Материал: Генетика как наука

Тотипотентность ядра соматической клетки. Дж. Гердон продемонстрировал возможность полного развития Xenopus laevis на основе генетической информации ядра соматической клетки. Неоплодотворенные яйца X. laevis облучали большими дозами ультрафиолетового света и таким образом убивали их ядра. Затем в энуклеированное яйцо инъецировали ядро из эпителия кишечника головастика. В ряде случаев из таких яиц развились головастики, а затем взрослые лягушки. В качестве генетического маркера, гарантировавшего чистоту эксперимента, было использовано число ядрышек. Лягушки, от которых брали ядра, образовывали два ядрышка на ядро, т. е. каждый ядрышковый организатор гомологичных хромосом функционировал нормально. В качестве донора соматических ядер использовали X. laevis, гетерозиготных по делеции ядрышкового организатора, и потому имевших только одно ядрышко на ядро. Все лягушки, развившиеся в результате пересадки ядер, имели по одному ядрышку. Таким образом, эти эксперименты показали, что дифференци-ровка клеток в онтогенезе не обязательно сопровождается необратимой инактивацией генетического материала ядра, а проблема генетического контроля индивидуального развития тесно связана с проблемой дифференциальной экспрессии генов. Тотипотентность соматических клеток растений дает большие возможности для изучения дифференциального действия генов в онтогенезе.

Дифференциальная активность генов в онтогенезе. Дифференциальная репликация, транскрипция генов, трансляция

Дифференциальная экспрессия генов, т. е. регуляция их активности в зависимости от сигналов, поступающих извне, может происходить на уровне любого известного матричного процесса; репликации, транскрипции, трансляции, а также в процессе созревания иРНК и полипептидных цепей, образующихся в результате трансляции. Дифференциальная репликация отдельных участков генетического материала известна у прокариот и у эукариот. Экспрессия всех генов контролируется разнообразными эффекторами. Часть из них закодирована в генотипе, часть - поступает в клетки извне или образуется в ходе метаболических реакций. Синтез эффекторов контролируется условиями внешней среды, например, белки «теплового шока», регулирующие процессы транскрипции, синтезируются у дрозофилы при температуре свыше 35 °С, при воздействии антибиотика антимицина А, гидроксиламина, колхицина, хлорида аммония и других веществ.

Регуляция экспрессии всех генов происходит на различных уровнях:

• 1. Регуляция на генном уровне происходит различным образом
• 1.1. Модификация ДНК (например, замена цитозина или гуанина на метил-цитозин или метил-гуанин; метилирование оснований снижает активность генов).
• 1.2. Увеличение объема ДНК в клетке путем дифференциальной амплификации ДНК (например, многократное копирование генов рРНК) или за счет образования политенных хромосом.
• 1.3. Программированные количественные изменения ДНК (например, изменение ориентации промотора).
• 1.4. Сплайсинг ДНК (например, вырезание участков генов, кодирующих антитела).
• 1.5. Диминуция хроматина - необратимая утрата части генетического материала в соматических клетках некоторых организмов (инфузорий, аскарид, циклопов).
• 1.6. Изменение активности целых хромосом (например, инактивация одной из двух X-хромосом у самок млекопитающих).
• 1.7. Изменение последовательностей ДНК с помощью подвижных генетических элементов.
• 2. Регуляция на уровне транскрипции - путем регуляции транскрипции мРНК. Интенсивное функционирование отдельных генов или их блоков соответствует определенным этапам развития и дифференцировки. Регуляторами транскрипции у животных часто являются стероидные гормоны.
• 3. Регуляция на уровне сплайсинга (посттранскрипционной модификации мРНК) - обес­печивает возможность образования различных типов зрелой, функционально активной мРНК. Процессинг РНК регулируется с помощью рибозимов (катализаторов рибонуклеиновой природы) и ферментов матураз. Некоторые генетические заболевания человека (фенилкетонурия, некоторые гемоглобинопатии) обусловлены нарушением сплайсинга.
• 4. Регуляция на уровне трансляции - обусловлена различной активностью разных типов мРНК.
• 5. Регуляция на уровне посттрансляционной модификации белков - регулируется путем посттрансляционной модификацией белков (фосфорилированием, ацетилированием, расщеплением исходной полипептидной цепи и т.д.).

Влияние воздействий факторов внешней среды процесс онтогенеза. Модификационная изменчивость. Мутации, затрагивающие дифференциацию клеток и тканей в процессе индивидуального развития. Тератогенез, морфозы, фенокопии

Генотип - это программа развития, обусловленная историей развития вида. Фенотип можно определить как результат реализации генотипа в ходе онтогенеза при определенных условиях внешней среды, для которого характерна система признаков и свойств организма. Например, у растений синтез хлорофилла, который контролируется действием генов, не может происходить в темноте, и для этого процесса обязательно наличие света.

Модификационная (фенотипическая) изменчивость -- изменения в организме, связанные с изменением фенотипа вследствие влияния окружающей среды и носящие, в большинстве случаев, адаптивный характер. Генотип при этом не изменяется. Факторы окружающей среды способны регулировать экспрессию генов, то есть интенсивность выработки ими специфических белков, функции которых отвечают специфическим факторам окружающей среды.

В большинстве случаев модификационная изменчивость способствует положительной адаптации организмов к условиям окружающей среды -- улучшается реакция генотипа на окружающее и возникает перестройка фенотипа (например, увеличивается число эритроцитов у человека, поднявшегося в горы).

Нормальным может быть назван такой фенотип, который возникает в оптимальных условиях среды под контролем нормального, или «дикого» генотипа. Фенотипические отклонения от «дикого типа» образуют морфозы и тератозы. Морфозы - это такие изменения органов, которые не препятствуют нормальному функционированию организма (например, сросшиеся цветоносные побеги у одуванчика, изменение конфигурации листьев). Тератозы (уродства) приводят к частичной или полной утрате органом его функций (например, превращение плодолистиков в обычные листья-трофофиллы, тычинок в лепестки). Морфозы и тератозы не связаны с изменениями в генах, непосредственно отвечающих за формирование рассматриваемых признаках. Иначе говоря, это результат нарушения действия генов. Поскольку генотип остается неизменным, морфозы и тератозы не наследуются, однако склонность к появлению таких нарушений может быть обусловлена особенностями генотипа. Морфозы и тератозы могут быть обусловлены воздействием различных физических и химических факторов. Термин «фенокопия» употребляется в том случае, если рассматриваются «дикий» и мутантный генотипы. Корректное применение термина «фенокопия» предполагает, что для одного генотипа данный результат считается нормальным, а для другого - аномальным. Фенокопии - это, в сущности, морфозы и тератозы. Они не наследуются, но наследуется предрасположенность к их образованию

Предмет и методы селекции. Понятие о породе, сорте, штамме. Учение об исходном материале в селекции. Генетические коллекции. Центры происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову

Селекция -- это наука о путях создания новых и улучшения уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для практики признаками и свойствами.

Сортом растений, породой животных и штаммом микроорганизмов называют устойчивую группу (популяцию) живых организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определенные наследственные особенности.

Все многообразие диких и культурных форм данного вида животных или растений, по которому ведется селекция, совокупность спонтанных и индуцированных мутаций признаков и свойств представляют собой исходный материал селекции. С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н. И. Вавилов с 1924 г. и до конца 30-х гг. организовал 180 экспедиций по самым труднодоступным районам земного шара. В результате этих экспедиций была собрана уникальная, самая крупная в мире генетическая коллекция культурных растений. На основе изучения собранного материала Н. И. Вавилов выделил восемь центров происхождения культурных растений.