Шпаргалка по "Экологии"

Широкое использование гибридов у таких  культур, как сорго, лук, огурцы, томат, стало возможным только благодаря открытию ЦМС, так как ручная кастрация цветков у них практически невозможна.

По той  же причине нельзя было использовать гетерозис у основной зерновой культуры-пшеницы, хотя при скрещивании специально подобранных сортов он проявляется  не менее сильно, чем у кукурузы. Теперь генетики и селекционеры работают над созданием гетерозисных гибридов пшеницы на стерильной основе.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГЕНЕТИКИ

 

Гибридологический метод Г. Менделя  как основа генетического анализа

 

Почему  же закономерности наследования, выявленные Менделем, не были приняты к рассмотрению научным сообществом того времени, хотя его работа с 1865 по 1900 год цитировалась не менее 6 раз, в том числе и  в Британской энциклопедии за 1881-1885 гг. в статье о «гибридизме»?

Биология  того времени не была готова к восприятию его идей. За последующие после 1865 года 35 лет сформировалась и развилась клеточная теория, в общих чертах было выяснено поведение хромосом в митозе и мейозе и при оплодотворении у растений и животных, установлено постоянство хромосомных наборов. Возникла ядерная гипотеза наследственности. Все эти открытия подготовили умы к восприятию основных законов, сформулированных Менделем.

У Г. Менделя  были предшественники, которые наблюдали  особенности наследования признаков  у живых организмов: факты доминирования, расщепления признаков родителей в потомстве (О. Сажре, И.Г. Кельрейтер, Т.Э. Найт, Ш. Ноден, Дж. Госс), но ни один из них даже не пытался проанализировать свои результаты количественно, их опыты не отличались той глубокой продуманностью и целенаправленностью, которые были характерны для исследований Менделя.

 

Г. Мендель  в основу изучения наследственности положил новые принципы.

Во-первых, он анализировал наследование отдельных признаков, а не растения в целом и впервые обратил внимание, что признак может находиться в нескольких альтернативных состояниях. Например: признак – цвет цветка, альтернативные состояния – красный и белый.

Во-вторых, разработал совершенно новый для тех лет метод скрещиваний. Очень простой на первый взгляд, но требующий особой сосредоточенности и тщательности выполнения. Это гибридологический метод.

Схема скрещивания:

1 этап  –  выбор партнеров по альтернативным  признакам с предварительной  проверкой на чистосортность  или чистопородность (чёткое наследование  признака в течение 2-3 поколений). Красный и белый цветок, зеленая или жёлтая горошина.

2 этап  – скрещивание родительских форм.

3 этап  – получение потомства первого  поколения и анализ наследования  признака (признаков).

4 этап  – получение потомства второго  поколения путем скрещивания  потомков первого поколения (или  самоопыления).

В опытах Менделя первое поколение всегда было единообразным, причём наследовался признак только одного из родителей. Этот признак Мендель назвал господствующим, или доминирующим (лат. dominans – господствование). Во втором поколении происходило расщепление признаков. Признак, который, наряду с доминантным, появлялся во втором поколении, Мендель назвал рецессивным (лат. recessus – отступление).

В-третьих, исходя из полученных результатов, Мендель  сделал основополагающий вывод: наследуются  не сами признаки, а некие наследственные факторы (гены, в современной интерпретации), определяющие те или иные признаки (рецессивный признак никуда не исчезает, т.к. обнаруживается во втором поколении). Наследственные факторы могут быть двух типов: доминантные и рецессивные. Гибриды (потомство) сочетают в себе и доминантный и рецессивный факторы, а чистые линии (родители) либо два доминантных, либо два рецессивных фактора.

Каждый  живой организм содержит по два наследственных задатка по любому признаку. Значит, гаметы (половые клетки) должны нести  по одному наследственному задатку  из пары. Наследственные факторы в  зиготе, а, следовательно, и у взрослого  организма парные. Наследственный вклад  матери и отца равнозначен. В течение всей жизни задатки не смешиваются друг с другом. При образовании гамет они разделяются, и парность их вновь восстанавливается при оплодотворении.

В-четвёртых,  Мендель сам придумал буквенное  обозначение схемы гибридологического скрещивания.

Доминантный фактор – прописные латинские (А, В…)

Рецессивный – строчные (а, b…)

Родительские формы – Р (parenta), Гаметы – G

Потомство – F (filii) (F₁, F₂ – индексы обозначают поколения)

Скрещивание – ×, Женский организм – ♀, Мужской организм – ♂

В-пятых, впервые был использован количественный учёт расщеплений, введены в биологию математические методы статистической обработки результатов. Мендель проводил анализ всего полученного потомства, а не отдельной его части. И получил расщепление во втором поколении в соотношении 3:1 (доминантные к рецессивным).

Именно  эти заключения легли в основу теории современной генетики

 

Основные понятия генетики

 

Ген – это элементарная структурная единица наследственности, определяющая развитие отдельного признака или свойства организма; с точки зрения молекулярного строения, определённая нуклеотидная последовательность в ДНК или РНК со строго специфическими свойствами.

Признаки  существуют в двух или нескольких альтернативных формах. Окраска: белая, красная, поверхность семядолей – гладкая морщинистая. А, значит, и ген, определяющий данный признак будет существовать в двух или нескольких  альтернативных состояниях. Каждая из этих форм называется аллелью. Различные аллели одного гены обычно распознаются визуально.

Гены располагаются в ДНК (или РНК), у большинства живых организмов ДНК вместе с сопутствующими белками образует хромосомы. Хромосомы находятся в парах, разные пары отличаются своим строением, размером, окраской, числом генов. Парные хромосомы называют гомологичными (одинаковыми, похожими), а у каждого гена есть определённое место в структуре хромосом – это локус.

Организм, содержащий две одинаковые аллели в  данном локусе гомологичных хромосом, называется гомозиготой, разные аллели – гетерозиготой по данному признаку. Организм может быть гомозиготным по доминантному признаку – АА,  или гомозиготным по рецессивному признаку – аа.

Гены, расположенные  в гомологичных хромосомах (парных) в одинаковых локусах, коньюгирующие  при мейозе и детерминирующие  одни и те же признаки, называются аллельными.

Генотип – совокупность генов данного организма.

Фенотип – совокупность признаков и свойств, которые формируются в результате взаимодействия генотипа и факторов внешней среды.

Геном – совокупность генов, локализованных в одиночном (гаплоидном) наборе хромосом. В гаметах диплоидных организмов, а также в клетках гаплоидных организмов содержится один геном; в соматических клетках диплоидных организмов — два генома. С увеличением степени плоидности клеток растет число геномов. При оплодотворении происходит объединение геномов отцовских и материнских гамет.

Кариотип – совокупность хромосом соматической клетки определённого числа, формы и размера, типичного для данного вида.

Моногибридное скрещивание – это скрещивание, в котором родительские формы различаются по аллелям одного гена. Скрещивание, при котором родительские организмы будут отличаться по аллелям двух, трёх или многих генов, называются ди-, три- и полигибридными.

Гибрид – потомок скрещивания между двумя генетически неоднородными организмами.

 

Законы Г. Менделя

 

1-й закон Менделя  – закон единообразия первого  поколения, 

                                     или закон доминирования.

При скрещивании  особей чистых линий, т.е. гомозигот  по альтернативным аллелям одного гена, все первое поколение оказывается  единообразным с проявлением  только доминантного признака.

Справедлив для любого количества признаков.

 

2-й закон Менделя  – закон расщепления.

У гибридных  форм гены, определяющие альтернативные проявления признака, при формировании гамет расходятся в разные гаметы. Поэтому во втором поколении происходит расщепление признаков (появление  признаков обоих родителей) в  определённом количественном соотношении. При моногибридном скрещивании: 3:1 – по фенотипу, 1:2:1 – по генотипу; при дигибридном: 9:3:3:1 – по фенотипу, 1:2:1:2:4:2:1:2:1 – по генотипу.

 

3-й закон Менделя  – закон независимого наследования  признаков.

При ди- и полигибридном скрещивании каждый признак наследуется самостоятельно, не зависимо от других, расщепляясь в соотношении 3:1 и давая при этом различные комбинации с другими признаками.

 

Правило чистоты гамет:

Альтернативные  гены в гибридном организме не смешиваются, не сливаются, не теряют своей  индивидуальности. Гамета «чиста», т. к. в норме несёт либо доминантную, либо рецессивную аллель данного  гена в силу своей гаплоидности.

Менделирующие признаки – признаки, проявление которых определяется деятельностью одного гена. Есть признаки, которые детерминируются деятельностью сразу нескольких генов.

1 ген – 1 фен

несколько генов – 1 фен

 

 

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГЕНЕТИКИ

 

Типы взаимодействия аллельных  генов

 

1. Полное доминирование.

Это те примеры, которые мы рассмотрели выше. Всегда следует помнить, что взаимодействуют  не сами гены, а продукты биосинтеза ими определяемые, т.е. взаимодействие идёт на ферментативном уровне.

 

При наследовании ряда признаков выявляются отклонения от законов Менделя в распределении  генотипов и фенотипов в потомстве.

 

2. Неполное доминирование.

В некоторых  случаях при скрещиваниях потомство  первого поколения получается единообразным, но с проявлением признака, промежуточного между двумя родительскими формами. При неполном доминировании во втором поколении соотношение генотипов  и фенотипов совпадает – 1:2:1.

 Классические примеры: ночная красавица, львиный зев (окраска цветков), андалузские куры (окраска пера – Аа – полосатое).

 

3. Ко-доминирование.

Это случай отсутствия доминантно-рецессивных  отношений. Когда аллели одного гена работают не зависимо друг от друга, находясь в гетерозиготе.

Типичный  пример такого взаимодействия аллелей  – наследование антигенных групп  крови человека: А, В, АВ, О, детерменируемых  геном I. Известны три типа аллелей этого гена I^A, I^B – доминантные, i⁰ – рецессивный. Они определяют наличие на поверхности эритроцитов антигенов А, В или их отсутствие. Гомозиготные состояния – I^AI^A (II группа), I^BI^B (III группа), i⁰i⁰ (I группа), гетерозиготы – I^AI^B  (IV группа), I^Ai⁰ (II группа), I^Bi⁰ (III группа). IV группа и есть пример ко-доминирования, а гетерозиготы по II и III группам – пример нормального полного доминирования.

Пример  наследования групп крови иллюстрирует и проявление множественного аллелизма: ген I может быть представлен тремя разными аллелями, которые комбинируются в зиготах только попарно.

Множественный аллелизм – это увеличение числа аллелей, контролирующих тот или иной признак.

Известны  обширные серии множественных аллелей, определяющих окраску шерсти животных, глаз у дрозофилы, форму рисунка  на листьях белого клевера, строение белковых молекул…

 

4. Сверхдоминирование.

Довольно  редкое явление, заключающееся в  том, что в гетерозиготном состоянии  аллели дают более сильное фенотипическое проявление, чем в гомозиготном состоянии.

 Классический  пример: скрещивание кукурузы разных  линий с небольшими и крупным початком. Гибриды первого поколения при этом скрещивании будут иметь гигантский початок с крупными зернами. Это пример явления гетерозиса – превосходства гибрида над родительскими формами.

Объясняют данное явление тем, что в гетерозиготном состоянии увеличивается ферментативная активность клетки.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГЕНЕТИКИ

 

Типы взаимодействия неаллельных  генов

 

Наряду  с простыми (менделирующими) признаками существует много сложных признаков, фенотипическое проявление которых  детерминируется действием одновременно нескольких генов

Данные  гены являются неаллельными, т.к. лежат в разных хромосомных парах, в разных локусах, хотя определяют один и тот же признак. Таким образом, генотип – это сложная система генных взаимодействий.