Реферати » Реферати з біології » Сучасні проблеми розвитку генетики

Сучасні проблеми розвитку генетики

Введення.

Генетика по праву може вважатися однією з найбільш важливих областей біології. Протягом тисячоліть людина користувалася генетичними методами для поліпшення домашніх тварин і оброблюваних рослин, не маючи уявлення про механізми, що лежать в основі цих методів. Судячи з різноманітних археологічних даних, уже 6000 років тому люди розуміли, що деякі фізичні ознаки можуть передаватися від одного покоління іншому. Відбираючи визначені організми з природних популяцій і схрещуючи їх між собою, людина створювала поліпшені сорти рослин і породи тварин, що володіли потрібними їй властивостями.

Проте лише на початку XX в. учені стали усвідомлювати повною мірою важливість законів спадковості і її механізмів. Хоча успіхи мікроскопії дозволили встановити, що спадкові ознаки передаються з покоління в покоління через сперматозоїди і яйцеклітини, залишалося незрозумілим, яким чином дрібні частки протоплазми можуть нести в собі «задатки» тієї величезної безлічі ознак, з яких складається кожен окремий організм.

Перший дійсно науковий крок вперед у вивченні спадковості був зроблений австрійським ченцем Грегором Менделем, який у 1866 р. опублікував статтю, що заклав основи сучасної генетики. Мендель показав, що спадкові задатки не змішуються, а передаються від батьків нащадкам у вигляді дискретних (відособлених) одиниць. Ці одиниці, представлені у особин парами, залишаються дискретними і передаються наступним поколінням у чоловічих і жіночих гаметах, кожна з яких містить по одній одиниці з кожної пари. У 1909 р. датський ботанік
Йогансен назвав ці одиниці гедам » , а в 1912 р. американський генетик Морган показав, що вони знаходяться в хромосомах. З тих пір генетика досягла великих успіхів у поясненні природи спадковості і на рівні організму, і на рівні гена.

1. Природа генів

Вивчення спадковості вже давно було пов'язано з Преставлення про її корпускулярну природу. У 1866 р. Мендель висловив припущення, що ознаки організмів визначаються успадкованими одиницями, які він назвав
"елементами". Пізніше їх стали називати "факторами" і, нарешті, генами; було показано, що гени знаходяться в хромосомах, з якими вони і передаються від одного покоління до іншого.

Незважаючи на те, що вже багато чого відомо про хромосоми і структуру ДНК, дати визначення гена дуже важко, поки вдалося сформулювати тільки три можливих визначення гена: а) ген як одиниця рекомбінації.

На підставі своїх робіт з побудови хромосомних карт дрозофіли
Морган стверджував, що ген - це найменша ділянка хромосоми, яка може бути відокремлений від прилеглих до нього ділянок внаслідок кросинговеру . Згідно з ним, ген являє собою велику одиницю, специфічну область хромосоми, що визначає той чи інший ознака організму; б) ген як одиниця мутації.

У результаті вивчення природи мутацій було встановлено, що зміни ознак виникають унаслідок випадкових спонтанних змін у структурі хромосоми, в послідовності підстав чи навіть в одній підставі. У цьому сенсі можна було сказати, що ген - це одна пара компліментарних підстав в нуклеотидної послідовності ДНК, тобто найменша ділянка хромосоми, здатна перетерпіти мутацію. в) ген як одиниця функції.

Оскільки було відомо, що від генів залежать структурні, фізіологічні і біохімічні ознаки організмів, було запропоновано визначати ген як найменший ділянку хромосоми, що обумовлює синтез певного продукту.

1.1 Короткий виклад суті гіпотез Менделя

1. Кожна ознака даного організму контролюється парою аллелей.

1. Якщо організм містить два різних алелі для даної ознаки, то один з них (домінантний) може виявлятися, цілком придушуючи прояв іншого (рецесивного).

1. При мейозі кожна пара аллелей розділяється (розщеплюється) і кожна гамета отримує по одному з кожної пари аллелей (принцип розщеплення).

1. При утворенні чоловічих і жіночих гамет у кожну з них може потрапити будь-який аллель з однієї пари разом з будь-яким іншим з іншої пари (принцип незалежного розподілу).

1. Кожен аллель передається з покоління в покоління як дискретна не змінюється одиниця.

1. Кожен організм успадковує по одному аллели (для кожної ознаки) від кожної з батьківських особин.

1.2 Мінливість

мінливістю називають всю сукупність відмінностей з того чи іншою ознакою між організмами, що належать до однієї і тієї ж природної популяції чи виду. Вражаюча морфологічна різноманітність особин в межах будь-якого виду привернуло увагу Дарвіна і Уоллеса під час їх подорожей. Закономірний, передбачуваний характер передачі таких відмінностей у спадок послужив основою для досліджень Менделя. Дарвін встановив, що певні ознаки можуть розвиватися в результаті відбору, тоді як
Мендель пояснив механізм, що забезпечує передачу з покоління в покоління ознак, за якими ведеться відбір.

Мендель описав, яким чином спадкові чинники визначають генотип організму, який у процесі розвитку виявляється в структурних, фізіологічних і біохімічних особливостях фенотипу. Якщо фенотипічніпрояв якого ознаки обумовлено в кінцевому рахунку генами, контролюючими ця ознака, то на ступінь розвитку певних ознак може впливати середу.
Вивчення фенотипічних відмінностей в будь якій великій популяції показує, що існують дві форми мінливості - дискретна і безперервна. Для вивчення мінливості якої-небудь ознаки, наприклад зростання у людини, необхідно виміряти цей ознака у великої кількості індивідуумів у досліджуваній популяції.
Результати вимірювань представляють у вигляді гістограми, що відображає розподіл частот різних варіантів цієї ознаки в популяції. На рис. 4 представлені типові результати, одержувані при таких дослідженнях, і вони наочно демонструють різницю між дискретної і безперервної мінливістю.

1.3 Вплив середовища

Головний фактор, що детермінує будь фенотипічних ознака, - це генотип. Генотип організму визначається в момент запліднення, але ступінь експресії цього генетичного потенціалу значною мірою залежить від зовнішніх факторів, що впливають на організм під час його розвитку. Так, наприклад, використаний Менделем сорт гороху з довгим стеблом зазвичай досягав висоти 180 см. Однак для цього йому необхідні були відповідні умови - освітлення, постачання водою і хороший грунт. За відсутності оптимальних умов (за наявності лімітуючих факторів) ген високого стебла не міг повною мірою виявити свою дію. Ефект взаємодії генотипу і факторів середовища продемонстрував датський генетик
Йогансен. У ряді експериментів на карликової квасолі він вибирав з кожного покоління самозапилювалися рослин найважчі і найлегші насіння і висаджував їх для отримання наступного покоління. Повторюючи ці експерименти впродовж декількох років, він виявив, що в межах «важкої» або
«легкої» селекційної лінії насіння мало розрізнялися по середній вазі, тоді як середня вага насіння з різних ліній сильно розрізнявся. Це дозволяє вважати, що на фенотипічні прояв ознаки впливають як спадковість, так і середовище. На підставі цих результатів можна визначити безперервну фенотипическую мінливість як «кумулятивний ефект варіюють факторів середовища, що впливають на варіабельний генотип» . Крім того, ці результати показують, що ступінь успадкованого даної ознаки визначається в першу чергу генотипом. Що стосується розвитку таких чисто людських якостей, як індивідуальність, темперамент і інтелект, то, судячи за наявними даними, вони залежать як від спадкових, так і від середовищних факторів, які, взаємодіючи в різному ступені у різних індивідуумів, впливають на остаточне вираз ознаки. Саме ці відмінності в тих і інших факторах створюють фенотипічні відмінності між індивідуумами. Ми поки ще не маємо дані, які твердо вказували б на те, що вплив якихось із цих факторів завжди переважає, проте середу ніколи не може вивести фенотип за межі, детерміновані генотипом.

1.4 Джерела мінливості

Необхідно чітко уявляти собі, що взаємодія між дискретної і безперервного мінливістю і середовищем робить можливим існування двох організмів з ідентичним фенотипом. Механізм реплікації ДНК при мітозі настільки близький до досконалості, що можливості генетичної мінливості у організмів з безстатевим розмноженням дуже малі. Тому будь-яка видима мінливість у таких організмів майже напевно обумовлена ??впливами зовнішнього середовища. Що ж до організмів, що розмножуються статевим шляхом, то у них є широкі можливості для виникнення генетичних відмінностей.
Практично необмеженими джерелами генетичної мінливості служать два процеси, що відбуваються під час мейозу:

1. Реципрокний обмін генами між хромату-дамп гомологічних хромосом, який може відбуватися в профазі 1 мейозу. Він створює нові групи зчеплення, тобто служить важливим джерелом генетичної рекомбінації алелів.

2. Орієнтація пар гомологічних хромосом (бівалентов) в екваторіальній площині веретена в метафазі I мейозу визначає напрям, в якому кожен член пари буде переміщатися в анафазе I. Ця орієнтація носить випадковий характер. Під час метафази II пари хроматид знову-таки орієнтується випадковим чином, і цим визначається, до якого з двох протилежних полюсів попрямує та чи інша хромосома під час анафази
II. Випадкова орієнтація і подальше незалежне розбіжність (сегрегація) хромосом роблять можливим велике число різних хромосомних комбінацій в гаметах; число це можна підрахувати.

Третє джерело мінливості при статевому розмноженні - це те, що злиття чоловічих і жіночих гамет, що веде до об'єднання двох гаплоїдних наборів хромосом в диплоидном ядрі зиготи, відбувається абсолютно випадковим чином (в усякому разі, в теорії) ; будь-яка чоловіча гамета потенційно здатна злитися з будь-якої жіночої гаметой.
Ці три джерела генетичної мінливості і забезпечують постійну
«перетасовування» генів, що лежить в основі відбуваються весь час генетичних змін. Середа

Сторінки: 1 2 3