практика ОГтема

Глава 2

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЛЕЛЬНЫХ И НЕАЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ.

РЕПАРАБЕЛЬНЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ДНК

Цель занятия:

1.Сформировать представление об основных закономерностях наследования признаков.

2.Изучить сущность и возможности гибридологического анализа при моно-, ди- и полигибридном скрещивании.

3.Изучить проявление основных видов взаимодействия аллельных и неаллельных генов и сформировать представление о механизмах формирования фенотипов при разных видах взаимодействия генов.

4.Изучить основные закономерности наследования и взаимодействия генов из серии множественных аллелей.

5.Освоить принципы репарации ДНК при репликации.

1

Задачи занятия:

1.Изучить основные законы наследования.

2.Изучить виды скрещиваний в зависимости от количества изучаемых генов, и от направления скрещивания.

3.Научиться решать задачи на моно- и полигибридное скрещивание.

4.Научиться решать задачи на взаимодействие аллельных и неаллельных генов.

Формируемые компетенции:

ОК-1, ПК-9, ПК-31, ПК-32

Студент должен знать:

1.Формулировку, содержание и цитологические основы законов Г. Менделя:

-закон единообразия гибридов первого поколения

-закон расщепления

-закон независимого комбинирования признаков

2.Формулировку, содержание и цитологические основы гипотезы «чистоты гамет».

3.Цели, сущность и методику проведения анализирующего скрещивания.

4.Закономерности наследования и формирования признаков при множественном аллелизме.

5.Молекулярные механизмы формирования групп крови по системе АВО.

6.Примеры признаков, иллюстрирующих явление множественного аллелизма.

7.Молекулярные механизмы формирования групп крови по системе резус (Rh).

8.Особенности наследования и формирования признаков при цитоплазматической наследственности.

9.Проявление феномена множественного действия гена и его молекулярные механизмы.

10.Классификацию разных видов взаимодействия между генами.

11.Закономерности формирования признаков при следующих видах взаимодействия аллельных генов:

полное доминирование

неполное доминирование

2

кодоминирование

12.Закономерности формирования признаков при следующих видах взаимодействия неаллельных генов:

комплементарность

эпистаз

полимерия

Студент должен уметь:

1.Давать цитологическое обоснование качественных и количественных закономерностей наследования признаков при моногибридном и поллигибридном скрещивании.

2.Решать задачи на моногибридное и дигибридное скрещивание, а именно:

-использовать буквенную символику, предложенную Г. Менделем

-записывать генотипы родителей

-записывать гаметы каждой родительской особи

-записывать генотипы гибридов первого, второго и последующих поколений

-вычислять вероятность появление особей с теми или иными генотипами и фенотипами

3.Определять группу крови системы АВО у организма с известным генотипом.

4.Решать задачи на наследование групп крови по системе АВО.

5.Решать задачи на наследование групп крови по системе резус

(Rh).

6.Решать задачи на разные виды взаимодействия аллельных и неаллельных генов.

7.Решать задачи на множественный аллелизм.

Студент должен владеть:

1.Медико-функциональным понятийным аппаратом и специальными терминами.

2.Навыками записи и решения генетических задач.

3.По записи скрещивания и расщепления определять вид взаимодействия генов.

Оснащение занятия:

1.Таблицы

2.Микроскоп световой

3

3.Микропрепараты:

Дрозофила – норма (дикий тип)

Дрозофила с жёлтым телом

Дрозофила с изогнутыми щетинками

Дрозофила с вырезкой на крыле

Хронологическая карта занятия:

1.Организационная часть

2.Тестовый контроль базового уровня знаний

3.Объяснение практического задания

4.Самостоятельная работа

5.Проверка выполненных работ в альбомах

6.Контроль конечного уровня знаний

7.Установка задания для подготовки к следующей теме

Теоретический обзор

Законы наследования изучите, используя следующую литературу:

Основная:

1.«Биология», учебник в 2 т/ под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011.

2.«Биология», учебник в 2 т/ под ред. В.Н. Ярыгина, М.: Медицина, 2006 г

3.Биология/ А.А. Слюсарев, С.В. Жукова, - К: Высшая школа,

1987.

4.Электронная версия учебно-методического пособия (каф. мед. биологии и генетики)

Дополнительная:

4. Гены./ Льюин Б. – М.: Мир. 1987.

4

Репарабельные повреждения ДНК

Апуринизация. За одни сутки ДНК в каждой соматической клетке теряет примерно 5000 пуриновых оснований (остатков аденина и гуанина) в результате разрыва N-гликозидной связи между пуриновым основанием и дезоксирибозой. Восстановление ДНК происходит за счёт комплементарной цепи. На первом этапе репарации с помощью АР-эндонуклеазы и фосфодиэстеразы от ДНК отщепляется сахарофосфатная группа, потерявшая своё основание. Далее, ДНК-полимераза заполняет образовавшуюся брешь размером в один нуклеотид, а ДНК-лигаза завершает репарацию ДНК.

Дезаминирование. В сутки приблизительно 100 цитозиновых оснований спонтанно дезаминируются в урацил (C → U). При репликации такое повреждение приведёт к замене пары C-G на T- A, т.е. искажению наследственной информации. Репарация дезаминирования начинается с распознования и удаления урацила из цепи ДНК с помощью урацил-ДНК гликозидазы. Вслед за этим АР-эндонуклеаза и фосфодиэстераза вырезают из ДНК сахарофосфатную группу, лишённую урацила, а ДНК-полимераза и ДНК-лигаза восстанавливают целостность полинуклеотидной цепи.

Димеризация пиримидинов. Под действием ультрафиалетового излучения рядом стоящие пиримидиновые основания могут ковалентно связываться друг с другом, образуя, например, тиминовые димеры. Репарация таких повреждений начинается с распознования тиминовых димеров мультиферментным комплексом uvr ABC (ultraviolet repair), который вырезает из ДНК олигонуклеотид длиной в 12 остатков, включающий тиминовый димер. ДНК-полимераза и ДНК-лигаза восстанавливают корректную последовательность повреждённой цепи ДНК.

Наследственный неполипозный рак прямой кишки составляет 15%

случаев злокачественных опухолей прямой кишки. Гены MSH2, ответственные за развитие заболевания, являются гомологами mutS и mutL,

5

кодирующих репарационные ферменты в кишечной палочке Escherichia coli. Ранняя диагностика, основанная на вывлении мутаций генов MSH2, значительно увеличивает выживаемость больных.

Пигментная ксеродермия возникает в результате мутации генов семейства XP. Дефект ферментов репарации ДНК проявляется брешами, возникающие в молекуле ДНК под воздействием ультрафиалетового излучения. Больные вынуждены избегать попадания на кожу прямых солнечных лучей, частота в

Европе 1:250000.

Анемия Фанкони характеризуется лейкемией и прогрессирующей апластической анемией. Причина болезни дефекты репарации повреждений ДНК, вызванных химическими мутагенами и канцерогенам (не УФ-излучением), в результате мутаций генов FAA, FAB, FAC.

6

Практические навыки

1. Виртуальная лаборатория. Опыт Грегора Менделя. Гибридологический анализа.

Первый закон Менделя, или правило единообразия гибридов первого поколения

Закон сформулирован по характеру проявления моногенных признаков в первом поколении гибридов, образовавшихся при скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков (рис. 1). Г. Мендель при скрещивании гороха (Pisum sativum) учитывал альтернативные признаки по окраске семян гороха.

Рис. 1. Опыт Грегора Менделя (1865 г)

7

Буквой Р (лат. parentes – родитель) обозначаются родительские формы; F1 (лат. fillius – поколение) – потомки первого поколения; F2 – второго поколения и т. д. Скрещивание обозначается знаком ×; генетическую формулу женской особи записывают первой, ставя перед ней знак ♀ (зеркало символ Венеры), перед формулой отцовской особи помещают знак ♂ (щит и копье символ Марса). В первой строке выписывают генотипические формулы родителей, под которыми подписывают их фенотипы, во второй типы, образуемых ими гамет, в третьей генотипы первого поколения с указанием их фенотипов.

Доминантный аллель, по предложению Г. Менделя, обозначают прописной латинской буквой, а рецессивный строчной буквой. Поскольку соматическая клетка содержит диплоидный набор хромосом, генотип особей чистой линии гороха с желтыми семенами (доминирующий признак) обозначают двумя буквами АА, а с зелёными семенами двумя строчными буквами — аа. Во время мейоза в гамету попадает лишь одна из каждой пары гомологичных хромосом. Поэтому геном гамет содержит лишь один аллель данного гена — А или а. При оплодотворении происходит слияние половых клеток и возникают гетерозиготные диплоидные особи Аа, образующие семена с доминирующей жёлтой окраской (рис. 2).

Рис.2. Моногибридное скрещивание. При скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, все потомки в F1 имеют единый фенотип и генотип.

Для анализа гибридов удобно пользоваться решёткой Пеннета (рис. 3). Р. Пеннет предложил типы гамет матери расположить по вертикали, типы гамет отца по горизонтали), образовавшееся потомство от слияния соответствующих типов гамет располагается внутри решётки.

8

Рис.3. Оформление решетки Пеннета.

Второй закон, или правило расщепления

Мендель сформулировал второй закон на основании изучения закономерностей расщепления гибридов второго поколения при моногибридном скрещивании (рис. 4). При скрещивании между собой гибридов первого поколения (F1), гетерозиготных по аллелям одного гена, каждый из них образует в равных количествах гаметы двух типов, и среди гибридов второго поколения (F2) появляются особи с генотипами и фенотипами родителей и гибридов первого поколения в строго определенных соотношениях 1:2:1 по генотипу и 3:1 по фенотипу.

или

Рис.4. Моногибридное скрещивание. Расщепление признаков.

Особи, имеющие одинаковый фенотип, образуют фенотипический класс, а особи с одинаковым генотипом – генотипический класс. Различают расщепление по генотипу и фенотипу. Таким образом,

9

во втором поколении происходит расщепление на два фенотипических класса в соотношении 3А_ (жёлтые) : 1 аа (зелёные) и три генотипических класса 1 АА : 2 Аа : 1 аа.

Таким образом, общие формулы для определения количества классов при скрещивании гетерозиготных организмов, отличающихся по n признакам:

закономерностей генетики, которая получила название правила «чистоты гамет». Согласно этому правилу в процессе образования половых клеток в каждую гамету попадает только один из пары аллелей данного гена.

При решении задач по генетике необходимо правильно определить и записать типы гамет, которые образуются при данном скрещивании. Чтобы посчитать, сколько типов гамет будет давать организм с заданным генотипом, нужно подсчитать и перемножить количество типов гамет по каждой паре генов. Например, организм с генотипом: АаBbCCDdEe всего будет давать 16 типов гамет.

Третий закон Менделя, или закон независимого наследования

При дигибридном скрещивании изучают наследование двух пар альтернативных наследственных признаков (рис. 1). При этом в потомстве появляются такие комбинации признаков, которые отсутствовали у родителей. Во втором поколении появились четыре фенотипические группы особей в соотношении 9:3:3:1, а число разных генотипов оказалось равным 9, с общим расщеплением среди особей второго поколения 1:2:1:2:4:2:1:2:1. Причем по каждой паре аллелей разных генов особи распределялись по фенотипу в соотношении 3:1, а по генотипу –

1:2:1.

10