ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ГЕНЕТИКИ И ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА.

1. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ГЕНЕТИКИ И ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА. Тема 1. Предмет, задачи и методы общей генетики и антропогенетики. Основные понятия генетики Генетика– наука о наследственности и изменчивости организмов. Антропогенетикаизучает явления наследственности и изменчивости у человека. Задачи генетики 1.Познание закономерностей наследственности и изменчивости: а) выяснение структуры генома; б) изучение механизмов активации генов; в) изучение механизмов передачи и реализации наследственной информации. 2.Изыскание путей практического использования этих закономерностей: а) в селекции растений и животных; б) в медицинской генетике; в) в популяционной генетике; г) в молекулярной генетике (генетической инженерии).

2. Методы генетики В основе современной генетики лежит метод гибридологического анализа, предложенный Г. Менделем. Метод основан на скрещивании родительских пар, которые анализируются по отдельным альтернативным признакам. Проводится точный учет вероятности рождения потомков с анализируемыми признаками на основе статистического математического метода анализа. В генетике человека (антропогенетике) метод гибридологического анализа не используется, а разработан ряд других методов, например: генеалогический – изучение родословных биохимический – изучение нарушений обмена веществ, которые приводят к патологическому состоянию и могут передаваться по наследству цитогенетический – микроскопическое изучение структуры хромосом и ряд других методов.

3. Основные понятия генетики Наследственность – это свойство передавать по наследству признаки и особенности развития своему потомству. Изменчивость– это свойство изменять наследственные факторы и их проявление в процессе развития организмов. В результате изменчивости проявляются различия между особями в пределах одного вида. Ген – это элементарная единица наследственности. Ген представляет собой отрезок молекул ДНК (РНК), которая несет информацию о первичной структуре белка, а также тРНК и рРНК. Генотип – совокупность всех генов в соматической клетке (диплоидный набор). Является наследственной программой развития организма. Фенотип – совокупность внутренних и внешних признаков организма. Формируется под влиянием генотипа и условий внешней среды. Геном– совокупность всех генов в половых клетках, т.е. гаплоидного набора хромосом. Генофонд– совокупность всех генов у особей конкретной популяции или вида.

4. Альтернативные признаки – это признаки, противоположные по своему значению ( зеленый горох – желтый горох, голубые глаза – карие глаза и т.д.). Аллельные гены – это гены, расположенные в одинаковых местах (локусах) гомологичных хромосом и отвечающие за развитие альтернативных признаков. Например, если в качестве анализируемого признака взять окраску семян гороха, то аллельные гены детерминируют (определяют) следующие альтернативные признаки: а – зеленая окраска гороха А – желтая окраска гороха Генотип Фенотип АА, Аа Желтая окраска семян аа Зеленая окраска семян Множественные аллели – это существование не двух аллелей одного гена, а больше ( три, четыре и т.д. ). Возникают множественные аллели в результате мутации одного и того же локуса в хромосоме.

5. Гомозиты– это особи, у которых в обоих гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллельные гены (аа, АА). Они дают только один тип гамет( А, или а) Гетерозиготы– это особи, у которых в гомологичных хромосомах находятся разные аллельные гены (Аа). Они образуют два типа гамет ( А и а ) Доминантный ген – явление, когда аллель одного гена проявляется в гомозиготном и гетерозиготном состоянии АА, Аа. Доминантный ген обозначается большой буквой алфавита (например, А). Рецессивный ген – это ген, который не проявляется в присутствии доминантного гена. Обозначается малой буквой (например, а). Он проявляется только в гомозиготном состоянии (аа).

6. Тема 2. Закономерности наследования при моногибридном и полигибридном скрещивании. Их статистический характер Моногибридное скрещивание – это скрещивание, при котором родительские особи анализируются по одной паре альтернативных признаков. Схема скрещивания или брака записывается с помощью определенных символов МЕНДЕЛЯ: 1) для обозначения родителей используется буква Р (лат. Parentеs – родители) 2) женский генотип записывается первым и имеет символ ♀ , мужской генотип имеет символ ♂. 3) скрещивание или брак обозначаются знаком умножения (х). потомство, получающееся после скрещивания или брака обозначается буквой F. (лат. Filii – дети).

7. І Закон Менделя (закон единообразия гибридов первого поколения): При скрещивании гомозиготных особей, отличающихся одной парой альтернативных признаков, все потомство в первом поколении единообразно как по фенотипу, так и по генотипу. У гибридов проявляются доминантные признаки подителей. Р.: ♀АА х ♂ аа Гаметы А а F.1 Аа

9. ІІ Закон Менделя (закон расщепления): При моногибридном скрещивании герерозиготных особей (гибридов F1) во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в отношении 3 : 1 и по генотипу 1 : 2 : 1. Р.: ♀ Аа х ♂ Аа Гаметы А, а А, а F.1 АА, Аа, Аа, аа

10. II закон Менделя Закон расщепления: «при скрещивании двух потомков первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом соотношении: по фенотипу 3:1, по генотипу1:2:1»

11. Анализирующее скрещивание. Особи с генотипом АА и Аа имеют одинаковый фенотип. Для того, чтобы определить какой генотип имеют особи с одинаковым фенотипом, применяют анализирующее скрещивание. При этом особи, генотип которых следует определить, скрещивают с особями, гомозиготными по рецессивному гену (т.е. имеющими генотип аа). Если в результате такого скрещивания образуются два типа потомков, т.е. произойдет расщепление 1 :1, то исходная родительская особь была гетерозиготной (Аа) и продуцировала два сорта гамет - А и а : Р.: ♀ Аа х ♂ аа Гаметы А, а а F.1 Аа , аа 50% : 50%

12. Если в результате такого скрещивания образуется один тип потомков, т.е. расщепления не произойдет, и все потомки будут схожими на анализируемую особь как генотипически, так и фенотипически, то исходная родительская особь была гомозиготной (АА) и продуцировала один сорт гамет - А: Р.: ♀АА х ♂ аа Гаметы А а F.1 Аа

13. Дигибридное скрещивание - родительские особи анализируются по двум парам альтернативных признаков . ІІІ Закон Менделя (закон независимого наследования и комбинирования признаков ): При скрещивании гомозиготных особей, которые отличаются двумя парами альтернативных признаков, во втором поколении F2 наблюдается независимое наследование и комбинирование признаков (если гены, которые отвечают за эти признаки, расположены в разных гомологичных хромосомах).

14. III закон Менделя Закон независимого комбинирования: «при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях».

15. Например, Г.Мендель анализировал у семена гороха по двум парам альтернативных признаков - цвет семян ( желтый и зеленый ) и форму семян ( гладкая и морщинистая ) А - желтый цвет семян гороха В - гладкая форма семян гороха а - зеленый цвет семян гороха в - морщинистая форма семян Р.: ♀ААВВ х ♂ аавв Гаметы АВ ав F.1 АаВв ( 100% )

16. При скрещивании гибридов I поколения Г.Мендель обнаружил: • признаки наследуются независимо ( цвет семян гороха наследуется независимо от формы ), • появляются в F.2 потомки с комбинированными признаками ( т.е. исходные фенотипические формы были желтые гладкие и зеленые морщинистые , • F.2 получили - желтые гладкие и зеленые морщинистые, • а также комбинированные формы - желтые морщинистые и зеленые гладкие. • Напишем генотипы, используя решетку Пеннета:

17. Р.: ♀АаВв х ♂ АаВв Гаметы: АВ,ав,Ав,аВ АВ,ав,Ав,аВ F.2:

18. Тема 3. Взаимодействие генов Взаимодействие аллельных генов Аллельные гены – это гены, расположенные в одинаковых местах (локусах) гомологичных хромосом. Они отвечают за развитие какого-либо признака. Взаимодействие аллельных генов происходит тольков гетерозиготном состоянии (Аа). Варианты взаимодействия аллельных генов: 1) Полное доминирование. Проявляется в тех случаях, когда один аллель гена (доминанта) полностью скрывает присутствие другого (рецессивного) аллеля. Например: А – карие глаза а – голубые глаза Человек с генотипом Аа имеет карие глаза.

19. 2) Неполное доминирование. При неполном доминировании фенотип гибридов первого поколения (Аа) отличается от фенотипа родительских особей (АА) и (аа). Проявление признака является промежуточным по сравнению с родительскими формами. Например, при скрещивании гомозиготных растений с красными (АА) и белыми (аа) цветками у гибридов первогопоколения цветки оказываются розоывми (Аа).

20. Неполное доминирование

22. Неполное доминирование

23. Генотип и фенотип Рассматривая результаты самоопыления гибридов F2(второе поколение), мы обнаружили, что растения, выросшие из желтых семян, будучи внешне сходными, или, как говорят в таких случаях, имея одинаковый фенотип, обладают различной комбинацией генов, которую принято называть генотипом. Явление доминирования приводит к тому, что при одинаковом фенотипе особи могут обладать различными генотипами. Понятия «генотип» и «фенотип», которые ввел В. Иоганнсен, очень важны в биологии: • Совокупность всех генов организма составляет его генотип. • Совокупность всех признаков организма, начиная с внешних и кончая особенностями строения и функционирования клеток и органов, составляет фенотип. • Фенотип формируется под влиянием генотипа и условий внешней среды.

24. ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ Далеко не всегда гетерозиготные организмы по фенотипу точно соответствуют родителю, гомозиготному по доминантному гену. Случаи, когда гетерозиготные потомки имеют промежуточный фенотип, называют неполным доминированием. Неполное доминирование ни в коей степени не отменяет закон расщепления, но при неполном доминировании в потомстве гибрида (F2) расщепление по фенотипу и генотипу совпадает, поскольку гетерозиготные особи (Аа) отличаются по внешнему виду от гомозигот (АА). Неполное доминирование или, как еще говорят, промежуточное проявление признака широко распространено в природе.Причины, приводящие к доминированию одного аллеля над другим, до сих пор еще не ясны. Однако ясно, что это не только следствие свойств гена, но и результат действия внешних условий, которые могут повлиять на степень доминирования.

25. 3) Кодоминирование– это явление, когда в гетерозиготном состоянии проявляются признаки обоих генов. Например, каждый из аллельных генов кодирует определенный белок и у гетерозиготного организма синтезируются они оба. По типу кодомирования у человека наследуется четвертая группа крови ( 1А 1В).

26. Схема наследования групп крови по системе АВО.

27. Тема 4. Наследование групп крови системы АВО и системы резус - фактор Система групп крови АВО наследуется по типу множественных аллелей. В пределах этой системы имеется четыре фенотипа: группа I (О), группа II (А), группа III (В) , группа IV (АВ). Каждый из этих фенотипов отличается специфическими белками- антителами, содержащимися в эритроцитах, и антителами – в сыворотке крови. Установлено, что четыре группы крови человека обусловлены наследованием трех аллелей одного гена (IA. IB. IO ) IA, IB – доминантные аллели , IO - рецессивный аллель.

28. Наследование резус-фактора. В 1940 г. у макак-резус из эритроцитов был выделен белок-антиген, получивший название резус-фактора (Rh - фактор). В дальнейшем он был обнаружен и у людей.Около 85% европейцев имеют его, т.е. являются резус – положительными (Rh+), а у 155 резус – отрицательніх (КР-) он отсутствует. Rh+ - обусловлен доминантными генами, Rh- -рецессивными. Резус- положительный фенотип может быть представлен двумя генотипами: Rh+Rh+ и Rh+Rh-. Резус-отрицательный фенотип представлен одним генотипом : Rh-Rh-.

29. Р Rh+ Rh+ х Rh- Rh- Гаметы Rh+ Rh- F ₁ Rh+Rh- Опасность вызывает ситуация, когда у женщины резус-отрицательный фактор, а у ее мужа резус-положительный (гомозиготный), ребенок наследует резус-положительный фактор: Р Rh- Rh- х Rh+ Rh+ Гаметы Rh- Rh+ F₁ Rh+ Rh- При этом первая беременность может закончиться вполне благополучно, но в кровяное русло матери попадают белки – антитела плода и в крови женщины появляются антитела к Rh+ фактору. При повторной беременности эти антитела проникают в кровь и вызывают разрушение эритроцитов – возникает резус-конфликт матери и плода. В результате погибают недоношенные эмбрионы, наблюдаются мертворождения. В связи с вышеизложенным, переливание крови человеку производится в соответствии с группой крови по системе АВО и резус-фактором.

30. Взаимодействие неаллельных генов Неаллельные гены - это гены, которые расположены в негомологичных хромосомах. Взаимодействие ежду неаллельными генами происходит в том случае, если они отвечают за развитие одного какого-либо признака. 1) Комплементарность(или комплементарное действие) проявляется тогда, когда действие одного гена дополняется действием другого, т.е. для формирования признака необходимо наличие в генотипе двух доминантных неаллельных генов. Например, у душистого горошка окраска венчика цветка обусловлена наличием двух доминантных генов А и В. В отсутствие одного из них цветки белые (Аавв, ааВВ).

32. Комплементарное взаимодействие генов у человека можно показать на следующем примере. Нормальный слух обусловлен двумя доминантными неаллельными генами D и Е, из которых один определяет развитие улитки, а другой слухового нерва. Нормальный слух имеют люди с генотипом: DDEE. DdEe. DDEe/ Глухие люди имеют генотипы: Ddee. Ddee. DdEE. DdEe. Ddee.

35. 2) Эпистаз. Под эпистазом понимают угнетение неаллельным геном (эпистическим) действия другого неаллельного гена (гипостатического). Если эпистатическим действием обладает доминантный аллель, говорят о доминантном эпистазе (А > В). При рецессивном єпистазе такое действие проявляют рецессивніе аллели в гомозиготном состоянии (а > В). У человека изучен один вид эпистаза. Это рецессивный эпистаз, так называемый «бомбейский феномен». Как известно, группы крови по система АВО обусловлены наследованием трех аллелей одного гена (1А, 1В, 1О). В зависимости от их сочетания формируются четыре группы крови: I - IО IО II - IA IA, IAIO III - IB IB IB IO IV - IА IB Однако существует редкий эпистатический ген (), который в гомозиготном рецессивном остоянии подавляет все доминантные аллели групп крови. Вследствие этого у людей, имеющих этот ген, фенотипически проявляется первая группа крови. Например, IA IA у всех людей, имеющих такие генотипы, будет проявляться 1 группа крови, т.к. их активность блокируется эпистатическим геном в гомозиготном рецессивном состоянии (). IA IАЭ , IА IО, IB IВ, IВ IО

36. Эпистаз

37. Полимерия. Явление, при котором признак зависит от суммы совокупного действия нескольких неаллельных генов. Причем, чем больше доминантных генов, тем сильнее проявляется признак. Полимерные гены принято обозначать одной буквой латинского алфавита с указанием цифрового индекса. Пример полимерного действия генов у человека – пигментация кожи: А1А1 А2А2 - черная кожа А1А1 А2а2 - темная А1А1 а2а2 - смуглая А1а1 а2а2 - светлая а1а1 а2а2 - белая. Кроме того, полимерными генами у человека определяются количественные признаки: рост, масса тела, артериальное давление, устойчивость к инфекционным заболеваниям, гастрит. Полное доминирование проявляется в тех случаях, когда один аллель гена (доминанта) полностью скрывает присутствие другого (рецессивного) аллеля.

38. Полимерия

40. Тема 5. Генетика пола: генетическое определение пола, его механизмы и типы. Аномалии развития, обусловленные дисбалансом половых хромосом Принадлежность к определенному полу - важная особенность генотипа особи. При изучении строения хромосом в клетках животных у человека было установлено, что организмы разных полов различаются по набору хромосом. У всех млекопитающих (в том числе у человека), у дрозофилы и многих других видов животных женские особи в соматических клетках имеют парные гомологичные хромосомы (ХХ), а мужские организмы имеют Х- и У-хромосомы. Хромосомы, по которым отличаются самки от самцов называются половыми, а все остальные хромосомы (одинаковые у мужских и женских особей) - аутосомами. Пол, имеющий одинаковые половые хромосомы (ХХ) называются моногометным, т.к. образует один тип гамет, а пол с различными половыми хромосомами (ХУ), при котором образуется два типа гамет, называется гетерогаметным.

41. Хромосомный механизм определения пола. Первый тип. Р 2АХХ*2АХУ Гаметы АХ АХ АУ F 2АХХ 2АХУ Представители: млекопитающие, ракообразные, большинство насекомых и другие животные. Второй тип: Р 2AZW* 2AZZ Гаметы AZ AW AZ F 2AZZ 2AZW Представители: птицы, пресмыкающиеся, некоторые земноводные и рыбы, часть насекомых (бабочки). Третий тип: Р 2АХХ*2АХО Гаметы АХ АХ АО F 2АХХ 2АХО Представители: водяной клоп, кузнечик и другие. Четвертый тип: Р 2АХХ* АХ Гаметы АХ АХ F 2АХХ АХ Представители: пчелы, муравьи (самки диплоидны, самцы гаплоидны).

42. Тема 5. Сцепленное с полом наследование Признаки, которые кодируются генами, локализованными в половых зромосомах, получили название сцепленных с полом. Различают Х- сцепление и У – сцепленное наследование. Признак, сцепленный с полом, обозначается буквой латинского алфавита вместе с соответствующей половой хромосомой. Например, ХА (Хª) или УВ (Ув). Женский пол может быть по данному признаку либо гомозиготным (ХªХª,ХАХА), либо гетерозиготным (ХАХª). Мужской пол может быть лишь гомозиготным, поскольку вгенотипе мужчины имеется только одна Х- хромосома и поэтому может проявиться как доминантный (ХАУ), так и рецессивный (ХªУ) аллель.

44. Наследование признаков, сцепленных с Х-хромосомой – ГЕМОФИЛИЯ и ДАЛЬТОНИЗМ Если ген локализован в Х-хромосоме, то он передается только от отца к дочери, а от матери – как сыну, так и дочери. Различают сцепленные с Х-хромосомой рецессивные и доминантные признаки. К рецессивным относятся гемофилия - нарушение свертываемости крови) – Хh, дальтонизм (нарушение цветового зрения) – Хd и другие. Здоровые женщины, имеющие в одной Х-хромосоме рецессивный ген болезни называются носительницами. При браке со здоровым мужчиной они могут передать ген болезни сыну, у которого болезнь фенотипически проявиться и дочери, которая будет фенотипически здорова, но носительницей гена болезни: Р: XHXh x XHY Гаметы : XH , Xh XH ,Y F : XHXH, XHXh, XHY, XhY

45. Тема 6. Сцепление генов МОРГАНА. Хромосомная теория наследственности В каждой хромосоме локализовано много генов. Гены, локализованные в одной хромосоме называются группой сцепления. Они наследуются совместно. У каждого вида организмов число групп сцепления равняется числу пар хромосом. Например, у человека 23 пары хромосом и 23 группы сцепления (у женщин) и 24 (у мужчин, т.к. они имеют разные половые хромосомы. Закономерности сцепленного наследования генов были изучены Т.Морганом и его учениками в начале 20-х годов ХХ столетия.

46. Варианты сцепления генов и их наследование. 1. Полностью сцепленное наследование. Наблюдается , когда гены расположены очень близко и между ними не происходит кроссинговера. Тогда соответствующие признаки у потомков развиваются одним блоком. Примером тесного сцепления генов у человека может служить наследование резус-фактора. Оно обусловлено тремя парами генов С, Д и К, тесно сцепленных между собой. Для обозначения таких генов предложена своеобразная запись генотипов. Например, генотип гетерозиготы АаВв, если известно, что доминантные гены расположены в одной хромосоме, а рецессивные в другой, записывается так: АВ. Две параллельные линии ав символизируют пару гомологичных хромосом. В этом случае образуется 2 типа гамет: АВ, ав в равных количественных соотношениях (по 50%).

47. 2. Частично сцепленное наследование. Наблюдается , когда гены, находящиеся в одной хромосоме во время мейоза при конъюгации хромосом, обмениваются идентичными участками - результат кроссинговера. При наличии кроссинговера между хромосомами у особи образуются не два, а четыре типа гамет: АВ ав Некроссоверные гаметы Ав и ав Кроссоверные гаметы Ав и аВ Например, если кроссинговер составляет 10%, то кроссоверных гамет будет 10%, некроссоверных 90%. Работы Т. Моргана показали, 1. Частота кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме. 2. За единицу расстояния между генами в хромосоме принята 1 морганида, которая соответствует 1% кроссинговера. 3. Организмы, которые возникают при соединении кроссоверных гамет, называются кроссоверами или рекомбинантами, 4. Которые образуются из некроссоверных гамет – некроссоверами или нерекомбинантами.

49. 3.Независимое наследование. Наблюдается, когда гены, находящиеся в одной хромосоме, находятся на расстоянии 50 морганид и более в одной хромосоме или в разных негомологичных хромосомах. При независимом наследовании происходит случайное комбинирование признаков и образуется равное количество гамет. Например, дигетерозигота Аа Вв образует четыре типа гамет АВ, аВ, Ав, ав – по 25%.

50. Основные положения хромосомной теории наследственности 1.Гены находятся в хромосомах. Каждая хромосома представляет собой группу сцепления генов. 2. Число групп сцепления у каждого вида равно гаплоидному числу хромосом. 3.Каждый ген в хромосоме занимает определенное место – локус. 4. Гены в хромосомах расположены линейно. 5. Между гомологичными хромосомами может происходить обмен аллельными генами (кроссинговер). 4.Расстояние между генами в хромосоме пропорционально проценту кроссинговера между ними.