Основы генетики

Основы генетики

Генетика– наука о закономерностях и наследственности и изменчивости живых организмов зародилась в 1900 г. Наследственность – это всеобщее свойство живых организмов передавать свои свойства и признаки из поколения в поколение. Изменчивость – свойство живого организма приобретать в процессе индивидуального развития новые по сравнению с другими особями того же вида признаки. Элементарной единицей наследственности является ген, представляющий собой участок молекулы ДНК, в котором закодирована информация о структуре одного белка.

Закономерности наследования признаков при половом размножении впервые установил чешский ученый Грегор Мендель. Мендель разработал новый метод изучения наследственности – гибридологический – это анализ потомства от каждого гибридного организма. Суть этого метода состоит в скрещивании (т.е. гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам. Поскольку потомков от таких скрещиваний называют гибридами, то и метод получил название гибридологического.

Одна из особенностей метода Менделя состояла в том, что он использовал для экспериментов чистые линии, т.е. растения, в потомстве которых при самоопылении не наблюдалось разнообразия по изучаемому признаку. (В каждой из чистых линий сохранялась однородная совокупность генов). Другой важной особенностью гибридологического метода было то, что Мендель наблюдал за наследованием альтернативных (взаимоисключающих, контрастных) признаков.

Гибридологический метод лежит и в основе современной генетики.

В том случае, когда родительские организмы отличаются друг от друга по одному изучаемому признаку, скрещивание называют моногибридным.

Если у гибридов первого поколения проявился признак только одного родителя, то такие признаки Мендель назвал доминантными. Признаки, не проявляющиеся у гибридов первого поколения, он назвал рецессивными. В потомстве гибридов Мендель обнаружил единообразие первого поколения, т.е. все гибридные семена имели одинаковую окраску. В опытах, где скрещивающиеся сорта отличались и по другим признакам, были получены такие же результаты: единообразие первого поколения и доминирование одного признака над другим. В дальнейшем это явление получило название первого закона Менделя.

Гены, ответственные за проявление одного признака, получили название аллельных генов. Если организм содержит два одинаковых аллельных гена, то такие организмы называют гомозиготными. Если аллельные гены различны, то такие организмы называют гетерозиготными. Чистые линии образованы только гомозиготными растениями, поэтому при самоопылении они всегда воспроизводят один вариант проявления признака.

Явление, при котором скрещивание приводит к образованию части потомства с доминантным, а части – с рецессивным признаком, получило название расщепления. Основываясь на полученных результатах, Мендель сформулировал свой второй закон – закон расщепления. В потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения наблюдается явления расщепления: четверть особей из гибридов второго поколения несет рецессивный признак, три четверти – доминантный.

Закон чистоты гамет. Для того чтобы объяснить, какие клеточные механизмы могут лежать а основе правила единообразия гибридов первого поколения и правила расщепления, Мендель предположил, что в каждой клетке организма находятся по два «элемента наследственности», отвечающих за каждый определенный признак. К клетках гибридов первого поколения, хотя они имеют только желтые семена, все равно присутствуют оба «элемента», отвечающие и за желтый, и за зеленый цвета горошин: один – от материнского, а другой – за отцовского растения. Только один из них проявляет свой эффект (доминирует), а второй – нет. Откуда же во втором поколении проявляются растения с зелеными горошинами? Связь между поколениями обеспечивается через половые клетки – гаметы. Значит, каждая гамета ( в отличие от клеток тела или соматических клеток) содержит только один «элемент наследственности» из двух имеющихся в соматических клетках – желтого или зеленого цвета горошин. Таким образом, Мендель сформулировал закон чистоты гамет: при образовании гамет в каждую из них попадает только один из двух «элементов наследственности», отвечающих за данный признак.

Из опытов Менделя пол моногибридному скрещиванию, помимо закона чистоты гамет, следует также, что гены передаются из поколения в поколение, не меняясь.

Установив закономерности наследования одного признака (моногибридное скрещивание), Мендель начал изучать наследование признаков, за которые отвечают две пары аллельных генов. Скрещивание, в котором участвуют особи, отличающиеся по двум парам аллелей, называют дигибридным скрещиванием.

Поскольку каждый организм характеризуется очень большим числом признаков, а число хромосом ограничено, то каждая из них должна нести большое число генов. Результаты дигибридного скрещивания зависят от того, лежат ли гены, определяющие рассматриваемые признаки, в одной хромосоме или в разных. При дигибридном скрещивании Мендель изучал наследование признаков, за которые отвечают гены, лежащие в разных хромосомах.

Если в дигибридном скрещивании гены находятся в разных парах хромосом, то пары признаков наследуются независимо друг от друга.

Третий закон Менделя формулируется так: расщепление по каждой паре генов идет независимо от других пар генов.

Группы сцепления. Число генов у каждого организма гораздо больше числа хромосом, следовательно, в одной хромосоме расположено много генов.

Большую работу по изучению наследования неаллельных генов, расположенных в паре гомологических хромосом, выполнили американский ученый Морган и его ученики. Ученые установили, что гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно, или сцепленно. Группы генов, расположенные в одной хромосоме, называют группами сцепления. Сцепленные гены расположены в хромосоме в линейном порядке. Число групп сцепления у генетически хорошо изученных объектов равно числу пар хромосом, т.е. гаплоидному числу хромосом. У человека 23 пары хромосом и 23группы сцепления у гороха 7 пар хромосом и 7 групп сцепления и т.д. Было установлено, что кроме таких обычных гамет, возникают и другие, новые