Контрольная работа по генетике

     Плазмиды  широко используются в генной инженерии для переноса генетической информации и генетических манипуляций. Для этого создаются искусственные плазмиды – вектора, состоящие из частей, взятых из разных генетических источников, а также из искусственно созданных фрагментов ДНК.

     Одной из интереснейших  тем современной молекулярной биологии, генетики и эволюции стало изучение плазмид почвенных бактерий – агробактериума. Эти плазмиды попадают в клетки растения от бактерии при повреждении растительных тканей. Попав в клетку, бактериальная плазмида встраивается в хромосому растения и «заставляет» растение синтезировать и выделять в почву аминокислоты, которые усваиваются только клетками агробактериума. Это единственный пока пример обмена генетическим материалом между прокариотами и эукариотами.

     Ученые  разработали методы выделения и  введения плазмид в бактериальные клетки. Можно, используя специальные ферменты, разрезать плазмиды, встраивать в них новые гены и сшивать молекулы. Такие плазмиды служат для переноса генетической информации (т. е. являются векторами) в генной инженерии. 

     

5. Какова  роль генотипа в определении  модификационной  изменчивости? Какие условия надо создать, чтобы полнее реализовались возможности генотипа?

       Организмы, имеющие  совершенно одинаковые генотипы, но развивающиеся в различных условиях внешней среды, могут иметь разные фенотипы. фенотипическое разнообразие таких особей и есть модификационная изменчивость. наличие этого вида изменчивости можно объяснить тем, что организмы наследуют не сами признаки или свойства, а гены, которые определяют лишь возможность развития определенных признаков и свойств. Но для того чтобы признак развился, т.е. возможность превратилась в действительность, необходимы вполне определенные условия внешней среды.

       Но  даже в том случае, когда признак  развивается нормально, степень  его выраженности может быть разной. Последнее обстоятельство объясняется  тем, что генотип обладает способностью определять так называемую норму  реакции организма по каждому признаку. Под нормой реакции следует понимать генотипически определяемую способность организма варьировать степень выраженности признаков в определенных пределах в зависимости от условий внешней среды.

       Разные  признаки имеют разную по широте норму  реакции. Большинство количественных признаков имеет широкую норму  реакции, но не беспредельную, пределы  ее обусловлены генотипом. Крайним  случаем являются такие признаки, которые имеют однозначную норму реакции, т.е. определенному генотипу соответствует только один определенный фенотип. К числу таких признаков относятся группы крови у человека.

       Таким образом, заложенная в генотипе наследственная информация представляет собой необходимость, которая всегда проявляется в форме случайности (отсутствие или наличие признака и степень его выраженности в зависимости от условий среды). Наличие нормы реакции, обусловливающей модификационную изменчивость, имеет большое значение в эволюции и селекции. Именно это свойство организмов позволяет им приспосабливаться к различным и резко изменяющимся условиям среды.  

     

6. Что такое наследственность? Приведите определения  наследственности из разных литературных источников (не менее трех). Какое из них, по вашему мнению, наиболее точно отражает сущность явления?

      Наследственность

      – способность организма передавать свои признаки и особенности развития потомству (энциклопедия по биологии);

      – присущее всем живым существам свойство быть похожим на своих родителей. Однако особи каждого вида, будучи в целом схожими, все же различны и имеют свои, индивидуальные особенности (признаки). Но и эти признаки наследуются – передаются от родителей к детям (Бауэр);

      – свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность  между поколениями, а также обусловливать  специфический характер индивидуального  развития в определенных условиях среды (Арефьев).

      По  моему мнению, третье определение  наиболее точно отражает понятие наследственности в генетике. 

     

7. Методы  скрещивания, применяемые  в селекции.

     Наличие наследственной изменчивости позволяет  путем различных систем скрещивания  сочетать определенные наследственные признаки в одном организме, а также избавляться от нежелательных свойств. 

     Благодаря различным системам скрещивания  селекционер может сочетать в одном организме определенные наследственные признаки или избавиться от нежелательных. В селекции используют следующие системы скрещиваний: отдаленная гибридизация, инбридинг и аутбридинг (см. рис.). 

        
 
 
 
 
 
 
 
 

      Отдаленная  гибридизация (скрещивание разных видов и родов) используется в селекции  растений, животных, микроорганизмов. Но для применения этого метода приходится преодолевать биологические барьеры: несовпадение циклов размножения, несовпадение строения полового аппарата, несовместимость пыльцевых трубок и тканей пестика, стерильность гибридов и др.  Для преодоления этих барьеров разрабатываются различные методы: получение амфидиплоидов (использование аллоплоидии), выращивание гибридных зародышей на искусственных средах, предварительные прививки в целях вегетативного сближения тканей, опыление смесью пыльцы и др.

      Наибольшее  распространение отдаленная гибридизация получила в селекции растений, так как при вегетативном размножении нет проблемы стерильности гибридов. В практике широко используется гибридизация сахарного тростника, картофеля, винограда, злаков.

      Инбридинг (близкородственное скрещивание) используется для разложения популяции на гомозиготные линии. В результате его применения изменяется генетическая структура популяции. Гомозиготация по генам, контролирующим изучаемый признак, происходит тем быстрее, чем  чаще близкородственные скрещивания используют. У растений при самоопылении частота гетерозигот уменьшается вдвое в каждом поколении, в то же время увеличивается частота гомозигот. У животных возрастание гомозиготности происходит более медленно, чем при самоопылении.

      При инбридинге  возрастает число рецессивных  гомозигот, поэтому происходит увеличение вероятности появления организмов с аномалиями, снижение жизнеспособности, урожайности, устойчивости к заболеваниям. Это явление называется инбредная  депрессия. Однако в природе существуют виды, для которых самооплодотворение является нормой, к таким видам  принадлежат ячмень, горох, фасоль, пшеница и др.

      К противоположному эффекту приводит аутбридинг (неродственное скрещивание). При этом  скрещиваются породы, принадлежащие к одной породе или сорту, так и к разным (кроссбридинг). Аутбридинг ведет к повышению жизнеспособности, плодовитости, устойчивости к заболеваниям, так как при скрещивании неродственных особей вредные мутации переходят в гетерозиготное состояние.

      Аутбридинг  получил широкое распространение  в селекции. Он применяется для объединения в одном организме разных ценных свойств, для выведения новой породы или сорта путем комбинации различных признаков.  
 
 

     

8. Что такое оперон? Какова его функция?

     Оперон, группа функционально связанных между собой генов, детерминирующих синтез белков-ферментов, относящихся к последовательным этапам какого-либо биохимического процесса. Концепция оперона как часть теории генетической организации и регуляции выдвинута в 1961 французским учёными Ф. Жакобом и Ж. Моно на основе экспериментальных работ по синтезу индуцируемых ферментов у мутантов кишечной палочки. Регуляторная функция оперона осуществляется на стадии транскрипции, т. е. при образовании информационной, или матричной, рибонуклеиновой кислоты (м-РНК) на соответствующем участке дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

     Схема регуляции биосинтеза белков-ферментов  в соответствии с концепцией оперона. Эффекторы могут cнижать или увеличивать сродство репрессора к оператору, влияя тем самым на скорость синтеза м-РНК и белка. П – промотор; Т – терминатор. 

       В начале оперона обычно локализован промотор – инициирующий транскрипцию участок ДНК, с которым специфически связывается фермент РНК-полимераза, осуществляющая транскрипцию (см. рис.). За промотором расположен оператор – участок ДНК, с которым взаимодействует регуляторный белок – репрессор. Остальную часть оперона составляют структурные гены, содержащие информацию о последовательности аминокислот в полипептидных цепях белков. Репрессоры синтезируются под контролем генов-регуляторов, необязательно входящих в данный оперон. Взаимодействуя с оператором, репрессор влияет на скорость транскрипции структурных генов. Репрессор, с одной стороны, способен «узнавать» последовательность оснований ДНК оператора, с другой – взаимодействовать с низкомолекулярными веществами – эффекторами, являющимися чаще всего субстратами или продуктами действия ферментов, определяемых данным опероном. Эффекторы резко меняют сродство репрессора к оператору; некоторые его снижают, другие повышают. Когда репрессор связан с оператором, он препятствует движению РНК-полимеразы вдоль оперона, и синтез м-РНК тормозится, «выключается». Отделение репрессора от оператора приводит к «включению» оперона. Т. о., оператор определяет активность оперона в целом. Описанная регуляция называется негативной, или отрицательной. Существует и позитивная, или положительная, регуляция, осуществляемая белком-активатором, который, присоединяясь к начальной части оперона (перед промотором), активирует транскрипцию оперона. Конец оперон – последовательность нуклеотидов, с которыми связан специфический белок – т.н. терминатор, прерывающий синтез РНК. Полагают, что в клетках высших организмов сохраняются основные черты описанных механизмов регуляции. 

      Концепция оперона оказалась весьма плодотворной для развития молекулярной генетики и в дальнейшем была подтверждена многими исследователями с использованием как генетических, так и биохимических подходов. Из представлений об опероне следует, что активность гена в клетке упорядочена и зависит как от внешних условий, так и от деятельности др. генов; они также позволяют понять, каким образом генетический аппарат клетки адекватно реагирует на изменение внешних условий. 
 

     

9. Особенности и генетическое значение «близнецового метода».

     Близнецовый метод – метод сопоставления особенностей членов близнецовой пары, позволяющий определить степень влияния наследственных факторов и среды на формирование тех или иных психических качеств. Предложен Ф. Гальтоном в 1875. Основан на том, что монозиготные (однояйцевые) близнецы имеют идентичный генотип, дизиготные (двуяйцевые) – неидентичный. При условии, что члены близнецовых пар любого типа имеют сходную среду воспитания, большее внутрипарное сходство монозиготных близнецов по сравнению с дизиготными может свидетельствовать о наличии наследственных влияний на изменчивость изучаемого признака.

     Характеризуется сравнением психологических качеств  монозиготных близнецов, имеющих идентичный генный набор, и дизиготных, генотипы которых различны. Данный метод, основанный на предпосылке, что средовое влияния, оказываемое на близнецов, имеет примерное равенство, предназначен для выявления влияния генотипа и среды на изучаемое психологическое качество. При контролировании данного свойства генотипом сходство монозиготных близнецов должно быть большим, чем сходство дизиготных близнецов.

     Монозиготные  близнецы развиваются в результате оплодотворения и деления одной  яйцеклетки (при первом делении зиготы) на два самостоятельных генетически одинаковых индивида. Дизиготные формируются при одновременном созревании двух и более яйцеклеток с последующим оплодотворением их. Монозиготные близнецы генетически идентичны, общность генов у них составляет 100 %, и различия признаков зависят от внешних условий. Дизиготные по наследственным свойствам сходны между собой не более чем обычные братья и сестры, рожденные в разное время. Однако условия эмбриогенеза и внешней среды у дизиготных близнецов одинаковы. Признаки, отличающиеся у дизиготных близнецов, но тождественные у монозиготных, следует считать генетически детерминированными. Например, очень высокая степень конкордантности по олигофрении у монозиготных близнецов и относительно умеренная у дизиготных указывает на высокую степень наследственной предрасположенности к этому заболеванию.