Хромосомная теория наследственности

НОУ ВПО «Московская академия экономики и права»

Институт экономики

Кафедра «Математики и информатики»

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

 «Концепции современного естествознания»

на тему

 «Хромосомная теория наследственности»

 

 

 

 

 

 

Автор          ____________________ Петренко Наталья Владимировна

                                    (подпись)                заочное отделение, гр.ЭБВ-1-13 зк

 

 

Руководитель  __________________ Московцева А.А.

                         (отметка о сдаче зачета, подпись)

     

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2014 

Содержание

Введение……………………………………………….……………................……..3                                                                                           1. Формирование хромосомной теории …................................................................5

1.1. Положения хромосомной теории........................................................................6

2. Сцепленное наследование…………………………………………......................8

3. Неполное сцепление  генов. Кроссинговер..........................................................10

4. Наследование признаков, сцепленных с полом…………………......................12

5. Закономерности наследования фенотипа…………………………....................15

5.1.Наследуемая изменчивость…………………………………………................15

Заключение……………………………………………………….................………18

Список использованных источников…………………………...............…………20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Лишь в XX в. ученые стали осознавать в полной мере важность законов наследственности и ее механизмов. Хотя успехи микроскопии позволили установить, что наследственные признаки передаются из поколения в поколение через сперматозоиды и яйцеклетки, оставалось неясным, каким образом мельчайшие частицы протоплазмы могут нести в себе "задатки" того огромного множества признаков, из которых слагается каждый отдельный организм.

Наследственность заключается в способности организмов передавать особенности строения, функции, развития своему потомству. Наследственность обеспечивает преемственность между поколениями и обуславливает существование видов. Кроме того, выделяют понятие наследования, подразумевая конкретный способ передачи наследственной информации в ряду поколений, который может быть различен в зависимости от форм размножения, локализации генов в хромосомах и т.п. В основе наследственности лежат структурные и функциональные возможности генетической информации клеток.

Хромосомная теория наследственности, теория, согласно которой хромосомы, заключенные в ядре клетки, являются носителями генов и представляют собой материальную основу наследственности.

Третий закон Менделя - правило независимого наследования признаков - имеет существенные ограничения.

В опытах самого Менделя и в первых опытах, проведенных после вторичного открытия законов Менделя, в изучение были включены гены, расположенные в разных хромосомах, и вследствие этого не было обнаружено никаких расхождений с третьим законом Менделя. Несколько позднее найдены факты, противоречащие этому закону. Постепенное накопление и изучение их привело к установлению четвертого закона наследственности, получившего название закона Моргана (в честь американского генетика Томаса Гента Моргана, который первым сформулировал и обосновал его), или правила сцепления.

В 1911 г. в статье «Свободное расщепление в противоположность притяжению в менделевской наследственности» Морган писал: «Вместо свободного расщепления в менделевском смысле мы нашли «ассоциацию факторов», локализованных в хромосомах близко друг от друга. Цитология дала механизм, требуемый экспериментальными данными.

В этих словах кратко сформулированы основные положения хромосомной теории наследственности, разработанной Т. Г. Морганом.  
        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

1. Формирование хромосомной теории

 

К концу ХIХ в. в результате повышения оптических качеств микроскопов и совершенствования цитологических методов возможно стало наблюдать поведение хромосом в гаметах и зиготах. Еще в 1875 г. Гертвиг обратил внимание на то, что при оплодотворении яиц морского ежа происходит слияние двух ядер - ядра спермия и ядра яйцеклетки. В 1902 г. Бовери продемонстрировал важную роль ядра в регуляции развития признаков организма, а в 1882 г. Флемминг описал поведение хромосом во время митоза.

В 1900 г. законы Менделя были вторично открыты и должным образом оценены почти одновременно и независимо друг от друга тремя учеными - Фризом, Корренсом и Чермаком. Корренс сформулировал выводы Менделя в привычной нам форме двух законов и ввел термин "фактор", тогда как Мендель для описания единицы наследственности пользовался словом "элемент". Позднее американец Уильям Сэттон заметил удивительное сходство между поведением хромосом во время образования гамет и оплодотворения и передачей менделеевских наследственных факторов.

На основе изложенных выше данных американский цитолог У. Сэттон и немецкий цитолог и эмбриолог Т. Бовери высказали мнение, что хромосомы являются носителями менделеевских факторов, и сформулировали так называемую хромосомную теорию наследственности. Согласно этой теории, каждая пара факторов локализована в паре гомологичных хромосом, причем каждая хромосома несет по одному фактору. Поскольку число признаков у любого организма во много раз больше числа его хромосом, видимых в микроскоп, каждая хромосома должна содержать множество факторов.

В 1909 г. Иогансен заменил термин фактор, означавший основную единицу наследственности термином ген. Альтернативные формы гена, определяющие его проявление в фенотипе, назвали аллелями. Аллели - это конкретные формы, которыми может быть представлен ген, и они занимают одно и то же место – локус - в гомологичных хромосомах.

Хромосомная теория открыта Г.Т. Морганом и его учениками в 1911-1926 г. Они доказали, что III закон Менделя требует дополнений: наследственные задатки не всегда наследуются независимо, иногда они передаются целыми группами - сцеплены друг с другом. Такие группы могут перемещаться в другую гомологичную хромосому при конъюгации во время профазы 1 мейоза.

 

1.1. Положения хромосомной  теории

1) Передача наследственной  информации связана с хромосомами, в которых линейно, в определенных локусах лежат гены.

2) Каждому гену одной гомологичной  хромосомы соответствует аллельный  ген другой гомологичной хромосомы.

3) Аллельные гены могут  быть одинаковыми у гомозигот  и разными у гетерозигот. Аллельные  гены занимают одинаковые локусы  в гомологичных хромосомах.

4) Каждая особь в популяции  содержит только 2 аллели, а гаметы - одну аллель.

5) В фенотипе признак проявляется  при наличии 2-х аллельных генов.

6) Степень доминирования у  множественных аллелей возрастает  от крайнего рецессивного до  крайнего доминантного. Например, у кролика окраска шерсти зависит от рецессивного гена «с» - ген альбинизма. Доминантным по отношению к «с» будет ген «сh"» - гималайской (горностаевой) окраски - белое тело, разовые глаза, темные кончики носа, ушей, хвоста и конечностей. Доминантный по отношению к «сh» будет ген «сhс» - шиншилловый - светло-серый. Еще более доминантным будет ген «са» - агути, темной окраски. Самым доминантным будет ген С - черной окраски, он доминирует над всеми аллелями - С, са, сhс, сh, с.

7) Доминантность и рецессивность  аллелей не абсолютны, а относительны. Один и тот же признак может  наследоваться по доминантному  ИЛИ рецессивному типу. Например, наследование эпикантуса у негроидов - доминантно, у монголоидов - рецессивно, у европеоидов - отсутствует эта аллель. Заново возникающие аллели рецессивны. Старые - доминантны.

8) Каждая пара хромосом  характерна определенным набором  генов, которые составляют группы  сцепления, часто наследуются совместно.

9) Число групп сцепления  равно числу хромосом в гаплоидном наборе.

10) Перемещение генов из  одной гомологичной хромосомы  в другую в про фазе 1 мейоза  происходит с определенной частотой, которая обратно пропорциональна  расстоянию между генами - чем  меньше расстояние между генами, тем больше сила сцепления между ними, и наоборот.

11) Единицей расстояния между  генами является морганида, которая  равна 1 % кроссинговерного потомства. Например, ген резус-фактора и  ген овалоцитоза расположены  друг от друга на 3 морганиды, а  ген дальтонизма и гемофилии - на 10 морганид.

Положения хромосомной теории были доказаны цитологически и экспериментально Морганом на плодовой мушке дрозофиле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Сцепленное наследование

 

Независимое комбинирование признаков (третий закон Менделя) осуществляется при условии, что гены, определяющие эти признаки, находятся в разных парах гомологичных хромосом. Следовательно, у каждого организма число генов, способных независимо комбинироваться в мейозе, ограничено числом хромосом. Однако в организме число генов значительно превышает количество хромосом. Например, у кукурузы изучено более 500 генов, у мухи дрозофилы — более 1 тыс., а у человека — около 2 тыс. генов, тогда как хромосом у них 10,4 и 23 пары соответственно. Это дало основание предположить, что в каждой хромосоме локализовано множество генов. Гены, локализованные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются вместе. Число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом, поскольку группу сцепления составляют две гомологичные хромосомы, в которых локализованы одинаковые гены.

Закономерности сцепленного наследования генов были изучены Т.Х. Морганом и его учениками в начале 20-х годов XX века. Объектом для исследований являлась плодовая мушка дрозофила.

У дрозофилы гены, контролирующие окраску тела и длину крыла, представлены следующими парами аллелей: серое тело – черное тело, длинные крылья – зачаточные (короткие). Серое тело и длинные крылья доминируют. Ожидаемое отношение фенотипов в F2 от скрещивания между гомозиготной с серым телом и длинными крыльями и гомозиготой с черным телом и зачаточными крыльями должно составить 9:3:3:1. это указывало на обычное менделеевское наследование при дигибридном скрещивании, обусловленное случайным распределением генов, находящихся в разных, негомологичных хромосомах. Однако вместо этого в F2 были получены в основном родительские фенотипы в отношении примерно 3:1. это можно объяснить, предположив, что, гены окраски тела и длины крыла локализованы в одной и той же хромосоме, т.е. Сцеплены.

Практически, однако, соотношение 3:1 никогда не наблюдается, а возникают все четыре фенотипа. Это объясняется тем, что полное сцепление встречается редко. В большинстве экспериментов по скрещиванию при наличии сцепления помимо мух с родительскими фенотипами обнаруживаются особи с новыми сочетаниями признаков. Эти новые фенотипы называют рекомбинантными. Все это позволяет дать следующее определение сцепления: два или более генов называют сцепленными, если потомки с новыми генными комбинациями (рекомбинантны) встречаются реже, чем родительские фенотипы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Неполное сцепление генов. Кроссинговер

 

Сцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме (поэтому сила сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами).

В 1909 г. бельгийский цитолог Янссенс наблюдал образование хиазм во время профазы I мейоза. Генетическое значение этого процесса разъяснил Морган, высказавший мнение, что кроссинговер (обмен аллелями) происходит в результате разрыва и рекомбинации гомологичных хромосом во время образования хиазм. В это время части двух хромосом могут перекрещиваться и обмениваться своими участками. В результате возникают качественно новые хромосомы, содержащие участки (гены) как материнских, так и отцовских хромосом. Аллели, входящие в группы сцепления у родительских особей, разделяются и образуются новые сочетания, которые попадают в гаметы, - процесс, называемый генетической рекомбинацией. Потомков, которые получаются из таких гамет с "новыми" сочетаниями аллелей, называют рекомбинантными.

Частота (процент) перекреста между двумя генами, расположенными в одной хромосоме, пропорциональна расстоянию между ними. Кроссинговер между двумя генами происходит тем реже, чем ближе друг к другу они расположены. По мере увеличения расстояния между генами все более возрастает вероятность того, что кроссинговер разведет их по двум разным гомологичным хромосомам.

Гибриды первого поколения (самки) были скрещены с чернотелыми зачаточнокрылыми самцами. В F2 кроме родительских комбинаций признаков, появились новые — мухи с черным телом и зачаточными крыльями, а также с серым телом и нормальными крыльями. Правда, количество рекомбинантных потомков невелико и составляет 17%, а родительских — 83%. Причиной появления небольшого количества мух с новыми сочетаниями признаков является кроссинговер, который приводит к новому рекомбинантному сочетанию аллелей генов b+ и vg в гомологичных хромосомах. Эти обмены происходят с вероятностью 17% и в итоге дают два класса рекомбинантов с равной вероятностью — по 8,5%.

Биологическое значение кроссинговера чрезвычайно велико, поскольку генетическая рекомбинация позволяет создавать новые, ранее не существовавшие комбинации генов и тем самым повышать наследственную изменчивость, которая дает широкие возможности адаптации организма в различных условиях среды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Наследование признаков, сцепленных  с полом

 

Принадлежность к определенному полу — важная особенность фенотипа особи. При изучении строения хромосом половых и соматических клеток животных и человека было установлено, что организмы разных полов различаются по набору хромосом. В соматических клетках обычно находятся две половые хромосомы. В женском кариотипе половые хромосомы представлены крупными парными (гомологичными) хромосомами (ХХ). В мужском кариотипе пара половых хромосом включает одну Х-хромосому и небольшую палочковидную У-хромосому. Таким образом, хромосомный набор человека содержит 22 пары аутосом, одинаковых у мужского и у женского организмов, и одну пару половых хромосом, по которой различаются оба пола.