Лекція № 15

Тема: Основні закономірності існування генів.

Мета: Сформувати у студентів поняття про взаємодію генів та роль генотипу і середовища у формуванні фенотипу.

План

1. Поняття про ген.

2. Цитоплазматична спадковість.

3. Співвідношення ген – ознака.

4. Множинна дія генів.

5. Модифікаційна мінливість та її властивості.

6. Статистичні закономірності модифікаційної мінливості.

Поняття про ген

Генотип (від ген і тип) - сукупність всіх генів, локалізованих в хромосомах даного організму. У широкому сенсі генотип - сукупність всіх спадкових чинників організму - як ядерних (геном), так і неядерних, позахромосомних (тобто цитоплазматичних і пластидних спадкових чинників). Термін запропонований данським біологом В. Іогансеном (1909). Генотип - носій спадкової інформації, яка передається від покоління до покоління. Він є системою, контролюючою розвиток, будову і життєдіяльність організму, тобто сукупність всіх ознак організму - його фенотип. Генотип - єдина система взаємодіючих генів, так що прояв кожного гена залежить від генотипного середовища у якій він знаходиться. Наприклад, червоне забарвлення квіток у деяких сортів запашного горошка виникає тільки при одночасній присутності в генотипі домінантних аллелей двох різних генів, тоді як окремо кожна з цих аллелей обумовлює біле забарвлення квіток.

Гени поділяють на структурні, які кодують структуру білків і рибонуклеїнових кислот, та регуляторні, що слугують місцем приєднання ферментів та інших біологічно активних спролук, які впливають на активність структурних генів і беруть участь у процесах реплікації ДНК і транскрипції. Розміри регуляторних генів, як правило, незначні – кілька десятків пар нуклеотидів, структурних – сотні й тисячі нуклеотидів.

Геном прокаріот складніший за будовою і містить як структурні, так і регуляторні гени. Наприклад, ДНК кишкової палички складається з 38000000 пар нуклеотидів, а число структурних генів становить близько тисячі. Майже половина довжини її молекули генетичної інформації не несе, це – ділянки, що лежать між генами, так звані спейсери.

Геном еукаріот має ще складнішу структуру: кількість ДНК в їхньому ядрі більша, а отже, більше й структурних та регуляторних генів. Так, геном фрозофіли нараховує майже 180000000 пар нуклеотидів і включає близько 10000 структурних генів. У генотипі людини понад сто тисяч структурних генів.

Дослідження геному різноманітних організмів показало, що кількість ДНК у ядрі перевищує необхідну для кодування всіх структурних генів у 8-10 разів. Причини цього явища різні. По-перше, геномна ДНК еукаріот містить багато послідовностей нуклеотидів, кожна з яких повторюється до сотень тисяч разів. По-друге, значна частина ДНК взагалі не несе генетичної інформації. По-третє, чимало регуляторних генів не кодує поліпептиди чи РНК.

Ділянки некодуючої ДНК виявлено й у складі структурних генів. Було доведено, що ген складається з окремих блоків (частин), одні з яких (екзони) копіюються в РНК і несуть інформацію про структуру певних сполук, а інші (інтрони) – ні. Окремі інтрони можуть вміщувати від 100 до 1000000 і більше нуклеотидних пар. Число інтронів усередині генів різне: в гена гемоглобіну – 2, яєчного білка 7. Число і розташування інтронів специфічні для кожного гена. Гени копіюються в молекулі – попереднику рРНК (про-іРНК), звідки інтрони видаляються особливими ферментами, а екзони залишаються і сполучаються у певному, строго визначеному порядку. Таким чином утворюються зріла іРНК.

Взаємодія генотипу з комплексом чинників внутрішнього і зовнішнього середовища організму обумовлює фенотипний прояв ознак. Прикладом впливу середовища на фенотипний прояв, генотип може служити забарвлення хутра у кроликів гімалайської лінії: при одному і тому ж генотип ці кролики при вирощуванні на холоді мають чорне хутро, при помірній температурі – «гімалайське» забарвлення (біла з чорними мордою, вухами, лапами і хвостом), при підвищеній температурі - біле хутро. Нащадки цих трьох груп тварин успадковують не якусь одне незмінне забарвлення хутра, а здатність давати певне забарвлення, різне в різних умовах середовища. Тому в загальному вигляді правильніше говорити, що генотип визначає спадкоємство не певних ознак, а норму реакції організму а всі можливі умови середовища. На різних етапах розвитку особини в активному стані знаходяться то одні, то інші гени; тому генотип в онтогенезі функціонує як мінлива рухома система.