Методы исследования генетики

1. Гибридологичный анализ. Главное условие – подбор родительских пар по изучаемому признаку. Метод основан на скрещивание родительских особей, отличающихся по 1, 2 или нескольким парам альтернативных признаков и отслеживание их в ряду поколений.

2.Кариалогический анализ -изучают законы передачи генетического материала на хромосомном уровне.

Генетика человека, или антропогенетика изучает явления наследственности и изменчивости, закономерности наследования признаков, их изменения под действием условий окружающей среды.

Генетика человека имеет ряд самостоятельных разделов: цитогенетика, биохимическая и молекулярная генетика, радиационная генетика, иммуногенетика, фармакогенетика, популяционная генетика.

Одним из наиболее важных, является раздел медицинской генетики, который стал самостоятельной наукой. Предметом этой науки является изучение наследственной патологии, разработка методов диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней.

Основная задача генетики – выучить закономерности наследственности и изменчивости с целью разработки способов управления ими в интересах всего человечества. Для осуществления этой задачи генетика использует ряд методов, основной из них – генетический анализ. Его основу составляет гибридологический метод – изучения закономерностей наследования признаков путем гибридизации (скрещивания). Метод разработал Г.Мендель (1865). Особенность современной генетики – проникновение во все области молекулярного уровня исследований, углубления связей с другими науками. Значения. Генетические закономерности лежат в основе всех биологических явлений. Значение работ Н.И. Вавилова. Н.К. Кольцова, С.С. Четверикова. А.С. Серебровского и др. видных русских ученых-генетиков в становлении; отечественной генетической школы. Известный генетик Н.И. Вавилов открыл закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Этот закон позволяет предсказать наличие того или иного признака у разных видов одного рода. Н. К. Кольцов – высказывает предположение о том, что химическую основу генов составляют биологические молекулы, указывает на связь между генами и ферментами. С.С. Четвериков участвовал при разработке основ генетики популяции организмов, при установлении наследственной природы и анализа некоторых наследственных заболеваний.

 

 

Ген как сложная дискретная единица наследственности. Классификация генов и их функции. Свойства генов в отношении признаков (дискретность, специфичность действия и др.). Рассмотреть на примерах.

Ген —это участок молекулы ДНК, дающий информацию о синтезе определенного полипептида или нуклеиновой кислоты. Набор генов организма, которые он получает от своих родителей, называется генотипом, а содержание генов в гаплоидном наборе хромосом — геномом.. Геном у всех видов является дискретным образованием состоящих из различных по размерам функциональных единиц- генами. Изучая Функцию генов американский ученый в 1941г Татум — ген контролирует синтез белков ферментов в клетке. Дальнейшее изучение показало, что гены контролируют не только белки ферменты, а все другие не ферментные белки. Установленно, что в ДНК записана структура не только белка, но и т-РНК и рибосомные РНК. Все РНК клетки синтезируются на матрице ДНК. Информационная-РНК снимает информацию с генов. Рибосомные и транспортные РНК- не являются матрицей для синтеза белка.

Учитывая функции все гены делят на три группы.

1) Структурные – синтез ферментов, структурных белков, антител. 2)регуляторные синтез белки-репрессоры

3) Гистоновые – синтез белков гистонов.

Свойства генов

1) Дискретность действия гена в отношении контролирующего признака, т.е каждый ген отвечает за один признак

2)Специфичность действия, т.к 1 ген контролирует свой признак.

3) Ген обладает плейтропным действием(множественным) У человека есть ген, который одновременно отвечает за рост организма за аномалию хрусталика..

4) Стабильность действия генов в отношении генов, которые обеспечивают видовое постоянство признаков в ряду поколений.

5) Наличие у генов двух и более аллельных состояний, контролирущий развитие альтернативных признаков.

6) Взаимодйствие генов в системе генотипа.. Взаимодействия: доминирования, неполное доминирование, кодоминирования, аллельные исключения(в Х-хромосоме).Межгенные: комплементарность, эпистаз, полимерия,

 

Генотип и фенотип. Определение и классификация фенотипических признаков. Взаимодействие аллельных генов в системе генотипа. Анализирующее скрещивание, его значение для определения зиготности генотипов (рассмотреть на примерах).

Фенотип – совокупность всех внешних и внутренних признаков организма. Фен – это любое отдельное взятое качество или свойство по которому один организм отличается от другого. Фенотип является результатом взаимодействия генотипа и условий внешней среды. Фенотип никогда не бывает отображением всего генотипа, а всегда характеризует лишь ту часть его, которая реализуется при данных условиях. Термины генотип и фенотип ввел в науку в 1909 г. датский генетик В.Йогансен.

Генотип – совокупнсть наследственных зачатков(генов), заключенный в диплойдном наборе хромосом. Зиготы делят на гомо и гетерозиготы. Фенотипические признаки делятся на 4 класса.

1. морфологический (вес, рост)

2. функциональные (давление)

3. имунологические (разные группы крови)

4. Биохимические (те реакции и ферменты, которые лежат в основе обмена веществ у вида).

Анализирующее скрещивание заключается в том, что особь, генотип которой неясен, но должен быть выяснен, скрещивается с рецессивной формой… Если от такого скрещивания все потомство окажется однородным, значит анализируемая особь гомозиготна, если же произойдет расщепление, то она гетерозиготна. Генотип организма с рецессивным признаком определяется по его фенотипу. Такой организм обязательно должен быть гомозиготной за рецессивним геном (аа).Гомозиготная (АА) и гетерозиготная (Аа) особи с доминантным признаком по фенотипу не отличаются. Для определения генотипа в опытах на растениях и животных проводят анализирующее скрещивание и определяют генотип особи по фенотипу потомства. Анализирующее – скрещивания, в котором особь, генотип которой неизвестный, но его нужно установить (АА ли Аа), скрещивается с рецессивной гомозиготой (аа). Если все потомство от этого скрещивания будет однообразным, исследуемый организм имеет генотип АА. Если в потомстве наблюдается расщепления за фенотипом в соотношении 1:1, исследуемый организм является гетерозиготным Аа.

Пример. У человека карие глаза доминируют над голубыми. Следовательно, голубоглазый человек по этому признаку может быть лишь гомозиготным по рецессивным аллелям. Если один из родителей голубоглазый, а другой кареглазый и у них родился голубоглазый ребенок, то следовательно, кареглазый родитель гетерозиготен, если же от родителей с аналогичными признаками -родится большое число потомков и у всех будут лишь карие глаза, то нужно полагать, что кареглазый родитель гомозиготен по этому признаку.

Основные формы взаимодействия аллельных генов – полное и неполное доминирование, сверхдоминирование и кодоминирование

Полное доминирование (доминантность) – полное преобладание в фенотипе гетерозиготного организма одного аллеля (доминантного) над другим (рецессивным) аллелем одного и того же гена.

Рецессивность – угнетение в фенотипе гетерозиготного организма одного аллеля (рецессивного) другим аллелем (доминантным) одного и того же гена. Доминирование может быть полным и неполным. В случае полного доминирования доминантная гомозигота (АА) и гетерозигота (Аа) имеют одинаковый фенотип. Явление полного доминирования наблюдалось в опытах Г. Менделя, где один аллельный ген всегда был доминантным, другой – рецессивным. Поэтому семена гороха по цвету всегда были или желтыми, или зелеными и не имели другого, например, синего цвета. При полном доминировании в скрещивании гетерозигот (Аа х Аа) расщепления за фенотипом было – 3:1, за генотипом – 1:2:1. По типу полного доминирования у человека наследуются менделирующие признаки (моногенное наследования): ямочки на щеках, способность свертывать язык трубочкой, свойство загибать язык назад.

Неполное доминирование – взаимодействие аллельных генов, при котором у гетерозиготного организма доминантный аллель не проявляет полностью своей доминантности, а рецессивний аллель одного и того же гена – своей рецессивности. При неполном доминировании фенотип гетерозиготы Аа есть промежуточным между фенотипом доминантной АА и рецесивной аа гомозигот. Так, в скрещивании ночной красавицы с красными цветками (АА) и ночной красавицы с белыми цветками (аа), все гибриды (Аа) первого поколения F1 имели розовую окраску цветков. В скрещивании гибридов первого поколения F1 между собою (Аа х Аа) во втором поколении F2 происходит расщепления за фенотипом в соотношении 1:2:1, которое совпадает со соответствующим по генотипому 1АА:2Аа:1аа, но отличается от расщепления по фенотипу при полном доминировании (3:1). По типу неполного доминирования у человека наследуются анемия, талассемия,, др..

Сверхдоминирование – взаимодействие аллельных генов, при котором доминантный аллель в гетерозиготном состоянии проявляется в фенотипе сильнее, чем в гомозитнм (Аа >АА). При этом типе имеет место действие летальных генов. У человека, например, укороченные пальцы рук – брахидактилия – аутосомно-доминантный признак. При чем гомозиготы доминантные погибают еще на ранних стадиях эмбриогенеза. Следуем, гетерозиготы являются больными брахидактилией, а гомозиготы доминантные имеют нормальное строение кисти. В результате брака у родителей, страдающих брахидактилией могут быть дети больные этим заболеванием и здоровые в соотношении 2:1.

Кодоминирование – взаимодействие аллельных генов, при котором в фенотипе гетерозиготного организма проявляются оба аллеля одного и того же гена. По типу кодоминирования у человека наследуется четвертая группа крови (генотип ІАІВ). У людей с этой группой в эритроцитах крови одновременно имеются антиген А, который контролируется аллелем ІА и антиген В – продукт экспрессии аллеля ІВ. Аллели ІА и ІВ – кодоминантные

 

 

32. Гибридологический метод, его сущность и значение. Моногибридное скрещивание. Первое и второе правила Менделя. Рецессивные и доминантные признаки. Закон “чистоты гамет”, его цитологические основы. Ди- и полигибридное скрещивание. Третье правило Менделя, условия его действия и цитологические основы. Менделирующие признаки у человека.

Гибридологический метод – изучение наследования путем гибридизации (скрещивания), то есть объединения двух генетически разных организмов (гамет).

Гетерозиготный организм, который получается при этом, называется гибридом, а потомство – гибридным. Его сущность – проведение анализа наследования по отдельным автономным признакам, которые передаются нескольким поколениям, и точного количественного учета наследования всех альтернативных признаков и характера потомства каждого отдельно взятого гибрида. Он является основой современной генетики. Моногибридным называется скрещивание, при котором рассматривается наследование одной пары альтернативных (контрастных, взаимоисключающих) признаков, детерминируемых одной парой генов. При моногибридном скрещивании соблюдается первый закон Менделя (закон единообразия), согласно которому при скрещивании гомозиготных организмов у их потомков F1 проявляется только один альтернативный признак (доминантный), а второй находится в скрытом (рецессивном) состоянии. Потомство F1 единообразно по фенотипу и генотипу. Согласно второму закону Менделя (закон расщепления) при скрещивании гетерозигот в их потомстве F2 наблюдается расщепление по генотипу в соотношении 1:2:1 и по фенотипу в пропорции 3:1.

Доминантный признак - доминирующий, проявляется фенотипически. Рецессивный - слабый, подавленный, внешне не проявляется. Например, черные (карие) глаза это доминантный признак, а голубые - рецесивный. Закон чистоты гамет. Появление во втором поколении (F2) рецессивного признака одного из родителей (Р) может иметь место только при соблюдении двух условий: 1) если у гибридов наследственные факторы сохраняются в неизменном виде; 2) если половые клетки содержат только один наследственный фактор из аллельной пары.

Закон чистоты гамет можно сформулировать следующим образом: «При образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из каждой аллельной пары». Цитологическим обоснованием закона чистоты гамет, а следовательно и всех закономерностей наследования признаков, является поведение хромосом в мейозе, в результате которого в клетках оказывается лишь одна хромосома из каждой гомологичной пары. Дигибридное скрещивание – это скрещивание родительских особей, различающихся по двум парам альтернативных признаков и, соответственно, по двум парам аллельных генов. Полигибридное скрещивание – это скрещивание особей, различающихся по нескольким парам альтернативных признаков и, соответственно, по нескольким парам аллельных генов.

3 закон Менделя при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся двумя (или более) парами альтернативных признаков, во втором поколении {F2)наблюдается независимое наследование и комбинирование признаков, если гены, определяющие их, расположены в различных гомологичных хромосомах. Цитологической основой этого закона является мейоз. В мейозе негомологичные хромосомы расходятся независимо и могут комбинироваться в любых комбинациях. Поэтому аллель А может оказаться в одной гамете и с одинаковой вероятностью с аллелем В или с аллелем b, но не с аллелем а. С такой же вероятностью аллель а может попасть в гамету с аллелем В или с аллелем b, но не с аллелем А. Гибриды F1 в мейозе образовывают яйцеклетки 4-х типов: АВ, Аb, аВ и аb и столько же типов спермиев. При случайном объединении этих гамет возможно образование 16 типов зигот (4 х 4), которые можно определить по решетке Р. Пеннета. Эти типы зигот дают 4 фенотипических класса в соотношении 9 желтых гладких: 3 желтых морщинистых: 3 зеленых гладких: 1 зеленый морщинистый (9:3:3:1) и 9 генотипических класса в соотношении 1ААВВ:2АаВВ:2ААВb:4АаВb:1ААbb:2Aabb:1aaBB:2aaBb:1aabb. Подсчет расщепления в F2 за каждой парой признаков показывает, что он в обоих случаях равняется 12:4, то есть 3:1, как при моногибридном скрещивании. Итак, дигибридное скрещивание – это, в сущности, два независимых моногибридных, которые как-будто накладываются одно на другое. Для проявления третьего закона

Менделя необходимо соблюдение следующих условий:

1) отсутствие взаимодействия генов, кроме полного доминирования;

2) отсутствие летальных и полулетальных генов;

3) отсутствие сцепления генов;

4) равновероятный механизм образования гамет и зигот разных типов;

5) пенетрантность гена 100%.

6) отсутствие плейотропного действия генов. Дигибридное анализирующее скрещивание Если в результате скрещивания получено единообразие гибридов первого поколения, то анализируемый организм является гомозиготным, а если произойдет расщепление 1:1:1:1, то – дигетерозиготным Менделирующими признаками называются те, наследование которых про исходит по закономерностям, установленным Г. Менделем.

Менделирующие признаки определяются одним геном моногенно то есть когда проявление признака определяется взаимодействием аллельных генов, один из которых доминирует (подавляет) другой. Менделевские законы справедливы для аутосомных генов с полной пенетрантностью и постоянной экспрессивностью (степенью выраженности признака). Если гены локализованы в половых хромосомах, или в одной хромосоме сцеплено, или в ДНК органоидов, то результаты скрещивания не будут следовать законам Менделя. Общие законы наследственности одинаковы для всех эукариот. У человека также имеются менделирующие признаки, и для него характерны все типы их наследования: аутосомно- доминантный, аутосомно-рецессивный, сцепленный с половыми хромосомами.

 

33. Аллельные гены. Множественный аллелизм, его происхождение, примеры. Наследование групп крови АВО (Н) – системы у человека. Аллельные гены - различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологических хромосом. Аллели определяют варианты развития одного и того же признака. В нормальной диплоидной клетке могут присутствовать не более двух аллелей одного локуса одновременно. В одной гамете два аллеля находиться не могут.

Форма взаимодействия аллельных генов.. Взаимодействие генов с другими генами бывает таким:

• комплиментарное — совместное действие двух и более неаллельных генов (из разных пар) на проявление определенного признака. При этом каждый ген в отдельности не может вызвать развитие данного признака, только наличие в одном генотипе (гомо- или гетерозиготном состоянии) обуславливает его проявление;

• модифицирующее (гены-модификаторы) — усиление или ослабление действия главных генов действием других, неаллельных им генов (в некоторых породах ослабление черного окраса до голубого, коричневого до желтого);

• неаллельное — развитие признака под действием двух или более неаллельных генов;

• полимерное — суммарное выражение действия нескольких неаллельных генов на развитие одного и того же признака. Таким способом наследуется большинство количественных признаков (рост, вес, длина и др.);

• эпистатическое (эпистаз) — подавление доминантным аллелем одного гена действия другого, неаллельного первому гену (так ген Cd ослабляет красный цвет до желтого при наличии гена красного окраса);

• кодоминантность — независимое проявление признаков у гетерозиготы, контролируемых разными аллелями;

• плейотропия — способность одного гена влиять на проявление нескольких признаков (ген М, обеспечивающий мраморный окрас у догов, шелти, колли, такс, влияет также на цвет глаз, которые могут быть голубыми, голубо-карими, карими. При этом все варианты являются нормой).

Множественный аллелизм - наличие у гена множественных аллелей. Создается так называемая серия аллелей, “рассеянных” в популяции данного вида.. Примером множественного аллелизма может служит система групп крови АВО, открытая австрийским ученым К. Ландштейнером в 1900 г Наследование групп крови AB0(H) В диплоидном наборе хромосом каждого человека содержатся два из трех аллельных генов - А, В и О (Н), кодирующих свойства элементов крови. Вместе они определяют фенотип группы крови, т.е. антигенные свойства эритроцитов. Свойства А и В являются доминантными, поэтому группа крови О фенотипически экспрессирована только у гомозигот. Поскольку генотип АО или ВО может давать соответственно фенотип А или В, у родителей с одной из этих групп крови вполне может быть ребенок с группой О. Аллели А и В находятся в отношениях кодоминантности: при наличии обоих этих генов каждый из них экспрессируется, не взаимодействуя друг с другом.

 

 

34. Генотип как система взаимодействующих генов. Взаимодействие неаллельных свободно комбинирующихся генов. Комплементарность и эпистаз. Молекулярный механизм рецессивного эпистаза (наследование «бомбейской» группы крови)

Генотип представляет собой систему, контролирующую развитие, строение и жизнедеятельность организма, то есть совокупность всех признаков организма — его фенотип. Генотип — единая система взаимодействующих генов, так что проявление каждого гена зависит от генотипической среды, в которой он находится. Взаимодействие генотипа с комплексом факторов внутренней и внешней среды организма обусловливает фенотипическое проявление признаков. Примером влияния среды на фенотипическое проявление генотипа может служить окраска меха у кроликов так называемой гималайской линии: при одном и том же генотипе эти кролики при выращивании на холоде имеют чёрный мех, при умеренной температуре — «гималайскую» окраску (белая с чёрными мордой, ушами, лапами и хвостом), при повышенной температуре — белый мех. Поэтому генотип определяет наследование не конкретных признаков, а норму реакции организма на все возможные условия среды. На разных этапах развития особи в активном состоянии находятся то одни, то другие гены; поэтому генотип функционирует как изменчивая подвижная система. Основные формы взаимодействия неалельных генов – комплементарность, эпистаз и полимерия. Они преимущественно видоизменяют классическую формулу расщепления за фенотипом, установленную Г. Менделем для дигибридного скрещивания (9:3:3:1).

Комплементарными, или взаимодополняющими, называются неаллельные гены, которые поодиночке не проявляют своего действия, но при одновременном наличии в генотипе предопределяют развитие нового признака. У душистого горошка окраски цветков обусловлена двумя доминантными неаллельными генами, из них один ген (А) обеспечивает синтез бесцветного субстрата, другой (В) – синтез пигмента. Поэтому при скрещивании растений с белыми цветками (ААbb х ааВВ) все растения в первом поколении F1 (АаВb) имеют окрашенные цветки, а во втором поколении F2 происходит расщепления за фенотипом в соотношении 9:7, где 9/16 растений имеют окрашенные цветки и 7/16 – неокрашенные.

Эпистаз – взаимодействие неаллельных генов, при котором один ген подавляет действие другого, неаллельного, гена. Первый ген называется эпистатическим, или супрессором, другой, неаллельний, ген – гипостатическим. Если эпистатический ген – доминантный, эпистаз называют доминантным (А>В). И, наоборот, если эпистатический ген рецессивный, эпистаз – рецессивный (аа>В или аа >вв). Взаимодействие генов при эпистазе противоположно комплементарности. Примером рецесивного эпистаза может быть бомбейский феномен – необыкновенное наследование групп крови системы АВО, впервые выявленное в одной индийской семье. В семье, где отец имел группу крови І (О), а иметь – ІІІ (В), родилась девочка с группой І (О), она вступила в брак с мужчиной с группой крови ІІ(А) и у них родилось две девочки: одна из группой крови ІV (АВ), другая – с І (О). Рождение девочки с ІV (АВ) группой крови в семье, где отец имел ІІ (А), а мама – І (О) было необыкновенным. Генетики объяснили этот феномен так: девочка с группой ІV (АВ)унаследовала аллель ІА от отца, а аллель ІВ – от матери, но у матери аллель ІВ фенотипически не проявлялся, так как в ее генотипе присутствовал редкий рецессивний эпистатический ген s в гомозиготном состоянии, который спровоцировал фенотипичное проявление аллеля ІВ.

 

 

35. Взаимодействие неаллельных генов.Взаимодействие типа “эффект положения” (наследование групп крови Rh – системы.

Взаимодействие неаллельных генов. Проявление одного признака может определяться двумя и более парами генов ( комплементарность и полимерное наследование) и, наоборот, одна пара генов может влиять на проявление нескольких признаков (множественное действие генов). Кроме того, одни гены могут подавлять действие других (эпистаз). Все эти явления получили общее название взаимодействие генов. При взаимодействии двух пар генов вероятность появления организмов каждого фенотипа определяется различными сочетаниями двух пар генов, участвующих в развитии признака. Так же, как и в случае дигибридного скрещивания, эти сочетания можно оценивать с помощью решетки Пеннета. В большинстве случаев различные соотношения фенотипов при скрещивании дигетерозигот образованы из соотношения 9:3:3:1 путем сложения отдельных элементов, например, расщепление 9:7 при комплементарном наследовании может быть представлено как 9:(3+3+1).

Особый вид представляет взаимодействие, обусловленное местоположением гена в системе генотипа, — эффект положения. Непосредственное окружение, в котором находится ген, может влиять на его экспрессию. Изменение активности гена может быть связано с перемещением в другую группу сцепления при хромосомных перестройках или деятельности подвижных генетических элементов, активирующих или угнетающих проявления генов, вблизи которых они встраиваются. Наконец, немалое значение в объединении генов в единую систему генотипа имеют регуляторные взаимодействия, обеспечивающие регуляцию генной активности. Продукты генов- регуляторов — белки-регуляторы обладают способностью узнавать определенные последовательности ДНК, соединяться с ними, обеспечивая, таким образом, транскрибирование информации со структурных генов или препятствия транскрипции.