6. Генетическая роль митоза и мейоза.

генетическое значение митоза

каждая из возникающих в результате деления клеток несет полный набор генов, свойсвенных инициальной клетке.

Генетическое значение мейоза

во-первых, состоит в том, что в результате редукционного деления половые клетки эукариот получают гаплоидный (n) набор хромосом. После слияния в результате оплодотворения половых клеток образуется зигота, несущая диплоидный набор хромосом (2n), свойственный особям данного вида.

Во-вторых, материнские клетки пыльцы или микроспор содержат наборы хромосом, попавшие к ним в процессе оплодотворения от отцовской и материнской особи. В процессе анафазы I каждая материнская и отцовская хромосома имеют равновероятные возможности отойти к тому или иному полюсу. Вероятность того, что к одному полюсу отойдут материнские хромосомы, а к другому только отцовские, чрезвычайно мала и будет равна (1/2)n-1, где n -гаплоидный набор хромосом. В результате образовавшиеся гаметы содержат новое сочетание генов по сравнению с гаметами, давшими начало данному организму.

в-третьих, процесс кроссинговера при мейозе доводит перекомбинацию генов в образующихся гаметах практически до бесконечности.

7) Хромосомы человека. Хромосома - самовоспроизводящийся структурный элемент ядра клетки, содержащий ДНК, в которой заключена генетическая (наследственная) информация. В структуре хромосом видны более темные участки – так называемый гетерохроматин и более светлые - эухроматин. В гетерохроматине хромосомы сильнее спирализованы, чем в эухроматине. Гетерохроматиновые участки менее активны, чем эухроматиновые, в которых и локализована большая часть известных генов. Центромера(первичная перетяжка). Определяет движение хромосомы и различима в виде более светлой зоны, которая движется в митозе, увлекая за собой несколько отстающие плечи хромосомы. Типы строения хромосом: телоцентрические (палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце); акроцентрические (палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом); субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L); метацентрические (V-образные хромосомы, обладающие плечами равной длины).Тип хромосом является постоянным для каждой гомологичной хромосомы и может быть постоянным у всех представителей одного вида или рода.

8) Условия выполнения Законов Менделя

1. Равная вероятность образования всех типов гамет.

2.   Одинаковая выживаемость всех типов гамет.

3. Равная вероятность встречи всех типов гамет.

4. Одинаковая жизнеспособность всех типов зигот.

9) Цитологические основы наследственности

Всякая активно делящаяся клетка претерпевает ряд последовательныхизменений, из которых складывается клеточный цикл. Клеточный цикл состоит из четырех периодов: персинтетического (G1), периода синтеза ДНК (S), постсинтетического (G2) и митоза (M). Мейоз и митоз (основное) + отличие мейоза от митоза-один цикл репликации днк на 2 последовательных деления и сложная профаза I: пролептотена, лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез. Биологическое значение митоза. Он лежит в основе роста и вегетативного размножения всех организмов, имеющих ядро, - эукариот. Основное значение – идентичное воспроизведение клетки, поддержание постоянства числа хромосом, а, следовательно, копирование генетической информации. Биологическое значение мейоза. Обеспечивает комбинативную изменчивость. Хромосомы разных бивалентоврасходятся в анафазе I независимо друг от друга, это приводит к рекомбинации родит хромосом. В мейозе также происходит рекомбинация гомологичных участков хромосом.

Цитологические основы законов Менделя - особенности поведения хромосом в в мейозе: 1 закон – зависимое поведение (расхождение) гомологичных хромосом – гомологичные хромосомы в первом делении мейоза расходятся к противоположным полюсам деления.

3 закон – независимое поведение (расхождение) негомологичных хромосом по отношению дуг к другу.

10) Клонирование генов. Для выделения нужного фрагмента ДНК в препаративных количествах его необходимо встроить в плазмиду - вектор, вскрытую той же рестриктазой, которую использовали для получения рестриктов геномной ДНК. В качестве векторов служат плазмиды, несущие гены устойчивости к антибиотикам. В настоящее время работают с искусственными рекомбинантными плазмидами, которые несут два или три гена устойчивости, в которых содержат по одному уникальному сайту рестрикции для какой- либо рестриктазы. Это плазмиды pBR322, 324, 325 и др. Например, плазмида pBR322 несет гены устойчивости к ампициллину(Ap) и тетрациклину(Tc). В гене Ap находится уникальный сайт для рестриктазы Pst1, а в гене Tc – для BamH1. Вскрывая вектор pBR322 по сайту BamH1 в гене Tc, в него можно встроить фрагменты, полученные при помощи той же рестриктазы за счет взаимодействия липких концов. Если теперь трансформировать клетки компентентной культуры E.coli плазмидой pBR322 со встроенным в неё фрагментом, то трансформантов можно отобрать на среде с ампициллином. Далее проверяют на устойчивость к тетрациклину. Если трансформацию осуществляла плазмида со вставкой фрагменты в ген Tc, трансформант должен быть чувствителен к тетрациклину, поскольку ген Tc оказался разован и инактивирован вставкой. Далее клонируемый ДНК может быть ограничено размножен в ходе клеточных делений трансформанта. Широко применяют векторы на основе бактериофага лямбда. Известно что средняя часть генома лямбда не существенна для его литического размножения в E.coli и может быт ьзаменена на чужеродный фрагмент ДНК. Образуются после размножения в клетке фаги с чужеродными фрагментами ДНК. В этом случае клонируемый участок ДНК хранят в виде частиц бактериофага или в виде клона бактерии с интегрированными гибридными профагами. Поскольку трансформацию осуществляют смесью плазмид с разными вставками, то различные клетки в результате трансформации получат разные фрагменты клонируемой ДНК. Следовательно, на этом этапе нужно собрать как можно больше клонов трансформантов, чтобы быть уверенными в том, что искомый ген находится в одном из клонов. Так создают банки генов. Объем банка : N =( M/m ) * ln (1-P)

11) Хромосомная теория наследственности. Морган. 1)Гены находятся в хромосомах; 2) В хромосомах гены располагаются линейно; 3)Мерой расстояния между генами является частота рекомбинантных обменов (кроссинговера). Частота кроссинговера – доля рекомбинантных особей к общему числу потомков, полученных в результате анал. скрещивания. 4)За единицу рекомбинации принят 1% или 1 сМ. Частоту кроссинговера одного гена рассчитывают между ним и центромерой. Основные доказательства хромосомной теории наследственности были получены в экспериментах Т.Х. Моргана и его сотрудников в начале нашего столетия (опыты на дрозофилах).

13) Закон Харди–Вайнберга – основной закон популяционной генетики. Структура генофонда в панмиктической стационарной популяции описывается основным законом популяционной генетики – законом Харди-Вайнберга, который гласит, что в идеальной популяции существует постоянное соотношение относительных частот аллелей и генотипов, которое описывается уравнением:

(p _A + q _a)² = р² _АА  +  2∙р∙q _Aa  +  q² _aa  =  1

Если известны относительные частоты аллелей p и q и общая численность популяции N_общ, то можно рассчитать ожидаемую, или расчетную абсолютную частоту (то есть численность особей) каждого генотипа. Для этого каждый член уравнения нужно умножить на N_общ:

p² _AA · N_общ + 2·p·q _Aa · N_общ + q² _aa · N_общ = N_общ

В данном уравнении: p² _AA · N_общ – ожидаемая абсолютная частота (численность) доминантных гомозигот АА; 2·p·q _Aa · N_общ – ожидаемая абсолютная частота (численность) гетерозигот Аа; q² _aa · N_общ – ожидаемая абсолютная частота (численность) рецессивных гомозигот аа

Выполнение закона Харди–Вайнберга в природных популяциях.

В большинстве изученных популяциях отклонения от перечисленных условий обычно не влияют на выполнение закона Харди-Вайнберга. Это означает, что:– численность природных популяций достаточно большая;– женские и мужские гаметы равноценны; самцы и самки в равной степени передают свои аллели потомкам);– большинство генов не влияет на образование брачных пар;– мутации происходят достаточно редко;– ео не оказывает заметного влияния на частоту большинства аллелей;– популяции в достаточной степени изолированы друг от друга.

Если же закон Харди-Вайнберга не выполняется, то по отклонениям от расчетных величин можно установить эффект ограниченной численности, различие между самками и самцами при передаче аллелей потомкам, отсутствие свободного скрещивания, наличие мутаций, действие естественного отбора, наличие миграционных связей между популяциями. В реальных исследованиях всегда существуют отклонения эмпирических, или фактических абсолютных частот от расчетных, или теоретических. Поэтому возникает вопрос: закономерны эти отклонения или случайны, иными словами достоверны или недостоверны? Для ответа на этот вопрос нужно знать фактические частоты доминантных гомозигот и гетерозигот. Поэтому в популяционно-генетических исследованиях выявление гетерозигот играет очень важную роль.

Практическое значение закона Харди–Вайнберга: 1.В здравоохранении – позволяет оценить популяционный риск генетически обусловленных заболеваний. 2. В селекции – позволяет выявить генетический потенциал исходного материала. 3. В экологии – позволяет выявить влияние самых разнообразных факторов на популяции.

14) Близнецовый метод. Близнецы – это два и более ребенка, зачатые и рожденные одной матерью почти одновременно. Различают однояйцевых и разнояйцевых близнецов. Однояйцевые (монозиготные, идентичные) близнецы возникают на самых ранних стадиях дробления зиготы, когда два или четыре бластомера сохраняют способность при обособлении развиться в полноценный организм. Поскольку зигота делится митозом, генотипы однояйцевых близнецов, по крайней мере, исходно, совершенно идентичны. Однояйцевые близнецы всегда одного пола, в период внутриутробного развития у них одна плацента.

Разнояйцевые (дизиготные, неидентичные) близнецы возникают иначе – при оплодотворении двух или нескольких одновременно созревших яйцеклеток. Таким образом, они имеют около 50% общих генов. Другими словами, они подобны обычным братьям и сестрам по своей генетической конституции и могут быть как однополыми, так и разнополыми. Таким образом, сходство между однояйцевыми близнецами определяется и одинаковыми генотипами, и одинаковыми условиями внутриутробного развития. Сходство между разнояйцевыми близнецами определяется только одинаковыми условиями внутриутробного развития.

Частота рождения близнецов в относительных цифрах невелика и составляет около 1%, из них 1/3 приходится на монозиготных близнецов. Однако в пересчете на общую численность населения Земли в мире проживает свыше 30 млн. разнояйцевых и 15 млн. однояйцевых близнецов. Для исследований на близнецах важно: устано­вить достоверность зиготности. Цель: При сравнении однояйцевых и разнояйцевых близнецов, воспитанных в одной и той же среде, можно сделать заключение о роли генов в развитии признаков. Условия послеутробного развития для каждого из близнецов могут оказаться разными. Близнецовый метод позволяет делать обоснованные заключения о наследуемости признаков: роли наследственности, среды и случайных факторов в определении тех или иных признаков человека,

Некоторые примеры, иллюстрирующие сходство (конкордантность) и различие (дискордантность) многих признаков: обращает на себя внимание высокая степень сходства однояйцевых близнецов по таким тяжелым заболеваниям, как шизофрения, эпилепсия, сахарный диабет.Кроме морфологических признаков, а также тембра голоса, походки, мимики, жестикуляции и т. д. изучают антигенную структуру клеток крови, белки сыворотки, способность ощущать вкус некоторых веществ.

Считается, что социально значимые признаки примерно на 80 % обусловлены генотипом.

15)Развитие представлений о гене.В основу современной генетики легли закономерности наследственности, обнаруженные Г. Менделем при скрещивании различных сортов гороха (1865), а также мутационная теория X. Де Фриза (1901–1903). Но рождение генетики относят к 1900 г., когда X. Де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак вторично открыли законы Г. Менделя.В 1906 г. У. Бэтсон (Англия) предложил термин «генетика», а в 1909 г. В.Л. Иоганссен предложил термин «ген». Т. Морганом были заложены и основы теории гена. Труды А.С.Серебровского, которые сформулировали в 1929–1931 гг. представления о сложной структуре гена. Эти представления были развиты и конкретизированы в ис­следованиях по биохимической и молекулярной генетике, которые привели к созданию Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953) модели ДНК, а затем и к расшифровке генетического кода, определяющего синтез белка.Особенности развития отечественной генетики: Начало развития генетики в нашей стране приходится на первые годы Советской власти. В 1919 г. в Петроградском университете была создана кафедра генетики, которую возглавил Ю.А. Филипченко (1882–1930). В 1930 г. открылась Лаборатория генетики Академии наук СССР под руководством Н.И. Вавилова (с 1933 г. – Институт генетики).В 1920–1930-е гг. наша страна лидировала по всем разделам генетикиКольцов Н.К. (1872–1940) – предсказал свойства носителей генетической информации; разрабатывал теорию гена; разрабатывал учение о социальной генетике (евгенике). Вавилов Н.И. (1887–1943) – сформулировал закон гомологических рядов, разработал учение о виде как системе. Мичурин И.В. (1855–1935) – открыл возможность управления доминированием. Серебровский А.С. (1892–1948) – создал учение о генофонде и геногеографии: «Совокупность всех генов данного вида я назвал генофондом, чтобы подчеркнуть мысль о том, что в лице генофонда мы имеем такие же национальные богатства, как и в лице наших запасов угля, скрытых в наших недрах». Дубинин Н.П. (1907–) – доказал делимость гена; независимо от западных исследователей установил, что важную роль в эволюции играют вероятностные, генетико-автоматические процессы. Н.В. Тимофеев-Ресовский (1900–1981) – заложил основы современной генетики популяций. На августовской (1948 г.) сессии ВАСХНИЛ власть в науке захватил президент ВАСХНИЛ академик Т.Д. Лысенко. Научной генетике он противопоставил лжеучение под названием «мичуринская биология». В конце 1960-х гг. наша страна вновь обрела утраченные позиции в мировой науке.

16) Методы гибридизации соматических клеток в картировании у человека. Соматическая гибридизация – скрещивание соматических клеток человека и животного. Чаще всего используют клетки грызунов – мыши. Для того чтобы облегчить слияние клеток разных видов, в культуральную среду добавляют вирус Сендай, инактивированный УФ-облучением. Для отбора слившихся клеток от исходных клеток их выращивают на специальной селективной среде, которая позволяет размножаться только гибридным. В только что образовавшихся гибридных клетках ядра содержат оба набора хромосом человека и мыши. Однако последующее размножение гибридных клеток приводит к постепенной утрате хромосом человека у гибридов, поэтому остается одна или даже фрагмент хромосомы человека. Раньше тестировалось присутствие в гибридных клетках, в которых осталась одна или несколько хромосом человека, ферментов и других белков человека. Обычно из гибридов соматических клеток создавали панели, в которых присутствовали хромосомы человека в минимальных количествах и в самых разных комбинациях. Поэтому для установления локализации гена соответствующего фермента или другого белка человека не было необходимости применять только те гибриды соматических клеток, которые содержали лишь одну хромосому человека. Вместе с тем сначала можно было картировать только гены человека, проявляющиеся на клеточном уровне, и невозможно было работать с генами, имевшими сложное феноти-пическое проявление, при котором первичный дефект оставался неизвестным. Методы молекулярной генетики позволили решить эту проблему. В настоящее время чаще всего используют: Метод FISH (Fluorescence in situ hybriditation) – можно сразу гибридизировать определенную последовательность и найти её место в геноме.- WCP(whole chromosome painting) легко искать гомологи; выявление хромосомных территорий в интерфазном ядре.- ПЦР; - блоттинг по Саузерну. С помощью данных методов в общем можно тестировать гибридные соматические клетки на наличие в оставшихся хромосомах человека любых генов независимо от того, известен ли продукт этих генов или нет. Недостатком метода : локализация генов устанавливалась с точностью до хромосомы. Разрешающие возможности в картировании генов таким путем были, следовательно, ограничены. Однако если в гибридных клетках осталась только одна хромосома человека, то, облучив такие гибридные клетки рентгеновскими или гамма-лучами, можно добиться фрагментации этой хромосомы и после получения новых гибридных клеток с помощью дополнительного слияния с клетками грызунов (после облучения гибридные клетки без дополнительного слияния с клетками грызунов погибают) уточнить локализацию интересующего исследователей генов вплоть до небольшого фрагмента определенной хромосомы

17) ДНК – фингерпринтинг. ДНК-фингерпринтинг - Метод получения уникальных ДНК-профилей на основе использования ряда маркерных технологий. Первоначально использовалась техника ПДРФ (RFLP), в дальнейшем наиболее часто стала использоваться техника полимеразной цепной реакции. Синоним - генетический фингерпринтинг.Недостатки: 1.Фрагменты ДНК, имеющие разное происхождение, из-за одинаковой длины могут идентифицироваться как идентичные, 2. Неизвестное происхождение фрагментов. 3.Длина фрагмента часто значительно превышает длину зонда – трудности молекулярного анализа, 4. Невозможность сравнения результатов разных анализов, 5. Исследуемая ДНК должна быть хорошего качества, 6. Мечение зонда, 7. Смещение в геле

18) Механизмы онтогенетической изменчивости.Онтогенетическая изменчивость – изменчивость, происходящая в процессе жизни организма и представляющая собой различие между молодым и взрослым организмами на разных этапах развития. Сама изменчивость может быть наследственной и ненаследственной. В основе данной изменчивости лежит регуляция действия генов :1) в разной клетке – разные гены; 2) В разных клетках – одни и те же гены дают разные продукты. Причины дифференцировки клеток:1. Неравномерное распределение цитоплазматических детерминант при делении клетки.2. Сигналы, поступающие из окружающей среды иди соседних клеток. Теория оперона Ф.Жакоб, Ж.Моно (1965). Оперон, группа функционально связанных между собой генов, детерминирующих синтез белков-ферментов, относящихся к последовательным этапам какого-либо биохимического процесса. Регуляторная функция Оперона осуществляется на стадии транскрипции, т. е. при образовании м-РНК на соответствующем участке ДНК. В начале Оперона обычно локализован промотор - инициирующий транскрипцию участок ДНК, с которым специфически связывается фермент РНК-полимераза, осуществляющая транскрипцию Оперона. За промотором расположен оператор - участок ДНК, с которым взаимодействует регуляторный белок - репрессор. Остальную часть Оперона составляют структурные гены. Репрессоры синтезируются под контролем генов-регуляторов, необязательно входящих в данный Оперон. Взаимодействуя с оператором, репрессор влияет на скорость транскрипции структурных генов. Репрессор, с одной стороны, способен «узнавать» последовательность оснований ДНК оператора, с другой - взаимодействовать с низкомолекулярными веществами - эффекторами, являющимися чаще всего субстратами или продуктами действия ферментов, определяемых данным Оперона. Эффекторы резко меняют сродство репрессора к оператору. Когда репрессор связан с оператором, он препятствует движению РНК-полимеразы вдоль Оперона, и синтез м-РНК тормозится, «выключается». Отделение репрессора от оператора приводит к «включению» Оперона. Т. о., оператор определяет активность Оперона в целом. Уровни регуляции экспрессии генов:1. На уровне репликации: - Кольцевые молекулы ДНК, кодирующие рРНК в ооцитах Xenopus laevis; - политенные хромосомы двукрылых2. На уровне хроматина:-гетерохроматин и эухроматин ; - модификация гистонов: метилирование, ацетелирование(уменьшает сродство гистона к ДНК, метилирование – компактизацию хроматина).3. На уровне транскрипции:Взаимодействие транскриптационных факторов по правилу ЗК: -концентрация;- конкуренция; - кооперация. 4. На уровне сплайсинга: Есть экзоны, которые иногда могут вырезаться. 5. На уровне трансляции – 5 UTR – образует вторичные структуры > устойчивы к РНКазам.Цитоплазматическое полиаденилирование или деаденелирование.