WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Буторина А.К.

Богданова Е.В.

Мясина В.П.

Основы классической генетики и селекции Избранные лекции по курсу «Генетикас основами селекции» Учебное пособие Специальность 020201 – Биология 011600 - Биология ВОРОНЕЖ 2006 2 Утверждено научно-методическим советом биолого-почвенного факультета 16 сентября 2005 года, протокол № 6 Авторы: Буторина А.К.

Богданова Е.В.

Мясина В.П.

Учебноепособие подготовлено на кафедрегенетики, селекции и теории эволюции биолого-почвенного факультета Воронежского государственного университета Рекомендуется для студентов III курса биолого-почвенного факультета дневной формы обучения 3 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 4 Тема 1. Наукагенетика. История. Методы. Связь с другими научными направлениями. Открытие закономерностей наследования признаков Г. Менделем. Материальные основы наследственности............................. 5 Тема 2. Закономерности наследования признаков, установленные Г. Менделем.................................................................................................. 11 Тема 3. Взаимодействие генов (молекулярные механизмы доминантнорецессивных взаимоотношений, кодоминирование, комплементарность, эпистаз, полимерия, плейотропия, пенетрантность и экспрессивность)... 15 Тема 4. Хромосомная теория наследственности Т. Моргана.

Кроссинговер (цитологические доказательства и молекулярные механизмы). Тетрадный анализ................................................................... 22 Тема 5. Генетикапола................................................................................. 30 Тема 6. Наследственная и ненаследственная изменчивость. Геномный импринтинг у человека................................................................................ Тема 7. Генетические процессы умикроорганизмов................................ Тема 8. Нехромосомное (цитоплазматическое) наследование. Гены паразитов исимбионтов. Предтерминация цитоплазмы........................... Тема 9. Генетические процессы в популяциях (генетическая гетерогенность популяций, закон Харди-Вайнберга). Факторы эволюции популяций (действие естественного отбора, мутации, генетическая комбинаторика, миграции особей, изоляция, генетический дрейф )......... Тема 10. Генетические основы селекции. Селекция как наука, ее связь с другими науками, история, основные направления. Понятие о сорте, классификация сортов. Исходный материал для селекции. Методы селекции. Особенности селекции животных и микроорганизмов............. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА......................................................... ВВЕДЕНИЕ Генетика – наука о наследственности и изменчивости прошла в своем развитии ряд этапов: первый (1900-1910гг.) был связан с переоткрытием установленных Г. Менделем закономерностей наследования признаков, доказательством их общности для всех организмов, а также того, что менделевским закономерностям подчиняется и распределение генов в панмиктических (свободно скрещивающихся) популяциях; была учреждена основная генетическая терминология (введены термины «ген», «генотип», «фенотип»); второй этап (19111920гг.) характеризовался разработкой хромосомной теории наследственности, проблем генетики пола; третий этап (1920-1940гг.) ознаменовался развитием новых направлений: генетики популяций, искусственного мутагенеза, генетических основ селекции растений, были выдвинуты идеи о молекулярной природе гена и возможности его автокаталитического удвоения, экспериментально обоснована делимость гена; на четвертом этапе развития генетики (1940-1953гг.) приоритет получили исследования микроорганизмов. Получены и изучены серии биохимических мутаций у плесневого гриба (Neurospora crassa), что позволило сформулировать принцип: «ген-фермент», который был скорректирован позже на «один ген – одна полипептидная цепь»;

экспериментальным путем была обоснована генетическая роль ДНК (и РНК – у вирусов) и показана возможность перемещения генов в пределах и между хромосомами.

Современный этап развития генетики начинается с 1953г., - с открытия Дж. Уотсоном и Ф. Криком пространственной структуры молекулы ДНК. Это позволило ответить на главнейшие вопросы, касающиеся выполнения ДНК ее роли как вещества наследственности: 1) каким образом записана наследственная информация в структуре молекулы ДНК, 2) как информация передается в процессе деления от материнской клетки к дочерней; 3) как в молекуле ДНК возникают повреждения и каким путем они могут передаваться потомству. Был расшифрован генетический код и установлена роль молекул РНК в процессе биосинтеза белка. Началась эраразвития молекулярной генетики, ознаменовавшаяся результатами исследований по генной инженерии, прочтением геномов ряда микроорганизмов, а также круглого червя – нематоды, дрозофилы, растения арабидопсиса и, наконец, к концу XX века – генома человекав рамках одноименной Международной программы, а в 2003г. был изучен геном мыши и показано значительное сходство ее генома по составу генов с геномом человека. В настоящее время проводятся исследования геномов пшеницы, риса, сосны и многих других видов. Успешность этих работ в значительной степени обеспечивается тщательностью отработкивсех процедур при изучении генома человека.



Главной целью программы «Геном человека» было прочтение всех нуклеотидных последовательностей ДНК в хромосомах человека.

«Программа», запланированная к выполнению в2005г., была успешно решена уже к концу 2000г. благодаря привлечению к работе большого количества специалистов разного профиля из 50 стран мира биологов, :

медиков, химиков, физиков, математиков, программистов идостаточному финансированию. Все процедуры изучения генома были тщательно отработаны и процесс секвенирования (т.е. прочтение нуклеотидных последовательностей) полностью автоматизирован. Успеху в досрочном выполнении «Программы» способствовала и разработка различных компьютерных технологий, применениекоторых позволило развить самые современные направления генетики: обратную генетику, сравнительную и функциональную геномику и протеомику, целью которых является картирование и изучение функции генов.

Выявление генов, ответственных за наследственные болезни человека, и установление механизмов их действия, позволило успешно развивать направление практической медицины – генную терапию, предполагающую замену больных генов здоровыми. Отличительной чертой современной генетикиявляется ее комплексноеразвитиес химией, физикой, математикой и рядом биологических дисциплин (биохимией, физиологией, экологией, цитологией, биофизикой и др.). Современный этап развития генетикииее крупнейшиедостижения были подготовлены всем предшествующим развитием генетики поэтому современный, специалист должен знать основные достижения генетики с начальных этапов становления науки чтобы успешно работать в любой области, биологии. В настоящем пособии студентам предлагается знакомство с результатами фундаментальных исследований, выполненных в основном до современного этапа развития генетики а также с генетическими, основами селекции.

Тема Наука генетика. История. Методы. Связь с другими научными направлениями. Открытие закономерностей наследования признаков Менделем. Материальные основы наследственности Основой современной биологии является генетика – наука о двух фундаментальных свойствах живого: наследственности и изменчивости. Наследственность определяется как способность родителей передавать своипризнакииособенностиразвития потомству.

Изменчивость – это отличия потомков друг отдруга и отродителей по определенным признакам.

Наследственность - консервативна и обеспечивается стабильностью генетического материала, что является необходимым условием для воспроизводства себе подобных. Изменчивость связана со способностью генетического материала к изменениям. Она обеспечивает внутривидовое имежвидовоеразнообразиеорганизмов, следовательно, и возможность их адаптации при изменениях условий среды. Носители изменений, способствующих выживанию в новых условиях среды, получают репродуктивное преимущество, и эти изменения закрепляются наследственностью у потомства. Так осуществляется естественный отбор и процесс эволюции организмов ивидов. Поэтомуименно в рамках генетики можно осмыслить единство имногообразие всех живших и живущих на Земле организмов.

В современной генетике выделяют два основных направления:

общую генетику (ОГ) и молекулярную (МГ). МГ изучает молекулярные основы наследственностии изменчивости. ОГ анализирует эти явления на уровне генов, хромосом, клеток, организмов, популяций и видов. Таким образом, генетические явления охватывают все уровни организации живого: генный, хромосомный, геномный, а также клеточный, организменный и популяционный. Методы и идеиОГ и МГ специфичны, но они взаимопроникающи. Путем их использования развиваются многочисленные направления частной генетики с учетом специфики, объектов ипредметов исследований: генетикамикроорганизмов, генетика растений, генетика животных, генетика человека и др. Совокупность методов исследования наследственных свойств организмов посредством анализа генетически детерминированных признаков получила название генетического анализа. При генетическом анализе используют гибридологический метод, включающий гибридизацию организмов, соматических клеток и нуклеиновых кислот метод экспериментального, мутагенеза, цитогенетический, биохимический, популяционный, математической статистикииряд других методов.

Генетика, как илюбая другая наука, имеет свою историю. Издревле людей волновал вопрос о наследовании признаков уорганизмов иидеио механизмах наследования признаков выдвигали еще ученые древней Греции. Так, по мнению Гиппократа (Y в. до н. э.), половые задатки формируются из всех органов, причем здоровые поставляют здоровый репродуктивный материал, а больные - больной. Это так называемая теория прямого наследования. Аристотель (IY в. до н.э.) считал, что репродуктивные органы формируются из тех же веществ, что итело, т.е.

им развивалась теория непрямого наследования признаков. Первым человеком, проникшим в тайны наследственности был настоятель, августинского монастыря в г. Брно Грегор Мендель. На основании результатов своих опытов с гибридами гороха Мендель обосновал дискретный характер вещества наследственности и передачу наследственных факторов от одного поколения организмов к другому в неизменном виде (не смешиваясь и не растворяясь). Он открыл основные закономерности наследования признаков, но его открытия опередили уровень развития науки того времени и потому не были поняты современниками. Мендель опубликовал результаты своих исследований в бюллетене Общества естествоиспытателей в г. Брно в 1865г., когда еще не были открыты хромосомы как носители вещества наследственности и основные процессы деления клеток – митоз и мейоз как механизмы распределения наследственного вещества между клетками и организмами.





XX век стал веком бурного развития генетики 1900 год был признан.

официально годом ее рождения всвязис переоткрытием законов Менделя одновременно и независимо друг отдруга учеными трех стран: Корренсом в Германии и Чермаком в Австрии на горохе, де Фризом в Голландии на различных видах растений. Однако приоритет Менделя остался неоспорим и был признан всеми генетиками. Затем менделевские закономерности наследования были подтверждены и на примере многих других видов растений и животных, а в 1902г. английский врач Геррорд установил, что менделевским закономерностям наследования подчиняется и ряд наследственных заболеваний человека, названных им «ошибками метаболизма» (например, фенилкетонурия и алкаптонурия). Геррорд опирался на мутационную теорию де Фриза, сформулированную в 1901г., согласно которой наследственные факторы, или гены, как назвал их в 1909г. Иогансен, не являются константными, а способны скачкообразно изменяться, или мутировать. В 1920г. Н.В. Вавилов установил закон гомологических рядов наследственной изменчивости в соответствии с, которым у сходных видов и родов наблюдается параллелизм рядов наследственной изменчивости Этот закон имеет исключительно важное.

теоретическоезначение, так как на основании гомологии наследственных изменений ублизких видов иродов можно сделать вывод о гомологии их генов, что получило подтверждение висследованиях последних лет по структурной ифункциональной геномике.

В 1905г. Сэттон в АмерикеиБовери в Германии независимо друг от друга констатировали параллелизм между поведением менделевских наследственных факторов и поведением хромосом при делении клеток.

Это указывало на то, что преемственность признаков в ряду поколений клеток и организмов определяется преемственностью их хромосом. Так были заложены основы хромосомной теории наследственности, получившей с 1911г. развитие в трудах Моргана и его сотрудников, выполненных на плодовой мушке дрозфиле (Drosophila melanogaster).

Теория гена как материальной единицы наследственности, начиная с работМоргана, становится центральной проблемой генетики.

Идея о том, что генетическая информация организмов записана в структуремолекул, впервые была высказана Н.К. Кольцовым в 1928г. Им также был обоснован матричный принцип автокаталитического самоудвоения наследственных молекул, т.е. новые молекулы строятся по матрице старых. Однако в качестве материального субстрата наследственности Н.К. Кольцов рассматривал молекулы белка. Гены, по его мнению, - это отличающиеся друг от друга радикалы белковой молекулы. Несмотря на то что о ДНК было известно уже давно (еще в 1869г. немецкий врач Мишер выделил ее из клеток гноя, а затем из ядер сперматозоидов), был изучен и химический состав ДНК, однако ее молекулы, включающиетолько четыретипануклеотидов, представлялись слишком однообразными, чтобы нести информацию обо всем многообразии наследственных свойств организмов.

С 1944 по 1952 гг. был выполнен ряд экспериментов, доказывающих генетическую роль ДНК, т.е. ее роль как вещества наследственности. Так, Эйвери с соавторами показали, что вещество, направленно изменяющее наследственность авирулентных штаммов пневмококков в их смеси с убитыми нагреванием вирулентными штаммами - это ДНК. В 1952г.

Херши и Чейз выявили, что при инфекции бактериофагом в бактерию проникает только ДНК, а белковая оболочка остается на поверхности клеткибактерии, т.е. и у вирусов ДНК является материальным носителем наследственности.

Но природа генов была установлена лишь после 1953 года. Этому предшествовало открытие Уотсоном и Криком пространственной структуры ДНК, позволяющей понять ее свойства как вещества наследственности: 1) способность кодировать наследственную информацию; 2) способность к самовоспроизведению; 3) способность сохранять постоянство структуры; 4) способность приобретать изменения и воспроизводить их. Открытие Уотсоном и Криком структуры ДНК базировалось на обобщении данных рентгеноструктурного анализа молекул ДНК, выполненных Уилкинсоном и Франклин, свидетельствующих о спиральной структуре молекулы, и на данных химика Чаргаффа, установившего в ходе очень тонких исследований высокоочищенных образцов ДНК, что суммарное число пуриновых оснований аденина (A) и гуанина (Г, G) равно суммарному числу пиримидиновых оснований цитозина (Ц, C) и тимидина (T), причем количество A всегда равно количеству T, а Г равно Ц. Согласно модели структуры ДНК, разработанной Уотсоном и Криком, молекула ДНК представляет собой 2 правозакрученные вокруг общей оси спирали полинуклеотидные, антипараллельные (т.е. разнонаправленные) цепи (рис.

1.).

Рис. 1. Модель структуры ДНК по Уотсону и Крику.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.