План лекции
Предмет генетики. Сущность явлений наследственности и изменчивости.
Методы генетики.
Краткая история развития генетики.
Генетические исследования в Республике Беларусь
Связь генетики с другими науками.
Значение генетики.
Вопрос. Предмет генетики. Сущность явлений наследственности и изменчивости.
Генетика – это наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими; это наука, изучающая наследственность и изменчивость признаков живых организмов.
Наследственность – это
1) способность организмов порождать себе подобных;
2) способность организмов передавать (наследовать) свои признаки и качества из поколения в поколение;
3) сохранение определенных вариантов признаков при смене поколений.
Изменчивость – это способность организмов изменяться по признакам тела или отдельных его частей, а также функций.
Изменчивость – это
1) существование признаков в различных формах (вариантах);
2) появление различий между организмами (частями организма или группами организмов) по отдельным признакам.
Основные типы наследования признаков
Прямое наследование, при котором варианты признаков сохраняются в неизменном виде из поколения в поколение.
– при вегетативном размножении растений;
– при самоопылении у растений;
– при размножении чистопородных животных и перекрестном опылении чистосортных растений.
Непрямое наследование – это тип наследования, который наблюдается при половом размножении животных и семенном размножении растений.
Для изучения непрямого наследования необходима гибридизация – скрещивание организмов, различающихся по генотипу.
При непрямом наследовании некоторые варианты признаков проявляются в каждом поколении (такие признаки называются доминантными, «господствующими»), а другие варианты могут временно «исчезать», а затем проявляться в последующих поколениях (такие признаки называются рецессивными, «отступающими»).
Сложные типы наследования признаков заранее предсказать появление новых вариантов признаков очень трудно. В некоторых случаях «внезапно» возникают новые варианты признаков, которых не было ни у родителей, ни у бабушек–дедушек, ни у тетушек–дядюшек. Сложное наследование признаков возможно как на основе влияния условий среды на развитие организма, так и в результате возникновения новых генов или новых комбинаций имеющихся в организме генов.
Вопрос. Методы генетики.
В генетике, как и других науках, используются многочисленные методы при проведении исследований. Для генетики присущи свои специфические методы исследований:
Гибридологический анализ – основной метод, при котором проводят целенаправленное скрещивание родителей с определенными признаками и наблюдают за проявлением этих признаков в поколениях потомков.
Принципы гибридологического анализа:
1. Использование в качестве исходных особей (родителей), форм, не дающих расщепления при скрещивании, т.е. константных форм.
2. Анализ наследования отдельных пар альтернативных признаков, то есть признаков, представленных двумя взаимоисключающими вариантами.
3. Количественный учет форм, выщепляющихся в ходе последовательных скрещиваний и использование математических методов при обработке результатов.
4. Индивидуальный анализ потомства от каждой родительской особи.
5. На основании результатов скрещивания составляется и анализируется схема скрещиваний.
Генеалогический – заключается в анализе родословных и позволяет определить тип наследования (доминантный, рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом) признака, а также его моногенность или полигенность. На основе полученных сведений прогнозируют вероятность проявления изучаемого признака в потомстве, что имеет большое значение для предупреждения наследственных заболеваний.
Цитогенетический – изучение хромосом: подсчет их числа, описание структуры, поведения при делении клетки, а также связи изменения структуры хромосом с изменчивостью признаков.
Биохимический – основан на изучении активности ферментных систем. Активность оценивают или по активности самого фермента, или по количеству конечных продуктов реакции, которую контролирует данный фермент. Изучения активности ферментных систем позволяет выявлять генные мутации, которые являются причинами болезней обмена веществ, например, фенилкетонурии, серповидно-клеточной анемии.
Молекулярный – позволяет анализировать фрагменты ДНК, находить и изолировать отдельные гены, устанавливать последовательность нуклеотидов (несут наследственную информацию).
вопрос. Краткая история развития генетики.
Знаменитый врач Древней Греции Гиппократ полагал, что в яйцевой клетке, или в теле матери, должен находиться маленький, но полностью сформированный, преформированный организм. Эти убеждения позже стали называться преформизмом (от лат. preforraatio - предобразование). Спор между преформистами шел только о том, где именно находится этот организм,- в женском или мужском начале.
Противоположные взгляды, согласно которым организм развивается из бесструктурной, гомогенной массы, впервые высказанные еще Аристотелем, в дальнейшем получили развитие и название эпигенеза (от греч. epi - после и genesis - развитие).
Ч. Дарвин впервые поставил биологию на научную основу. Он показал, что в основе эволюции и селекции лежит действие наследственности, изменчивости и отбора. Эти положения стали основой для всего последующего развития генетики.
Первый этап развития науки.
Ознаменовался открытием Г. Менделем (1865) дискретности (делимости) наследственных факторов и разработкой гибридологического метода, изучением наследственности, т. е. правил скрещивания организмов и учета признаков в потомстве.
Значение открытий Г. Менделя оценили после того, как его законы были вновь переоткрыты в 1900 г. тремя биологами независимо друг от друга: де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии.
В 1901 —1903 гг. Хуго де Фриз выдвинул мутационную теорию изменчивости, которая сыграла большую роль в дальнейшем развитии генетики.
Важное значение имели работы датского ботаника Вильгельма Людвига Иоганнсена, который изучал закономерности наследования на чистых линиях фасоли. Он сформулировал также понятие «популяция» (группа организмов одного вида, обитающих и размножающихся на ограниченной территории), предложил называть менделевские “наследственные факторы” термином «ген», дал определения понятий “генотип” и “фенотип”.
Второй этап
Характеризуется переходом к изучению явлений наследственности на клеточном уровне (цитогенетика). Т. Бовери (1902—1907 гг.), У. Сэттон и Э. Уильсон (1902—1907 гг.) установили взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления (митоз) и созревания половых клеток (мейоз).
Решающее значение в обосновании хромосомной теории наследственности имели исследования, проведенные на мушках дрозофилах американским генетиком Т. Г. Морганом и его сотрудниками (1910—1911 гг.).
Морган установил также закономерности наследования признаков, сцепленных с полом.
Следующим шагом было установление химической природы хромосомных генов. Советский генетик Н.К. Кольцов одним из первых развил представление об их макромолекулярной природе (1927 г.), а Н.В. Тимофеев-Ресовский с соавторами в середине 30-х гг. 20 в. вычислил примерный объем гена.
Впервые в 1925 г. советские микробиологи Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов показали, что после облучения дрожжевых клеток ионизирующим излучением возникают разнообразные радиорасы, свойства которых воспроизводятся в потомстве. В 1927 г. Мёллер (Н.J. Muller) в точных опытах на дрозофилах с учетом дозы облучения установил возникновение новых наследственных мутаций. Позже И.А. Рапопорт и Ауэрбах (Ch. Auerbach) открыли явление мутагенеза под влиянием химических веществ.
Третий этап
Отражает достижения молекулярной биологии и связан с использованием методов и принципов точных наук — физики, химии, математики, биофизики и др.— в изучении явлений жизни на уровне молекул. Объектами генетических исследований стали грибы, бактерии, вирусы.
На этом этапе были изучены взаимоотношения между генами и ферментами и сформулирована теория “один ген — один фермент” (Дж. Бидл и Э. Тейтем, Дж. Ледерберг, 1940): каждый ген контролирует синтез одного фермента; фермент в свою очередь контролирует одну реакцию из целого ряда биохимических превращений, лежащих в основе проявления внешнего или внутреннего признака организма.
В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон, опираясь на результаты опытов генетиков и биохимиков, на данные рентгеноструктурного анализа, создали структурную модель ДНК в форме двойной спирали. Предложенная ими модель ДНК хорошо согласуется с биологической функцией этого соединения: способностью к самоудвоению генетического материала и устойчивому сохранению его в поколениях — от клетки к клетке.
В последнее десятилетие возникло новое направление в молекулярной генетике — генная инженерия — система приемов, позволяющих биологу конструировать искусственные генетические системы.
Генная инженерия основывается на универсальности генетического кода: триплеты нуклеотидов ДНК программируют включение аминокислот в белковые молекулы всех организмов — человека, животных, растений, бактерий, вирусов.
Благодаря этому можно синтезировать новый ген или выделить его из одной бактерии и ввести его в генетический аппарат другой бактерии, лишенной такого гена.
