Наследственность

Генетика и селекция

Генетика — наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости организмов. Наследственность — способность организ­мов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, функции, развитие). Изменчивость — способность организ­мов приобретать новые признаки. Наследственность и изменчивость — два противоположных, но взаимосвязанных свойства организма.

Наследственность

Ген и аллели. Единицей наследственной информации является ген. Ген (с точки зрения генетики) — участок хромосомы, определяю­щий развитие у организма одного или нескольких признаков. Алле­ли — различные состояния одного и того же гена, располагающиеся в определенном локусе (участке) гомологичных хромосом и опреде­ляющие развитие одного какого-то признака. Гомологичные хромо­сомы имеются только в клетках, содержащих диплоидный набор хро­мосом. Их нет в половых клетках (гаметах) эукариот и у прокариот.

Гомозигота и гетерозигота. Организмы (зиготы) могут быть го­мозиготными и гетерозиготными. Гомозиготные организмы имеют в своем генотипе два одинаковых аллеля — оба доминантные или оба рецессивные (АА или аа). Гетерозиготные организмы имеют один из аллелей в доминантной форме, а другой — в рецессивной (Аа). Го­мозиготные особи не дают расщепления в следующем поколении, а гетерозиготные дают расщепление.

Разные аллельные формы генов возникают в результате мутаций. Ген может мутировать неоднократно, образуя много аллелей. Мно­жественный аллелизм — явление существования более двух альтер­нативных аллельных форм гена, имеющих различные проявления в фенотипе. Два и более состояний генов возникают в результате му­таций. Ряд мутаций вызывает появление серии аллелей (А, а₁, а₂,..., а_n и т. д.), которые находятся в разных доминантно-рецессивных отно­шениях друг к другу.

Доминантные и рецессивные признаки и аллели. Признак (фен) — некоторое качество или свойство, по которому можно отличить один организм от другого. Явление преобладания у гибрида признака од­ного из родителей называется доминированием. Признак, проявляю­щийся в первом поколении гибридов, называется доминантным, а внешне исчезающий —рецессивным. Аллель, определяющий доми­нантный признак, называется доминантным аллелем и обозначается латинской заглавной буквой: А, В, С,..., а аллель, определяющий ре­цессивный признак, — рецессивным аллелем и обозначается строчной буквой: а, Ь, с,.... Доминантный аллель обеспечивает развитие при­знака как в гомо-, так и в гетерозиготном состоянии, рецессивный аллель проявляется только в гомозиготном состоянии.

Фенотип и генотип. Генотип — совокупность всех генов организма. Фенотип — совокупность всех признаков организма. К ним относят­ся: морфологические (внешние) признаки (цвет глаз, окраска цвет­ков), биохимические (форма молекулы структурного белка или фер­мента), гистологические (форма и размер клеток), анатомические и т. д. С другой стороны, признаки можно разделить на качественные (цвет глаз) и количественные (масса тела). Фенотип зависит от гено­типа и условий внешней среды. Последние в меньшей степени влия­ют на качественные признаки и в большей — на количественные.

Скрещивание (гибридизация). Одним из основных методов гене­тики является скрещивание, или гибридизация. Гибридологический метод — скрещивание (гибридизация) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам. Потомки от таких скрещиваний называются гибридами. В зависимости от числа признаков, по которым различаются между собой родители, выделя­ют разные виды скрещивания. Моногибридное скрещивание — скре­щивание, при котором родители различаются только по одной паре признаков. Дигибридное скрещивание — скрещивание, при котором родители различаются по двум парам признаков. Полигибридное скре­щивание — скрещивание, при котором родители различаются по не­скольким парам признаков.

Первый закон Менделя — закон единообразия гибридов первого поколения (закон доминирования): при скрещивании чистых линий у всех гибридов первого поколения проявляется один признак (до­минантный).

Второй закон Менделя — закон расщепления признаков: гибриды первого поколения при их скрещивании расщепляются в опреде­ленном числовом соотношении: особи с рецессивным проявлением признака составляют 1/4 часть от общего числа потомков.

Расщепление — явление, при котором скрещивание гетерозигот­ных особей приводит к образованию потомства, часть которого несет доминантный признак, а часть — рецессивный. В случае моногиб­ридного скрещивания это соотношение выглядит следующим обра­зом: 1АА:2Аа: 1аа, то есть 3:1 (в случае полного доминирования) или 1:2:1 (при неполном доминировании). В случае дигибридного скрещивания — 9:3:3:1 или (3:1)². При полигибридном — (3:1)^п.

Третий закон Менделя — закон независимого комбинирования (на­следования) признаков: расщепление по каждому признаку идет неза­висимо от других признаков.

Развитие генетики показало, что не все признаки наследуются в соответствии с законами Менделя. Так, закон независимого насле­дования генов справедлив только для генов, расположенных в раз­ных хромосомах.

Закон Моргана: гены, локализованные в одной хромосоме, насле­дуются преимущественно вместе. Гены, лежащие в одной хромосоме, называются сцепленными. Все гены одной хромосомы называются группой сцепления. В некотором проценте случаев сцепление может нарушаться. Причина нарушения сцепления — кроссинговер (пере­крест хромосом) — обмен участками хромосом в профазе I мейотиче-ского деления. Кроссинговер приводит к генетической рекомбинации. Чем дальше друг от друга расположены гены, тем чаще между ними происходит кроссинговер. На этом явлении основано построение ге­нетических карт — определение последовательности расположения генов в хромосоме и примерного расстояния между ними.

Генетика пола. Хромосомы, одинаковые у обоих полов, назы­ваются аутосомами. Хромосомы, по которым мужской и женский пол отличаются друг от друга, называются половыми, или гетеро-хромосомами. В клетке человека содержится 46 хромосом, или 23 пары: 22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом. Половые хро­мосомы обозначают как Х- и Y-хромосомы. Женщины имеют две Х-хромосомы, а мужчины — одну Х- и одну Y-хромосому.

Генетика крови. По системе АВО у человека 4 группы крови. Груп­па крови определяется геном I. У человека группу крови обеспечива­ют три гена 1^А, 1^в, 1°. Два первых кодоминантны по отношению друг к другу, и оба доминантны по отношению к третьему. В результате у человека 6 генетических групп крови и 4 группы физиологических фенотипов.

Кроме того, кровь разных людей может отличаться резус-фак­тором. Кровь может иметь положительный резус-фактор (Rh⁺) или отрицательный резус-фактор (Rlr^-). Резус-фактор крови определяет ген R. R⁺ дает информацию о выработке белка (резус положительный белок), а ген г^-— не дает. Первый ген доминирует над вторым.

Взаимодействие генов. Генотип — это не просто механический набор генов. Это исторически сложившаяся система из взаимодей­ствующих между собой генов. Точнее, взаимодействуют не сами гены (участки молекул ДНК), а образуемые на их основе продукты (РНК и белки). Взаимодействовать могут как аллельные гены, так и неал-лельные.

Формы взаимодействия аллельных генов: полное доминирование, неполное доминирование, сверхдоминирование и кодоминирование.

Полное доминирование — явление, когда доминантный ген полно­стью подавляет работу рецессивного гена, в результате чего развива­ется доминантный признак.

Неполное доминирование — явление, когда доминантный ген не полностью подавляет работу рецессивного гена, в результате чего развивается промежуточный признак.

Кодоминирование (независимое проявление) — явление, когда в формировании признака у гетерозиготного организма участвуют обе аллели. Например, у человека ген, определяющий группу крови, представлен серией множественных аллелей. При этом гены, об условливающие группы крови А и В, являются кодоминантными п отношению друг к другу и оба доминантны по отношению к ген определяющему группу крови 0.

Сверхдоминирование — явление, когда признак сильнее проявляется у гетерозиготной особи (Аа), чем у любой из гомозиготных (АА и аа). Например, у плодовой мушки дрозофилы имеется рецессивны летальный ген, гетерозиготы по которому обладают большей жизнеспособностью, чем гомозиготы.

Формы взаимодействия неаллельных генов: кооперация, комплементарность, эпистаз и полимерия.

Кооперация — явление, когда при взаимном действии двух до минантных неаллельных генов, каждый из которых имеет свое соб­ственное фенотипическое проявление, происходит формирование нового признака.

Комплементарность — явление, когда признак развивается толь­ко при взаимном действии двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых в отдельности не вызывает развитие признака.

Эпистаз — явление, когда один ген (как доминантный, так и ре­цессивный) подавляет действие другого (неаллельного) гена (как до­минантного, так и рецессивного). Ген-подавитель (супрессор) может быть доминантным (доминантный эпистаз) или рецессивным (ре­цессивный эпистаз).

Полимерия — явление, когда несколько неаллельных доминантных генов отвечают за сходное воздействие на развитие одного и того же признака. Чем больше таких генов присутствуют в генотипе, тем ярче проявляется признак. Явление полимерии наблюдается при наследова­нии количественных признаков (цвет кожи, вес тела, удойность коров).

В противоположность полимерии наблюдается такое явление, как плейотропия — множественное действие гена, когда один ген отвеча­ет за развитие нескольких признаков.

Хромосомная теория наследственности. Основные положения хро­мосомной теории наследственности были сформулированы амери­канским ученым Томасом Морганом в 1911 г.:

— ведущую роль в наследственности играют хромосомы;

— гены расположены в хромосоме в определенной линейной по­следовательности;

— каждый ген расположен в определенном месте (локусе) хромо­сомы; аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомоло­гичных хромосомах;

— гены гомологичных хромосом образуют группу сцепления; число их равно гаплоидному набору хромосом;

— между гомологичными хромосомами возможен обмен аллель-ными генами (кроссинговер);

— частота кроссинговера между генами пропорциональна рас­стоянию между ними.

Поиск по сайту: