Самостоятельные работы. Генетика.

Литература:Биология. Соколова. Н.П. Андреева. И.И.

1.  Типы размножения. Строение клетки.

Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица всего живого;клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению , химическому составу, основным проявлением жизнедеятельности и обмену веществ;размножаются клетки путем деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; в многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы.

Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток: прокариотическая клетка ( у прокариот- бактерий и синезеленых водорослей) и эукариотическая клетка (у эукариот, то есть всех остальных одно - и многоклеточных организмов-растений, грибов и животных).

Бактерии размножаются путем простого деления. Деление бактериальной клетки начинается с деления мезосомы; затем две половинки мезосомы расходятся, увлекая за собой ДНК, последняя также делится на две части, из которых впоследствии образуются ядерные области двух дочерних клеток.

2.  Биологический синтез белка в клетке.

Биосинтез белков способны осуществлять все клетки любого организма. Начальный этап белкового синтеза – образование полипептидной цепи из отдельных аминокислот, расположенных в строго определенной последовательности. Порядок расположения аминокислот, т.е. первичная структура белка, определен последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК. От этой первичной структуры зависит и пространственная конфигурация белковой молекулы – ее вторичная и третичная структуры. Аминокислот входящих в состав белков, двадцать, а нуклеотидов – четыре. Каждая из аминокислот зашифрована последовательностью трех нуклеотидов, т. е. триплетом, который называется кодоном. Всего таких сочетаний (из4 по 3)может быть 64,т. е. значительно больше чем аминокислот. Каждый триплет шифрует одну аминокислоту ,но почти каждая из аминокислот может определятся более чем одним кодоном(от 2 до 6). Кроме кодонов, определяющих аминокислоты в молекуле ДНК есть специальные триплеты, ответственные за запуск(инициирующие) и остановку синтеза(терминирующие).Они выполняют функцию знаков препинания. Начало и конец синтеза РНК на матрице ДНК строго фиксированы ими.

Синтез и распад белков идут очень интенсивно. Синтез одной молекулы белка длится около 3-4 с. Таким образом, в живых клетках белки непрерывно обновляются. В клетке функционируют не все гены одновременно, а лишь те, чьи продукты необходимы в данный момент.

3.  Генетический код.

Генетическим кодом называется процесс перевода триплетной последовательности нуклеотидов молекулы ДНК в последовательность аминокислот в белковой молекуле. Одним из важнейших свойств генетического кода является его колинеарность - четкое соответствие между последовательностями кодонов нуклеиновых кислот и аминокислотами полипептидных цепей.

4.Генная инженерия- Область молекулярной генетики.

Разрабатывающая методы конструирования новых функционально активных генетических программ. Датой зарождения генетической инженерии принято считать 1972г, когда была создана первая рекомбинантная молекула ДНК.

Генетическая инженерия как метод конструирования генетических программ включает ряд сложных приемов, объединяющих усилия биохимиков, генетиков, микробиологов:

-синтез или выделение соответствующего гена(или генов).

-включение данного гена в вектор, обеспечивающий его размножение(клонирование).

-трансгеноз –перенос гена с помощью вектора в клетку-рециент и включение в нее геном.

-функционирование гена в клетке реципиенте(адаптация гена).

5.Наследственная обусловленность групп крови.

Одиночные или сцеплено наследуемые в виде постоянного сочетания антигены, которые передаются от родителей потомкам как наследственные единицы, называют группами крови.

Каждая группа крови наследуется как определенная генетическая еденица. В состав конкретной группы крови может входить один или несколько антигенов. Контроль каждой группы крови обусловлен действием генов одного локуса и его аллелями.

Совокупность групп крови, контролируемых аллелями одного локуса, образует систему крови. Каждой системе крови присваивают определенное буквенное обозначение. Системы групп крови подразделяют на простые сложные закрытые, открытые.

Если система содержит один-два антигена и имеет два аллеля –это простая система.

Сложная система характерна тем, что в нее входят три антигена и более, образующих комплексные группы.

Закрытые системы отличаются тем, что генотипы животных можно выявить по антигенам эритроцитов.

Открытые системы - это ситемы групп крови, при которых генотип животного можно установить по фенотипу только у некоторых гомозигот.

В основе наследственности систем и групп крови лежит действие одиночных генов или групп сцепления и их аллелей. Основным типом наследования является кодоминантная или доминантная передача антигенов от родителей потомкам.

6.Проблемы связи крови по группам и генетического полиформизма белков.

В работе с с/х животными направленная селекция приводит к формированию интеграции генных систем, имеющих приспособительное действие, в соответствии с целями селекции. На основании этого может формироваться связь между хозяйственно полезным признаком и генетическими факторами, проявляющими такие свойства как плейотропное действие генов, сцепленное наследование. Существует мнение, что имеет место так называемый маркерный эффект.

Маркерные гены либо могут находится в одной группе сцепления с генами контролирующими селекционный признак, либо сами непосредственно влияют на этот признак. Проблема пролучения и использования животных с маркерными генами групп крови и консолидации по ним генотипов выдающихся животных являетсяновым направлением в системе селекционной работы. При этом ставится вопрос о сздании комплексных генотипов, имеющих свойство маркера, но включающих как аллели групп крови, так и аллели полиморфных белков сыворотки крови.

Генетический полиформизм белков и ферментов проявляется в биохимических особенностях белковых и ферментных молекул. Полиформизм белковых и ферментных систем широко развит у животных разных видов и охватывает различные признаки. Биохимический полиморфизм проявляется в том, что синтезируемые белки и ферменты при полиформизиме их генетической системы проявляются в нескольких фенотипических состояниях, что обусловлено наличием в локусе множественных аллелей. Большая изменчивость аллельного состава локусов обеспечивает повышенное разнообразие синтезируемых белков, что расширяет биологическую приспособленность животных к условиям среды.

Проявление полиформизма таких важных биохимических систем как белки и ферменты, и их значение в жизнедеятельности животных послужило основанием для проведения поисков в целях выявления связи между локусами, генотипами и аллелями этих систем с продуктивностью, воспроизводительной функцией, резистентносью и другими хозяйственно ценными селекционируемыми признаками.

7. Трансплантация эмбрионов.

В условиях современной интенсивной технологии воспроизводства потомства успех такого биотехнического приема, как пересадка эмбрионов от высокоценных родителей-доноров в организм самки –реципиента, в значительной мере определяется иммунными взаимоотношениями всех участников в создании потомка, а именно: иммунными взаимоотношениями гамет отца и матери при оплодотворении, воздействием матери на зарождающийся эмбрион, взаимодействием трансплантированного эмбриона с организмом самки –реципиента. Поэтому знание иммунных процессов, определение иммунного статуса всех участников биотехнического комплекса в интенсификации воспроизведения будут определять эффект применяемого на практике метода пересадки эмбрионов.

8. Практическое применение иммунной генетики в животноводстве.

Иммунология стала необходимым элементом создающим научное обоснование для животноводства, в частности в биотехнологии воспроизведения и при проверке правильности записей о происхождении животных. Так, например выяснена иммунологическая основа процесса оплодотворения и обеспечения нормального эмбрионального развития потомства. Установлены иммунологические причины патологии этих процессов.

10. Аллельные и неаллельные гены. Типы их взаимодействия.

Аллельные гены - гены занимающие одно и то-же положение в гомологичных хромосомах и влияющие на развитие одних и тех же признаков. О взаимодействии аллельных генов следует помнить только тесли речь идет о гетерозиготных организмах.

Сверхдоминирование – у гибридов первого поколения наблюдается более сильное развитие признака чем у исходных родительских форм.

Полное доминирование - один аллель полностью подавляет действие другого

Неполное доминирование – оба аллеля и доминантный и рецессивный проявляют свое действие, т.е. доминантный аллель не полностью подавляет действие рецессивного аллеля (промежуточный эффект действия).

Кодоминирование - у гибридов первого поколения проявляются признаки того и другого предка, выраженные в равной степени и независимо друг от друга. По типу кодоминирования наследуются в частности, группы крови животных и человека.

Основные типы взаимодействия неаллельных генов.

Комплементарное действие генов-две независимые пары генов могут взаимодействовать таким образом, что ни один из доминантов не может вызвать соответствующего эффекта в отсутстие второго доминанта. Такие пары генов называют комплементарными (взаимодополняющими); в определении фенотипического эффекта действие каждого из них дополняет действие другого. Присутствие двух доминантов обусловливает появление одного признака, а противоположный признак возникает при отсутствии любого из них или обоих.

Эпистатическое действие генов - доминирование есть подавление одним аллелем действия другого. Но существует взаимодействие, при котором аллель одного из генов подавляет действие аллелей других генов. Такое явление называют эпистазом.

Эпистатическое взаимодействие генов по своему характеру противоположно комплементарному взаимодействию.

Гены, подавляющие действие других генов называют Супрессорами, Они могут как доминантными так и рецессивными.

Полимерное взаимодействие генов - это наиболее важная форма взаимодаействия неаллельных генов, так как с ней связано выяснение вопроса наследования количественных признаков .Полимерией называют такой тип взаимодействия генов, при котром на один признак действуют несколько пар неаллельных генов.

Накопление действия генов ,усиливающих развитие признака, когда действие их как бы суммируется и увеличение развития признака зависит от эффекта действия каждого из них. Такое действие генов называют аддитивным ( суммирующимся ), а сами гены усиливающие развитие признака – аддитивными. Следовательно, при аддитивном действии генов величина признака зависит от числа генов влияющих на усиление его развития.

Модифицирующее действие генов. Генами –модификаторами называют специфический тип генов, ослабляющих или усиливающих действие основного гена, влияющего на развитие определенного признака.

12.Генетика пола. Генетическое и цитологическое расстояние между генами

Половое размножение свойственно как растениям так и животным и обусловлено формированием гамет- мужских и женских гаплоидных клеток, которые соединяясь в процессе оплодотворения, дают начало диплоидным клеткам – зиготам. При скрещивании в результате процесса расщепления и комбинации генов в потомстве возможно выявление новых приспособительных сочетаний признаков. За счет полового размножения под контролем естественного отбора в наследственном фонде вида накапливаются сочетания генов, спосбствующие выживанию вида в данных условиях. Пол организма зависит от взаимодействия наследственной основы, полученной им от родителей, с условиями внешней среды, в которой происходит его развитие. Определение пола осуществляется у разных живых организмов на различных ступенях индивидуального развития.

13.Практическое использование хромосомной теории наследования.

14.Изменчивость и селекция.

Способность организмов изменяться под действием наследственных и ненаследственных факторов называется изменчивостью. Она определяет различия между признаками у особей одного вида, а также между особями одного или нескольких поколений, между родительскими особями и потомками.

Виды наследственности:

Онтогенетическая – совокупность последовательных изменений признаков и свойств особи в процессе ее индивидуального развития (онтогенеза).В онтогенезе особи происходит реализация наследственной информации полученной от родителей путем последовательного совместного действия комплекса генов. В результате у животного или растения формируются органы, признаки и свойства характерные для данного вида и присущие только данным особям. В процессе онтогенеза каждый признак формируется самостоятельно, но в строгом соответствии с генетически детерминированным общим планом развития данной особи.

Комбинативная – новые наследственные сочетания признаков у потомства возникают в результате перекомбинации признаков отцовской и материнской форм. Этот вид изменчивости широко используют в животноводстве, при создании новых сортов с/х растений. Причиной комбинативной изменчивости может быть кроссинговер определяющий перекомбинацию генов в группах сцепления родительских хромосом. В процессе оплодотворения происходит слияние отцовской и материнской половых клеток, объединение в организме потомка наледственной информации родительских форм. В онтогенезе особи признаки родительских форм проявятся в самых различных сочетаниях. В племенном деле, в селекции растений зачастую скрещивают родительские формы с альтернативными признаками.

Мутационная – наследственные изменения отдельных признаков и свойств или комплекса их, которые возникают в результате воздействия мутагенных факторов на наследственный аппарат клетки .Под влиянием мутагенов изменяется наследственная информация о развитии соответствующего признака. Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом, а организм, у которого мутировал тот или иной признак – мутантом. Мутации могут возникать случайно( спонтанно) или могут быть вызваны воздействием на животное или растение различными мутагенами (индуцированные мутации).

Индуцированная мутационная изменчивость используется в селекции растений и в пушном звероводстве.

Коррелятивная – в зависимости от изменчивости или степени развития другого признака коррелятивная (соотносительная) изменчивость может положительной или отрицательной. Коррелятивная изменчивость оказывает существенное влияние на онтогенетическую, комбинативную и мутационную изменчивость. Ее влияние распространяется и на степень и характер ненаследственной, модификационной изменчивости.

Модификационная - неаследственное изменение признака или свойства в онтогенезе может происходить в результате влияния внешних условий. Формирование каждого органа или признака и свойства контролируется совокупностью генов, но протекает в конкретных условиях внешней среды, которые оказывают существенное влияние на степень и характер реализации наследственной информации. Характерной особенностью модификационной изменчивости является соответствие условиям ее вызывающим(адекватность).Она, как правило носит приспособительный характер. Степень и характер модификационной изменчивости контролируется генотипом особи, нормой реакции генотипа на условия внешней среды.

Создание оптимальных условий для реализации наследственной информации данного генотипа особи – основа повышения продуктивности животных. Модификационная изменчивость не наследуется ,но возможны длительные модификации, то есть изменчивость количественных признаков, сохраняющаяся в ряду поколений при сохранении условий определивших их появление. Большое влияние на проявление длительных модификаций оказывают состояние здоровья и воспроизводительные способности материнской особи, что следует учитывать при разведении животных.

Морфозы – резкие изменения в строении органов и проявлении признаков принято называть морфозами. Причинами их бывают нарушения процесса ортагенеза в эмбриональный период онтогенеза. Морфозы не наследуются, чаще всего носят патологический характер.

15. Мутации. Виды и характеристики.

Мутация – наследственные изменения признака, органа или свойства, обусловленные изменениями наследственных структур. Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом. Мутагенез может быть спонтанным и индуцированным когда мутации вызывают искусственно, воздействуя на организм специальными факторами называемыми мутагенами.

Мутации – закономерное генетическое явление характеризуемое следующими особенностями:

1. Мутационные изменения обусловлены изменением наследственных структур в половых или соматических клетках и могут воспроизводится в поколениях, то есть являются наследственными.

2. Мутации возникают внезапно у единичных особей, носят случайный, ненаправленный характер, могут быть рецессивными и доминантными.

3. Мутации могут идти в разных направлениях, затрагивать несколько признаков и свойств, могут быть полезными, ценными или вредными.

4. Одни и те же мутации могут возникать повторно.

В зависимости от того. изменением каких наследственных структур обусловлена мутация, принята их следующая классификация:

Полиплоидная – геномная мутация обусловленная изменением числа хромосом в клетках, а также процесс возникновения или создания геномных мутантов (полиплоидов). В зависимости от того в каких клетках происходит изменение числа хромосом, различают соматическую, мейотическую или зиготную полиплодию.

Полиплодия –явление широко распространенное в природе, особенно среди растительных организмов.

Гаплодия – геномная мутация в результате которой возникают гаплоиды – организмы с редуцированным (одинарным) числом хромосом. В клетках гаплоидов содержится только половина соматического набора хромосом (n) ,присущего данному виду, то есть такое же число хромосом как и в нормальных клетках – гаметах.

Эуплодия (истинная полиплодия) – геномная мутация в результате которой возникают эуплоиды – организмы в клетках которых содержится более двух гаплоидных наборов хромосом одного вида или происходит соединение и кратное увеличение хромосомных наборов разных видов. Различают автополиплодию и аллополиплодию.

Автополиплодия - процесс возникновения автополиплоидов - организмов, в клетках которых содержится более гаплоидных наборов хромосом присущих данному виду. В зависимости от гаплоидных наборов различают триплоиды, в клетках которых содержится 3n число хромосом ,тетраплоиды 4n, пентаплоиды 5n и т. д.

Аллополиплоидами называют растения в кариотипе которых содержатся удвоенные наборы хромосом разных видов и родов. Они могут возникать в природе или могут быть получены искусственным путем при удвении числа хромосом у межвидовых или межродовых гибридов. Аллоплоиды, созданные в результате удвоения числа хромосом у растений полученных от скрещивания особей называются амфидиплоидами. Если аллополиплоид содержит удвоенные числа хромосом тре видов или родов его называют аллотриплоидом.

Гетероплоидами или анеуплоидами называют организмы число хромосом у которых некратное гаплоидному. Гетероплоидию в генетике растений используют для определения групп сцепления генов, в селекции – для получения межсортовых замещенных линий и создания так называемых дополнительных линий.

Генными или точковыми мутациями называют изменения структуры молекулы ДНК на участке определенного гена, кодирующего синтез соответствующей белковой молекулы.

Изменения в строении хромосом и генов обусловливают изменение свойства, признака или органа у конкретной особи - у вируса. бактерии, растения, животного или человека. Мутации по фенотипическому проявлению классифицируют на :

Морфологические-наследственные изменения в строении органов или отдельных признаков У растений –изменение окраски листа, цветка соцветия, строения и размера листовой пластинки, формы и окраски плодов и семян. У животных – изменение окраски меха, коротконогость, отсутствие шерстного покрова или опорения.

Физиологические мутации – обусловливают понижение или повышение продуктивности или жизнеспособности особи, устойчивость или восприимчивость к болезням, факторам внешней среды. К физиологическим мутациям относят также летальные и сублетальные мутации.

Биохимические – изменения характера обмена веществ в организме, нарушающие или изменяющие синтез веществ, особенно ферментов, структурных белков, аминокислот, углеводов и других веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности.

В зависимости от того какие органы затронуты мутагенезом различают соматические и генеративные мутации.

Генеративные мутации – происходят в половых клетках или зиготе. В этом случае мутации передаются потомству при половом размножении, если они не обусловливают бесплодие.

Соматические мутации – возникают в любых клетках или органах животного или растения и при половом размножении, если они не затрагивают воспроизводительную систему, потомству не передаются.

16.Селекция - принципы, факторы.

Предмет исследования селекции составляют специфические закономерности эволюции культурных растений и с/х животных, направляемые человеком. Селекция разрабатывает научные основы создания новых и усовершенствование существующих пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Основные методы селекции включают отбор, гибридизацию, полиплодию и мутагенез.

Успех селекции зависит от многих факторов: быстроты размножения исходного материала растений и животных ; количества приплода ; способности к легкому скрещиванию родительских пар. Имеют значение и признаки исходного материала, большое разнообразие в нем, материальные расходы на селекционную работу и пр. Для селекционной оценки используют такие качества пород и сортов как высокая продуктивность, устойчивость к заболеваниям и вредителям, приспособленность к интенсивной технологии.

Как правило, сорта и породы наиболее продуктивны в районах, для которых они специально выведены.

Сущность селекции животных состоит в сохранении, усилении и комбинировании у потомства ценных и в устранении нежелательных качеств.

Отбор родительских пар совершается в зависимости от цели (повышение молочности, жирности молока, качества мяса и т. д.).Разводимые животные оцениваются по фенотипу, происхождению и по качеству их потомства.

Основной способ получения наследственного разнообразия при селекционной работе с животными – скрещивание. Оно может быть родственным или неродственным. Родственное скрещивание _инбридинг – между братьями и сестрами или между родителями и потомством применяется когда селекционер хочет большинство генов данной породы привести в гомозиготное состояние. Это скрещивание сопровождается строгим отбором по необходимым качествам и чаще всего приводит к ослаблению животных, уменьшению устойчивости к действию внешних факторов, к заболеваниям и т. д. Для устранения этих неблагоприятных последствий используется скрещивание различных линий и пород. Ценность родственного скрещивания заключается в том, что позволяет закрепить в породе полезные качества. Неродственное скрещивание в границах породы или между породами, сопровождаемое строгим отбором ведет к поддержанию полезных качеств и к усилению их в последующих поколениях.

18.Гетерозис - превосходство потомства первого поколения над родительскими формами по жизнеспособности ,выносливости, продуктивности, возникающее при скрещивании разных рас, пород животных, зональных типов.

Основными показателями гетерозиса являются повышение эмбриональной и постэмбриональной жизнеспособности ;снижение затрат корма на единицу продукции; повышение скороспелости, плодовитости, продуктивности; проявление более широких возможностей приспособления к смене условий и новым элементам технологии.

Проблема получения и усиления эффекта гетерозиса до конца не решена. Основным непреодоленным препятствием является утрата гетерозисного эффекта во втором поколении, то есть гетерозис ,полученный в первом поколении, не закрепляется, а утрачивается в последующих поколениях при разведении помеси «в себе».