Генетика и ее место в системе биологических наук

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

1. Генетика Предмет и задачи генетики – это наука о наследственности и изменчивости живых организмов. 1865 г. - Г. Менделем установлены закономерности наследования признаков. 1900 г. - вторичное открытие закономерностей наследования установленных Г. Менделем - К. Корренс, Г. де Фриз, Э. Чермак. Термин «генетика» предложил У. Бэтсон (1861 -1926) – английский ученый в 1906 г. (от греч. genesis – происхождение). По выражению автора данного термина «Генетика – это физиология наследственности и изменчивости» .

Предмет генетики - изучение наследственности и изменчивости. Ø Наследственность – свойство организма обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями. Она реализуется в процессе воспроизведения клеток и особей в ряду последовательных поколений. Ø Наследование – передача генетической информации от одного поколения другому. В основе наследования лежат сложные процессы перераспределения генетического материала по дочерним клеткам. Ø Изменчивость заключается в изменении единиц наследственности и в изменении их проявления в процессе развития организма.

Наследственность и изменчивость - свойства организма, лежащих в основе эволюции жизни на Земле. Генетические процессы лежат в основе самой жизни – этим определяется центральное место генетики среди биологических наук. Генетическая информация - Ø обусловливает функции клеток Ø определяет внешние признаки организма Ø обеспечивает связь между поколениями внутри вида.

q Изменчивость это разнообразие: • 286 тыс. видов цветковых растений • 100 тыс. видов грибов • 1, 5 млн видов насекомых. q Наследственность Многообразие живого мира сохраняется тысячелетиями. Каждый вид характеризуют черты, воспроизводящиеся из поколения в поколение. Механизм наследственной передачи признаков (генов) хорошо изучен. Впервые законы наследования дискретных факторов (генов) открыл Г. Мендель.

Задачи генетики • Изучение закономерностей наследственности и изменчивости организмов. • Изучение материальных основ наследственности (хромосомы, гены, органеллы клетки, которые являются носителем генетического материала митохондрии, хлоропласты). • Изучение механизмов реализации наследственной информации в онтогенезе (индивидуальное развитие). • Изучение химических и физических основ генетического материала и его свойств. • Разработка методов управления наследственностью и изменчивостью (гибридизация, мутации, полиплоидия, гетерозисный эффект, биотехнология, отдаленная гибридизация и мн. др. ). • Изучение механизмов генетических процессов.

2. Методы генетики Ø Генетический анализ Основной метод генетического анализа - гибридологический – специфический метод генетики, заключающийся в скрещивании и последующем учете всех классов расщепления. • Основные положения сформулировал Г. Мендель. • Генетический анализ обогатился целым рядом методов: ü мутационный ü метод отдаленной гибридизации ü методы гибридизации соматических клеток животных и растений ü метод селективных сред.

2. Методы генетики Ø Биометрический метод • Использование математического метода в анализе биологических явлений обусловило рождение генетики. • Незаменим при изучении наследования количественных признаков, а также при изучении изменчивости (модификационной). Ø Цитологический метод Изучает те компоненты клетки, которые связаны с хранением и передачей наследственной информации. На стыке генетики и цитологии родилась цитогенетика Ø . Онтогенетический метод Изучает действие гена и его проявление в индивидуальном развитии организма.

2. Методы генетики Ø Химические и биохимические Для изучения свойств молекул белков и нуклеиновых кислот, для более детальной характеристики наследуемых признаков обмена веществ. Ø Физические § оптические § седиментационные § метод меченных атомов Для маркирования макромолекул. и идентификации различных классов Наиболее широко применяют физические, химические и физикохимические методы в молекулярной генетике, генной инженерии, геномике.

3. Модельные объекты генетики В основе выбора модельного объекта Ø принцип биологической универсальности – закономерности могут быть распространены на подавляющее большинство видов. Определяется тем, что у всех организмов носителем наследственной информации служит ДНК (некоторых вирусов – РНК). • Менделизм – горох • Хромосомная теория (Т. Морган) – дрозофила • Молекулярные основы трасформации) и вирусы наследственности – бактерии (явление Ø Принцип биологической специфичности – одни и те же закономерности могут по-разному проявляться у разных видов вследствие различий их жизненных циклов, анатомического строения, организации генетического материала.

3. Модельные объекты генетики Таблица 1 - Характеристика геномов некоторых модельных объектов генетики и человека Объект Размер генома( пар нуклеотидов) Число хромосом Число генов Escherichia coli (бактерия) 4, 64 х 10 6 1 4288 Saccharomyces cerevisiae (дрожжи) 1, 21 х 10 7 2 n = 16 6339 Drosophila melanogaster (насекомое) 1, 8 х 10 8 2 n = 8 18 000 Arabidopsis thaliana (растение) 1, 45 х 10 8 2 n = 10 25 000 Homo sapiens (человек) 3, 2 х 10 9 2 n = 46 30 000

4. Основные этапы развития генетики Генетика возникла в связи с разведением домашних животных и выращиванием растений, а также с развитием медицины. • Занятие примитивной селекцией наших древних предков привело к созданию большого числа домашних животных и культурных растений. Согласно археологическим находкам, в 1 -8 тысячелетиях новой эры существовал искусственный отбор лошадей, верблюдов, крупного рогатого скота, а также породы собак. Многие растения, например, пшеница, кукуруза, финиковая пальма, известны в культуре примерно с V в нашей эры. Древние ассирийцы применяли искусственное опыление финиковых пальм. Благодаря искусственному опылению число мужских растений можно было свести до минимума. Разведение финиковых пальм в культуре привело к большому разнообразию сортов (более 400), произрастающих всего в четырех оазисах пустыни Сахара. • Бурное развитие животноводства и племенного дела, а также растениеводства и семеноводства во второй половине XIX в вызвало повышенный интерес к анализу явлений наследственности.

• • Быстрое развитие биологии как экспериментальной науки, особенно таких дисциплин, как эмбриология, цитология, морфология, физиология и биохимия - подготовило почву для рождения генетики. Исходя из уровней организации жизни можно выделить популяционную, физиологическую и генетику развития (наследственные свойства целостного организма), цитогенетику (клеточный уровень), молекулярную генетику. Многообразие объектов и методов исследования - причина возникновения таких разделов, как биохимическая, радиационная, математическая, экологическая генетика, филогенетика (онтогенетическая). Имеются и более крупные подразделения: генетика растений, животных, микроорганизмов, медицинская или клиническая генетика. Существуют и так называемые частные генетики: дрозофилы, крупного рогатого скота, курицы, человека, пшеницы, кукурузы и т. д. Например, генотип, определяющий разнообразие черт и свойств человеческого организма, изучается всем комплексом существующих генетических методов. Успех открытия Уотсона и Крика обусловлен развитием разных направлений генетики и других естественных наук в США, в континентальной Европе и в Великобритании.

4. 1. Представления о наследственности Ø Мыслители античной эпохи Гиппократ (460 -370 гг. , V в. до н. э. ) - гипотеза прямой передачи признаков - воспроизводящая субстанция собирается из всех органов тела и передается потомству. Аристотель (384 -322 гг. , IV век до н. э. ), родоначальник общей, или сравнительной биологии - непрямое наследование репродуктивный материал создается из питательных веществ, которые предназначаются для формирования различных органов потомства. Ø В течение почти 1900 лет (с 300 по 1600 гг. н. э. ) не появилось ни одной значимой теории наследственности. В средние века ученые опасались развивать идеи о наследственности из религиозных соображений.

Ø Исследования между 1600 -1850 гг. позволили глубже понять основы жизни. 1600 г. - английский анатом У. Гарвей (1578 -1657) в трактате о размножении и развитии придерживался теории эпигенеза, противоречившей теории преформации, остававшейся популярной вплоть до XVIII в. , половые клетки уже содержат готовый организм в миниатюре, так называемый гомункулус. Эпигенез предполагает, что органы тела на ранних стадиях развития зародыша отсутствуют и формируются de novo. 1808 г. Джон Дальтон - вся материя состоит из невидимых глазом частиц – атомов. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн - предположили, что все организмы состоят из клеток. v Теория случайного зарождения организмов из неживых компонентов оказалась беспочвенной. Все организмы происходят от себе подобных и состоят из клеток, а клетки, в свою очередь, построены из атомов.

1868 г. - Ч. Дарвин (1809 -1882) - «временная гипотеза пангенезиса» , в которой получили развитие основные положения учения Гиппократа о сущности наследования. • Все клетки многоклеточного организма отделяют от себя мельчайшие частицы – геммулы. Они свободно передвигаются по кровеносным сосудам, собираются в органах размножения, образуя половые клетки. 1871 г. - экспериментально проверена теорию пангенезиса двоюродным братом Ч. Дарвина Френсисом Гальтоном (1822– 1911). 1865 г. Карл Нэгели - учение об идиоплазме, как носителе наследственных свойств. 1883 г. немецкий зоолог Август Вейсман - теорию непрерывности зародышевой плазмы

4. 2. Предшественники Менделя Предшественниками Г. Менделя в этом направлении были Т. Найт, К. Гэртнер, О. Сажрэ, Ш. Нодэн. 1760 г. Иозеф Готлиб Кёльрейтер (1733– 1806) получил первый гибрид Nicotiana paniculata х N. rustica. Установил явление гетерозиса, явление расщепления, отсутствие различий между реципрокными скрещиваниями (1761 -1777). Ø 1799 г. английский растениевод Томас Эндрю Найт (1759– 1838) наблюдал явление доминирования, не обратил внимание на расщепление и даже не высеял семян от скрещивания гибридов с родительскими формами.

Ø Французский ботаник Огюстен Сажрэ (1763– 1851) впервые в истории гибридизации изучал отдельные признаки скрещивающихся растений и расположил их в альтернативные пары, как это осуществил Мендель. Говорит о наследственности «константной» (корпускулярной); «о слиянии и распределении признаков, которые различным образом комбинируемые, могут довести разновидности до безграничного числа» . Дает совершенно правильное описание доминирования в первом поколении и расщепления во втором. § Прибегает к идее о покоящихся зачатках. Если признак в ближайшем поколении не проявляется, значит его зачаток находится в «покоящемся состоянии» . Когда зачаток «пробуждается» признак проявляется.

Ø 1836 г. немецкий ботаник К. Гэртнер (1772– 1850) наблюдал единообразие первого поколения, подтвердил единообразие реципрокного скрещивания, повторил опыты Кёльрейтера с «превращением» одного вида в другой Ø 1854– 1861 гг. французский ученый Шарль Нодэн - единообразие гибридов первого поколения и расщепление гибридов второго поколения, но анализ гибридов ничего определенного не давал (работал с межвидовыми скрещиваниями, при которых наблюдается чрезвычайно сложная картина расщепления). • Для объяснения наблюдаемых явлений он формулирует теорию «сущностей» . «Гибридное растение является индивидуумом, в котором соединены две различные сущности» . v Все предшественники Менделя подходили к тому, что существуют законы «образования и развития гибридов» , но не могли дать им объяснение.

Ø 1865 г. – Грегор Мендель (1822 -1884), монах августинского монастыря в городе Брюнне (ныне Брно, Чехия) открыл основные законы наследственности. Мендель сформулировал и экспериментально обосновал результатами своих блестящих опытов по скрещиванию разных сортов гороха идею о существовании наследственных задатков или факторов. Разработка этих законов привела к установлению теории гена. • в 1866 г. в Известиях общества естественной истории в Брюнне опубликована работа "Опыты над растительными гибридами".

Что доказал Мендель? Ø наследственное вещество дискретно, делимо, как атомы, молекулы. Наследственное вещество неоднородный субстрат из клеток организма, напротив оно состоит из многих независимых и постоянных наследственных единиц, которые передаются от одного поколения другому. v Согласно принципу дискретности наследственные признаки родителей при скрещивании не смешиваются, а в неизменном виде сохраняются у гибридов первого поколения (F 1) и сегрегируют в последующих поколениях. Концепция дискретности наследственности позволила пересмотреть ранее существующее представление о слитной наследственности, доминировавшем на протяжении всего XIX в. и в более ранние века. Дискретной единицей наследования считается отдельная нуклеотидная последовательность, отдельный ген, в неизменном виде передающийся следующим поколениям путем митотических и мейотических клеточных делений.

Ø 1900 г. - вторично открыли закономерности на других видах, установленные Грегором Менделем на горохе – Г. де Фриз (1848 -1935) в Голландии (на кукурузе, маке, дурмане, энотере); К. Корренс (1864 -1933) в Германии (на кукурузе, горохе, лилии, левкое) Э Чермак (1871 -1962) в Австрии (на горохе). 1902 г. У. Бэтсоном и Р. Пеннетом в Англии и Кэно во Франции была доказана справедливость законов для животных. v Таким образом, закономерности наследования были проверены на многих видах растений и животных и было доказано, что законы Менделя универсальны и применимы для всех живых организмов, размножающихся половым путем.

Открытия, сделанные в биологии с 1865 по 1900 гг. , подготовившие переоткрытие законов Менделя 1838– 39 гг. – Т. Шванн (1810 -1882) и М. Шлейден (1804 -1881) - клеточная теория строения живых организмов. 1872 г. – Открытие митотического деления ядра И. Д. Чистяковым. 1873 г. – А. Шнейдер впервые представил описание стадий митоза. 1874 г. – И. Д. Чистяков описал ряд стадий митоза в спорах плаунов, показав таким образом наличие хромосом. 1875 г. – Э. Страсбургер (1844 -1912), О. Бючли и В. Майзель прояснили последовательную картину преемственности процессов и фаз деления клетки (митоз). В. Шлейхер для обозначения сложных процессов, происходящих в ядре, предложил термин «кариокинез» . Немецкий биолог Оскар Гертвиг (1849 -1920) описал слияние яйцеклетки и спермия у морского ежа. Число хромосом при оплодотворении удваивается путем слияния двух ядер гамет. Э. Страсбургер описал деление клетки у растений. 1877– 1880 гг. – Открытие слияния пронуклеусов при оплодотворении у растений Э. Страсбургером и Н. Н. Горожанкиным (1848 -1904). 1878 г. – В. Флемминг на примере развивающихся личинок саламандры показал последовательные стадии митоза с описанием изменений ядра. Описал явление расщепления отдельных хромосом на две с последующим их расхождением по дочерним клеткам.

1880 г. В. Флемминг ввел понятие «хроматина» как окрашенного содержимого ядра. 1882 г. В. Флемминг открыл хромосомы типа ламповых щеток и митотическое деление клеток. Пришел к выводу о постоянстве числа хромосом в клетках данного вида. Предложил термин «митоз» . 1883 г. Э. ван Бенеден (1846– 1910) подтвердил, что хромосомы потомства происходят главным образом от обоих родителей (в результате слияния клеток зародышевого пути). Кроме этого до мельчайших деталей повторяют строение материнской хромосомы. В. Ру (1850 -1924), наблюдая поведение хромосом в мейозе, пришел к выводу об их участии в передаче наследственности и отметил огромное значение факта продольного расщепления хромосом (ядерная гипотеза наследственности). 1883– 1884 гг. – Открытие явления оплодотворения у животных и растений привело к созданию представления об ядре как носителе наследственности. – В. Ру, Э. Страсбургер, О. Гертвиг.

1884– 87 гг. – открыто явление "расщепление" хромосом – Л. Гейзер, Л. Гиньяр, Э. ван Бенеден. 1885 г. – К. Рабль установил постоянство хромосомного набора. 1887 г. – В. Флемминг и Э. ван Бенеден описали редукционное деление – мейоз. 1888 г. – В. Вальдейер (1836– 1921) ввел в широкое употребление термин «хромосома» . В. Флемминг предложил различать в цикле деления клетки три фазы: про-, мета-, анафазу. 1990 г. – Переоткрытие законов Г. Менделя – К. Корренс, Г. де Фриз, Э. Чермак. v Цитологический анализ таких важнейших биологических процессов, как митоз, мейоз, оплодотворения у животных и растений определили весь дальнейший успех в зарождении и развитии генетики. Открытия в цитологии четко указывали на наличие материальных носителей наследственности – хромосом, локализованных в клеточном ядре, и позволяли объяснить постулированный Менделем механизм распределения наследственных единиц.

Скачать презентацию Генетика и ее место в системе биологических наук

Вводная.ppt

Количество слайдов: 25