Тұқым қуалау

Генетика

Генетика — бүкіл тірі организмдерге  тән тұқым қуалаушылық пен  өзгергіштікті зерттейтін биология ғылымының бір саласы. Тұқым қуалаушылық пен өзгергіштіктің заңдылықтарын ашып, оларды қоғамды дамыту үшін пайдаланудың жолдарын шешуде генетика ғылымы зор үлес қосты. Сондықтан, биология ғылымының басқа салаларының арасында маңызды орын алады.

Жер бетіндегі тірі материяның дамуы  олардың үздіксіз ұрпақ алмастыруымен  қатар жүріп отырады. Тіршілік организмдердің көбеюімен тікелей байланысты. Сол  арқылы белгілі бір биологиялық түрге тән белгілер мен қасиеттер ұрпақтан-ұрпаққа беріліп  отырады. Басқаша айтқанда, ұрпақтар белгілі дәрежеде өзінің ата-анасына ұқсас болып туады. Мұны тұқым қуалаушылық дейді. Көпшілік жағдайда организмнің белгілері мен қасиеттері өзгермей біршама тұрақты түрде берілетіндіктен, ұрпағы ата-аналарына ұқсас болып келеді. Бірақ олардың арасында толық ұқсастық болмайды. Бір ата-анадан тарайтын ұрпақтың бір-бірінен қандай да бір белгісі жөнінен айырмашылығы болады.

Организмнің тұқым қуалаушылық қасиеті сыртқы орта факторларының  әсерінен үнемі өзгеріп отырады. Оны — өзгергіштік  дейді. Көбею барысында организмнің белгілі бір қасиеттерінің тұрақты сақталуымен қатар, екінші біреуі өзгеріске ұшырайды. Осыған байланысты олар жаңарып, түрлене түседі.

Тұқым қуалаушылық пен өзгергіштік  — бірімен-бірі қатар жүретін, бір  жағынан бір-біріне қарама-қарсы, өзара  тығыз байланысты процестер.

Организмдердің тұқым қуалаушылығы мен өзгергіштігі туралы ғылымды  генетика деп атайды (грекше “genetіkos”  — шығу тегіне тән). Бұл атауды 1906 жылы ағылшын  биологы У.Бэтсон ұсынды.

Тұқым қуалаушылық туралы алғашқы  түсініктер ежелгі дәуірде — Демокрит, Гиппократ, Платон және Аристотель еңбектерінде кездеседі. Гиппократ жұмыртқа клеткасы мен сперма организмнің барлық бөліктерінің қатысуымен қалыптасады және ата-ананың бойындағы белгі-қасиеттері ұрпағына тікелей беріледі деп есептеді. Ал Аристотельдің көзқарасы бойынша белгі қасиеттердің тұқым қуалауы тікелей жүрмейді. Яғни тұқым қуалайтын материал дененің барлық бөліктерінен келіп түспейді, керісінше, оның әр түрлі бөлшектерін құрастыруға арналған қоректік заттардан жасалады.

Бұдан кейін Ч.Дарвиннің пангенезис теориясы маңызды орын алады. Бұл  теория бойынша өсімдіктер мен жануарлардың барлық клеткалары өзінен ұсақ бөлшектер — геммулалар бөліп шығарады. Олар жыныс органдарына өтеді де сол арқылы белгілер мен қасиеттер ұрпаққа беріледі. Геммулалар кейде “мүлгіген жағдайдаң болып, бірнеше ұрпақтан кейін білінуі мүмкін. Соған байланысты ұрпақтарда арғы ата-ана тектерінің белгі-қасиеттері қайталана алады деп есептелінген.

ХІХ ғасырдың 80-жылдарында “пангенезис” теориясын А.Вейсман өткір сынға  алды. А.Вейсман “ұрық плазмасы”  туралы болжам ұсынды. Бұл болжамында тек жыныс клеткаларында кездесетін, тұқым қуалайтын заттың болатындығын айтты.

Генетиканың биология ғылымының жеке бір саласы ретінде қалыптасуына ХІХ ғасырдың екінші  жартысында ашылған ірі ғылыми жаңалықтар себепші болды. 1965 жылы чех ғалымы Г.Мендельдің “Өсімдік будандарымен жүргізілген тәжірибелер” деген еңбегі жарық көрді. Ол тәжірибелері  арқылы тұқым қуалаушылықтың негізгі заңдылықтарын қалыптастырады. Сөйтіп, Мендель генетиканың негізін қалады. Бірақ оның еңбегі 1865 жылдан бастап 35 жыл  бойы көпшілік биологтарға, соның ішінде Ч.Дарвинге де белгісіз күйде қалды.

Г.Мендель ашқан  тұқым қуалау заңдылықтары тек 1900 жылы ғана өзінің тиісті бағасын алды. Себебі үш елдің ғалымдары: голландиялық Г. де Фриз, неміс ғалымы К.Корренс және австриялық генетик Э.Чермак-Зейзенегг әр түрлі объектілермен  тәжірибелер жүргізіп, нәтижесінде Мендель заңдылықтарының дұрыстығын дәлелдеді. Көп  кешікпей бұл заңдылықтардың жануарларға да тән екендігі анықталды. 1909 жылы ағылшын биологы У.Бэтсон өсімдіктер мен жануарлардың әрқайсысының 100 шақты белгілерінің тұқым қуалауы Мендель заңдарына сәйкес жүретіндігін дәлелдейтін ғылыми деректерді жариялады. Сөйтіп, Мендель ілімі ғылымнан берік орын алды.

1909 жылы дат оқымыстысы В.Иоганнсен  биологияда аса маңызды болып  есептелетін ген (герекше “genos”  — шығу тегі), генотип және  фенотип деген ұғымдарды қалыптастырды.

Генетика тарихының бұл кезеңінде  организмдердің жекелеген белгілерінің ұрпақтан-ұрпаққа берілуіне жауапты  тұқым қуалаушылықтың материалдық  бірлігі — ген туралы ұғым қалыптасып, Мендель ілімінің әрі  қарай дамуына мүмкіндік туды. Дәл сол кездегі (1901 жыл) голландиялық ботаник ғалым Х. Де Фриздің организмнің тұқым қуалайтын қасиеттерінің  өзгеретіндігін көрсететін мутация теориясының ұсынылуы генетика ғылымының дамуында ерекше орын алады.

Генетика тарихындағы шешуші бір  кезең американдық генетик, әрі эмбриолог Т.Морганның және оның ғылыми мектебінің тұқым қуалаушылықтың хромосомалық теориясын ашуымен тығыз байланысты. Т.Морган және оның шәкірттері жеміс шыбыны — дрозофилаға тәжірибе жасаудың нәтижесінде тұқым қуалаушылықтың көптеген заңдылықтарын ашты.

Тұқым қуалайтын өзгергіштік туралы ілімді дамытуда орыс ғалымы Н.И.Вавилов  зор үлес қосты. Ол 1920 жылы тұқым  қуалайтын өзгергіштіктің ұқсас (гомологиялық) қатарлары заңын қалыптастырды. Бұл заң бір-біріне жақын туыстар  мен түрлерде болатын тұқым қуалайтын өзгерістердің ұқсас болып келетіндігін дәлелдейді.

Ғылымға енгізілген жаңалықтың бірі — 1927 жылы орыс ғалымдары Г.А.Надсон мен Г.С.Филипповтың радиоактивті сәулелердің төменгі сатыдағы саңырауқұлақтарда  мутация тудыра алатындығын дәлелдеуі еді.

Ген теориясын дамытуда орыс биологтары А.С.Серебровский мен Н.П.Дубининнің эксперименттік және теориялық жұмыстарының үлкен маңызы болды. Сол сияқты популяциялық генетика мен эволюциялық генетиканың  негізін қалауда орыс генетигі С.С.Четвериковтың  алатын орны ерекше.

Генетиканың даму тарихы үш кезеңге  бөлінеді. Оның алғашқы екеуі 1865—1953 жылдар аралығын, яғни классикалық  генетика дәуірін қамтиды. Генетика тарихындағы үшінші  кезең — 1953 жылдан басталады. Ол — химия, физика, математика, кибернетика сияқты  нақты ғылымдардың зерттеу әдістері мен электрондық микроскоп, рентгенқұрылымдық анализ, т.б. қолданудың нәтижесінде молекулалық генетика негізінің қалануы.

1944 жылы американдық микробиолог  әрі генетик О.Эври тұқым қуалаушылықтың  материалдық негізі — ДНҚ екендігін дәлелдеді. 1953 жылы американдық биохимик әрі генетик Дж. Уотсон мен ағылшын биофизигі Ф.Крик ДНҚ молекуласының молекулалық құрылымының моделін жасады.

Қазіргі кездегі генетиканың дамуы  тұқым қуалаушылық пен өзгергіштік  туралы ілімнің барлық салаларында зерттеу жұмыстары молекулалық деңгейде жүргізілетіндігімен ерекшеленеді. Мысалы, генді организмнен тыс қолдан синтездеу, дене клеткаларын будандастыру, генетикалық материалдың алмасуы (рекомбинация), геннің қайта қалпына келуі (репарация), биополимерлерді қолдан синтездеу, гендік инженерия сияқты проблемаларды зерттеу кеңінен таралып отыр.

Генетика мен селекцияның дамуына  Қазақстан ғалымдарының да қосқан үлесі  ерекше. Алшақ будандастыру, мутагенез, полиплоидия, гетерозис, т.б. мәселелерді қамтитын генетикалық  зерттеулер жүргізілуде. Дәнді және техникалық дақылдарды түрішілік және түраралық будандастырудың нәтижесінде бидайдың, арпаның, көксағыздың, жүгері мен қант қызылшасының  жоғары  өнімді будандары мен сорттарын алуда К.Мыңбаев, А.Ғаббасов, Ғ.Бияшев, Н.Л.Удольская және т.б. еңбектері зор. М.Х.Шығаева мен Н.Б.Ахматуллина микроорганизмдер генетикасының дамуына айтарлықтай үлес қосты.

Н.С.Бутарин, Ә.Е.Есенжолов, А.Ы.Жандеркин  алшақ будандастыру әдісімен қойдың архар-меринос тұқымын алды. М.А.Ермеков, Ә.Е.Еламанов, В.А.Бальмонт, т.б. қазақтың ақбас сиырын, Алатау сиырын және Қостанай жылқысын, т.б. асыл тұқымдарды шығарды.

Қазақстанда тұңғыш рет М.А.Айтхожиннің  басқаруымен молекулалық биология және ген инженериясы саласында  көптеген зерттеулер жүргізіліп, ғылымға айтарлықтай жаңалықтар қосылды.

Соңғы жылдары елімізде генетиканың  аса маңызды салалары: молекулалық  генетика, экологиялық генетика және радиациялық генетика бойынша ғылыми-зерттеу  жұмыстары жүргізілуде.

Генетикалық карталар деп — хромосомада болатын тіркес гендердің орналасу сызбанұсқасын айтады. Қазіргі кезде, әсіресе, генетикалық тұрғыдан толық зерттелген объектілердің, атап айтқанда, дрозофиланың, жүгері және қызан өсімдіктерінің, тышқанның, пішен таяқшасының, т.б. генетикалық карталары жасалған. Болашақта басқа да өсімдіктер мен жануарлардың және адамның генетикалық картасын жасау міндеті тұр.

Генетикалық карталар ұқсас хромосомалардың  әр жұбы бойынша жеке-жеке жасалады. Хромосомалардың жұптарын тіркестік  топтар деп атайды. Олардың саны хромосомалардың гаплоидты жиынтығына тең болатындығы бұрын айтылған болатын. Мысалы, дрозофилада 8 хромосома болса, ол 4 тіркестік топты, жүгерідегі 20 хромосома 10 тіркестік топты құрайды. Тіркестік топтар рим цифрларымен І, ІІ, ІІІ, ІV және т.б. болып белгіленеді.

Картаны дұрыс құрастыру үшін гендердің  тұқым қуалау заңдылықтарын толық  зерттеп, білу қажет. Мысалы, дрозофиланың  4 тіркестік топта шоғырланған 7000-ға жуық гені, сол сияқты жүгерінің 10 тіркестік тобында болатын 10000-ға жуық гені зерттелген және т.б.

Генетикалық картаны құрастыру  кезінде тіркесу тобы, гендердің  толық немесе қысқартылып алынған  атаулары көрсетіледі және хромосомада  орналасқан гендердің ара қашықтығын көрсететін цифрлар жазылады. Гендер арасындағы ара қашықтықтың өлшем бірлігі 1% кроссинговерге тең болады. Оны Т.Морганның құрметіне сантиморган (сМ) немесе морганида деп атайтынын білесіңдер. Мысалыға, дрозофиланың бір ғана хромосомасында болатын гендер тобының орналасу ретін қарастырайық. Олар үш түрлі гендерден тұрады: 1) қанатының бүріскендігін анықтайтын — (jantһy) гені; 2) көзінің қара қошқыл түсін анықтайтын — (purple) гені; 3) көзінің қызыл түсін анықтайтын — (cіnnabar) гені. Бұл гендер дрозофиланың ІІ жұп хромосомасында орналасқан. Сонда j мен pr гендерінің ара қашықтығы кроссинговер пайызымен есептегенде 5,8; pr мен c гендері 3; ал j мен с гендерінікі — 8,8 сантиморганға тең болады.

Микроорганизмдердің генетикалық  картасы өзгеше. Себебі, олардың  сақина тәрізді жалғыз ғана хромосомасы  болады. Бірқатар бактерияларда мысалы, пішен таяқшасында генетикалық ақпарат клеткалардың конъюгациялануы кезінде беріледі және микроорганизмдер хромосомасындағы гендердің орналасу реті тұрақты болады. Сондықтан олардың генетикалық картасы да дөңгелек пішінді болып келеді. Ал ондағы орналасқан гендердің ара қашықтығы кроссинговер пайызымен емес, конъюгацияның ұзақтығымен, яғни минутпен өлшенеді.

Жалпы тірі организмдердің генетикалық  картасын құрастырудың теориялық, сонымен  қатар, практикалық та маңызы бар. Мысалы, гендердің орналасу ретін білу арқылы белгілердің тұқым қуалау сипатын алдын ала анықтауға мүмкіндік туады. Айталық, селекцияда будандастыру үшін қажетті ата-аналық жұптарды дұрыс таңдап алу жолдарын жеңілдетеді. Сол сияқты болашақта адамның генетикалық картасы жасалатын болса, аса қауіпті ауру — обырға (рак) жауапты онкогеннің хромосомадағы орналасқан нақты орнын тауып, оған қарсы әрекет жасалса, яғни қызметін тежеу жолы табылса адамзатты мұндай ауыр зардаптан құтқарған болар едік.

Хромосомалардағы гендердің орналасу ретін зерттеу цитологиялық жолмен де жүргізіледі. Соның негізінде цитологиялық карталар жасалады. Мысалы, дрозофила шыбыны дернәсілінің сілекей безінде болатын алып хромосомаларды цитогенетикалық тұрғыдан зерттеу барысында олардағы бірқатар гендердің орналасқан орнын анықтауға мүмкіндік туды.

Генетикалық және цитологиялық карталарды бір-бірімен салыстыра отырып, хромосома  бойындағы гендердің айқасу жиілігін, яғни кроссинговер мөлшерін анықтауға  болады. Бұл сілекей бездеріндегі алып хромосомаларды зерттеу нәтижесінде белгілі болды. Онда барлық төрт жұп хромосоманың жалпы ұзындығы генетикалық карта бойынша 279% кроссинговерге, яғни сантиморганга тең. К.Бриджес сол төрт жұп хромосоманың әрқайсысының ұзындығын микроскоп арқылы өлшеген. Сонда барлығының ұзындығын қосқанда 1180 микрометр болған. Генетикалық және цитологиялық карталарды салыстыру үшін К.Бриджес кроссинговер коэффициентін пайдалануды ұсынған. Ол үшін хромосомалардың барлық ұзындығын (1180 мкм) генетикалық картаның көрсеткішіне (279%) бөлген, сонда орта есеппен 4,2 болып шыққан. Бұл генетикалық картадағы әрбір кроссинговер (айқасу) бірлігіне цитологиялық карта бойынша 4,2 мкм ұзындық сәйкес келеді деген сөз.