Вопрос 10. Мейоз и его генетическая сущность. Цели использования генной инженерии в селекции сельскохозяйственных животных

Мейоз {греч. meiosis — уменьшение) — способ деления клеток, приводящий к уменьшению в них числа хромосом вдвое. Мейоз служит ключевым звеном гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений, в результате которого из диплоидных клеток образуются гаплоидные клетки. Мейоз протекает сходно почти у всех организмов. Он состоит из двух последовательных клеточных делений — мейоза I (первое деление) и мейоза II (второе деление), разделенных непродолжительным периодом интеркинеза. При этом репликация ДНК предшествует лишь первому делению. В каждом из делений мейоза различают те же четыре стадии, что и при митозе: профазу, метафазу, анафазу и телофазу, которые, однако, имеют некоторые особенности.

Первое мейотическое деление (мейоз I ) приводит к уменьшению вдвое количества хромосом и называется редукционным. В результате из одной диплоидной клетки (2пАС) образуются две гаплоидные клетки (л2С).

Отличительной особенностью первого деления мейоза является сложная и продолжительная профаза I, в начале которой хромосомы спирализуются и становятся видимыми в световой микроскоп. Затем гомологичные хромосомы сближаются и объединяются друг с другом. Их конъюгация (лат. conjugatio — соединение) происходит сначала в отдельных точках, а затем и по всей длине хромосомы, вследствие чего образуются биваленты. Поскольку каждая из гомологичных хромосом состоит издвуххроматид, бивалент, включающий четыре хроматиды, называют также тетрадой. В диплоидной клетке образуется п бивалентов, и, таким образом, после конъюгации формула клетки приобретает вид n4C. В некоторых местах конъюгированных хромосом хроматиды остаются соединенными, перекрещиваются друг с другом, рвутся и обмениваются своими участками. Процесс обмена участками несестринских хроматид гомологичных хромосом называется кроссинговером (англ. crossingover — перекрест). К концу профазы связь между гомологами ослабевает, и целостность бивалента в это время сохраняется лишь благодаря соединению между собой хроматид в местах кроссинговера, называемых хиазмами. В это время ядрышки и ядерная оболочка распадаются, центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки и образуется веретено деления. Хромосомы еще больше спирализуются, и биваленты начинают двигаться к плоскости экватора клетки. Обычно профаза занимает около 90% времени, необходимого для завершения мейоза.

В метафазе I мейоза завершается формирование веретена деления. Гомологичные хромосомы, объединенные в биваленты, выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, образуя метафазную пластинку. При этом центромерные районы каждой хромосомы бивалента, в отличие от митоза, взаимодействуют с нитями веретена деления только от одного полюса. В результате центромерные районы хромосом, составляющих бивалент, оказываются соединенными с разными полюсами.

В анафазе I взаимодействие сестринских хроматид прекращается по всей длине хромосомы, за исключением центромерного района. Под действием нитей веретена гомологичные хромосомы бивалентов, каждая из которых состоит из двух сестринских хроматид, отходят к противоположным полюсам клетки. В результате у каждого полюса оказывается по одной гомологичной двухроматидной хромосоме из каждой их пары. Напомним, что такое поведение хромосом при мейозе отличается от митоза, при котором к полюсам клетки расходятся отдельные их хроматиды.

В телофазе I хромосомы деспирализуются; формируется ядерная мембрана; разделяется цитоплазма. Клетки, образующиеся в результате первого мейотического деления, содержат гаплоидный набор хромосом и удвоенное количество ДНК и имеют генетическую формулу п2С. После короткой интерфазы, во время которой репликации ДНК не происходит, они приступают к следующему делению.

Генная инженерия. Целенаправленное манипулирование генами на молекулярном уровне называется генной инженерией. Это весьма перспективный путь улучшения самых разнообразных организмов. Генная инженерия открывает широкие возможности повышения изменчивости, которую затем можно использовать в селекции. В 1980-е годы были созданы лабораторные методы, позволяющие переносить отдельные гены из одного организма в другой, обычно неродственный (относящийся к другому виду и т.д.). В результате такого переноса, называемого трансформацией, получается трансгенное растение или животное с "чужим" геном, который в дальнейшем будет передаваться потомкам. Уже существуют улучшенные сорта кукурузы, риса, сои, хлопчатника, сахарной свеклы, масличного рапса и люцерны, выведенные из трансгенных растений. Среди признаков, переданных методом трансформации, - устойчивость к гербицидам (позволяющая уничтожать и без вреда для сельскохозяйственной культуры), к насекомым-вредителям, к болезням, повышенная питательная ценность и особенности размножения, способствующие созданию гибридных сортов. В числе долгосрочных целей - повышение эффективности фотосинтеза, устойчивости к экстремальным условиям среды (жаре, холоду, засухе и т.п.), общей продуктивности и усиления реакции на внесение удобрений. Разрабатываются программы выведения трансгенных животных, более эффективно превращающих корма в молоко, шерсть, яйца, мясо и другие ценные продукты, дающих продукцию повышенного качества и устойчивых к болезням и средовым стрессам.

Вопрос 38. Критические периоды онтогенеза. Влияние физиологически активных соединений(индукторов, гормонов) на развитие организмов. Дифференциальная активность генов и роль цитоплазмы в ее регуляции. Фенокопии и морфозы.

В процессе индивидуального развития имеются критические периоды, когда повышена чувствительность развивающегося организма к воздействию повреждающих факторов внешней и внутренней среды. Выделяют несколько критических периодов развития. Такими наиболее опасными периодами являются:

1) время развития половых клеток - овогенез и сперматогенез;

2) момент слияния половых клеток - оплодотворение;

3) имплантация зародыша (4-8-е сутки эмбриогенеза);

4) формирование зачатков осевых органов (головного и спинного мозга, позвоночного столба, первичной кишки) и формирование плаценты;

5) стадия усиленного роста головного мозга;

6) формирование функциональных систем организма и дифференцирование мочеполового;

7) момент рождения и период новорожденности.

Микроорганизмы в процессе жизнедеятельности вырабатывают разнообразные соединения, имеющие важное значение для жизни высших организмов — растений, животных и других микроорганизмов.

Соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, называются микробными метаболитами. Многие из них вызывают значительные изменения в живом организме, влияют на рост и развитие, нарушают обмен веществ или отдельные физиологические функции организма.

Органические вещества разнообразной химической природы, обладающие активностью в очень малых концентрациях (0,001—0,0001 мкг/мл) и большой специфичностью действия, называют физиологически активными соединениями. Часть из них является регулятором роста растений: ауксины, кинетины, гиббереллины.

К физиологически активным веществам относят также ферменты, витамины, аминокислоты, антибиотики, пуриновые и пиримидиновые основания, гормоны, токсины и др.

Мир микробов — богатейший источник разнообразных физиологически активных веществ. Возможности микроорганизмов поистине неисчерпаемы. В настоящее время известно большое количество микробных метаболитов. С каждым годом наука открывает новые ценные соединения, некоторые из них ранее не были известны органической химии.

Получение микробных метаболитов открыло новую страницу в учении о микробах.

На основе использования микроорганизмов для получения ценных физиологически активных соединений была создана микробиологическая промышленность. С помощью микроорганизмов получают быстрее, проще, а главное, дешевле различные вещества, применяемые в самых разнообразных отраслях народного хозяйства — медицине, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и т. д.

Но и до сих пор много важных биологически активных соединений микробного происхождения нам, вероятно, неизвестно. Способность микроорганизмов синтезировать самые разнообразные соединения огромна и до конца не изучена. Много новых, полезных для человека метаболитов еще предстоит открыть.

При половом размножении многоклеточные животные и растения развиваются из одной клетки - зиготы; в случае вегетативного размножения, - как правило, из группы довольно однородных клеток. В процессе же развития из одной клетки или группы однородных клеток формируется сложный организм, состоящий из большого числа разнородных клеток. У млекопитающих насчитывают около ста различных клеточных типов, которые в той или иной степени стойко сохраняют свои признаки.

Возникновение из однородных клеток в течение индивидуального развития большого разнообразия клеточных форм, отличающихся по строению и функции, представляет процесс дифференциации. Появляющиеся в процессе дифференциации различия сохраняются клетками при размножении, т. е. оказываются наследственно закрепленными. Дифференциация - образование в процессе развития из однородных клеток разнообразных по морфологическим признакам и функциям клеток, тканей и органов. Дифференциация является одной из основ онтогенетического развития организма. Осуществляется она в период интерфазы и является реализацией генетической информации, идущей от ДНК ядра.

Биохимически дифференциация проявляется в синтезе специфических для клеток данной ткани белков. Дифференциация основана на разновременном вступлении генов в детерминацию онтогенеза (генов вступление ступенчатое), т. е. на дифференциальной транскрипции генов, функционирующих в разные фазы онтогенеза и синтезирующих соответствующие молекулы и-РНК.

Генотипы клеток различных дифференцированных тканей особи идентичны (они соответствуют генотипу исходной зиготы), однако в них функционируют разные гены. В настоящее время процесс клеточной дифференцировки объясняется с позиций теории дифференциальной активности генов, которая является одной из наиболее плодотворных и обобщающих теорий, сложившихся в биологической науке в ХХ в. Согласно этой теории, специализация клеток является результатом действия соответствующих групп генов, характерных для каждого типа клеток.

Последующий морфогенез в большей степени зависит от сложных взаимодействий между тканями, чем морфогенез на ранних стадиях развития. Следует отметить также, что начало клеточной дифференцировки, имеющей место в раннем развитии, представляет уникальные возможности для исследования процесса регуляции на уровне генома в клетках животных.

Для раннего развития характерно возникновение функциональных различий между клетками и появление пространственно разграниченных специфичных группировок дифференцированных типов клеток там, где они прежде отсутствовали. Эти процессы должны в основном зависеть от становления мозаичного характера генетической активности в ядрах дифференцирующихся клеток, в результате чего возникает вопрос о регуляции действия генов.

Фенокопия — ненаследуемое изменение фенотипа, которое возникает под влиянием внешних факторов и своим проявлением подобно мутации, как бы мутация. Фенокопии — это модификации, которые соответствуют известным мутациям. Добавление к корму личинок дрозофилы солей нитрата серебра ведет к пожелтению тела и щетинок, как у мух с мутацией еллоу. Под влиянием температурного шока, которому подвергались предкуколки и куколки дрозофилы, вылупились мухи с закрученными кверху крыльями, с вырезками на маленьких крыльях, растопыренными крыльями. Они напоминали мутантов нескольких линий. Есть куры с желтыми клювом, ногами, кожей, жиром. Они — гомозиготы по рецессивному гену (рр). Если в корме не хватает каротиноидов, то у таких кур жир становится белым, а клюв, ноги и кожа — светлыми, как у кур, имеющих доминантный ген (РР, Рр).

Морфозы — неадаптивные, ненаследуемые тератологические изменения организма под влиянием внешних факторов. Это экспериментально индуцированные фенокопии. Радиация, высокие температуры, химические вещества, лекарственные препараты в ранние периоды развития действуют как тератогенные факторы — они вызывают уродства. 32 % детей у матерейалкоголиков страдают карликовостью, микроцефалией, умственной отсталостью, имеют дефекты конечностей, суставов, пороки сердца, аномалии головы и лица. Женщины, которые употребляли снотворное талидомид во время беременности (критический день — тридцатый), родили тысячи уродов. Дети были с короткими деформированными конечностями, дефектами ушей, внутренних органов. Эти уроды — морфозы, индуцированные талидомидом, — копировали наследственно обусловленную фокемию (наследственное заболевание, которое встречается в отдельных семьях в Бразилии). Из личинок, которые развиваются при 15° С, вылупляются дрозофилы с зачаточными крыльями, как У особей гомозиготных по рецессивному гену зачаточности крыльев. Если яйца рыб или амфибий поместить в раствор, в котором много хлорида магния, развивается циклопия, так как магний хлор тормозит развитие переднего мозгового пузыря зародыша.

Вопрос 68. При скрещивании между собой хохлатых уток (хохолок на голове) утята выводятся только из 3/4 яиц, а 1/4 эмбрионов гибнет перед вылуплением. Среди вылупившихся утят около 2/3 имеют хохолок, а 1/3 без хохолка. Как наследеутся признак наличия хохолка у утят? Составьте схему скрещивания.

Вопрос №105. Какова концентрация доминантного гена «R» (при условии применимости закона Харди-Вайберга), если гомозиготы по рецессивному гену «r» составляют такой процнет олт всей популяции: 49,36,25,4? Определите генетическую структуру популяции.

Поиск по сайту: