8. Эукариотические микроорганизмы как объекты генетики, особенности передачи у них генетической информации (тетрадный анализ, конверсия генов, парасексуальный цикл).

Тетрадный анализ, метод генетического анализа низших эукариотных организмов, основанный на одновременном изучении генотиповвсех четырёх гаплоидных продуктовмейозаотдельной диплоидной клетки. У некоторых грибов, водорослей, мхов после мейотического деления образуютсятетрады(четвёрки спор), остающиеся внутри оболочки родительской клетки. Изолируя в ходе Т. а. споры каждой отдельной тетрады, можно не только устанавливать генотип исходных диплоидных клеток, но и следить за поведением отдельных генов, центромер и целых хромосом в мейозе. С помощью Т. а. у мхов было впервые доказано, что менделевское расщепление генов— результат мейоза и представляет собой биологическую, а не статистическую закономерность. Предпосылкой для использования Т. а. в современной генетике служит то, что любая пара аллельных генов даёт в тетрадах расщепление 2:2. В некоторых экспериментах наблюдаются отклонения от подобного расщепления. В тех случаях, когда эти отклонения очень редки, обнаружить и изучить их можно практически только с помощью Т. а.  У дрожжей рода Saccharomyces встречаются клетки, дающие красные и белые колонии. Эти альтернативные признаки определяются одной аллельной парой гена окраски А – белый цвет, а – красный. При слиянии гаплоидных гамет образуется диплоидная зигота F1. Она вскоре приступает к мейозу, в результате чего в одном аске  образуется тетрада гаплоидных спор. Разрезав аск и вынув каждую спору отдельно переносят их на субстрат, где они размножаются. Каждая из 4-х гаплоидных клеток начинает делиться и образуются 4 колонии. Две из них оказываются белыми и две красными, т.е. наблюдается расщепление, точно соответствующее 1А : 1а.

Генная конверсия — это процесс нереципрокного переноса информации из одной хроматиды в другую. Хорошим модельным объектом служат некоторые виды низших грибов, например, Ascomycetes, продукты мейоза которых остаются в одной крупной клетке-сумке, называемой аском, располагаясь в линейном порядке. У гетерозиготного штамма (Аа) следовало бы ожидать распределение аллелей в 8 спорах аска 4А:4а, рекомбинация может лишь поменять местами споры с разными аллелями.

— рекомбинации между отдельными частями генов, замена некоторой нуклеотидной последовательности ДНК гомологичной ей последовательностью нуклеотидов. Процесс Г.к. обычно инициируется формированием гибридной ДНК между двумя частично комплементарными цепями. В настоящее время используется следующая классификация Г.к.: а) Г.к. между сестринскими хромосомами по гомологичному локусу; б) Г.к. между различными локусами в одной или разных хромосомах. Конверсия такого типа имеет широкое распространение в различных мультигенных семействах( Группа родственных структурных генов, образующих кластер либо диспергированных по геному, возникших в результате ряда последовательных дупликаций гена-предшественника; характерные примеры - М.с. генов рРНК, иммуноглобулинов, гистонов (например, в геноме мышей 15-20 генов, кодирующих гистоны Н2А) . Само явление впервые описано Г. Книпом у нейроспоры в 1928 г. Сначала термин «Г.к.» применяли только к нарушению стандартного менделевского расщепления 2А : 2а в тетрадах аскоспор у грибов-аскомицетов. В дальнейшем его распространили на все процессы, в которых происходит превращение одного аллеля в другой путем коррекции рекомбинационного гетеродуплекса.

Таким образом, термин генная конверсия означает замену некоторой последовательности ДНКгомологичной ей последовательностью . Процесс генной конверсии обычно инициируется формированием гибридной ДНК между двумя частично комплементарными цепями. Как правило, они обычно принадлежат двум двуцепочечным молекулам ДНК 

в процессе мейотического кроссинговера есть стадия, на которой разнонаправленные нити ДНКгомологичных хромосом образуют гетеродуплекс - гибридную двунитча- тую ДНК. Если в гетеродуплексе есть сайты с нарушенной комплемен- тарностью оснований ДНК, то в них возможна репарация с использова- нием в качестве матрицы одного из гомологов. Именно репарация не- комплементарных оснований в пределах гетеродуплекса является мате- риальным механизмом генетической конверсии.

Если некомплементарный сайт по каким-то причинам не репариро- вался,то уже в первом постмейотическом S-периоде каждая из частично некомплементарных нитей ДНК достроит вторую нить и образовавшиеся дочерние клетки окажутся генетически различными. Дочерняя клетка, которая в качестве матрицы использовала мутантную нить ДНК,окажется мутантной, а клетка, которая получила в качестве матрицы неповреж- денную нить ДНК, окажется нормальной. Это явление получило название постмейотической сегрегации. Посмейотическая сегрегация не изменяет соотношение между мутантными и немутантными гаметами, поскольку не происходит репарация гетеродуплекса, однако изменяет распределение мутантных и немутантных гамет в аске или приводит к мозаицизму потомства.

ПАРАСЕКСУАЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС аналог полового процесса →слияние вегетативных клеток, содержащих генетически разнородные ядра (образование гетерокариона), возникновение гетерозиготных диплоидов за счёт слияния ядер в гетерокарионах и последующего митотич. расщепления диплоидов (появление гаплоидных или диплоидных рекомбинантов). Способность к ПП →парасексуальность. В основе появления гаплоидных рекомбинантов лежит процесс гаплоидизации (обнаружен у аскомицетов) — последовательная потеря по одной хромосоме из калсдой пары гомологов в результате нерасхождения хромосом в митозе. Так как при гаплоидизации не происходит конъюгации гомологичных хромосом и, следовательно, кроссинговера, все гены одной хромосомы обнаруживают полное сцепление, а гены разных хромосом рекомбинируют независимо. Эту особенность используют для локализации генов в группах сцепления. Митотическая (соматическая) рекомбинация, свойственная, видимо, всем эукариотам, приводит к гомозиготизации генов, расположенных дистально от точки перекреста по отношению к центромере. Это позволяет определять сцепление между генами одного плеча хромосомы. П. п. широко используют для локализации генов даже у организмов, обладающих половым процессом, а у нек-рых агамных организмов (напр., у несовершенных грибов) — это единств, возможность проведения генетич. анализа. Значительно расширилась область применения П. п. благодаря достижениям клеточной инженерии: метод слияния протопластов позволяет искусственно получать гибридные клетки организмов, к-рые в норме никогда не скрещиваются. При этом возможно получение не только межвидовых, но и межродовых гибридов.

Парасексуальный цикл — это процесс объединения и последующей рекомбинации генов на осно­ве событий, происходящих в митозе, а не в мейозе, без участия оплодотворения половым путем.

9. Цитологические основы полового размножения. Половым размножением называют возникновение и развитие потомства из оплодотворенной яйцеклетки – зиготы, т.е. слившихся женской и мужской половых клеток.

ЦИТОЛОГ-Е ОСОБ-ТИ ПОЛОВЫХ ХРОМОСОМ:

1. Вполовых хромосомах ↑гетерохроматина, чем в аутосомах. 2. Репродукция половых хром-м и аутосом происходит не 1t.

3. У гомогаметного пола 1из Х-хр нах-ся в сверх спирализованном сост, в интерфазе. 4. У гом. пола одна из Х-хр может репродуцироваться позже чем др.5. У гетерог. пола У-хр гораздо меньше чем Х-хр.

Пол. раз.→генотип потомков →в рез. перекомбинации генов, € обоим род. ↑возможности организмов в приспособлении к меняющимся условиям среды. Существует несколько форм полового размножения.

Половое размножение происходит при участии половых клеток – гамет, чаще всего оплодотворение. Цитологические основы полового размножения – мейоз и оплодотворение →получение организмами нового поколения эволюционно сложившегося, сбалансированного по дозам генов наслед. материала, на основе которого развивается организм →формируются определенные видовые характеристики и вид существует долго. НО у разных особей аллели различны тк мутации и комбинативная изменчивость!! (перекомбинации родительских аллелей особи в ее гаметах)

Мейоз (или редукционное деление клетки) — деление ядра эукариотическойклеткис уменьшением числахромосомв два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать сгаметогенезом— образованием специализированныхполовых клеток, илигамет, изнедифференцированныхстволовых.

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

• Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

• Фаза лептотены или лептонемы — упаковка хромосом.

• Зиготена или зигонема — конъюгация (соединение) гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами.

• Пахитена или пахинема — кроссинговер(перекрест), обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой.

• Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

• Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

• Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

• Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.

• Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

• Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

• Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

• Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

• Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клеткиобразуется четырегаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён сгаметогенезом(например, у многоклеточных животных), при развитиияйцеклетокпервое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и два так называемыхредукционных тельца(абортивные дериваты первого и второго делений).

Оплодотворение - слияние мужских и женских половых клеток (сперматозоидов и яйцеклеток), в результате которого образуется зигота. Оплодотворение обеспечивает объединение у потомков наследственных задатков материнского и отцовского организмов.