Основные проблемы генетики и механизм воспроизводства жизни
ции в
процессе индивидуального развития и влияние на их условий среды
обитания;
изучает закономерности и механизмы изменчивости и ее роль в
приспособительных реакциях и в эволюционном процессе;
изыскивает способы исправления поврежденной генетической информации.
Для решения этих задач используются разные методы исследования.
Метод гибридологического анализа был разработан Грегором Менделем.
Этот метод позволяет выявить закономерности наследования отдельных
признаков при половом размножении организмов. Сущность его заключается в
следующем: анализ наследования проводится по отдельным независимым
признака; прослеживается передача этих признаков в ряду поколений;
проводится точный количественный учет наследования каждого альтернативного
признака и характер потомства каждого гибрида в отдельности.
Цитогенетический метод позволяет изучать кариотип (набор хромосом)
клеток организма и выявлять геномные и хромосомные мутации.
Генеалогический метод предполагает изучение родословных животных и
человека и позволяет устанавливать тип наследования (например, доминантный,
рецессивный) того или иного признака, зиготность организмов и вероятность
проявления признаков в будущих поколениях. Этот метод широко используется в
селекции и работе медико-генетических консультаций.
Близнецовый метод основан на изучении проявления признаков у
однояйцевых и двуяйцевых близнецов. Он позволяет выявить роль
наследственности и внешней среды в формировании конкретных признаков.
Биохимические методы исследования основаны на изучении активности
ферментов и химического состава клеток, которые определяются
наследственностью. С помощью этих методов можно выявить генные мутации и
гетерозиготных носителей рецессивных генов.
Популяционно-статистический метод позволяет рассчитывать частоту
встречаемости генов и генотипов в популяциях.
Введем основные понятия генетики. При изучении закономерностей
наследования обычно скрещивают особи, отличающиеся друг от друга
альтернативными (взаимоисключающими) признаками (например, желтый и зеленый
цвет, гладкая и морщинистая поверхность горошин). Гены, определяющие
развитие альтернативных признаков, называются аллельными. Они
располагаются в одинаковых локусах (местах) гомологичных (парных) хромосом.
Альтернативный признак и соответствующий ему ген, проявляющийся у гибридов
первого поколения, называют доминантным, а не проявляющийся (подавленный)
называют рецессивными. Если в обеих гомологичных хромосомах находятся
одинаковые аллельные гены (два доминантных или два рецессивных), то такой
организм называется гомозиготным. Если же в гомологичных хромосомах
локализованы разные гены одной аллельной пары, то такой организм принято
называть гетерозиготным по данному признаку. Он образует два типа гамет и
при скрещивании с таким же по генотипу организмом дает расщепление.
Совокупность всех генов организма называется генотипом. Генотип
представляет собой взаимодействующие друг с другом и влияющие друг на друга
совокупности генов. Каждый ген испытывает на себе воздействие других генов
генотипа и сам оказывает на них влияние, поэтому один и тот же ген в
разных генотипах может проявляться по-разному.
Совокупность всех свойств и признаков организма называется фенотипом.
Фенотип развивается на базе определенного генотипа в результате
взаимодействия с условиями внешней среды. Организмы, имеющие одинаковый
генотип, могут отличаться друг от друга в зависимости от условий развития и
существования. Отдельный признак называется феном. К фенотипическим
признакам относятся не только внешние признаки (цвет глаз, волос, форма
носа, окраска цветков и тому подобное), но и анатомические (объем желудка,
строение печени и тому подобное), биохимические (концентрация глюкозы и
мочевины в сыворотке крови и так далее) и другие.
Глава 2 Наследственность
2.1. Исследования Менделя
Важный шаг в познании закономерностей наследственности сделал
выдающийся чешский исследователь Грегор Мендель. Он выявил важнейшие законы
наследственности и показал, что признаки организмов определяются
дискретными (отдельными) наследственными факторами. Работа “Опыты над
растительными гибридами” отличалась глубиной и математической точностью,
однако она была опубликована в малоизвестных трудах Брюннскго общества
естествоиспытателей и оставалась неизвестной почти 35 лет - с 1865 до 1900
г. Именно в 1900г. Г. де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э.
Чермак в Австрии независимо друг от друга переоткрыли законы Менделя и
признали его приоритет. Переоткрытие законов Менделя вызвало стремительное
развитие науки о наследственности и изменчивости организмов - генетики.
Будучи в Вене, Мендель заинтересовался процессом гибридизации
растений и, в частности, разными типами гибридных потомков и их
статистическими соотношениями. Эти проблемы и явились предметом научных
исследований Менделя, которые он начал летом 1856 года.
Успехи, достигнутые Менделем, частично обусловлены удачным выбором
объекта для экспериментов - гороха огородного (Pisum sativum). Мендель
удостоверился, что по сравнению с другими этот вид обладает следующими
преимуществами:
1) имеется много сортов, четко различающихся по ряду признаков;
2) растения легко выращивать;
3) репродуктивные органы полностью прикрыты лепестками, так что
растение обычно самоопыляется; поэтому его сорта размножаются в
чистоте, то есть их признаки из поколения в поколение остаются
неизменными;
4) возможно искусственное скрещивание сортов, и оно дает вполне
плодовитые гибриды.
Из 34 сортов гороха Мендель отобрал 22 сорта, обладающие четко
выраженными различиями по ряду признаков, и использовал их в своих опытах
со скрещиванием. Менделя интересовали семь главных признаков: высота
стебля, форма семян, окраска семян, форма и окраска плодов, расположение и
окраска цветков. Следует отметить, что в выборе экспериментального объекта
Менделю кое в чем просто повезло: в наследовании отобранных им признаков
не было ряда более сложных особенностей, открытых позднее, таких как
неполное доминирование, зависимость более чем от одной пары генов,
сцепление генов. Отчасти этим фактом объясняется то, что и до Менделя
многие ученые проводили подобные эксперименты на растениях, но ни один из
них не получил таких точных и подробных данных; кроме того они не смогли
объяснить свои результаты с точки зрения механизма наследственности.
2.2. Наследование при моногибридном скрещивании и закон расщепления
Для своих первых экспериментов Мендель выбирал растения двух сортов,
четко различавшихся по какому-либо признаку, например, по расположению
цветков: цветки могут быть распределены по всему стеблю (пазушные) или
находиться на конце стебля (верхушечные). Растения, различающиеся по одной
паре альтернативных признаков, Мендель выращивал на протяжении ряда
поколений. Во всех случаях анализ результатов показал, что отношение
доминантных признаков к рецессивным в поколении составляло примерно 3:1.
Приведенный выше пример типичен для всех экспериментов Менделя, в
которых изучалось наследование одного признака (моногибридные скрещивания).
На основании этих и аналогичных результатов Мендель сделал выводы:
1. Поскольку исходные родительские сорта размножались в чистоте (не
расщепляясь), у сорта с пазушными цветками должно быть два
«пазушных» фактора, а у сорта с верхушечными цветками – два
«верхушечных» фактора.
2. Растения F1 содержали по одному фактору, полученному от каждого
из родительских растений через гаметы.
3. Эти факторы в F1 не сливаются, а сохраняют свою
индивидуальность.
4. «Пазушный» фактор доминирует над «верхушечным» фактором, который
рецессивен. Разделение пары родительских факторов при
образовании гамет (так что в каждую гамету попадает лишь один из
них) известно под названием первого закона Менделя или закона
расщепления. Согласно этому закону, признаки данного организма
детерминируются парами внутренних факторов. В одной гамете может
быть представлен только один из каждой пары таких факторов.
Теперь мы знаем, что эти факторы, детерминирующие такие признаки,
как расположение цветка, соответствуют участкам хромосомы, называемым
генами.
Описанные выше эксперименты, проводившиеся Менделем при изучении
наследования одной пары альтернативных признаков, служат примером
моногибридного скрещивания. Схема образования зигот при моногибридном
скрещивании показана на рис. 3.
2.3. Возвратное, или анализирующее скрещивание
Организм из поколения F1, полученного от скрещивания между
гомозиготной доминантной и гомозиготной рецессивной особями, гетерозиготен
по своему генотипу, но обладает доминантным фенотипом. Для того чтобы
проявился рецессивный фенотип, организм должен быть гомозиготным по
рецессивному аллелю. В поколении F2 особи с доминантным фенотипом могут
быть как гомозиготами, так и гетерозиготами. Если селекционеру понадобилось
выяснить генотип такой особи, то единственным способом, позво
| |  скачать работу |
Основные проблемы генетики и механизм воспроизводства жизни |
