Лекция Введение в генетику ПЛАН 1 Цели и

Лекция: Введение в генетику ПЛАН. 1. Цели и задачи и объекты генетики, краткая история. 2. Закономерности наследования 3. Взаимодействие аллельных и неаллельных генов. 4. Сцепленное наследование. Основные положения хромосомной теории наследственности.

Генетика - наука о наследственности и изменчивости организмов Общая генетика, молекулярная генетика и др. Генетика человека изучает наследственность и изменчивость человека. Медицинская генетика - разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики наследственной патологии человека. Клиническая генетика – это прикладной раздел медицинской генетики, т. е. применение достижений медицинской генетики для решения клинических проблем у пациентов или в их семьях. Задачи генетики на современном этапе: 1. Определение полной нуклеотидной последовательности ДНК генома человека и других организмов, локализации генов, и создание их банка. 2. Ранняя диагностика наследственных патологий путем совершенствования методов пренатальной и экспресс-диагностики. 3. Разработка методов генной терапии наследственных заболеваний на основе генной инженерии. 5. Выявление генетики опасных факторов внешней среды и разработка методов их нейтрализации.

Методы и объекты генетики Гибридологический. Клинико-генеалогический. Близнецовый Популяционно-генетический Генетики соматических клеток Цитогенетический Биохимический и др. Молекулярно-генетические Объекты: Живые организмы: от бактерий до человека, и вирусы.

Первые идеи о механизмах наследственности (5 век до н. э. Гиппократ – теория прямого наследования признаков Аристотель – теория непрямого наследования признаков.

Больной с гипохондроплазией, скульптурном изображении (4500 лет назад) Больной с ахондроплазией (художник Веласкес 16 век)

Подходы к современной генетике – 18 -19 век:

Уильям Бетсон (1861 -1926) – ввел термин «генетика» (от лат. geneo порождаю, genos – род, рождение) Вильгельм Л. Иогансен (1857 -1927) - Предложил термины «ген» , «генотип» . - «фенотип»

С 1910 г. Начинаются исследования группы Т. Моргана с учениками Стертевант Альфред. Разработал метод картирования хромосом (1891 -1970)

В 1941 Дж. Бидл, Э. Тейтем (1909 -1975)-сделали Заключение «один ген – один белок» .

В 1953 г. расшифрована структура ДНК Дж. Уотсоном, Ф. Криком, Р. Франклин.

Золотой век генетики в СССР начался в 1917 г. Н. И. Вавилов открыл закон гомологических рядов Тнаследственной изменчивости, центры происхождения культурных растений. В 1911 -1912 гг. Навашин СГ. Описал типы митотических хромосом растений Н. К. Кольцов (19281935) высказал гипотезу о хромосоме как молекулы в которой гены представлеными отдельными радикалами, о матричном принципе продукции гена.

Н. П. Дубинин (1907 – 1998), Серебровский А. С. - впервые продемонстрировали сложную природу организации гена. Четвериков С. С. (18801956) – заложил основы экспериментальной генетики популяций. Прокофьева-Бельговская А. А. (1903 -1984) изучила организацию эукариотических хромосом.

С 1929 по 1957 г. В нашей стране в области генетики шла охота на ведьм, а за рубежом расшифровывали структуру ДНК и генетического кода!!! В 1957 г издан первый учебник генетики Лобашева М. Е. и началась подготовка нового поколения генетиков.

Историю генетики делят на 3 этапа: 1. Этап классической генетики (1900 -1930 гг). -создание тории гена, хромосомной теории наследственности. -учение о фенотипе и генотипе, -взаимодействие генов. 2. Этап неоклассицизма (с 1930 по 1953). - Открыт экспериментальный мутагенез; Ген-сложная система; Создана биохимическая генетика; ДНК – основа для записи генетической информации. - 3. Этап синтетической или молекулярной генетики с 1953 г. - - раскрыта структура и значимость ДНК; -сформулирован принцип передачи генетической информации -открыт оперонный принцип организации генов и регуляции активности генов; предложены методы генной инженерии; - расшифровывается геном человека и др. -

Закономерности наследования Гибридологический метод – это анализ характера наследования признаков с помощью системы скрещиваний, и получение гибридов и анализе их потомков в ряду поколений. 1. Родительские особи должны отличаться одним или несколькими признаками, должны быть чистыми линиями. 2. Должен осуществляться анализ потомков от каждой родительской пары в каждом поколении. 3. Проводится точный количественный учет наследования каждого альтернативного признака в ряду последовательных поколений. Грегор Иоганн Мендель (1822 -1884)

Объект исследования-садовый горох – Pisum sativum – самоопыляющееся растения, имеет большой набор признаков, дает многочисленное потомство. Он выбрал 7 признаков: 1. Форма спелых семян (круглая/морщинистая; 2. Цвет семян (желтый/зеленый); 3. Окраска цветка(белый/фиолет); 4. Форма спелых стручков ( простая дутая/сильно сдавленная); 5. Цвет неспелых стручков (светло, темно-зеленый/ярко-желтый); 6. Расположение цветков ( аксиальное/терминальное); 7. Длина стебля (высокий/низкий).

В 1865 г. Г. Мендель в работе «Опыты над растительными гибридами» опубликовал результаты своих исследований: 1. Свойства или признаки передаются от родительских растений гороха ряду последующих поколений в виде неизменных единиц, или «факторов» , в установленных пропорциях. 2. Каждое растение содержит два фактора, обуславливающих специфичность признака. Один фактор содержится в яйцеклетке, другой – в сперме. 3. Поскольку каждое растение должно иметь два фактора, родительской паре факторов необходимо разделиться во время формирования половых клеток, чтобы каждая половая клетка содержала одну форму фактора. 4. Единственная комбинация факторов из четырех возможных, достающаяся каждому потомку от родителей, определяется случайностью. По Г. Менделю – факторы. Современное обозначение – гены. По Г. Менделю – форма гена. Современное обозначение - аллель

Моногибридное скрещивание включает анализ наследования признаков, определяемых лишь одной парой аллельных генов. Если родители отличаются двумя парами генов, то это дигибридное скрещивание, и т. д. Аллельные гены расположены в одинаковых локусах гомологичных хромосом. Отвечают за разновидность одного признака, обозначаются одной буквой. Аллель – та или иная разновидность (альтернативная форма) гена. Гомозиготность – в гомологичных хромосомах присутствуют два одинаковых аллеля одного гена: АА или аа. Гетерозиготность – в гомологичных хромосомах присутствуют два разных аллеля одного гена: Аа

1 закон- Закон (правило) единообразия гибридов первого поколения: При скрещивании гомозиготных особей, анализируемых по одной паре альтернативных признаков, наблюдается единообразие гибридов первого поколения по фенотипу и генотипу.

2 закон -Закон расщепления: При скрещивании гибридов первого поколения, анализируемых по одной паре альтернативных признаков, наблюдается расщепление по фенотипу: 3: 1, по генотипу – 1: 2: 1.

Анализирующее скрещивание – это скрещивание анализируемого организма с гомозиготным рецессивным организмом. Его проводят для установления гомо- или гетерозиготности генотипа изучаемого организма

3 закон - Закон независимого комбинирования признаков: При скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по двум и более парам альтернативных признаков, во втором поколении наблюдается независимое наследование и комбинирование признаков.

Правило чистоты гамет: находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются, каждая гамета несет только по одному задатку каждого признака и свободна от других задатков этого признака (У. Бэйтсон) Ульям Бэйтсон (1861 -1926)

Условия выполнения законов Менделя: 1. Гены разных аллельных пар находятся в разных хромосомах. 2. Между генами не должно быть сцепления и взаимодействия. 3. Равная вероятность образования гамет и зигот разного типа и равная вероятность выживания организмов с разными генотипами (не должно быть летальных генов) 4. Должна быть 100% пенетрантность гена, отсутствовать плейотропное действие генов и мутации. Достижения Г. Менделя: 1. Гибридологический метод. 2. Законы наследования 3. Разработал анализирующее, прямое и обратное, возвратное скрещивания. 4. Разработал принципы записи генетических скрещиваний. 5. Разработал статистические закономерности скрещивания

Наследование - процесс передачи генетической информации в ряду поколений Менделевское наследование - наследование, при котором сегрегация генов происходит в соответствии с положениями классической генетики (законы Менделя и хромосомная теория наследственности). Менделирующие признаки – признаки, наследуемые по законам Г. Менделя, т. е. моногенно и по типу доминирования. У человека таких признаков – 2300. Наследование признаков может быть: Моногенным – один признак контролируется одной парой аллелей у организма. Полигенным – за один признак у организма отвечают несколько пар неаллельных генов. Типы моногенного наследования: аутосомно-доминантное аутосомно-рецессивное Х-сцепленное Y-сцепленное

Взаимодействие генов: Взаимодействие аллельных генов: 1. Полное доминирование 2. Неполное доминирование 3. Сверхдоминирование 4. Кодоминирование Взаимодействие неаллельных генов: 1. Комплементарность 2. Эпистаз 3. Полимерия

Взаимодействие аллельных генов Полное доминирование При полном доминировании один ген полностью подавляет проявление другого гена (выполняются законы Менделя), при этом гомозиготы по доминантному признаку и гетерозиготы фенотипически неотличимы.

Неполное доминирование (промежуточное наследование) При неполном доминировании доминантный ген не полностью подавляет проявление действия рецессивного гена. У гибридов первого поколения наблюдается промежуточное наследование , а во втором поколении – расщепление по фенотипу и генотипу одинаково 1: 2: 1.

Сверхдоминирование При сверхдоминировании доминантный ген в гетерозиготном состоянии (Аа) проявляет себя сильнее, чем в гомозиготном (АА, аа). Является основой гетерозиса.

Кодоминирование При кодоминировании гены одной аллельной пары равнозначны, ни один из них не подавляет действия другого; если они оба находятся в генотипе, оба проявляют свое действие.

Множественный аллелизм. Множественные аллели – аллели, которые представлены в популяции более чем двумя аллельными состояниями и возникают в результате многократного мутирования одного и того же локуса хромосомы.

Комплементарность-явление взаимодействия генов, при котором два неаллельных гена, находясь одновременно в генотипе, приводят к формированию нового фенотипического признака. Комплементраность бывает доминантной (когда оба гена доминантный) и рецессивный (когда оба гена рецессивны). Соотношение фенотических классов : 9: 3: 3: 1; 9: 6: 1; 9: 7.

Эпистаз – явление подавления действия одного гена действием другого гена. Различают доминантный (доминантный ген эпистатирует или подавляет проявление доминантного аллеля другого гена) и рецессивный (рецессивный аллель эпистатирует, ингибирует проявление доминантного аллеля другого гена). Соотношение фенотических классов: 12: 3: 1; 13: 3.

Полимерия – -обусловленность определенного (обычно количественного) признака несколькими эквивалентными (полимерными) генами. При таком взаимодействии индивидуальное проявление каждого усиливается в результате взаимодействия. Полимерия бывает двух видов: некумулятивная – когда не важно количество доминантных генов в генотипе, а важно его присутствие; Соотношение фенотипических классов: 15: 1. кумулятивная – когда число доминантных аллелей влияет на степень выраженности данного признака; Соотношение фенотипических классов: 1: 4: 6: 4: 1.

Наследственность человека подчиняется законам менделевского наследования. Многочисленные дефекты и наследственные болезни человека объясняются менделевскими законами наследования, являясь доминантными или рецессивными аллелями, имеют промежуточное или кодоминантное наследование. Хорошо известна мутация альбинизма, при которой человек почти полностью лишается пигмента в коже, волосах и глазах.

Гипотеза В. Саттона и Т. Бовери о том, что гены или факторы Менделя располагаются в хромосомах.

Сцепленное наследование 1911 -1912 Т. Морган и сотрудники описали явление сцепления генов – совместная передача группы генов из поколения в поколение и выявили законы сцепленного наследования, создали хромосомную теорию наследственности, выявили более 40 мутаций у мух. Томас Хант Морган (1866 -1945

Особенности Drosophila melanogaster как объекта генетики: 1. Короткий цикл развития, быстрое размножение, плодовитое потомство 2. 8 хромосом, 4 группы сцепления. 3. Природные популяции насыщены мутациями 4. Удобны для разведения в лабораторных условиях.

Первая мутация, связанная с определенной хромосомой.

Для определения сцепления генов скрещивали нормальных мух с мутантными: 1 скрещивание – полное сцепление (серые с норм. крыльями-самцы и черные с рудимент. крыльями самки); 2 скрещивание –нарушение полного сцепления (серые с норм. крыльями самки и черные с рудиментарными крыльями самцы)

Механизм кроссинговера Рекомбинация - процесс обмена генетическим материалом между гомологичными хромосомами

Хромосомная теория наследственности (Т. Морган и соавт. , 1911 г. ) 1. 2. 3. 4. Гены расположены в хромосомах в линейном порядке в определенных локусах. Аллельные гены занимают одинаковые локусы гомологичных хромосом. Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются преимущественно вместе; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом. Между гомологичными хромосомами возможен обмен участками – кроссинговер, который нарушает сцепление генов. Процент кроссинговера пропорционален расстоянию между генами. 1 морганида – единица расстояния, равная 1% кроссинговера.

Построение генетической карты для генов A, B, C, частоты рекомбинаций между которыми составляют A – B = 6 %, B – C = 14 %, A – C = 8 %

Спасибо за внимание!