Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Новосибирский государственный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Soderzhanie

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.06.2015

Размер:

332.66 Кб

Скачать

☆

Институт	Новосибирский
цитологии и генетики	Государственный
ÑÎ ÐÀÍ	Университет
Лаборатория	Кафедра
молекулярной цитогенетики	цитологии и генетики

Жимул¸в Игорь Федорович

ЛЕКЦИИ ПО ОБЩЕЙ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ

ГЕНЕТИКЕ

Ответственные редакторы: доктор биологических наук Беляева Е.С. доктор биологических наук Акифьев А.П.

2000

От автора

Данное пособие не является учебником, а представляет собой лишь набросок, иногда очень конспективный, лекций по курсу “Общая генетика” (22 лекции, разделы 1-8, 14-22), а также спецкурса “Материальные основы наследственности” (15 лекций, разделы 9-13), читавшихся студентам 3-го курса в Новосибирском государственном университете в 1993-2000 гг. Текст записан больше в помощь самому лектору, чем другим читателям. Курс находится в стадии становления, поэтому различные его разделы раскрыты в разной степени, что подразумевает активную самостоятельную работу учащихся.

Необходимость положить текст этих лекций на бумагу связана с двумя обстоятельствами, прежде всего в связи с чрезвычайно бурным развитием генетики в мире, особенно молекулярной генетики и генной инженерии, а также в связи с тем, что последствия кризиса, охватившего Россию в 80 - 90-х годах, больнее всего ударили по науке и системе образования. В результате учебники по генетике для вузов не издавались с 1989 года. За это время наука ушла далеко вперед.

Весь материал пособия легко подразделяется на четыре части: “основные определения классической генетики” (главы 1-5), ”структура генома и гена” (главы 6-8), “организация хромосом” (главы 9-13) и ”функционирование генетических систем” (главы 14-22).

В заключении автору хотелось бы выразить глубокую благодарность друзьям и коллегам, оказавшим помощь на различных этапах подготовки данных лекций: А.П. Акифьеву и Е.С. Беляевой за прочтение текста, советы и комментарии. При подготовке отдельных лекций большую помощь оказали В. Геринг, Н.П. Гончаров, О.В. Демакова, Е.Б. Кокоза, В.Г. Колпаков, О.Э. Костерин, В.А. Лавровский, Ж.-А. Лепезант, Н.К. Назарова, Л.А. Першина, В.А. Ратнер, В.А. Соколов, А.В. Таранин, В.Ф. Чугуй и М. Эшбернер.

Компьютерную верстку текста и подготовку рисунков осуществил Д.Е. Коряков. Текст набирали И.П. Селиванова, Е.А. Долбак, М.А. Шмакова и И.В. Макунин.

Данный курс в рукописи весьма тщательно прочитали глазами учащихся студенты А.А. Горчаков, Л.В. Болдырева, Т.Д. Троценко и аспирант А.А. Алексеенко. Автор особо благодарит их за конструктивные предложения по улучшению манеры изложения.

Создание данного курса лекций частично финансировалось Федеральной целевой программой “Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 гг.”, программой “Соросовские профессора” Международного Научного Фонда, а также рядом частных спонсоров.

И, наконец, автор благодарит В.К. Шумного за большую помощь в издании данного курса. Переписку с автором можно вести по адресам:

Институт цитологии и генетики СО РАН, проспект академика Лаврентьева 10, Новосибирск 630000

Электронная почта: zhimulev_uchebnik@yahoo.com

Текст - 447 страниц, таблиц - 44, рисунков - 454.

Содержание

ГЛАВА 1. Общие положения: предмет и история развития генетики
1.1. Предмет генетики ...................................................................................................	1
1.2. Краткая история развития представлений о наследственности .............................	2
1.3. Краткий очерк истории генетики в России ...........................................................	11
Московская школа генетики ..............................................................................	17
Кафедра генетики Санкт-Петербургского Университета ..................................	18
1.4. Сведения об Институте цитологии и генетики СО РАН ......................................	20
ГЛАВА 2. Менделизм - дискретность в наследованиии признаков
2.1. Моногибридное скрещивание ..............................................................................	25
2.1.1. Доминирование по Менделю ...................................................................	25
2.1.2. Анализирующее скрещивание ..................................................................	27
2.1.3. Неполное доминирование и кодоминирование ........................................	27
2.1.4. Отклонения от ожидаемого расщепления ...............................................	27
2.2. Дигибридное скрещивание...................................................................................	28
2.3. Генетический анализ при взаимодействии генов .................................................	30
2.3.1. Комплементарное действие генов ...........................................................	30
2.3.2. Эпистаз ......................................................................................................	31
2.3.3. Полимерия ................................................................................................	32
2.4. Количественные признаки ....................................................................................	33
ГЛАВА 3. Морганизм - хромосомная теория наследственности
3.1. Наследование признаков, сцепленных с полом ...................................................	35
3.2. Нерасхождение половых хромосом ....................................................................	36
3.3. Сцепленное наследование и кроссинговер ..........................................................	37
3.3.1. Сцепленное наследование ........................................................................	37
3.3.2. Кроссинговер............................................................................................	38
3.3.2.1. Генетические доказательства перекреста хромосом ..................	38
3.3.2.2. Цитологические доказательства кроссинговера .........................	39
3.3.2.3. Частота кроссинговера и линейное расположение генов
в хромосоме .................................................................................	40
3.3.2.4. Одинарный и множественный перекресты хромосом .................	41
3.3.2.5. Интерференция ..............................................................................	42
3.3.2.6. Неравный кроссинговер................................................................	43
3.3.2.7. Митотический (соматический) кроссинговер .............................	43
3.3.2.8. Факторы, влияющие на кроссинговер ..........................................	44
ГЛАВА 4. Изменчивость наследственного материала
4.1Мутационнаятеорияиклассификациимутаций ....................................................	46
4.1.1. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости
Н.И. Вавилова............................................................................................	47
4.1.2. Классификация мутаций Г. Меллера .........................................................	48
4.1.3. Генеративные и соматические мутации ...................................................	50
4.1.4. Прямые и обратные мутации ....................................................................	51
4.1.5. Плейотропный эффект мутаций ................................................................	51
4.1.6. Экспрессивность и пенетрантность мутаций ...........................................	52
4.1.7. Множественные аллели ............................................................................	52
4.1.8. Условные мутации ....................................................................................	53
4.2.Спонтанные ииндуцированныемутации .............................................................	53
4.2.1. Методы учета мутаций .............................................................................	53

Содержание

4.2.2.Спонтанныемутации .................................................................................	55
4.2.3.Индуцированныемутации .........................................................................	56
4.3. Хромосомные перестройки .................................................................................	61
4.3.1. Инверсии ...................................................................................................	61
4.3.2.Транслокации .............................................................................................	63
4.3.3. Делеции .....................................................................................................	64
4.3.4.Дупликации................................................................................................	66
4.4. Полиплоидия.........................................................................................................	67
4.4.1. Автополиплоидия......................................................................................	68
4.4.2. Аллополиплоидия (амфиполиплоидия) ....................................................	69
4.4.3. Искуственное получение полиплоидов ...................................................	71
4.4.4. Анеуплоидия .............................................................................................	72
4.4.5. Сегментальная анеуплоидия у дрозофилы...............................................	72
4.4.6. Гаплоидия .................................................................................................	73
4.5. Системные мутации ..............................................................................................	74
4.6. Ненаследственная изменчивость .........................................................................	75
4.7. Близнецы ...........................................................................................................	78
ГЛАВА 5. Генетический анализ: картирование генов
5.1. Цели и задачи генетического анализа ..................................................................	82
5.2. Получение мутаций ..............................................................................................	82
5.3. Тест мутаций на аллелизм .....................................................................................	83
5.4. Межаллельная комплементация ...........................................................................	83
5.5. Определение группы сцепления ...........................................................................	85
5.5.1. Определение группы сцепления с помощью рецессивных маркеров .....	85
5.5.2. Определение группы сцепления с помощью доминантных маркеров ....	85
5.6. Локализация гена в группе сцепления ..................................................................	86
5.6.1. Классический метод .................................................................................	86
5.6.2. Картирование летальных мутаций ............................................................	88
5.6.3. Селективные схемы скрещивания............................................................	89
5.6.4. Соотношение кроссоверной и молекулярной карт генов........................	89
5.6.5. Картирование генов с помощью хромосомных перестроек ...................	90
5.6.6. Картирование генов с помощью соматического кроссинговера............	90
5.7. Метод анеуплоидных тесторов ............................................................................	91
5.7.1. Нуллисомия...............................................................................................	91
5.7.2. Моносомия ...............................................................................................	92
5.8. Методы клеточной биологии ...............................................................................	92
5.9. Локализация генов с помощью гибридизации нуклеиновых кислот in situ ........	93
5.10. Генеалогический метод .....................................................................................	93
5.11. Трансформация у бактерий .................................................................................	94
5.12. Трансдукция ........................................................................................................	98
5.13. Коньюгация.......................................................................................................	101
ГЛАВА 6.Cтруктура и организация генома
6.1. Роль ДНК в наследственности ..........................................................................	107
6.2. Структура ДНК ...................................................................................................	108
6.3. Репликация ДНК .................................................................................................	109
6.3.1. Механизмы репликации ..........................................................................	109
6.3.2. Особенности репликации ДНК у эукариот .............................................	115
6.4. Генетический код ...............................................................................................	121

iii

Содержание

6.5. Геномика - наука о геномах ................................................................................	124
6.6. Структура генома эукариот ................................................................................	127
6.7. Мобильные элементы генома ............................................................................	130
6.7.1. Мобильные элементы геномов растений ...............................................	130
6.7.2. Мобильные элементы у дрозофилы.......................................................	133
6.7.3. Ty-элементы у дрожжей .........................................................................	135
6.7.4. Транспозоны млекопитающих ................................................................	136
6.7.5. Функциональное значение мобильных элементов .................................	136
6.8. Мобильные элементы прокариот .......................................................................	139
6.8.1. IS-элементы ............................................................................................	139
6.8.2. Транспозоны ............................................................................................	139
6.8.3. IS-элементы и транспозоны в плазмидах ...............................................	141
6.8.4. Бактериофаг Mu ......................................................................................	141
ГЛАВА 7. Структура гена
7.1. Развитие представлений о гене ..........................................................................	143
7.2.Оперонныйпринципорганизациигеновупрокариот .........................................	145
7.3. Химический синтез генов...................................................................................	149
7.4. Современные методы молекулярной генетики .................................................	150
7.4.1. Ферменты рестрикции ............................................................................	150
7.4.2. Векторы для молекулярного клонирования...........................................	151
7.4.2.1. Плазмидные векторы ..................................................................	152
7.4.2.2. Фаговые векторы ........................................................................	154
7.4.2.3. Космидные векторы....................................................................	155
7.4.2.4. Челночные векторы ....................................................................	155
7.4.2.5. Искусственные хромосомы дрожжей (YAC) .............................	157
7.4.3. Cоздание геномных библиотек ..............................................................	157
7.4.4. Построение рестрикционных карт ..........................................................	159
7.4.5. Саузерн-блот анализ ...............................................................................	161
7.4.6. “Хромосомная ходьба” ..........................................................................	164
7.4.7. Нозерн-блот анализ ................................................................................	165
7.4.8. Полимеразная цепная реакция ................................................................	165
7.4.9. Определение последовательности нуклеотидов (секвенирование)......	167
7.4.10. Применение технологий с использованием рекомбинантной ДНК ....	169
7.4.11. Трансформация у дрозофилы................................................................	169
7.5. Структура транскрипта: структурная и регуляторная части гена .......................	173
7.6. Регуляторная часть гена .....................................................................................	174
7.6.1. Промоторы и регуляторы .......................................................................	174
7.6.2. Метод репортерных генов для изучения контрольных участков
генов .......................................................................................................	179
7.6.3. Энхансерные участки гена ......................................................................	181
7.6.4. Инсуляторы .............................................................................................	185
7.7. Структурная часть гена ......................................................................................	185
7.7.1. Интроны и экзоны ...................................................................................	185
7.7.2.Альтернативныйсплайсинг .....................................................................	187
7.7.3. Процессинг геномной ДНК у жгутиковых инфузорий ..........................	189
7.7.4. Локализация генов в интронах................................................................	190
7.7.5. Изучение структурной части гена с помощью трансформации ............	190
7.7.6. Участки, терминирующие транскрипцию ...............................................	191

Содержание

7.8. Гомология генов ................................................................................................	192
7.9. Псевдогены ........................................................................................................	193
7.10. Расположение генов в хромосомах эукариот..................................................	193
ГЛАВА 8. Молекулярные механизмы мутагенеза, репарации ДНК,
кроссинговера и генной конверсии
8.1.Характеристикимутаций.....................................................................................	198
8.1.1. Мутации, связанные с нарушением генетического кода .......................	198
8.1.2. Мутации, индуцируемые инсерциями мобильных элементов................	201
8.1.3. Мутации, обусловленные экспансией тринуклеотидных повторов .......	201
8.1.4. Обратные и супрессорные мутации ........................................................	203
8.1.5. Причины мутирования ............................................................................	204
8.2. Механизмы репарации ДНК ...............................................................................	208
8.2.1. Прямая коррекция мутационных повреждений ......................................	208
8.2.2. Механизмы репарации, связанные с эксцизией пар оснований ..............	210
8.3. Молекулярные основы кроссинговера ..............................................................	216
8.3.1. Гомологичная рекомбинация .................................................................	218
8.3.2. Сайт-специфическая рекомбинация .......................................................	221
8.3.2.1. Характеристика процесса ............................................................	221
8.3.2.2. Экспериментальная сайт-специфическая
рекомбинация у дрозофилы ......................................................	223
8.3.3. Случайная рекомбинация ........................................................................	223
8.4. Генная конверсия ................................................................................................	225
ГЛАВА 9. Строение и функционирование хромосом
9.1. Введение .........................................................................................................	227
9.2. Хромосомы вирусов, прокариот и клеточных органелл эукариот ....................	227
9.2.1. Геном бактерий .......................................................................................	228
9.2.2. Геном митохондрий ................................................................................	229
9.2.3. Геном хлоропластов ...............................................................................	232
9.3. Геном и хромосомы дрожжей ...........................................................................	234
9.4. Митотические хромосомы высших эукариот ...................................................	234
9.4.1. Идентификация хромосом......................................................................	234
9.4.2. Кариотип и идиограмма ..........................................................................	236
9.4.3. Дифференциальные окраски хромосом .................................................	237
9.4.3.1. Q-окраска ....................................................................................	237
9.4.3.2. G-окраска ....................................................................................	237
9.4.3.3. R-окраска ....................................................................................	240
9.4.3.4. Т-окраска .....................................................................................	240
9.4.3.5. Окраска по Фельгену ..................................................................	240
9.4.3.6. C-окраска ....................................................................................	240
9.4.3.7. Дифференциальное энзиматическое переваривание
хромосом .....................................................................................	240
9.4.3.8. Многоцветная флуоресцентная гибридизация in situ ...............	240
9.4.4. “Правило Меллера” и синтения ..............................................................	242
9.5. Эу- и гетерохроматин .........................................................................................	244
9.5.1. Компактизация хроматина ......................................................................	245
9.5.2. Дифференциальная окрашиваемость .....................................................	246
9.5.3. Конъюгация гетерохроматиновых районов ...........................................	246
9.5.4. Контакты гетерохроматина с ядерной оболочкой .................................	247

Содержание

9.5.5. Гетерохроматин и хромосомные перестройки ......................................	247
9.5.6. Поздняя репликация ...............................................................................	248
9.5.7. Варьирование количества гетерохроматина ..........................................	248
9.5.8. Формирование гетерохроматиновых районов хромосом
в онтогенезе ............................................................................................	249
9.5.9. Повторенные последовательности ........................................................	250
9.5.10. Генетическое содержание гетерохроматиновых районов
хромосом ..............................................................................................	253
9.5.11. Заключение ...........................................................................................	257
9.6. Теломеры и теломерный гетерохроматин..........................................................	259
9.6.1. Концепция теломеры ..............................................................................	259
9.6.2. Строение теломер ...................................................................................	261
9.7. Диминуция хроматина и хромосом ....................................................................	268
9.7.1. Диминуция хроматина у аскарид ............................................................	268
9.7.2. Диминуция хроматина у циклопов ..........................................................	270
9.7.3.Элиминацияхроматинауинфузорий ......................................................	272
9.7.4. Элиминация хромосом у двукрылых насекомых ...................................	273
9.7.5. Физиологическое значение диминуции хроматина и хромосом............	273
9.7.6. Реорганизация генома при полиплоидизации .........................................	274
9.8. Строение центромеры ........................................................................................	276
9.9. В-хромосомы .....................................................................................................	279

ГЛАВА 10. Эффекты положения гена

10.1 Изменения активности гена в результате перемещений его в системе генома 281

10.2. Эффект положения мозаичного типа ...............................................................	282
10.2.1. Структура гена при эффекте положения мозаичного типа ..................	282
10.2.2. Распространение инактивации ..............................................................	283
10.2.3. Типы мозаичности ................................................................................	283
10.2.4. Уровни инактивации гена ......................................................................	284
10.2.5. Модификаторы эффекта положения ....................................................	285
10.2.6 Механизмы гетерохроматизации ..........................................................	289
10.2.7. Эффект положения под действием теломерного гетерохроматина ...	292
10.2.8. Эффект положения мозаичного типа у других организмов ................	292
10.3. Эффект Дубинина .............................................................................................	293
ГЛАВА 11. Упаковка ДНК в хромосомах
11.1. Нуклеосомы .....................................................................................................	296
11.2. Наднуклеосомная укладка ДНК.......................................................................	300
11.3. Хромомерная организация хромосом..............................................................	304
ГЛАВА 12. Хромосомы типа “ламповых щеток“ ...................................................	307
ГЛАВА 13. Политенные хромосомы
13.1. Общие положения ............................................................................................	311
13.2. Морфология политенных хромосом ...............................................................	312
13.3. Встречаемость политенных хромосом в природе ..........................................	315
13.4. Многонитчатость политенных хромосом........................................................	315
13.5. Синапсис и асинапсис гомологов.....................................................................	317
13.6. Хромомерный рисунок в политенных хромосомах.........................................	318
13.7. Политения как явление .....................................................................................	320
13.8. Генетическая организация политенных хромосом ..........................................	321
13.8.1. Диски ....................................................................................................	321

Содержание

13.8.2. Междиски .............................................................................................	324
13.8.3. Ïóôû .....................................................................................................	324
13.9. Гормональный контроль пуфов ........................................................................	326
13.10. Пуфы теплового шока и синдром клеточного стресса ................................	331
13.11. ÄÍÊ-ïóôû ......................................................................................................	334
13.12. Использование политенных хромосом в генетическом анализе ..................	334
ГЛАВА 14. Генетика определения пола
14.1.Общиепринципы...............................................................................................	337
14.2. Гинандроморфы, интерсексы, гермафродиты
и другие половые отклонения ..........................................................................	339
14.3. Балансовая теория определения пола у дрозофилы ........................................	339
14.4. Действие генов при определении пола у дрозофилы ......................................	340
14.5. Определение пола у млекопитающих..............................................................	345
14.6. Определение пола у нематоды Caenorhabditis elegans .................................	346
14.7. Компенсация дозы генов..................................................................................	347
14.7.1. Компенсация дозы генов у дрозофилы................................................	347
14.7.2. Компенсация дозы генов у млекопитающих........................................	351
14.7.3. Дозовая компенсация у Caenorhabditis elegans ................................	354
14.7.4. Заключение ...........................................................................................	355
ГЛАВА 15. Генетика развития
15.1. Преформизм и эпигенетика ..............................................................................	357
15.2. Роль клеточного ядра в развитии ....................................................................	358
15.3. Тотипотентность генома...................................................................................	359
15.4. Детерминация ...................................................................................................	361
15.5. Раннее эмбриональное развитие дрозофилы ...................................................	363
15.6. Дифференциальная активность генов в ходе развития ....................................	371
15.7. Гомология генов, контролирующих раннее развитие......................................	372
15.8. Апоптоз (Генетически запрограммированная смерть клетки) ........................	374
ГЛАВА 16. Основы иммуногенетики
16.1. Понятие об иммунитете ...................................................................................	376
16.2. Некоторые отклонения в работе иммунной системы......................................	384
16.2.1. Синдром приобретенного иммунодефицита – СПИД .........................	384
16.2.2. Моноклональные антитела ...................................................................	385
16.2.3. Аутоиммунные заболевания .................................................................	386
ГЛАВА 17. Основы онкогенетики
17.1. Трансформация клеток и процесс опухолеобразования ..................................	387
17.2. Причины возникновения опухолей...................................................................	389
17.3. Онкогены .........................................................................................................	390
17.4. Антионкогены или гены-супрессоры опухолей ...............................................	395
17.5. Генетический контроль метастазирования ......................................................	399
17.6. Многоступенчатость формирования опухоли (опухолевая прогрессия)........	399
ГЛАВА 18. Гены в популяциях
18.1. Популяции и генофонд .....................................................................................	401
18.2. Закон Харди-Вайнберга ....................................................................................	401
18.3. Факторы генетической эволюции в популяциях ..............................................	403

vii

Содержание

ГЛАВА 19. Инбридинг и гетерозис
19.1. Инбридинг.........................................................................................................	409
19.2. Гетерозис .........................................................................................................	414
ГЛАВА 20. Генетика поведения
20.1. Генетика поведения дрозофилы.......................................................................	418
20.1.1. Гены зрительной системы ....................................................................	418
20.1.2. Функция обоняния ................................................................................	418
20.1.3. Гены, контролирующие способность к обучению ..............................	418
20.1.4. Брачное поведение ...............................................................................	419
20.1.5. Гены, влияющие на биоритмы ..............................................................	420
20.2. Генетический контроль некоторых аспектов поведения у мышей и крыс .....	421
ГЛАВА 21. Генетический контроль формирования психологических
характеристик человека
21.1. Понятие о евгенике ..........................................................................................	423
21.2. Психологические характеристики человека ....................................................	426
21.3. Интеллект и коэффициент умственного развития (I.Q.) ..................................	432
21.4. Сферы деятельности и социальное поведение................................................	437
21.4.1. Склонности к профессиональной деятельности ..................................	437
21.4.2. Криминальное поведение .....................................................................	437
21.4.3. Предрасположенность к алкоголизму .................................................	437
ГЛАВА 22. Нехромосомная наследственность
22.1. Общие положения ............................................................................................	440
22.2. Изучение мтДНК у человека ...........................................................................	442
22.2.1. Болезни человека, связанные с дефектами мтДНК ............................	442
22.2.2. Использование полиморфизма митохондриальных ДНК
в качестве молекулярных маркеров ....................................................	443

viii

Соседние файлы в папке Генетика (Жимулев)

#
06.06.20151.14 Mб57-2ver7.pdf
#
06.06.20151.38 Mб57-3ver7.pdf
#
06.06.2015790.75 Кб108-1ver7.pdf
#
06.06.2015377.32 Кб118-2ver7.pdf
#
06.06.20154.09 Mб89ver7.pdf
#
06.06.2015332.66 Кб6Soderzhanie.pdf