Генетика

Сексдукция (от секс и лат. ductio — проведение), частный случай переноса генов во время конъюгации от одной бактериальной клетки — донорской ("мужской") к другой — реципиентной ("женской"). С. осуществляется половым фактором, выделившимся в автономное состояние из бактериальной хромосомы вместе с её фрагментом. При С. в реципиентную клетку с фрагментом хромосомы переходит и половой фактор, тогда как при обычной конъюгации включенный в хромосому половой фактор переходит в реципиентную клетку крайне редко. В результате С. клетки приобретают свойства донорских ("мужских") клеток, т. е. способность в дальнейшем осуществлять при конъюгации как С., так и перенос бактериальной хромосомы. В остальном С. сходна с обычным конъюгационным переносом: клетки становятся диплоидами по генам, содержащимся в перенесённом фрагменте, приобретая присущие диплоидам особенности взаимодействия между гомологичными генами. Стабильность таких частичных диплоидов зависит от величины перенесённого фрагмента хромосомы: с увеличением протяжённости фрагмента повышается вероятность рекомбинации между ним и гомологичным участком хромосомы, что обычно приводит к восстановлению гаплоидного состояния клетки. С. имеет сходство со специфической трансдукцией, отличаясь от неё тем, что осуществляется с помощью перешедшего в автономное состояние полового фактора, а не при посредстве умеренного фага, вышедшего из Плазмиды  и эписомы - это небольшие фрагменты ДНК, отличающейся от основной массы ДНК. Они часто реплицируются вместе с ДНК хозяина, но не нужны для выживания его клетки. Сначала было принято  различать эписомы и плазмиды: эписомы внедряются в ДНК хозяина, а плазмиды - нет. К эписомам относятся F-факторы и так называемые умеренные фаги. Сейчас обе группы называют одним общим термином "плазмиды". Плазмиды широко распространены в природе, и в последние годы их считают внутриклеточными паразитами или симбионтами, устроенными еще проще, чем вирусы. Что касается плазмид, то здесь дело обстоит еще сложнее - ведь они представляют собой только молекулы ДНК. Плазмиды придают  своим клеткам-хозяевам целый ряд  особых свойств. Некоторые плазмиды являются "факторами резистенции" (R-плазмиды, или R-факторы: от англ. R = resistance - устойчивость), т.е. факторами, придающими устойчивость к антибиотикам. Примером может служить пенициллиназная плазмида стафилококков, которая трансдуцируется различными бактериофагами. В этой плазмиде содержится ген, кодирующий фермент пенициллиназу, которая разрушает пенициллин и, таким образом, придает устойчивость к пенициллину. Передача и распространение таких факторов среди бактерий (в результате полового размножения) очень мешают врачам. Другие плазмидные гены определяют устойчивость к дезинфицирующим средствам; способствуют таким заболеваниям, как стафилококковая импетиго; помогают молочнокислым бактериям превращать молоко в сыр; придают способность усваивать такие сложные вещества, как углеводороды, что можно использовать для борьбы с загрязнениями океана или для получения кормового белка из нефти. В заключение следует  сказать, что половое размножение (в любой форме) - довольно редкое событие у бактерий. Но поскольку  число бактерий в каждой колонии  огромно, половое размножение наблюдается  сравнительно часто. Такое размножение  более примитивно, чем у эукариот; полный обмен геномами (суммарной  ДНК) происходит только при конъюгации, что действительно встречается  лишь изредка. Половое размножение  бактерий имеет особое значение потому, что именно таким путем передается устойчивость к антибиотикам и дезинфицирующим  средствам.        48.  Генетическая структура популяции по концентрации генов и частоте генотипов. Формула и закон Харди-Вайнберга для характеристики структуры панмиктической популяции.

 

 С точки зрения генетики, популяция – это генетическая система, обладающая исторически сложившейся генетической структурой. Основные положения популяционной генетики сложились на основании изучения природных и модельных популяций высших раздельнополых животных (моллюсков, насекомых, позвоночных), которые воспроизводят себя с помощью нормального полового размножения – амфимиксиса, или объединения женских и мужских гамет. В таких случаях группировка особей, способных скрещиваться между собой и производить полноценное (т.е. жизнеспособное и плодовитое) потомство, называется генетической, или менделевской популяцией. В свою очередь, потомки, достигшие половозрелости, также должны скрещиваться между собой и производить полноценное потомство, то есть популяция должна существовать длительное число поколений. Таким образом, с точки зрения генетики, популяция представляет собой множество особей, объединенных достаточно высокой степенью родства. В рамках генетического подхода выделяется представление об идеальной популяции.

Идеальная популяция – это абстрактное понятие, которое широко используется в моделировании микроэволюционных процессов. При описании систем скрещивания в идеальной популяции широко используется понятие панмиксии – случайного свободного скрещивания, при котором вероятность встречи гамет не зависит ни от генотипа, ни от возраста скрещивающихся особей. Если исключить половой отбор, то к панмиктической популяции применима концепция гаметного резервуара, согласно которой в популяции в период размножения формируется гаметный резервуар (генный пул), включающий банк женских гамет и банк мужских гамет. Если члены популяции равноудалены друг от друга, то встреча гамет и формирование зигот происходят случайным образом. Генетическая структура популяций Каждая популяцияобладает собственной генетической структурой. Генетическая структура популяций определяется исходным соотношением аллелей, естественным отбором  и элементарными эволюционными факторами (мутационный процесс и давление мутаций, изоляция, популяционные волны, генетико-автоматические процессы, эффект основателя, миграции и др.). Для описания генетической структуры популяций используются понятия «аллелофонд» и «генофонд».

Аллелофонд. Аллелофонд популяции – это совокупность аллелей в популяции. Если рассматриваются два аллеля одного гена: А и а, то структура аллелофонда описывается уравнением: p_A  +  q_a = 1. В этом уравнении символом p_A обозначается относительная частота аллеля А, символом q_a – относительная частота аллеля а.

Популяции, в которых структура  аллелофонда остается относительно постоянной в течение длительного  времени, называются стационарными.

Если рассматриваются  три аллеля одного гена: а₁, а₂,, а₃, то структура аллелофонда описывается уравнением: p _а1 + q _а2 + r _а3 = 1. В этом уравнении символами p, q, r обозначаются соответствующие частоты аллелей.

Если рассматриваются  несколько аллелей нескольких генов (a, b, c), то структура аллелофонда описывается системой уравнений:

p₁ a₁ + p₂ a₂ + p₃ a₃ + ... + p_i a_i = 1

q₁ b₁ + q₂ b₂  + q₃ b₃ + ... + q_i b_i = 1

r₁ c₁  + r₂ c₂  +  r₃ c₃ + ... + r_i c_i  = 1

.......................................................

В этих уравнениях символами p_i, q_i, r_i обозначены относительные частоты аллелей разных генов. Однако в простейших случаях рассматриваются только моногенные диаллельные системы, например: А–а. В популяции с общей численностью особей N_общ и известной численностью особей с генотипами АА, Аа, аа относительные частоты аллелей рассчитываются по формулам:  

 

p (A) =	2 Í N (AA) + N (Aa)
	2 Í N общ.

 

q (a) =	2 Í N (aa) + N (Aa)
	2 Í N общ.

 

или q (a) = 1 – р (А)

 

 

 

 

 

Закон Харди–Вайнберга  – основной закон популяционной  генетики

 

 

Закон, характеризующий генетическую структуру панмиктических популяций, сформулирован в 1908 г. одновременно и независимо друг от друга английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. Они, применив математический анализ, изучали соотношения генотипов (групп крови) в популяциях людей и выявили математическую закономерность в распределении гомозиготных и гетерозиготных генотипов. Ими установлено, что соотношение гомо- и гетерозиготных генотипов подчиняется математической закономерности, выражаемой коэффициентами разложения бинома (a + b)

 

 

 

Структура генофонда в  панмиктической стационарной популяции  описывается основным законом популяционной  генетики – законом Харди-Вайнберга, который гласит, что в идеальной популяции существует постоянное соотношение относительных частот аллелей и генотипов, которое описывается уравнением:

(p _A + q _a)² = р² _АА  +  2∙р∙q _Aa  +  q² _aa  =  1

Если известны относительные  частоты аллелей p и q и общая численность популяции N_общ, то можно рассчитать ожидаемую, или расчетную абсолютную частоту (то есть численность особей) каждого генотипа. Для этого каждый член уравнения нужно умножить на N_общ:

p² _AA · N_общ + 2·p·q _Aa · N_общ + q² _aa · N_общ = N_общ

В данном уравнении:

p² _AA · N_общ – ожидаемая абсолютная частота (численность) доминантных гомозигот АА

2·p·q _Aa · N_общ – ожидаемая абсолютная частота (численность) гетерозигот Аа

q² _aa · N_общ – ожидаемая абсолютная частота (численность) рецессивных гомозигот аа

 

Закон Харди- Вайнберга утверждает, что  в панмиктических популяциях ( в результате свободного скрещивания родительских пар и случайного сочетания их гамет ) соотношение генотипов в потомстве выражается коэффициентами бинома (p_a+q_a)² = p²_AA+2p_A*q_a +q²_aa , то есть доля гомозиготных доминантных генотипов АА равна квадрату частоты аллеля А (p²_A ), а доля гомозиготных рецессивных генотипов аа – квадрату частоты аллеля а (q²_a). Доля же гетерозиготных генотипов А_а выражается удвоенным произведением частот (2p_{A *}q_a ).

Такое соотношение генотипов  остаётся неизменным в ряде поколений  до тех пор . пока какая-то причина ( отбор, мутация, миграция ) не изменит частоту одного аллелей, что приведет к нарушению генетической структуры популяции и частоты каждого генотипа.

 

 

 

 

117. Выписать и  дать объяснения всем терминам, встретившимся  при выполнении  работы.

 

Аллели – различные  изменения одного и того же гена в результате мутации, занимающие одно и то же место в хромосоме, но несколько по-разному влияющие на развитие признака.

Гамета – половая клетка.

Гаплоид – клетка или  особь с одинарным набором  хромосом.

Ген – единица наследственности, определенный участок молекулы ДНК, контролирующий синтез определенного белка и влияющий на развитие какого-либо признака организма.

Генотип – комплекс  наследственных задатков организма.

Генофонд – набор генов, имеющихся в данной популяции.

Гетерозигота – зигота, включающая разные аллельные гены.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота – наследственный материал, определяющий строение белков организма; ДНК способна к самовоспроизведению.

Доминантность – свойство гена преобладать над  действием  другого аллельного ему гена.

Зигота – оплодотворенная  яйцеклетка.

Кариотип – характерный  для вида набор хромосом.

Кроссинговер – обмен  участками хромосом при их конъюгации во время редукционного деления.

Инбридинг – родственное  спаривание.

Мутация – внезапное изменение  наследственного материала ( гена или  участка хромосомы ).

Обратная мутация –  изменение гена от мутации к норме.

Популяция – часть вида, населяющая определенную территорию и  размножающаяся внутри себя.

Рецессивный ген – ген, влияющий на развитие признака только в гомозиготном состоянии.

РНК – рибонуклеиновая  кислота, синтезирующаяся на ДНК  и имеющая одну цепь, комплементарную  цепи ДНК по последовательности оснований ( с заменой лишь тимина на урацил ).

Сексдукция – перенос  у бактерий фактором F генетического материала из одной клетки в другую.

Скрещивание -  спаривание особей, различающихся своими признаками.

Трансдукция – перенос  фагом участка ДНК бактерий из одной бактериальной клетки в  другую.

Фенотип – комплекс всех признаков организма.

Эписома – небольшая молекула ДНК, находящаяся в цитоплазме клетки бактерии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

73. На ферме все утки  и селезни имеют хохолок на  голове. Ген  хохлатости обладает  летальным действием – эмбрионы  гибнут перед вылуплением из  яйца. В инкубаторе было заложено 2400 яиц, полученных в этом стаде.  Составить схему скрещивания  и определить, какими могут быть  генетически обусловленные потери. Какое количество из полученных  утят будут иметь хохолок? Какую схему скрещивания можно предложить, чтобы избежать отхода?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

84. У морских свинок  черная окраска шерсти ( ген В  ) доминирует над белой ( ген  в ), а короткая шерсть (ген К)  – над длинной – (ген к). Гомозиготные черные длинношерстные  животные были спарены с гомозиготными  короткошерстными белыми. Определить  генотип и фенотип потомства  в F₁ и F₂ (F₂ получено от спаривания животных F₁ между собой ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы:

 

1. Иванова О.А. Генетика: Учебник для сельскохозяйственных вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М. Колос. 1974 г. 431с.
2. Меркурьева Е.К. Шангин-Березовский Г.Н. Генетика с основами биометрии. М. Колос, 1983г. 400 с.
3. Ларцева С.Х. Муксинов М,К. Практикум по генетике. М: Агропромиздат, 1985 г. 288с.