Добавил:
enni
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:1 курс стомат / биология / 1 семестр по темам / био 12
.pdf
ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ. ГЕНЕТИКА
ПОЛА
1. Сцепленное наследование генов. 2. Кроссинговер. 3. Картирование хромосом.
Рассмотренные в предыдущей лекции законы Менделя и большинство видов взаимодействия неаллельных генов
осуществляются тогда, когда гены различных признаков находятся в негомологичных хромосомах. В этих случаях
неаллельные гены передаются по наследству независимо друг от друга.
Но генов в организме – огромное количество, оно всегда во много раз превосходит число хромосом. (Например, у
человека – до 1000000 генов; в одной хромосоме – от 10 тыс. до 200 тысяч генов, в зависимости от размера хромосом).
Т.о., в каждой хромосоме находится большое количество генов и все они наследуются вместе (т.е. должны
наследоваться).
Все гены, локализованные в одной хромосоме, называют группой сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному
числу хромосомного набора у гомогаметного пола (n) и на одну группу сцепления больше у гетерозиготного пола (n+1).
Т.к. гены, составляющие группу сцепления, наследуются вместе, то и закономерности их наследования отличаются от
наследования, открытого Менделем.
Явление совместного наследования генов было впервые описано в 1908 году Бетсоном, Сандерсом и Пеннетом и
получило название «притяжения генов».
В этом же 1908 году широко известный уже в то время эмбриолог из Колумбийского университета (США) Томас Хант
Морган решил заняться модной, но неустоявшейся наукой – генетикой. Генетические работы были подготовлены
многолетними исследованиями клеточного ядра.
Сначала он хотел проверить, справедливы ли выводы Менделя о существовании наследственных задатков – генов,
передающихся из поколения в поколение в случайных комбинациях. Морган всегда до этого работал с кроликами, но
денег на содержание большого количества животных, необходимого для проверки законов Менделя, ему не дали. Тогда
выбор его пал на дрозофилу, дающую в год несколько десятков поколений и в каждом поколении до тысячи потомков.
Тем более, что ее легко разводить в пробирках на засеянных дрожжами растертых бананах или манной каше с изюмом.
Подсчитывают проявляющиеся признаки у мушек, усыпленных эфиром. Оказалось, что у дрозофилы есть наследование
признаков в соответствии с законами Менделя. Но также были обнаружены признаки, которые наследовались целой
группой, вместе. Оказалось, что у дрозофилы три большие группы сцепления и одна маленькая (с небольшим
количеством признаков). Но столько же у нее хромосом в гамете: три большие и одна маленькая. Значит, группы
сцепленных генов – это хромосомы. Морган и его ученики (из которых нам наиболее известны Меллер, Бриджес)
установили, что гены в хромосомах расположены в линейном порядке, на определенном расстоянии друг от друга.
Морган и его школа открыли сцепление генов на дрозофиле, ставшей классическим объектом генетики.
У человека анализ сцепления методами, разработанными Морганом (т.е. методом гибридизации и анализирующего
скрещивания), невозможен, поскольку невозможны прямые скрещивания. Поэтому для изучения законов наследования
в человеческих популяциях применяют другие методы, о которых речь пойдет в следующей лекции. С помощью этих
методов было выявлено, что независимое наследование признаков (согласно законам Менделя) у человека возможно,
если гены расположены в разных хромосомах.
- мышечной дистрофии (m)
- куриной слепоты (n)
Все эти признаки могут наследоваться вместе. Это пример сцепленного с полом наследования.
2. В хромосоме №1
- El – эллиптоцитоз: овальная форма эритроцитов, доминантный ген
- Rh - резус-фактор аутосомно-рецессивный тип наследования (резус-фактор определяется тремя тесносцепленными
локусами CDK, наследуемыми моногенно):
Еще Морган, основываясь на результатах проведенных опытов, пришел к выводу, что сцепление может
быть полным (когда группа сцепления не нарушается) и неполным (группу сцепления нарушает кроссинговер).
Кроссинговер – обмен идентичными участками между гомологичными хромосомами. Он приводит к рекомбинации
наследственных задатков (генов) и формированию новых сочетаний генов в группах сцепления. Происходит
кроссинговер в профазе 1 мейоза в результате конъюгации гомологичных хромосом, когда их хроматиды
образуют хиазмы (фигура хиазмы по своему контуру напоминает греческую букву «хи»):
Явление полного сцепления в природе встречается очень редко (сейчас известно 2 таких примера: гетерогаметные особи
дрозофилы и тутового шелкопряда). У человека, как предполагают (биохимических доказательств этой гипотезы еще нет),
- гены С,D,К, определяющие резус-фактор. Именно в связи с этим наблюдается передача резус-принадлежности по типу
моногенного наследования.
60% 40% кроссоверы
При неполном сцеплении генов процент кроссоверов к общему числу потомков от анализирующего скрещивания –
величина постоянная.
На основании этого Морган сделал вывод, что % кроссинговера прямо пропорционален расстоянию между генами
(чем дальше гены – тем больше возможностей для перекреста.) Сила сцепления – обратно пропорциональна
расстоянию (чем гены ближе, тем сильнее сцеплены).
На основании того, какой процент кроссоверных особей получается в потомстве Морган, и его школа
предложили расстояние между генами измерять в процентах перекреста. Эта единица расстояния между генами в честь
Моргана названа морганидой.
Т. е., генетическая карта – это схема взаимного расположения генов в хромосоме. Генетические карты хромосом строятся
на основе анализа гибридного потомства, полученного при анализирующих скрещиваниях. Однако, можно строить и
цитологические карты, изучая гигантские хромосомы, обнаруженные в слюнных железах личинок двукрылых насекомых
(эти хромосомы в 100-200 раз больше обычных хромосом). Оказывается, данные, полученные путем скрещивания,
совпадают с изменениями, наблюдаемыми с помощью микроскопа в гигантских хромосомах.
Но для построения карт хромосом у человека эти методы неприменимы. Для этого используют специальные методы:
1) гибридизации соматических клеток. В культуре получают клетки – гибридные → мышь-человек; хромосомы человека
постепенно утрачиваются. И по тому, какая хромосома потерялась и какие ферменты перестали синтезироваться в
гибридной клетке, можно судить о том, какие гены локализованы в этой утраченной хромосоме.
2) анализа семейных родословных (картированы локусы АВ0)
3) ДОХ и идентификация хромосом. Благодаря этому можно идентифицировать не только целые хромосомы, на и
отдельные части.
4) гибридизации ДНК – метод молекулярной биологии. Меченая и-РНК искомого гена гибридизуется с
денатурированной хромосомной ДНК. Последовательности и-РНК, гибридизуясь со своими ДНК-копиями в хромосомах,
будут обнаруживаться в конкретных участках определенных хромосом.
На сегодняшний день картированы наиболее полно хромосомы №1 и Х-хромосома, хотя группы сцепления определены
для многих хромосом: > 17.
4. Современное состояние исследований генома человека. 5. Положения хромосомной теории
наследственности. 6. Механизм генетического определения пола
В Х-хромосоме определено положение более, чем 115 локусов на основе анализа родословных (для многих из них, это
подтверждено методами гибридизации соматических клеток). Небольшое количество генов локализовано с помощью
метода гибридизации соматических клеток.
В 1
й
хромосоме определено положение более, чем 24
х
локусов.
Во 2
й
– группа крови MN.
В 11
й
хромосоме – ген β-глобина, ген инсулина.
В 16 – α-глобина.
Достоверно идентифицировано около 1,5 тысяч генов человека (это 1-5% от их общего числа).
Разработаны генно-инженерные подходы для получения полной карты генома человека. Но размер ДНК настолько
огромен, что на это уйдут многие годы.
В 1902-1903 году ученые Сеттон, Вильсон (США) и Бовери (Герман.) – параллелизм в наследовании признаков и
поведении хромосом при гаметогенезе и одновременно предположили, что наследственные задатки – в хромосомах. Так
было положено начало созданию хромосомной теории наследственности.
В 1909 г. Иогансен предложил термин «ген».
В 1910 г. теория получила развитие в трудах Моргана и его школы.
В 1913 г. Бриджес получил окончательные доказательства (он открыл наследование признаков, сцепленных с полом, при
нерасхождении половых хромосом).
Основные положения хромосомной теории
1. Гены локализованы в хромосомах в определенной последовательности.
2. Каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме.
3. Гены относительно стабильны, но могут мутировать (т.е. и целостные и дискретные).
4. Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются вместе, составляя группу сцепления.
5. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов.
6. Сцепление генов может нарушаться процессом кроссинговера с образованием рекомбинантных хромосом.
7. Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами (прямая зависимость).
8. Частота кроссинговера зависит от силы сцепления (обратная зависимость: чем сильнее сцепление, тем меньше
величина кроссинговера).
9. Расстояние между генами измеряется в процентах кроссинговера (морганидах).
Наследование пола (определение пола).
Из 46 хромосом человека: 44 – аутосомы (есть у ♀ и ♂) и 2 – гетеросомы (ХУ).
♀ пол – гомогаметен (гаметы несут: 22 А+Х)
♂ - гетерогаметен (гаметы 22 А+Х и 22 А+У).
Теоретическое соотношение полов – 1:1, то есть: пол наследуется как менделирующий признак. Пол будущего ребенка
всегда определяет гетерогаметнвй пол.
Генотипический пол человека можно определить, изучая соматически клетки на стадии интерфазы.
Одна Х-хромосома всегда в активном состоянии, т.е. работает (раскручена).
Другая (если она есть) – в покоящемся состоянии, в виде плотного тельца Барра равно общему числу Х-хромосом – 1. У
женщин в норме 1 тельце Барра, у мужчин его нет. Т.е. у гетерогаметного пола т. Барра нет, у гомогаметного – есть.
Гомогаметный пол несет двойную дозу генов, расположенных в Х-хромосоме. Наличие в организме женщины такой
двойной дозы определяет нормальное развитие организма по женскому типу. Если из половой пары присутствует только
одна Х-хромосома (Х0) или их более двух (ХХХ, ХХХХ и т.д.) – т.е. доза генов уменьшена или увеличена, то это приводит к
развитию женского организма, на такие женщины, часто, бесплодны и в случае одинарной дозы генов по Х-хромосоме –
умственно слабо развиты. Развитие соответствующего признака у нормальной гетерозиготы (Х
А
Х
а
) зависит от
взаимодействия между аллельными генами.
Гетерогаметный пол (у человека - ♂ имеет одну Х хромосому: Х0 или ХУ). Т.е. такие особи в половой паре имеют одну
дозу генов. Гены негомологичных участков Х и У-хромосом (или единственной Х-хромосомой) у гетерозиготного пола
находятся в гемизиготном состоянии, иначе говоря, представлены единственной дозой, они непременно проявляются в
фенотип, будь то доминантный или рецессивный ген.
Предполагают, что функция У-хромосомы у каждого вида разная. У большинства видов У-хромосома не содержит генов,
относящихся к полу. Ее даже называют генетически инертной (пустой), т.к. в ней очень мало генов.
У человека Х и У хромосомы обе участвуют в определении пола, причем У-хромосома является при этом главной.
Организм ♂ формируется на 6-10
й
неделе эмбриогенеза. Если в этот период эмбрион с У-хромосомой не развивается в ♂
организм, то он приобретает ♀ вторичные половые признаки - ♀ фенотип (синдром Морриса). Это объясняется мутацией
гена НУ в У-хромосоме, который отвечает за белок необходимый для развития ♂ гонад и выработки мужского гормона
(психически и умственно такие люди здоровы, но бездетны).
В случае, если организм имеет и мужские, и женские половые железы, наблюдается истинный
гермафродитизм (например, плоские черви).
При ложном гермафродитизме – половая железа одного пола, а вторичные половые признаки – другого.
Сейчас уже установлено, что пол определяется наследственными факторами.
Но есть случаи, когда пол определяется условиями среды (червь боннелия). Точно так же у некоторых рыб внешние
факторы оказывают заметное влияние на вторичное переопределение пола (аквариумные рыбки, живущие стаей с
одним самцом → с его гибелью α-самка становится самцом). Подобные примеры указывают на исходную
бисексуальность организма, о которой впервые писал Бриджес.
7. Наследование, сцепленное с полом. 8. Наследование, ограниченное полом 9.Наследование, контролируемое полом.
Наследование, сцепленное с полом.
Выяснение этого типа наследования было вторым крупным открытием Моргана.
Если ген, определяющий признак, находится в половой хромосоме, то наследование такого признака зависит от пола.
У человека определено более 100 признаков, наследуемые по Х-хромосоме, т.е. сцепленных с полом (в разных
источников указывают от 115 до 200 генов). Гены локализованы в Х- и У-хромосомах делятся на три группы.
Предполагают, что в коротком плече этой хромосомы находятся гены, определяющие развитие ♂ пола.В 1955 г. у мыши
описан антиген Y-хромосомы (НУ).Он нужен для связывания с рецепторами клеток половых желез. Связанный с
рецептором антиген активизирует развитие гонады по мужскому типу. Этот антиген обнаружен у многих видов животных
и у человека тоже. То есть наследование способности к развитию ♂ гонад определяются голандрическим геном.
3 группа - гены в гомологичных участках Х и У-хромосом (т.е. наследуются как с Х-, так и с У-
хромосомой). Например: пигментная ксеродерма, пигментный ретинит, общая цветовая слепота, геморрагический
диатез, ихтиоз, глазной альбинизм и т.д.
Т.к. мужской пол имеет только одну Х-хромосому, то у него в фенотипе проявляется любой ген, расположенный в ней –
доминантный либо рецессивный. Как указано выше, такое явление называется гемизиготностью. В этом случае
происходит крисс-кросс (крест-накрест) наследование (от отца→к дочери, но не к сыну). Крисс-кросс передача
происходит от матери к сыновьям, когда отец здоров, а мать – гомозиготна по рецессивному гену. И сыновья наследуют с
Х-хромосомой признак и ген матери.
Наследование:
а) ограниченное полом гены, имеющиеся у обоих полов, но проявляющиеся только (преимущественно) у одного,
называются ограниченные полом. Они могут находится в любой хромосоме: в аутосоме и половой. Например, у ♀ -
ширина таза, время начала месячных и др. У ♂ - рост бороды и усов, волосы на груди и т.д.
Т.е. ген есть и у мужчин, но проявляется фенотипически только у женщин (количество и жирность молока и т.д.). И
наоборот, - есть и у женщин, а проявляется только у мужчин (рост бороды).
Надо помнить, что ограниченное полом наследование касается проявления гена только у одного пола, а сцепленное с
полом наследование – локализации генов в половых хромосомах.
б) зависимое от пола (контролируемое полом) – это проявление генов у обоих полов, но в разной степени: у одного
пола – большей, у другого – в меньшей.
Например, облысение у ♂♂ доминирует, у ♀♀ - нет. Поэтому гетерозиготные ♂♂ - лысые, а ♀♀ - нет. Но гомозиготы (АА) и
(аа) будут проявляться и у ♂♂, и у ♀♀ одинаково: АА – лысые, аа - волосатые.
Соседние файлы в папке 1 семестр по темам