АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Теоретический материал

Генетическая терминология. Основы генетической терминологии были заложены еще во времена «классической» генетики. Одним из фундаментальных понятий генетики со времени ее становления было понятие единицы наследственности. Г. Мендель называл эти единицы «задатками». В 1909г. датский генетик В. Иоганнсен предложил термин «ген». В рамках классической генетики ген рассматривается как элементарная структура, кодирующая отдельный признак.

Варианты одного гена, возникающие в результате мутаций, получили название аллели. Количество аллельных генов в популяции какого-либо вида может быть любым, но у конкретного вида число аллелей конкретного гена всегда равно двум – по числу гомологичных хромосом. Если в популяции количество аллелей какого-либо гена больше двух, то такое явление называется множественным аллелизмом.

Понятия «ген» и «аллель» позволили дать определения другим базовым генетическим понятиям.

Генотип – совокупность аллелей организма.

Генофонд – совокупность аллелей популяции.

Геном – совокупность генов вида.

Гомозигота – организма, который имеет два одинаковых аллеля определенного гена.

Гетерозигота – организм, который имеет два разных аллеля определенного гена.

Фенотип – совокупность внешних признаков организма.

Понятия «аллель», «генотип» и «фенотип» были предложены В. Иоганнсеном в 1909 году вместе с понятием «ген».

Законы Менделя и условия их проявления. Основные закономерности наследования признаков были открыты Г. Менделем в 1865г. В 1900 году эти закономерности независимо друг от друга «переоткрыли» Г. де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак.

Гибридизация – это крещивание особей, отличающихся по генотипу. Скрещивание, при котором у родительских особей учитывается одна пара альтернативных признаков, называется моногибридным, две пары – дигибридным, более двух пар – полигибридным.

Гибридологический метод Г. Менделя, с помощью которого были выявлены закономерности наследования признаков, имеет следующие особенности:

· подбор пар для скрещивания («чистые линии»);

· анализ наследования отдельных альтернативных (взаимоисключающих) признаков в ряду поколений;

· точный количественный учет потомков с различной комбинацией признаков.

В настоящее время применяют общепринятую генетическую номенклатуру. Родительские формы обозначают буквой Р (от лат. parental – родитель). Женскую особь обозначают символом ♀ (зеркало Венеры), а мужскую особь – символом ♂ (щит и меч Марса). Потомков обозначают буквой F (от лат. filial – потомство). Знаком «×» обозначают скрещивание двух форм. Знаком «:» обозначают число организмов с различными признаками, по которым идет расщепление.

Первый закон Менделя. Г. Мендель скрещивал чистые линии растений. Чистыми линиями называют организмы, не дающие расщепления при скрещивании с такими же по генотипу.

При скрещивании сорта гороха, имеющего округлые семена, с сортом, имеющим морщинистые семена, все полученные гибридные семена были круглыми, т. е. одинаковыми. При этом потомки имели сходство только с одним из родителей. На основании результатов опыта было установлено, что в первом поколении проявляются доминирование и единообразие потомков или гибридов первого поколения. Эта

закономерность получила название закона доминирования или единообразия гибридов первого поколения.

Первый закон Менделя гласит: при скрещивании гомозиготных особей, анализируемых по одной паре альтернативных признаков, наблюдается единообразие гибридов первого поколения как по фенотипу, так и по генотипу.

Второй закон Менделя. Действует при скрещивании гибридов первого поколения, т. е. гетерозиготных особей.

Гибриды первого поколения подверглись самоопылению, и образовавшиеся семена вновь были высеяны. Было получено второе поколение гибридов. Во втором поколении, при самоопылении, расщепление гибридов по генотипу происходило в соотношении 1:2:1. По фенотипу наблюдалось расщепление 3:1. Соотношение потомков с доминантными и рецессивными признаками было близко к 3/4:1/4. Это соотношение выражает второй закон Менделя или закон расщепления.

Второй закон Менделя гласит: при скрещивании гибридов первого поколения (гетерозиготных особей), анализируемых по одной паре альтернативных признаков, наблюдается расщепление в соотношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу.

Для облегчения расчета сочетаний разных типов гамет английский генетик Р. Пеннет предложил запись в виде решетки – таблицы с числом строк и столбцов по числу типов гамет, образуемых скрещиваемыми особями.

При экспериментальной и селекционной работе часто возникает необходимость выяснить генотип особи с доминантным признаком. Для этого проводят анализирующее скрещивание. При этом исследуемую особь скрещивают с рецессивной гомозиготой. Если исследуемая особь гомозиготна, то гибриды первого поколения будут единообразны. Если исследуемая особь гетерозиготна, то в результате скрещивания происходит расщепление признаков у потомков в соотношении 1:1.

При получении чистых линий применяют возвратное скрещивание или беккросс (обозначается FB). Возвратным называется скрещивание гибрида первого поколения с формой, несущей данную пару аллелей (доминантных или рецессивных) в гомозиготном состоянии.

На основе анализа скрещиваний Г. Мендель пришел к выводу о том, что рецессивные задатки не исчезают в гетерозиготном организме, а остаются неизменными и вновь проявляются в последующих поколениях. Позднее У. Бэтсон сформулировал правило чистоты гамет, согласно которому явление расщепления основано на наследовании дискретных единиц – доминантных и рецессивных задатков, не смешивающихся в гетерозиготном организме и расходящихся «чистыми» при образовании гамет.

Третий закон Менделя. Мендель скрестил два сорта гороха, отличающихся одновременно по форме и окраске семян. У материнского растения семена были круглые и желтые, у отцовского – морщинистые и зеленые. В соответствии с первым законом Менделя в первом поколении все гибридные семена были круглыми и желтыми. Растения первого поколения, выращенные из этих семян, при самоопылении дали гибридные семена второго поколения. В соответствии с законом расщепления снова были получены морщинистые и зеленые семена. При этом наблюдались все возможные комбинации изучаемых признаков: круглые желтые, морщинистые желтые, круглые зеленые и морщинистые зеленые. В этом проявляется третий закон Менделя – закон независимого наследования признаков или независимого комбинирования аллельных генов.

Он гласит: при скрещивании гомозиготных организмов, анализируемых по двум или более парам альтернативных признаков, во втором поколении наблюдается независимое комбинирование генов разных аллельных пар и соответствующих признаков.

Анализируя результаты расщепления признаков во втором поколении (появление рецессивных гомозигот), Мендель пришел к выводу, что в гетерозиготном состоянии наследственные факторы не смешиваются и не изменяют друг друга. В дальнейшем это

представление получило цитологическое обоснование (расхождение гомологичных хромосом при мейозе) и было названо гипотезой «чистоты гамет» (У. Бэтсон, 1902). Ее можно свести к двум основным положениям:

· у гибридного организма гены не гибридизируются (не смешиваются), а находятся в чистом аллельном состоянии;

· из аллельной пары в гамету попадает только один ген в результате расхождения гомологичных хромосом и хроматид при мейозе.

Законы Менделя носят статистический характер (выполняются на большом количестве особей) и являются универсальными, т. е. они характерны для всех живых организмов. Для проявления законом Менделя необходимо соблюдение следующих условий:

· гены разных аллельных пар должны находиться в разных парах гомологичных хромосом;

· между генами не должно быть сцепления и взаимодействия, кроме полного доминирования;

· должна быть равная вероятность образования гамет и зигот разного типа, а также равная вероятность выживания организмов с различными генотипами (не должно быть летальных генов).

Отклонения от ожидаемого расщепления по законам Менделя вызывают летальные гены. Например, при скрещивании гетерозиготных каракульских овец расщепление в F1 составляет 2:1 (вместо ожидаемого 3:1). Ягнята, гомозиготные по доминантной аллели серой окраски (W), нежизнеспособны и погибают из-за недоразвития рубца желудка:

Аналогичным образом у человека наследуются брахидактилия (короткие толстые пальцы) и серповидно-клеточная анемия. Ген брахидактилии – доминантный. У гетерозигот наблюдается брахидактилия, а гомозиготы по этому гену погибают на ранних стадиях эмбриогенеза. У человека имеется ген нормального гемоглобина (HbA) и ген серповидно-клекточной анемии (HbS). Гетерозиготы по этим генам жизнеспособны, а гомозиготы по HbS погибают в раннем детском возрасте, т. к. гемоглобин S не способен связывать и переносить кислород.

Отклонения от законов Менделя может вызвать и явление плейотропии, когда один ген отвечает за проявление нескольких признаков. Примерами плейотропного действия гена у человека являются синдромы Марфана и «голубых склер». При синдроме Марфана один ген вызывает развитие «паучьих пальцев», подвывиха хрусталика, деформацию грудной клетки, аневризму аорты, высокий свод стопы. При синдроме «голубых склер» у человека наблюдается голубая окраска склер, ломкость костей и пороки развития сердца. Множественное или плейотропное действие генов связывают с тем, на какой стадии онтогенеза проявляются соответствующие аллели. Чем раньше проявляется аллель, тем больше эффект плейотропии.

Взаимодействие аллельных генов. Взаимодействие генов одной аллели называется внутриаллельным. Выделяют следующие его виды: полное доминирование, неполное доминирование, сверхдоминирование, кодоминирование и аллельное исключение.

При полном доминировании один ген полностью подавляет проявление другого нега, т. е. полностью выполняются законы Менделя. При этом доминантная гомозигота и гетерозиготы фенотипически неотличимы. Примером является скрещивание растений гороха с семенами желтой и зеленой окраски.

При неполном доминировании (промежуточное наследование) доминантный ген не полностью подавляет проявление рецессивного гена. У гибридов первого поколения наблюдается промежуточное наследование признака, а во втором поколении расщепление по генотипу и фенотипу одинаковое – 1:2:1. Примером может служить наследование окраски венчика у растения душистого горошка при скрещивании особей с красными и белыми цветками.

При сверхдоминировании доминантный ген в гетерозиготном состоянии проявляется сильнее, чем в гомозиготном. Такое явление можно объяснить взаимодействием продуктов генной активности.

При кодоминировании гены одной аллельной пары равнозначны, ни один из них не подавляет действие другого. Находясь в генотипе, оба проявляют свое действие. Типичным примером кодоминирования является наследование антигенных групп крови человека А, В, АВ и 0, детерминируемых геном I.

Известны три типа аллелей этого гена: IA, IB, I0. При гомозиготности IAIA эритроциты имеют только поверхностный антиген А (группа крови А или II). При гомозиготности IBIB эритроциты несут только поверхностный антиген В (группа В или III). В случае гомозиготности i0i0 эритроциты лишены А и В антигенов (группа 0 или I). В случае гетерозиготности IAi0 или IBi0 группа крови определяется соответственно, А или В. Эритроциты имеют при этом антигены только А или только В. У гетерозигот IAIB эритроциты несут оба антигена: А и В (группа крови АВ или IV).

К разновидностям внутриаллельного взаимодействия генов относится и аллельное исключение, когда у гетерозиготного организма в одних клетках активна одна аллель, а в других – другая. Примером аллельного исключения является инактивация одной из двух Х-хромосом у женского организма. Случайный характер инактивации приводит к выключению функционирования в одних клетках материнской Х-хромосомы, а в других – отцовской.

Характеристика отдельных видов неаллельного взаимодействия генов. Взаимодействие генов разных аллелей называется межаллельным. Различают следующие его виды: комплементарность, эпистаз, полимерию и «эффект положения».

При комплементарности присутствие в одном генотипе двух доминантных (рецессивных) генов из разных аллельных пар приводит к появлению нового варианта признака. Различают три разновидности комплементарного взаимодействия генов.

I. Два доминантных неаллельных гена по отдельности не имеют фенотипического проявления, а дополняя друг друга, обусловливают проявление нового варианта признака. Так, при скрещивании двух растений душистого горошка с белыми цветками получаются гибриды с красно-фиолетовыми цветками. Во втором поколении расщепление в соотношении 9:7 (9 цветков красно-фиолетовых и 7 – белых). Механизм этого явления можно представить следующим образом. Синтез красно-фиолетового пигмента идет в два этапа. На первом этапе вещество А под действием активной формы фермента (Ф1), синтез которого детерминируется геном А (ген а кодирует неактивную форму фермента), превращается в вещество В. Вещество В под действием другого активного фермента (Ф2), синтез которого детерминируется геном В (ген b кодирует неактивную форму фермента), превращается в красно-фиолетовый пигмент (П). Родительские формы душистого горошка – белые, потому что у первого растения вещество А превращается в вещество В (есть активная форма фермента Ф1), но вещество В не превращается в пигмент, так как нет активной формы фермента Ф2. У второго растения вещество В не может превратиться в пигмент, поскольку у него присутствует ген В, и отсутствует ген А, определяющий синтез его предшественника.

II. Один из доминантных комплементарных генов имеет фенотипическое проявление, а второй не имеет. Одновременное их присутствие в генотипе обусловливает новый вариант признака. Так у мышей наследуется окраска шерсти агути (в основании и на конце волоса – черный пигмент, а в центре – желтое кольцо). Ген А детерминирует синтез черного пигмента, а его аллель а не дает информации для синтеза черного пигмента. Ген В распределяет пигмент вдоль волоса неравномерно, а его аллель b – равномерно. Расщепление – в соотношении 9:3:4.

III. Каждый из комплементарных генов имеет собственное фенотипическое проявление. Одновременное их присутствие в генотипе обусловливает развитие нового варианта признака. Так наследуется форма гребня у кур. Ген А обусловливает появление

розовидной формы гребня, ген В – гороховидной. При совместном взаимодействии АВ проявляется ореховидная форма гребня. Рецессивные аллели а и b детерминируют листовидную форму гребня. Расщепление – в соотношении 9:3:3:1.

При эпистазе доминантный или рецессивный ген из одной аллельной пары подавляет действие доминантного или рецессивного гена из другой аллельной пары. Это явление противоположно комплементарности. Подавляющий ген называется супрессором (ингибитором). Различают доминантный и рецессивный эпистаз. Примером доминантного эпистаза является наследование окраски оперения у кур. Доминантный ген С детерминирует синтез пигмента, а доминантная аллель другого гена – I является его супрессором. Расщепление во втором поколении – в соотношении 13:3.

Другим примером доминантного эпистаза является наследование серой окраски у лошадей. Серая масть у лошадей связана с ранним поседением. Известно, что ген С подавляет действие гена вороной масти В. При скрещивании серых лошадей (ССВВ) с рыжими (ссbb) в первом поколении получаются лошади серой масти (СсВb). Во втором поколении при скрещивании серых дигетерозиготных лошадей происходит расщепление по фенотипу в соотношении 12:3:1.

Примером рецессивного эпистаза является наследование окраски семян у фасоли. Механизм рецессивного эпистаза объясняется следующим образом: доминантный аллель одного гена является геном-проявителем, так как признак проявляется только при его наличии, хотя сам по себе фенотипического проявления не имеет. Таким образом, фенотипическое проявление признака возможно только при наличии доминантного аллеля другого гена и невозможно при наличии его рецессивного аллеля.

У фасоли ген R определяет красную окраску семян, а ген r – желто-коричневую. Однако красная окраска проявляется только при наличии гена-проявителя P. При скрещивании гомозиготной желто-коричневой (PPrr) формы с белой (ppRR) в первом поколении получаются все красные семена (PpRr), а во втором поколении – красные, желто-коричневые и белые в соотношении 9:3:4.

При полимерии гены из разных аллельных пар влияют на степень проявления одного и того же признака. Полимерные гены принято обозначать одной буквой латинского алфавита с цифровыми индексами, например А1А1А2А2а3а3 и т. д. Признаки, детерминируемые полимерными генами, называются полигенными или мультифакторными. Таким образом у растений, животных и человека наследуются многие количественные и некоторые качественные признаки: окраска семян, рост, масса тела, величина артериального давления, цвет кожи и т. д. Степень проявленности этих признаков зависит от количества доминантных генов в генотипе (чем больше их, тем сильнее выражен признак) и в значительной степени от влияния условий внешней среды. Суммирование «доз» полимерных генов (аддитивное действие) и влияние среды обеспечивают существование непрерывных рядов количественных изменений. Например, пигментация кожи человека определяется пятью или шестью полимерными генами. У коренных жителей Африки преобладают доминантные аллели, у представителей европеоидной расы – рецессивные. Мулаты являются гетерозиготами и имеют промежуточную пигментацию. Так же наследуется окраска зерна пшеницы, передающая цвет от красного к белому.

Модифицирующее действие генов. Гены-модификаторы не определяют какой-либо признак, а усиливают или ослабляют проявление других генов. Термин «гены-модификаторы» относят к генам, вызывающим переходные формы взаимодействия.

Изучение окраски млекопитающих показало, что наряду с крайними формами, обладающими полным развитием пигмента или его отсутствием (альбинизм), имеется целый ряд генотипически обусловленных переходных форм сероватых, бурых, желтых и т. д. В большинстве случаев гены-модификаторы не имеют собственного проявления, они лишь изменяют эффект других неаллельных генов.

Гены-модификаторы имеют большое селекционное значение. В результате накопления желательных небольших изменений признака, вызванных генами–модификаторами, можно усилить степень его развития, подавить развитие нежелательных признаков или даже изменить степень доминирования того или иного признака. Примером этому может служить белоголовая масть у крупного рогатого скота герефордской породы. Оказалось, что при пастбищном содержании герефордов на солнце у животных иногда возникает рак глаз. При этом болезнь наблюдалась в основном у особей с непигментированными веками. При интенсивной пигментации век болезнь отсутствовала. В ходе исследования было установлено, что величина пигментированных участков кожи вокруг глаз у белоголовых животных наследственно обусловлена, а это указывает на существование генов-модификаторов основного гена, вызывающего белую окраску головы. Следовательно, селекционным путем можно избавиться от заболевания рака глаза у герефордской породы крупного рогатого скота.

Пенетрантность, экспрессивность и норма реакции. Рассматривая действие гена и его аллелей, необходимо учитывать не только генные взаимодействия и действие генов-модификаторов, но и модифицирующее действие среды, в которой развивается организм. Известно, что у примулы розовая (Р-) и белая (рр) окраска цветка наследуется по моногибридной схеме, если растения развиваются в интервале температур 15-250С. Если же растения второго поколения вырастить при температуре 30-350С, то все цветки у них будут белыми. Такое варьирующее соотношение классов при расщеплении в зависимости от условий генотипической среды (так назвал С. С. Четвериков варьирование генотипа по генам-модификаторам) носит название варьирующей пенетрантности. Это понятие подразумевает возможность проявления или непроявления признака у организмов, одинаковых по исследуемым генотипическим факторам. Если пенетрантность гена А равна 100%, это значит, что у всех особей – носителей гена А он проявляется.

Пенетрантность выражается доле особей, проявляющих исследуемый признак среди особей одинакового генотипа по изучаемому признаку.

От внешней среды и генов-модификаторов может зависеть и степень выраженности признака. Например, у дрозофилы гомозиготная аллель v (зачаточные крылья) более контрастно проявляется при понижении температуры. Степень проявления варьирующего признака называется экспрессивностью. Экспрессивность обычно выражают количественно в зависимости от отклонения признака от дикого типа.

Оба понятия – пенетрантность и экспрессивность – были предложены в 1925 году русским генетиков Николаем Владимировичем Тимофеевым-Ресовским (1900-1981) для описания варьирующего проявления генов. Тот факт, что признак может проявиться или не проявиться у особей данного генотипа в зависимости от условий или варьировать в различных условиях среды, убеждает в том, что фенотип – это результат действия (и взаимодействия) генов в конкретных условиях существования организма.

Способность организма так или иначе проявляться в различных условиях среды отражает его норму реакции – способность реагировать на варьирующие условия развития. Норму реакции организма нужно учитывать как при экспериментах, так и при выведении новых сортов растений и пород животных. Отсутствие изменений в проявлении признака указывает на то, что используемое воздействие не влияет на данную норму реакции, а гибель организма – на то, что оно уже за пределами нормы реакции. Селекция высокопродуктивных форм растений, животных и микроорганизмов в значительной степени представляет собой отбор организмов с узкой и специализированной нормой реакции на такие внешние воздействия, как удобрения, обильное кормление, характер выращивания и т. д.

Искусственное сужение или сдвиг нормы реакции используют для маркирования многих важных генов. Так были исследованы гены, контролирующие воспроизведение ДНК и синтез белка у бактерий и дрожжей.

Биология пола. Пол – это совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающих воспроизводство потомства и передачу наследственной информации. Половое размножение обеспечивает рекомбинацию генов и генотипическую адаптацию, т.е. лучшую приспособленность к изменяющимся условиям внешней среды.

Признаки, по которым различаются особи разных полов, делятся на первичные и вторичные половые признаки. К первичным половым признакам относятся те морфологические и физиологические особенности организма, которые обеспечивают образование гамет и соединение их в процессе оплодотворения: гонады, половые пути и наружные гениталии. Из числа вторичных половых признаков выделяют три группы:

- ограниченные полом признаки;

-признаки, сцепленные с полом;

- признаки, доминирование или рецессивность которых определяется полом.

К ограниченным полом признакам относят различия полов по размерам (самки некоторых видов крупнее самцов или наоборот). Более яркая окраска у самцов, шпоры у петухов, признаки молочности у коров, яйценоскость у кур – все это признаки, ограниченные полом.

Признаки, сцепленные с полом. Это признаки, гены которых находятся в половых хромосомах. Например, в Х-хромосоме находятся ген окраски глаз дрозофилы, ген цветной слепоты (дальтонизм) и гемофилии у человека.

К третьей группе признаков относится, например, наличие рогов у самцов некоторых пород овец. Причем рога проявляются у самцов уже при гетерозиготности по факту рогатости, самки остаются комолыми (безрогими), рога у них развиваются при гомозиготности по гену рогатости. Считают, что по этому типу наследуется облысение у человека.

Различие особей мужского и женского пола называется половым диморфизмом.

Хромосомная теория определения пола. У большинства видов млекопитающих и птиц половина особей при рождении являются самцами, половина – самками, т. е. соотношение 1:1. У млекопитающих и человека, а также у дрозофилы соматические клетки женских особей имеют одну пару гомологичных хромосом, обозначаемых ХХ, а мужских особей – ХY.

Т. Морган с сотрудниками экспериментально доказали, что Х- и Y-хромосомы имеют отношение к определению пола. Эти хромосомы названы половыми, а остальные – соматическими.

При мейозе у самок образуется один сорт яйцеклеток, у самцов – два сорта: половина с Х-хромосомой, половина с Y-хромосомой. Половые клетки называются гаметами. Пол, образующий один тип гамет, назван гомогаметным, а пол, образующий два типа гамет – гетерогаметным.

В настоящее время выделяют следующие типы детерминации пола:

1. прогамный – определение пола происходит до слияния гамет и независимо от него, благодаря наличию двух типов яйцеклеток (у некоторых червей и коловраток);

2. эпигамный – формирование признаков пола происходит после слияния гамет и независимо от него, под влиянием условий внешней среды (у некоторых растений, морских червей и рептилий);

3. сингамный – пол будущего организма определяется в момент слияния гамет и зависит от типа сливающихся гамет (у большинства живых организмов). К сингамному типу относятся хромосомное определение пола и определение пола по плоидности.

Хромосомное определение пола – это наиболее распространенный механизм, связанный с наличием особых половых хромосом, детерминирующих формирование мужского и женского организмов. Пол, содержащий разные половые хромосомы называется гетерогаметным, содержащий одинаковые половые хромосомы – гомогаметным. Различаю следующие типы хромосомного определения пола: XY, XO, ZW, ZO.

При гетерогаметности мужского пола самцы содержат либо одну Х-хромосому, либо Х- и Y-хромосому. XY-тип характерен для млекопитающих, большинства позвоночных и некоторых беспозвоночных, встречается у человека и дрозофилы. ХО-тип встречается у большинства прямокрылых, клопов, жуков, пауков.

При гетерогаметности женского пола самцы содержат две Z-хромосомы, а самки либо Z и W, либо одну Z-хромосому.

Соотношение полов. Существует генетический механизм определения пола, обеспечивающий соотношение 1:1. Для того, чтобы это соотношение проявилось у новорожденных, необходимы следующие условия:

1. Особи гетерогаметного (мужского) пола должны образовывать половину гамет, определяющих мужской пол, и половину – женский.

2. Гаметы при всех условиях должны обладать одинаковой жизнеспособностью.

3. Гаметы, определяющие мужской и женский пол, должны обладать равной способностью к оплодотворению.

4. Самцы и самки должны обладать одинаковой жизнеспособностью при рождении.

5. Число животных, по которым вычисляется соотношение полов, должно быть достаточно большим.

Различают три типа соотношения полов:

1) первичное – при оплодотворении яйцеклеток;

2) вторичное – при рождении или вылуплении;

3) третичное – для какого-либо более позднего возраста, при рождении, в 1, 2, 10, 70 лет и т. д.

У млекопитающих и человека под соотношением полов понимают вторичное соотношение, у птиц – первичное.

У человека при рождении соотношение полов 103-107 ♂♂: 100 ♀♀.

Наследование признаков, сцепленных с полом. Наследование признаков, гены которых находятся в половых хромосомах, называется наследованием, сцепленным с полом. Изучая наследование таких признаков, сцепленных с полом, Т. Морган установил наличие связи определенных генов с половыми хромосомами у дрозофилы и тем самым заложил основу хромосомной теории наследственности.

Примером сцепленной с полом наследственности у организмов с ХY-типом половых хромосом может быть наследование гена А, расположенного в Х-хромосоме дрозофилы и определяющего окраску глаз (доминантный ген А определяет красную окраску глаз, а рецессивный ген а – белую).

Если самку дрозофилы с белыми глазами и генотипом аа скрестить с самцом, имеющим красные глаза и генотип А (так как ген имеется только в хромосоме Х), то в F1 все самцы будут иметь белые глаза (Х-хромосому они получат от матери, у которой в Х-хромосоме имеется ген а), а все самки – красные глаза, так как одну Х-хромосому они получат от матери, а другую - от отца, имеющую доминантный ген А. В F2 половина самок и самцов будут иметь белые глаза, а вторая половина – красные. Это соответствует распределению в F2 «отцовских» и «материнских» Х-хромосом исходных особей. Таким образом, доминантный ген А, расположенный в Х-хромосоме самца, передается от отца к дочерям и от них внукам и внучкам.

Иначе обстоит дело в тех скрещиваниях, где мать гомозиготна по гену А и имеет красные глаза, а отец обладает геном а и имеет белые глаза.

В этом случае все гибриды F1, как самцы, так и самки, имеют красные глаза, но самки гетерозиготны и являются носительницами рецессивного гена а. В F2 половина самцов имеют белые глаза, а половина самок – носительницы гена а. Таким образом, рецессивный ген а, расположенный в Х-хромосоме самца передается от отца через дочерей-носительниц к внукам.

Y-хромосома обычно не содержит генов, поэтому ген, локализованный в половой Х-хромосоме самца любого млекопитающего, будет передаваться его дочерям, а не

сыновьям. Если этот ген рецессивен и если у дочерей имеется полученный от матери его доминантный аллель, то действие этого рецессивного гена не проявится. Наоборот, если рецессивный ген имеется в одной их Х-хромосом самки, а в другой Х-хромосоме отсутствует, то этот сцепленный с полом ген может передаваться половине не только сыновей, но и дочерей самки. Если этот ген полностью рецессивен и если дочь получит от своего отца доминантный аллель этого гена, то его фенотипическое действие не проявится. Если сын получит рецессивный ген от матери, то у сына проявится сцепленный с полом рецессивный признак, так как Y-хромосома не содержит доминантного аллеля.

Признаки, сцепленные с полом у человека. У человека более 1000 генов сцеплены с Х-хромосомой, в том числе гемофилия, цветовая слепота, мышечная дистрофия Дюшена, потемнение эмали зубов и другие. Часть генов локализована в Y-хромосоме, а часть в Х-хромосоме.

Локализация генов в Y-хромосоме установлена для некоторых случаев синдактилии (перепончатое сращение второго и третьего пальцев на ноге), чешуйчатости кожи, пертрихоза края ушной раковины (ряды волос).

Признаки генов, локализованных в Y-хромосоме, передаются только по мужской линии и наследуются сыновьями.

Х-сцепленный рецессивный тип наследования характерен для таких патологий как дальтонизм и гемофилия.

Если женщина, больная дальтонизмом, выходит замуж за мужчину с нормальным зрением, то у их детей наблюдается перекрестное наследование. Все дочери от такого брака получат ген отца, и будут иметь нормальное зрение, а сыновья получат ген матери и дальтонизм. Это происходит потому, что сыновья получают Х-хромосому только от матери. Дочери получают одну Х-хромосому от отца, а другую от матери, и все имеют нормальное зрение, так как ген дальтонизма рецессивен. Если дочь от такого брака выйдет замуж за дальтоника, то у них будет рождаться половина сыновей и дочерей с нормальным зрением, а половина дальтоников.

Если отец является дальтоником, а мать имеет нормальное зрение, то все дети от этого брака будут иметь нормальное зрение. При этом все дочери становятся носителями дальтонизма, что может проявиться в последующих поколениях.

Однако если гетерозиготная женщина вступает в брак с мужчиной с нормальным зрение, то все дочери будут иметь нормальное зрение, а среди сыновей половина будет дальтониками.

Другим примером наследования, сцепленного с полом, является рецессивный полулетальный ген, вызывающий несвертываемость крови на воздухе – гемофилию. Это заболевание появляется почти исключительно у мальчиков. Передает болезнь мать, гетерозиготная по рецессивному гену гемофилии. Наследуется этот признак так же, как дальтонизм.

Х-сцепленный доминантный тип наследования характерен для некоторых форм патологий, например, витамин D-резистентному рахиту, который вызывает недостаточность органического фосфора в крови. Заболевание проявляется как у гомозигот, так и у гетерозигот. В браке больного мужчины со здоровой женщиной наблюдаются следующие особенности наследования патологии:

1. все сыновья и их дети-мальчики будут здоровыми, так как от отца им может передаться только Y-хромосома;

2. все дочери будут гетерозиготами и фенотипически больными.

В браке гетерозиготных больных женщин со здоровыми мужчинами соотношение больных и здоровых детей 1:1, и половых различий нет. Отмечается более сильное проявление болезни у сыновей, так как у них отсутствует компенсирующее действие нормального аллеля.

Другим примером доминантного гена, локализованного в Х-хромосоме человека, может служить ген, вызывающий дефект зубов, приводящий к потемнению эмали.

Наследование признаков, ограниченных полом. Некоторые признаки, независимо от сцепления с полом, проявляются у особей только одного пола. Такие признаки называются ограниченными полом. Примером ограниченных полом признаков являются крипторхизм, паховая грыжа и «болезнь белых телок».

Крипторхизм – это неопущение одного или обоих семенников в мошонку. Встречается у млекопитающих и человека.

При паховой грыже петли кишечника проходят через паховое кольцо в мошонку. Встречается также у человека и млекопитающих.

«Болезнь белых телок» связана с нарушением развития у эмбрионов самок крупного рогатого скота с белой окраской шерсти мюллеровых протоков. В результате формируется ненормальная матка и влагалище.

Контролируемые полом признаки. Эти признаки проявляются у особей обоих полов, но у одного пола в больше степени и чаще, чем у другого. Примером такого признака является наследование плешивости у мужчин и женщин. У мужчин ген плешивости доминирует, а у женщин нет. Поэтому у мужчин для облысения достаточно одного доминантного аллеля гена, тогда как у женщин для облысения необходима гомозиготность по этому доминантному аллелю.

Появление контролируемых полом признаков определяется соотношение количества мужского и женского полового гормона в крови. Женский половой гормон в данном случае препятствует проявлению доминантного гена, а мужской гормон – способствует.

Особенности сцепленного наследования. В 1908 году У. Сэттон и Р. Пеннет обнаружили отклонения от свободного комбинирования признаков согласно третьему закону Менделя. В 1911-1912 гг. Томас Морган с соавторами описал явление сцепления генов – совместной передачи группы генов из поколения в поколение. Опыты проводились на мухах дрозофилах с учетом двух пар альтернативных признаков – серый и черный цвет тела и нормальные и короткие крылья. При скрещивании гомозиготных особей с серым телом и нормальными крыльями и особей с черным телом и короткими крыльями было получено единообразие первого поколения, особи которого имели доминантные признаки:

Для выяснения генотипа гибридов первого поколения Морган провел анализирующее скрещивание. Он скрестил рецессивную гомозиготную самку с дигетерозиготным самцом (I), а затем провел реципрокное скрещивание (II):

При свободном комбинировании генов, согласно третьему закону Менделя, в обоих скрещиваниях должны были появиться мухи четырех разных фенотипов (по 25%). Это видно из схемы свободного комбинирования генов.

При I скрещивании Морган получил мух только двух фенотипов (по 50%) с признаками родителей. Он пришел к выводу, что гены, детерминирующие цвет тела и длину крыльев, локализованы в одной хромосоме и предаются вместе, т. е. сцеплено.

Одна из пары гомологичных хромосом содержит 2 доминантных гена (BV), а другая – 2 рецессивных (bv). В процессе мейоза одна хромосома (с генами BV) попадает в одну гамету, а другая (с генами bv) – в другую. Таким образом, у дигетерозиготного организма образуется не 4, а только 2 типа гамет, и потомки будут иметь такое же сочетание признаков, что и родители. Явление, при котором гены, локализованные в одной хромосоме, всегда передаются вместе, называется полным сцеплением.

При изучении результатов II скрещивания было обнаружено нарушение полного сцепления генов. Если дигетерозиготную самку мухи дрозофилы скрестить с рецессивным самцом, то получаются 4 разновидности фенотипов потомков: 41,5% с серым телом и длинными крыльями, 41,5% с черным телом и короткими крыльями и по 8,5% гибридных форм – с серым телом и короткими крыльями и с черным телом и длинными крыльями. В

данном случае сцепление оказывается неполным, т.е. происходит перекомбинация генов, локализованных в одной хромосоме. Это объясняется кроссинговером – обменом участками гомологичных хроматид в процессе конъюгации хромосом в профазе мейоза I. Каждая из хроматид попадает в отдельную гамету. Образуется 4 типа гамет, но в отличие от свободного комбинирования их процентное соотношение будет неравным, т.к. кроссинговер происходит не всегда.

Сила сцепления между генами (частота кроссинговера) зависит от расстояния между ними: чем больше расстояние, тем меньше сила сцепления и тем чаще может происходить кроссинговер. Расстояние между генами определяется в процентах кроссинговера. За единицу его берется 1% кроссинговера, а сама единица называется морганидой (в честь Т. Моргана).

Гаметы, в которые попали хроматиды, не претерпевшие кроссинговер, называются некроссоверными и их обычно больше. Гаметы, в которые попали хроматиды, претерпевшие кроссинговер, называются кроссоверными и их обычно меньше.

Таким образом, если исследуемые гены расположены в разных парах хромосом, происходит их свободное комбинирование согласно третьему закону Менделя. При анализирующем скрещивании получится равное количество потомков с различными сочетаниями признаков. Если исследуемые гены локализованы в одной паре гомологичных хромосом и происходит кроссинговер, также получаются потомки с различными сочетаниями признаков, но количество их будет неравным (рекомбинантных, или кроссоверных, особей будет меньше). Если исследуемые гены локализованы в одной паре гомологичных хромосом и кроссинговер не происходит, то гибридные формы не образуются, и потомки будут иметь такое же сочетание признаков, как у родителей. Кроссинговер при образовании гамет происходит у особей обоего пола большинства растений и животных, за исключением самца мухи дрозофилы и самки тутового шелкопряда.

Гены, локализованные в одной хромосоме, передаются вместе (сцеплено) и составляют одну группу сцепления. Так как в гомологичных хромосомах локализованы аллельные гены, то группу сцепления составляют две гомологичные хромосомы и количество групп сцепления равно количеству пар хромосом (или гаплоидному их числу). Так, у мухи дрозофилы 8 хромосом – 4 группы сцепления, у человека 46 хромосом – 23 группы сцепления.

Хромосомная теория наследственности. В результате исследований американского генетика Т. Моргана и его школы сформировалась хромосомная теория наследственности. Суть ее состоит в следующем:

1. Гены расположены в хромосомах линейно в определенных локусах. Аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах.

2. Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом.

3. Между гомологичными хромосомами возможен обмен аллельными генами (кроссинговер).

4. Процент кроссинговера пропорционален расстоянию между генами; единица расстояния – морганида – равна 1% кроссинговера.

Локус – это участок расположения гена в хромосоме. Хромосомы содержат последовательности генных локусов, причем у гомологичных хромосом эти последовательности одинаковые. Понятие «геном» можно охарактеризовать как совокупность генных локусов гаплоидного набора.

Поскольку количество генов в организме несоизмеримо больше числа хромосом, то понятно, что каждая хромосома несет множество генов. Гены, расположенные на одной хромосоме, называются сцепленными. Аллели сцепленных генов наследуются совместно.

Однако сцепление не является абсолютным. В результате кроссинговера сцепленные гены могут разъединяться, и при мейотическом делении оказаться в разных

гаметах. Такие гаметы называются кроссоверными. А. Стертевант выдвинул гипотезу, что частота кроссинговера на участке между генами, локализованными на одной хромосоме, может служить мерой расстояния, на котором они находятся друг от друга. Это предложение подтвердилось. Величину кроссинговера стали использовать для определения расположения генов на хромосоме и составления генетических карт.

Картирование хромосом человека. Зная расстояние между генами, можно построить карту хромосомы. Генетическая карта хромосомы представляет собой отрезок прямой, на которой схематически обозначен порядок расположения генов и указано расстояние между ними в морганидах. Она строится на основе результатов анализирующего скрещивания.

Цитологическая карта хромосомы представляет собой фотографию или точный рисунок хромосомы, на котором отмечается последовательность расположения генов. Ее строят на основе сопоставления результатов анализирующего скрещивания и хромосомных перестроек.

Картирование хромосом человека связано с определенными трудностями и проводится с использованием методов гибридизации соматических клеток и ДНК. В настоящее время во многих странах продолжает разрабатываться единая международная программа «Геном человека». В начале 2001 года была полностью расшифрована нуклеотидная последовательность генома человека и выявлена локализация большинства генов. Дальнейшее картирование хромосом человека будет иметь не только большое научное, но и практическое значение: с помощью методов генной инженерии можно будет проводить профилактику и лечение многих наследственных болезней.

Теоретический материал Онтогенез (от греч. οντογένεση: ον – существо и γένεση – происхождение, рождение) – индивидуальное развитие организма, совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом, от оплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до конца жизни. Термин «онтогенез» впервые был введѐн Э. Геккелем в 1866 году. В ходе онтогенеза происходит процесс реализации генетической информации, полученной от родителей. Раздел современной биологии, изучающий онтогенез, называется биологией развития; начальные этапы онтогенеза изучаются также эмбриологией. Закон целостности онтогенеза (закон Дриша). Закон теоретической биологии, который в истории науки связан с именем немецкого эмбриолога Ганса Дриша (1867–1914), гласит, что индивидуальное развитие организма есть целостный процесс, и будущее состояние каждого развивающегося элемента есть функция его положения в целом. Основные положения закона следующие. 1. Целостность организма – его внутреннее единство, относительная автономность, несводимость его свойств к свойствам отдельных его частей, подчиненность частей целому – проявляется в течение всех стадий онтогенеза. Таким образом, онтогенез представляет собой упорядоченное единство последовательно чередующихся состояний целостности. В целостности индивидуального развития проявляется органическая целесообразность. 2. Целостность онтогенеза базируется на действии системно-регуляторных факторов: цитогенетических, морфогенетических, гормональных, морфофизиологических, а у большинства животных также нейрогуморальных. Эти факторы, действуя по принципу обратной связи, координируют ход развития и жизнедеятельность организма как активного целого в тесной связи с условиями окружающей среды. 3. Свойство целостности имеет количественное выражение, неодинаковое для представителей разных видов, для разных особей, стадий и состояний организма. У растений целостность, как правило, выражена в меньшей степени, чем у животных. В процессе регенерации, т.е. восстановления утраченных частей или восстановления организма из части, целостность возрастает. Усложнение организации в процессе онтогенеза и филогенеза, усиление координирующей функции системно-регуляторных факторов организма означают возрастание целостности. 4. Филогенетические изменения суть изменения целостных онтогенезов, протекающие в условиях воздействия естественного отбора на системно-регуляторные факторы. Поэтому свойство целостности сохраняется организмами не только в их индивидуальном, но и историческом развитии. Изменения, разрушающие целостность, отметаются отбором. Таким образом, индивидуальное развитие всех организмов носит стадийный характер. У вирусов стадии связаны с жизненным циклом, с их репродукцией и переходом из одной клетки в другую. Индивидуальное развитие одноклеточных включает фазы клеточного цикла – такие, например, как митоз, предсинтетическую фазу, фазу синтеза ДНК и постсинтетическую фазу. В онтогенезе многих растений выделяются хорошо различимые стадии чередования поколений (полового и бесполого). У растений и особенно животных четко разграничены стадии: эмбриональная, молодости, зрелости и старости. Возможно и более дробное подразделение онтогенеза. Соответственно стадиям развития и уровню целостности онтогенеза следует различать: – цитогенетическое целое, присущее отдельной делящейся клетке;

– эмбриональное целое, характеризующее фазы дробления яйца, диффернцировки, морфогенеза и роста зародыша в зародышевых оболочках; – постэмбриональное онтогенетическое целое, характерное для стадий молодости и зрелости; – инволюционное целое, отражающее системный характер инволюционного развития организма на стадии старости. Для каждого уровня целостности характерна своя совокупность системно-регуляторных факторов. Однако, появившись на одной стадии развития, конкретный фактор может сохраняться в той или иной форме, и на последующих стадиях будет интегрироваться с новыми регуляторными системами. Детерминация. Э то процесс определения пути, направления, программы развития материала эмбриональных зачатков с образованием специализированных тканей. Детерминация может быть оотипической (программирующей развитие из яйцеклетки и зиготы организма в целом), зачатковой (программирующей развитие органов или систем, возникающих из эмбриональных зачатков), тканевой (программирующей развитие данной специализированной ткани) и клеточной (программирующей дифференцировку конкретных клеток). Различают детерминацию: 1) лабильную, неустойчивую, обратимую 2) стабильную, устойчивую и необратимую. При детерминации тканевых клеток происходит стойкое закрепление их свойств, вследствие чего ткани теряют способность к взаимному превращению (метаплазии). Механизм детерминации связан со стойкими изменениями процессов репрессии (блокирования) и экспрессии (деблокирования) различных генов. Дифференциация. Представляет собой стойкое структурно-функциональное преобразование клеток в различные специализированные клетки. Дифференцировка клеток биохимически связана с синтезом специфических белков, а цитологически — с образованием специальных органелл и включений. При дифференцировке клеток происходит избирательная активация генов. Важным показателем клеточной дифференцировки является сдвиг ядерно-цитоплазменного отношения в сторону преобладания размеров цитоплазмы над размером ядра. Дифференцировка происходит на всех этапах онтогенеза. Особенно отчетливо выражены процессы дифференциации клеток на этапе развития тканей из материала эмбриональных зачатков. Специализация клеток обусловлена их детерминацией. Тотипотентность ядра соматической клетки, ее экспериментальное доказательство. Тотипотентность (totus - весь, целый и potenta - сила) свойство клеток реализовать генетическую информацию ядра до развития целого организма. Тотипотентность дифференцированных соматических клеток, т.е. их способность обеспечивать полное развитие организма свойственна и животным, и растениям. Одно из наиболее прямых доказательств этого факта – опыты английского генетика Дж. Гердона по трансплантации ядра из дифференцированной соматической клетки в безъядерную зиготу. Используя африканскую шпорцевую лягушку Xenopuslaevis, он получил взрослых особей на основе генетической информации ядра соматической клетки. Путем облучения большими дозами УФ из неоплодотворенных яиц функционально удалялось ядро; затем в каждое из энуклеированных яиц вводили дифференцированное ядро из клетки кишечного эпителия головастика, и таким способом инициировали развитие. В ряде случаев из подобных яиц развивались головастики, а затем и взрослые лягушки.

Дифференциальная активность генов на разных этапах онтогенеза. Дифференцировка клеток – процесс, при котором во время дробления оплодотворенного яйца клетки постепенно начинают отличаться одна от другой, что приводит в конечном итоге к формированию зародыша со многими специализированными тканями. Клетки разных тканей одного и того же организма отличаются друг от друга формой, размерами и

строением. Выяснение механизмов дифференцировки клеток – одна из главных задач современной биологии. Поскольку дифференцировка необратима, некоторые ученые считали, что в ее основе лежит неравное распределение генов в дифференцированные клетки. В настоящее время доказано, что каждая соматическая клетка имеет такой же набор хромосом, как и исходная оплодотворенная яйцеклетка. Доказательством являются опыты Дж. Гердона по пересадке ядер из соматических клеток в энуклеированные яйцеклетки у лягушки. Небольшой процент таких ядер обеспечивал развитие головастиков и нормальных лягушек. В последующей работе по пересадке ядер автор показал, что в первый период эмбрионального развития в ядрах не наблюдается синтеза РНК однако в клетках синтезируются белки. Дело в том, что у животных в период роста и созревания яйцеклетки в цитоплазме накапливается большое количество молекул мРНК, которые соединяясь с белками, образуют гранулы-информосомы. Сразу же после оплодотворения мРНК освобождаются от белков-гистонов, поступают в рибосомы цитоплазмы где и происходит синтез белков по программе материнской ДНК. Поэтому начальный период развития зиготы осуществляется под контролем генов материнского организма. И только с начала стадии гаструляции синтез белка переходит под контроль генов развивающегося организма. Одним из примеров дифференциальной активности генов в период онтогенеза может служить процесс формирования пуфов в политенных хромосомах дрозофилы. Было установлено, что на определенных стадиях развития отдельные диски деспирализируются и принимают форму вздутий, получивших название пуфов. При помощи использования радиоактивных изотопов было установлено, что в пуфах происходит интенсивный синтез молекул иРНК. Разные стадии развития личинок сопровождаются активностью определенных пуфов. Это говорит о том, что на разных этапах развития вступают в действие разные гены.

О неодновременной активности различных генов может свидетельствовать изменение состава белков организма в связи с возрастом. На стадиях раннего эмбрионального развития у человека идет образование гемоглобина F, молекула которого отличается от молекулы гемоглобина А, характерного для взрослого человека по аминокислотному составу. Обнаружены также существенные возрастные различия в количестве и составе белков сыворотки крови у телят в эмбриональный период. По данным В.Холода, содержание белков в сыворотке 2-месячных телят составляет 2,62г%, затем количество их постепенно возрастает до 4,44г% у 9-месячных плодов. Изменяется и соотношение между альбуминами и глобулинами с 0,40 у 2-месячных плодов до 1,21 к моменту рождения. Регуляция механизмов онтогенеза. Биология развития изучает способы генетического контроля индивидуального развития и особенности реализации генетической программы в фенотип в зависимости от условий. Под условиями понимаются различные внутриуровневые и межуровневые процессы и взаимодействия – внутриклеточные, межклеточные, тканевые, внутриорганные, организменные, популяционные, экологические. Очень важными являются исследования конкретных онтогенетических механизмов роста и морфогенеза. К ним относятся процессы пролиферации (размножения) клеток, миграции (перемещения) клеток, сортировки клеток, их запрограммированной гибели, дифференцировки клеток, контактных взаимодействий клеток (индукция и компетенция), дистантного взаимодействия клеток, тканей и органов (гуморальные и нервные механизмы интеграции). Все эти процессы носят избирательный характер, т.е. протекают в определенных пространственно-временных рамках с определенной интенсивностью, подчиняясь принципу целостности развивающегося организма. Поэтому одной из задач биологии развития является выяснение степени и конкретных путей контроля со стороны генома и одновременно уровня автономности различных процессов в ходе онтогенеза.

Большую роль в процессах онтогенеза играет деление клеток, поскольку: – благодаря делению из зиготы, которая соответствует одноклеточной стадии развития, возникает многоклеточный организм; – пролиферация клеток, происходящая после стадии дробления, обеспечивает рост организма; – избирательному размножению клеток принадлежит заметная роль в обеспечении морфогенетических процессов. В постнатальном периоде индивидуального развития благодаря клеточному делению осуществляется обновление многих тканей в процессе жизнедеятельности организма, а также восстановление утраченных органов, заживление ран. Исследования показали, что количество циклов клеточных делений в ходе онтогенеза генетически предопределено. Однако известна мутация, которая изменяет размеры организма за счет одного дополнительного клеточного деления. Эта мутация описана у Drosophila melanogaster, она наследуется по рецессивному сцепленному с полом типу. У таких мутантов развитие протекает нормально на протяжении всего эмбрионального периода. Но в тот момент, когда нормальные особи окукливаются и начинают метаморфоз, особи-мутанты продолжают оставаться в личиночном состоянии еще дополнительно 2–5 суток. За это время у них происходит 1–2 дополнительных деления в имагинальных дисках, от количества клеток которых зависит размер будущей взрослой особи. Затем мутанты образуют куколку вдвое крупнее обычной. После метаморфоза несколько удлиненной по времени стадии куколки на свет появляется морфологически нормальная взрослая особь удвоенного размера. Описан ряд мутаций у мышей, вызывающих снижение пролиферативной активности и следующие за этим фенотипические эффекты – микрофтальмия (уменьшение размеров глазных яблок), отставание роста и атрофия некоторых внутренних органов из-за мутаций, затрагивающих центральную нервную систему. Таким образом, деление клеток является чрезвычайно важным процессом в онтогенетическом развитии. Оно протекает с разной интенсивностью в разное время и в разных местах, носит клональный характер и подвержено генетическому контролю. Все это характеризует клеточное деление как сложнейшую функцию целостного организма, подчиняющегося регулирующим влияниям на различных уровнях: генетическом, тканевом, онтогенетическом. Миграция клеток имеет очень большое значение, начиная с процесса гаструляции и далее в процессах морфогенеза. Нарушение миграции клеток в ходе эмбриогенеза приводит к недоразвитию органов или к их гетеротопиям, изменениям нормальной локализации. Все это представляет собой врожденные пороки развития. Например, нарушение миграции нейробластов приводит к возникновению островков серого вещества в белом веществе, при этом клетки утрачивают способность к дифференцировке. Более выраженные изменения миграции приводят к микрогирии и полигирии (большое число мелких и аномально расположенных извилин больших полушарий), либо к макрогирии (утолщение основных извилин), или же к агирии (гладкий мозг, отсутствие извилин и борозд больших полушарий). Все эти изменения сопровождаются нарушением цитоархитектоники и послойного строения коры, гетеротопиями нервных клеток в белом веществе. Подобные пороки отмечены и в мозжечке. Для миграции клеток очень важны их способность к амебоидному движению и свойства клеточных мембран. Все это генетически детерминировано, следовательно, и сама миграция клеток находится под генетическим контролем, с одной стороны, и влияниями окружающих клеток и тканей – с другой.

В процессе эмбриогенеза клетки не только активно перемещаются, но и «узнают» друг друга, т.е. образуют скопления и пласты только с определенными клетками. Значительные координированные перемещения клеток характерны для периода гаструляции. Смысл этих перемещений заключается в образовании обособленных друг от

друга зародышевых листков с совершенно определенным взаимным расположением. Клетки как бы сортируются в зависимости от свойств, т.е. избирательно. Необходимым условием сортировки являются степень подвижности клеток и особенности их мембран. Агрегация клеток зародышевых листков с себе подобными объясняется способностью к избирательному слипанию (адгезии) клеток одного типа между собой. Одновременно это является проявлением ранней дифференцировки клеток на стадии гаструлы. Избирательная сортировка клеток возможна за счет того, что контакты между подобными клетками сильнее, чем между чужеродными клетками из-за различий в поверхностном заряде их мембран. Установлено, что поверхностный заряд клеток мезодермы ниже, чем клеток экто- и энтодермы, поэтому клетки мезодермы легче деформируются и втягиваются в бластопор в начале гаструляции. Есть также мнение, что контактные взаимодействия между одинаковыми клетками основываются на антигенных свойствах их мембран. Избирательная адгезия клеток определенного зародышевого листка друг с другом является необходимым условием нормального развития организма. Примером потери клетками способности к избирательной сортировке и слипанию является их беспорядочное поведение в злокачественной опухоли. По-видимому, в обеспечении сортировки клеток важное место принадлежит генетическим механизмам. Дифференцировка клеток – это постепенное (на протяжении нескольких клеточных циклов) возникновение все больших различий и направлений специализации между клетками, происшедшими из более или менее однородных клеток одного зачатка. Этот процесс сопровождают морфогенетические преобразования, т.е. возникновение и дальнейшее развитие зачатков определенных органов в дефинитивные органы. Первые химические и морфогенетические различия между клетками, обусловленные самим ходом эмбриогенеза, обнаруживаются в период гаструляции. Процесс, в результате которого отдельные ткани в ходе дифференцировки приобретают характерный для них вид, называется гистогенезом. Дифференцировка клеток, гистогенез и органогенез совершаются в совокупности, причем в определенных участках зародыша и в определенное время. Это свидетельствует о координированности и интегрированности эмбрионального развития. В настоящее время общепринятой считается точка зрения на дифференцировку клеток в процессе онтогенеза как на результат последовательных реципрокных (взаимных) влияний цитоплазмы и меняющихся продуктов активности ядерных генов. Таким образом, впервые прозвучала идея о дифференциальной экспрессии генов как основном механизме цитодифференцировки. Уровни регуляции дифференциальной экспрессии генов соответствуют этапам реализации информации в направлении ген → полипептид → признак и включают не только внутриклеточные процессы, но и тканевые и организменные. Эмбриональная индукция – это взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором один участок зародыша влияет на судьбу другого участка. В настоящее время установлено, что первичным эмбриональным индуктором является хордомезодермальный зачаток в спинной губе бластопора. Но явления индукции многочисленны и разнообразны. Кроме первичной индукции, различают вторичные и третичные, которые могут происходить на более поздних, чем гаструляция, этапах развития. Все эти индукции представляют собой каскадные взаимодействия, потому что индукция многих структур зависит от предшествующих индукционных событий. Например, глазной бокал возникает только после развития передней части головного мозга, хрусталик – после формирования бокала, а роговица – после образования хрусталика.

Дата добавления: 2015-02-02 | Просмотры: 1183 | Нарушение авторских прав