- •Введение. История развития генетики
- •Предмет генетики
- •2. Краткая история развития представлений о наследственности
- •3. Вклад ученых в развитие генетики
- •4. Вклад белорусских ученых в развитие генетики
- •Основными направлениями работы в настоящее время исследований являются:
- •Основные научные и практические достижения: Исследовательские гранты
- •Продукция и услуги:
- •Материальные основы наследственности Лекция 3 Клетка как основа наследственности и воспроизведения
- •Клеточные и неклеточные формы организации живого: эукариоты, прокариоты, вирусы
- •Нуклеиновые кислоты. Структурная модель днк Дж. Уотсона и ф. Крика.
- •Литература
- •2. Наднуклеосомная укладка днк
- •3. Хромомерная организация хромосом
- •4. Митотические хромосомы
- •5. Кариотип и идиограмма
- •Материальные основы наследственности
- •2.Непрямое деление клетки. Амитоз. Эндомитоз
- •3. Мейоз и его значение
- •4. Краткий обзор этапов гаметогенеза
- •Закономерности наследования признаков
- •Лекция 6
- •Наследование при моногибридных и
- •Полигибридных скрещиваниях
- •1. Цели и задачи генетического анализа
- •2.Генетическая символика
- •3. Первый закон г. Менделя – закон единообразия гибридов первого поколения
- •4. Второй закон Менделя
- •5. Неполное доминирование и кодоминирование
- •6. Анализирующее (реципрокное) скрещивание
- •7. Дигибридные скрещивания. Тригибридное скрещивание
- •Закономерности наследования признаков Лекция 7 Взаимодействие генов
- •1. Типы взаимодействия неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия. Гены – модификаторы.
- •Наследование окраски цветков у Lathyrus odoratus при взаимодействии двух пар генов
- •Наследование формы плода у Cucurbita pepo при взаимодействии двух пар генов
- •Наследование окраски глаз у Drosophila при взаимодействии двух пар генов
- •Эпистаз у лошадей
- •Рецессивный эпистаз у мышей
- •Наследование и изменчивость длины початков (в сантиметрах) у Zea mays в f1и f2
- •Наследование формы стручка у Capsella bursa pastoris при взаимодействии двух пар генов
- •2. Пенетрантность и экрессивность. Норма реакции. Плейотропный эффект гена.
- •Закономерности наследования признаков Лекция 8-9 Генетика пола и наследование признаков, сцепленных с полом. Сцепление генов и кроссинговер. Нехромосомное (цитоплазматическое) наследование
- •1.Пол как признак. Половой диморфизм. Первичные и вторичные половые признаки.
- •2. Определение пола.
- •Половые различия между самкой и самцом у морского червя Bonellia viridis
- •3. Гинандроморфы, интерсексы, гермафродиты и другие половые отклонения
- •Билатеральный гинандроморф y Drosophila melanogastei
- •4. Наследование признаков сцепленных с полом.
- •5.Сцепление генов и кроссинговер. Генетические доказательства перекреста хромосом
- •6. Частота кроссинговера и линейное расположение генов в хромосоме. Цитологические доказательства кроссинговера
- •7.Митотический (соматический) кроссинговер. Факторы, влияющие на кроссинговер
- •8. Нехромосомное (цитоплазматическое) наследование
- •Молекулярные основы наследственности (4 часа)
- •2.Способы передачи наследственной информации у бактерий
- •3. Репликация днк
- •Модели репликации днк:
- •Строение репликационной вилки
- •Расположение основных белков в репликационной вилке
- •4. Репарация днк
- •Молекулярные основы наследственности (4 часа)
- •2. Генетический код
- •3. Трансляция
- •4. Передача информации в клетке
- •Изменчивость (6 часов) Лекция 12 Изменчивость, комбинативная и мутационная изменчивость
- •1. Классификация изменчивости. Понятие о наследственной и ненаследственной изменчивости.
- •1.1 Изменчивость наследственного материала
- •1.2 Ненаследственная изменчивость
- •1.3 Наследственная изменчивость
- •2. Мутационная теория и классификация мутаций
- •Мутации у различных организмов
- •3. Генеративные и соматические мутации. Прямые и обратные мутации
- •4. Множественные аллели
- •5. Условные мутации
- •Изменчивость (6 часов) Лекция 13-14 Мутации: генные, хромосомные, геномные. Модификационная изменчивость
- •1. Генные мутации
- •2. Хромосомные перестройки
- •2.1. Делеции
- •2.2. Дупликации
- •2.3. Инверсии
- •2.3. Транслокации
- •3. Геномные мутации. Полиплоидия
- •4. Автополиплоидия
- •Диплоидный (а), триплоидный (б) и тетраплоидный (в) арбузы
- •Образование растения Raphanobrassica в результате скрещивания редьки и капусты. Следует обратить внимание на форму плода у родителей и гибрида
- •5. Аллополиплоидия (амфиполиплоидия)
- •6. Анеуплоидия
- •7. Гаплоидия
- •8. Системные мутации. Спонтанные мутации
- •9.Закон гомологических рядов наследственной изменчивости н.И. Вавилова
- •10. Ненаследственная изменчивость
- •Внизу -стрелолист с надводными, плавающими и подводными листьями
- •Литература
- •Генетические основы онтогенеза (2 часа) Лекция 15 Онтогенез – как реализация генетической информации
- •1. Дифференцировка и детерминация
- •2.Эпигеномная наследственность
- •3. Транскрипция и амплификация генов в оогенезе
- •4. Дифференциальная активность генов в онтогенезе
- •5. Роль генетических факторов в определении продолжительности жизни
- •6. Молекулярные основы процесса старения и генетическая картина онтогенеза
- •Литература
- •1. Генетическая структура популяций. Типы популяций
- •2. Генетическая структура популяции апомиктов
- •3. Генетическая структура популяции самоопылителей
- •4. Генетическая структура популяций перекрестноразмножающихся организмов
- •Основные факторы генетической динамики популяций
- •Литература
- •Генетика человека (4 часа) Лекции 17, 18 Человек как объект генетических исследований
- •1. Человек как объект генетических исследований
- •2. Генеалогический метод
- •Составление родословной
- •Генетический анализ родословной
- •3.Близнецовый метод
- •4. Популяционно-статистический метод
- •5. Цитогенетический метод
- •6. Метод генетики соматических клеток
- •7. Биохимический метод
- •8. Молекулярно-генетический метод
- •9. Видимое строение хромосом человека и их морфология. Классификация и тонкая структура хромосомы
- •Генетические основы селекции (6 часов)
- •2.Исходный материал в селекции
- •3.Системы скрещивания в селекции растений и животных
- •4.Явление гетерозиса. Генетические механизмы гетерозиса.
- •Литература
- •2. Индивидуальный и массовый отборы
- •3. Подбор
- •Литература
- •Основы биометрии (8 часов) Данные в биологии (2 часа)
- •Описательная статистика (2 часа)
- •Основы дисперсионного анализа. Корреляционный анализ (4 часа)
2.Способы передачи наследственной информации у бактерий
В 1928 г. Ф. Гриффите получил интересные данные по заражению мышей возбудителем пневмонии. Он использовал два штамма пневмококка: вирулентный штаммS(клетки его имеют полисахаридную капсулу и дают гладкие колонии) и невирулентный штаммR (клетки не обладают капсулой и образуют шероховатые колонии). Заражение мышей вирулентным штаммом вызывало их гибель. При инъекции невирулентного штамма мыши не болели. Пневмония у них не развивалась и после введения вирулентного штамма, убитого нагреванием. Однако, если мышам вводился одновременно убитый штаммSи живой штаммR, через некоторое время они погибалиот пневмонии, а при посеве крови были выделены живые пневмококки с капсулой. Таким образом, можно было предполагать, что свойства убитого вирулентного штамма как бы перешли к живому невирулентному. Этоявление было названо трансформацией.
Природу этого явления в 1944 г. установил О. Эвери. Он провел аналогичный эксперимент с пневмококкамиinvitro. Спонтанно штаммSмог мутировать, т. е. приобретать свойства штаммаR, но обратная мутация(R→S), как правило, не происходит. Однако добавление кR экстракта убитых пневмококковSувеличивает вероятность обратной мутации. Эвери выделил вещество из убитых бактерий вирулентного штаммаS, очистил, изучил химические свойства и назвал его трансформирующим фактором. Трансформирующий фактор инактивировался лишь одним ферментом — дезоксирибонуклеазой, расщепляющим только ДНК. Это означало, чтотрансформирующим веществом является ДНК.Так было получено первое подлинное доказательство генетической роли нуклеиновых кислот. Однако это открытие не сразу привлекло всеобщее внимание, поскольку в то время было мало известно о химической природе генов, структуре белков и ДНК. Тем не менее открытие Эвери стимулировало более детальное изучение нуклеиновых кислот. В1947 г. Э. Чаргафф установил, что количество нуклеотидов ДНК и их соотношение у разных организмов неодинаково.Это навело на мысль, что порядок расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, очевидно, как-тосвязан с ее генетической специфичностью.
Трансформация сводится к включению вещества хромосомы одной бактерии (донора) в хромосому другой (реципиента) и служит одним из способов обмена генетической информацией у бактерий. Однако механизм ее еще недостаточно изучен.
Долгое время считалось, что генетическая трансформация свойственна только одноклеточным. В настоящее время установлено, что явления, напоминающие генетическую трансформацию, могут происходить и в клетках эукариотов.При взаимодействии некоторых вирусов с клетками животных возможна трансформация эукариотной клетки. Полученная ею новая генетическая информация устойчиво передается при последующих клеточных делениях. Получены неоспоримые доказательства существования генетической трансформации в клетках млекопитающих. Дж. Берг и В. Мак-Брайд при культивировании клеток мыши в среде с изолированными хромосомами клеток человека выделили потомство клеток с маркерами последнего. (Имеются основания считать, что в геном реципиента включается лишь небольшой участок хромосомы донора, около 2 %.) Пока мало известно о характере связи между геномом реципиента и фрагментом хромосомы донора, но, несомненно, связь эта довольно прочная — клетки мыши не теряли приобретенные свойства даже при выращивании в неселективных условиях.
В 1952 г. Н. Циндер и Дж. Ледерберг описали еще один способ передачи наследственной информации у бактерий. Исследования проводились на бактериях мышиного тифаSalmonellafyphimurium. ВU-образную трубку с бактериальным фильтром посередине засевались на полную питательную среду 2 штамма: в одну часть пробирки штамм22А(ауксотрофный по мутации, тормозящей синтез триптофанаТ-; это требовало добавления данной аминокислоты в среду для культивирования), в другую — штамм2А дикого типа (способен синтезировать триптофанТ+). Совместное выращивание двух штаммов бактерий мышиного тифа привело к тому, что через некоторое время при посеве на минимальную среду бактерии штамма22А дали небольшое количество колоний. Следовательно, они каким-то образом приобрели способность синтезировать триптофан. Переход бактерий из одного колена пробирки в другое преграждался бактериальным фильтром, а возможность обратной мутации штамма22А исключалась, так как он был стабильным в этом отношении. По мнению Циндера и Ледерберга, перенос информации осуществлялся фагом. Было установлено, чтоДНК-содержащие вирусы (фаги) делятся на две группы: паразиты, приводящие к гибели бактериальные клетки, и умеренные (симбиотические), не вызывающие заболевания и разрушения клеток.Умеренные вирусы, или профаги, существуют в клетке в виде ДНК, интегрированной с ДНК бактерии, и реплицируются вместе с ее хромосомой. Явление такого сосуществования умеренного фага и бактерии носит название лизогении.Лизогенная клетка (иначе клетка с профагом) обычно ничем не отличается от других бактерий. Обнаружить профаг удается лишь при активизации его ионизирующим и ультрафиолетовым излучением или при воздействии каких-либо иных факторов, вследствие чего он превращается в зрелый фаг, убивает клетку и использует ДНК бактерии на построение своей ДНК. Таким образом, профаг при заражении новой клетки может сообщить ей часть наследственной информации от старой. Штамм2Аоказался лизогенным по фагу, который из умеренного в силу каких-то причин превратился в паразитический и при заражении новых бактерий перенес в них часть фрагмента ДНК с геном, контролирующим синтез триптофана. Бактериальный фильтр не послужил преградой для вирусов, так как размеры их очень малы и они могут фильтроваться.
Явление переноса наследственной информации бактериофагом от одних бактерий к другим называется трансдукцией. Механизм трансдукции еще недостаточно изучен. Предполагается, чтофрагмент чужеродной ДНК вначале самостоятельно реплицируется, а затем путем рекомбинации включается в хромосому клетки-реципиента.Трансдукция в настоящее время детально изучается в связи с вопросами генной инженерии, поскольку может рассматриваться в качестве одного из путей переноса наследственной информации от клетки к клетке.
В 1946 г. Дж. Ледерберг и Е. Татумпри совместном выращивании двух ауксотрофных комплементарных мутантов кишечной палочки Е.coli(В-М-Р+Т+ иВ+М+Р-Т-) в течение ночи получили культуруВ+М+Р+Т+, которая оказалась способной в отличие от исходных штаммов расти на минимальной питательной среде без добавления метионина, биотина, треонина и пролина. Трансформации и трансдукции здесь явно не было. При наличии бактериального фильтра в сосудах, где выращивались культуры, взаимного обмена информацией не наблюдалось. Очевидно, существует очень тесный контакт между бактериями. На основании этого впервые было высказано предположение о возможности у бактерий полового процесса.Половой процесс у бактерий, при котором осуществляется перенос генетической информации при тесном контакте клеток, был назван конъюгацией. Впоследствии удалось получить микрофотографии конъюгирующих бактерий кишечной палочки.Передача информации при конъюгации носит односторонний характер.В 1952 г. Б. Хейс показал, что при конъюгации одна из клеток (мужская F+) служит донором, другая (женская F-) — реципиентом. Донорные клетки несут особый фактор F (фрагмент молекулы ДНК; автономно существует в цитоплазме и содержит около 10 пар нуклеотидов), являющийся нехромосомной структурой. Реципиенты этого фактора не имеют.
Процесс конъюгации и механизм переноса генетического материала был описан у бактерий Е. coli в 1955 г. В. Вольманом и Ф. Жакобом.Они показали, что при конъюгации факторF может переходить из мужской клетки в женскую и превращать ее вF+. При этом другие свойства бактериальной клетки не изменяются. Передача полового фактора происходит как бы независимо от других генетических маркеров. Клетки штаммовF- внутри себя не рекомбинируют.
При обратной мутации половой фактор у бактерий может вновь приобрести автономное состояние. Освобожденный из хромосомы, подобно профагу, он иногда захватывает фрагмент бактериальной хромосомы, прилегающий к нему, и при конъюгации вместе с ним переходит в женскую клетку, сообщая ей свойства донорной клетки и некоторые другие свойства, контролируемые фрагментом хромосомы. Такой процесс переноса наследственной информации из одной бактериальной клетки в другую посредством полового фактора называется сексдукцией.
Таким образом, половой фактор является саморедуплицирующим генетическим элементом, способным существовать в двух состояниях: автономном и интегрированном в хромосому. Такие участки генетического материала получили название эписом.