196.
При повній інтерференції подвійних кросинговерів в даному районі
хромосоми взагалі не спостерігається, тобто І=1,0. Як
що величина
фактичних DCO менше очікуваної, говорять про позитивну інтерференцію.
При негативній інтерференції навпаки величина фактичних DCO
більше очікуваних DCO. У наведеному прикладі визначена інтерференція є
позитивною величиною, яка показує, що частота фактичних подвійних
кросинговерів на 19,6% менше очікуваної частоти.
В еукаріотів найчастіше спостерігається саме позитивна інтерфе-
ренція. Ймовірно, дуже близьке розміщення хіазм є неможливим і обумов-
лює інт
ерференцію. Це припущення підтверджується спостереженнями,
що інтерференція зменшується із збільшенням міжгенної відстані.
• Відстань між генами можна визначати за рахунок частоти
кросинговеру, тобто у відсотках, бо, чим далі знаходяться гени один від
одного, тим вищою є частота кросинговеру між ними, тобто збільшується
кількість кросоверних особин. Це надає можливості створювати карту
хромосом, тобто встановити місце розташування генів на хромосомі.
Генетичне картування – визначення положення гена по відношенню
до двох (як мінімум) інших генів. Постійність відсотка кросинговеру між
двома генами дозволяє визначити місце їхньої локалізації. Одиниця
відстані між генами – 1% кросинговеру (морганіда). Чим більше генів
відомо у даного виду, тим точніше результати картування. Кількість груп
195
https://t.me/medicina_free
зчеплення відповідає гаплоїдному набору хромосом. У дрозофіли – 4, миші
– 20, людини – 23. Цифри на карті вказують відстань між різними генами в
морганідах, яка починається від гена, що займає нульове положення на
лівому кінці кожної хромосоми. Під час складання генетичних карт
додають відстані між двома найбільш близькими генами, що перевищує
значення відсотка кросинговеру, отримане експериментально. Ім
овірність
подвійного кросинговеру (без врахування явища інтерференції) дорівнює
добутку ймовірностей двох одиничних актів рекомбінації. Наприклад,
якщо одиночний перехрест з частотою 0,2, то подвійний 0,2 х 0,2 = 0,04.
Лабораторна робота теми 7: Хромосомна теорія спадковості
Лабораторна робота 7.1. Зчеплене успадкування, кросинговер
Мета заняття: Ознайомлення з особливостями зчепленого
успадкування, кросинговеру. Засвоєння основних положень хромосомної
теорії, методи картування хромосом.
Матеріал і обладнання: Таблиці із зображенням генетичних карт
рослин і тварин, схема кросинговеру.
Методичні вказівки до роботи: Ознайомтеся з основними
положеннями хромосомної теорії. Розв’яжіть задачі на зчеплене
успадкування генів.
Зчеплення генів – сумісн
е успадкування різних генів, локалізованих
в одній хромосомі.
Кросинговер або перехрест хромосом, супроводжується порушенням
груп зчеплення. У більшості видів вищих організмів кросинговер
відбувається однаково як у самців, так і у самок, але у самців дрозофіли та
самок тутового шовкопряду кросинговер відсутній. Іноді частота
кросинговеру у гомогаметної статі вища, ніж у г
етерогаметної.
Кросинговер звичайно відбувається в профазі мейотичного поділу при
утворенні статевих клітин між коньюгуючими несестринськими хрома-
тидами парних хромосом. Термін означає, що між двома хромосомами
проходить правильний обмін окремими фрагментами (ділянками), а
значить і генами. Гамети, які мають хромосоми, що зазнали кросинговеру
називаються кросоверними, а особини, що розвинулися з таких гамет, –
кросоверами. В за
гальному явище кросинговеру називається
рекомбінацією, що вказує на перебудову гомологічних хромосом за рахунок
обміну окремими локусами.
Рис. 7.2. Схема кросинговеру
1– гомологічні хромосоми; 2 – коньюгація гомологічних хромосом
(бівалентів); 3 – відштовхування бівалентів; 4 – хроматиди
196
https://t.me/medicina_free
Явище перехресту хромосом має еволюційне значення, підвищуючи
спадкову мінливість і тим самим створюючи матеріал для природного і
штучного добору. Не менше еволюційне значення має і зчеплення генів в
хромосомах, так як завдяки йому зберігається відома стабільність
організмів та видів. Якби не було зчеплення, то у потомків виникли б
мільйони різних комбінацій ознак, а створення та існування видів було б
практично нереальним яви
щем.
Зчеплені гени мають дещо іншу систему позначень ніж та, яка
застосовується для незалежно комбінаційних генів. Оскільки вони
розміщені в одній хромосомі поряд, то вони так і записуються – АВ || аb х
аb || аb. В результаті повинно бути два фенотипових класи домінантний і
рецесивн
ий і два генотипових класи – 1АВаb: 1авав. Але з певною
частотою з'являються і такі генотипи – Аbаb і аВаb. Саме вони і
називаються кросоверними.
Генетичне картування – визначення положення гену по відношенню
до двох (як мінімум) інших генів. Постійність відсотку кросинговеру між
двома генами дозволяє визн
ачити місце їх локалізації. Одиниця відстані
між генами – 1 % кросинговеру (морганіда). Чим більше генів відомо у
даного виду, тим точніше результати картування. Насичення груп
зчеплення передує подальшим дослідженням (спонтанні та індуковані
мутації). Кількість груп зчеплення відповідає гаплоїдному набору
хромосом у гомогаметної статі. Так, у свиней – 19, великої рогатої худоби
– 30, людини – 23. Цифри на карті вказують відстань між різними генами в
морганідах, яке починається від гена, що займає нульове положення на
лівому кінці кожної хромосоми. Пі
д час складання генетичних карт
додають відстані між двома найбільш близькими генами, що перевищує
значення відсотку кросинговеру, отримане експериментально.
Кросинговер може бути одинарним, подвійним та множинним, коли
гомологічні хромосоми перехрещуються в багатьох місцях. Подвійний
кросинговер змен
шує частоту появи відповідних ознак, що носить назву
інтерференції. Величина інтерференції може бути виміряна за рахунок
вирахування відношення фактичної частоти кросинговеру до теоретично
очікуваної. Таке відношення називається коінциденцією або величиною
співпадання, виражається в частках одиниці, або відсотках.
Контрольні запитання
1. Які гени називаються зчепленими?
2. Опишіть групи зчеплення і їх кількість.
3. Поясніть суть повного і неповного зчеплення генів.
4. Поясніть біологічну суть і генетичне значення кросинговеру.
5. Поясніть поняття генетична карта хромосом і принципи її побудови.
6. Поясніть суть явища інтерференція.
197
https://t.me/medicina_free
Завдання
Завдання 1. Напишіть основні положення хромосомної теорії.
Завдання 2. Дайте пояснення наступним термінам: група зчеплення,
кросинговер, повне зчеплення, генетична карта, сантиморган,
коінциденція, інтерференція.
Завдання 3. Напишіть кількість груп зчеплення наступних видів:
людина, дрозофіла, велика рогата худоба, кінь, свиня, вівця, кріль, курка.
Завдання 4. Знайдіть і підпишіть кросоверних і некросоверних
нащадків:
Завдання 5. Ознайомтесь з генетичними картами хромосом дрозофіли
Рис. 7.3. Неповна генетична карта хромосом дрозофіли
За допомогою генетичної карти визначте відстань між наступними
генами дрозофіли:
198
https://t.me/medicina_free
Таблиця 7.1. Відстань між генами
Гени Відстань (СМ)
cn px
ss sd
m bb
S b
Dt H
sn t
sn s
px bw
sp L
Завдання 6. Згідно номеру у списку в журналі розв’яжіть
індивідуальне завдання.
Завдання 7. Поясніть біологічну суть і генетичне значення
кросинговеру.
Завдання 8. Нарисуйте схему подвійного кросинговеру.
Завдання 9. У чотирьох гетерозиготних особин утворюються такі
типи гамет. Вкажіть який тип успадкування ознак характерний для
кожного з випадків?
а) АВ – 40%, Ав – 10%, аВ – 10%, ав – 40%;
б) АВ – 5
0%, ав – 50%;
в) АВ – 25%, Ав – 25%, аВ – 25%, ав – 25%;
г) АВ – 15%, Ав – 35%, аВ – 35%, ав – 15%
Завдання 10. Які типи кросоверних і некросоверних гамет
утворюються в організмів, що мають такі генотипи:
а) СВ б) Св
св сВ
Завдання 11. Між генами А і В кросинговер становить 18%, між В і С
– 6,5%, між А і С – 24,5%. Накресліть ге
нетичну карту хромосоми.
Приклади розв’язування задач
Задача 1. Особину, гомозиготну за генами А і В, схрещено з
рецесивною за обома генами формою. Гібридів першого покоління знов
схрестили з подвійним рецесивом. Від цього одержали: 902 АВ, 98 Аb, 102
аВ і 892 аb. Поясніть ці результати. Як успадковуються гени А і В по
відношенню один до одного?
Розв'язування
1. У потомстві від аналізуючого схрещування утворилося 4
фенотипових класи, але не в рівному співвідношенні. Якщо б гени А і В
успадковувалися незалежно, то в цьому схрещуванні слід було б чекати
розщеплення 1:1:1:1.
199
https://t.me/medicina_free
2. Переважання форм з фенотипами батьків свідчить про зчеплене
успадкування, а поява рекомбінантів типу Аb і аВ пояснюється
кросинговером, що відбувся між генами А і В.
3. Розписуємо генетичну схему:
P♀
AB
AB
х ♂
ab
ab
G
F
1
ab
ab
x
ab
АВ
G кросоверні
некросоверні
F
2
ab
aB
ab
Ab
ab
ab
ab
AB
,,,
некросоверні 902, 898; кросоверні 98, 102
Рис. 7.4. Схема схрещування, утворення гамет та нащадків у F
1
та F
2
Відповідь. Гени А і В успадковуються зчеплено, але зчеплення
неповне і виникає кросинговер.
Задача 2. У томатів високе стебло домінує над карликовим, а куляста
форма плода над грушоподібною. Гени, які контролюють ці ознаки,
розміщені на відстані 20 морганід. Гетерозиготну високу рослину з
кулястими плодами схрестили з карликовою рослиною, що має
грушоподібні плоди. Визначте співвідношення різних фенотипів у цьому
схрещуванні.
Розв'язування
1. За умовами задачі А – високий зріст, а – карликовий, В – кулясті
плоди, b – грушоподібні.
Гени зчеплені, отже генотипи батьків
ab
AB
і
ab
ab
.
АВ
аb
аb
аb
AB
аB
Ab
200
https://t.me/medicina_free
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана