Академия. Курс "Генетика" (Genetics). Конспект 3 недели.

Продолжаю изучать курс "Генетика" (Genetics) от Новосибирского государственного университета (Анна Юшкова). В рамках проекта Академия от @ontofractal, делюсь с вами конспектом 3 недели.

Терминология
ГЕН - единица наследственности – участок молекулы ДНК, кодирующий полипептидную цепочку, таким образом, участвующий в формировании признаков.
ЛОКУС - положение (координаты) гена на хромосоме.
ГЕНОТИП - совокупность всех генов организма.
ФЕНОТИП - совокупностью признаков, характеризующих, организм. При изучении в первую очередь, выделяются внешние, морфологические особенности. Все признаки делятся на 2 группы: количественные и качественные.
АЛЛЕЛИ - варианты гена - варианты нуклеотидной последовательности в ДНК.

Качественные признаки
Качественные признаки представлены ограниченным числом вариаций - между особями существуют четкие различия, а промежуточных стадий проявления гена нет.
Признаки, которые определяются только один геном называются МОНОГЕННЫЕ.
Моногенные признаки часто бывают качественными.

Количественные признаки
Признаки, проявление которых можно количественно измерить - например вес, рост.
Количественные признаки обусловлены взаимодействием нескольких генов - действием ГЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ.

Часто один ген влияет на проявление нескольких признаков, но эти признаки легче называть отдельно, так как связь между ними не очевидна, например: окраска чешуйки и длина ости семени у овса регулируются одним геном.

В проявлении признака обычно участвует несколько генов. Например, цвет глаз мухи дрозофила определяется проявлением двух независимых признаков, кодирующихся независимыми генами, - наличие красного пигмента и наличие коричневого пигмента.

Проявление многих признаков зависит от взаимодействия многих генов, при проявлении морфологических признаков (форма ушей или носа) правильней говорить о влиянии генотипа в целом на проявление признака.

Эффект положения гена - расположения генов в хромосоме влияет на проявление признаков с ним связанных. Это связанно с тем, что у хромосом могут быть активные и неактивные зоны.

Для многих генов стоит говорить о частоте проявления признака - ПЕНЕТРАНТНОСТИ - наличие или отсутствие признака у одинаковых по генотипу организмов. Пенетрантность может быть полной (проявление в 100% случаев) или неполной. Частота проявления может зависесть от окружающей среды.

ЭКСПРЕССИВНОСТЬ - степень выраженности признака, определяемого данным геном. На экспрессивность может влиять окружающая среда и генотип. Пример - проявление признаков, ограниченных полом, хотя гены этих признаков есть у всех представителей вида.

Законы Менделя

Предмет изучения генетики - наследственность и изменчивость.
НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ - свойство потомков приобретать признаки родителей.
ИЗМЕНЧИВОСТЬ - свойство потомков приобретать отличия от родительских форм.

Грегор Мендель был первым, кто дал объяснение закономерностям передачи признаков от родителей к потомкам и сформулировал классические законы наследственности.

АЛЛЕЛЬНЫЙ ПРИЗНАК - признак, имеющий 2 проявление, например: высокий/низкий стебель.

ГОМОЗИГОТНЫЙ ОРГАНИЗМ - организм, обладающий двумя одинаковыми аллелями данного гена.

ГЕТЕРОЗИГОТНЫЙ ОРГАНИЗМ - организм, обладающий двумя разными аллелями данного гена.

ЧИСТАЯ ЛИНИЯ — группа организмов гомозиготных по одному и тому же аллелю данного гена.

ГИБРИД - организм, полученный вследствие скрещивания.

Грегор Мендель проводил исследование растений гороха. Он выбрал несколько контрастных аллельных признаков и изучал их независимо. В ходе эксперимента каждая группа растений выращивалась изолировано в течении нескольких поколений. Для правильной статистики Мендель изучал проявление 7 признаков у большого количества растений - в общей сложности около 20 000 гибридов второго поколения.

МОНОГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ - скрещивание, при котором родители отличаются только по одному признаку.

Во всех моногибридных скрещиваниях у потомков проявляется признак только одного из родителей, такой признак называется доминантным, а признак второго родителя - рецессивный.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ - единообразие гибридов первого поколения при моногибридном скрещивании двух чистых линий.

При дальнейшем скрещивании этих гибридов между собой рецессивный признак стал проявляться.

ВТОРОЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ - в потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения наблюдается расщепление 3:1, т.е. 75% организмов несут доминантный признак, 25% организмов - рецессивный.

ДИГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ - скрещивание, при котором родители отличаются по двум признакам.

При дигибридном скрещивании во втором поколении каждый из признаков имел расщепление 3:1. При этом появились сочетания признаков, которых не было у родителей, расщепление по фенотипу 9:3:3:1.

ТРЕТИЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ - расщепление в каждой паре признаков идет независимо от других генов.

Мендель предположил, что проявление признака контролируется парой аллелей одного гена. При записи аллеля принято обозначать доминантный аллель заглавной буквой лат. алфавита, рецессивный - строчной.

P - родители
G - гаметы
Fi - гибриды i-го поколения

A - желтые семена
a - зеленые семена

B - гладкие горошины
b - морщинистые горошины

Первый закон Менделя

100% - желтые семена

Второй закон Менделя
3 (желтые семена) : 1 (зеленые семена)

Третий закон Менделя

3 (желтые семена) : 1 (зеленые семена)

3 (гладкие горошины) : 1 (морщинистые горошины)

9 (желтые семена, гладкие горошины) : 3 (желтые семена, морщинистые горошины) : 3 (зеленые семена, гладкие горошины) : 1(зеленые семена, морщинистые горошины)

Проблемы классической генетики

Всю классическую генетику можно сформулировать в виде 6 положений:

1. Каждый признак организма контролируется парой аллелей одного гена.
2. Если у организма два различных аллеля для данного признака (организм гетерозиготен), то фенотипически проявляется лишь один из них (доминантный).
3. При образовании гамет пары аллелей разделяются, и каждая гамета получает только один аллель из данной пары.
4. Аллели из разных пар попадают в гаметы независимо друг от друга.
5. Аллели передаются из поколения в поколение как неизменные единицы.
6. Каждый организм получает для данного признака по одному аллелю от каждой родительской особи.

Проблема в том, что из каждого из этих положений есть реальные исключения.

1. Многоаллельные гены. Например, у гена группы крови человека три аллеля.
2. Неполное доминирование. В таком случае у гетерозиготного организма усредненный фенотип. Например, у гетерозиготной андалузской куры окраска серая, хотя гомозиготный по доминантному аллелю организм черный, а по рецессивному белый.
3. При нарушениях мейоза одновременно нарушаются 3ее и 6ое правила, яркий пример - полиплоидия, при которой выраженность количественных признаков меняется.
4. При делеции и дупликации у организма появляются копии генов, или гены вообще исчезают.
5. Постоянно происходят генные мутации, поэтому возникают новые аллели генов.
6. О независимом наследовании аллелей можно говорить только если они находятся в разных хромосомах. Рассмотрим 2 гена из одной хромосомы, у которых соседние локусы, с большой вероятностью они будут наследоваться вместе.

Взаимодействие генов

В некотором смысле "взаимодействие генов" - неверный термин, так как взаимодействуют белки, закодированные этими генами.

AA - гомозиготный по доминантному аллелю организм
Aa - гетерозиготный организм
aa - гомозиготный по рецессивному аллелю организм

Выделяют 3 типа взаимодействия:

ДОМИНИРОВАНИЕ. Классический пример, Aa имеет такой же фенотип, как и AA. Обычно возникает в паре функционального гена и поврежденного, при этом у Aa синтезируется достаточно белка для проявления признака.
Пример:
AA - желтые семена
Aa - желтые семена
aa - зеленые семена

НЕПОЛНОЕ ДОМИНИРОВАНИЕ. Аа имеет усредненный фенотип. Так же обычно возникает в паре функционального гена и поврежденного, но у Aa синтезируется недостаточно белка для проявления признака в такой же степени, как у АА.
Пример:
AA - красные цветы
Аа - розовые цветы
аа - белые цветы

КОДОМИНИРОВАНИЕ. Наблюдается, если аллельные гены активны в одинаковой мере. Фенотип Aa отличается от фенотипов AA и aa.
Пример:
аллели Ia, Ib, i
Iai - II группа крови
IaIa - II группа крови
Ibi - III группа крови
IbIb - III группа крови
IaIb - IV группа крови
ii - I группа крови

Сцепленные гены
Обычно генов в клетке гораздо больше, чем хромосом. Например у человека около 25 000 генов, но всего 23 пары хромосом. Таким образом в каждой хромосоме несколько генов, такие гены называются сцепленными, иногда выделяют понятие ГРУППА СЦЕПЛЕНИЯ - совокупность этих генов.

Рассмотрим сцепленное наследование на примере гетерозигот AaBb. Если гены лежат в разных хромосомах, то возможны 4 варианта гамет - AB, Ab, aB, ab, причем все варианты равновероятны, а если гены сцеплены, то одна из пар гамет AB и ab или Ab и aB более вероятна. Это происходит потому что кроссинговер с разной вероятностью может проходить между локусами этих генов и в оставшейся хромосоме. Из статистики можно вероятность прохождения кроссинговера между генам, а значит их взаимное расположение на хромосоме. Таким образом составляются генетические карты, на которых отражено относительное расположение генов в хромосомах.

Гены сцепленные с полом

Пол определяется не отдельными генами, а сочетанием половых хромосом. Обычно женский организм имеет одинаковые хромосомы ХХ, а мужской разные ХУ. Но и здесь есть исключения, пример:
у птиц мужской пол - XX, женский - XY.

Большинство генов, находящихся в Х-хромосоме, в Y отсутствуют – и наоборот. Но в силу того, что Х-хромосома содержит существенно больше генов, часто под генами, сцепленными с полом, подразумевают именно гены Х-хромосомы, хотя это и не очень-то корректно. Корректнее говорить о Х-сцепленном гене/признаке или Y-сцепленном гене.

Таким образом аллель гена, сцепленного с X-хромосомой, в Y-хромосоме всегда рецессивный и наоборот.

Дальтонизм - болезнь, связанная с проявлением признаков рецессивного аллеля гена, сцепленного с X-хромосомой. Таким образом болеют дальтонизмом женщины X(a)X(a) и мужчины X(a)Y, понятно, что вероятность генотипа X(a)Y гораздо больше, чем X(a)X(a), так как X(a) - достаточно редкий аллель

Решение задач

Алгоритм решения задач на определение возможных потомков у заданной родительской пары.

1. Выделить признаки и их варианты
2. Определить, какой вариант доминирует
3. Обозначить аллели
4. Записать генотипы и фенотипы родителей
5. Написать все возможные варианты образуемых ими гамет
6. Сформировать генотипы ожидаемых потомков
7. Определить и записать фенотип для каждого полученного варианта генотипа
8. Рассчитать и записать долю (процент, вероятность появления) ожидаемых потомков с каждым фенотипом

Пример.

Задача:
У кроликов шерсть нормальной длины доминантна, короткая – рецессивна. Гетерозиготная самка с шерстью нормальной длины скрещена с короткошерстным самцом. Какое потомство можно ожидать в этом случае?

Решение:

1. Шерсть - нормальная и короткая длина
2. Нормальная длина доминирует
3. А - нормальная длина шерсти, а - короткая шерсть
4. P: (?)Aa x (?)aa
5. G: A a a
6. F: Aa, aa
7. Aa - нормальная длина шерсти, aa - короткая шерсть
8. Aa - 50%, aa - 50%

Ответ: половина потомков будет иметь шерсть нормальной длины, половина - короткую.

Что для вас было наиболее интересным и впечатляющим в данной неделе курса?

Меня впечатлило знакомство с задачами и решением этих задач. И это ведь не просто задачи, это задачи - по генетике. Великое конструирование в этих задачах. Также мне было интересно наконец-то лучше разобраться в ХХ и ХY, упоминание о которых часто встречается в литературе.