ОБЩАЯ ГЕНЕТИКА универсальные законы наследственности и изменчивости
Уильям Бэтсон (William Bateson) автор термина «ГЕНЕТИКА» (1907) …Генетика – выяснение феномена наследственности и изменчивости В 1910 г. вместе со своим учеником Рэдженальдом Паннетом основал журнал «Journal of Genetics»
Вильгельм Людвиг Иогансен В 1909 году в работе «Элементы точного учения наследственности» ввёл термины: «ГЕН» , «ГЕНОТИП» и «ФЕНОТИП»
ГЕНОТИП — совокупность генов, имеющих фенотипическое проявление ФЕНОТИП — ВНЕШНЯЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ГЕНОТИПА Фенотип формируется на основе генотипа, опосредованного рядом внешнесредовых факторов ГЕНОТИП + СРЕДА →ФЕНОТИП
ГЕНОМ — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке Геном человека (46 ДНК+ мх. ДНК) составляет 3, 1 млрд. пар нуклеотидов по результатам проекта Геном человека, количество генов в геноме человека составляет около 28000 генов только 1, 5 % всего генетического материала кодирует белки 24% генома – интроны, регуляторные последовательности б. Олшая часть генома – «мусорная» ДНК (junk DNA) Обеспечивает пластичность генома
Накопление знаний о генетически обусловленных заболеваниях (ХХ-ХI век)
ТАЙНЫ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА С-парадокс *— отсутствие корреляции между физическими размерами генома и сложностью организмов. * - «С» означает «константное» (англ. constant) количество ДНК в гаплоидном геноме конкретного вида
УСЛОЖНЕНИЕ генома человека произошло не за счет увеличения числа генов, а за счет усложнения механизмов регуляции, альтернативного сплайсинга, редактирования РНК, приводящих к увеличению численности и разнообразия протеома
Экономичность в использовании генов достигается АЛЬТЕРНАТИВНЫМ СПЛАЙСИНГОМ Альтернативный сплайсинг — процесс, позволяющий одному гену производить несколько м. РНК и, соответственно, белков: Экзон 1 1 2 Экзон 2 3 БЕЛОК I 4 5 Экзон 3 1 2 4 5 БЕЛОК II Экзон 4 1 Экзон 5 2 3 5 БЕЛОК III Альтернативный сплайсинг позволяет увеличить разнообразие белковых продуктов генов, сохраняя при этом относительно небольшое количество генов
СТРУКТУРА ГЕНОМА эукариот УНИКАЛЬНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ØКодирующие участки (экзоны генов) ØНекодирующие участки (интроны, регуляторные участки) ПОВТОРЯЮЩИЕСЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ Øумеренно повторяющиеся п. (до 100 копий на геном. Размер последовательностей от 102 до 103 -104 п. н. (р. РНК, т. РНК, гистоны и др. ) Øвысоко повторяющиеся (до 500 000 копий на геном. Малый размер последовательностей до 102 п. н.
Структура генома человека Ядерный геном ~3, 000 Mb 25 -30 000 генов 40% Митохондриальный геном 16. 6 kb 37 генов 60% уникальные повторяющиеся последовательности 70% Уникальны или 2 копии на геном 10% Кодирующая ДНК Псевдогены 30% 90% Некодирующая ДНК Генные фрагменты Интроны, регулят. сайты Умеренные повторы Мобильные элементы; р. РНК, т. РНК, гистоны Высокие повторы Тандемные повторы и другие
Менделевские законы наследования признаков
У человека насчитывается около 5 000 морфологических и биохимических признаков, которые наследуются по Менделю
Доминантные и рецессивные признаки у человека Доминантные Рецессивные Нормальная пигментация кожи, глаз, волос Альбинизм Близорукость Нормальное зрение Ночная слепота Цветовое зрение Дальтонизм Катаракта Отсутствие катаракты Косоглазие Отсутствие косоглазия Толстые губы Тонкие губы Полидактилия (добавочные пальцы) Нормальное число пальцев Брахидактилия (короткие пальцы) Нормальная длина пальцев Веснушки Отсутствие веснушек Нормальный слух Врожденная глухота Карликовость Нормальный рост Нормальное усвоение глюкозы Сахарный диабет Нормальная свертываемость крови Гемофилия Круглая форма лица (R–) Квадратная форма лица (rr) Круглый подбородок (K–) Квадратный подбородок (kk) Ямочка на подбородке (А–) Отсутствие ямочки (аа) Ямочки на щеках (D–) Отсутствие ямочек (dd) Густые брови (B–) Тонкие брови (bb) Брови не соединяются (N–) Брови соединяются (nn) Длинные ресницы (L–) Короткие ресницы (ll) Круглый нос (G–) Заостренный нос (gg) Круглые ноздри (Q–) Узкие ноздри (qq) Свободная мочка уха (S–) Сросшаяся мочка уха (ss)
Г. Мендель 1865 – доклад «Опыты над растительными гибридами» на заседаниях Брюннского общества испытателей природы 8 февраля и 8 марта 1865
Г. Мендель выбрал для исследования признаки, регистрация которых была предельно простой: ДИСКРЕТНЫЕ и АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ признак либо присутствует, либо отсутствует одно состояние признака исключает наличие другого состояния Г. Мендель применил СТАТИСТИЧЕСКИЙ метод анализа данных: 7 пар признаков: 1. гладкость и морщинистость 2. желтый и зеленый цвет 3. пазушные и верхушечные цветы 4. сдутый или нет стручок 5. длинный или короткий стебель 6. красный или белый цвет лепестков 7. Желтый или зеленый стручок 30 000 растений гороха Pisum sativum
Все 7 пар признаков с эффектом Абсолютного доминирования Доминантный признак – красный венчик
Закон единообразия первого поколения в первом поколении проявляется признак только одного родителя А АА А
Закон расщепления признаков наследуется не признак как таковой, а задаток его развития 3/4 1/4 аа üкаждый организм содержит пару таких задатков для каждого признака Эти положения соответствует открытию принципа аллелизма: ген üот родителя к потомку переходит только один из двух задатков представлен минимум двумя аллелями. üзадаток каждого типа (доминантный или рецессивный) переходит к потомку с равной вероятностью
Анализирующее скрещивание 3/4 аа 1/4
Анализирующее скрещивание Р G F А_ а А ; аа а Аа Х ; аа 50% : 50% Р А А_ а Х G А F Х Х аа а Аа 100% Правило единообразия первого поколения при скрещивание чистых линий
Закон независимого распределения признаков
1900 г. - вторичное открытие и подтверждение законов Менделя Хуго де Фриз (Голландия) Карл Корренс (Германия) Эрих Чермак-Зейзенегг (Австрия) введена номенклатура символов, позволяющих записывать скрещивания: Р - родители (Perenta - родители) F 1 - потомки (Filieae - дети) F 1, F 2, F 3
В 1902 -1903 годах У. Сеттон и Т. Бовери независимо друг от друга выявили параллелизм в поведении менделевских факторов наследственности и хромосом. Эти наблюдения послужили основой для предположения, что гены расположены в хромосомах В 1910 -1913 годах Т. Морган с учениками (А. Стёртевант, К. Бриджес) сцепленное с половыми хромосомами наследование, группы сцепления, первая генетическая карта, формулировка основных положений хромосомной теории • Гены локализованы в хромосомах. Набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален. • Аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах. • Гены расположены в хромосоме в линейной последовательности. • Гены одной хромосомы образуют группу сцепления • Сцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме • Каждый биологический вид характеризуется определенным набором хромосом — кариотипом.
Сцепленное с полом наследование мутации белых глаз w у Drosophila melanogaster
Слайды 32 -36 Кроссинговер – причина возникновения новых типов гамет
Если два разных гена находятся в одной хромосоме рядом, то определяемые ими признаки хромосоме рядом, наследуются так, как если бы они определялись одним геном Т. Морган гены одной хромосомы образуют группы сцепления
О каком типе наследования (НЕЗАВИСИМОМ наследовании/ ПОЛНОМ сцеплении/ НЕПОЛНОМ сцеплении) следует говорить при скрещивании Аа. Вb X aabb у первого поколения (1) ЕСЛИ наблюдается расщепление Аа. Вb: Ааbb: аа. Bb: ааbb 25% : 25% (2) ЕСЛИ наблюдается расщепление Аа. Вb: Ааbb: аа. Bb: ааbb 40% : 10% : 40% (3) ЕСЛИ наблюдается расщепление Аа. Вb: ааbb 50% : 50%
Ген роста (S) у человека и ген, определяющий количество пальцев (P) на конечностях, находятся в одной группе сцепления на расстоянии 8 морганид. Нормальный рост (s) и пять пальцев (p) на кистях рук являются рецессивными признаками. По аутосомно-доминантному типу проявляются высокий рост (S) и полидактилия (шестипалость) (P). Жена имеет нормальный рост и по пять пальцев на руке. p s Муж гетерозиготен по двум парам аллелей, причём ген высокого роста он унаследовал от отца, а ген шестипалости от матери. p P S s ♂♀ Определить в потомстве процентное соотношение вероятных фенотипов. G: 17 -я p P p s S s 46% 4% P Х S 4% S P 8 морганид
Мейоз Первое деление - редукционное (2 n →n) Поздняя профаза Метафаза Анафаза Кроссинг- овер В интерфазе НЕТ удвоения ДНК Продолжительная профаза Рекомбинированные хромосомы Второе деление мейоза - эквационное (как митоз) Метафаза Анафаза Гаметы
ИНТЕРФАЗА – удвоение ДНК ПРОФАЗА: Схождение гомологичных хромосом – образование бивалентов
ПРОФАЗА: Схождение (конъюгация) гомологичных хромосом – образование хиазмов Обмен участками хромосом (КРОССИНГОВЕР) в местах хиазмов
МЕТАФАЗА: ВЫСТРАИВАНИЕ КОНЪЮГАНТОВ В МЕТАФАЗНУЮ ПЛАСТИНКУ
АНАФАЗА: РАСХОЖДЕНИЕ ГОМОЛОГИЧНЫХ ХРОМОСОМ К РАЗНЫМ ПОЛЮСАМ, 2 n 4 с → n 2 с
ВТОРОЕ ДЕЛЕНИЕ МЕЙОЗА КАК ПРИ МИТОЗЕ - К РАЗНЫМ ПОЛЮСАМ РАСХОДЯТСЯ ОТДЕЛЬНЫЕ ХРОМАТИДЫ
ДНКэ ИЗБЫТОЧНА > 50% Экзоны (участки, кодирующие белок) 1, 5% Мобильные элементы 44% Интроны и регуляторные последовательности 24% Уникальные некодирующие участки ДНК 15% УНИКАЛЬНЫЕ последовательности ПОВТОРЯЮЩИЕСЯ
ДНКэ ИЗБЫТОЧНА > 50% Экзоны (участки, кодирующие белок, ) 1, 5% Мобильные элементы 44% Интроны и регуляторные последовательности 24% Уникальные некодирующие участки ДНК 15% УНИКАЛЬНЫЕ последовательности ПОВТОРЯЮЩИЕСЯ
Регуляторные последовательности Функция – контроль экспрессии гена ЦИС-ЭЛЕМЕНТЫ: промоторы, терминаторы, энхансеры –увеличивают уровень транскрипции, связываясь с факторами транскрипции (на др. хромосомах /в интроне) сайленсеры инсуляторы – барьерные элементы: блокируют взаимодействие между энхансером и промотором, если находятся между ними; препятствуют распространению гетерохроматина ТРАНС-ЭЛЕМЕНТЫ (кодируют факторы транскрипции, связывающиеся с цисэлементами)
http: //en. wikipedia. org/wiki/Transposon Мобильные элементы генома Барбара Мак-Клинток Обнаружила мобильные генетические элементы «прыгающие гены» (1948 , 1951) Нобелевская премия – только в 1983 году Разнообразие окраски семян в початке вызвано «прыжками» мобильного генетического элемента — транспозона (© W. P. Armstrong 2000; фото с сайта waynesword. palomar. edu)
Мобильные элементы генома являются «генетическими паразитами» , вызывая мутации в генетическом материале организма хозяина и понижая его приспособленность за счёт траты энергии на репликацию и синтез белков паразита, они являются важным механизмом изменчивости и обмена генетическим материалом между организмами одного вида и разными видами
МГЭ-последовательности ДНК, которые могут перемещаться внутри генома: • Транспозоны ØДНК-транспозоны ØРетротранспозоны Инсерционные элементы (кодируют лишь белки, вовлеченные в процесс транспозиции) • Плазмиды • Бактериофаги • Интроны второй группы Мобильные генетические элементы по типу транспозиции можно разделить на два класса: ДНК-ТРАНСПОЗОНЫ, которые применяют метод «вырезать и вставить» , и РЕТРОТРАНСПОЗОНЫ -синтез РНК из ДНК с последующим обратным синтезом ДНК, метод «копировать и вставить» .
ДНК-ТРАНСПОЗОНЫ 6 000 п. н. передвигаются по геному способом «вырезать и вставить» благодаря комплексу ферментов под названием ТРАНСПОЗАЗА
РЕТРОТРАНСПОЗОНЫ (45 % генома человека ) Необходима РНК- посредник, которая затем используется как матрица для обратной транскрипции в последовательность ДНК (новый ретротранспозон) (белок обратной транскрипции ) (РНКсвязывающий белок ) Активные ретротранспозоны млекопитающих делятся на три основные семьи: ДДП-1, Alu-повторы, SVA.
Большинство случаев вставки ДДП-1 элементов происходит не до конца, и такие копии больше не способны к самостоятельной мобилизации гены теломеразы и ДДП-1 имеют высокую гомологию, что свидетельствует о возможности происхождения теломераз от ретротранспозонов Alu-повтор (Alu от Arthrobacter luteus) — широко распространённые мобильные элементы в геноме человека. Alu-элементы имеют длину около 300 пар оснований и часто расположены в интронах Alu-элементы возникли у приматов примерно 65 миллионов лет назад от гена 7 SL РНК, который входит в рибосомный комплекс. Aluретротранспозоны не имеют собственной обратной транскриптазы, поэтому для передвижения им необходимые ферменты ДДП-1 элементов. SVA — 2 -3 тысячи пар оснований ДНК, состоят из : коротких разбросанных элементов (КДП), тандемные повторов (ВЧТП), Alu-последовательности и гексамер CCCTCT. Они не являются автономными и нуждаются в белках, закодированных в ДДП 1 ретротранспозонах для передвижения
Скачать презентацию ОБЩАЯ ГЕНЕТИКА универсальные законы наследственности и изменчивости
Л-5_ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ_5ОКТЯБРЯ.pptx