Современное состояние исследования генома человека. Генетические карты хромосом человека.

 

На основе генетических исследований возникли новые области знания (молекулярная биология, молекулярная генетика), соответствующие биотехнологии (такие, как генная инженерия) и методы (например, полимеразная цепная реакция), позволяющие выделять и синтезировать нуклеотидные последовательности, встраивать их в геном, получать гибридные ДНК со свойствами, не существовавшими в природе. Получены многие препараты, без которых уже немыслима медицина. Разработаны принципы выведения трансгенных растений и животных, обладающих признаками разных видов. Стало возможным характеризовать особей по многим полиморфным ДНК-маркерам: микросателлитам, нуклеотидным последовательностям и др. Большинство молекулярно-биологических методов не требуют гибридологического анализа. Однако при исследовании признаков, анализе маркеров и картировании генов этот классический метод генетики все еще необходим.

Как и любая другая наука, генетика была и остается оружием недобросовестных ученых и политиков. Такая ее ветвь, как евгеника, согласно которой развитие человека полностью определяется его генотипом, послужила основой для создания в 1930–1960-е годы расовых теорий и программ стерилизации. Напротив, отрицание роли генов и принятие идеи о доминирующей роли среды привело к прекращению генетических исследований в СССР с конца 1940-х до середины 1960-х годов. Сейчас возникают экологические и этические проблемы в связи с работами по созданию «химер» – трансгенных растений и животных, «копированию» животных путем пересадки клеточного ядра в оплодотворенную яйцеклетку, генетической «паспортизации» людей и т.п. В ведущих державах мира принимаются законы, ставящие целью предотвратить

нежелательные последствия таких работ.

Современная генетика обеспечила новые возможности для исследования деятельности организма: с помощью индуцированных мутаций можно выключать и включать почти любые физиологические процессы, прерывать биосинтез белков в клетке, изменять морфогенез, останавливать развитие на определенной стадии. Мы теперь можем глубже исследовать популяционные и эволюционные процессы, изучать наследственные болезни, проблему раковых заболеваний и многое другое. В последние годы бурное развитие молекулярно-биологических подходов и методов позволило генетикам не только расшифровать геномы многих организмов, но и конструировать живые существа с заданными свойствами.

Таким образом, генетика открывает пути моделирования биологических процессов и способствует тому, что биология после длительного периода дробления на отдельные дисциплины вступает в эпоху объединения и синтеза знаний.

Генетическое картирование - это определение группы сцепления и положения картируемого гена относительно других генов данной хромосомы. Чем больше генов известно у данного вида, тем точнее результаты этой процедуры. Как правило, число генов в группах сцепления зависит от линейных размеров соответствующих хромосом. Однако, протяженные области конститутивного гетерохроматина (в районе центромеры и теломерных участков) практически не содержат генов и, таким образом, нарушают эту зависимость. На первом этапе картирования определяют принадлежность гена к той или иной группе сцепления. Как известно, у D. melanogaster вдиплоидном наборе четыре пары хромосом: первая пара — половые хромосомы (XX — у самок, XY — у самцов), вторая, третья и четвертая — аутосомы. Число генов в Y-хромосоме самцов очень мало. Для локализации вновь возникшей мутации необходимо располагать набором маркерных генов для каждой хромосомы. Картирование мутации основывается на анализе ее сцепления с этими маркерами. Например, если интересующая нас мутация наследуется независимо от маркеров второй хромосомы, делается вывод о ее принадлежности к другой группе сцепления. Скрещивания проводятся до тех пор, пока не удастся выявить сцепленное наследование анализируемой мутации с маркерными мутациями какой-либо хромосомы. Второй этап картирования подразумевает определение положения гена на хромосоме. Для этого подсчитывают расстояние между этим геном и уже известными, маркерными генами. Для подсчета генетических расстояний проводят специальные скрещивания, в потомстве которых учитывают частоты кроссоверных и некроссоверных особей. Предполагается, что расстояние между двумя генами пропорционально частоте кроссинговера между ними. Следует иметь в виду, что, чем дальше расположены друг от друга гены, тем чаще между ними происходят множественные перекресты и тем больше искажается истинное расстояние между этими генами. Частая рекомбинация между расположенными далеко друг от друга генами может привести к увеличению числа кроссоверных организмов в потомстве анализирующего скрещивания до 50%, имитируя независимое наследование изучаемых признаков. Поэтому при составлении карт расстояния между далеко расположенными генами следует использовать не непосредственный подсчет числа кроссоверных особей в анализирующих скрещиваниях, а сложение расстояний между многими близко расположенными друг от друга генами, находящимися внутри изучаемого протяженного участка. В этом случае сцепление между далеко расположенными генами можно установить по их сцепленному наследованию с промежуточно-расположенными генами, которые в свою очередь сцеплены между собой. В результате такого метода определения расстояний между генами длины карт хромосом могут превышать 50 морганид. Так, у дрозофилы генетическое расстояние между генами, лежащими в разных концах хромосомы 2, составляет 107 морганид. Метод цитологических карт основан на использовании хромосомных перестроек. При облучении и действии других мутагенов в хромосомах часто наблюдаются потери (делеции) или вставки (дупликации) небольших фрагментов, сравнимых по величине с одним или несколькими локусами. Например, можно использовать гетерозиготы по хромосомам, одна из которых будет нести группу следующих друг за другом доминантных аллелей, а гомологичная ей — группу рецессивных аллелей тех же генов ABCDE/abcde. Если в хромосоме с доминантными генами произошла утрата отдельных генов, например DE, то у гетерозиготы ABC/abcde будут проявляться рецессивные признаки de. На этом принципе основан метод перекрывающихся делеции, используемый при построении цитологических карт. Например, у дрозофилы составлены цитологические карты политенных хромосом, строение и функционирование которых уже рассматривалось в гл. 4. Напомним, что при окраске этих хромосом, в тысячу раз превышающих по размерам митотические хромосомы, на препаратах выявляются темно-окрашенные диски и светлые участки—междиски. При этом каждая хромосома имеет свой индивидуальный рисунок чередования различных дисков (толстых, тонких, пунктирных) и междисков, что позволяет отличить одну хромосому от другой и разные участки одной хромосомы. На политенных хромосомах можно четко определять концы делеций.

 

 

46.Гены аутосом, половых хромосом. Признаки, сцепленные с полом, зависимые от пола и ограниченные полом. Гемизиготность.

 

Половая принадлежность большинства организмов генетически детерминирована и пол определяется в момент оплодотворения. Как известно, у млекопитающих и человека первичные признаки мужского либо женского пола обусловлены присутствием в кариотипе одного из двух возможных сочетаний половых хромосом.

В кариотипе человека 46 хромосом (23 пары), из них 22 пары одинаковы у мужчин и женщин (аутосомы), а по одной паре (половые хромосомы), мужчины и женщины отличаются. Половые хромосомы женщины – ХХ, мужчины – XY. Хромосомы X и Y принято рассматривать в качестве пары гетерологических хромосом. В Х-хромосоме имеются гены, которые отсутствуют в Y- хромосоме (Х-сцепленные гены). У мужчин соответствующие этим генам признаки определяется не парой аллельных генов, а только одним аллелем. Такое состояние гена называется гемизиготным.

Гемизиготность - состояние, связанное с тем, что у организма один или несколько генов не парные, т. е. не имеют аллельных партнёров. Таковы гены половых хромосом («сцепленные с полом») у особей гетерогаметного пола (см. Гетерогаметность, Пол). Например, если особи гомогаметного пола имеют генотип ХАХа, а гетерогаметного — XAY, то они дадут соответственно гаметы ХАХа и XAY. Случайное слияние этих гамет даст 4 типа особей: ХАХА, ХАХа, XAY и XaY. Из них вторая и четвёртая особи будут носителями аллели а, но аллель а проявится только у четвёртой — гемизиготной — особи, т.к. здесь нет доминантного партнёра. Гемизиготность может возникнуть также вследствие хромосомной перестройки. В результате гемизиготности проявляется ряд сцепленных с полом наследственных заболеваний у человека и животных (например, гемофилия и дальтонизм, вызываемые рецессивными, сцепленными с полом генами). Гемизиготность используется в селекционной растениеводческой практике для определения генного состава хромосом путём получения моносомиков — организмов с одной, непарной хромосомой. В свою очередь, в Y-хромосоме имеются гены, которых нет в Х-хромосоме (Y-сцепленные гены).

Поскольку у женщин половые хромосомы одинаковы и все яйцеклетки несут Х-хромосому, то женский пол у человека называют гомогаметным. У мужчин сперматозоиды различаются по наличию половых хромосом (X или Y), поэтому мужской пол называют гетерогаметным.

Признаки, развитие которых обусловлено аллелями, расположенными в половых хромосомах, называются сцепленными с полом.

Признаки, сцепленные с Х-хромосомой, могут быть как доминантными, так и рецессивными. Наследование генов Х-хромосом определяется тем, что женщина передает свои Х-хромосомы как сыновьям, так и дочерям, а мужчина передает свою Х-хромосому только дочерям. Помимо Х-сцепленных признаков, у мужчин имеются Y-сцепленные признаки, называемые голандрическими. Так как голандрические признаки определяются генами, находящимися только в Y-хромосоме, то проявляются они у мужчин и передаются от отца всем сыновьям (например, гипертрихоз ушной раковины, перепонки между пальцами ног, ихтиоз).

Признаки, ограниченные полом. Развитие этих признаков обусловлено генами, расположенными в аутосомах обоих полов, но проявляющимися только у одного пола. Например, гены, определяющие ширину таза женщины и возраст полового созревания, локализованы в аутосомах, наследуются и от отца, и от матери, но проявляются только у женщин. Примером мужских признаков, ограниченных полом, является количество и распределение волосяного покрова на теле.

Признаки, контролируемые полом (зависимые от пола).Развитие этих признаков обусловлено генами, расположенными в аутосомах. Проявление их у мужчин и у женщин различно. Например, у мужчин раннее облысение – признак доминантный, он проявляется у доминантных гомозигот (АА) и гетерозигот (Аа). У женщин этот признак рецессивный и проявляется только у рецессивных гомозигот (аа). Для признаков, контролируемых полом, выраженность обусловлена в большой степени половыми гормонами.

 

 

47 Генетика пола. Механизмы генетического определения пола. Доза генов. Эффект положения генов

 

Большинство животных являются раздельнополыми организмами. Пол чаще всего определяется в момент оплодотворения, то есть в определении пола главную роль играет кариотип зиготы. Кариотип каждого организма содержит хромосомы, одинаковые у обоих полов, — аутосомы, и хромосомы, по которым женский и мужской пол отличаются друг от друга, — половые хромосомы. У человека «женскими» половыми хромосомами являются две Х-хромосомы. «Мужские» половые хромосомы у человека — Х-хромосома и Y-хромосома.

 

Определение пола у человека происходит по XY-механизму. При этом гетерогаметным полом является мужской, гомогаметным – женский.

 

Доза гена- число копий данного гена в геноме.

 

Эффект положения гена в геноме — изменение действия гена при изменении его положения в хромосоме в результате хромосомных перестроек (инверсий, делеций, транслокаций).