Картирование с использованием транслокаций и делеций

Используется гибрид клетки и хромосома с хромосомными перестановками.

Транслокация – хромосомная перестройка, в ходе которой хромосомы обмениваются участками, причем негомологичными. Было установлено, что три гена локализованы в Х-хромосоме, но в каком месте – неизвестно.

Эти клетки гибридизовались клетками мыши, и далее отобрали выделенный клон, в котором соединились обе перестроенные хромосомы.

Клоны ►	Х/14 14/Х	Х/14	14/Х
ГГФРТ ФКГ Г-6ФД	+ + +	- - -	+ + +

С помощью такого эксперимента попытались выяснить локализацию генов этих ферментов на Х-хромосоме, испытали этих клонов на синтез необходимых ферментов. Был сделан вывод, о том, что гены всех трех ферментов локализованы в длинном плече Х-хромосомы. Для того, чтобы установить последовательность расположения генов в длинном плече использовались клоны клеток с делецией длинного плеча Х-хромосомы.

Клоны ►
ГГФРТ ФКГ Г-6ФД	+ + +	+ - +	- - +	- - -

Были отобраны клоны с делецией длинного плеча различной величины. Затем их использовали на синтезе 3-х ферментов. Выяснили последовательность расположения: 1-ФГК, 2-ГГФРТ, 3-Г-6ФД. Испытывая эти клоны на другие ферменты можно установить последовательность расположения генов.

1. Картирование генов у человека: метод ДНК-зондов.

ДНК-зонд – «капля» целого гена или его части, помеченная радиоактивным или флуоресцентным методом. Наиболее часто получают методом обратной транскрипции. Была выделена из эритроцитов и-РНК, кодирующая α,β-цепи гемоглобина, и на базе этой РНК получили меченые зонды. Далее взяли культуру клеток человека и приготовили из нее хромосомные препараты. На одном из этапов клетки были обработаны, с целью вызвать неполную денатурацию, и в это же время было добавлено большое количество зондов. Так как зондов много, то они могут заменять участки ДНК, к которым они комплиментарны, далее цепи ренатуируют. Когда хромосомные препараты были приготовлены и окрашены, то на том участке, где к хромосоме присоединился зонд, будет наблюдаться флуоресценция. Если хромосома хорошо дифференцируема, то можно определить, какая это хромосома и на каком участке произошло присоединение.

1. Митотический цикл клетки. Характеристика его периодов.

54. Митоз и его биологическое значение. Проблемы клеточной пролиферации в медицине.

Митоз состоит из 4 фаз - профаза, метафаза, анафаза, телофаза.
Профаза. Первыми процессами профазы является процесс компактизации хромосом. Чтобы хромосомы нормально разошлись, они должны резко сократиться в размерах. Например, первая хромосома имеет длину 2 см, в конце профазы 10 микрон. Исчезает ядрышко, в котором происходит биосинтез рРНК. Наблюдается исчезновение ядерной оболочки. В этот момент центриоли клеточного центра начинают движение к разным полюсам и между ними натягивается межполюсной ахроматиновый аппарат. Некоторые ученые выделяют прометафазу (промежуточная стадия). Она характеризуется тем, что от центриолей к хромосомам начинают двигаться хромосомные нити и как только нить касается кинетохора - она начинает толкать нить к противоположному полюсу, до того как с противоположного полюса не образуется другая нить, которая также прикрепляется к кинетохорам и толкает их. Это вот толкание - прометафаза.
Метафаза. Стадия, когда все хромосомы выстраиваются на экваторе клетки и каждой хромосоме от полюсов прикрепляется нить ахроматинового аппарата. Существую ещё межполюсные нити.
Если смотреть в микроскоп, то мы увидим конфигурацию Материнская звезда. Свободные концы хромосом наружу.

Метафаза заканчивается тем, что центромерная область хромосомы расщепляется и половины хромосом - хроматиды начинают движение к разным полюсам, при этом движение хромосом определяет особый белок - динеин, который располагается в области кинетохора хромосом. Происходит укорочение хромосомных нитей за счет деполимеризации волокна в области центриолей, то есть тубулиновые вставки начинают разваливаться, удаляются и волокно становится короче, то есть, доказаны 2 фактора, определяющие движение хромосомы:
Моторный белок динеин и разборка тубулинового волокна. Однако
тонкость этого механизма непонятна.
Анафаза. Начинается с расхождения хроматид. И до того момента, когда однохроматидная хромосома достигнет противоположного плюса. Длится 10-15 секунд.
Телофаза. Начинается с момента полного отхождения хромосом к полюсам и заканчивается началом формирования дочерних ядер и образованием перегородки между этими ядрами. Это называется цитокинез или цитомия. Когда хромосомы достигнут противоположных полюсов наблюдается явление деспирализации хромосом и образование структур, характерных для интерфазой клетки, например ядрышка, а также энодплазматической сети, так как она исчезает. Цитокинез различен у растительных и животных клеток. У животных происходит впячивание вовнутрь клеточной стенки в виде гантели. У растения же клеточная стенка образуется в центре и движется к границам клетки. Таким образом, благодаря митозу образуется 2 дочерних клетки с идентичным генетическим материалом

Значение митоза: обеспечивает равномерное распределение хромосом между дочерними клетками.

1. Мейоз и его биологическое значение

Мейоз.
Впервые в 1884 Ван Бенеден открыл и описал мейоз, но еще до него немецкий ученый Август Вейсман доказал, что в половых клетках должно происходить уменьшение числа хромосом вдвое, то есть редукция хромосом.
В мейозе различают редукционное и эквационное уравнительное деление.
Редукционное деление имеет 4 стадии - профазу, метафазу, анафазу, телофазу.
К моменту Профазы I каждая хромосома двухроматидна и имеет 4с2n. Профаза делится на 5 фаз:
1. Леитотена
2. Зиготена
3. Пахинема
4. Диплотена
5. Диакинез.

Лептонема. Стадия клубка нитей. Хромосомы спирализуются, образуя клубок, который формируется около одной из ядерных стенок. При этом свободные концы ориентированы в направлении клеточного центра.
Зигонема. Происходит дальнейшее уплотнение и укорочение хромосом. При этом гомологические хромосомы, то есть хромосомы, которые несут одинаковые ген, одна из которых пришла с отцовской, а другая с материнской, объединяются - происходит конъюгация. Образуется бивалент. Иногда её называют тетрадой, так как здесь 4 хроматиды. В этот момент центриоли начинают движение к разным полюсам - формирование межполюсных нитей. Ядерная оболочка начинает исчезать.
Пахинема. Здесь происходит процесс отталкивания хромосом и формирование хиазм - переплетение между хроматидами гомологичных хромосом.
Диплонема. Хромосомы начинают ещё дальше отходить друг от друга, а в местах хиазм происходит обмен участками. Хромосомы становятся гибридными - рекомбинация генетического материала - кроссинговер.
Диакинез. В диакинезе хромосомы ещё удерживаются друг относительно друга своими концевыми участками. К центромерам хромосом подходят центромерные нити, которые идут от клеточного центра.
В отличие от митоза к хромосоме при мейозе прикрепляется 1 нить.
Метафаза I. Хромосомы располагаются на экваторе. К каждой двухроматидной хромосоме прикрепляется нить веретена.
Анафаза I. Целые хромосомы начинают движение к разным полюсам.
Телофаза I - формирование двух дочерних ядер - 1n хромосом, двухроматидных хромосом.
Далее идет интеркинез, в котором биосинтеза ДНК не происходит.
Эквационное деление.
Профаза I. Хромосомы спирализуются, укорачиваются, ядерная оболочка растворяется. Центриоли расходятся к полюсам, натягивается аппарат деления.
Метафаза I. Двухроматидные хромосома но экваторе. К центромерам подходят нити.

Анафаза. Хроматида движется к полюсам.
Телофаза. Здесь формируется 2 ядра. Происходит цитокинез.
56. СПЕРМАТОГЕНЕЗ

Сперматогенез - процесс развития мужских половых клеток, заканчивающийся формированием сперматозоидов. Протекает внутри извитых семенных канальцев, составляющих более 90% объёма яичка взрослого половозрелого мужчины.

На внутренней стенке канальцев располагаются клетки 2 типов - сперматогонии (самые ранние, первые клетки сперматогенеза, из которых в результате последовательных клеточных делений через ряд стадий постепенно образуются зрелые сперматозоиды) и питающие клетки Сертоли.

Сперматогенез начинается одновременно с деятельностью яичка под влиянием половых гормонов в период полового созревания подростка и далее протекает непрерывно (у большинства мужчин практически до конца жизни), имеет чёткий ритм и равномерную интенсивность.

Время, необходимое для превращения сперматогония в спермий, занимает у человека около 74-75 суток. При этом сперматогонии, которые встречаются в яичках мальчиков ещё до наступления периода полового созревания, бывают двух типов: А и В, или тёмные и светлые; часть из них сохраняется в качестве запасных, а другие начинают расти и делиться.

Сперматогонии, содержащие удвоенный набор хромосом, делятся путём митоза, приводя к возникновению последующих клеток - сперматоцитов 1-го порядка. Далее в результате двух последовательных делений (мейотические деления) образуются сперматоциты 2-го порядка, а затем сперматиды (клетки сперматогенеза, непосредственно предшествующие сперматозоиду).

При этих делениях происходит уменьшение (редукция) числа хромосом вдвое. Сперматиды не делятся, вступают в заключительный период сперматогенеза (период формирования спермиев) и после длительной фазы дифференцировки превращаются в сперматозоиды.

Происходит это путём постепенного вытяжения клетки, изменения, удлинения её формы, в результате чего клеточное ядро сперматида образует головку сперматозоида, а оболочка и цитоплазма - шейку и хвост. В последней фазе развития головки сперматозоидов тесно примыкают к клеткам Сертоли, получая от них питание до полного созревания.

После этого сперматозоиды, уже зрелые, попадают в просвет канальца яичка и далее в придаток, где происходит их накопление и выведение из организма во время семяизвержения.

57. Овогенез. Цитологические и цитогенетические характеристики.

Овогенез — это процесс образования женских половых гамет, идет по той же схеме, что и сперматогенез, но с некоторыми существенными отличиями.

В результате неравномерного распределения цитоплазмы как при первом, так и при втором делениях мейоза только в одной клетке оказывается большой запас питательных веществ, необходимых для развития будущего зародыша. Следовательно, образуется только одна зрелая яйцеклетка с гаплоидным набором хромосом (n) и три маленькие клеточки, которые впоследствии исчезают. При овогенезе наряду с мейозом происходит так называемое созревание яйцеклетки, во время которого значительно увеличивается ее объем

58. Взаимодействие аллелей в детерминации признаков: доминирование, промежуточное проявление, рецессивность, кодоминирование. Множественный аллелизм.

 

59. Взаимодействие неаллельных генов. Комплементарность.

Комплементарность — вид взаимодействия неаллельных генов, при котором признак формируется в результате суммарного сочетания продуктов их доминантных аллелей. Имеет место при наследовании ореховидной формы гребня у кур, синей окраски баклажанов, зеленого оперения у волнистых попугайчиков и пр.

Ореховидная форма гребня у кур обусловливается взаимодействием двух доминантных аллелей комплементарных генов А и В (А_В_). Сочетание одного из этих генов в доминантном, а другого в рецессивном состоянии вызывает формирование либо розовидного (А_bb), либо гороховидного гребня (ааВ_). У особей с генотипом aabb — листовидный гребень.

P	♀АaBb ореховидный	×	♂AаBb ореховидный
Типы гамет	AB Ab aB ab		AB Ab aB ab

 

	♂	AB	Ab	aB	ab
♀
AB	AABB ореховидный	AABb ореховидный	AaBB ореховидный	AaBb ореховидный
Ab	AABb ореховидный	AАbb розовидный	AaBb ореховидный	Aabb розовидный
aB	AaBB ореховидный	AaBb ореховидный	aaBB гороховидный	aaBb гороховидный
ab	AaBb ореховидный	Aabb розовидный	aaBb гороховидный	aabb листовидный

Ореховидная форма гребня — 9/16, розовидная форма гребня — 3/16, гороховидная форма гребня — 3/16, листовидная форма гребня — 1/16. Расщепление по фенотипу 9:3:3:1.

Темно-синяя окраска плодов баклажанов формируется в результате взаимодействия продуктов двух неаллельных доминантных генов А и В. Растения, гомозиготные по любому из соответствующих рецессивных аллелей а и b или по ним обоим, имеют белые плоды.

	♂	AB	Ab	aB	ab
♀
AB	AABB синяя	AABb синяя	AaBB синяя	AaBb синяя
Ab	AABb синяя	AАbb белая	AaBb синяя	Aabb белая
aB	AaBB синяя	AaBb синяя	aaBB белая	aaBb белая
ab	AaBb синяя	Aabb белая	aaBb белая	aabb белая

Синяя окраска плодов у баклажанов — 9/16, белая окраска плодов у баклажанов — 7/16. Расщепление по фенотипу 9:7. При комплементарном действии генов расщепление по фенотипу может быть не только 9:3:3:1 и 9:7, как в приведенных выше примерах, но и 9:6:1 и 9:3:4.

60 Взаимодействие неаллельных генов. Эпистаз, его виды.

Эпистаз — вид взаимодействия неаллельных генов, при котором одна пара генов подавляет (не дает проявиться в фенотипе) другую пару генов.

Гены, подавляющие действие других, не аллельных им генов, называются Эпистатичными, А подавляемые — Гипостатичными. Эпистатическое взаимодействие генов по своему характеру противоположно комплементарному взаимодействию. При эпистазе фермент, образующийся под контролем одного гена, полностью подавляет или нейтрализует действие фермента, контролируемого другим геном.

Эпистаз может быть доминантным и рецессивным.

При доминантном эпистазе, когда доминантный аллель одного гена (А) препятствует проявлению аллелей другого гена (B или b), расщепление в потомстве зависит от их фенотипического значения и может выражаться соотношениями 12:3:1 или 13:3. При рецессивном эпистазе ген, определяющий какой-то признак (В), не проявляется у гомозигот по рецессивному аллелю другого гена (аа). Расщепление а потомстве двух гетерозигот по таким генам будет соответствовать соотношению 9:3:4. Невозможность формирования признака при рециссивном эпистазе расценивают также как проявление несостоявшегося комплементароного взаимодействия, которое возникет между доминантным аллелем эпистатического гена и аллелями гена, определяющего этот признак.

 

61. Взаимодействие неаллельных генов. Полимерия, ее виды.

 

— один из видов взаимодействия неаллельных генов, при котором на проявление количественного признака оказывают влияние одновременно несколько генов. При этом, чем больше в генотипе оказывается доминантных генов, обусловливающих этот признак, тем ярче этот признак выражается. Так, у человека количество пигмента меланина в коже (и, следовательно, цвет кожи) определяется тремя неаллельными генами: А1, А2, А3. Наибольшее количество меланина образуется в том случае, когда в генотипе все три аллеля находятся в гомозиготном доминантном состоянии: А1А1А2А2А3А3. В этом случае будет наблюдаться темно-коричневый цвет кожи, характерный для представителей негроидной расы. Самому светлому цвету кожи, характерному для европеоидов, соответствует генотип а1а1а2а2а3а3 (все три аллеля в гомозиготном рецессивном состоянии). Промежуточные варианты будут определять различную интенсивность пигментации, при этом чем больше доминантов окажется в генотипе, тем темнее будет кожа. Так, например, человек с генотипом А1а1А2А2А3а3 будет иметь более темную кожу, чем человек с генотипом А1а1А2а2А3а3. Полимерный механизм определяет также наследование многих хозяйственно цепных количественных признаков животных и растений: содержание сахара в корнеплодах свеклы, содержание витаминов в плодах и овощах, длина колоса злаков, длина початка кукурузы, плодовитость животных, молочность скота, яйценоскость кур и др.

Полимерное взаимодействие неаллельных генов может быть кумулятивным и некумулятивным. При кумулятивной (накопительной) полимерии степень проявления признака зависит от суммарного действия нескольких генов. Чем больше доминантных аллелей генов, тем сильнее выражен тот или иной признак. Расщепление в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании происходит в соотношении 1:4:6:4:1, а в целом соответствует третьей, пятой (при дигибридном скрещивании), седьмой (при тригибридном скрещивании) и т.п. строчкам в треугольнике Паскаля.

 

При некумулятивной полимерии признак проявляется при наличии хотя бы одного из доминантных аллелей полимерных генов. Количество доминантных аллелей не влияет на степень выраженности признака. Расщепление в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании — 15:1

 

62. Хромосомная теория наследственности. Полное и неполное сцепление генов.

 

Основные положенияхромосомной теории наследственности:

 

 Гены находятся в хромосомах. Каждая хромосома представляет собой группу сцепления генов. Число групп сцепления у каждого вида равно гаплоидному набору хромосом.

 Каждый ген в хромосоме занимает отдельное место (локус). Гены в хромосомах расположены линейно.

 Между гомологичными хромосомами происходит обмен аллельными генами.

 Расстояние между генами в хромосоме пропорционально проценту кроссинговера между ними.

 

63 Зигота, морула и формирование бластулы.

Зигота — диплоидная (содержащая полный двойной набор хромосом) клетка, образующаяся в результате оплодотворения (слияния яйцеклетки и сперматозоида). Зигота является тотипотентной (то есть, способной породить любую другую) клеткой. Термин ввёл немецкий ботаник Э. Страсбургер. При объединении отцовского и материнского наборов хромосом в новой клетке зиготе, потомство рождается, обогащенное наследственной информацией. Само развитие происходит, с появлением у него новых признаков. Организм, развившийся из зиготы, содержит две хромосомы в диплоидном наборе, каждая пара из них одинакова по внутреннему строению, форме, имеет гены, управляющие появлением однородных признаков.

Развитие зиготы Зигота либо непосредственно после оплодотворения приступает к развитию, либо одевается плотной оболочкой и на некоторое время превращается в покоящуюся спору (часто называется зигоспорой) - характерно для многих грибов и водорослей.

У человека первое митотическое деление зиготы происходит спустя примерно 30 часов после оплодотворения, что обусловлено сложными процессами подготовки к первому акту дробления. Клетки, образовавшиеся в результате дробления зиготы называют бластомерами. Первые деления зиготы называют «дроблениями» потому, что клетка именно дробится: дочерние клетки после каждого деления становятся всё мельче, а между делениями отсутствует стадия клеточного роста.

Мо́рула — это стадия раннего эмбрионального развития зародыша, которая начинается с завершением дробления зиготы. Клетки морулы делятся гомобластически. После нескольких делений клетки зародыша формируют шаровидную структуру, напоминающий ягоду шелковицы. Бластомеры, клетки морулы, секретируют серозную жидкость, заполняющую внутреннюю часть этого конгломерата, и формируют в нем полость.В таком состоянии бластулы – являют собой примитивный организм, схожий по форме с полым шаром, прикрепляющимся к стенкам матки.

Зигота делится очень быстро, клетки уменьшаются в размерах и не успевают расти. Поэтому зародыш не увеличивается в объеме. Клетки, образующиеся в результате дробления зиготы, называются бластомерами, а перетяжки, отделяющие их друг от друга, называются бороздами дробления. Дробление зависит от количества и местоположения желтка в яйцеклетке. При небольшом содержании желтка дробится вся зигота, при значительном количестве дробится только часть зиготы, свободная от желтка. В связи с этим яйцеклетки разделяют на голобластические (дробящиеся полностью) и меробластические (с частичным дроблением). Следовательно, дробление зависит от количества желтка и с учетом ряда признаков подразделяется: по полноте охвата процессом материала зиготы на полное и неполное; по отношению размеров образующихся бластомеров на равномерное и неравномерное и по согласованности делений бластомеров – синхронное и асинхронное. Количество бластомеров после каждого деления увеличивается кратно двум (2; 4; 16; 32 и т.д.). В результате такого дробления образуется шарообразный зародыш, который называется бластулой. Клетки, которые образуют стенку бластулы, называют бластодермой, а полость внутри бластоцелью. Анимальная часть бластулы называется – крышей, а вегетативная часть – дном бластулы.

 

 

64. Гаструляция. Типы гаструл.

После образования бластулы или морулы в результате перемещения клеточного материала образуется двухслойный зародыш или гаструла (gaster – желудок). Процесс, который приводит к образованию гаструлы, называется гаструляцией. Характерной особенностью гаструляциеи эмбрионального развития является интенсивное перемещение клеток, в результате которого будущие зачатки тканей перемещаются в места, предназначенные для них в соответствии с планом структурной организации организма. В процессе гаструляции возникают клеточные слои, которые называются зародышевыми листками. Вначале образуется два зародышевых листка. Наружный из них получил название эктодермы (ectos – вне, derma – кожа), а внутренний – энтодермы (entos – внутри). У позвоночных животных в процессе гаструляции образуется и третий, средний зародышевый листок – мезодерма (mesos – средний). Мезодерма образуется всегда позже экто- и энтодермы, поэтому ее называют вторичным зародышевым листком, а экто- и энтодерму – первичными зародышевыми листками. Эти зародышевые листки вследствие дальнейшего развития дают начало эмбриональным зачаткам, из которых будут образовываться различные ткани и органы.