Генетика (стр. 2 )

Особое внимание необходимо обратить на то, что принцип независимого наследования и комбинирования признаков (по Менделю) осуществляется только в том случае, если гены, определяющие эти признаки, находятся в разных хромосомах. Однако если исходить из того, что каждый признак организма определяется геном, то генов должно быть бесконеч­но много. Число же хромосом ограничено и поэтому не все гены могут комбинироваться в соответствии с законами Менделя. С таким явлением впервые столкнулись в 1907 г. Бетсон и Пеннет при изучении наследования окраски цветков и формы пыльцы у душистого горошка. Наблю­даемое ими расщепление по фенотипу и генотипу в F2 отличалось от расщепления при независимом комбинировании признаков?

Научное объяснение этому противоречию было дано в опытах Моргана при изучении наследования окраски тела и формы крыльев. Чтобы уяснить различия в расщеплении по двум (и более) парам признаков при независимом и сцеп­ленном наследований, записи в скрещиваниях принято про­изводить так:

1) При независимом наследовании по Менделю, когда, гены локализованы в разных хромосомах:

А В а в

Р ♀ = = х ♂ = =

А В а в

гаметы

f1 А В

= =

а в

2) При сцепленном наследовании, когда гены, локализо­ваны в одной хромосоме:

АВ ав

Р ♀ == х ♂ ==

АВ ав

гаметы

f1 АВ

==

ав

С учетом указанной символики проанализируйте откло­нения в расщеплении гибридов F2 в опыте Бетсона и Пеннета от менделевского расщепления при независимом наследовании генов.

При этом важно усвоить, что гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно и образуют группу сцепления. Совпадение числа групп сцепления с числом пар гомологичных хромосом подтверждает, что местом нахождения генов (наследственных факторов) являются хромосомы.

Необходимо иметь четкое представление о том, что сцепление почти никогда не бывает полным из-за процесса крос­синговера, протекающего в мейозе. Кроссинговер – это обмен гомологичными участками гомологичных хромосом. Это явление носит вероятностный характер и регулярно происходит при мейозе. Следует уяснить механизм кроссинговера, обеспечивающего перекомбина­цию генов при сцепленном наследовании. В профазе мейоза гомологичные хромосомы взаимно притягиваются и между ними осуществляется обмен одинаковыми участками (перекрест хромосом). В результа­те в процессе мейоза образуется не два типа гамет, а добав­ляются гаметы с хромосомами, в которых произошел кроссинговер (кроссоверные).

АВ

Например, родительская особь == при полном сцеплении

ав

(кроссинговер отсутствует) образует гаметы и в

отношении 1:1. В результате кроссинговера к указанным гаметам в меньшем

количестве добавляются но­вые - и, так как гены

А и В оказались в разных хромосомах – . Число кроссоверных гамет

зависит от расстояния между генами А и В; чем дальше в хромосоме расположены гены А и В, тем чаще происходит кроссингрвер, тем больше образуется кроссоверных гамет (особей).

За единицу измерения расстояния между изучаемыми генами принят один процент кроссинговера (морганида). Процент кроссинговера определяют при анализирующем скрещи­вании:

Величина кроссинговера (в %):

,

где а – число кроссоверных особей одного типа;

в – число кроссоверных особей другого типа;

n – общее количество особей анализирующего скрещи­вания.

Внимательно рассмотрите соответствующие рисунки учеб­ника. Изучите доказательства линейното расположения генов в хромосомах. Раскройте значение генетических и цитологиче­ских карт для генетиков и селекционеров.

Заканчивая изучение этого раздела, следует сформулировать основные положения хромосомной теории наследст­венности и провести моделирование наследования при полном и неполном (наличие кроссинговера) сцеплении генов.

Литература: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8.

Вопросы для самопроверки

1. Какие выделяют типы хромосомного определения пола?

2.  В чем состоит цитологическая основа наследования признаков, сцепленных с полом?

3.  Какие генетические последствия нерасхождения половых хромосом?

4.  Какой тип наследования называют сцепленное наследование?

5.  Что такое группа сцепления?

6.  Чему равно число групп сцепления?

7.  Что такое кроссинговер?

8.  В чем состоит цитологическое доказательство кроссин­говера?

9.  Как определяют в генетическом анализе частоту кроссинговера?

10. В чем состоит роль кроссинговера, рекомбинации генов, в эволюции и селекции?

11. Как было доказано линейное расположение генов в хромосоме?

12. Что такое генетические и цитологические карты хромосом?

13. С именами каких ученых связано становление хромосомной теории наследственности?

14. Почему дрозофила была избрана в качестве объекта генетических исследований?

15. В чем суть основных положений хромосомной теории наследственности?

РАЗДЕЛ 5

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ

Тема 6. Пластидная наследственность и ЦМС

Приступая к изучению этой темы, особое внимание сле­дует обратить на генетический (наследственный) материал клетку, который сосредоточен главным образом в хромосо­мах.

В гг. немецкие ученые Корренс и Баур установили, что пестролистность у растений ночной красавицы и львиного зева наследуется через цитоплазму. Суть этого явления сводится к тому, что результаты реципрокных скрещиваний по некоторым признакам различны и чаще всего наследование их идет по материнской линии. Так как у высших растений (и животных) цитоплазма зиготы происходит от женской гаметы (яйцеклетки), то объяснение цитоплазматической наследственности состояло в том, что очевидно, некоторые наследственные факторы находятся не в ядре, а в цитоплазме.

В наше время это подтверждено с 'помощью биохимиче­ских и электронно-микроскопических исследований, благода­ря которым в органоидах цитоплазмы (пластидах, митохонд­риях) обнаружены и выделены ДНК, все виды РНК, рибосо­мы, все ферменты и факторы репликации, транскрипции и трансляции генетической информации, т. е. условия для генетической и физической непрерывности этих органоидов. Пос­леднее является прямым доказательством того, что цитоплазма обладает свойством передачи некоторых признаков потом­ству.

Важно уяснить генетическую природу пластидной наследственности и цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС), роль генов и плазмогенов в их насле­довании. Следует обратить внимание на роль митохондрий в формировании ЦМС, ее генетико-физиологических причин. Особое внимание следует обратить на практическое использование явлений ЦМС в семеноводстве гибридов у кукурузы, сорго, овощных и других сельскохо­зяйственных культур.

Литература: 1, 2, 3, 4, 5, 8.

Вопросы для самопроверки

1. Когда состоялось открытие цитоплазматической наследственности?

2. В чем ее отличие от ядерной наследственности?

3. Что такое плазмон?

4. Что такое плазмогены и где они локализованы?

5. В каких органоидах клетки обнаружены хромосомы?

6. Чем отличаются хромосомы органоидов от ядерных хромосом?

7. В чем состоит пластидная наследственность и как она передается по потомству?

8. Что такое ЦМС?

9.  Как передается ЦМС по потомству?

10. У каких растений открыта ЦМС?

11. В чем состоит генетическая природа цитоплазматической мужской стерильности?

12. Влияют ли ядерные гены на формирование ЦМС у кукурузы?

13. В чем особенность наследования признаков, контролируемых ядерными генами и плазмогенами?

14. Происходит ли обмен генетической информацией между геномом и плазмоном?

15. У каких культур нашло практическое использование ЦМС?

РАЗДЕЛ 6

ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Тема 7. Генотипическая и фенотипическая наследственность

При изучении этого раздела следует четко уяснить, что изменчивость, как и наследственность – неотъемлемое свой­ство всех живых существ. Характер изменений и их причины различны. Поэтому необходимо разобраться в современной классификации и сути каждого вида изменчивости.

Изменчивость

Ч. Дарвин ненаследственные изменения (модификации) называл определенными, т. е. они адекватны условиям внеш­ней среды, а наследственные изменения (типа мутаций) – неопределенными (неадекватными). В эволюции и селекции основная роль принадлежит наследственным изменениям. В связи с этим следует четко усвоить учение Иогансена о по­пуляциях и чистых линиях и принцип действия отбора в них.

При изучении модификационной изменчивости необходимо обратить внимание на роль внешних условий в развитии признаков, на норму реакции одного и того же генотипа (сор­та) на тот фон, который создает агроном в своей практиче­ской деятельности при возделывании сельскохозяйственных культур. Роль агрофона в семеноводческих посевах с.-х. растений. Следует подробно рассмотреть статистические методы изучения модификационной изменчивости.

При изучении наследственной изменчивости следует четко уяснить, что она связана с изменением генотипа. Комбинационная (гибридная) изменчивость возникает в результате новых сочетаний (комбинаций) генов и их рекомбинаций при кроссинговере при скрещиваниях генетически отличных родительских форм. Вспомните новообразования при дигибридном скрещивании, появление растений с другим состоянием признаков по сравнению с роди­тельскими особями, при комплементарном взаимодействии генов, эпистазе, полимерии, при кроссинговере.

Комбинационная изменчивость является очень важным источником получения новых форм в селекции растений и жи­вотных.

Мутационная изменчивость возникает в результате изме­нения ДНК (генов), структуры и числа хромосом. Мутации являются единственным источником первичных наследствен­ных изменений и играют основную роль в эволюции.

Следует уяснить основные положения мутационной тео­рии, которые были сформулированы Коржинским в 1899 г. и Де Фризом в 1901 г. Следует обратить внимание на ошибочное представление Де Фризом в эволюционном процессе мутаций учению Дарвина о естественном отборе.

Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом, который подразделяют на естественный (спонтанный) и ис­кусственный (индуцированный). Запомните примеры спонтанных мутаций, обратите внимание на частоту их появле­ния.

Факторы, вызывающие мутации, долго оставались неизвестными. Большинство ученых того времени связывали эти
изменения только с внутренними причинами, залаженными в
самой природе организмов. Обратите внимание на приоритет
советских ученых Надсона и Филиппова, которые впервые
(1925 г.) получили мутации искусственным путем и установили причину их возникновения – действие внешних факторов. Они открыли эру индуцированного мутагенеза (Работы Меллера, Стадлера и др.). Мутагенные факторы (мутагены) делятся на физические и химические. Приведите примеры и уясните характер действия тех и других на генетический ап­парат клетки. Что такое «супермутагены» (Работы Ауэрбах и Рапопорта)? Разбирая вопрос о действии ионизирующей радиации на живые организмы, следует уяснить, что такое летальные и критические дозы радиации, как происходит репарация повреждений генетиче­ского материала клетки.

Следует постоянно помнить, что не только физические, но и химические мутагены отрицательно действуют на наследст­венность человека. Поэтому необходимо по возможности ог­раничить использование химических веществ в хозяйствен­ной деятельности человека, чтобы не повышать мутагенное действие внешней среды.

Наукой установлено, что алкоголь даже в небольших дозах также нарушает целостность хромосом, что приводит к тяжелым (физическим и психическим) болезням детей. Куре­ние, медикаменты, крепкое кофе и т. п. тоже относится к «факторам риска».

Изучите основные типы мутаций и их классификацию. Особое внимание уделите классификации мутаций по харак­теру изменения генетического аппарата. Приведите примеры на все типы мутаций. Следует уяснить, что один и тот же ген может мутировать в несколько состояний. Тогда обра­зуется серия аллелей, а явление называется множественным аллелизмом. В качестве примера разберите серию аллелей самонесовместимости у перекрестноопыляющихся культур.

Например, у клевера их около 200, т. е. S1, S2, S3… S200. Ка­кое это имеет значение в завязывании семян?

Мутации происходят случайно, идут в разных направлениях. И в то же время в потоке изменчивости наблюдается четкая закономерность, установленная великим русским ученым , и получившая название закона гомо­логических рядов в наследственной изменчивости. Изучите этот закон. Уясните, в чем причины гомологической изменчивости, а также значение закона гомологических рядов в селекции. Укажите сорта сельскохозяйственных культур, соз­данные с использованием естественного и индуцированного мутагенеза. Особое внимание обратите на проблему направ­ленного мутагенеза. В чем его сущность и значение?

Литература: 1, 2, 3, 4, 5, 8.

Вопросы для самопроверки

1. Какие существуют наследственности и изменчивость? В чем состоит диалектическое единство противоположностей?

2.  В чем состоит генотипическая изменчивость?

3.  Какие причины ее вызывают?

4.  В чем состоит ненаследственная изменчивость?

5.  Что такое нормы реак­ции?

6.  Как используется норма реакции в практической деятельности агронома?

7.  Какие различают типы наследственной изменчивости?

8.  Что такое мутация?

9.  Что такое мутагенез?

10. Что такое мутагенный фактор?

11. В чем состоят основные положения мутационной теории?

12. Что такое физические и химические мутагены (их классификация)?

13. В чем состоит классификация мутаций по характеру изменения генетического материала?

14. Какое значение для эволюции и селекции представляет закон гомологических рядов ?

15. Как используют мутагенез в селекции с.-х. растений?

Тема 8. Полиплоидия и другие изменения числа хромосом

Полиплоидия и другие изменения числа хромосом отно­сятся к мутациям, в результате которых происходит пере­стройка генома (геномные мутации). В связи с этим необхо­димо четко усвоить, что такое геном.

У каждого вида растений геном характеризуется опреде­ленным набором (гаплоидным числом) хромосом и обозна­чается «х» или одной какой-либо буквой: например, у ржи – R, у мягкой пшеницы три генома – А, В, D и т. п.

Полиплоиды – это организмы, имеющие увеличенное чис­ло хромосом по сравнению с основным гаплоидным. Их клас­сифицируют на два основных типа: автополиплоиды и аллополиплоиды.

Важно уяснить, что автополиплоиды возникают в резуль­тате кратного увеличения гаплоидного набора (х) хромосом одного и того же вида: 2х, Зх, 4х и т. д. В соответствии с этим им даются названия: диплоиды, триплоиды, тетраплоиды и т. д.

Гаплоидное число хромосом самих полиплоидов принято обозначать «n». Следовательно, диплоидное число хромосом у автодиплоидов – 2n = 2х, у автотриплоидов – 2n = 3х, автотетраплоидов – 2n=4х и т. д. Ознакомьтесь с методами получения полиплоидных форм и уясните суть митотической, зиготической и мейотической полиплоидии.

Следует обратить внимание на то, что увеличение числа хромосом приводит к увеличению объема клеток, в результа­те чего автополиплоидные растения могут обладать признаками гигантизма. Однако если число хромосом выше оптимального, уровня плоидности, то такие растения развиваются хуже. Оптимальный уровень плоидности специфичен для разных видов растений.

Установлено, что виды с небольшим числом хромосом лучше реагируют на их удвоение, особенно у перекрестноопыляющихся растений (тетраплоидная рожь). Для некото­рых видов растений (сахарная свекла, арбуз и др.) опти­мальным уровнем плоидности является триплоидный. Необхо­димо разобраться в особенностях мейоза у автоплоидов, причинах пониженной семенной плодовитости и методах ее повышения. Обратите внимание на увеличение гетерозиготности у гибридов F2 у тетраплоидов. Сравните отселектированные тетраплоиды и трудности практического использования триплоидов при семенном размножении.

Особое внимание следует обратить на то, что второй тип полиплоидов – аллополиплоиды, образуются в результате кратного увеличения гаплоидных наборов хромосом, полу­ченных от разных видов или родов. В связи с этим разбери­тесь с типами аллополиплоидов. Наибольшее практическое значение из них получили амфидиплоиды. Важно уяснить значение работ Карпеченко по созданию Raphanobrassica для выяснения причин бесплодия гибридов отдаленных скрещи­ваний для восстановления их плодовитости в селекции растений.

Изучите способы получения пшенично-ржаных амфидиплоидов (Triticale) и практическое их использование. Какова роль аллополиплоидии в эволюции и селекции растений?

Анеуплоиды – это организмы, у которых произошло уве­личение или уменьшение числа отдельных хромосом в гено­ме. Ознакомьтесь с их классификацией: дисомик (2n), моносомик (2n-1), нуллисомик (2n-2), трисомик (2n+1), тетросомик(2n+2).

Изучите механизм образования и типы анеуплоидов, ме­тоды получения анеуплоидов и использование их в генетиче­ских исследованиях для установления локализации генов в определенной хромосоме, а также для замены или дополне­ния отдельных хромосом в уже выведенных сортах с целью их улучшения.

Гаплоиды – растения, в соматических клетках которых со­держится такое же число хромосом (n), как и в гаметах. Как правило, они имеют пониженную жизнеспособность.

Необходимо обратить внимание на характер мейоза у гаплоидов. Поскольку у хромосом нет партнеров, в профазе мейоза биваленты не образуются и наблюдается беспорядочное распределение хромосом. Это является причиной полной или почти полной стерильности гаплоидов.

Фертильными будут только нередуцированные гаметы, в 'Которые перешел весь набор хромосом. Слияние таких гамет приводит к образованию диплоидных организмов, которые будут гомозиготны. Возможность получения путем колхицинирования из гаплоидов диплоидных (гомозиготных) орга­низмов открывает быстрый путь создания нужных селекцио­неру форм. В связи с этим следует изучить методы экспериментального получения гаплоидов и привести примеры их использования в генетике и селекции.

Литература: 1, 2, 3, 4, 5, 8.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое полиплоидия?

2.  У каких растений существуют полиплоидные ряды?

3.  Что такое автополиплоиды?

4.  Какие методы получения автополиплоидов?

5.  Как они используются в селекции растений?

6.  Что такое аллополиплоиды?

7.  Каково значение работ Карпеченко по созда­нию Raphanobrassica?

8.  Что такое трисомики?

9.  Что такое тетрасомики?

10. Какова роль аллоплоидов в эволюции и селекции?

11. Что такое анеуплоиды?

12. Как они используются в генетике и селекции?

13. Что такое гаплоидия?

14. Какие методы получения гаплоидов?

15. Каковы перспективы использования гаплоидов?

Тема 9. Отдаленная гибридизация

При изучении этого раздела следует четко усвоить отли­чие отдаленной гибридизации от внутривидовой. В связи с этим необходимо разобраться в причинах нескрещиваемости разных видов, методах ее преодоления. Обратите внимание на методы преодоления нескрещиваемости, разработанные Мичуриным.

Уясните причины бесплодия отдаленных' гибридов, методы преодоления бесплодия. Познакомьтесь с характером фор­мообразовательного процесса при отдаленной гибридизации, уясните суть и значение интрогрессии. Обратите внимание на особенности мутагенеза при отдаленной гибридизации, на использование метода отдаленной, гибридизации в селекции растений: работы Цицина, Лапченко, и других ученых. Уясните значение метода гибридизации соматических клеток разных видов и родов.

Перенос генов одних видов в ДНК других видов методами генной инженерии получил название трансгенез, а полученные таким образом организмы называются трансгенными. При трансгенезе перенос генов от одного вида к другому осуществляется без эволюционных ограничений. Первые трансгенные растения были созданы в 1983 г. под руководством М. Ван Монтегю (Гентский у-т, Бельгия) и Дж. Шелла (США) в институте растениеводства
(г. Кёльн, Германия). В 1992 г. в Китае начали промышленное возделывание трансгенного табака, устойчивого к насекомым.

В 1994 г. в США зарегистрировали первое трансгенное растение, предназначенное для употребления в пищу – сорт томата Флавр-Савр, с замедленным созреванием. К 1999 г. были получены трансгенные сорта: картофель, соя, кукуруза, сахарная свекла, хлопок, лен, табак и др. В 1999 г. был выдан патент РФ на трансгенный сорт картофеля Центр 1 (Центр «Биоинженерия» РАН) устойчивый к У вирусу.

Следует обратить внимание на способ переноса «чужих» генов в клетки растений. В качестве вектора перереноса используют плазмиды (кольцевые молекулы автономной ДНК, существующие в клетках бактерий). Ti-плазмиды почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, способны проникать в клетки растений и вызывать образование опухолей. Клонируемый ген (трансген) встраивают вместо кодирующей части гена Ti-плазмида, который детерминирует синтез опинов (группа биол. активных веществ), вызывающих развитие опухолей. Такие плазмиды называют рекомбинантными.

Необходимо иметь представление о технологии трансформации растительного генома: для трансформации трансгена в растительные клетки кусочки растений (экспланты) культивируют с агробактериями, несущими рекомбинантные Ti-плазмиды. Растительные экспланты, у которых осуществлялась трансформация, отбирают на селективных средах (антибиотики – каннамицин и др.). Затем трансгенные экспланты укореняют и выращивают трансгенные растения.

Рассмотрите вопрос о экологической и генетической безопасности использования трансгенных растений, в том числе как сырья для продуктов питания.

Литература: 1, 2, 3, 4, 5, 8.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое отдаленная гибридизация?

2. Каковы особенности отдаленной гибридизации?

3. Каковы причины нескрещиваемости отдаленных видов и родов?

4. Какие методы преодоления нескрещиваемости?

5. Какое значение имеют работы Мичурина в области отдаленной гибридизации?

6. Каковы причины бесплодия отдаленных гибридов?

7. Каковы особенности формообразования в потомстве отдален­ных гибридов?

8. Что такое транслокации?

9. Каково их значение в эволюционном процессе?

10.Какие основные методы работы с отдаленными гибридами?

11.Какое значение имеют работы Карпеченко, Цицина, Лапченко, по отдаленной гибриди­зации?

12.Что такое гибридизация соматических клеток разных видов и родов?

13. Что такое трансгенез?

14. Когда и где были впервые созданы трансгенные растения?

15. При выращивании каких с.-х. культур используют трансгенные сорта?

Тема 10. Инбридинг и гетерозис

Изучение этого раздела следует начать с расшифровки понятий инбридинг и аутбридинг. Последний ведет к повышению наследственной изменчивости и играет важную роль в эволюции. Для обеспечения перекрестного опыления отбор закрепил следующие системы самонесовместимости: гаметофитная, спорофитная, гетероморфная. Уясните понятия ука­занных типов несовместимости, генетическую природу само­несовместимости и ее значение в селекции растений.

Познакомьтесь с причинами инбредного вырождения, ос­новную из которых связывают с переходом вредных генов в гомозиготное состояние. Изучите процесс снижения гетерозиготности при инбридинге, уясните формулы для определения численности гетерозигот и гомозигот соответственно: (1/2)n и 1- (1/2)n, где n – число инбридингов.

Инбридинг у растений часто называют инцухтом. Принудительное самоопыление у перекрестноопыляющихся расте­ний приводит к созданию константных гомозиготных инцухт-линии. Использовать в производстве их нельзя из-за низкой урожайности, но при скрещивании инцухт-линий наблюдается повышенная мощность гибридов F1 – гетерозис.

Уясните типы гетерозиса, особенности его проявления и практическое использование у различных сельскохозяйствен­ных культур. Познакомьтесь с гипотезами доминирования, сверхдоминирования и генетического баланса, объясняющими причины гетерозиса у гибридов F1.

Изучите методику создания стерильных аналогов само­опыленных линий (сортов) и восстановителей фертильности. В проблеме закрепления гетерозиса особое внимание обра­тите на апомиксис и полиплоидию.

Литература: 1, 2, 3, 4, 8.

Вопросы для самопроверки

1.  Что такое инбридинг?

2.  Что такое аутбридинг?

3.  В чем генетическая сущность инбридинга (инцухта)?

4.  Что такое инбредный минимум?

5.  Что такое инбредная депрессия?

6.  Что такое гетерозис?

7.  Кто ввел понятие гетерозиса?

8.  Какие особенности его проявления?

9.  Что такое репродуктивный гетерозис?

10.Что такое соматический гетерозис?

11.Что такое адаптивный гетерозис?

12. От чего зависит степень проявления гетерозиса?

13.Каковы генетические теории гетерозиса?

14. Чем отличаются гетерозисные гибриды от обычных гибридов?

15.Каково практическое использование гетерозиса у различных сельскохозяйственных культур?

РАЗДЕЛ 7

ГЕНЕТИКА ОНТОГЕНЕЗА

Тема 11. Генетические основы индивидуального развития

Необходимо, прежде всего, дать определение понятию «онто­генез» и четко уяснить последовательно проходящие этапы онтогенеза и органогенеза. В связи с этим обратите особое внимание на то, что процесс индивидуального развития осуществляется в результате дифференциальной активности генов, действие которых регулируется различиями в составе цитоплазмы, эмбриональной индукцией и гормонами. Сле­довательно, любой живой организм – саморегулирующаяся и самопроизводящаяся система.

Важно уяснить, что в основе индивидуального развития лежат внутренние, генотипические закономерности, сам про­цесс развития – это итог взаимодействия генотипа и внешней среды.

Развитие особи у высших растений (животных) начинает­ся из оплодотворенной клетки (зиготы), которая несет гене­тический код, программирующий появление всех основных видовых и индивидуальных наследственных признаков. По­этому из зерна пшеницы вырастает растение пшеницы, а не ржи и т. п. Однако признаки, свойственные данному виду или сорту растений, в процессе онтогенеза могут сильно изме­няться под влиянием внешних условий. Следует помнить, что генотип определяет направление, возможность развития признаков, а реализация этой возможности зависит от усло­вий внешней среды. В связи с этим необходимо изучить ос­новные принципы управления онтогенезом: нормы реакции и характер действия различных факторов среды на реализа­цию наследственной основы определенных генотипов (сор­тов).

Литература: 1, 2, 3, 4, 5, 8.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое онтогенез?

2. Какие основные этапы онтогенеза?

3. Какие основные этапы органогенеза?

4.  Какой механизм действия генов в онтогенезе?

5.  Какой механизм проявления генов в онтогенезе?

6.  Что такое генетическая программа онтогенеза?

7.  Что такое дифференциальная активность генов в онтогенезе?

8.  Какую информацию проявляет дифференцированная клетка?

9.  Что является механизмами дифференциальной активности генов?

10. В чем выражаются функциональные изменения хромосом?

11.Как осуществляется хромосомная регуляция действия генов в онтогенезе?

12. Как реализуется генетическая информация в процессе онтогенеза?

13. В чем проявляется реакция организма со средой?

14. Что такое пуфы?

15.Принципы управления онтогенезом.

РАЗДЕЛ 8

ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ

Тема 12. Генетические процессы в популяциях

Изучение этой темы очень важно для понимания сути эво­люционного процесса. В связи с этим следует четко, уяснить, что такое популяция, ее генетическая структура и возмож­ные изменения, происходящие внутри популяции. Особое внимание обратите на закон Харди-Вайнберга, с помощью которого можно определить соотношение генотипов и законо­мерности распределения (частоту) генов в свободно размно­жающейся популяции.

Изучите факторы генетической динамики популяций: му­тационный процесс, отбор, дрейф генов, изоляцию, миграции и др. Проанализируйте влияние каждого фактора на изме­нение генетической структуры популяции. Особое внимание следует сосредоточить на отборе, прогнозировании его эффек­тивности, это очень важно в селекции растений (животных). Уясните, что такое генетический гомеостаз и каковы его ме­ханизмы. Проведите моделирование генетической структуры популяции.

Литература: 1, 2, 3, 4, 5,8.

Вопросы для самопроверки

1.  Что такое вид?

2.  Что такое эволюция?

3.  Что такое популяция?

4. Чьи работы имели основополагающее значение для генетики популяций?

5.  Каково практическое значение учения Иогансена?

6.  Что такое панмиктическая популяция?

7.  В чем суть закона Харди-Вайнберга?

8.  Что такое концентрация генов?

9.  Что такое генетическая структура популяции?

10.Каковы основные факторы динамики популяций?

11.Чем отличается генетическая структура перекрестноопыляющихся от генетической структуры самоопыляющихся растений?

12.В чем состоит влияние мутаций на генетическую структуру популяции?

13.В чем состоит влияние отбора на генетическую структуру популяции?

14.Как осуществляют прогнозирование эффективности отбора в селекции?

15. Что такое генетический гомеостаз и каковы его ме­ханизмы?

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Одним из основных методов, позволяющих управлять познавательной деятельностью студента на уровне усвоения и запоминания научной информации, является моделирование элементарных генетических процессов. Включение в учебный процесс элементарного моделирования помогает студенту в усвоение основных закономерностей процессов и понятий. Этот метод не заменяет ни одного из традиционных видов учебных занятий, а является составной частью любого из них.

Освоение студентом моделирования элементарных генетических процессов дает возможность объективно оценить степень усвоения как отдельных разделов, так и теоретического курса в целом.

РАЗДЕЛ 1

МАТЕРИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Тема 1. Цитологические основы наследственности

Митоз – непрямое деление клеток, в результате которого происходит сначала удвоение, а затем равномерное распределение наследственного материала между двумя вновь возникающими клетками. При моделировании митоза необходимо четко представлять изменение числа хромосом и хроматид, которые являются материальными носителями генетической информации.

Митоз является основным способом деления соматических клеток (2n). К началу профазы каждая хромосома состоит из двух хроматид. В анафазе происходит расхождение хроматид каждой хромосомы к разным полюсам, в результате чего отмечается удвоение числа сестринских хромосом (4n). В телофазе происходит обособление сестринских хромосом, сконцентрировавшихся у полюсов и формирование двух дочерних клеток (2n), хромосомы которых состоят из одной хроматиды.

Для начала следующего митоза должно произойти удвоение хроматид хромосом дочерних клеток, что и происходит в интерфазе митоза. В интерфазе различают три периода: G1 – пресинтетический (накопление энергоемких веществ и ферментов, необходимых для удвоения хроматид); S – синтетический период (удвоение генетического материала при репликации ДНК – функционального вещества хромосом); G2 – постсинтетический (синтез белков, входящих в состав хромосом, ферментов и энергоемких веществ, обеспечивающих удвоение хроматид и нормальный ход митоза).

Показателем митотической активности является митотический индекс (МI). Его определяют отношением числа клеток, находящихся в митозе (М), к общему числу клеток на данном участке ткани (N), и выражают в процентах или в промилле(‰)

Задача 1. У подсолнечника культурного 2n = 34.

1. Сколько хроматид содержится в клетке стебля подсолнечника в конце интерфазы?

2. Сколько хромосом содержится в клетке листа подсолнечника в анафазе?

3. Сколько хромосом содержится в каждой из дочерних клеток зародышевого корешка подсолнечника в конце телофазы?

4. В каком периоде интерфазы хромосомы удваиваются?

5. В какой фазе митоза происходит реконструкция (восстановление) ядра?

1. 68; 2. 68; 3. 34; 4. S; 5. Т.

В процессе выполнения данного задания следует изучить и усвоить следующие вопросы: митотический цикл, периоды митотического цикла и процессы, происходящие в это время, митоз, фазы митоза, удвоение и передача в дочерние клетки генетической информации.

Мейоз – особый тип непрямого деления ядра, при котором из диплоидных клеток образуются гаплоидные половые клетки – гаметы.

Мейоз состоит из двух последовательных делений: редукционного (осуществляется уменьшение вдвое числа хромосом) и эквационного (по типу митоза в гаплоидных клетках).

К началу мейоза хромосомы состоят из двух хроматид, что обеспечивается удвоением ДНК в премейотической интерфазе.

I деление – редукционное:

Профаза I (состоит из 5 стадий): число хромосом 2n. Нарастающая спирализация хромосом.

-  лептотена (стадия тонких нитей) – спирализация хромосом;

-  зиготена (стадия парных нитей) – коньюгация гомологичных хромосом;

-  пахитена (стадия толстых нитей) – образование бивалентов в составе двух гомологичных хромосом или четырех хроматид. Возможен кроссинговер – обмен гомологичными участками гомологичных хромосом;

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5