Определение гена. Доказательства, что ген является единицей мутаций и рекомбинаций

Санкт-Петербург 2012 г.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ. 3

1.Понятие ген. Развитие представлений о нем.. 4

1.1. Определение гена. Доказательства, что ген является единицей мутаций и рекомбинаций. 4

1.2. Развитие теорий наследственности. 8

2. Хромосомная теория наследственности. Постулаты Моргана 10

3. Функциональный тест на аллелизм.. 13

4. Делеционное картирование. 17

5. МЕТОДЫ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ В ИЗУЧЕНИИ ГЕНОВ.. 20

5. 1. Выделение и клонирование генов. Банки генов. 20

5.2. Рестрикционое картирование. 21

5.3. Методы секвенирования. 22

6. Методы выявления генных мутаций.. 23

6.1. Методы генетического анализа. 23

6.2. Биохимические методы.. 25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 29

ВВЕДЕНИЕ

Знаменитый генетик Феодосий Добржанский утверждал, что «все в био­логии обретает смысл лишь в свете эволюционного учения». Можно сказать еще более определенно: любой факт в биологии становится по­нятным лишь в свете генетики. Генетика - это сердцевина биологической науки; лишь в рамках генетики разнообразие жизненных форм и про­цессов может быть осмыслено как единое целое.

Основы генетики заложены открытиями, которые были сделаны Грегором Менделем в 1866 году, однако оставались почти неизвестны­ми до 1900 года. В первой половине XX века исследователи пришли к выводу, что гены играют основную роль в функционировании и эво­люции высших организмов. Однако в полной мере важность этого от­крытия стала ясна лишь после того, как было установлено, что веще­ством, ответственным за наследственность у всех организмов, являются нуклеиновые кислоты.

На протяжении последних десяти лет генетики разработали методы, которые позволили им в лабораторных условиях воссоздать последова­тельные этапы эволюции организмов. Более того, эти методы позво­ляют ставить эксперименты, в природных условиях невозможные. Ис­пользуя метод рекомбинантных ДНК, генетики научились транспланти­ровать гены от одних организмов другим, т. е. переносить генетический материал способом, никогда не встречавшимся в эволюции жизни на Земле. Новое знание и возможности использовать его для достижения новых целей имеют глубокие последствия для всей биологии. К «жизни, какой мы ее знаем» в малой, но существенной степени, добавляется «жизнь, которую мы умеем делать».

Целью настоящего реферата явилась попытка раскрыть фундаментальное понятие современной генетики – понятия «ген», его свойства и функции, теории наследственности и методы генной инженерии.

1.Понятие ген. Развитие представлений о нем

Определение гена. Доказательства, что ген является единицей мутаций и рекомбинаций

Ген – функциональная единица наследственного материала. Ген (от греч. genos — род, происхождение) – участок молекулы геномной нуклеиновой кислоты, характеризуемый специфической для него последовательностью нуклеотидов, представляющий единицу функции, отличной от функций других генов, и способный изменяться путем мутирования.

Долгое время ген рассматривали как минимальную часть наследственного материала (генома), обеспечивающую развитие определенного признака у организмов данного вида. Однако каким образом функционирует ген, оставалось неясным. Термин ген предложен В. Иогансеном в 1909 году, однако проникновение в его сущность связано с именем Г. Менделя, который еще в 1860-х гг. ввел термин «наследственный фактор» и на основе точных экспериментов.

Мендель сделал гениальные обобщения относительно свойств и поведения наследственных факторов при передаче информации от родителей потомкам, которые в последующем легли в основу теории гена. Это следующие фундаментальные свойства наследственных факторов – генов:

1) Наличие альтернативных наследственных факторов для развития каждого конкретного признака организма (в современном представлении доминантный и рецессивный аллели гена).

2) Парность наследственных факторов, определяющих развитие признака (у диплоидного организма). Существенный вывод: наследуются не признаки, а от родителей к потомкам передаются вместе с гаметами гены. Из этих двух положений был развит принцип аллелизма.

3) Относительное постоянство гена.

«Постоянные признаки, появляющиеся в данной группе растений, могут быть получены во всех комбина­циях в соответствии с математическими законами сочета­ний. Те признаки, которые при передаче потомству про­являются и, следовательно, обнаруживаются у гибридов, называют доминантными, а те, которые оказываются в скрытом состоянии, называют рецессивными. Выраже­ние «рецессивный» было выбрано потому, что такие при­знаки как бы отступают или полностью исчезают у ги­бридов, но вновь появляются в их потомстве без каких-либо существенных изменений и в предсказуемом соотношении. Промежуточные формы ни в одном из экс­периментов обнаружены не были».

Эта (сокращенная) цитата из замечательной статьи Менделя, опубликованной в 1865 г., вводит основную концепцию генетики: существует единица наследственно­сти в виде некоторого фактора, который передается от родителей потомству. Этот дискретный фактор не что иное, как хорошо нам теперь известный ген. Работа Мен­деля пролила свет на общее поведение гена при наследо­вании в ряду поколений. Из этой работы следовало, что отдельный живой организм-это способ, которым ген экспрессируется и увековечивает себя.

В отличие от запутанных ранее представлений о на­следственности работа Менделя утвердила генетику как экспериментальную науку, введя в нее несколько новых подходов. Во-первых, исходный набор растений был «чистым по признаку»: каждое растение давало в потом­стве только растения с данным признаком и никогда - с противоположным. Сначала было изучено наследование только одного признака. После этого можно было одно­временно исследовать наследование двух признаков или более. Свои эксперименты Мендель поставил на количе­ственную основу, проводя учет потомков каждого типа в каждом скрещивании.

Свойства генов, выявленные в работе Менделя, сфор­мулированы в его первом и втором законах. Первый за­кон рассматривает особенности индивидуального гена. Организм имеет две копии каждого гена, т. е., выражаясь современным языком, он диплоиден. Только одна из двух копий гена попадает от родителя к потомку через гаметы (половые клетки). Гаметы, сливаясь, образуют зиготу (оплодотворенное яйцо), несущую по одной копии от ка­ждого родителя. В результате каждый организм получит одну отцовскую копию гена и одну материнскую.

Ген может существовать в альтернативных формах, что проявляется в различии признаков-например, крас­ная окраска цветка в противовес белой. Эти формы гена называют аллелями. Закон независимого расщепления утверждает, что присутствуя одновременно в одном рас­тении, эти аллели не изменяют друг друга, но расще­пляются, переходя в различные гаметы, при формирова­нии следующей генерации.

У организма, чистого по признаку, т. е. у гомозиготы оба аллеля одинаковы. Но скрещивание двух родителей, каждый из которых гомозиготен по разным аллелям, приведет к образованию гибрида, или гетерозиготы. Если один аллель доминантен, а другойрецессивен, то орга­низм по своему внешнему виду, или фенотипу, будет только доминантного типа (так что гетеро зиготы не от­личаются от чистого по признаку доминантного родите­ля).

Но, согласно первому закону Менделя, генетическая конституция, или генотип, гибрида включает в себя оба аллеля. Это можно установить, если скрестить между собой два гибрида и получить вто­рое поколение. Критическое значение при этом имеет тот факт, что аллели не смешиваются друг с другом («проме­жуточных форм не обнаружено»), а сохраняют свою фи­зическую целостность, взаимодействуя только на уровне экспрессии.

Хотя в опытах Менделя исследованные признаки про­являли полное доминирование, так бывает не всегда. Доминирование аллелей может быть неполным (ча­стичным) или совсем отсутствовать (что иногда называют ко доминантностью). В последнем случае гетерозиготы от­личаются от гомозигот промежуточными свойствами. Например, скрещивание растений львиного зева с красными и белыми цветами дает розовые гибриды. Хотя в этом случае нет доминирования, наблюдается все та же закономерность-гибриды первого поколения (F1) одинаковы. В дальнейших скрещиваниях гибридов обра­зуются те же численные соотношения, как и при полном доминировании, хотя вместо двух фенотипов можно раз­личить три.

Во втором законе Менделя утверждается независи­мость комбинации различных генов. При скрещивании растения, доминантного по двум различным признакам, с растением, у которого эти признаки рецессивны, F1 по-прежнему состоит из одинаковых растений доминантного типа. Но при последующем скрещивании гибридов F1 появляются два класса растений. Один класс состоит из растений исходных родительских типов. Второй класс включает растения новых фенотипов, с доминантными признаками одного родителя и рецессивными признака­ми другого. Эти фенотипы называют рекомбинантными типами. Они встречаются в обеих возможных (реци- прокных) комбинациях.

Соотношение потомков раз­личного типа можно объяснить, предположив, что в про­цессе образования гамет происходит совершенно случай­ное объединение одного из аллелей первого признака с одним из аллелей второго. Четыре возможных типа га­мет образуются в равных соотношениях; при формирова­нии зиготы следующего поколения они объединяются случайно.

Типичное соотношение фенотипов скрывает за собой большее разнообразие генотипов, что может быть уста­новлено путем возвратного (анализирующего) скрещива­ния с рецессивным родителем. По существу, возвратное скрещивание позволяет прямо установить генотип иссле­дуемого организма.

Закон независимого распределения генов, как следует из сказанного выше, говорит, что поведение любой пары (или большего числа) генов можно полностью предска­зать с помощью правил комбинаторики. Распределение между потомками (наследование) одного гена не влияет на распределение другого. Эта концепция подразумевает, что распределение генов происходит со статистической вероятностью, а не предопределено точно. Чем больше проведено скрещиваний, тем точнее будет совпадать с предсказанным соотношение типов в потомстве.