ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ЭВОЛЮЦИИ.
Популяция и ее генетическая структура. Популяции организмов с перекрестным размножением и самооплодотворением. Учение В.Иогансена о популяциях и чистых линиях. Популяция – единица эволюционного процесса. Наследование в популяциях. Генетическое равновесие в панмиктической популяции. Закон Харди-Вайнберга. Условие выполнения закона Харди-Вайнберга. Факторы генетической динамики популяций: мутационный процесс, изоляция, миграция, популяционные волны, отбор, дрейф генов. Возрастание генетического груза популяций в связи с загрязнением окружающей среды.
Оценка генетической гетерогенности природных популяций. Понятие об адаптивной ценности генотипов и о коэффициенте отбора.
ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА.
Человек, как объект генетических исследований. Методы изучения генетики человека: генеалогический, цитогенетический, близнецовый, популяционный. Анализ родословных, правила составления родословных. Кариотип человека. Хромосомные болезни человека и методы их диагностики. Использование близнецового метода для изучения роли генотипа и среды в формировании морфологических и психолого-поведенческих признаков.
Проблемы медицинской генетики. Наследственные болезни и их распространение в популяциях человека. Популяционный метод, как метод определения частот встречаемости отдельных генов среди населения. Причины возникновения наследственных заболеваний. Генетическая опасность радиации, химических мутагенов и канцерогенов. Возможность терапии наследственных аномалий человека, путем активного вмешательства в индивидуальное развитие. Задачи медико-генетических консультаций. Значение ранней диагностики генетических заболеваний.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ.
Генетика – теоретическая основа селекции. Значение частной генетики растений, животных и микроорганизмов в селекции. История селекции. Селекция как наука и технология. Учение об исходном материале в селекции. Центры происхождения культурных растений по Н.И.Вавилову и П.М.Жуковскому. Понятие о природе, сорте, штамме. Источники изменчивости для отбора. Комбинативная изменчивость. Принципы подбора пар для скрещивания. Использование индуцированного мутагенеза и полиплоидии в селекции.
Системы скрещивания в селекции растений и животных. Инбридинг, линейная селекция. Аутбридинг. Отдаленная гибридизация. Явление гетерозиса. Генетические механизмы и гипотезы гетерозиса. Использование простых и двойных межлинейных гибридов в растениеводстве и животноводстве. Производство гибридных семян на основе ЦМС (цитоплазматической мужской стерильности). Наследуемость. Коэффициент наследуемости и его использование в выборе методов селекции.
Методы отбора. Индивидуальный и массовый отбор и их значение. Особенности индивидуального отбора у самоопылителей и перекрестников (метод половинок, индивидуально-семейный отбор, семейно-групповой отбор, сибселекция). Влияние условий внешней среды на эффективность отбора. Роль наследственности, изменчивости и отбора в создании пород животных и сортов растений. Основные достижения и направления селекции растений, животных и микроорганизмов. Перспектива развития селекции в связи с успехами молекулярной генетики и цитогенетики. Генная инженерия, клеточная и тканевая селекция, соматическая гибридизация. Преодоление эволюционных барьеров несовместимости при переносе генетической информации путем генной инженерии.
Для оценки самоподготовки студентов в пособии даны контрольные задания, включающие основные вопросы общей генетики. Каждое задание состоит из 10 заданий, из которых 5 – теоретические вопросы и 5 задач по разным темам. В ответе на теоретические вопросы необходимо указать суть данного вопроса, ответ можно сопровождать рисунками, схемами и т.п., обязательно необходимо приводить примеры для иллюстрации объясняемого явления.
При решении задач желательно давать полное решение. Основные типы задач, приведенных в заданиях, разобраны в данном пособии. Для более полного знакомства с разными задачами можно использовать и другие пособия.
Основные литературные источники приведены в конце пособия.
До начала решений задач необходимо вспомнить и хорошо усвоить основные понятия и генетические термины:
* Ген - участок молекулы ДНК, контролирующий синтез определенного белка и как следствие этого, проявление определенного признака. Необходимо помнить, что наследуются гены, а не признаки.
* Аллель (аллельный ген) - конкретное состояние (форма) гена. Аллели располагаются в идентичных локусах гомологичных хромосом и определяют альтернативные формы проявления одного признака. Обычно их бывает два - доминантный и рецессивный. Понятие ген более широкое, чем аллель. Например, ген окраски семядолей у гороха имеет два аллеля: доминантный аллель желтой окраски и рецессивный аллель зеленой окраски.
* Множественный аллелизм - наличие трех или большего числа аллелей одного гена. Сколько бы аллелей не содержал данный ген, каждый конкретный генотип может иметь их только два.
* Генотип - совокупность генов данного организма.
* Фенотип - совокупность всех признаков и свойств организма, доступных изучению. Это реализация генотипа в конкретных условиях окружающей среды. Расщепление по генотипу и фенотипу совпадает при полном доминировании по тем признакам, которые практически не зависят от условий окружающей среды.
* Гомозигота - организм, имеющий два одинаковых аллеля одного гена (АА или аа), дающий один сорт гамет и не дающий расщепления при разведении “в себе”.
* Гетерозигота - организм, имеющий разные аллели одного гена (Аа), образующий несколько сортов гамет и дающий расщепление при разведении “в себе”.
* Гемизигота - организм, содержащий только один аллель данного гена (ХУ). Встречается у гетерогаметного пола по генам, не имеющим гомолога в У-хромосоме, или по генам, расположенным только в У-хромосоме.
* Доминантный признак – признак, фенотипически проявляющийся в F1 . Для обозначения часто применяют фенотипический радикал (А_).
* Рецессивный признак - признак, не проявляющийся в F1 при скрещивании гомозиготных родителей. Рецессивный признак фенотипически проявляется только в гомозиготном состоянии.
* Половые хромосомы - пара хромосом, по которым особи мужского и женского пола отличаются друг от друга.
* Аутосомы - все остальные хромосомы, по которым особи мужского и женского пола не различаются друг от друга.
* Аутосомные признаки - признаки, контролируемые генами, расположенными в аутосомах. Такие признаки встречаются с равной вероятностью у особей мужского и женского пола.
* Признаки, сцепленные с полом - признаки, контролируемые генами, расположенными в половых хромосомах. Такие признаки чаще проявляются у особей одного пола.
* Гомогаметный пол - пол, имеющий одинаковые половые хромосомы и продуцирующий один сорт гамет по половым хромосомам. Может быть как мужским (птицы, бабочки, моль), так и женским (млекопитающие, рыбы, мухи, клопы, кузнечики).
* Гетерогаметный пол - пол, имеющий разные половые хромосомы и продуцирующий разные типы гамет по половым хромосомам. Может быть как мужским, так и женским.
Каждый из учащихся должен научиться правильно вести запись скрещивания, указывая при этом генотипы родителей, номера гибридных поколений, типы гамет, что делает решение задач более наглядным. Обычно используется общепринятая номенклатура. Родители в генетике обозначаются латинской буквой Р (от лат. Parenta - родители). Скрещивание (брак, применительно к человеку) обозначают знаком умножения (х). Женский пол - значком ♀ (зеркальце Венеры), мужской пол - значком ♂ (копье и щит Марса). Доминантные аллели обозначаются прописными (заглавными) буквами латинского алфавита, а рецессивные - строчными буквами. Потомков в генетике обозначают латинской буквой F (от латинского filii - дети) с символами. Потомки, получаемые от скрещивания родителей - гибриды первого поколения (F1), от скрещивания гибридов первого поколения между собой - гибриды второго поколения (F2) и так далее.
Сцепленные гены обозначаются: АВ//ав или Ав//аВ
Решение задач рекомендуем проводить по следующему алгоритму:
Внимательно прочитать текст задачи, провести анализ того, что известно, что необходимо определить.
Обозначить аллели генов, контролирующих анализируемые признаки, кратко записать условие задачи (дано).
Записать схему скрещивания, изобразив на ней генотипы и типы гамет родительских форм, а также типы зигот, возникающих в результате оплодотворения.
Проанализировать результаты скрещивания, определить количество классов расщепления в потомстве по генотипу и фенотипу.
Провести необходимые рассуждения и ответить на все поставленные в задаче вопросы. При необходимости, сформулировать обобщающие или практические выводы.
.
Задача. “В семье Ивановых двое детей: кареглазая дочь и голубоглазый сын. Мама этих детей голубоглазая, но ее родители имели карие глаза. Как наследуется окраска глаз у человека? Каковы генотипы всех членов семьи? Окраска глаз - моногенный аутосомный признак”.
Признак окраски глаз контролируется одним геном (по условию). Мама этих детей голубоглазая, а ее родители имели карие глаза. Это возможно только в том случае, если оба родителя были гетерозиготны, следовательно, карие глаза доминируют над голубыми. Таким образом, бабушка, дедушка, папа и дочь имели генотип (Аа), а мама и сын - аа.