Текст книги "Генетика человека с основами общей генетики. Руководство для самоподготовки"
Автор книги: Николай Курчанов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц) [доступный отрывок для чтения: 2 страниц]
Контрольные вопросы
11. Как организован генетический материал вирусов?
12. Какие виды вирусов существуют в природе?
13. Какие возможны варианты развития вирусов в клетке?
14. Как организован генетический материал прокариот? Что называется опероном?
15. Что представляет собой плазмида? Каковы размеры плазмид и их количество?
16. Что общего и в чем отличие плазмиды и вируса?
17. Кариотип, его основные характеристики.
18. Какие хромосомы называются гомологичными?
19. Морфология и разнообразие хромосом.
10. Почему разработка методов дифференциальной окраски имела принципиальное значение для развития цитогенетики?
11. Как связаны ядрышковый организатор хромосом и ядрышко ядра?
12. Что такое идиограмма? Ее характеристики.
13. В чем заключается стандартизация кариотипов?
14. Что представляют собой mi-ДНК и митохондриальные геномы?
15. Что представляют собой геном хлоропластов?
16. В чем суть симбиотической теории происхождения эукариотической клетки?
17. Как выглядит нуклеосомная модель организации хроматина?
18. Как образуется ДНК-гистоновый комплекс?
19. Как происходит компактизация хроматина?
20. В чем состоит различие эухроматина и гетерохроматина?
21. Какие в природе наблюдаются примеры нетипичной структуры хромосом?
22. Какие периоды имеет клеточный цикл? Их характеристика.
23. В какое время клеточного цикла происходит синтез ДНК?
24. Как изменяется хроматин во время митоза?
25. Чем характеризуется процесс синапсиса хромосом? Когда он происходит?
26. Какие фазы выделяют во время мейоза?
27. В чем состоит основное биологическое значение мейоза?
Литература
Албертс Б. Молекулярная биология клетки: в 5 т. / Б. Албертс, Д. Брей, Дж. Льюис, М. Рэфф, К. Робертс, Дж. Уотсон. – М., 1986–1987.
Дерябин Д. Г. Функциональная морфология клетки / Д. Г. Дерябин. – М., 2005.
Заварзин А. А. Общая цитология / А. А. Заварзин, А. Д. Харазова, М. Н. Молитвин. – СПб., 1992.
Захаров А. Ф. Хромосомы человека: атлас / А. Ф. Захаров, В. А. Бенюш, Н. П. Кулешов, Л. И. Барановская. – М., 1982.
Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции / С. Г. Инге-Вечтомов. – М., 1989.
Смирнов В. Г. Цитогенетика / В. Г. Смирнов. – М., 1990.
Тема 4. Закономерности наследственности
Не беда появиться на свет в утином гнезде, если ты вылупился из лебединого яйца.
Г. Х. Андерсен (1805–1875), датский писатель
Общебиологическое значение генетики вытекает из того, что законы наследственности справедливы для всех организмов. Понятия, сформировавшиеся при изучении закономерностей наследования, являются базовыми понятиями всех разделов генетики.
Содержание темы
Основные генетические понятия. Фены. Генетическая символика.
Генетический анализ. Законы Г. Менделя. Расщепление по генотипу и фенотипу. Анализирующее скрещивание. Решетка Пеннета (рис. 4.1). Хромосомная теория наследственности. Сцепленное наследование. Генетические карты.
Взаимодействие генов. Аллельные взаимодействия. Явление гетерозиса. Взаимодействие неаллельных генов и их возможные механизмы.
Взаимодействие генотипа и среды. Генотип как система взаимодействующих генов. Проявление генов в фенотипе. Плейотропия. Гены-модификаторы. Экспрессивность и пенетрантность. Норма реакции генотипа. Наследуемость и ГС-взаимодействие.
Генетика пола и сцепленное с полом наследование. Половые хромосомы и аутосомы. Варианты хромосомного определения пола в природе. Наследование, ограниченное полом.
Основные понятия
Аллель – вариант одного гена.
Аутосомы – неполовые хромосомы кариотипа.
Гемизигота – наличие только одной аллели в генотипе диплоидного организма.
Ген (в рамках классической генетики) – элементарная структура, кодирующая отдельный признак.
Генетическая карта – порядок расположения генов на хромосоме.
Геном – вся совокупность ДНК клетки, характерная для ДНК вида.
Генотип – совокупность аллелей организма.
Генофонд – совокупность аллелей популяции.
Гетерогаметный пол – пол, у которого в кариотипе разные половые хромосомы.
Гетерозигота – организм, который имеет два разных аллеля анализируемого гена.
Гетерозис – явление превосходства гибридов над обеими родительскими формами.
Гомогаметный пол – пол, у которого в кариотипе одинаковые половые хромосомы.
Гомозигота – организм, который имеет два одинаковых аллеля анализируемого гена.
ГС-взаимодействие («генотип-среда»-взаимодействие) – свойство генотипа определять параметры изменчивости фенотипа в различных внешних средах.
Кодоминирование – независимое проявление аллелей в гетерозиготе при межаллельных взаимодействиях.
Комплементарность – появление нового признака при взаимодействии доминантных аллелей неаллельных генов.
Локус – это участок расположения гена на хромосоме.
Множественный аллелизм – наличие в популяции числа аллелей какого-либо гена больше двух.
Наследование, ограниченное полом, – наследование, обусловленное генами, локализованными на аутосомах, но фенотипически проявляющимися у разных полов по-разному.
Наследуемость – степень фенотипической изменчивости признака, обусловленная генотипом.
Неполное доминирование – в гетерозиготе при межаллельных взаимодействиях наблюдается промежуточное выражение признаков аллелей.
Норма реакции – диапазон проявлений генотипа.
Пенетрантность – проявляемость гена в фенотипе.
Плейотропия – влияние гена на несколько признаков.
Полимерия – однозначное действие неаллельных генов.
Полное доминирование – в гетерозиготе при межаллельных взаимодействиях одна аллель (доминантная) подавляет проявление второй аллели (рецессивной).
Сверхдоминирование – феномен моногенного гетерозиса, когда показана зависимость признака от одной аллельной пары.
Сцепленное с полом наследование – наследование генов, локализованных на половых хромосомах.
Сцепленные гены – гены, расположенные на одной хромосоме.
Фен – дискретный, генетически обусловленный признак организма.
Фенотип – совокупность внешних признаков организма (таких, которые мы можем наблюдать, – морфологических, физиологических, поведенческих).
Экспрессивность – степень выраженности признака в фенотипе.
Эпистаз – подавление одного гена другим, неаллельным ему геном.
Генетическая символика
Гены обозначаются буквами латинского или греческого алфавита. Доминантные аллели обычно записывают заглавными буквами, а рецессивные – строчными. Иногда символом служат несколько букв – сокращение слова, обозначающее контролируемый признак (vg – от vestigial wings, st – от scarlet).
В случае множественного аллелизма разные аллели обозначаются верхним индексом (с1, с2, с3… или cch, ca, ch…). Для полимерных генов применяется цифровое обозначение нижним индексом (а1, а2, а3).
Наиболее распространенный аллель или, как его первоначально называли, «аллель дикого типа», который обычно бывает доминантным для всех остальных аллелей, обозначают либо заглавной буквой (единственный среди других аллелей), либо индексом + (В+, с+, е+, st+). Изредка в природе встречаются доминантные мутации – они обычно обозначаются сочетанием букв, начиная с прописной (например, мутация Bar доминантна по отношению к аллелю дикого типа В+).
При рассмотрении сцепленных генов используют знак «/». При этом, если аллели двух рассматриваемых генов находятся на одной хромосоме, говорят о цис-положении (АВ/ав), а если на разных – транс-положении (Ав/аВ).
Применяют и специальные символы:
Р – родители;
G – гаметы;
F – поколения (F1, F2, F3);
× – знак скрещивания;
♂ – знак мужского пола;
♀ – знак женского пола.
Рис. 4.1. Решетка Пеннета
Задание для самостоятельной работы
1. Явления пенетрантности и экспрессивности с первых исследований осложняли генетический анализ. Четкие закономерности вдруг начинали «давать сбой». Хотя понятия пенетрантности и экспрессивности были введены Н. В. Тимофеевым-Ресовским еще в 1925 г., все факторы этих явлений неизвестны до сих пор. Рассмотрите современные подходы к этим явлениям.
2. Введенный в 1920 г. немецким ученым Г. Винклером термин геном стал одним из важнейших понятий современной генетики. К 1980-м гг. XX в. формируется новое направление – геномика, как наука о геномах. Долгое время геном рассматривали как совокупность генов организма, без учета их аллельных состояний. Таким образом, геном служит характеристикой целого вида организмов, а не конкретной особи. Однако в настоящее время под словом геном часто понимают всю совокупность ДНК клетки, характерную для ДНК вида. Чем обусловлено изменение взглядов? Охарактеризуйте современное состояние геномики.
3. Рассмотрите понятие гетерозиса. В чем заключается неоднозначность этого понятия? Как менялись представления о гетерозисе в истории генетики.
Контрольные вопросы
11. Как формулируются законы Менделя?
12. В чем заключается принципиальное значение для генетики гибридологического метода, разработанного Г. Менделем?
13. Генетическая терминология: гены и аллели.
14. Что такое множественный аллелизм?
15. Генетическая терминология: генотип, геном, фенотип, генофонд.
16. В чем отличие гомозиготы от гетерозиготы?
17. Основные положения хромосомной теории наследственности Т. Моргана.
18. Какие гены называются сцепленными?
19. Как наследуются аллели сцепленных генов?
10. Как проявляется взаимосвязь расстояния и частоты кроссинговера между сцепленными генами?
11. Как составляется генетическая карта?
12. С какой целью применяют анализирующее скрещивание?
13. Для чего используется решетка Пеннета?
14. В чем сложность использования понятия «фен»?
15. Какими правилами определяется генетическая символика?
16. Какие виды взаимодействия аллелей выделяют в генетике?
17. Что такое гетерозис?
18. Какие виды взаимодействия неаллельных генов выделяют в генетике?
19. В чем заключается различие кумулятивной и некумулятивной полимерии?
20. В чем заключается основная сложность изучения взаимодействия генотипа и среды?
21. Что такое плейотропия?
22. Какие понятия используются для характеристики проявления генов в фенотипе?
23. Что определяет «широту» нормы реакции в эволюции?
24. Что такое наследуемость? Почему это понятие имеет особое значение в психогенетике?
25. Что показывает «генотип-среда»-взаимодействие?
26. В чем сущность хромосомного механизма определения пола?
27. Какие организмы называют гемизиготами?
28. Какие хромосомы кариотипа относят к аутосомам, а какие – к половым хромосомам?
29. Что означает сцепленное с полом наследование?
30. Что означает наследование, ограниченное полом?
Литература
Айяла Ф. Современная генетика: в 3 т. / Ф. Айяла, Дж. Кайгер. – М., 1988.
Ватти К. В. Руководство к практическим занятиям по генетике / К. В. Ватти, М. М. Тихомирова. – М., 1979.
Гершензон С. М. Основы современной генетики / С. М. Гершензон. – Киев, 1983.
Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика / И. Ф. Жимулев. – Новосибирск, 2003.
Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции / С. Г. Инге-Вечтомов. – М., 1989.
Хелевин Н. В. Задачник по общей и медицинской генетике / Н. В. Хелевин, А. М. Лобанов, О. Ф. Колесова. – М., 1984.
Тема 5. Изменчивость
Победа какого-нибудь научного взгляда и включение его в мировоззрение не доказывает еще его истинности… Истина нередко в большем объеме открыта научным еретикам, чем ортодоксальным представителям научной мысли.
В. И. Вернадский (1863–1945), русский ученый, академик, основатель биогеохимии
Всем живым организмам свойственна изменчивость, под которой понимают свойство приобретать новые признаки. Изменения в генетическом материале организмов служат основой разнообразия жизни на Земле.
В российской традиции принято рассматривать генотипическую (наследственную) и модификационную (ненаследственную) изменчивость в едином разделе генетики. Среди генотипической изменчивости выделяют мутационную и особую комбинативную изменчивость, как процесс формирования новых комбинаций генов.
В западной традиции эти явления чаще рассматриваются в самостоятельных разделах: «мутации», «рекомбинации», «модификации». Понятие «изменчивость» используется обычно при анализе эволюционной теории.
Содержание темы
Мутации, природа и классификация мутаций. Мутационный процесс. Представление о мутагенах. Частота мутаций и распределение Пуассона.
Генные мутации (рис. 5.1), их механизм. Таутомеризация. Виды генных мутаций.
Хромосомные мутации (рис. 5.2), их классификация. Механизм аберраций (рис. 5.3).
Геномные мутации (рис. 5.4), их классификация и роль в природе.
Цитоплазматические мутации. Материнский эффект. Фенотипическое проявление мутаций в митохондриях и хлоропластах.
Рекомбинация, различные уровни ее проявления. Кроссинговер (рис. 5.5.). Сайт-специфическая рекомбинация.
Транспозиции. Мобильные генетические элементы, их виды у прокариот и эукариот. Механизм транспозиции. Трансдукция. Эволюционное значение транспозиций.
Механизм репарации. Роль репарации в поддержании стабильности генома.
Модификации. Виды модификаций. Взаимосвязь генотипа и среды в проявлении фенотипа. Проблема наследования приобретенных признаков. Период лысенковщины в СССР.
Основные понятия
Генные мутации – изменения нуклеотидного состава ДНК отдельных генов.
Геномные мутации – изменения числа хромосом.
Генотипическая преадаптация – влияние среды, выраженное модификациями, на мутационный процесс и рекомбинацию в ходе онтогенеза.
Канцерогены – факторы, способные индуцировать злокачественный рост клеток.
Кроссинговер – реципрокная рекомбинация сцепленных генов, лежащих в гомологичных локусах гомологичных хромосом.
Мобильные (мигрирующие) генетические элементы (МГЭ) – структуры, которые могут перемещаться в пределах генома и переходить из генома в геном.
Модификации – варианты фенотипа в пределах нормы реакции генотипа.
Мутагены – факторы, способные изменять материал наследственности.
Мутации – наследственные изменения генетического материала.
Провирус – встраиваемая в геном ДНК-копия вируса.
Репарация – эволюционная система поддержания стабильности генетической организации организмов, способная узнавать повреждения и исправлять их.
Сайт-специфическая рекомбинация – рекомбинация между молекулами ДНК, имеющими небольшие участки гомологии.
Таутомеризация – изменение положения водорода в молекуле, меняющее ее химические свойства.
Транспозиция – процесс перемещения МГЭ.
Фенокопии – модификации, фенотипически напоминающие известные мутации.
Хромосомные мутации (аберрации) – изменения структуры хромосом.
Цитоплазматические мутации – изменения неядерных генов.
Рис. 5.1. Генные мутации
Рис. 5.2. Хромосомные мутации
Рис. 5.3. Синапсис хромосом при реципрокной транслокации в профазе мейоза. На каждой хромосоме отмечена центромера
Рис. 5.4. Геномные мутации
Рис. 5.5. Генетическая карта хромосомы. Частота кроссинговера между генами А и В меньше, чем между генами А и С.
Задание для самостоятельной работы
1. Б. Мак-Клинток почти 40 лет ждала всеобщего признания после своего открытия «прыгающих генов». Только в 1983 г. она была удостоена Нобелевской премии, что является абсолютным рекордом «ожидания». Почему так долго не признавалось открытие? В чем заключается «революционное» значение концепции «лабильного генома»?
2. Эпигенетика – один из основных разделов современной генетики. В начале XXI в. генетика находится на пороге новой «научной парадигмы». В чем заключается ее сущность? Какие эпигенетические механизмы предполагаются в природе? Как новая «парадигма» отразится на поведенческих науках, в частности на генетике поведения и психологии?
Контрольные вопросы
11. Определение мутаций. Почему теория мутаций составляет одну из теоретических основ генетики?
12. Какие факторы называются мутагенами, а какие канцерогенами? Есть ли между ними взаимосвязь?
13. Что означает в генетике термин «сайт»?
14. Генные мутации, их характеристика и классификация.
15. Механизм возникновения генных мутаций.
16. Хромосомные мутации, их характеристика и классификация.
17. Как видоизменяется процесс мейоза при реципрокных транслокациях (см. рис. 5.3.)?
18. Геномные мутации, их характеристика и классификация.
19. Какую роль играют в природе геномные мутации?
10. Цитоплазматические мутации, их характеристика и классификация.
11. В чем заключается сущность теории лабильного генома?
12. В чем заключается значение для эволюции процессов рекомбинации несцепленных генов?
13. Что такое сайт-специфическая рекомбинация.
14. Какие структуры генома называют мобильными генетическими элементами?
15. Какие виды мобильных генетических элементов различают у прокариот?
16. В чем заключается эволюционное значение транспозиции?
17. Какую роль выполняет в организме система репарации?
18. Какие виды репарации встречаются в природе?
19. Какие изменения в генетике относят к модификациям? Виды модификаций.
20. Какие модификации относятся к фенокопиям?
21. Какая существует взаимосвязь между модификациями и генотипом?
22. В чем сложность проблемы наследования приобретенных признаков?
Литература
Айяла Ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3 т. / Ф. Айяла, Дж. Кайгер. – М., 1988.
Гершензон С. М. Основы современной генетики / С. М. Гершензон. – Киев, 1983.
Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика / И. Ф. Жимулев. – Новосибирск, 2003.
Паткин Е. Л. Эпигенетические механизмы распространенных заболеваний человека / Е. Л. Паткин. – СПб., 2008.
Тарантул В. З. Геном человека / В. З. Тарантул. – М., 2003.
Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека: в 3 т. / Ф. Фогель, А. Мотульски. – М., 1989–1990.
Хесин Р. Б. Непостоянство генома / Р. Б. Хесин. – М., 1984.
Тема 6. Молекулярная генетика
Кто ясно мыслит, тот ясно излагает.
А. Шопенгауэр (1788–1860), немецкий философ
Молекулярная генетика изучает молекулярные основы наследственности и изменчивости. Основное положение молекулярной генетики связано с признанием ведущей роли нуклеиновых кислот как хранителей и переносчиков генетической информации (Стен Г., Кэлинджер Р., 1981).
Содержание темы
Структурно-функциональная организация гена (рис. 6.1). Представления о гене, сформированные школой Т. Моргана. Изменения представлений о природе гена. Мозаичная структура гена эукариот. Регуляторная часть генома. Повторяющиеся последовательности. Сателлитная ДНК. Псевдогены.
Генетический код (табл. 6.1). Свойства генетического кода. Квазиуниверсальность кода.
Экспрессия генов (рис. 6.2, 6.3). Матричные генетические процессы. Транскрипция. Этапы транскрипции. Процессинг как промежуточный этап экспрессии. Трансляция; этапы трансляции. Рибосома, ее структура и функции.
Перенос генетической информации в живой системе. Центральная догма молекулярной биологии. Обратная транскрипция. Прионы.
Регуляция экспрессии генов у прокариот. Оперон (рис. 6.4). Регуляция экспрессии генов у эукариот. Возможность регуляции на разных этапах экспрессии. Регуляция на уровне транскрипции как основной способ регуляции экспрессии. Значение ядра в процессах регуляции экспрессии у эукариот.
Основные понятия
Ген – физическая (определенный участок ДНК) и функциональная (кодирует белок или РНК) единица наследственности.
Генетический код – это соответствие определенной последовательности нуклеотидов определенной аминокислоте.
Геномный импринтинг – дифференциальное проявление отцовских и материнских генов в организме.
Диспергированные повторы – повторы, которые разбросаны по геному.
Инсуляторы – короткие последовательности, обеспечивающие относительную независимость функций гена, блокируя взаимодействие между энхансером и промотором.
Интроны – участки гена, не кодирующие структуру полипептида.
Кодон – последовательность из 3-х нуклеотидов, шифрующая определенную аминокислоту.
Колинеарность – соответствие структуры гена (в нуклеотидах) и структуры кодируемого им полипептида (в аминокислотах).
Обратная транскрипция – синтез ДНК на РНК-матрице.
Оперон – система регуляции экпрессии генов бактерий.
Промотор – участок связывания с ДНК факторов транскрипции с образованием комплекса ДНК – РНК-полимераза для запуска синтеза РНК.
Процессинг – формирования функционально активных молекул РНК.
Псевдогены – нефункционирующие последовательности ДНК, структурно сходные с функционирующими генами.
РНК-интерференция – способность коротких двунитевых микро-РНК изменять работу отдельных генов.
Сайленсеры – ослабители транскрипции.
Сателлитная ДНК – ДНК, образованная тандемными повторами.
Спейсеры – межгенные последовательности в молекуле ДНК.
Сплайсинг – процесс вырезания копий интронов и соединение копий экзонов гена на молекуле гя-РНК.
Тандемные повторы – повторы, которые расположены вплотную друг с другом, образуя блоки (кластеры).
Транскрипция – процесс переноса генетической информации с ДНК на РНК.
Трансляция – процесс синтеза полипептидной цепочки на нити матричной РНК.
Экзоны – участки гена, кодирующие структуру полипептида.
Энхансеры – усилители транскрипции.
Рис. 6.1. Структура эукариотического гена:
1 – энхансеры; 2 – сайленсеры; 3 – промотор; 4 – экзоны; 5 – интроны; 6 – участки экзонов, кодирующие нетранслируемые области
Рис. 6.2. Структура гя-РНК:
1–5' – нетранслируемая область; 2–3' – нетранслируемая область; 3 – копии экзонов; 4 – копии интронов
Рис. 6.3. Структура м-РНК: 1 – «кэп»; 2 – поли-А-участок; 3 – копии экзонов
Рис. 6.4. Структура оперона:
I – ген-регулятор; Р – промотор; О – участок оператор; С1, С2, С3… – структурные гены оперона; Т – терминатор
Таблица 6.1. Генетический код
