Сходным образом объясняется и результат, полученный ранее У. Бэтсоном и Р. Пеннетом: гены, контролирующие окраску цвет­ков (р) и форму пыльцевого зерна (/) у душистого горошка, локализованы в одной паре гомологичных хромосом, и между ними возможен крос­синговер. X. Стертевант предположил, что частота кроссинговера на участке между генами, локализованными в одной хромосоме, может служить мерой расстояния, на котором они находятся друг от друга. Тогда можно использовать частоту кроссинговера для того, чтобы определять взаимное расположение генов и расстояние между ними.

В качестве подтверждения справед­ливости этого положения можно в общем виде рассмотреть результаты тригибрибридного скоещивания, в кот. Род. Формы дрозофилы различаются по генам b и vg, pr(сцеплен. c b и vg).

Рецессивная аллель pr (purple — пурпурный) в гомозиготном состоянии обусловливает ярко-красную окраску глаз, нормальная доминантная аллель рr+ — темно-красный цвет глаз.

При анализирующем скрещивании потомки расщепляются на 8 классов,2 класса нерекомбинантных (/ и //) и 6 классов потомков, рекомбинантных по всем генам (Ш — VIII).

Далее необходимо определить частоту кроссинговера между всеми тремя генами попарно. Для этого суммируют всех мух, рекомбинантных по генам b и рr. классы III, IV, VII, VIII). Полученное число делят на общее число исследован­ных потомков в Fa. Аналогично определяют частоту рекомбинации (кроссинговера) между рr и vg (при этом суммируют классы V, VI, VII, VIII) и частоту рекомбинации между b и vg (суммируют классы III, IV, V, VI).

Экспериментально установленные частоты рекомбинации меж­ду тремя генами попарно можно представить следующим образом: b - рr — 6 %; рr - vg - 12 %; b - vg - 17 %.На основе этих данных, пользуясь - правилом аддитивности, можно рас­положить три гена в линейной после­довательности. Наиболее удалены друг от друга гены b и vg, а между ними локализован ген рr. Сумма час тот его рекомбинации с генами b и vg приблизительно равна частоте рекомбинации между b и vg. Такимобразом, строится простейшая карта группы сцепления. Под группой сцепления понимают группу генов, рас­положенных в одной хромосоме.

даже гены, расположенные в одной хромосоме, не всегда обнаруживают сцепление. Генетическое рас­стояние, на котором кроссинговер происходит с вероятностью 1 %, представляет собой сантиморган (сМ) — единицу измере­ния, названную в честь Т. X. Моргана

Интерференция

Так же, как в рассмотренном случае, сумма меньших частот рекомбинации (генетических расстояний) чаще всего превышает частоту рекомбинации между наиболее удаленными друг от друга маркерами. Это объясняется тем, что между любыми двумя сцеп­ленными генами возможен не только одиночный, но и двойной (а также множественный) кроссинговер, что приводит к сокраще­нию регистрируемой частоты кроссинговера. Действительно, если бы в рассмотренном примере (рис. 5.12) между генами b и vg не было бы маркера рr, то b (pr+) vg и b+ (pr) vg+ воспринимались бы как некроссоверные состояния b vg и b+ vg+. Таким образом, двой­ные обмены сокращают регистрируемое расстояние между генами. Вместе с тем между обменами на соседних участках хромосом существует взаимовлияние, названное интерференцией. Такое взаимовлияние можно выразить количественно. Для этого сопос­тавляют реально наблюдаемую частоту двойных обменов с часто­той, теоретически ожидаемой на основе предположения о том, что обмены на соседних участках происходят независимо друг от друга. Степень и характер интерференции измеряется величиной коинци-денции (С). Коинциденцию оценивают как частное от деления реально наблюдаемой частоты двойных кроссоверов на теоретиче­ски ожидаемую частоту двойных кроссоверов. Последнюю вели­чину получают, перемножая частоты кроссинговера на соседних участках.

Вычислим коинциденцию на конкретном примере, пользуясь данными Т. X. Моргана и А. Стертаванта, которые при тригибридном скрещивании изучали-рекомбинацию между генами у, w и m,

локализованными в Х-хромосоме D. melanogaster. Фенотипическое проявление генов у и w уже описывалось. Рецессивная аллель гена m приводит к уменьшению размера крыльев. Частота реком­бинации между у и w 1,3 %, а между w и т 32,6 %. Двойные рекомбинанты по у — w — т наблюдались с частотой 0,045 %.

C(коинциденция)=двойные кроссоверы/произведение недвойн. кроссоверов Величину интерференции (/) определяют по формуле I= 1 — С.

Если С < 1, то интерференция положительная, т. е. одиночный обмен препятствует обмену на соседнем участке хромосомы. Если С>1, то интерференция отрицательная, т. е. один обмен как бы стимулирует дополнительные обмены на соседних участках. В действительности существует только положительная интерфе­ренция при реципрокной рекомбинации — кроссинговере, а кажу­щееся неслучайным совпадение двух и более обменов, характерное для очень коротких расстояний, — результат нереципрокных со­бытий при рекомбинации

Таким образом, при картировании генов в группах сцепления на основе изучения частот рекомбинации необходимо учитывать две противоположные тенденции. Двойные обмены «сокращают» расстояния между генами, а интерференция препятствует множест­венным обменам, вероятность которых увеличивается с расстоя­нием. Как показал для дро-зофилы Г. Меллер, на больших расстояниях (око­ло 35% рекомбинации) интерференция исчезает. Следовательно, наиболее точные данные о частоте кроссинговера можно по­лучить только на достаточ­но коротких расстоя­ниях — приблизительно до 10 сМ.

В обобщенном виде за­висимость частоты реком­бинации от реального рас­стояния с учетом мно­жественных обменов опи­сывает функция Дж. Хол-дэйна: rf(d)=0.5(1-e-2d)

где rf — картирующая функция (в нашем случае — это частота учитываемых кроссинговеров), d — реальное расстояние, на кото­ром происходят обмены, е — основание натурального логарифма. Функция Холдэйна показывает, что с увеличением расстояния rf приближается к 0,5. Реально это означает, что между генами, расположенными далеко друг от друга, выявляется около 50 единиц рекомбинации. Такую же частоту рекомбинации де­монстрируют и гены, находящиеся в разных хромосомах. практически невозможно уловить сцепления между столь удаленными друг от друга генами. Эти гены, хотя и сцеплены физически, находясь в одной хромосоме, будут наследоваться независимо.

.Как теперь хорошо известно, некоторые гены, контролирующие 7 признаков гороха, исследованные Г. Менделем, сцеплены, однако расположены на большом расстоянии друг от друга. В частности, гены а (окраска цветков и семенной кожуры) и i(окраска семян) принадлежат к одной и той же группе сцепления, но расстояние между ними около 200 сМ. В опытах Менделя эти гены наследовались независимо. При скрещивании: AAII X aaii в F2 было получено расщепление 357 А — I — : 132 А — ii: 116 ааI — : :34aaii, которое хорошо соответствует теоретически ожидаемому при независимом наследовании (360:120:120:40; X2 = 2,258; р>0,05) (см. гл. 2.2). стояния rf приближается к 0,5.

Вопрос 14

Между любыми двумя сцепленными генами возможен не только одиночный, но и двойной (или множественный) кроссинговер, что приводит к сокращению регистрируемой частоты кроссинговера. Кроме того, между обменами на соседних участках хромосом существует взаимовлияние – интерференция (I), степень и характер которой измеряется величиной коинциденции (С). Коинциденция – частное от деления реально наблюдаемой частоты двойных кроссинговеров на теоретически ожидаемую частоту (если обмены на соседних участках происходят независимо друг от друга). I=1-C. Если C<1, то интерференция положительная, то есть одиночный обмен препятствует обмену на соседнем участке хромосомы. Если C>1, то интерференция отрицательная, то есть один обмен как бы стимулирует дополнительные обмены на соседних участках. В действительности при кроссинговере существует только положительная интерференция.

15. Молекулярные механизмы гомологичной рекомбинации (кроссенговера). Модель Холлидея.

Общая рекомбинация протекает между гомологичными молекулами ДНК или гомологичными хроматидами в мейозе. Протекание рекомбинационных процессов между гомологичными ДНК характеризуется очень высокой точностью, обусловленной точным спариванием оснований нуклеотидных последовательностей, вступающих в рекомбинацию родительских цепей ДНК.

участков в обеих родительских молекул ДНК (рис. Д). Благодаря возникновению гетеродуплексов обеспечивается высокая точность взаимодействия гомологичных участков ДНК. Образование такой крестообразной структуры, или структуры Холлидея, было впервые предсказано в 1964 г. Робином Холлидеем, исходя из генетических данных по изучению генной конверсии. Структура Холлидея изображена на рис. Е. Вращение такой структуры вокруг точки перекреста может приводить к образованию другой изомерной формы (рис. Ж, З). При разрезании структуры двумя возможными способами (рис. И-Л) могут вновь возникать линейные молекулы ДНК различного типа. При разрезании по вертикальной оси образуются линейные молекулы, рекомбинантные по родительским генетическим маркерам, расположенным по обе стороны от гетеродуплексного участка ДНК. При разрезании по горизонтальной оси две образовавшиеся молекулы ДНК не будут рекомбинантными по родительским маркерам, фланкирующим область перекреста, но обе будут содержать по гетеродуплекному участку.

На данном рисунке проиллюстрированы наши представления о последовательности событий, приводящих к возникновению рекомбинант. ДНК из двух родительских молекул ДНК. В первой серии изображений (А-Г) показан процесс обмена одноцепочечными участками между родительскими двухцепочечными молекулами ДНК, который сводится к образованию структуры креста. После образования такой структуры центр ее может перемещаться вдоль спаренных цепей ДНК подобно замку застежки «молнии». При этом происходит размыкание водородных связей между комплементарными основаниями внутри одной родительской молекулы ДНК и замыкание соответствующих связей между основаниями цепей из различных родительских молекул ДНК. Этот процесс может приводить к образованию протяженных гетеродуплексных

16. Генетическое определение пола

Принадлежность к определенному полу – важная особенность фенотипа особи. Самки и самцы обладают различной хромосомной конституцией.

У человека, так же как у дрозофилы, клетки женских особей содержат по две Х-хромосомы, а мужских – одну Х - и одну У-хромосому. Такое же различие между полами характерно для большинства позвоночных, многих насекомых и других беспозвоночных, а также для многих двудомных растений. Однако генетические основы определения пола у всех этих организмов неодинаковы.

У Drosophila melanogaster носители единственной Х-хромосомы, не имеющие У-хромосомы, обладают нормальным мужским фенотипом (правда, при этом стерильны). Фенотип по полу D. m. определяется соотношением между числом Х-хромосом и аутосом (А).

Число Х-хр Ч-о наборов А Х/А Фенотипич. пол

3 2 1,5 Метасамка*

2 2 1 Норм. самка

2 3 0,67 Интерсекс

1 2 0,5 Норм. самец

1 3 0,33 Метасамец*

* - очень ослаблены и часто не доживают до стадии половозрелости (супер-)

Механизм, посредством которого отношение числа Х-хромосом к числу наборов аутосом определяет развитие того или иного фенотипа, не вполне понятен. Кроме того у D. m. известны конкретные гены, влияющие на определение пола. Мутантный ген tra (трансформатор) в гомозиготном состоянии придает особям с двумя Х-хромосомами, т. е. «генетическими» самками, фенотипический облик самцов (которые стерильны).

Развитие пола у млекопитающих – процесс, состоящий из двух этапов. Прежде всего хромосомный состав ядра определяет половую дифференциацию гонад, которые развиваются либо в семенники (ХУ/2А), либо в яичники (2Х/2А). Если образуются семенники, они выделят гормоны тестостерон, циркулирующий по эмбриону и вызывающий развитие соматических клеток по мужскому типу. Напротив, если образуются яичники, отсутствие тестостерона приводит к тому, что клетки развиваются по женскому типу.

Целый ряд данных указывает на то, что образование семенников является прямым результатом действия генов, расположенных в У-хромосоме. Прежде всего как и у мыши, так и у человека нерасхождение хромосом ведет к появлению зигот ХО/2А, которые развиваются по женскому типу и образуют яичники (недоразвиты). С другой стороны, в результате нерасхождения образуются также зиготы ХХУ/2А, которые развиваются по мужскому типу и дают самцов, имеющих семенники (сперматогенез отсутствует). У человека описаны случаи появления кариотипа ХХХХУ, при этом развитие идет полностью по мужскому типу. Эти данные свидетельствуют о том, что у млекопитающих в отличии от дрозофилы пол не регулируется соотношением Х/А; определяющую роль у них играет У-хромосома.

У птиц и бабочек самцы являются гомогаметным полом, а самки – гетерогаметным (типа ХУ или ХО). Половые хромосомы у этих видов иногда обозначают буквами Z и W, выделяя таким образом данный способ определения пола, при этом самцы обозначаются символом ZZ, а самки – ZW или ZO.

Совершенно другой механизм определения пола, называемый гаплодиплоидией, широко распространен у пчел и муравьев. У этих организмов нет половых хромосом: самки – это диплоидные особи, а самцы (трутни) – гаплоидные. Самки развиваются из оплодотворенных яиц, а из неоплодотворенных развиваются трутни. У трутней, таким образом, нет отцов, хотя у них и есть деды по материнской линии. В процессе сперматогенеза у трутней не происходит редукции числа хромосом. Из оплодотворенной яйцеклетки может развиться либо «матка» - крупная, способная к размножению самка, либо стерильная рабочая самка. Это зависит от условий выкармливания личинки рабочими особями.

Большинство растений и некоторые животные гермафродитны, т. е. в одной особи сочетаются свойства обоих полов. Большинство гермафродитов размножаются путем самооплодотворения (самоопыления), хотя у некоторых животных и отдельных видов растений строение половых органов допускает перекрестное оплодотворение.

17.Закономерности наследования признаков, сцепл с полом.

Два скрещивания, различающиеся по тому, кто из роди­телей (самец или самка) вносит в зиготу доминантную (или ре­цессивную) аллель, называются реципрокными.

При скрещивании красноглазой самки и белоглазого самца в fi все мухи были красноглазыми, а в F2 происходило расщепле­ние в соотношении 3/4 красноглазых: 1/4 белоглазых. Это показы­вает, что признак «белые глаза» — рецессивный, а «красные гла­за» — доминантный. Необычным было то, что в f2 белоглазыми были только самцы, а среди красноглазых самки и самцы встречалиcь в соотношении 2:1.

Несмотря на то что признак «белые глаза» рецессивный, в F1 реципрокного скрещивания наблюдалось расщепление 1:1. При этом все самки fi, были красноглазыми, а все самцы — белоглазыми.

Такое наследование получило название крисс-кросс (или крест-накрест) наследования: сыновья наследуют признак матери, а до­чери — признак отца. При таком скрещивании в F2 появляются в равном соотношении как красноглазые самки и самцы, так и белоглазые самки и самцы.

Таким образом, закон единообразия гибридов fi в одном из реципрокных скрещиваний не соблюдается. Реципрокные скрещи­вания дают разные результаты. При скрещивании белоглазых самок и красноглазых самцов в F2 наблюдается расщепление 1: 1 вместо 3:1, как ожидается по классической схеме моногибридного расщепления. Все это, казалось бы, не согласуется с прави­лами Г. Менделя. Объяснение. Самцы дрозофилы: пара различных половых хромосом (XY), самки: пара одинаковых пол хром (XX). => каждое скрещивание является как бы анализирующим по приз­наку пола: самки образуют только один тип гамет: с Х-хромосомой. Это гомогаметный пол. Самцы образуют два типа гамет: с Х - и с Y-хромосомой. Это гетерогаметныи пол. Случайное сочетание этих гамет самца и самки и обеспечивает статистически равное число самцов и самок в каждом поколении. Результаты, полученные при скрещивании красноглазых и бе­логлазых мух, Морган объяснил, предположив, что ген w находит­ся в Х-хромосоме, а Y-хромосома генетически инертна или по крайней мере не содержит гена w+. ( w-бел гл. w+-красн гл.). Этот тип наследования получил название наследования, сцеп­ленного с полом. Т. о., ген w сцеплен с полом, т. е. находится в Х-хромосоме. Гетерозиготные самки ww+, имеющие две Х-хромосомы, оказываются красноглазыми,=> рецес­сивность аллели w, обусловливающей белоглазие. В то же время самцы, несущие аллель w в своей единственной Х-хромосоме, всегда белоглазые, что согласуется с представлениями об инертности Y-хромосомы. Этим и объясняется насле­дование по схеме крисс-кросс в скрещивании (♀бел * ♂кр = 1♀кр : 1♂бел = 1♀кр :1♀бел : 1♂кр : 1♂бел ;

♀кр * ♂бел = ♀кр ♂кр = 2♀кр: 1♂кр: 1♂бел).

18. Хромосомная теория наследственности (ХТН): основные положения и доказательства.

гены расположены в хромосомах в линейной последовательности и, таким образом, именно хромосомы являются материальной основой наследственности, т. е. преемственности свойств организмов в ряду поколений.

Доказательства.

1.  Обнаружение крисс-кросс наследования: сыновья наследуют признак матери, дочери – признак отца (по признаку окраски глаз у дрозофилы). При таком скрещивании в F2 появляются в равном соотношении красноглазые и белоглазые самки и самцы, что противоречит менделевскому соотношению 3:1 и объясняется при сопоставлении этих скрещиваний с данными кариотипа дрозофилы. Кариотип: 4 пары хромосом, 1 из которых – половые. Самцы – ХУ (гетерогаметный пол), самки – ХХ (гомогаметный пол). У-хромосома отличается от Х по форме и состоит в основном из гетерохроматина. Результаты эксперимента Морган объяснил, предположив, что ген w (white) (w – рецессивный признак, белоглазие, w+- доминантный, красноглазие) находится в Х-хромосоме, а У-хромосома генетически инертна или, по крайней мере, не содержит гена w+. Этот тип наследования называется сцеплением с полом. Присутствие только одной аллели и в единичном числе у диплоидного организма называется гемизиготным состоянием (признак, сцепленный с мужской Х-хромосомой).

2.  К. Бриджес обнаружил редкое нарушение схемы крисс-кросс наследования: в F1 появлялись исключительные белоглазые самки, имеющие вместе с двумя Х-хромосомами одну У-хромосому (ХХУ), и красноглазые самцы с одной Х-хромосомой (ХО) (исходные формы: самка XwXw, самец Xw+Y). Так было доказано, что определенный ген (w) находится в конкретной хромосоме (Х).

3.  Хромосомный механизм определения пола – см. №16.

4.  Кроссинговер. В мейозе у самок дрозофилы возможен обмен гомологичными участками гомологичных хромосом – кроссинговер, что приводит к новому рекомбинантному сочетанию аллелей генов в гомологичных хромосомах, которые затем расходятся к разным полюсам. У самцов же дрозофилы кроссинговер вообще не происходит, поэтому гены, локализованные в одной паре хромосом, обнаруживают абсолютное сцепление. В строгом смысле группа сцепления – группа генов, проявляющих сцепленное наследование. Но так как такое наследование отражает локализацию генов в одной хромосоме, обычно под группой сцепления понимают группу генов, расположенных в одной хромосоме. Линейное расположение генов в группах сцепления – еще одно доказательство ХТН. Хромосомы – линейные структуры.

5.  У объектов, хорошо изученных в цитологическом и генетическом отношении (сопоставление цитологических и генетических карт, или карт групп сцепления), число групп сцепления и гаплоидное число хромосом совпадают. Цитологические и генетические карты коллинеарны, то есть их компоненты параллельно чередуются (определенные диски гигантских хромосом и гены в группах сцепления). Большинство генов находится в участках эухроматина, У-хромосома почти целиком состоит из гетерохроматина.

Все развитие генетики опирается на хромосомную теорию, и все последующие достижения генетики

развивают эту теорию.

19. Картирование.

1) Генетические карты – определение групп сцепления и положения картируемого гена относительно других генов данной хромосомы. На первом этапе определяют принадлежность гена к той или иной группе сцепления. Картирование мутации основывается на анализе её сцепления с маркёром (необходимы маркёрные гены для каждой хромосомы)Если интересующая нас мутация наследуется независимо от маркёров втрой хромосомы, делается вывод о её принадлежности к другой группе сцепления. Скрещивания проводятся до тех пор, пока не удаётся выявить сцепленное наследование аналиируемой мутации с маркёрными мутациями какой-либо хромосомы. Второй этап – определение положения гена на хромосоме – подсчёт расстония между искомым и известным маркёром. Проводят специальное скрещивание, где четыре кроссоверных и некроссоверных особей. РАсстояние между генами пропорционально частоте кроссинговера.

2) Цитологические карты – метод основан на использовании хромосомных перестроек. При действии метагенов наблюдаются делеции или дупликации небольших фрагментов, сравнимых по величине с одним или несколькими локусами. Метод перекрывающихся делеций (ABDE/abde), транслокаций и инверсий.

3) физическое картирование – расщепляют фрагементы на части (рекомбинационное). Фермент картирование п. Участков. Предел дробления – нуклеотидная последовательность.

4) Новые методы – гибридизация in situ. Получают иРНК, транскрибированную с этого гена, а затем с помощью обратной транскриптазы её ДНК-копию.

Затем прободят гибридизацию с денатурированной хромосомной ДНК и по месту гибридизации определяют, в каком участке хромосомы локализован данный ген.

Сотрудник Стертевант предположил, что частота кроссинговера на участке между генами, локализованными в одной хромосоме, может служить мерой расстояния, на котором они находятся друг от друга. Он провел анализирующее тригибридное скрещивание, в котором родительские формы различаются по генам b (black – окраска тела), vg (vestigial – форма крыльев) и pr (purple – окраска глаз), сцепленными друг с другом. Далее он определил частоту кроссинговера между всеми тремя генами попарно. И на основе этих данных, пользуясь правилом аддитивности, расположил три гена в линейной последовательности (сумма частот рекомбинации между pr и b, pr и vg приблизительно равна частоте рекомбинации между b и vg, pr находится между b и vg). Так строится простейшая карта группы сцепления (генетическая карта). В строгом смысле группа сцепления – группа генов, проявляющих сцепленное наследование. Но так как такое наследование отражает локализацию генов в одной хромосоме, обычно под группой сцепления понимают группу генов, расположенных в одной хромосоме. Но иногда гены, расположенные в одной хромосоме, не обнаруживают сцепления. Генетическое расстояние, на котором кроссинговер происходит с вероятностью 1%, - 1 сантиморган (сМ).

Между любыми двумя сцепленными генами возможен не только одиночный, но и двойной (или множественный) кроссинговер, что приводит к сокращению регистрируемой частоты кроссинговера и, следовательно, расстояния между генами на карте. Кроме того, между обменами на соседних участках хромосом существует взаимовлияние – интерференция (I), степень и характер которой измеряется величиной коинциденции (С). Коинциденция – частное от деления реально наблюдаемой частоты двойных кроссинговеров на теоретически ожидаемую частоту (если обмены на соседних участках происходят независимо друг от друга). I=1-C. Если C<1, то интерференция положительная, то есть одиночный обмен препятствует обмену на соседнем участке хромосомы. Если C>1, то интерференция отрицательная, о есть один обмен как бы стимулирует дополнительные обмены на соседних участках. В действительности при кроссинговере существует только положительная интерференция.

Т. о., при картировании надо учитывать противоположные тенденции (двойные обмены («сокращение» расстояния между генами) и интерференцию (препятствие множественным обменам, вероятность которых увеличивается с расстоянием)). У дрозофилы на больших расстояниях (35% рекомбинации) интерференция исчезает (Меллер). Следовательно, наиболее точные данные о частоте кроссинговера можно получить только на коротких расстояниях – около 10сМ.

Функция Дж. Холдэйна описывает зависимость частоты рекомбинации от реального расстояния с учетом множественных обменов: rf(d)=(1-e-2d)/2, где rf - картирующая функция (частота учитываемых кроссинговеров), d – реальное расстояние, на котором происходят обмены, е – основание натурального логарифма. Функция Холдэйна показывает, что с увеличением расстояния rf приближается к 0,5. То есть между генами, расположенными далеко друг от друга, выявляется около 50 единиц рекомбинации (такая же частота у генов, находящихся в разных хромосомах). Между такими генами нельзя уловить сцепления; несмотря на физическое сцепление, они будут наследоваться независимо.

Составление цитологических карт удобно для объектов, у которых наиболее четко различима продольная дифференцировка хромосом по хромомерному строению, как это видно в пахитене у кукурузы. Очень удобны гигантские хромосомы дрозофилы, где хорошо различимы диски гетерохроматина и междисковые участки эухроматина.

Установление точек действия различных рестриктаз позволяет проводить физическое (рестрикционное) картирование участков молекулы ДНК и небольших геномов (плазмид вирусов). Рестриктазы (эндонуклеазы рестрикции (лат.) разрезают ДНК вблизи или внутри определенных последовательностей нуклеотидов, которые одинаковы на обеих комплементарных цепях. Два разрыва в одинаковых позициях комплементарных цепей на концах фрагмента образуют «липкие концы», которые могут вновь замыкаться благодаря комплементарности оснований. Последовательности, узнаваемые рестриктазами, статистически разбросаны по геному. Чем короче последовательность, тем чаще она встречается и, соответственно, тем короче фрагменты ДНК, образующиеся при рестрикции. Фрагменты рестрикции (рестрикты) можно разделить по их молекулярной массе и заряду при помощи электрофореза в геле. Распределение сайтов рестрикции – своеобразный паспорт каждого фрагмента ДНК – может быть использовано для его идентификации. Принцип рестрикционного картирования сводится к получению перекрывающихся по размеру фрагментов, которые разделяют при помощи электрофореза в агарозном или полиакриламидном геле. Молекулярную массу фрагментов определяют, использую в качестве «свидетеля» ДНК известного размера. На электрофореграмме рестрикты различают, окрашивая их бромистым этидием и просматривая гель в УФ свете. Применяют также радиоактивное мечение концов фрагментов с помощью полинуклеотидкиназы фага Т4.

Непосредственно для картирования сайтов рестрикции используют метод неполного гидролиза одной рестриктазой или метод двух рестриктаз. В случае неполного гидролиза молекулы, имеющей два сайта рестрикции, будет получаться пять фрагментов – пять полос при электрофорезе плюс еще одна полоса интактных молекул. В простейшем случае по распределению молекулярных масс удается определить взаимное расположение фрагментов. Можно также извлечь из геля продукты неполного гидролиза и еще раз подвергнуть их действию рестриктазы.

При использовании двух рестриктаз ДНК гидролизуют каждой рестриктазой по отдельности и обеими рестриктазами вместе. Предположим, что одну и ту же молекулу одна рестриктаза режет на два фрагмента (А и С), а другая – на три (А, В и С). При совместном их действии исчезает фрагмент В и появляются два новых, по молекулярной массе в сумме составляющих исчезнувший фрагмент. Таким образом, сопоставляя размеры фрагментов, выявляемых на эектрофореграммах, определяют их взаимное расположение: АВС.

20. Закон Харди—Вайнберга свидетельствует о том, что наследо­вание как таковое не меняет частоты аллелей в популяции.

Если обозначить частоту аллели А через р, а частоту аллели а через q, то при наличии по данному локусу только двух аллелей в популяции: рА + qa = 1. Соотношение генотипов в таком слу­чае будет: (рА -\- qa)2 = р2АА + 2pqAa -\- q2aa= 1, в чем легко убедиться, воспользовавшись решеткой Пеннета:

Если в популяции для данного гена присутствуют три аллели с частотами р, q и г, то частоты генотипов также соответствуют формуле биномиального распределения:

(р + q + г)2 = р2 + q2 + г2 + 2pq + 2pr + 2qr = 1

и т. д. при большем числе аллелей.

Представим, что аллели А и а. встречаются с частотами 0,5, тогда в fi частоты генотипов будут:

Таким образом, 0,25АА + 0,50Ла + 0,25аа = 1. Нетрудно видеть, что при этом сохраняется исходная частота аллелей: 0,5А и 0,5а. В следующем поколении получают то же соотношение генотипов, как и в последующих поколениях. Поль­зуясь этим приемом и принимая иные значения р и q, легко убе­диться, что уже в первом поколении в популяции устанавливается равновесие, сохраняющееся и во всех последующих.

Эта закономерность была очевидна для математика X. Харди, и он хотел, чтобы она стала известна биологам, считавшим, что частота доминантной аллели в смешанной популяции может авто­матически возрастать.

В строгом смысле закон Харди — Вайнберга приложим к бесконечно большим популяциям, в которых осуществляется панмиксия и на которые не действуют никакие внешние факторы. Только при этих условиях популяция находится в равновесии, т. е. часто­ты аллелей и генотипов в ней постоянны. Очевидно, что это иде­альное представление о популяции никогда не реализуется в при­родных условиях. На популяцию постоянно действуют многочис­ленные внешние и внутренние факторы, нарушающие генетиче­ское равновесие, которые будут рассмотрены далее.

: как определить частоту аллелей в популяции при полном доминировании? Поскольку, согласно формуле Харди—Вайнберга, (рА.-}- </а)2 = р2АА + 2pqAa + q2аа = 1> то, зная частоту рецес­сивных гомозигот, достаточно извлечь квадратный корень из полу­ченной величины, и мы найдем частоту рецессивной аллели q. Частота доминантной аллели составит р = 1 — q. Определив таким образом частоты аллелей А и а, можно выяснить частоты всех генотипов в популяции.

Важным следствием закона Харди—Вайнберга является то, что редкие аллели в популяции присутствуют преимущественно в ге-терозиготе. Например, если аллель а встречается с частотой 0,01, а аллель А — соответственно с частотой 0,99, то частота гетеро-зигот составит 0,0198, т. е. около 0,02, а рецессивных гомозигот — 0,0001. Таким образом, в гетерозиготном состоянии рецессивная аллель встречается более чем в 100 раз чаще, нежели в гомози-готном.

21. факторы, влияющие на генетические процессы в популяциях

изменение частот аллелей и генотипов возможно не только вследствие отбора, но и в результате мутаций, миграций особей, случайного дрейфа генов, изоляции, избирательного (ассоциативного) скрещивания. Все эти факторы = факторы динамики популяций.

Отбор

1) осн. теорема естественного отбора (Фишер, 1930): скорость увеличения приспособленности к-л популяции в любой отрезок времени равна её генетической изменчивости по приспособленности в это же время (только для варьирования одного локуса при определенных условиях среды)

2) естественный отбор, действует в зависимости от приспособленности

отбор: стабилизирующий, рассекающий (дизруптивный), направленный (движущий), дестабилизирующий (при одомашнивании)

Мутационный процесс

Основа возникновенияегетерогенности популяций, из-за него длительно не м. существовать чистые линии (гомозиготы). М. прцесс сам по себе недостаточен для распространения рецессивной мутации.

Поток генов

Обмен генами между популяциями, миграция изменяет частоты аллелей быстрее, чем мутация. Похож на мутационный процесс.

Дрейф генов

Следующее поколение = ВЫБОРКА из предыдущего.

Инбридинг

Следствия: повышение гомозиготности, проявление рецессивных аллелей, инбердная репрессия (ослабление особей при отрицательном эффекте рецессивных аллелей), повышение фенотипической изменчивости вследствие выхода в гомозиготу многих аллелей

Изоляция

Генетические факторы изоляции: полиплоидия, хромосомные перестройки, ядерно-цитоплазматическая несовместимость, несовместимость экспрессии отдельных генов вследствие их мутационных изменений. => освоение новых экологических ниш, видообразование.

Взаимодействие м. этими факторами недостаточно изучено.

Генофонд — понятие из популяционной генетики, описывающее совокупность всех генных вариаций (аллелей) определённой популяции. Популяция располагает всеми своими аллелями для оптимального приспособления к окружающей среде. Можно также говорить о едином генофонде вида, так как между разными популяциями вида происходит обмен генами.

Вопрос 22

Мутационная и модификационная изменчивость.

Мутационная изменчивость. Это часть наследственной изменчивости. Наследственная изм. – это способность к изменению самого генетического материала. М. и. Это возниконовение новых вариантов дискретных единиц генетического материала. Прежде всего новых аллелей. Мутация - это явление скачкообразного, прерывистого изменения наследственного признака. Мутации – это наследуемые изменения генетического материала.

Положения мутационной теории:

1) мутации возникают внезапно как дискретные изменения признаков.

2) новые формы устойчивы

3) В отличие от ненаследственных изменений, мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они представляют собой качественные изменения.

4) мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными так и вредныи

5) вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.

6) сходные мутации могут возникать неоднократно. (Г. Де Фриз.)

В классификации, основанной на размерах сегментов генома, подвергающихся преобразованиям, мутации разделяют на геномные , хромосомные и генные .

При геномных мутациях у организма-мутанта происходит внезапное изменение числа хромосом, кратное целому геному. Если через 2n обозначить число хромосом в исходном диплоидном геноме, то в результате геномной мутации, называемой полиплоидизацией , происходит образование полиплоидных организмов, геном которых представлен 4n, 6n и т. д. хромосомами. Различают аллополиплоидию , в результате которой происходит объединение при гибридизации целых неродственных геномов, и аутополиплоидию, для которой характерно адекватное увеличение числа хромосом. При хромосомных мутациях происходят как изменение числа отдельных хромосом в геноме ( анеуплоидия ), так и крупные перестройки структуры отдельных хромосом. Последние, получили название хромосомных аберраций. В этом случае наблюдаются потеря ( делеции ) или удвоение части ( дупликации ) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах ( инверсии), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую ( транслокации ) (крайний случай - объединение целых хромосом). Генные мутации встречаются наиболее часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. Если под действием мутации изменяется один нуклеотид, говорят о точковых мутациях . Точковые мутации с заменой оснований разделяют на два класса: транзиции (замена пурина на пурин или пиримидина на пиримидин) и трансверсии (замена пурина на пиримидин или наоборот). По влиянию на экспрессию генов мутации разделяют на две категории: мутации типа замен пар оснований и типа сдвига рамки считывания (frameshift) . Последние представляют собой делеции или вставки нуклеотидов, число которых не кратно трем, что связано с триплетностью генетического кода. Первичную мутацию иногда называют прямой мутацией , а мутацию, восстанавливающую исходную структуру гена, - обратной мутацией, или реверсией . Возврат к исходному фенотипу у мутантного организма вследствие восстановления функции мутантного гена нередко происходит не за счет истинной реверсии, а вследствие мутации в другой части того же самого гена или даже другого неаллельного гена. В этом случае возвратную мутацию называют супрессорной. Модификационная изменчивость – ненаследственная изменчивость. Определенные типы модификаций возникают только у организмов определенного генотипа. Следовательно, способность к модификациям наследуется и характеризует генетически заданную норму реакции. Возможность модификации определяется генотипом и реализуется при соответствующих изменениях внешней среды. 1)адаптивные модификации те не наследуемые изменения, полезные для организма и способствующие его выживанию при изменившихся условиях. (например загар на коже человека). А. м. это реакция клеток и организма на изменение условий среды, которые неоднократно действовали на организм в ходе эволюции. Все они – в пределах нормы реакции, заданной генотипом. Модификации прекращаются, как только прекращается действие агента, их вызвавшего. Также есть морфозы и фенокопии, к кот это не относится. Морфоз – случается при интенсивном действии многих агентов, ненаследуемое изменение, случайные по отношению к воздействию. Чаще всего это отклонения от стандартного фенотипа. Фенотипическая супрессия. Cупрессия, проявляющаяся вне этапов считывания генетической информации, например, на уровне трансляции; Модификации – результат изменения действия генов. Адаптивные модификации дают организму шанс выжить в изменчивой окружающей среде и оставить потомство.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7