МОДЕЛЬНІ ОБ ЄКТИ ГЕНЕТИКИ Чому схожі рідні люди

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

РЕГИСТРАЦИЯ

МОДЕЛЬНІ ОБ’ЄКТИ ГЕНЕТИКИ

Чому схожі рідні люди? Спадковість – передача ознак організму від батьків до дітей.

Генетика – наука про спадковість і мінливість. Грегор Мендель Горох посівний Грегор Мендель – встановив закономірності передачі ознак від батьків до нащадків, провівши масштабні підрахунки і статистику успадкування кольору квітки, довжини стебла, форми та кольору насіння гороху посівного.

Дослідження успадкування кольору насінин гороху. Рослина, що дає жовті насінини Х Рослина, що дає зелені насінини F 1: всі нащадки мали жовті насінини самозапилення Жовтих насінин – 6022, зелених – 2001 3: 1

Азотисті основи A Сytosine Guanine Генетична інформація – основний фактор спадковості С G G Нуклеотид Adenine A Т Uracil U Т Thymine

Сytosine С Сytosine Guanine Генетична інформація – основний фактор спадковості С G G Guanine A A Adenine Т Thymine Adenine Uracil U Азотисті основи Цукровофосфатн ий скелет РНК рибонуклеїнова кислота ДНК дезоксирибонуклеїнова кислота

На Землі відома лише білкова форма життя. Білки є основним будівельним матеріалом клітини, а отже й організму. Інформація закодована в ДНК чи РНК реалізується у білкові молекули. Реалізація генетичної інформації відбувається за допомогою транскрипції і трансляції. Ген - ділянка ДНК, що здатна транскрибуватися. Генетика – наука про біологічну інформаційну систему. ДНК Реплікація Транскрипція РНК Трансляція Білок

Генетика вивчає способи передачі біохімічних, фізичних і поведінкових рис батьків до нащадків за допомогою генів. Кишкова паличка Миша Ціанобактерії Польові квіти Люди • Біорізноманітність забезпечується генетичною (біологічною) інформацією. • Ген – фундаментальна одиниця біологічної інформації – ділянка ДНК, яка транскрибується. • Геном – сукупність генетичної інформації організму.

Філогенетичне дерево Модельні організми є представниками різних класів і навіть доменів.

Які основні відмінності між: üпрокаріотами та еукаріотами? üрослинами і тваринами? üхребетними і безхребетними? Прокаріоти: Еукаріоти: §Відносно невеликий геном §Геном представлений кільцевою або лінійною хромосомою та плазмідами §Гаплоїдні – одна копія хромосомної ДНК §Кілька генів транскрибуються з одного промотора §Вся послідовність гена кодує кінцевий продукт §Великі розміри геномів §Геном міститься в одній чи численних хромосомах §Диплоїдні – дві копії кожної хромосоми §Кожен ген має власну промоторну ділянку §Гени містять інтрони та екзони §Є два типи поділу клітин: мітоз і мейоз

Різноманіття геномів Фрагмент хромосоми людини хромосома людини Хромосома паповавіруса Хромосома віруса М 13

Модельний організм – це живий об'єкт, який використовують у дослідженнях біопроцесів і результати отримані на ньому мають універсальне значення по відношенню до інших організмів. Основні модельні об'єкти генетики: • • • Escherichia coli Бактеріофаг λ Streptomyces coelicolor Saccharomyces cerevisiae Neurospora crassa Tetrahymena thermophila Arabidopsis thaliana Caenorabditis elegans Drosophila melanogaster Xenopus tropicalis Mus musculus

Чому переважна більшість відкриттів встановлена завдяки відносно невеликої групи організмів? Чому ці організми використовують знову і знову? • • • Основні критерії модельних організмів: Біологічна відмінність від інших. Невеликий розмір дорослого організму Короткий життєвий цикл (дослідження великої кількості генерацій) Невибагливість до культивування у лабораторних умовах Контрольоване схрещування за простих лабораторних умов. Наприклад, для вивчення генетики хребетних як модельному організмові надали перевагу миші, а не слону. Невеликий геном. Проста структура геному (малий відсоток некодуючої білки ДНК, псевдогенів, повторів ДНК) Сприятливість для генетичних маніпуляцій Велика кількість нащадків. Велика кількість інформації про біологічні особливості організму.

Застосування модельних об'єктів • Генетика розвитку організму • Генетичні порушення при спадкових захворюваннях • Генетичні механізми стійкості патогенних мікроорганізмів до антисептиків та антибіотиків (лабораторні штами бактерій) • Нейрогенетика • Біотехнологічні розробки (синтез атибіотиків, застосування мікроорганізмів для виробництва біопалива, біодобрива, тощо)

модель Escherichia coli Університет штату Мічиган (США) , лабораторія Річарда Ленскі. Проект: Довготривалий еволюційний експеримент (Long-term evolution experiment (LTEE) http: //myxo. css. msu. edu/ecoli//) Мутація – випадкова зміна в генетичному матеріалі, тобто зміна нуклеотидної послідовності ДНК, яка може привести до видимих змін організму. Мутації – фактор видоутворення.

модель Escherichia coli Довготривалий еволюційний експеримент q. Лютий 1988 рік – Річард Ленскі почав досліджувати еволюцію за лабораторних умов. q 12 культур, похідних штаму В Е. сoli, які мали певні маркери (стійкість до стрептоміцину)слугували модельним об'єктом. Середовище культивування: +МD + 25 млг/л глюкози • Середовище МD включає мінеральні солі та цитрат натрію як потенційне альтернативне джерело вуглецю. • Глюкоза – джерело вуглецю для E. coli, необхідне для підтримки життєдіяльності культури. 24 год Кожні 24 год протягом 20 років q. У нормі Е. сoli не засвоює цитрат натрію за аеробних умов. q. Предметом дослідження була мутація/мутації, які зумовлюють здатність використовувати цитрат натрію як джерело вуглецю. q. Всі генерації росли за однакових умов. Кріозбереження кожної 500 -ї генерації

модель Escherichia coli Довготривалий еволюційний експеримент q. Через 33127 генерацій культура Ara-3 – проявила здатність використовувати цитрат як джерело вуглецю; ЇЇ фенотип позначили як Cit+ ü Пошук фенотипу Cit+у попередніх генераціях (“викопних рештках”): ü Cit+ -мутація виникла між 31000 і 31500 генераціями (0, 5%); ü Відсоток Cit+ -мутантів зростав від генерації до генерації аж до 33500 -ї генерації (15%, 19% ); ü Різке зменшення кількості Cit+ -мутантів у генерації 33000 (1, 1% популяції); ü Конкуренція клонів – незалежне виникнення у генетично однорідній популяції двох корисних мутації у різних клітинах (одна з них Cit+ -мутація); ü Досліджувана популяція розмножується нестатево; ü Мутації двох різних клітин не можуть поєднатися в одному нащадку; виникають дві субпопуляції; ü Постійна конкуренція між клонами різних субпопуляцій, що призводить до витіснення одного з мутантів; ü Cit+ -мутанти генерації 31500 -32500 засвоювали цитрат натрію значно гірше ніж Cit+ мутанти пізніших генерацій. ü Останні еволюціонували зі своїх попередників. Отже поява слабкого фенотипу Cit+ була передумовою виникнення мутації, що посилила здатність майбутніх генерацій засвоювати цитрат натрію.

модель Escherichia coli Довготривалий еволюційний експеримент Які зміни відбулися на рівні ДНК? q. З отриманих культур клітин та з вихідної культури (спільного предка, закладеного на збереження 20 років тому) виділили ДНК. q. Встановили нуклеотидну послідовність ДНК кожної 500 -ї генерації серед 40000 генерацій (всього – 80 культур). q. Порівняли ДНК 80 геномів з геномною ДНК вихідної культури. q. Корисні наочні мутації зумовлені однаковими замінами нуклеотидів для всіх культур, у яких вони виникли. q. Нейтральні мутації виникали внаслідок різноманітних замін нуклеотидів ДНК. q. Не зважаючи на однакові умови життя, геномна еволюція варіювала від культури до культури.

Streptomyces coelicolor Mervyn Bibb Molecular Microbiology, John Innes Centre, Англія; Вивчає генетичну регуляцію біосинтезу антибіотиків. David Hopwood – засновник генетики стрептоміцетів Mark Buttner Molecular Microbiology. John Innes Centre, Англія; Досліджує процеси клітинної диференціації стрептоміцетів, особливості транскрипційних процесів у стрептоміцетів, явище стійкості до антибіотиків.

Saccharomyces cerevisiae Erez Braun, професор фізичного факультету, Israel Institute of Technology, Вивчає генетику відповіді клітини дріжджів на стресові умови. Створює штучні системи стресових умов: Перебудовує біохімічні шляхи клітини на генетичному рівні; Fred Winston, Professor Harvard Medical School, Department of Genetics, USA, Вивчає регуляцію транскрипції еукаріот та структуру хроматину, використовуючи дріжджі.

Arabidopsis thaliana Frederick M. Ausubel, Ph. D. Professor of Genetics, Harvard Medical School / Molecular Biologist, Massachusetts General Hospital, Вивчає гени, що контролюють механізми захисту рослин від патогенних бактерій. 1 2 Рослини арабідопсиса уражені патогенним грибком Erysiphe orontii: 1 – лінія Arabidopsis дикого типу. 2 – мутантна лінія Arabidopsis, у якої інактивовано ген eds 16. Підвищена чутливість до патогенного грибка зумовлена втратою здатності синтезувати саліцилову кислоту; Отже ген eds 16 контролює один з етапів синтезу саліцилової кислоти. функції гена.

Drosophila melanogaster Richard Benton, Center for Integrative Genomics, Lausanne University, Switzerland, Досліджує генетику відчуття запаху, використовуючи плодову мушку як модельний об'єкт. Як організм розпізнає хімічні сигнали, вивчає їх у мозку і вибирає найбільш вдалу відповідь на хімічний подразник.

Mus Musculus Takashi Hiiragi, EMBL Heidelberg, Germany. Вивчає ембріональний розвиток ссавців: коли з маси клітин починає формуватися ембріон. q. Бластоциста мутантної лінії мишей, яка містить у своєму геномі генетичну репортерну систему, на основі злиття досліджуваних генів з генами флуоресцентних білків. q. Зелені – клітини, у яких експресується транскрипційні фактор Nanog q. Червоні - транскрипційні фактор Cdx 2 q. Жовті – експресія двох факирів одночасно q. Експресія генів неоднакова у різних бластомерах.

Mus Musculus Dr. François Spitz, EMBL Heidelberg, Germany. Досліджує регуляторні послідовності хромосоми, їх розташування та як вони впливають на експресію генів. Більша частина геному ссавців не кодує білків. Регуляторними генетичними факторами ссавців часто виступають матричні РНК, які ніколи не транслюються. Порушення послідовностей цих РНК призводить до генетичних захворювань. Досліджували розвиток ембріона мутантних ліній мишей, які містили делецію потенційної регуляторної ділянки.

Модельні об'єкти генетики 2012 -2013 навчальний рік Теми Модуль Тема 1. Значення модельних об'єктів у становленні генетики як науки + Тема 2. Escherichia coli – модель для дослідження основних генетичних процесів на молекулярному рівні + Тема 3. Бактеріофаг λ – модель найпростішого способу реалізації генетичної інформації + Тема 4. Streptomyces coelicolor – модель досліджень генетики синтезу антибіотиків + Тема 5. Saccharomyces cerevisiae – найпростіша еукаріотична модель досліджень + Тема 6. Neurospora crassa – модель для вивчення мейозу еукаріот та генетики патогенних грибів. + Тема 7. Tetrahymena thermophila – об'єкт для вивчення окремих структур хромосом еукаріот. + Тема 8. Chlamydomonas reinhardtii. Генетика локомоторних функцій джгутика + Тема 9. Arabidopsis thaliana– модель генетики рослин + Тема 10. Caenorhabditis elegans. Генетика ембріонаотного розвитку та старіння еукаріот. + Тема 11. Drosophila melanogaster – модель нейрогенетики та досліджень генетичного контролю органогенезу. + Тема 12. Xenopus tropicalis – модель генетики раннього ембріонального розвитку + Тема 13. Mus musculus – модель досліджень спадкових хвороб людини. +

Оцінювання знань Модуль 1 15 Модуль 2 15 Участь в обговоренні теми, відповіді на запитання 10 Реферат і доповідь 10 Залік 50 Всього 100 1. Орієнтовний термін складання модулю 1– 13 -20 жовтня 2. Орієнтовний термін складання модулю 2– 20 -28 грудня 3. Письмове опитування за модулями включає: відповіді на три теоретичні питання 26

Самостійна робота: реферат і презентація • • • 1. Bacillus subtilis 2. Myxococcus xanthus 3. Mycobacterium smegmatis 4. Caulobacter crescentus 5. Danio rerio

Скачать презентацию МОДЕЛЬНІ ОБ ЄКТИ ГЕНЕТИКИ Чому схожі рідні люди

МОГ-1.pptx

Количество слайдов: 27