6. Основы классической генетики. Хромосомная теория т.Моргана. Сцепление генов. Кроссинговер. Метод соматической гибридизации клеток и его применение для картирования генов человека в хромосомах.

Основы классической генетики

ОБЩАЯ ГЕНЕТИКА изучает организацию наследственного материала и универсальные для всех живых существ законы наследственности и изменчивости.

• Каждый наследственный признак определяется отдельным наследственным фактором, задатком; в современном представлении эти задатки соответствуют генам;

• Гены сохраняются в чистом виде в ряду поколений, не утрачивая своей индивидуальности: это явилось доказательством основного положения генетики – ген относительно постоянен;

• Оба пола в равной мере участвуют в передаче своих наследственных свойств потомству;

• Редупликация равного числа генов и их редукция в мужских и женских половых клетках – это положение явилось генетическим предвидением существования мейоза;

• Наследственные задатки являются парными, один – материнский, другой – отцовский; один из них может быть доминантным, другой – рецессивным;

Хромосомная теория Т.Моргана.

• Гены локализованы в хромосомах.

• При этом различные хромосомы содержат неодинаковое число генов.

• Кроме того, набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален.

• Гены расположены в хромосоме в линейной последовательности.

• Аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах.

• Гены одной хромосомы образуют группу сцепления, т.е. наследуются преимущественно сцепленно (совместно), благодаря чему происходит сцепленное наследование некоторых признаков.

• Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом данного вида (у гомогаметного пола) или больше на 1 (у гетерогаметного пола).

• Сцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме (поэтому сила сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами).

• Каждый биологический вид характеризуется определенным набором хромосом — кариотипом

 Сцепление генов. Кроссинговер.

В аллельных парах имело место независимое комбинирование генов. Оно возможно только потому, что рассматриваемые нами гены локализо­ваны в различных парах хромосом. Однако число генов значительно пре­восходит число хромосом. Следователь­но, в каждой хромосоме локализовано много генов, наследующихся совмест­но. Гены, локализованные в одной хромосоме, называются группой сцеп­ления. Понятно, что у каждого вида организмов число групп сцепления равняется числу пар хромосом, т. е. у дрозофилы их 4, у гороха — 7, у ку­курузы — 10, у томата — 12 и т. д.

Следовательно, установленный Мен­делем принцип независимого наследова­ния и комбинирования признаков про­является только тогда, когда гены, определяющие эти признаки, находят­ся в разных парах хромосом (относят­ся к различным группам сцепления).

Однако оказалось, что гены, нахо­дящиеся в одной хромосоме, сцеплены не абсолютно. Во время мейоза, при конъюгации хромосом гомологичные хромосомы обмениваются идентичными участками. Этот процесс получил на­звание кроссинговера, или перекреста. Кроссинговер может произойти в лю­бом участке хромосомы, даже в не­скольких местах одной хромосомы. Чем дальше друг от друга расположены локусы в одной хромосоме, тем чаще между ними следует ожидать перекрест и обмен участками.

Обмен участками между гомологич­ными хромосомами имеет большое значение для эволюции, так как непо­мерно увеличивает возможности комбинативной изменчивости. Вследствие перекреста отбор в процессе эволюции идет не по целым группам сцепления, а по группам генов и даже отдельным генам. Ведь в одной группе сцепления могут находиться гены, кодирующие наряду с адаптивными (приспособи­тельными) и неадаптивные состояния признаков. В результате перекреста «полезные» для организма аллели мо­гут быть отделены от «вредных» и, сле­довательно, возникнут более выгодные для существования вида генные комби­нации — адаптивные.

Метод соматической гибридизации клеток и его применение для картирования генов человека в хромосомах.

Соматические клетки содержат весь объем генетиче­ской информации. Это дает возможность изучать многие вопросы генетики человека, которые невозможно исследовать на целом организме. Благодаря мето­дам генетики соматических клеток че­ловек стал как бы одним из эксперимен­тальных объектов. Соматические клет­ки человека получают из разных орга­нов (кожа, костный мозг, клетки кро­ви, ткани эмбрионов). Чаще всего ис­пользуют клетки соединительной тка­ни (фибробласты) и лимфоциты крови. Культивирование клеток вне организ­ма позволяет получить достаточное ко­личество материала для исследования, что не всегда можно взять у человека без ущерба для здоровья.

В 1960 г. французский биолог Ж. Барский, выращивая вне организма в культуре ткани клетки двух линий мышей, обнаружил, что некоторые клет­ки по своим морфологическим и биохи­мическим признакам были промежуточ­ными между исходными родительскими клетками. Эти клетки оказались гибридными.

Гибридизация соматических клеток проводится в широких пределах не только между разными видами, но и типами: человек х мышь, человек х комар, мышь х курица и т. п. В за­висимости от целей анализа исследова­ние проводят на гетерокарионах или синкарионах. Синкарионы обычно уда­ется получить при гибридизации в пре­делах класса. Это истинные гибридные клетки, так как в них произошло объединение двух геномов. Происходит постепенная элиминация хромосом того организма, клетки ко­торого имеют более медленный темп размножения.

Применение метода генетики сома­тических клеток дает возможность изу­чать механизмы первичного действия генов и взаимодействия генов.

Наследование признаков человека, сцепленных с полом.

Признаки, наследуемые через половые хромосомы, получили название сцепленных с полом. У человека признаки, наследуемые через X-хромосому, могут быть только у лиц мужского пола, а наследуемые через Х-хромосому — у лиц как одного, так и другого пола. Лицо женского пола можетбыть как гомо-, так и гетерозиготным по генам, локализованным в Х-хромосоме, а рецессивные аллели генов у него проявляются только в гомозиготном состоянии. Поскольку у лиц мужского пола только одна Х-хромосома, все локализованные в ней гены, даже рецессивные, сразу же проявляются в фенотипе. Такой организм называют гемизиготным.

У человека некоторые патологические состояния наследуются сцепленно с полом. К ним относится, например, гемофилия (медленная свертываемость крови, обусловливающая повышенную кровоточивость).

Аллель гена, контролирующий нормальную свертываемость крови (H), и его аллельная пара «ген гемофилии» (h) находятся в Х-хромосоме. Аллель Я доминантен, аллель Н рецессивен, поэтому, если женщина гетерозиготна по этому гену (ХНХh), гемофилия у нее не проявляется. У мужчины только одна Х-хромосома. Следовательно, если у него в Х-хромосоме находится аллель Н, то он и проявляется. Если же Х-хромосома мужчины имеет аллель h, то мужчина страдает гемофилией: К-хромосома не несет генов, определяющих механизмы нормального свертывания крови.

Если рецессивные признаки, наследуемые через Х-хромосому у женщин, проявляются только в гомозиготном состоянии, то доминантные в равной мере проявляются у обоих полов. К таким признакам у человека относятся: витаминоустойчивый рахит, темная эмаль зубов и другие.

Признаки, которые наследуются через К-хромосому, получили название голандриуеских. Они передаются от отца всем его сыновьям. К числу таких у человека относится признак, проявляющийся в интенсивном развитии волос на крае ушной раковины.