Тема 1. Предмет и методы генетики

Генетика - наука, изучающая явления наследственности и изменчивости живых организмов. В зависимости от исследуемых объектов различают генетику растений, животных, человека, микроорганизмов и других биологических объектов. В соответствие с методами исследования, генетику подразделяют на биохимическую, физиологическую, молекулярную, популяционную, медицинскую, ветеринарную, экологическую, космическую, биотехнологическую и др.

Генетика изучает гены и хромосомы, носители генов и каким образом невидимый ген дает видимый признак или продукт.

Основные теоретические проблемы, изучаемые генетикой:

1.Где и каким образом закодирована и хранится генетическая информация.

2.Как передается генетическая информация от клетки к клетке, от поколения к поколению.

3.Каким путем реализуется генетическая информация в процессе онтогенеза, т. е. индивидуального развития особи.

4.Какие изменения генетической информации происходят в процессе мутаций.

Генетика ─ от латинского слова geneo – порождать или от греческо го genesis – происхождение.Это название было предложено в 1906 году английским ученым-зоологом У. Бэтсоном со следующим определением.

Генетика ─ наука о закономерностях наследственности и изменчивости, которая стремится постичь законы, определяющие сходства и различия между организмами, родственными друг другу по происхождению среди животных, растений и других органических форм. Генетика объясняет закономерности передачи признаков от родителей потомкам, открывает законы, по которым наследуются эти признаки.

Наследственность ─ это способность организмов воспроизводить себе подобное, передавая свои признаки и свойства потомству. Наследственность представляет собой целый комплекс явлений, обусловленных как её носителями, так и закономерностями проявления наследственных задатков. Наряду с термином "наследственность" в генетике применяют термины "наследование" и "наследуемость". Наследование ─ это процесс передачи наследственных задатков или наследственной информации от родителей потомкам в поколениях. Наследуемость - это часть общей фенотипической изменчивости, которая обусловлена генетическими различиями.

Различают наследственность ядерную (хромосомную) и внеядерную (цитоплазматическую). Ядерная наследственность определяется генами хромосом ядра и распространяется на большую часть признаков и свойств организма. Внеядерная ─ обусловлена наличием в цитоплазме клетки органелл, имеющих собственные гены (митохондрии, пластиды растений, микротельца ресничек клеток простейших организмов).

Выделяют истинную, ложную и переходную наследственность.

Истинная наследственность связана с действием собственных генов организма, находящихся в хромосомах ядра и цитоплазматических органелл.

Ложная наследственность ─ это проявление в поколениях признаков и свойств, которые обусловлены действием среды. У гусениц бабочки капустницы зеленая окраска возникает в результате поедания листьев капусты, что обеспечивает им защиту от птиц сходной окраской с растением.

Переходная наследственность сочетает истинную и ложную наследственности. Примером является способность штаммов одних бактерий вырабатывать токсическое вещество, убивающее штаммы других, не родственных им бактерий, но безвредные для своих сородичей.

Второе свойство, изучающее генетикой ─ изменчивость.

Изменчивость - это способность организмов изменяться под действием наследственных и не наследственных факторов.

Различают множество форм изменчивости, важнейшие из которых: наследственная (генотипическая) и ненаследственная. Наследственная подразделяется на:

1. Комбинативную, возникающую у потомков вследствие перекреста хромосом в мейозе I (деление половых клеток), что ведет к перекомбинации признаков отцовской и материнской форм.

2. Онтогенетическая – обеспечивающая изменения в процессе индивидуального развития организма и дифференциации клеток в процессе роста и развития на основе наследственной информации, полученной от родителей.

3. Мутационная - возникает в результате воздействия мутагенных факторов (радиации, вредных химических соединений, отравляющих веществ и т. д.) на наследственный аппарат клетки (хромосомы и ДНК), что ведет к изменению наследственной информации о развитии какого-либо признака.

Ненаследственная изменчивость включает в себя:

1. Корреляционную ─ при которой существует взаимосвязь между признаками, определяющая изменение одного из них под влиянием изменения другого. Например, с увеличением живой массы овец увеличивается настриг шерсти ─ положительная корреляция и с увеличением удоя у коров снижается жирность молока ─ отрицательная корреляция.

2. Модификационную – которая вызывается внешними условиями и не закрепляется в генотипе.

Фактически все явления изменчивости взаимосвязаны с наследственностью и условиями среды. Таким образом, изменчивость – это всеобщее свойство организмов и один из ведущих факторов эволюции, которые обеспечивают приспособленность особей и лежат в основе естественного отбора, а также селекционного процесса, направляемого человеком.

Методы генетических исследований. При изучении ранее перечисленных вопросов применяются следующие методы генетических исследований:

1. Молекулярный ─ основными объектами, которого являются нуклеиновые кислоты ДНК и РНК, которые обеспечивают сохранение, передачу и реализацию наследственной информации.

2. Цитогенетический ─ это исследование явлений наследственности на клеточном уровне. Метод изучает число, размеры, формы, физико-химические свойства и причины изменений хромосом, цитоплазматических органоидов клетки, выявляет генетические причины различных наследственных болезней, позволяет оценить мутационную опасность факторов, воздействующих на организм.

3. Гибридологический метод – включает систему скрещиваний заранее подобранных родительских особей и оценку полученного потомства по характеру проявления изучаемых признаков.

4. Моносомный ─ это определение местонахождения того или иного гена в определенной хромосоме, который отвечает за какой– либо признак.

5. Рекомбинационный ─ это изучение эффекта новых генных сочетаний, появляющихся в результате обмена между разными участками нити ДНК или хромосом за счет явления кроссинговера.

6. Генеалогический метод - один из вариантов гибридологического, который позволяет изучить наследование признаков в поколениях групп людей, животных или других организмов, связанных определенной степенью родства. Основой данного метода является составление родословных, выявление и учет заболеваний в поколениях, и характер их наследования.

7. Близнецовый метод ─ применяют при изучении влияния определенных факторов внешней среды и их взаимодействия с генотипом особи, а также для выявления относительной роли генотипической и модификационной изменчивости в общей изменчивости признака.

8. Мутационный метод (мутагенез) позволяет установить характер влияния мутагенных факторов на генетический аппарат клетки, ДНК, хромосомы, на изменения признаков или свойств.

9. Популяционно-статистический метод используют при изучении явлений наследственности в популяциях для установления изменений структуры последних под влиянием мутаций и отбора. Метод является теоретической основой современной селекции животных.

10. Феногенетический метод дает возможность установить степень влияния генов и условий среды (кормление и содержание) на развитие изучаемых свойств и признаков в онтогенезе животных.

Основой каждого метода является статистический анализ - биометрический метод. Он представляет собой ряд математических приемов, позволяющих определить степень достоверности полученных данных.

Основные этапы развития генетики, её достижения и пути дальнейшего развития. Многие века господствовала теория пангенезиса, согласно которой половые клетки образуются во всех частях тела, а затем по кровеносным сосудам попадают в половые клетки.

Первый этап доменделевский (до 1865 г.). Считают, что научные основы в изучении наследственности были заложены Камерариусом, открывшим в 1694 году пол у растений. Ценные данные были получены И. Кельрейтером (1761 г.), изучивший гибриды 54 видов растений и установил, что пыльца передает признаки потомству так же, как и материнское растение.

Ч. Дарвин в своей работе "Происхождение видов" (1859) и в последующих трудах обобщил опыт и наблюдения практиков и естествоиспытателей по изучению явлений наследственности и изменчивости, которые наряду с отбором являются движущими факторами эволюции органической природы.

Основоположником генетики принято считать Г. Менделя (1865), который впервые разработал метод научного подхода к изучению наследственности и в опытах с растительными гибридами установил важнейшие законы наследования признаков.

Второй этап – это переоткрытие законов Г. Менделя. В 1900 г. Г. де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чер-мак в Австрии независимо друг от друга установили, что полученные ими результаты по наследованию признаков у растительных гибридов полностью согласуются с данными Г. Менделя, который за 35 лет до них сформулировал правила наследственности. Г. де Фриз предложил установленные Г. Менделем правила называть законами наследования признаков.

Третий этап ─ период классической генетики. (1901-1953гг.) Началось интенсивное развитие науки о наследственности и изменчивости. Важную роль в развитии генетики сыграли исследования В. Бэтсона, который изучал наследование признаков у кур, бабочек, лабораторных грызунов; шведского ученого Г. Нильссона-Эле - по генетике количественных признаков и полимерии; датчанина В. Иоганнсена, создавшего учение о чистых линиях, которым были предложены термины "ген", "генотип", "фенотип". Цитологические исследования Т. Бовери пока-

зали наличие параллелизма в поведении хромосом в мейозе и при оплодотворении с наследованием признаков у гибридов.

Четвертый этап ─ современный. Начинается с 1961г., когда М. Ниренберг и С. Очао расшифровали генетический код. Было установлено, что ДНК содержит наследственную информацию, специфическую для каждого вида и особи. В 1969 г. в США Г. Корана с сотрудниками синтезировал вне организма химическим путем участок молекулы ДНК - ген аланиновой тРНК пекарских дрожжей. В 2001 году американская фирма «Селера» объявила о том, что ей удалось расшифровать геном (набор генов в половых хромосомах) человека.

В настоящее время исследования в генетике направлены на изучение следующих основных проблем:

- в области генетической инженерии с целью получения в достаточном количестве лекарственных препаратов нового поколения, витаминов, незаменимых аминокислот, кормовых и пищевых белков, биологических средств защиты растений и т.д.

- регуляция и управление действием генов в онтогенезе, реализации генетической информации в признаках, разработки методов управления генами, позволяющие повысить продуктивность животных, резистентность к болезням;

- разработка методов управления процессами мутаций, что позволит получать нужные наследственные изменения при создании новых штаммов микроорганизмов, сортов растений, линий и пород животных;

- регуляция пола, позволяющая целенаправленно получать самок или самцов разных видов животных и птицы;

- генокопирование организмов посредством пересадки в яйцеклетку, из которой удалено ядро, нового, взятого из соматической клетки;

- защита наследственности населения и животных от мутагенного действия радиации, химических и биологических мутагенов;

- борьба с наследственными болезнями человека и животных, создание новых пород, устойчивых к болезням.

Литература: 1 (стр. 3-16).

Вид занятия: лабораторное. Время: 2 часа.

Цель. Изучить основные положения науки генетики, методы исследований, этапы становления и проблемы ею решаемые.

Материальное обеспечение: плакаты, схемы.

Содержание и методика проведения занятия.

Задание 1. Уяснить понятия наследственности, наследования, наследуемости, изменчивости, методы генетических исследований.

Контрольные вопросы:

1. Генетика ─ наука о наследственности и изменчивости и вопросы, изучаемые генетикой. Сущность наследственности и изменчивости.

2. Методы исследования, применяемые в генетике.

3. Основные этапы развития генетики. Достижения современной генетики и пути её дальнейшего развития.

4. Роль наследственности и изменчивости в эволюции диких и домашних животных.

5. Связь генетики с другими науками и её значение для теории и практики медицины, ветеринарии, племенного дела в животноводстве.

Подведение итогов – 10 минут.