Роль гормонов в регуляции активности генов на уровне

Роль гормонов в регуляции активности генов на уровне транскрипции

Гормоны: 1. Пептидные – не проникают в клетку, но связываются с ее поверхностью и влияют на генную активность через посредников 2. 2. Стероидные – проникают в клетку

Действие пептидных и стероидных гормонов

Действие глюкокортикоидного гормона у млекопитающих

вывод Стероидные гормоны регулируют действие генов по позитивному механизму

Роль энхансеров (усилителей) и сайленсеров (глушителей) в регуляции транскрипции Что они собой представляют? Это особые последовательности ДНК, влияющие на активность транскрипции генов

Свойства энхансеров и сайленсеров 1. Проявляют активность на большом расстоянии от гена (до 3000 н. п. ) 2. Их активность не зависит от их ориентации (могут быть инвертированы) 3. Обычно связаны с генами, чья активность должна быть высока (гены антител - иммуноглобулинов)

Свойства энхансеров и сайленсеров 4. Обычно регулируют действие генов, находящихся на той же хромосоме, что и сама регулирующая последовательность (цис-эффект). Иногда энхансеры (сайленсеры) могут действовать на гены, находящиеся на другой хромосоме (транс-эффект).

Посттранскрипционный уровень регуляции

Альтернативный сплайсинг РНК

Посттрансляционный уровень регуляции

Глюкоза в крови α клетки глюкагон Глюкоза в крови β клетки инсулин Глюкоза в крови к норме α клетки β клетки глюкагон инсулин Глюкоза в крови к норме

Инсулин • Пептидный гормон, регулирующий уровень сахара в крови • Синтезируется как препроинсулин • Отщепляется сигнальная последовательность от молекулы препроинсулина • Проинсулин содержит пептидные цепи A, B, и C • Зрелый инсулин состоит из A и B - цепей (C разрушается)

Реорганизация генома как способ регуляции активности генов

Строение иммуноглобулинов

Организация генов тяжелых цепей

Геномная организация генов человеческих иммуноглобулинов

Результаты случайной рекомбинации VH : 65 V x 27 D x 6 J = 10. 53 x 103 Vk: 40 V x 5 J = 200 Vl: 30 V x 4 J = 120 Общее разнообразие: 4 -5 x 106

Генетика популяций

Генетика популяций – отрасль генетики, изучающая закономерности наследственности и изменчивости на уровне популяций

Сергей Сергеевич Четвериков (1880 -1959) – основоположник генетики популяций

В 1926 году С. С. Четвериков в статье «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» сделал вывод, что накопленное генное разнообразие должно выявляться в условиях изоляции и уже без всякого отбора приводить к различиям между популяциями и индивидами в природе. Ввел понятие "генотипическая среда» .

Терминология Эрнст Майр: Вид – группа скрещивающихся природных популяций, репродуктивно изолированных от других групп Популяция – сообщество особей одного вида, связанных между собой родственными и брачными узами

Размножение 1. Бесполое 2. Половое Менделевская популяция – сообщество особей, размножающихся половым путем Локальная популяция – группа особей одного вида, проживающая на одной территории

Локальная популяция мускусного быка

Локальная популяция канадского оленя

Локальная популяция состоит из демов Демы представлены семейными группами, состоящими из отдельных особей

Члены одной популяции как правило чаще скрещиваются с представителями той же самой популяции. – Особи, находящиеся в центре популяции, в среднем, более тесно связаны друг с другом, чем с членами других популяций

Александр Сергеевич Серебровский (1892 -1948) автор термина «генофонд»

Общая совокупность генов в популяции в определенное время называется генофондом популяции. Генофонд состоит из всех аллелей всех генетических локусов всех особей популяции. Каждый локус представлен дважды в геноме диплоидного организма.

Особи могут быть гомозиготными или гетерозиготными по этим гомологичным локусам. Если все члены популяции гомозиготны по тому же самому аллелю, этот аллель называют фиксированным. Часто ген имеет более двух аллелей, каждый из которых имеет относительную частоту в генофонде

Закон Харди-Вайнберга: В большой случайно скрещивающейся популяции при отсутствии миграции или отбора и мутаций, частоты генов и генотипов не изменяются от поколения к поколению.

Закон Харди-Вайнберга: p=A, q=a AA+Aa+aa=p+q=1 2+pq=p(p+q)=p A=p 2=q(p+q)=q a=pq+q

Закон Харди-Вайнберга: Частоты генотипов и генов можно определить из следующего уравнения: (p. A + qa)2 = p 2 AA + 2 pq Aa + q 2 aa=1

4 теленка из каждых 100 телят, рожденных в стаде, являются карликами (dd). Требования для равновесия Харди -Вайнберга: частота dd = q 2 = 0. 04 поэтому qd = . 04 = 0. 2 если qd = 0. 2, то то p. D = 0. 8, так как p + q = 1 частота DD = p 2 = 0. 82 = 0. 64 частота Dd = 2 pq = 2(0. 8)(0. 2) = 0. 32 частота dd= q 2 = 0. 22 = 0. 04.

• Частота муковисцидоза у Кавказской расы составляет 1/2500 q 2 = 0. 0004 q = 0. 02; p = 1 -q = 1 - 0. 02 = 0. 98 • Частота гетерозигот в популяции будет 2 pq = 2 (. 98)(. 02) = 0. 0392, или около 1 на 25 индивидуумов

Взаимосвязь частот генотипов AA, Aa, и aa от частот аллелей A и a в популяции в уравнении Харди-Вайнберга

Генетическая гетерогенность популяций

Раковины

Факторы динамики популяций мутации миграции (поток генов) отбор дрейф генов

Мутации

Миграция (поток генов) Внедрение новых животных извне Покупка животныхпроизводителей Включение животных в скрещивание Введение новых пород

Отбор Различная вероятность оставить после себя потомство Естественный отбор Искуственный отбор

Формы отбора 1. Стабилизирующий отбор

Формы отбора 2. Движущий отбор

Формы отбора 3. Дизруптивный отбор – против среднего значения признаков. В результате возможно образование двух различных популяций Реакция на дизруптивный отбор по числу щетинок у D. melanogaster в условиях максимального обмена генами. I — «высокая» линия; II — «низкая» линия

Дрейф генов Изменение частот аллелей в ряду поколений вследствие случайных причин

Какой аллель попадет в гамету?

Кто выживет?

Эффект основателя – случай дрейфа генов, когда редкие аллели, или их комбинации, имеют повышенную частоту в популяции, берущей свое начало от нескольких представителей исходной крупной популяции. Пример – карликовость более распространена в секте американских менонитов, живущих в Пенсильвании, США, и берущих начало от нескольких немецких переселенцев

Следствие эффекта основателя

Эффект «горлышка бутылки» Это случай дрейфа генов, при котором резкое снижение размера популяции вследствие природной катастрофы, хищнического истребления или уменьшения пищевых ресурсов, вызывает резкое сокращение общего генетического разнообразия в исходном генофонде.

Эффект «горлышка бутылки» Впоследствии такие популяции могут восстановить свою численность, но появившиеся изменения частот генов передаются потомству

Генетические основы селекции

Селекция – наука о создании новых сортов растений и пород животных. Селекция микроорганизмов относится к разделу «Биотехнология» Количественными называются признаки, для характеристики которых необходимо использовать цифровые характеристики

Сорта фиалок Блашинг. Дульсинея. Арапахо айвори Коричная рябь Сокровище Жанина Свет короля любви Королева Милая Моника Величие Рождество Сюзанна

Породы кошек Силтэббипойнт Сил-пойнт Силтортипойнт Блюпойнт Тайская кошка

Cамцы шведского ландраса (300 и 30 кг)

Опоросившаяся минисвиноматка в возрасте 12 мес Супермелкий хряк Хрюн (1 год, 27 кг) и свинка Мотя (5 мес. – 5 кг)

Основной метод селекции – отбор: 1. Массовый отбор 2. 2. Индивидуальный отбор

Коэффициент наследуемости (h 2)

Чем выше коэффициент 2), тем больше наследуемости (h вероятность удачного отбора Если значения коэффициента наследуемости малы, то можно сделать вывод о генетической стабильности группы особей Отбор в чистых линиях не эффективен

Система скрещиваний и их генетические последствия 1. Инбридинг – близкородственные скрещивания ( у растений – самоопыление)

A 1 гомозигота Поколение 1 A 2 гетерозигота 100% 25% A 2 гомозигота 50% 25% 100% Поколение 2 100% 25% 50% 100% 25% Поколение 3 100% Поколение 4 0 25 50 Частота генотипов 75 100

Фенотипические эффекты инбридинга Количества потомков в помете Либидо Числа спермиев Вероятности оплодотворения Вероятности выживания Овуляционной активности Роста Явление инбредной депрессии

Последствия инбридинга у крыс (эксперимент Ritzema-Bos, 1894) 55 -top

F – коэффициент инбридинга 1. F отражает вероятность того, что особь получила оба аллеля от одного родителя. 2. 2. F показывает, насколько данное животное более гомозиготно, чем животное в породе. Например, F=0. 25 означает, что данное животное имеет на 25% больше генов в гомозиготном состоянии, чем в среднем в породе.

Вычисление коэффициента инбридинга Fx= Fx = коэффициент инбридинга особи X n = число особей, идущих от от инбредного потомка к общему предку FA = коэффициент инбридинга общего предка

Пример êD êB -- ê ê êH X -- ê X ê êD êC -- ê êL H B х х D C х Fx= (1/2)3 = 1/8 L

Система скрещиваний и их генетические последствия 2. Аутбридинг – неродственные скрещивания ( у растений – перекрестное опыление) Результат аутбридинга – повышение гетерозиготности потомков Явление гетерозиса (повышение мощности гибридов F 1 по сравнению с родителями)

Гетерозис у гибрида арабидопсиса

Половой отбор

Павлин (самец)

In Conclusion • Individuals of a population have the same number and kind of genes • A population is evolving when a trait is becoming more or less common • Gene mutations are the only source of new alleles

In Conclusion • Natural selection is an outcome of differences in survival and reproduction among individuals • Selection can result in balanced polymorphism • Gene flow is a change in allele frequencies • Genetic drift is a change in allele frequencies over the generations due to chance events

Population Genetics pp. 677 -82 • The study of the genetic composition of a population and the factors that contribute to changing that composition • allelic variation results in polymorphism within any given population • a fundamental measure of genetic variation are the allele frequencies at any given locus

Population Genetics • Factors that affect changes in allele frequency in populations over time are: – – recurrent mutation natural selection migration random sampling effects • In a population not subject to the above factors, which is randomly interbreeding, genotypic frequencies remain constant for any given locus

Mendelian inheritance will result in an equilibrium distribution of genotypes: If segregation of alleles at meiosis is random and mating is non-preferential. . . Let p = frequency of A, and q = frequency of a p + q = 1 from the Punnett square it follows: – p 2 = frequency of AA – q 2 = frequency of aa – 2 pq = frequency of Aa The genotype frequencies can therefore be represented as: p 2 + 2 pq + q 2 = 1 The Hardy-Weinberg Equilibrium

• Example: estimating heterozygote frequencies for certain diseases: suppose the frequency of cystic fibrosis in Caucasian populations is 1/2500 q 2 = 0. 0004 q = 0. 02; p = 1 -q = 1 - 0. 02 = 0. 98 • the frequency of heterozygotes in the population would be: 2 pq = 2 (. 98)(. 02) = 0. 0392, or about 1 in 25 individuals

Группы крови MN у человека 3 фенотипа - M, MN, N 3 генотипа - MM, MN, NN 2 аллеля – M, N Локальная популяция в Великобритании 298 M, 489 MN, 213 N

Локальная популяция в Великобритании(1000 человек) 298 M, 489 MN, 213 N 298 MM 489 MN 213 NN 596 M аллелей 489 M аллелей, 489 N аллелей 426 N аллелей Частоты фенотипов M 298/1000 =. 298 MN 489/1000 =. 489 N 213/1000 =. 213

Локальная популяция в Великобритании (1000 человек) 298 M, 489 MN, 213 N 298 MM 596 M аллелей 489 MN 489 M аллелей, 489 N аллелей 213 NN 426 N аллелей Частоты генов (аллелей) M (596+489)/2000 = 0. 5425 N (489+426)/2000 = 0. 4575