 |
|
АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология |
Практическая работа на занятииХимический, генный и хромосомный уровень организации Наследственного материал Цель занятия: - разобрать общую схему реализации наследственной информации и факторы, влияющие на формирование признаков; - выявить особенности типов наследования признаков; - изучить законы Менделя и их цитологические основы; - рассмотреть особенности наследования признаков, контролируемых аллельными и неаллельными генами; плейотропное действие генов. - изучить наследование групп крови по системе АВО и резус-фактора; условия возникновения и сущность резус-конфликта. Вопросы для самоподготовки к занятию 1. История изучения молекулярных основ наследственного материала, химическая организация генетического материала. 2. Структура ДНК, ее роль как носителя генетической информации, самовоспроизведение генетического материала, этапы репликации ДНК. 3. Ген, его свойства, особенности организации генов, генетический код. 4. Транскрипция и посттранскрипционные процессы, трансляция и посттрансляционные процессы. 5. Экспрессия генетической информации. Структура и виды РНК, модель оперона. 6. Хромосомный уровень организации наследственного материала: химический состав хромосом, структурная организация хроматина, гетерохроматин (конститутивный и факультативный), эухроматин. 7. Морфология хромосом, нуклеосомная модель строения хромосом, основные положения хромосомной теории. 8. Особенности хромосомной организации в зависимости от фазы пролиферативного цикла. 9. История развития классической генетики. Закономерности, открытые Г. Менделем и его последователями. 10. Законы Г.Менделя, их цитологические основы и статистический характер. Правила вероятности. 11. Основные генетические понятия (генотип, фенотип, гомозигота, гетерозигота, гемизигота, аллель, аллелизм). 12. Взаимодействие гена в генотипе: явления доминирования, неполного доминирования, кодоминирования, межаллельная комплементация, эпистаз, полимерия, плейотропия, комплементарность, эффект положения, модифицирующее действие генов. 13. Гибридологический метод изучения наследственности. 14. Наследование групп крови по системе АВО и резус-фактора. Условия возникновения и сущность резус-конфликта.
Практическая работа на занятии Задание 1. Изучение I и II законов Менделя. Разберите сущность I и II закона Менделя, их цитологические основы. Следует отметить, что I и II законы Менделя касаются моногибридных скрещиваний, в которых родительские формы различаются по одной паре альтернативных признаков. Открытие основных закономерностей наследования стало возможным благодаря использованию Менделем метода гибридологического анализа. I закон Менделя – закон единообразия гибридов: при скрещивании гомозиготных родительских форм, различающихся по одной паре альтернативных признаков, в первом поколении наблюдается единообразие гибридов. II закон Менделя - закон расщепления: при скрещивании гибридов I поколения между собой во втором и последующих поколениях наблюдается расщепление по фенотипу 3:1, а по генотипу 1:2:1. Для теоретического обоснования своих результатов Мендель предложил гипотезу «чистоты гамет», основные положения которой, с современной точки зрения, следующие: ● наследуются не сами признаки, а наследственные факторы, их определяющие (гены); ● каждый признак организма определяется двумя наследственными факторами: один фактор организм получает от отца, а другой от матери; ● при образовании половых клеток (гамет) наследственные факторы расходятся в разные гаметы и оказываются независимыми друг от друга, т.е. чистыми (результат расхождения гомологических хромосом и находящихся в них аллельных генов в процессе мейоза); ● при оплодотворении происходит равновероятная встреча всех типов гамет. Если обозначить доминантный и альтернативный ему рецессивный признак (например, гладкие и морщинистые семена гороха) как А и а, то можно представить весь ход проделанного Менделем опыта в виде схемы (рис. 1). Следует подчеркнуть, что такое расщепление по фенотипу наблюдается только в случае полного доминирования признака. Если же признак проявляет неполное доминирование (т.е. у гетерозигот наблюдается промежуточное выражение признака), расщепление по генотипу и фенотипу совпадёт. Такой тип наследования характерен для красной и белой окраски цветков у ночной красавицы: гетерозиготные растения имеют розовые цветки, а в F2 наблюдаются расщепления 1АА (красные цветки): 2Аа (розовые цветки): 1aa (белые цветки).
Задание 2. Изучение возвратного и анализирующего скрещивания. Изучите возвратное и анализирующее скрещивание, их значение для медицины.
Если особь Аа из F1 скрещивают с особью гомозиготной доминантной родительской формы (АА), то в результате случайного сочетания гамет при оплодотворении в потомстве расщепление по генотипу будет в отношении 2Аа: 2АА, или 1:1, в то время как расщепления по фенотипу не произойдет (рис. 2). Скрещивание формы с доминантным признаком с гомозиготной рецессивной называется анализирующим скрещиванием. При скрещивании потомков первого поколения с растениями сорта, у которого признак был рецессивным, половина потомства второго поколения получается с доминирующим признаком, а половина – с рецессивным. Например, скрещивая гибриды, гетерозиготные (Аа) по признаку окраски цветка (пурпурная/белая), с растениями, имеющими белые цветки (аа), Мендель получил соотношение: 85 растений с пурпурными и 81 с белыми, что близко к ожидаемому соотношению 1Аа: 1аа (рис. 3).
Задание 3. Изучение III закона Менделя. Разберите 3-ий закон Менделя и его цитологические основы. Третий закон Менделя касается скрещиваний, в которых родительские формы различаются по двум и более парам альтернативным признакам. Скрещивание, в котором родительские формы различаются по двум парам альтернативных признаков, называется дигибридным, по нескольким парам признаков – полигибридным. III закон Менделя – закон независимого наследования: при скрещивании гомозиготных родительских форм, различающихся по двум и более парам альтернативных признаков, во втором поколении расщепление по каждой паре признаков идёт независимо от других пар признаков.
Классический пример анализа дигибридного скрещивания был продемонстрирован Менделем на примере 2-х форм гороха, различающихся одновременно по форме семян и по окраске семян. Расщепление по фенотипу во втором поколении соответствует 9АВ: 3Ав: 3аВ: 1ав (рис. 4).
Такое расщепление по фенотипу следует ожидать, если наследование по каждой паре признаков идёт независимо, а дигибридное расщепление представляет собой результат наложения двух моногибридных расщеплений: (3А: 1а) х (3В: 1в) = 9АВ: 3Ав: 3аВ: 1ав. Рассуждая аналогичным образом, можно вывести формулу расщепления для любого полигибридного скрещивания: (3: 1)n, где n - число пар альтернативных признаков, по которым различаются родительские формы. Цитологические основы 3-го закона Менделя заключаются в процессе мейоза. При образовании гамет распределение между ними аллелей, находящихся в данной паре гомологических хромосом, происходит независимо от распределения аллелей из других пар. Следовательно, у особи, имеющей генотип АаВв, возможно следующее распределение хромосом в процессе мейоза (рис. 5).
Случайное расположение пар гомологических хромосом на экваторе в метафазе первого мейотического деления и их последующее разделение в анафазе I приводит к разнообразному сочетанию аллелей в гаметах. Число возможных комбинаций аллелей в гаметах можно определить по формуле 2n, где n – гаплоидное число хромосом. У человека n = 23, и, следовательно, возможное число различных комбинаций аллелей равно 223. Задание 4. Изучение форм взаимодействия аллельных генов. Разберите основные формы взаимодействия аллельных генов: полное и неполное доминирование, сверхдоминирование, кодоминирование и приведите примеры. Полное доминирование – полное подавление доминантным признаком рецессивного у гетерозиготы. К доминантным признакам относятся умение владеть правой рукой, кареглазость, близорукость и т.д. Неполное доминирование – гетерозиготы имеют фенотип, промежуточный между фенотипами доминантной и рецессивной гомозиготы. При неполном доминировании во втором поколении моногибридного скрещивания наблюдается одинаковое расщепление по генотипу и фенотипу в соотношении 1: 2: 1. Сверхдоминирование – более сильное проявление доминантного признака в гетерозиготном состоянии по сравнению с гомозиготным. Типичный пример сверхдоминирования – явление гетерозиса у растений. Кодоминирование – проявление в фенотипе у гетерозиготы обоих аллельных генов. У человека по типу кодоминирования наследуются группы крови системы MN, системы АВО (4 группы крови), а также многие сывороточные белки (различные формы гемоглобина) и ферменты эритроцитов. Задание 5. Изучение закономерностей наследования групп крови по системе АВО и резус-фактору. Рассмотрите закономерности наследования групп крови по системе АВО и резус – фактору (табл. 1). Система групп крови АВО, открытая Ландштейнером в 1900 году, контролируется серией множественных аллелей одного локуса. В человеческих популяциях представлены 4 группы крови системы АВО (табл. 1).
Таблица 1 – Четыре группы крови системы АВО в человеческих популяциях
Аллели IA и IB доминантны по отношению к аллелю I0, но кодоминантны по отношению друг к другу. Поэтому у людей с 4 группой крови на поверхности эритроцитов имеется и антиген А и антиген В. Принцип наследования групп крови учитывается при подборе доноров для переливания крови, а также в спорных случаях в судебной экспертизе с целью исключения отцовства. Важное практическое значение имеет и знание закономерностей наследования системы резус – фактор. У резус – положительных индивидуумов (генотипы RhRh или Rhrh) этот антиген находится на поверхности эритроцитов, у резус – отрицательных (генотип rhrh) он отсутствует. Резус- несовместимость матери и плода, возникшая при развитии в организме резус – отрицательной матери резус – положительного плода, является причиной эритробластоза плода и гемолитической болезни новорождённых. Задание 6. Изучение типов взаимодействия неаллельных генов. Разберите типы взаимодействия неаллельных генов: комплементарность, эпистаз и полимерию. Для закрепления рассмотренного материала и понимания различных вариантов взаимодействия неаллельных генов, изучите и зарисуйте таблицу 6. 1. Комплементарность – явление, при котором 2 доминантных гена из разных аллельных пар, находясь вместе в генотипе, обуславливают развитие в фенотипе нового признака. По типу комплементарности наследуется форма гребня у кур, форма плодов у тыквы, окраска шерсти у мышей, окраска цветков у душистого горошка и т.д. Различают формы комплементарного взаимодействия: ● Комплементарные гены имеют самостоятельное фенотипическое проявление. Примером такого взаимодействия является наследование окраски перьев у попугайчиков – неразлучников. Один доминантный ген обуславливает жёлтую окраску перьев, другой неаллельный ему доминантный ген – голубую окраску. Сочетание двух доминантных генов приводит к появлению в фенотипе зелёной окраски, а рецессивные аллели определяют белую окраску (рис. 6):
Таблица 2 – Фенотипы F2 при скрещивании F1 попугайчиков – неразлучников
В F2 мы получили следующее соотношения фенотипов:
Таким образом, наблюдается типичное менделевское расщепление для дигибридного скрещивания, но в отличие от Менделя это расщепление идёт только по одному признаку - окраске перьев (табл. 2). ● Комплементарные гены не имеют самостоятельного фенотипического проявления. Примером такого взаимодействия является наследование окраски цветков у душистого горошка. Окраска цветка обусловлена взаимодействием двух доминантных генов А и В; в отсутствии хотя бы одного их них развиваются белые цветки (рис. 7).
Таблица 3 – Фенотипы F2 при скрещивании F1 душистого горошка
Поскольку каждый раз из генов в отдельности не даёт окраски, то растения с генотипами А-вв, ааВ- и аавв будут иметь белые цветки (табл. 3), и во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу:
2. Эпистаз – явление, при котором аллель одного гена подавляет действие аллелей другого гена. Различают два типа эпистаза: ● Доминантный эпистаз – доминантная аллель одного гена подавляет действие аллелей другого гена. По типу доминантного эпистаза наследуется серая и вороная окраска у лошадей: А – определяет серую окраску В – определяет вороную окраску а – определяет рыжую окраску в – определяет рыжую окраску ген А подавляет ген В (А > В)
Таблица 4 – Фенотипы F2 при скрещивании F1 серых лошадей
В F2 мы получили следующее соотношения фенотипов:
Так как ген А подавляет ген В, лошади с генотипом А-В- имеют серую окраску, и во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу – 12 серых: 3 вороных: 1 рыжий (табл. 4). ● Рецессивный эпистаз – рецессивная аллель одного гена, находясь в гомозиготном состоянии, подавляет действие аллелей другого гена. Примером рецессивного эпистаза у человека является “бомбейский феномен” в наследовании групп крови системы АВО. 3. Полимерия – явление, при котором на развитие одного признака однозначно влияют несколько генов. По типу полимерии у человека наследуется цвет кожи, рост, вес, скорость протекания биохимических реакций, одарённость и т.д. Различают два типа полимерии: ● Некумулятивная полимерия – проявление признака не зависит от числа доминантных генов. Достаточно одного доминантного гена, чтобы признак проявился. По типу некумулятивной полимерии наследуется форма плода у растения пастушьей сумки. Полимерные гены обычно обозначают одной буквой с указанием индекса (рис. 9). А1 – определяют треугольную форму плода А2 - определяют треугольную форму плода а1 - определяют овальную форму плода а2 - определяют овальную форму плода
Таблица 5 – Фенотипы F2 при скрещивании F1 пастушьей сумки с треугольными плодами
В F2 мы получили следующее соотношения фенотипов:
Поскольку, только один генотип не имеет доминантных генов, общее расщепление по фенотипу во втором поколении будет 15: 1. ● Кумулятивная полимерия – чем больше доминантных генов в генотипе, тем сильнее выражен признак. Так, цвет кожи человека контролируется четырьмя парами неаллельных генов. Чем больше доминантных генов в генотипе. Тем пигментация кожи меланином интенсивнее. Таким образом, все рассмотренные типы взаимодействия неаллельных генов, так или иначе, видоизменяют классическую формулу 9:3:3:1, установленную Менделем для дигибридного скрещивания. Тем не менее при кажущемся нарушении закона независимого наследования (появление новых классов в расщеплении или уменьшение числа классов), связанного с взаимодействием двух генов, наблюдаемые соотношения в F2 всегда можно свести к классическому 9:3:3:1. Для этого необходимо понять, какие классы объединились и интерпретировать тип взаимодействия генов.
Таблица 6 – Различные варианты взаимодействия неаллельных генов
Задание 7. Изучение плейотропного действия гена. Рассмотрите плейотропное действие гена, разберите понятия экспрессивности и пенетрантности. Приведите примеры. Плейотропия – влияние одного гена на развитие нескольких признаков организма. У человека известен доминантный ген (ген синдрома Марфана), определяющий признак «паучьи пальцы». Одновременно этот ген вызывает аномалии хрусталика глаза, искривление позвоночника, порог сердца, аневризму аорты и т.д. Другой доминантный ген человека (ген синдрома Лоуренса-Муна-Барде-Бидля) обуславливает полидактилию, ожирение, слабоумие, пигментную дегенерацию сетчатки, гипогонадизм и др. Экспрессивность – степень выраженности признака у разных индивидуумов при одном и том же генотипе. Пенетратность – частота проявления гена в фенотипе. Определяется отношением числа особей, у которых ген проявился в фенотипе, к общему числу особей, имеющих этот ген.
И экспрессивность, и пенетрантность признаков определяется как условиями генотипической среды, так и условиями существования особи, ещё раз показывая, что генотип представляет собой сложную систему взаимодействующих генов, проявляющихся фенотипически в конкретных условиях среды. Вопросы для самоконтроля 1. Скрещиванием организмов (селекцией) занимались предшественники Г.Менделя. Но почему именно он установил закономерности наследования признаков? 2. В чем заключается сущность гибридологического метода? Возможно ли его использование у человека? 3. Почему законы Г.Менделя нельзя использовать при анализе наследования таких признаков человека, как рост и масса тела? 4. Сформулируйте гипотезу «чистоты гамет» и дайте ее генетическое обоснование. 5. В чем заключается причина разнообразия потомков при моногибридном скрещивании? 6. Почему закон расщепления признаков выполняется только при большом количестве потомства? 7. Как определить генотип особи, несущей доминантный признак? 8. Некоторые патологические признаки (заболевания) человека наследуются как доминантные, например, ахондроплазия. Заболевание характеризуется непропорционально короткими конечностями при нормально развитом скелете туловища и головы, карликовым ростом. Почему при этом частота встречаемости больных в популяции очень низкая – 1: 100 000 населения? 9. Почему в тех случаях, когда признак определяется одной парой генов, во втором поколении потомков соотношение особей может отличаться от менделевского? 10. Сохраняются ли в силе законы моногибридного скрещивания (единообразия и расщепления) при дигибридном скрещивании? 11. Как можно рассчитать соотношение фенотипов во втором поколении при ди- и полигибридном скрещивании? 12. При дигибридном скрещивании в потомстве появились особи двух фенотипов в соотношении 1: 1. Какая причина могла к этому привести? 13. Имеются два разных дигетерозиготных организма с генотипами АаВb; один из них образует два типа гамет в соотношении 1: 1, а другой – четыре типа гамет в соотношении 1: 1: 1: 1 (т.е. по 25% каждого типа). В чем может быть причина этого различия? 14. В классическом варианте III-го закона Г.Менделя гибриды F1 (генотип АаВb) образуют четыре типа гамет. Такое же количество типов гамет образуют дигетерозиготные организмы при неполном сцеплении генов. Будет ли какая-нибудь разница в количественном соотношении гамет в этих вариантах?
Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 836 | Нарушение авторских прав |
Скрещивание гибрида первого поколения с формой, несущей данную пару аллелей (доминантных или рецессивных) в гомозиготном состоянии, называют возвратнымскрещиванием, или беккроссом (обозначается FB).
