Шпаргалка по "Генетика"

Закон гомологичных рядов: Генетически  близкие виды и роды характеризуются  сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.

Закономерности в полиморфизме у растений, установленные путем  детального изучения изменчивости различных  родов и семейств, можно условно  до некоторой степени сравнить с  гомологическими рядами органической химии, например с углеводородами (CH4, C2H6, C3H8…).

Суть явления состоит  в том, что при изучении наследственной изменчивости у близких групп  растений были обнаружены сходные аллельные  формы, которые повторялись у  разных видов (например, узлы соломины злаков с антоциановой окраской или без, колосья с остью или без и т. п.). Наличие такой повторяемости давало возможность предсказывать наличие ещё не обнаруженных аллелей, важных с точки зрения селекционной работы. Поиск растений с такими аллелями проводился в экспедициях в предполагаемые центры происхождения культурных растений. Следует помнить, что в те годы искусственная индукция мутагенеза химическими веществами или воздействием ионизирующих излучений ещё не была известна, и поиск необходимых аллелей приходилось производить в природных популяциях.

Н. И. Вавилов рассматривал сформулированный им закон как вклад  в популярные в то время представления  о закономерном характере изменчивости, лежащей в основе эволюционного  процесса (например, теория номогенеза Л. С. Берга). Он полагал, что закономерно  повторяющиеся в разных группах  наследственные вариации лежат в  основе эволюционных параллелизмов  и явления мимикрии.

В 70-80-х годах XX века к закону гомологических рядов обратился  в своих трудах Медников Б. М., написавший ряд работ, в которых показал, что именно такое объяснение возникновения  сходных, часто до мелочей, признаков  в родственных таксонах вполне состоятельно.

Родственные таксоны часто  имеют родственные генетические последовательности, слабо различающиеся  в принципе, а некоторые мутации  возникают с большей вероятностью и проявляются в целом сходно у представителей разных, но родственных, таксонов. Как пример приводятся двувариантная фенотипически ярко выраженная мутация строения черепа и организма в целом: акромегалия и акромикрия, за которые отвечает в конечном счете мутация, изменяющая баланс, своевременное «включение» или «выключение» в ходе онтогенеза гормонов соматотропина и гонадотропина.

7. Сущность методологии  генной инженерии

Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Генетическая инженерия  не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических  наук, как молекулярная и клеточная  биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

Во второй половине XX века было сделано несколько важных открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились  многолетние попытки «прочитать»  ту биологическую информацию, которая  «записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Ф. Сенгером и американским учёным У. Гилбертом (Нобелевская премия по химии 1980 г.). Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках — это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов — химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому учёные сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определённых генов, нужных человеку.

Основные этапы решения  генноинженерной задачи следующие:

1. Получение изолированного  гена.

2. Введение гена в вектор  для переноса в организм.

3. Перенос вектора с  геном в модифицируемый организм.

4. Преобразование клеток  организма.

5. Отбор генетически модифицированных  организмов (ГМО) и устранение  тех, которые не были успешно  модифицированы.

Процесс синтеза генов  в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают  программы синтеза различных  нуклеотидных последовательностей. Такой  аппарат синтезирует отрезки  ДНК длиной до 100—120 азотистых оснований (олигонуклеотиды). Получила распространение техника, позволяющая использовать для синтеза ДНК, в том числе мутантной, полимеразную цепную реакцию. Термостабильный фермент, ДНК-полимераза, используется в ней для матричного синтеза ДНК, в качестве затравки которого применяют искусственно синтезированные кусочки нуклеиновой кислоты — олигонуклеотиды. Фермент обратная транскриптаза позволяет с использованием таких затравок (праймеров) синтезировать ДНК на матрице выделенной из клеток РНК. Синтезированная таким способом ДНК называется комплементарной (РНК) или кДНК. Изолированный, «химически чистый» ген может быть также получен из фаговой библиотеки. Так называется препарат бактериофага, в геном которого встроены случайные фрагменты из генома или кДНК, воспроизводимые фагом вместе со всей своей ДНК.

Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты — рестриктазы и лигазы, также являющиеся полезным инструментом генной инженерии. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор. За открытие рестриктаз Вернер Арбер, Даниел Натанс и Хамилтон Смит также были удостоены Нобелевской премии (1978 г.).

Техника введения генов в  бактерии была разработана после  того, как Фредерик Гриффит открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки.

Значительные трудности  были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клеток растений и животных. Однако в природе  наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и  с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Учёные исследовали особенности  внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического  материала в клетку. Такой процесс  получил название трансфекция.

Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или  культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и  их потомков (клонов), которые подверглись  модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцисты суррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детеныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения.

8. Наследственность  и среда

Итак, наследственность и  изменчивость лежат в основе не-прерывности жизни, т.е. непрерывность жизни обусловлена ге-нетически. Однако генетическая непрерывность жизни связана не только с наследственностью и ее изменчивостью. Она связана также со средой, в которой живут и развиваются организмы.

Условия среды, в которой  обитают организмы, не безраз-личны для них. До тех пор пока организм живет, его наслед-ственность взаимодействует со средой. Внешняя среда влияет на выражение наследственных признаков и обусловливает степень этого выражения. Взаимодействие наследственности и среды определяет, каким организм является в данный момент, и как он будет развиваться в будущем. Можно сказать, что наследственность предполагает, каким организм должен стать, но не каким он будет. То, каким организм получится в действительности, решается взаимодействием наследственности и среды.

Генотип — сумма генов  данного организма, его индивиду-альная генетическая конституция, которую он получает от своих родителей. Генотип относительно стоек на протяжении всей жизни индивида. Для взрослого человека характерен тот же генотип, который был присущ ему в период внутриутробного роста и развития, в детстве, отрочестве, юности.

Фенотип — сумма всех свойств и признаков данного орга-низма (размеры, форма, строение, масса, цвет, химический со-став, поведение и т.д.). В противоположность генотипу фенотип изменяется в процессе роста и развития организма на протяжении всей его жизни и различен в эмбриональном периоде, после рождения, во время полового созревания и т.д.

Генотип организма определяют путем наблюдения его влияния  на фенотип в конкретных условиях среды. Когда два или несколько  организмов растут и развиваются  в одинаковых условиях, но фенотипы их различны, то это означает, что такие организмы могут иметь различные генотипы. Строго говоря, фенотипы являются результатом взаимодействия различных ге-нов (компонентов генотипа) между собой и генотипа со средой. Поэтому нельзя думать, что организм или какие-либо признаки организма зависят только от генотипа или только от среды. Два одинаковых генотипа могут развиваться в разных условиях и дать разные фенотипы. Точно так же два разных генотипа могут развиваться в одинаковых условиях среды и дать различные фе-нотипы. Кроме того, если организмы, развивающиеся в сходных или одинаковых условиях среды, имеют близкие фенотипы, это еще не означает, что их генотипы подобны. В таких случаях часто имеет значение доминантность признаков, которая может осложнять установление генотипа.                  

Наиболее показательно взаимодействие наследственности и внешней среды  у однояйцовых (идентичных) близнецов, которые действительно имеют  одинаковые генотипы, вследствие чего одинаковы и их фенотипы. Многие наблюдения говорят о том, что  жизнь и воспитание идентичных близнецов  в неодинаковых условиях среды (разные семьи, разная микросреда и т.д.) всегда приводили к тому, что близнецы сохраняли физическое сходство, но различались между, собой по интеллекту и как личности. Примеры, касающиеся однояйцовых близнецов, являются одним  из решающих доказательств того, что  у человека, например, среда может  оказывать влияние на развитие умственных и психических способностей, которые  сами по себе детер-минированы генетически, и что наследственные задатки реали-зуются лишь в условиях определенной среды.

Итак, хотя фенотип нельзя свести только к генотипу или только к среде, различия в фенотипе могут  определяться разли-чиями в генотипе или среде, которые могут существовать и одновременно. Наследственность и среда постоянно взаимодей-ствуют, обусловливая свойства организмов. Это, однако, не означает абсолютного влияния среды на все признаки. Развитие некоторых из них настолько сильно ограничено генотипом, что они не модифицируются под воздействием ни одного из извест-ных факторов среды. Можно сказать, что эти признаки генетически очень узко детерминированы. Примером таких признаков являются группы крови и цвет глаз у человека. Одновременно существуют свойства, которые зависят только от внешней сре-ды, например уродства новорожденных в результате приема ядов или алкоголя беременными женщинами. Но такие признаки не имеют прямого отношения к наследственности.

Большое значение имеют вопросы, связанные с природой изменчивости организмов, отношением изменчивости к наследственности, ибо причиной различий между индивидами не всегда одинаково и, как уже было сказано выше, могут быть обу-словлены факторами и среды и наследственности (гены).                           

Нельзя найти пару организмов (кроме гомозиготных близнецов), которые были бы совершенно одинаковы фенотипически. В лесу, степи или на возделываемой делянке даже рядом растущие растения различаются между собой, поскольку они получают неодинаковые количества света, воды, минеральных веществ. Животные также отличаются друг от друга в пределах одного вида, так как никогда, к примеру, не получают точно одинакового количества корма. Следовательно, находясь в раз-ных условиях по отношению к питательным веществам, свету, температуре и другим внешним факторам, организмы даже с одинаковым генотипом всегда различаются между собой фенотипически. Такие различия между сходными по генотипу  орга-низмами получили название модификаций ненаследственной, или фенотипической изменчивости.

Однако различия между  организмами могут быть вызваны  и другими причинами. В одних  и тех же условиях кормления, климата  и т.д. щенок всегда вырастает  в собаку, а котенок — в кошку, поскольку организмы этих видов  имеют принципиально различные  генетические основы. Но в случае разных генотипов у индивидов одного и того же вида также будут иметь  место различия в признаках. Поэтому  изменчивость, детерминируе-мую наследственными факторами, называют наследственной, или г е н о т и п и ч е с к о й, изменчивостью. Ее возникновение связано с изменениями (мутациями) генов. Сочетание мутант-ных генов с немутантными или другими мутантными генами создает генотипическое разнообразие организмов, входящих в те или иные виды.

Выше уже подчеркивалось, что фенотип является резуль-татом взаимодействия генотипа и среды и что в формировании фенотипа одинаково важны как генотип, так и среда. Можно лишь добавить к этому, что фенотип организма с данным гено-типом формируется не только под влиянием факторов среды, действующих в данное время, но и тех факторов, которые существовали ранее. Если, например, говорить о человеке, то любой индивид с его физическими, анатомическими, физиологически-ми и психическими свойствами — продукт роста и развития, детерминируемых генотипами осуществляющихся в различных условиях среды, включая и социальные. Другими словами, каждый индивид представляет собой продукт взаимодействия его генотипа и среды.

Имея общие сведения о  взаимодействии наследственности и  среды, рассмотрим теперь возможности раздельного определения их влияния на фенотипические различия индивидов в пределах видов. При этом нельзя забывать, что оценка этих влияний сопряжена со многими трудностями и в каждом отдельном случае нуждается в специальном анализе. Тем не менее, практика сельского хозяйства, также экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что такое определение вполне возможно.