3. Законы Менделя. Рекомбинантная изменчивость и ее причины.

Закон единообразия гибридов первого поколения, или первый закон Менделя, утверждает, что потомствопервого поколения от скрещивания устойчивых форм, различающихся по одному признаку, имеетодинаковый фенотип по этому признаку. При этом все гибриды могут иметь фенотип одного из родителей(полное доминирование), как это имело место в опытах Менделя, или, как было обнаружено позднее,промежуточный фенотип (неполное доминирование). В дальнейшем выяснилось, что гибриды первогопоколения могут проявить признаки обоих родителей (кодоминировапие). Этот закон основан на том, чтопри скрещивании двух гомозиготных по разным аллелям форм (АА и аа) все их потомки одинаковы погенотипу (гетерозиготны Аа), а значит, и по фенотипу.

Закон расщепления, или второй закон Менделя, гласит, что при скрещивании гибридов первого поколениямежду собой среди гибридов ворого поколения в определ. соотношениях появляются особи с фенотипамиисходных родительских форм и гибридов первого поколения. Так, в случае полного доминированиявыявляются 75% особей с доминантным и 25% с рецессивным признаком, т. е. два фенотипа в отношении3:1 (рис. 1). При неполном доминировании и кодомииировании 50% гибридов второго поколения имеютфенотип гибридов первого поколения и по 25% — фенотипы исходных родительских форм, т. е. наблюдаютрасщепление 1:2:1. В основе второго закона лежит закономерное поведение пары гомологичных хромосом(с аллелями А и а), которое обеспечивает образование у гибридов первого поколения гамет двух типов, врезультате чего среди гибридов второго поколения выявляются особи трёх возможных генотипов всоотношении 1АА:2Аа:1аа. Конкретные типы взаимодействия аллелей и дают расшепления по фенотипу всоответствии со вторым законом Менделя.

Закон независимого комбинирования (наследования) признаков, или третий закон Менделя,утверждает, что каждая пара альтернативных признаков ведёт себя в ряду поколений независимо друг отдруга, в результате чего среди потомков второго поколения в определ. соотношении появляются особи сновыми (по отношению к родительским) комбинациями признаков. Напр., при скрещивании исходных форм,различающихся по двум признакам, во втором поколении выявляются особи с четырьмя фенотипами всоотношении 9:3:3:1 (случай полного доминирования). При этом два фенотипа имеют «родительские»сочетания признаков, а оставшиеся два новые. Этот закон основан на независимом поведении(расщеплении) неск. пар гомологичных хромосом (рис. 2). Напр., при дигибридном скрещивании этоприводит к образованию у гибридов первого поколения 4 типов гамет (АВ, Ab, aB, ab) и после образованиязигот — закономерному расщеплению по генотипу и соответственно по фенотипу.

Как один из М. з. в генетич. литре часто упоминают закон чистоты гамет. Однако, несмотря нафундаментальность этого закона (что подтверждают результаты тетрадного анализа), он не касаетсянаследования признаков и, кроме того, сформулирован не Менделем, а У. Бэтсоном (в 1902). Для выявления М. з. в их классич. форме необходимы: гомозиготность исходных форм, образование угибридов гамет всех возможных типов в равных соотношениях, что обеспечивается правильным течениеммейоза; одинаковая жизнеспособность гамет всех типов, равная вероятность встречи любых типов гаметпри оплодотворении; одинаковая жизнеспособность зигот всех типов. Нарушение этих условий можетприводить либо к отсутствию расщепления во втором поколении, либо к расщеплению в первом поколении,либо к искажению соотношения разл. гено и фенотипов. М. з., вскрывшие дискретную, корпускулярнуюприроду наследственности, имеют универсальный характер для всех диплоидных организмов,размножающихся половым способом. Для полиплоидов выявляют принципиально те же закономерностинаследования, однако числовые соотношения генои фенотипич. классов отличаются от таковых удиплоидов. Соотношение классов изменяется и у диплоидов в случае сцепления генов («нарушение»третьего закона Менделя). В целом М. з. справедливы для аутосомпых генов с полной пенетрантностью ипостоянной экспрессивностью. При локализации генов в половых хромосомах или в ДНК органоидов(пластиды, митохондрии) результаты реципроксных скрещиваний могут различаться и не следовать М. з.,чего не наблюдается для генов, расположенных в аутосомах. М. з. имели важное значение именно на ихоснове происходило интенсивное развитие генетики на первом этапе. Они послужили основой дляпредположения о существовании в клетках (гаметах) наследств, факторов, контролирующих развитиепризнаков. Из М. з. следует, что эти факторы (гены) относительно постоянны, хотя и могут находиться вразл. состояниях, парны в соматич. клетках и единичны в гаметах, дискретны и могут вести себя независимопо отношению друг к другу. Всё это послужило в своё время серьёзным аргументом против теорий«слитной» наследственности и было подтверждено экспериментально.

Самовоспроизведение с изменением – это одно из основных свойств жизни. Термин «изменчивость» служит для обозначения различных понятий; как и большинство других терминов, он полисемантичен (многозначен). Юрий Александрович Филипченко различал два основных подхода к определению изменчивости. 1. Изменчивость как состояние. В этом значении термин «изменчивость» служит для обозначения отличий биологических объектов друг от друга в данный момент времени. Всегда существуют различия между частями одного организма, между разными организмами в популяции, между разными внутрипопуляционными группировками, между популяциями.  2. Изменчивость как процесс. В этом значении термин «изменчивость» служит для обозначения изменения биологического объекта во времени. В этом случае изменчивость отражает развитие особи, отличие потомков от родителей. Любая наблюдаемая изменчивость является фенотипической. В свою очередь, фенотипическая, или общая изменчивость включает три компонента:  –  Наследственная (генетическая, или генотипическая изменчивость) – в значительной мере обусловлена влиянием генетических факторов. Например, в сходных условиях выращивается несколько сортов одного вида растений. Тогда различия между результатами эксперимента (например, урожайность) обусловлены генетическими особенностями каждого сорта. В основе генетической изменчивости лежит мутационная и комбинативная изменчивость.  – Ненаследственная (модификационная) изменчивость – в значительной мере обусловлена действием негенетических (экзогенных) факторов. Например, один сорт растений выращивается в разных условиях. Тогда различия между результатами эксперимента (например, урожайность) обусловлены влиянием условий выращивания растений.  –  Неконтролируемая (остаточная изменчивость) – обусловлена неконтролируемыми (по крайней мере, в данном эксперименте) факторами. Для разных признаков влияние генотипа и условий среды на общую фенотипическую изменчивость неодинаково. Например, окраска шерсти, жирномолочность у крупного рогатого скота, масса яиц у кур зависят, в основном, от особенностей породы (т.е. от генотипа) – эти признаки обладают высокой наследуемостью. Другие признаки: качество шерсти, общая удойность у КРС, яйценоскость у кур – зависят, в основном, от условий выращивания и содержания – эти признаки обладают  низкой наследуемостью.

4. Хромосомная теория наследственности. Хромосомы человека. По своей сути хромосомная теория наследственности - это учение о локализации наследственных факторов в хромосомах клеток. Она утверждает, что преемственность в ряду поколений определяется преемственностью хромосом. Первые положения хромосомной теории наследственности были сформулированы Т. Бовери (1902-1907) и У. Сеттоном (1902-1903), а затем детально разработаны в начале XX века школой Т.Г, Моргана. Впоследствии эти положения получили подтверждение при изучении генетического механизма определения пола у животных, в основе которого лежит распределение половых хромосом среди потомков. Основные положения хромосомной теории наследственности за-ключаются в следующем. 1. Гены находятся в хромосомах. Каждая хромосома представляет собой группу сцепления генов. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом, постоянному для каждого вида организмов {In + 1 для гетерогаметного вида). 2. Каждый ген занимает в хромосоме строго определённое место (локус). Гены в хромосомах расположены линейно. 3- Сцепление генов может нарушаться в peзультате кроссинговера (перекреста хромосом), в процессе которого между гомологичными хромо¬сомами происходит обмен одним или несколькими аллельными генами. 4. Расстояние между генами в хромосоме пропорционально частоте кроссинговера между ними. Т. Морган и его коллеги ошибочно считали, что ген является едини¬цей мутации, рекомбинации и функции, т.е. гены мутируют и рекомбинируют как единое целое. В 20-30-х гг. XX века А.С. Серебровским и Н.П. Дубининым на примере генов дрозофилы было показано, что гены имеют сложную природу. Это открытие подтвердилось последующими работами зарубежных учёных. 

Хромосомы — нуклеопротеидная структура в ядре эукариотической клетки (которая содержит ядро), они становятся хорошо заметны в определённых фазах клеточного цикла (во время  мейоза или митоза ).

Хромосомы человека были открыты сравнительно недавно — в 1902 году. Точное их число стало известно только двадцать лет назад. О числе генов у человека еще идут споры — оценки колеблются от двух тысяч до ста тысяч пар в каждой клетке. Но уже составлена первая хромосомная карта человека.

Хромосомная карта человека — это схема расположения генов в хромосомах. Составить такую карту человеческих хромосом — задача, казалось бы, безнадежная.

Получены хромосомные карты организмов, широко применяемых в лаборатории для генетических опытов,- мухи дрозофилы, домовой мыши, бактерии кишечная палочка, а также некоторых растений — кукурузы, томата.

У бактерии около 1000 генов, и найдено местоположение почти всех их. Из 5000 генов дрозофилы известно положение почти двух тысяч. Карты составлены на основании многих тысяч опытов по скрещиванию особей с разными признаками и регистрации того, как эти признаки передаются потомству. Естественно, к человеку такой метод неприменим. Здесь допустимо только наблюдение.

В ядре каждой клетки человеческого организма содержится 46 хромосом: 22 пары обычных и 1 пара половых. У женщины последняя пара состоит из двух одинаковых хромосом — XX, у мужчины в этой паре две разных хромосомы — X и У. Как известно, главный компонент хромосом — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Общая длина молекул ДНК в каждой клетке человека — около четырех метров. Генетическая информация записана вдоль нити ДНК, и синтезирующие механизмы клетки, читая эту запись, строят по ее указаниям различные белки.

Это структурные белки, служащие как бы строительными блоками организма, многочисленные ферменты, от которых зависят биохимические процессы и развитие организма, иммуноглобулины, борющиеся против вторжений микробов, и многие другие жизненно важные соединения.

Ген — это участок ДНК, содержащий указания по синтезу того или иного белка.

Хромосомы человека различаются по своим размерам и по внешности. Это позволило закрепить за ними номера.

Разглядеть же в хромосомах отдельные гены пока не удается. Да и все равно по их внешнему виду нельзя было бы сказать, какова их функция.

И приходится выявлять их только по результатам их работы — по особенностям внешнего облика человека, по составу его крови, по особенностям функционирования организма.

Представьте, что инженеру поставлена сложная задача — понять устройство и составить схему неизвестного прибора, причем разбирать его или проводить с ним какие-либо опыты запрещено, можно только смотреть на результаты его работы.

Наиболее частым хромосомным заболеванием у человека является синдром Дауна, обусловленный трисомией (к паре нормальных хромосом прибавляется еще одна такая же, лишняя) по 21-й хромосоме. Встречается этот синдром с частотой 1-2 на 1000. Нередко трисомия по 21 паре хромосом является причиной гибели плода, однако иногда люди с синдромом Дауна доживают до значительного возраста, хотя в целом продолжительность их жизни сокращена. Известны трисомии по 13-й хромосоме - Синдром Патау, а также по 18-й хромосоме - синдром Эдвардса, при которых жизнеспособность новорожденных резко снижена. Они гибнут в первые месяцы жизни из-за множественных пороков развития. Достаточно часто у человека встречается изменение числа половых хромосом. Среди них известна моносомия Х (из пары хромосом присутствует только одна (Х0)) - это синдром Шерешевского-Тернера. Реже встречается трисомия Х и синдром Клайнфельтера (ХХУ, ХХХУ, ХУУ и т.д.). Люди с изменением числа половых хромосом при наличии У-хромосомы развиваются по мужскому типу. Это является следствием того, что факторы, определяющие мужской тип развития, находятся в У-хромосоме. В отличии от мутаций аутосом (все хромосомы, кроме половых), дефекты умственного развития у больных выражены не столь отчетливо, у многих оно в пределах нормы, а иногда даже выше среднего. Вместе с тем у них постоянно наблюдается нарушения развития половых органов и роста. Реже встречаются пороки развития других систем.

5. ДНК – МАТЕРИАЛЬНАЯ ОСНОВА НАСЛЕДСТВННОСТИ. ПОНЯТИЕ ГЕН, ЛОКУС, АЛЛЕЛЬ. МНОЖЕСТВЕННЫЙ АЛЛЛИЗМ.

ДНК – основной материальный носитель наследственности. Доказательства важнейшего генетического значения ДНК были получены в результате анализа многих факторов и специально поставленных опытов. Почти вся ДНК находится в хромосомах. В различных организмах содержится разное количество ДНК. Но у одного и того же организма в различных клетках (их ядрах) ее количество одинаково, хотя сами клетки значительно различаются по своему химическому составу. Количество ДНК в половых клетках в два раза меньше, чем в соматических. При образовании гамет оно уменьшается ровно наполовину и точно восстанавливается в зиготе. Соответственно изменению числа хромосом изменяется количество ДНК в соматических и половых клетках. Таким образом, изменение в клетках количественного содержания ДНК регулируется процессами мейоза и оплодотворения. Это указывает на прямую связь ДНК с размножением организмов. Мутагенное действие различного рода излучений и химических веществ на организмы связано в первую очередь с изменением ДНК. Так, было установлено, что спектр мутагенного действия ультрафиолетовых лучей соответствует спектру их поглощения ДНК и не соответствует спектру поглощения хромосомных белков. Белки поглощают ультрафиолетовые лучи в диапазоне 180 нм, а ДНК — 260 нм (в том диапазоне, в котором эти излучения вызывают больше всего наследственных изменений). При действии лучей Рентгена на чистые препараты ДНК ее молекулы разрушались. Горчичный газ (иприт) и некоторые другие химические мутагены оказывают на ДНК значительно большее химическое действие, чем на белок и другие вещества клетки. Важнейшее свойство клетки — способность ее к самовоспроизведению. Но, кроме ДНК, ни один составной компонент клетки, в том числе и все белки, таким свойством не обладают. Способность молекул ДНК к саморепродукции имеет непосредственную связь с клеточным делением и размножением организмов. Молекулы ДНК в сравнении с белковыми обладают огромной устойчивостью. С этим свойством ДНК связано большое постоянство наследственности. Прямым доказательством генетической роли ДНК служат опыты по бактериальной трансформации. Трансформация. В 1928 г. английский бактериолог Ф. Гриффите наблюдал изменение наследственных свойств бактериальных клеток пневмококков под влиянием какого-то вещества, выделяющегося из других клеток. У пневмококков Diplococcus pneumoniae имеется два штамма, хорошо различимых по внешнему виду и болезнетворным свойствам. Клетки одного из них (5-штамм) заключены в капсульные оболочки, состоящие из полисахаридов, отличаются высокой вирулентностью и вызывают у некоторых млекопитающих тяжелое заболевание — инфекционную пневмонию. Клетки другого штамма (S-штамм) не имеют капсульных оболочек и невирулентны. В опытах Гриффитса мыши, которым вводился вирулентный штамм, погибали. При введении невирулентного штамма они оставались живыми. Клетки вирулентного штамма, предварительно убитые нагреванием, также не вызывали заболевания. Молекула ДНК построена из трех компонентов: сахара, представленного дезоксирибозой, фосфатных групп и 4 типов азотистых оснований — цитозина (Ц), тимина (Т), которые еще называют пуринами, аденина (А) и гуанина (Г). Это — пиримидины (рис. 3.1). В скобках на рис. 3.1 указано принятое сокращение 4 оснований.

Ген – это элементарная единица наследственной информации, занимающая определенное место в геноме и ответственная за выполнение определенных функций в организме. Гены представляют собой фрагменты НК, кодирующие полипептидные цепи или РНК, например рРНК, тРНК, мяРНК и др. Белки могут состоять из одной или нескольких полипептидных цепей, которые могут быть идентичными или отличающимися друг от друга. Если белок состоит из нескольких различных полипептидных цепей, то каждой цепи соответствует свой определенный ген.

В митохондриях есть белки, часть полипептидных цепей которых закодированы в ядерном геноме, другая часть в митохондриаль-ном. Очевидно, что синтез полипептидных цепей, закодированных в ядерном геноме протекает в цитоплазме, других – в митохондриях. Полипептидные цепи, синтезированные в цитоплазме, транспортируются в митохондрии. Внутри этих органелл собирается нативный олигомерный белок.

Гены могут быть уникальными – представленными в геноме одной копией и повторяющимися – представленными несколькими или множеством копий. Гены представленные большим числом копий могут быть разбросаны по геному или расположены рядом, образуя кластеры генов. В виде кластеров организованы гены гистонов, рРНК, глобинов – белков образующих гемоглобин – и др. Повторяющиеся гены расположенные последовательно друг за другом называются тандемными генами.

Локус контроля (от лат. locus — место, местоположение и франц. contrуle — проверка) — качество, характеризующее склонность человека приписывать ответственность за результаты своей деятельности внешним силам (экстернальный или внешний локус контроля) либо собственным способностям и усилиям (интернальный или внутренний локус контроля). Понятие локуса контроля предложено американским психологом Д. Роттером. Локус контроля является устойчивым свойством индивида, формирующимся в процессе его социализации. Для определения локуса контроля создан вопросник и разработан комплекс методик, позволяющий выявить закономерную связь между локусом контроля и другими личностными характеристиками. Показано, что люди, обладающие внутренним локусом контроля, более уверены в себе, последовательны и настойчивы в достижении поставленной цели, склонны к самоанализу, уравновешенны, общительны, доброжелательны и независимы. Склонность к внешнему локусу контроля, напротив, проявляется наряду с такими чертами, как неуверенность в своих способностях, неуравновешенность, стремление отложить реализацию своих намерений на неопределенный срок, тревожность, подозрительность, конформность и агрессивность. Экспериментально показано, что внутренний локус контроля является социально одобряемой ценностью (идеальному Я (см. Я-идеал) всегда приписывается внутренний локус контроля). Локус контроля - общий термин, который в социальной психологии употребляется для обозначения воспринимаемого источника управления собственным поведением. Он оценивается согласно измерению – от высокого интернального до высокого экстернального. Интерналами называются те люди, у которых наблюдается тенденция принимать ответственность за свои собственные действия и взгляды на себя, как на имеющих контроль над собственными судьбами, а экстерналами являются те, кто склонны рассматривать источник управления как постоянно находящийся в другом месте и приписывать успех или неудачу внешним силам.

Аллели (от греч. allēlōn - друг друга, взаимно), наследственные задатки (гены), расположенные в одинаковых участках гомологичных (парных) хромосом и определяющие направление развития одного и того же признака. Термин (см. Термин) (см. Терми) введён датским учёным В. Иогансеном (1909) вместо предложенного английским генетиком У. Бэтсоном (1902) аллеломорфы. Каждый ген может находиться по крайней мере в двух аллельных состояниях (определяемых его структурой), одно из которых обычно обеспечивает максимальное развитие признака - доминантная А. (см. Доминантность (см. Доминантность) (см. Дом)), другое приводит к частичной или полной утрате его проявления или к изменению в его проявлении - рецессивная А. (см. Рецессивность (см. Рецессивность)). Например, у растений доминантная А. обусловливает появление окрашенных цветков, а рецессивная - неокрашенных; у человека ген, контролирующий цвет глаз, присутствует у кареглазых в виде доминантной А. (одной или пары), у голубоглазых - в виде только рецессивных А. Гены (см. Ген), относящиеся к одной аллельной группе, обозначают одной буквой: прописной для доминантной А., строчной - для рецессивной (например, В и b). В каждой из гомологичных хромосом может располагаться лишь одна А. данного гена. Т. к. у диплоидных организмов (см. Диплоид (см. Диплоид))имеются по две хромосомы каждого типа (гомологичные хромосомы), то в клетках тела этих организмов присутствуют по две А. каждого гена. При образовании половых клеток в каждую попадает лишь одна А. вместе с одной из хромосом. При оплодотворении - слиянии половых клеток - парность хромосом, а следовательно, и А. восстанавливается. Доминантные (см. Дом) и рецессивные А. могут присутствовать в состоянии гомозиготности (ВВ или bb)или гетерозиготности (Bb) (рис.). Если ген встречается в нескольких (более двух) различных состояниях, то он образует серию множественных А. (см. Наследственность). Лит.: Лобашев М. Е., Генетика (см.Генетика) (см. Ген), 2 изд., Л., 1967; Мюнтцинг А., Генетика (см. Генетика) (см. Ген), пер. с англ., М.,1967. В. С.Андреев.

Множественный аллелизм

— один из видов взаимодействия аллельных генов, при котором ген может быть представлен не двумя аллелями (как в случаях полного или неполного доминиро­вания), а гораздо большим их числом; при этом члены одной серии аллелей могут находиться в различных доминантно-ре­цессивных отношениях друг с другом. Рассмотрим это на про­стейшем примере — трехчленной серии аллелей, определяющей окраску шерсти у кроликов. Окраска может быть сплошной тем­ной, белой (альбинизм — полное отсутствие пигментации шер­сти) или горностаевой (на фоне общей белой окраски черные кончики ушей, лап, хвоста и мордочки). Ген сплошной окраски доминирует над остальными членами серии; ген горностаевой окраски доминантен по отношению к белой, но рецессивен по отношению к сплошной, а ген белой окраски рецессивен по от­ношению и к сплошной, и к горностаевой. У мухи дрозофилы имеется серия аллелей гена окраски глаз, состоящая из 12 чле­нов: вишневая, красная, коралловая и т. д. до белой, определяе­мой рецессивным геном. У человека также известны множественные аллели для многих признаков, например для ферментов, антигенов и др. Следует иметь в виду, что в генотипе диплоидных организмов могут находиться лишь два гена из серии аллелей. Остальные аллели данного гена в разных сочетаниях будут по­парно входить в генотипы других особей данного вида. Таким образом, множественный аллелизм характеризует разнообразие генофонда целого вида, т. е. является видовым, а не индивиду­альным признаком (в отличие от полимерии).