Генетический анализ отдельных признаков

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

 

ПРОГРАММА КУРСА

 

Введение

 

Предмет и задачи генетического анализа. Основные этапы развития генетического анализа. Роль Г.Менделя и А.С.Серебровского в формировании и развитии предмета. Значение генетического анализа для общей и сравнительной генетики, систематики, эволюционной теории, биохимии, селекции, медицины. Использование методологии генетического анализа в различных областях генетики и биологии.

 

Генетический анализ отдельных признаков

 

Система генетического анализа по Менделю.

Понятие генетического признака. Константность признака в ряду последовательных поколений. Анализ признаков на разных уровнях организации живого материала. Основные методы генетического анализа. Гибридологический метод. Типы скрещиваний, применяемые в генетическом анализе. Изучение единичных признаков, необходимость исследования генетической обусловленности и наследования отдельных признаков, количественный учет результатов скрещиваний. Понятие о генетическом расщеплении. Качественный и количественный компоненты расщепления. Анализ расщеплений. Методы проверки гипотез. Роль анализирующего скрещивания в генетическом анализе. Разрешающая способность генетического анализа.

Закономерности наследования при моногенных отличиях исходных форм. Определение числа генов, контролирующих признак. Канонические моногенные расщепления при аутосомном наследовании в разных видах скрещиваний. Типы взаимодействия аллелей: полное и неполное доминирование, кодоминировние, аллельное исключение, обусловленное (неустойчивое) и условное доминирование. Молекулярная природа и эволюция взаимодействий аллелей. Способы определения типов аллельных взаимодействий. Относительный характер типов взаимодействия аллелей, зависимость от условий окружающей среды, физиологических характеристик, генетического окружения (генотипа), уровня анализа (организменный, клеточный, молекулярный). Особенности генетического анализа различных признаков (молекулярно-генетических, биохимических, цитогенетических). Генетический анализ с использованием ДНК‑ и белковых маркеров.

Множественный аллелизм. Серии множественных аллелей. Формирование серии множественных аллелей. Генетический анализ в случае множественного аллелизма. Возможные расщепления и их анализ. Взаимодействия в серии множественных аллелей.

Моногенные расщепления при сцеплении с полом. Полное сцепление с полом при локализации гена в Х-хромосоме, при расположении гена в Y-хромосоме (голандрическое наследование). Частичное сцепление с полом (аллели гена локализованы в псевдоаутосомных районах Х и Y хромосом). Критерии моногенных отличий скрещивающихся форм. Расщепления в случае разных типов взаимодействия аллелей. Инактивация Х-хромосомы у млекопитающих.

Условия выполнения менделевских расщеплений. Отклонения от канонических расщеплений. Причины систематических отклонений от менделевских расщеплений.

Необходимость знания биологии объекта (диапауза, ложное оплодотворение, двойное оплодотворение, ксенийность, суперфекундация, суперфетация, и т.д.). Способы размножения. Генетический анализ в случае полового и бесполого размножения. Регулярное половое размножение. Гаметогенез, гаметы, оплодотворение, зигота. Особенности анализа в случае нерегулярных типов полового размножения. Апомиксис, партеногенез (мейотический, амейотический), гиногенез, андрогенез, гибридогенез. Чередование регулярных и нерегулярных типов полового, полового и бесполого видов размножения. Неодинаковая вероятность образования гамет разных генотипов. Неравновероятное участие гамет разных генотипов в оплодотворении.

Генетический анализ в случае нарушения равновероятности расхождения хромосом в мейозе. Мейотические мутации (на примере дрозофилы и кукурузы). Понятие о генетическом контроле признака. Генетический контроль мейоза. Перестройки хромосом и структура хроматина (робертсоновские транслокации у мыши, R-хромосома кукурузы). Нерасхождения и потери хромосом. Первичное и вторичное нерасхождения хромосом. Нерасхождения хромосом в первом и втором делении мейоза. Генетические схемы обнаружения нерасхождений и потерь хромосом.

Дифференциальная дисфункция гамет разных генотипов. Мейотический дрейф. Генетические эффекты аллелей T/t локуса мыши, генов SD и SR‑хромосом у дрозофилы. Гаплотип. Генетический анализ T/t локуса мыши, генов SD-хромосомы. Генетический анализ гаплотипов.

Генетический анализ в случае отклонений в расщеплениях, обусловленные нарушениями случайности оплодотворения. Уровни нарушения случайного характера оплодотворения. Поведенческий уровень — селективность и ассортативность скрещиваний, этологическая изоляция. Физиологический уровень — гисто- и иммунонесовместимость. Генетический уровень. Несовместимость у цветковых растений. Гаметофитная и спорофитная (гомо‑ и гетероморфная) самонесовместимость — генетический контроль и влияние на реализацию менделевских расщеплений. Особенности генетического анализа при само‑ и перекрёстной несовместимости у покрытосеменных растений.

 

Отклонения от канонических менделевских расщеплений, обусловленные дифференциальной жизнеспособностью зигот. Доминантные мутации с рецессивным летальным действием, системы сбалансированных леталей. Рецессивные летальные мутации. Условно летальные мутации. Генетический анализ признака жизнеспособности. Генетические схемы по выделению летальных и условно-летальных мутаций.

Отклонения в расщеплениях, обусловленные изменениями в проявлении признаков в зависимости от условий внешней среды и генотипической среды (генетического окружения). Норма реакции. Пенетрантность. Экспрессивность. Генетический анализ признаков с неполными пенетрантностью и экспрессивностью. Супрессия. Модификация.

Нарушения менделевских расщеплений, вызванные мобильными генетическими элементами. Генетическая нестабильность. Анализ случаев наследования с генетической нестабильностью.

Вероятностный характер реализации генетических расщеплений. Необходимость статистической обработки данных для проверки генетических гипотез. Определение размеров минимальной выборки для проявления расщеплений. Анализ расщеплений в малых выборках. Проверка данных на однородность. Повторности и контроли в генетических экспериментах.

Определение частоты гена в популяции и анализ ее изменения в поколениях в зависимости от различных эволюционных факторов (естественный и искусственный отбор, миграции, мутации, ограничение численности). Дрейф генов. Генетический анализ в малых выборках. Коэффициент инбридинга.

Закономерности наследования при полигенных различиях исходных форм. Независимое наследование нескольких генов разной хромосомной локализации. Усложнённые формулы расщепления, являющиеся показателями полигенного контроля признака. Взаимодействие генов. Критерии выявления взаимодействия генов. Формулы расщеплений при ди‑ и тригенных различиях скрещивающихся форм при взаимодействии генов. Комплементарное взаимодействие. Доминантный эпистаз. Рецессивный эпистаз. Некумулятивная полимерия. Кумулятивная полимерия. Расщепления в анализирующем скрещивании при взаимодействии генов. Биохимические молекулярно-генетические основы взаимодействия генов. Метаболический путь. Метаболические пути и генетический контроль биосинтеза глазных пигментов у дрозофилы. Межаллельная комплементация.

Сцепленное наследование взаимодействующих генов разной хромосомной локализации. Определение расстояний между генами. Метод произведений Фишера. Метод наибольшего правдоподобия. Анализ количественных признаков. Наследуемость и коэффициент наследуемости.

Генетический контроль признака. Роль циклических скрещиваний и тестов на комплементацию в определении числа генов, контролирующих признак, и их взаимодействий.

 

Локализация гена

 

Определение групп сцепления. Дробный и одномоментный способы определения групп сцепления. Методы, использующие рецессивные и доминантные маркеры. Определение групп сцепления с использованием анеуплоидов и форм с хромосомными перестройками (реципрокные транслокации, транслокации между А и В хромосомами, инверсии). Использование парасексуального процесса для определения группы сцепления. Гаплоидизация. Использование метода гибридизации соматических клеток, гибридизации in situ и нуклеиновых кислот.

Локализация генов в группе сцепления. Методы, использующие мейотическую рекомбинацию. Локализация гена в трифакториальных скрещиваниях с использованием доминантных и рецессивных маркеров. Локализация летальных генов. Особенности локализации гена в структурно изменённых хромосомах (инверсии, транслокации). Методы картирования с использованием митотического кроссинговера. Делеционное картирование. Критерии сцепления генов. Расчёт частот кроссинговера между генами. Составление генетических карт хромосом. Молекулярно-генетические способы картирования генов. Сопоставление генетических, цитогенетических и молекулярно-генетических карт.