Цитологічне доказ кросинговеру

перехрещення, взаємний обмін ділянками парних хромосом (Див. Хромосоми), що відбувається в результаті розриву і з'єднання в новому порядку їх ниток - хроматид (рис.); призводить до перерозподілу (рекомбінації) зчеплених генів. Т. о. К. - найважливіший механізм, що забезпечує комбінаторних мінливість, а отже, - один з головних чинників еволюції.

Кроссинговер (від англ. Crossing-over - перехрест) - це обмін гомологічними ділянками гомологічних хромосом (хроматид).

Після того як генетичними методами вдалося встановити явище кросинговеру, необхідно було отримати пряме дока-зання обміну ділянками гомологічних хромосом, сопровож життєдайним рекомбинацией генів. Спостережувані в профазі мейозу картини хиазм можуть служити лише непрямим доказ-ством цього явища, констатація того, що сталося обміну прямим наглядом неможлива, так як обмінюються ділянками гомологічні хромосоми зазвичай абсолютна однакові але розміром і формою.

Щоб зіставити цитологічні карти гігантських хромо-сом з генетичними, Бріджес запропонував скористатися коефіцієнтом кросинговеру. Для цього він розділив загальну довжину всіх хромосом слинних залоз (1180 мкм) на загальну довжину генетичних карт (279 одиниць). В середньому цей показник дорівнювала 4,2. Отже, кожній одиниці перекрили-ста на генетичній карті відповідає 4,2 мкм на цітологіче-ської карті (для хромосом слинних залоз). Знаючи відстань між генами на генетичній карті будь-якої хромосоми, можна порівняти відносну частоту перехрещення в різних її районах. Наприклад, в Х- хромосомі дрозофіли гени у і ec знахо-дяться на відстані 5,5%, отже, відстань між ними в гігантській хромосомі має бути 4,2 мкм Х 5,5 = 23 мкм, але безпосереднє вимір дає 30 мкм. Значить, в цьому рай-оне Х-хромосомою кроссинговер йде рідше середньої норми.

В силу нерівномірного здійснення обмінів по довжині хромосом гени при нанесенні їх на карту розподіляються на ній з різною щільністю. Отже, розподіл генів на генетичних картах можна розглядати як показник воз-можности здійснення перехрещення по довжині хромосоми.

30. Нерівний кросинговер. Зазвичай обмін ділянками між хроматидами гомологічниххромосом здійснюється в строго ідентичних, тотожних точках. Завдяки цьому при перехрестя відбувається обмін рівними ділянками хромосом. У дуже рідкісних випадках спостерігаються розриви в несиметричних точках, і хроматиди обмінюються нерівними ділянками. Таке явище називають нерівним кросинговером. Внаслідок нерівного кросинговеру ділянку однієї з гомологічних хромосом може подвоїтися або потроїтися, а в протилежному хромосомі утворюється його нестача. Наприклад, вивчаючи мутацію ваr (полосковідние очі) у дрозофіли, Стертевантв 1925 р виявив, що фенотип «полосковідние очі» у таких мух обумовлений подвоєнням ділянки 16А в першій хромосомі. Але серед мух, які несуть мутацію ваr, іноді виявлялися особини з ще вужчими очима і мухи з нормальними очима. Виявилося, що хромосоми особин ультра-ваr мають втричі більший ділянку 16А, у мух дикого типу хромосоми нормальні. На думку Стертеванта, такі хромосоми могли утворитися в результаті нерівного кросинговеру по ділянці 16А у гомозиготних особин В / В.

Соматичний кроссинговер. Відомо, що гомологічні хромосоми в профазі мітозу зазвичай не вступають в сі -наптіческую зв'язок, а розташовуються окремо і незалежно один від одного. У той же час описані випадки, коли спостерігається митотическая кон'югація гомологічних хромосом і рекомбінація між несестрінскімі хроматидами. Доказ існування митотического кросинговеру було отримано при спостереженні музичних плям у мух з генотипом (у sn + / y + sn). Плями утворюються тоді, коли поруч розташовані два клона клітин, фенотипически відрізняються один від одного і від клітин інших тканин даної особини. Гени у (yellow - жовте тіло) і sn (singed - «обпалені» щетинки) знаходяться в Х-хромосомі. Самка у sn + / y + sn гетерозиготна по генам у і sn, і тому під час відсутності митотического кросинговеру її фенотип буде нормальним. Однак якщо на стадії чотирьох хроматид між хроматидами гомологів (несестрінскімі хроматидами) відбудеться кроссинговер, причому місце обміну буде перебувати між геном sn і центромерой, то після завершення поділу можуть утворитися клітини з генотипами у sn + / y sn + і у + sn / y + sn. Для цього необхідно, щоб після кросинговеру хроматиди кожної з гомологів відійшли до одного полюса клітини: y + sn- до одного полюса, aysn * - до іншого. Нащадки дочірніх клітин, розмножуючись в імагінальних дисках на стадії личинки, утворюють мозаїчні плями. У цьому випадку на сірому тілі мухи з нормальними щетинками з'являться два пятпа, одне з яких буде жовтого кольору з нормальними щетинками, а інше -сірого кольору з «обпаленими» щетинками.

31. Регуляція кросинговеру.
Кросинговер - це складний фізіолого-біохімічний процес, який знаходиться під генетичним контролем клітини і схильний до впливу факторів зовнішнього середовища. Тому в реальному експерименті про частоту кросинговеру можна говорити, маючи на увазі всі ті умови, в яких вона була визначена. Кроссинговер практично відсутня між гетероморфними Х- і Y-хромосомами. Якби він відбувався, то хромосомний механізм визначення статі постійно руйнувався б. Блокування кросинговеру між цими хромосомами пов'язано не тільки з різницею в їх величині (воно спостерігається не завжди), але і обумовлено Y-специфічними нуклеотидними послідовностями. Обов'язкова умова синапсу хромосом (або їх ділянок) - гомологія нуклеотиднихпослідовностей.
Для абсолютної більшості вищих еукаріот характерна приблизно однакова частота кросинговеру як у гомогаметний, так і гетерогаметного підлог. Однак є види, у яких Кроссинговер відсутня у особин гетерогаметного статі, в той час як у особин гомогаметний статі він протікає нормально. Така ситуація спостерігається у гетерогаметних самців дрозофіли і самок шовкопряда. Істотно, що частота митотического кросинговеру у цих видів у самців і самок практично однакова, що вказує на різні елементи контролю окремих етапів генетичної рекомбінації в статевих і соматичних клітинах. У гетерохроматичному районах, зокрема пріцентромерних, частота кросинговеру знижена, і тому справжнє відстань між генами в цих ділянках може бути змінено.
Виявлено гени, що виконують функції запірателей кросинговеру, але є також гени, що підвищують його частоту. Вони іноді можуть індукувати помітне число кросоверів у самців дрозофіли. Як запірателей кросинговеру можуть виступати також хромосомні перебудови, зокрема інверсії. Вони порушують нормальну кон'югацію хромосом в зиготене.
Виявлено, що на частоту кросинговеру впливають вік організму, а також екзогенні фактори: температура, радіація, концентрація солей, хімічні мутагени, ліки, гормони. При більшості зазначених впливів частота кросинговеру підвищується.
В цілому кроссинговер є один з регулярних генетичних процесів, контрольованих багатьма генами як безпосередньо, так і через фізіологічний стан мейотіческіх або митотических клітин. Частота різних типів рекомбінації (мейотіческіх, митотический кроссинговер і сестринські хроматидні обміни) може служити мірою дії мутагенів, канцерогенів, антибіотиків та ін.

Біологічне значення кросинговеру.
Завдяки зчеплення спадкоємства вдалі поєднання алелей виявляються відносно стійкими. В результаті утворюються групи генів, кожна з яких функціонує як єдиний Суперга, контролюючий кілька ознак. У той же час, в ході кросинговеру виникають рекомбінації - тобто нові комбінації алелей. Таким чином, кроссинговер підвищує комбинативную мінливість організмів.
Це означає, що…
а) в ході природного відбору в одних хромосомах відбувається накопичення «корисних» алелей (і носії таких хромосом отримують перевагу в боротьбі за існування), а в інших хромосомах накопичуються небажані аллели (і носії таких хромосом вибувають з гри - елімінуються з популяцій)
б) в ході штучного відбору в одних хромосомах накопичуються аллели господарсько-цінних ознак (і носії таких хромосом зберігаються селекціонером), а в інших хромосомах накопичуються небажані аллели (і носії таких хромосом вибраковуються).

Еволюційне значення зчепленого успадкування. В результаті зчеплення одна хромосома може містити як сприятливі аллели (наприклад, А), так і нейтральні або щодо несприятливі (наприклад, N). Якщо деякий гаплотип (наприклад, AN) підвищує пристосованість його носіїв за рахунок наявності сприятливих алелей A, то в популяції будуть накопичуватися як сприятливі аллели, так і зчеплені з ними нейтральні або щодо несприятливі N.
Приклад. Гаплотип AN має перевагу перед гаплотипом "дикого типу» (++) за рахунок наявності сприятливого аллеляА, і тоді аллель N буде накопичуватися в популяції, якщо він селективно нейтральний або навіть відносно несприятливий (але його негативний вплив на пристосованість компенсується позитивним впливом алелі А) .

Еволюційне значення кросинговеру. В результаті кросинговеру несприятливі алелі, спочатку зчеплені зі сприятливими, можуть переходити в іншу хромосому. Тоді виникають нові гаплотипи, що не містять несприятливих алелів, і ці несприятливі алелі елімінуються з популяції.
Приклад. Гаплотип Al виявляється несприятливим порівняно з гаплотипом «дикого типу» (++) за рахунок наявності летального алеля l. Тому аллель А (сприятливий, нейтральний мул кілька знижує пристосованість) не може проявитися у фенотипі, оскільки даний гаплотип (Al) містить летальний аллель l. В результаті кросинговеру виникають рекомбінантні гаплотипи A + і + l. Гаплотип + l елімінується з популяції, а гаплотип A + фіксується (навіть в тому випадку, якщо аллель А трохи знижує пристосованість його носіїв).

32. Мінливість, властивість живих організмів існувати в різних формах (варіантах). Мінливість може реалізуватися у окремих організмів або клітин в ході індивідуального розвитку або в межах групи організмів в ряду поколінь при статевому або безстатевому розмноженні. За механізмами виникнення, характером змін ознак розрізняють кілька типів мінливості. Спадкова. або генотипическая, мінливість обумовлена виникненням нових генотипів і призводить, як правило, до зміни фенотипу. В основі генотипической мінливості можуть лежати мутації (мутационная мінливість) або нові комбінації алелей, що утворюються за рахунок закономірного поведінки хромосом в мейозі і при заплідненні (еукаріоти) або за рахунок рекомбінації (комбинативная мінливість) .Ненаследственная. або модификационная, мінливість відображає зміни фенотипу під дією умов існування організму, що не зачіпають генотип, хоча ступінь мінливості цього типу може визначатися генотипом. Онтогенетическая мінливість відображає реалізацію закономірних змін в ході індивідуального розвитку організму (морфогенез) або клітин (диференціювання). При цьому типі мінливості генотип залишається незмінним, хоча в даному випадку онтогенетические зміни детерміновані і зумовлені генетичними факторами. Це і призводить до необхідності виділення онтогенетической мінливості в самостійний тип. Причина онтогенетической мінливості - функціонування різних наборів генів на різних етапах онтогенезу організму або життєвого циклу клітини в межах одного генома, причому порядок «виключення» або «включення» певних генів успадковується при діленні клітин або статевому розмноженні організмів. Для позначення такого типу мінливості використовують також терміни: «парагеномная», «епігенотіпіческая», «епігенетична», «епігеномний». Існують і інші класифікації мінливості. Так, Ч. Дарвін розрізняв певну і невизначену мінливість. За сучасними поняттями, невизначена мінливість відповідає генотипической мінливості, а певна - модификационной. Підрозділ мінливості на спадкову і ненаследственную представляється штучним, оскільки варіації в межах будь-якого типу мінливості зазвичай в тій чи іншій мірі визначаються спадковими факторами. Протиставлення термінів «фенотипическая» і «генотипическая» мінливість теж не завжди виправдано, тому що причиною зміни фенотипу може бути зміни генотипу, тобто поняття «фенотипическая мінливість» в широкому сенсі включає в себе всі типи мінливості. За характером змін ознак розрізняють якісну (альтернативну, переривчасту) і кількісну (флюктуирующую, безперервну) мінливість. Причини виникнення цих типів мінливості бувають різні: модифікації, зміни генотипу. Мінливість - один з найважливіших чинників еволюції, що забезпечує пристосованість популяцій і видів до постійно змінюваних умов існування. Генотипическая мінливість лежить в основі практичної селекції при створенні нових порід тварин, сортів рослин та штамів мікроорганізмів, модификационная - при підборі умов існування організмів, в яких реалізується один з меж норми реакції для особин даного генотипу.

Розрізняють мінливість спадкову і ненаследственную. Під спадковою мінливістю розуміють здатність до змін самого генетичного матеріалу, а під ненаследственной - здатність організмів реагувати на умови навколишнього середовища, змінюватися в межах норми реакції, заданої генотипом.

Комбинативной називають мінливість, в основі якої лежить утворення рекомбінацій, тобто таких комбінацій генів, яких не було у батьків.

Мутації - це спадкові зміни генотипического матеріалу. Вони характеризуються як рідкісні, випадкові, ненаправлення події.

Класифікуються мутації за характером зміни геному. За цим показником виділяють 4 групи мутацій.

Генні - зміни нуклеотидного складу ДНК окремих генів.

Хромосомні (аберації) - зміни структури хромосом.

Геномні - зміни числа хромосом.

Цитоплазматичні - зміни неядерних генів [10].

Мутаційна теорія. або, правильніше, теорія мутацій. становить одну з основ генетики. Вона зародилася незабаром після первооткритія законів Г. Менделя в працях Г. Де Фріза (1901-1903).

33. Мутаціями називають стійкі зміни в структурі ДНК

і каріотипі. Термін вперше запропонований ботаніком Гуго де Фріз для позначення

раптово виникають успадкованих змін у рослин.

Мутації у тварин відбуваються постійно з певною частотою і швидкістю.

Процес утворення їх отримав назву мутагенезу.

Мутагенезу - процес виникнення спадкових змін організму - мутацій.

Природа спонтанного М. вивчена недостатньо. Довгий час вчені вважали, що спонтанні мутації виникають під дією природного фону радіації (в т. Ч. Космич. Променів), а також залишкових кількостей деяких хімічних. речовин, що утворюються за рахунок розкладання природних органічних. з'єднань або в процесі господарської і побутової діяльності людини. Одним з факторів спонтанного М. є хімічні. з'єднання, природно утворюються в організмі як проміжні продукти обміну речовин. Багато вчених вважають провідною причиною спонтанного М. * помилки »ферментів, які взаємодіють з ДНК при розмноженні клітин, усунення пошкоджень ДНК (див. Репарація генетична) або в процесі обміну генами (див. Ген). Експериментально встановлено, що частота спонтанного М. близька до частоті <ошибок» ферментов, участвующих в генетических процессах.

Індуковані мутації виникають під впливом шкідливої дії на генетичний апарат клітин деяких физич. і хімічні. агентів. Впервиеін-дуцірованние (штучні) мутації були отримані в '1925 р радянськими вченими Г. А. Надсона і Г. С. Філіпповим шляхом опромінення клітин дріжджів рентгенівськими променями. У 1927 р амер. генетик Г. Меллер встановив мутагенну дію рентгенівських променів щодо мушки дрозофіли.