Тема Изменчивость Задачи Дать характеристику наследственной и ненаследственной

Тема: «Изменчивость» Задачи: Дать характеристику наследственной и ненаследственной изменчивости Пименов А. В.

Изменчивость Генетика изучает не только наследственность, но и изменчивость организмов. Изменчивостью называют способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Благодаря изменчивости, организмы могут приспосабливаться к изменяющимся условиям среды обитания. Различают два типа изменчивости: Ненаследственная, или фенотипическая, — изменчивость, при которой изменений генотипа не происходит. Ее также называют групповой, определенной. Наследственная, или генотипическая, индивидуальная, неопределенная — изменения признаков организма, обусловленные изменением генотипа; она бывает: комбинативной — возникающей в результате перекомбинации хромосом в процессе полового размножения и участков хромосом в процессе кроссинговера; мутационной — возникающей в результате внезапного изменения состояния генов;

Наследственная изменчивость Комбинативная изменчивость – результат полового размножения, приводит к перекомбинации генетического материала образованию уникальных гамет и уникальных генотипов – материала для отбора. Мутационная

Наследственная изменчивость Наследственные изменения генетического материала теперь называют мутациями. Мутации — внезапные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организмов. Термин "мутация" впервые ввел в науку голландский генетик Г. де. Фриз. Проводя опыты с энотерой (декоративное растение), он случайно обнаружил экземпляры, отличающиеся рядом признаков от остальных (большой рост, гладкие, узкие и длинные листья, красные жилки листьев и широкая красная полоса на чашечке цветка и т. д. ). Причем при семенном размножении растения из поколения в поколение стойко сохраняли эти признаки.

Наследственная изменчивость В результате обобщения своих наблюдений де-Фриз создал мутационную теорию, основные положения которой не утратили своего значения и по сей день: 1. Мутации возникают внезапно; 2. Мутации наследственны, т. е. стойко передаются из поколения в поколение; 3. Мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (как при модификационной изменчивости), они являются качественными изменениями; 4. Мутации ненаправленны — мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков в любом направлении; 5. Одни и те же мутации могут возникать повторно; 6. Мутации индивидуальны, то есть возникают у отдельных особей. Процесс возникновения мутаций называют мутагенез, организмы, у которых произошли мутации, — мутантами, а факторы среды, вызывающие появление мутаций, — мутагенными.

Наследственная изменчивость Классификация мутаций Существует несколько классификаций мутаций: Мутации по месту их возникновения: Генеративные — возникшие в половых клетках. Они не влияют на признаки данного организма, а проявляются только в следующем поколении. Соматические — возникающие в соматических клетках. Эти мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении (черное пятно на фоне коричневой окраски шерсти у каракулевых овец). Сохранить соматические мутации можно только путем бесполого размножения (прежде всего вегетативного). Мутации по адаптивному значению: Полезные — повышающие жизнеспособность особей. Вредные (большинство возникающих мутаций вредны); Нейтральные — не влияющие на жизнеспособность особей.

Наследственная изменчивость Мутации по характеру проявления: доминантные, которые могут делать обладателей этих мутаций нежизнеспособными и вызывать их гибель на ранних этапах онтогенеза (если мутации являются вредными); рецессивные — мутации, не проявляющиеся у гетерозигот, поэтому длительное время сохраняющиеся в популяции и образующие резерв наследственной изменчивости (при изменении условий среды обитания носители таких мутаций могут получить преимущество в борьбе за существование). Большинство мутаций – рецессивны. Мутации по характеру изменения генотипа: генные; хромосомные; геномные. Генными мутациями называют изменения структуры молекулы ДНК на участке определенного гена, кодирующего структуру определенной молекулы белка. Эти мутации влекут за собой изменение строения белков, то есть появляется новая последовательность аминокислот в полипептидной цепи, в результате чего происходит изменение функциональной активности белковой молекулы.

Наследственная изменчивость Благодаря генным мутациям происходит возникновение серии множественных аллелей одного и того же гена. Чаще всего генные мутации происходят в результате: замены одного или нескольких нуклеотидов на другие; вставки нуклеотидов; потери нуклеотидов; удвоения нуклеотидов; изменения порядка чередования нуклеотидов.

Наследственная изменчивость Хромосомные мутации — мутации, вызывающие изменения структуры хромосом. Перестройки могут осуществляться как в пределах одной хромосомы — внутрихромосомные мутации, так и между негомологичными хромосомами — межхромосомные мутации.

Наследственная изменчивость Внутрихромосомные мутации: делеция — утрата части хромосомы (АВСD AB); инверсия — поворот участка хромосомы на 180˚(ABCD ACBD); дупликация — удвоение одного и того же участка хромосомы; (ABCD ABCBCD);

Наследственная изменчивость Межхромосомные мутации: транслокация — обмен участками между негомологичными хромосомами (АВCD AB 34); присоединение участка хромосомы или целой хромосомы (АВСД 1234).

Наследственная изменчивость Геномные мутации Геномными называют мутации, в результате которых происходит изменение в клетке числа хромосом. Геномные мутации возникают в результате нарушения митоза или мейоза, приводящих либо к неравномерному расхождению хромосом к полюсам клетки, либо к удвоению хромосом, но без деления цитоплазмы. В зависимости от характера изменения числа хромосом, различают: полиплоидию, анеуплоидию (гетероплоидию). Полиплоидию — увеличение числа полных гаплоидных наборов хромосом. Полиплоидия чаще наблюдается у простейших и у растений. В зависимости от числа гаплоидных наборов хромосом, содержащихся в клетках, различают: триплоиды (3 n), тетраплоиды (4 n) и т. д.

Наследственная изменчивость Гетероплоидию (анеуплоидия) — некратное увеличение или уменьшение числа хромосом. Чаще всего наблюдается уменьшение или увеличение числа хромосом на одну (реже две и более). Вследствие нерасхождения какой-либо пары гомологичных хромосом в мейозе одна из образовавшихся гамет содержит на одну хромосому меньше, а другая — на одну больше. Слияние таких гамет с нормальной гаплоидной гаметой при оплодотворении приводит к образованию зиготы с меньшим или большим числом хромосом по сравнению с диплоидным набором, характерным для данного вида. Например, болезнь Дауна у человека возникает в результате трисомии по 21 -й паре хромосом (47; 21, 21).

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н. И. Вавилов, изучая наследственную изменчивость у культурных растений и их предков, обнаружил ряд закономерностей, которые позволили сформулировать закон гомологических рядов наследственной изменчивости: Н. И. Вавилов (1887 -1943) «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости» .

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Этот закон можно проиллюстрировать на примере семейства Мятликовые, к которому относятся пшеница, рожь, ячмень, овес, просо и т. д. Так, черная окраска зерновки обнаружена у ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и других растений, удлиненная форма зерновки — у всех изученных видов семейства. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости позволили самому Н. И. Вавилову найти ряд форм ржи, ранее не известных, опираясь на наличие этих признаков у пшеницы. К ним относятся: остистые и безостые колосья, зерновки красной, белой, черной и фиолетовой окраски, мучнистое и стекловидное зерно и т. д.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Открытый Н. И. Вавиловым закон справедлив не только для растений, но и для животных. Так, альбинизм и сходные ряды в окраске встречается не только в разных группах млекопитающих, но и птиц, и других животных. Короткопалость наблюдается у человека, крупного рогатого скота, овец, собак, птиц, отсутствие перьев у птиц, чешуи у рыб, шерсти у млекопитающих и т. д.

Повторение Комбинативная изменчивость 1. Можно ли ее считать определенной изменчивостью? 2. Можно ли ее считать групповой изменчивостью? 3. Когда происходит перекомбинация генетического материала родительских особей? 4. Влияние на генотип 5. Влияние на фенотип 6. Наследование полученных изменений 7. Значение для организма 8. Значение для вида Характеристика

Повторение Мутационная изменчивость 1. Можно ли ее считать определенной изменчивостью? 2. Можно ли ее считать групповой изменчивостью? 3. Влияние на генотип 4. Влияние на фенотип 5. Наследование полученных изменений 6. Значение для организма 7. Значение для вида Характеристика

Модификационная изменчивость Большую роль в формировании признаков организмов играет среда его обитания. Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, т. е. их фенотип. Классическим примером изменчивости признаков под действием факторов внешней среды является разнолистность у стрелолиста: погруженные в воду листья имеют лентовидную форму, листья, плавающие на поверхности воды, — округлую, а находящиеся в воздушной среде, — стреловидные. Если же все растение оказывается полностью погруженным в воду, его листья только лентовидные.

Модификационная изменчивость Некоторые виды саламандр темнеют на темном грунте и светлеют на светлом. Под действием ультрафиолетовых лучей у людей (если они не альбиносы) возникает загар в результате накопления в коже меланина, причем у разных людей интенсивность окраски кожи различна. Таким образом, изменения ряда признаков организмов вызывается действием факторов внешней среды. Причем эти изменения не наследуются. Так, если получить потомство от тритонов, выращенных на темном грунте, и поместить их на светлый, то все они будут иметь светлую окраску, а не темную, как их родители. То есть, данный вид изменчивости не затрагивает генотип и поэтому не передается потомкам.

Модификационная изменчивость Изменчивость организмов, возникающая под влиянием факторов внешней среды и не затрагивающая генотипа, называется модификационной. Модификационная изменчивость носит групповой характер, то есть все особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки. Например, если сосуд с эвгленами зелеными поместить в темноту, то все они утратят зеленую окраску, если же вновь выставить на свет — все опять станут зелеными. Модификационная изменчивость является определенной, то есть всегда соответствует факторам, которые ее вызывают. Так, ультрафиолетовые лучи изменяют окраску кожи человека, усиленные физические нагрузки влияют на степень развития мышц.

Модификационная изменчивость В модификационной изменчивости следует различать морфозы и фенокопии. Морфозы – ненаследственные изменения, вызванные экстремальными или необычными факторами среды (ренгеноморфозы, хемоморфозы). Морфозы рассматривают как «уродства» , которые ненаследуются и не носят адаптивного характера. Например, при облучении личинок дрозофилы получают имаго с вырезками в различных частях крыла, которые являются следствием гибели части клеток имагинальных дисков крыла вследствии облучения. Фенокопии – ненаследственные изменения, сходные с известными мутациями. Фенокопии являются результатом действия физических и химических агентов на генетически нормальный организм. Например, при использовании талидомида часто рождались дети с фекомелией – укороченными ластовидными руками, которую могут вызвать и мутантные аллели.

Модификационная изменчивость Несмотря на то, что под влиянием условий внешней среды признаки могут изменяться, эта изменчивость не беспредельна. Так, на поле пшеницы можно обнаружить растения с крупными колосьями (20 см и более) и очень мелкими (3 -4 см). Это объясняется тем, что генотип определяет определенные границы, в пределах которых может происходить изменение признака. Степень варьирования признака, или пределы модификационной изменчивости, называют нормой реакции.

Модификационная изменчивость Как правило, количественные признаки (высота растений, урожайность, размер листьев, удойность коров, яйценоскость кур) имеют более широкую норму реакции, то есть могут изменяться в широких пределах, нежели качественные признаки (цвет шерсти, жирность молока, строение цветка, группа крови). Знание нормы реакции имеет большое значение для практики сельского хозяйства Таким образом, модификационная изменчивость характеризуется следующими основными свойствами: 1. Ненаследуемость; 2. Групповой характер изменений; 3. Соответствие изменений действию фактора среды.

Модификационная изменчивость Для оценки степени выраженности изучаемого признака используют понятие ЭКСПРЕССИВНОСТЬ. Этот показатель зависит как от генотипа (цвет кожи зависит от количества доминантных генов), так и от среды – полученного количества ультрафиолетовых лучей. Наличие данного гена не всегда означает, что он проявится в фенотипе. Для оценки количества особей, у которых этот признак фенотипически проявился используют термин ПЕНЕТРАНТНОСТЬ. Пенетрантность врожденного вывиха бедра составляет, например, 20%, у сахарного диабета – 65%. Оба термина ввел в науку отечественный генетик Н. В. Тимофеев-Ресовский в 1927 году.

Модификационная изменчивость Статистические закономерности модификационной изменчивости. Модификационная изменчивость многих признаков растений, животных и человека подчиняется общим закономерностям. Эти закономерности выявляются на основании анализа проявления признака у группы особей (n). Степень выраженности изучаемого признака у членов выборочной совокупности различна. Каждое конкретное значение изучаемого признака называют вариантой и обозначают буквой v. При изучении изменчивости признака в выборочной совокупности составляется вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию показателя изучаемого признака.

Модификационная изменчивость На основании вариационного ряда строится вариационная кривая — графическое отображение частоты встречаемости каждой варианты Частота встречаемости отдельных вариант обозначается буквой p. Например, если взять 100 колосьев пшеницы (n) и подсчитать число колосков в колосе, то это количество будет от 14 до 20 — это численное значение вариант (v). Вариационный ряд: v = 14 15 16 17 18 19 20 Частота встречаемости каждой варианты p = 2 7 22 32 24 8 5 Среднее значение признака встречается чаще, а вариации, значительно отличающиеся от него, — значительно реже. Это называется нормальным распределением. Кривая на графике бывает, как правило, симметричной. Вариации, как большие, чем средние, так и меньшие, встречаются одинаково часто.

Модификационная изменчивость Легко посчитать и среднее значение данного признака. Для этого используют формулу: (vp) М= n где М — средняя величина признака, в числителе сумма произведений вариант на их частоту встречаемости, в знаменателе — количество вариант. Для данного признака среднее значение равно 17, 13. Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет большое практическое значение, поскольку позволяет предвидеть и заранее планировать степень выраженности многих признаков организмов в зависимости от условий внешней среды.

Повторение Модификационная изменчивость 1. Можно ли ее считать определенной изменчивостью? 2. Можно ли ее считать групповой изменчивостью? 3. Когда происходит перекомбинация генетического материала родительских особей? 4. Влияние на генотип 5. Влияние на фенотип 6. Наследование полученных изменений 7. Значение организма 8. Значение для эволюции Характеристика