Meioosilla ja hedelmöityksellä varmistetaan, että uuden sukupolven organismit saavat evoluutiolla kehittynyttä, geeniannoksiltaan tasapainoista perinnöllistä materiaalia, jonka pohjalta organismin ja sen yksittäisten solujen kehitys tapahtuu. Näiden kahden mekanismin ansiosta tietyn lajin yksilöiden sukupolvien sarjassa muodostuu tiettyjä lajiominaisuuksia ja laji on olemassa todellisena elävän luonnon yksikkönä pitkään. Kuitenkin lajin eri edustajilla jatkuvasti käynnissä olevan mutaatioprosessin vuoksi samaa genomigeenien sarjaa edustavat erilaiset alleelit. Koska monien lajien sukupuolilisäyksessä kaksi yksilöä osallistuu jälkeläisten lisääntymiseen, on aivan ilmeistä, että hedelmöityksen seurauksena eri tsygootit saavat genotyyppeihinsä epätasaisen sarjan alleeleja. Lajin edustajien genotyyppisen monimuotoisuuden lisääntymistä edesauttavat myös mekanismit, jotka johtavat yksilön vanhempien alleelien rekombinaatioon sen sukusoluissa. Itse asiassa, jos organismin tuottamat sukusolut olisivat identtisiä genomissaan alleelijoukossa, yhden kaksikotisen organismiparin tai yhden hermafrodiittisen organismin jälkeläiset eivät olisi havainneet genotyyppistä monimuotoisuutta. Jokaisessa lajin uudessa sukupolvessa vain eri vanhempien lapset olisivat genotyyppisesti erilaisia.
Todellisuudessa luonnossa on monenlaisia samojen vanhempien jälkeläisiä. Esimerkiksi sisarukset eroavat paitsi sukupuolensa, myös muiden ominaisuuksien osalta. Tällaiset erot jälkeläisissä selittyvät sillä, että jokaisessa hedelmöitystapahtumassa löytyy geneettisesti erilaisia sukusoluja. Saman organismin muodostamien sukusolujen monimuotoisuuden varmistava mekanismi on meioosi, jonka aikana sukusoluihin tuleva perinnöllinen materiaali puolittuu, vaan tapahtuu myös vanhempien alleelien tehokas uudelleenjakautuminen sukusolujen välillä. Prosesseja, jotka johtavat geenien ja kokonaisten kromosomien rekombinaatioon sukusoluissa, ovat bivalenttien risteytyminen ja eroaminen meioosin anafaasissa I (katso luku 5).
Ylittäminen. Tämä prosessi tapahtuu meioosin I-profaasissa aikana, jolloin homologiset kromosomit tuodaan tiiviisti yhteen konjugaation seurauksena ja muodostavat bivalentteja. Ristikkäisyyden aikana vastaavat osat vaihdetaan keskenään kietoutuneiden homologisten kromosomien kromatidien välillä (kuva 3.72). Tämä prosessi varmistaa geenien isän ja äidin alleelien rekombinaation kussakin kytkentäryhmässä. Erilaisissa sukusolujen esiasteissa Crossing over tapahtuu kromosomien eri alueilla, mikä johtaa monien erilaisten vanhempien alleeliyhdistelmien muodostumiseen kromosomeissa.
Riisi. 3.72. Ristikkäisyys sukusolujen geneettisen monimuotoisuuden lähteenä:
I - vanhempien sukusolujen hedelmöitys a ja b c tsygootin muodostuminen V; II - gametogeneesi organismissa, joka kehittyy tsygootista V; G- ylitys, joka tapahtuu homologien välillä profaasissa I; d - solut, jotka muodostuivat ensimmäisen meioottisen jakautumisen jälkeen; e, f - solut, jotka muodostuivat meioosin toisen jakautumisen jälkeen ( e - ei-risteytyssukusolut alkuperäisten vanhempien kromosomien kanssa; ja - risteytyssukusolut, joissa on perinnöllisen materiaalin rekombinaatio homologisissa kromosomeissa)
On selvää, että risteytys rekombinaatiomekanismina on tehokasta vain, kun vastaavat geenit isän ja äidin kromosomissa ovat eri alleeleja. Täysin identtiset kytkentäryhmät risteytyksen aikana eivät tuota uusia alleeliyhdistelmiä.
Ristikkäisyyttä ei tapahdu vain sukusolujen esiasteissa meioosin aikana. Sitä havaitaan myös somaattisissa soluissa mitoosin aikana. Somaattista risteytymistä on kuvattu Drosophilassa ja joissakin homelajeissa. Sitä esiintyy homologisten kromosomien välisen mitoosin aikana, mutta sen taajuus on 10 000 kertaa pienempi kuin meioottisen ylityksen taajuus, jonka mekanismista se ei eroa. Mitoottisen risteytymisen seurauksena ilmaantuu somaattisten solujen klooneja, jotka eroavat yksittäisten geenien alleelipitoisuuksista. Jos tsygootin genotyypissä tätä geeniä edustaa kaksi eri alleelia, niin somaattisen risteytyksen seurauksena tämän geenin joko isän tai äidin alleelit voivat ilmaantua samoilla soluilla (kuva 3.73).
Riisi. 3.73. Ylitys somaattisissa soluissa:
1 - somaattinen solu, jonka homologisissa kromosomeissa A-geeniä edustaa kaksi eri alleelia (A ja a); 2 - ylittäminen; 3 - tulos vastaavien osien vaihdosta homologisten kromosomien välillä; 4 - homologien sijainti karan ekvatoriaalisessa tasossa mitoosin metafaasissa (kaksi vaihtoehtoa); 5 - tytärsolujen muodostuminen; 6 - A-geenille heterotsyyttisten solujen muodostuminen, jotka ovat samanlaisia kuin emosolu alleelijoukossa (Aa); 7 - A-geenille homotsygoottisten solujen muodostuminen, jotka eroavat emosolusta alleelijoukossa (AA tai aa)
Bivalenttien erot meioosin anafaasissa I. Meioosin metafaasissa I kaksiarvoiset aineet, jotka koostuvat yhdestä isän ja yhdestä äidin kromosomista, asettuvat akromaattisen karan ekvatoriaaliseen tasoon. Erilaisia geenialleelijoukkoja kantavien homologien eroaminen meioosin anafaasissa I johtaa sukusolujen muodostumiseen, jotka eroavat yksittäisten kytkentäryhmien alleelikoostumuksesta (kuva 3.74).
Riisi. 3.74. Homologisten kromosomien segregaatio meioosin anafaasissa I
sukusolujen geneettisen monimuotoisuuden lähteenä:
1 - meioosin metafaasi I (kaksiarvoisen aineen sijainti karan ekvatoriaalisessa tasossa); 2 - meioosin anafaasi I (geenin A eri alleeleja eri napoihin kantavien homologien eroavuus); 3 - toinen meioottinen jakautuminen (kahden tyyppisten sukusolujen muodostuminen, jotka eroavat A-geenin alleeleilta)
Riisi. 3.75. Bivalenttien järjestelyn satunnaisuus metafaasissa ( 1 )
ja niiden riippumaton ero anafaasissa ( 2 ) ensimmäinen meioottinen jakautuminen
Koska bivalenttien orientaatio suhteessa karan napoihin metafaasissa I osoittautuu satunnaiseksi, meioosin anafaasissa I, jokaisessa yksittäistapauksessa suunnataan haploidi kromosomijoukko, joka sisältää alkuperäisen vanhempien kytkentäryhmien yhdistelmän eri napoihin (kuva 3.75). Sukusolujen monimuotoisuus bivalenttien riippumattomasta käyttäytymisestä johtuen on sitä suurempi, mitä enemmän kytkentäryhmiä tietyn lajin genomissa on. Se voidaan ilmaista kaavalla 2 n, Missä P - kromosomien lukumäärä haploidissa sarjassa. Siis Drosophilassa P= 4 ja niissä olevien vanhempien kromosomien rekombinaation tuottamien sukusolujen määrä on 2 4 = 16. Ihmisillä n = 23, ja tästä mekanismista johtuva sukusolujen monimuotoisuus vastaa 2 23 tai 8388608.
Bivalenttien risteytys ja eriytymisprosessi meioosin anafaasissa I varmistavat alleelien ja geenisidosryhmien tehokkaan rekombinaation yhden organismin muodostamissa sukusoluissa.
Lannoitus. Eri sukusolujen satunnainen kohtaaminen hedelmöityksen aikana johtaa siihen, että lajin yksilöiden joukossa on lähes mahdotonta ilmaantua kaksi genotyypillisesti identtistä organismia. Kuvattujen prosessien kautta saavutettu yksilöiden genotyyppinen monimuotoisuus edellyttää perinnöllisiä eroja niiden välillä yhteisen lajigenomin perusteella.
Siten genomi, joka on perinnöllisen materiaalin korkein organisoitumisen taso, säilyttää lajin ominaispiirteensä meioosin ja hedelmöittymisen vuoksi. Mutta samaan aikaan nämä samat prosessit tarjoavat yksilöiden välillä yksilöllisiä perinnöllisiä eroja, jotka perustuvat geenien ja kromosomien rekombinaatioon, ts. kombinatiivista vaihtelua. Kombinatiivinen vaihtelevuus, joka ilmenee yksilöiden genotyyppisessä monimuotoisuudessa, lisää lajin selviytymistä sen muuttuvissa olemassaolon olosuhteissa.
Vuonna 1908 Sutton ja Punnett löysivät poikkeamia vapaasta merkkiyhdistelmästä Mendelin III lain mukaan. Vuosina 1911-12 T. Morgan et ai. Kuvattu Geenisidoksen ilmiö on geeniryhmän yhteinen siirtyminen sukupolvelta toiselle.
Drosophilassa kehon värin (b+ - harmaa runko, b - musta runko) ja siipien pituuden (vg+ - normaalit siivet, vg - lyhyet siivet) geenit sijaitsevat samassa kromosomissa; nämä ovat samassa kytkentäryhmässä olevia geenejä. . Jos risteyttää kaksi homotsygoottista yksilöä, joilla on vaihtoehtoisia piirteitä, niin ensimmäisessä sukupolvessa kaikilla hybrideillä on sama fenotyyppi hallitsevien ominaisuuksien ilmenemismuodoin (harmaa runko, normaalit siivet).
Tämä ei ole ristiriidassa G. Mendelin ensimmäisen sukupolven hybridien yhtenäisyyslain kanssa. Kuitenkin, kun ensimmäisen sukupolven hybridit risteytettiin edelleen keskenään, odotetun 9:3:3:1 fenotyypin mukaisen jakautumisen sijasta, jossa perinnöllisyys oli sidottu, jakautuminen tapahtui suhteessa 3:1, yksilöt ilmestyivät vain vanhempien ominaisuudet, eikä ollut yksilöitä, joilla olisi hahmojen uudelleenyhdistelmä.
Tämä johtuu siitä, että gametogeneesin meioosissa kokonaiset kromosomit eroavat solun napoihin. Yksi kromosomi tietystä homologisesta parista ja kaikki siinä olevat geenit menevät yhteen napaan ja päätyvät myöhemmin yhteen sukusoluun. Toinen kromosomi tästä parista siirtyy vastakkaiseen napaan ja päätyy toiseen sukusoluun. Samassa kromosomissa sijaitsevien geenien yhteisperiytymistä kutsutaan linkitetty perintö.
Esimerkki geenien täydellisestä kytkeytymisestä ihmisillä on Rh-tekijän periytyminen. Rh-tekijän läsnäolo johtuu kolmesta linkitetystä geenistä, joten sen periytyminen tapahtuu monohybridiristityksenä.
Samassa kromosomissa sijaitsevat geenit voivat kuitenkin joskus periytyä erikseen, jolloin ne puhuvat geenien epätäydellisestä kytkennästä
Jatkaessaan dihybridiristeytystyötään Morgan suoritti kaksi koetta analyyttisestä risteyksestä ja paljasti, että geenisidos voi olla täydellinen ja epätäydellinen.
Syy geenien epätäydelliseen kytkeytymiseen on ylittämällä. Meioosissa konjugaation aikana homologiset kromosomit voivat ylittää ja vaihtaa homologisia alueita. Tässä tapauksessa yhden kromosomin geenit siirretään toiseen, sen kanssa homologisesti.
Gametogeneesin kasvuvaiheessa tapahtuu DNA:n reduplikaatiota, munasolujen ja siittiöiden geneettiset ominaisuudet ovat ensiluokkaista 2n4c, kukin kromosomi koostuu kahdesta kromatidista, jotka sisältävät identtisen joukon DNA:ta. Meioosin pelkistysjakauman vaiheen aikana tapahtuu homologisten kromosomien konjugaatiota ja samanlaisten homologisten kromosomien osien vaihto voi tapahtua - ylittämällä. Pelkistysjakauman anafaasin aikana kokonaiset homologiset kromosomit hajaantuvat napoihin; jakautumisen päätyttyä muodostuu n2c-soluja - toisen asteen munasoluja ja spermatosyytit. Yhtälöjaon anafaasin aikana kromatidit eroavat toisistaan - nc, mutta samalla ne eroavat ei-alleelisten geenien yhdistelmässä. Ei-alleelisten geenien uudet yhdistelmät – risteytyksen geneettinen vaikutus.→ uusia piirteiden yhdistelmiä jälkeläisissä → kombinatiivinen vaihtelu.
Mitä lähempänä toisiaan geenit sijaitsevat kromosomissa, sitä vahvempi on niiden välinen yhteys ja sitä harvemmin niiden eroa esiintyy risteytyksen aikana, ja päinvastoin, mitä kauempana geenit ovat toisistaan, sitä heikompi on niiden välinen yhteys. sitä useammin sen häiriintyminen on mahdollista.
täysi kytkimen crossover-järjestelmä
Erityyppisten sukusolujen lukumäärä riippuu risteytymistiheydestä tai analysoitavien geenien välisestä etäisyydestä. Geenien välinen etäisyys lasketaan morganideissa: yksi yksikkö etäisyyttä samassa kromosomissa sijaitsevien geenien välillä vastaa 1 % risteytymistä. Tämä etäisyyksien ja ylitystaajuuden välinen suhde voidaan jäljittää vain 50 organidiin asti.
Teoreettinen perusta Yhdistetyn perinnön mallit ovat säännökset Perinnöllisyyden kromosomiteoria , jonka T. Morgan ja hänen kollegansa muotoilivat ja todensivat kokeellisesti vuonna 1911. Sen olemus on seuraava:
Pääasiallinen perinnöllisyyden kantaja on kromosomit, joissa on geenejä;
Geenit sijaitsevat kromosomeissa lineaarisessa järjestyksessä tietyissä lokuksissa; alleeligeenit miehittävät identtisiä lokuksia homologisissa kromosomeissa.
Geenit, jotka sijaitsevat samassa kromosomissa, muodostavat kytkentäryhmän ja periytyvät pääasiassa yhdessä (tai linkitettyinä); sidosryhmien lukumäärä on yhtä suuri kuin haploidinen kromosomien joukko.
Gametogeneesin (meioosin I vaiheen) aikana alleelivaihtoa voi tapahtua.
geenit - crossing over, mikä häiritsee geenien kytkentää.
Ylitystiheys on verrannollinen geenien väliseen etäisyyteen. 1morganid on etäisyysyksikkö, joka vastaa 1 % ylitystä.
Tämä teoria antoi selityksen Mendelin laeille ja paljasti ominaisuuksien periytymisen sytologisen perustan.
Kokoelman taustalla on geenisidosilmiö kromosomien geneettiset kartat– kaaviot samassa kytkentäryhmässä olevien geenien suhteellisesta sijainnista. Kromosomikartoitusmenetelmillä pyritään selvittämään mikä kromosomi ja missä lokuksessa (sijainti) geeni sijaitsee, sekä naapurigeenien välisen etäisyyden määrittämiseen.
Tämä on suoraviivainen segmentti, jossa geenien järjestys on osoitettu ja niiden välinen etäisyys morganideissa on osoitettu; se on rakennettu risteytysten analysoinnin tulosten perusteella. Mitä useammin ominaisuudet periytyvät yhdessä, sitä lähempänä näistä ominaisuuksista vastaavat geenit sijaitsevat kromosomissa. Toisin sanoen geenien sijainti kromosomissa voidaan arvioida fenotyypin piirteiden ilmentymisen ominaisuuksien perusteella.
Eläinten ja kasvien geenien kytkeytymistä analysoitaessa käytetään hybridologista menetelmää, ihmisillä - genealoginen menetelmä, sytogeneettinen menetelmä sekä somaattisten solujen hybridisaatiomenetelmä.
Kromosomin sytologinen kartta on valokuva tai tarkka piirros kromosomista, joka näyttää geenien sekvenssin. Se on rakennettu risteytysten ja kromosomaalisten uudelleenjärjestelyjen analysoinnin tulosten vertailun perusteella.
Geneettiset todisteet kromosomien risteytymisestä tulivat mahdollisiksi useiden geneettisten ilmiöiden - mutaatioiden, heterotsygoottisen tilan ja geenisidoksen löytämisen ansiosta.
Ensimmäinen geneettinen esine, jossa ylikulkuilmiö todettiin, oli Drosophila. Ensimmäistä kertaa eri kromosomeissa sijaitsevista geeneistä koottiin systemaattinen indeksi ja tunnistettiin kaikki kytkentäryhmät.
Tarkastellaanpa yhtä T. Morganin klassisista risteytyskokeista, jonka avulla hän pystyi todistamaan kromosomien perinnöllisen diskreettisyyden.
Ensimmäiset kokeilut ylityksessä
Kun risteytetään kärpäsiä, jotka eroavat kahdella hahmoparilla, harmaita, joissa on jäännössiivet (vg - vestigial) b + vg/b + vg ja musta (b - musta) normaalisiipillä b vg + /b vg + F 1:ssä, diheterotsygoottiset yksilöt b + vg/b vg + fenotyyppi on harmaa ja normaalisiivet.
Kuvassa on kaksi risteyssuuntaa: toisessa uros on diheterotsygootti, toisessa naaras. Jos hybridiurokset risteytetään naaraiden kanssa, jotka ovat resessiivisiä molemmille geeneille, eli suoritetaan analysoiva risteys b vg/b vg x b + vg/b vg +, niin jälkeläinen tuottaa jaon suhteessa 1 (b + vg/b vg) x 1 (b vg + x b vg).
Tämä jakautuminen osoittaa, että tämä dihybridi muodostaa vain kaksi sukusolulajiketta b + vg ja bvg + neljän sijasta, ja sukusolujen geeniyhdistelmä vastaa vanhempien geeniyhdistelmää. Osoitetun halkeamisen perusteella olisi oletettava, että uros ei vaihda homologisten kromosomien osia. Myöhemmin kävi ilmi, että Drosophila-uroksilla ei todellakaan ole crossoveria sekä autosomeissa että sukupuolikromosomeissa. Siksi kuvatun analyyttisen risteyttämisen aikana jälkeläisissä palautetaan kaksi alkuperäistä vanhempien hahmoyhdistelmää: kärpäset, joilla on musta vartaloväri ja normaalit siivet sekä kärpäset, joilla on harmaa vartaloväri ja jälkisiivet. Samaan aikaan he ovat yhtä suurissa lukusuhteissa sukupuolesta riippumatta. Tässä tapauksessa meillä on esimerkki geenien täydellisestä kytkennästä, jotka sijaitsevat yhdessä homologisten autosomien parissa.
Diheterotsygoottisten naaraiden vastavuoroisessa risteyttämisessä analysaattoriuroksen kanssa, joka on homotsygoottinen samojen kahden resessiivisen geenin suhteen, jälkeläisissä havaitaan erilainen jakautuminen. Vanhempien piirreyhdistelmien lisäksi jälkeläisissä esiintyy uusia tyyppejä - mustarunkoisia ja lyhyet (jäljekkäiset) siivet sekä harmaarunkoisia ja normaalisiipisiä kärpäsiä. Näin ollen tässä risteyksessä geenien kytkentä katkeaa. Geenit homologisissa kromosomeissa vaihtoivat paikkoja kromosomien risteytyksen vuoksi.
Sukusoluja, joiden kromosomit ovat risteytyneet, kutsutaan crossover ja ne, jotka eivät ole käyneet läpi sellaista - ei-crossover. Vastaavasti organismeja, jotka syntyivät analysoivan risteytyksen jälkeläisissä risteytyssukusolujen ja analysaattorisugusolujen yhdistelmästä, kutsutaan crossover, tai rekombinantti ja ne, jotka syntyvät ei-risteytyssukusolujen yhdistämisestä analysaattorin sukusolujen kanssa - ei-crossover, tai ei-rekombinantti.
Analysoitaessa splittingiä crossing over -tapauksessa kiinnitetään huomiota tiettyyn eri luokkiin kuuluvien yksilöiden numeeriseen suhteeseen. Molemmat alkuperäiset vanhempien piirteiden yhdistelmät, jotka muodostuvat ei-crossover-sukusoluista, esiintyvät analysoivan risteyksen jälkeläisissä samassa numeerisessa suhteessa. Yllä olevassa Drosophila-kokeessa molemmista yksilöistä oli noin 41,5 %. Kaiken kaikkiaan ei-crossover-yksilöiden osuus oli 83 % jälkeläisten kokonaismäärästä. Nämä kaksi crossover-luokkaa ovat myös yksilöiden lukumäärältään identtisiä, ja niiden summa on 17 %.
Toinen klassinen esimerkki kytkennästä ja crossoverista on K. Hutchinsonin kokeilu, joka suoritettiin maissilla 20-luvulla. Kaksi homotsygoottista maissilinjaa risteytettiin, joista toisessa oli ytimet, joissa oli värillinen aleuroni ja sileä endospermi. Nämä ominaisuudet määrittävät hallitsevat geenit c+c+sh+sh+. Toisessa linjassa oli näiden geenien c c sh sh resessiiviset alleelit, jotka vastaavasti määrittelivät ominaisuudet: väritön aleuroni ja ryppyinen endospermi. Nämä alleeliparit löytyvät samasta homologisesta kromosomiparista.
Ilmoitettujen viivojen ylittäminen toistensa kanssa c + sh + /c + sh + x sh/c sh:n kanssa antaa heterotsygootin c + sh + /c sh.
Segregaatio analyyttisen risteyksen aikana c + sh + / c sh x c sh / c sh, aivan kuten Drosophila-kokeessa, osoittautuu ristiriitaiseksi kunkin alleeliparin itsenäisen käyttäytymisen kanssa. Tällä halkaisulla ei-crossover-jyvien määrä tähkässä on 96,4 % ja crossover - 3,6 %.
Drosophila- ja maissikokeiden tulokset osoittavat, että geenisidos on todella olemassa, ja vain tietyssä prosenttiosuudessa se katkeaa risteytysten vuoksi. Tästä seuraa ensimmäinen kanta kromosomien risteytymisestä, jonka mukaan homologisten kromosomien välillä voi tapahtua identtisten osien keskinäistä vaihtoa. Geenit, jotka sijaitsevat homologisten kromosomien identtisillä alueilla, siirtyvät homologisesta kromosomista toiseen.
Näin ollen, vaikka ei-homologisissa kromosomeissa sijaitsevien geenien riippumaton yhdistelmä määräytyy niiden satunnaisen eron perusteella pelkistysjakaumassa, yhdistettyjen geenien rekombinaatio varmistetaan homologisten kromosomien risteytysprosessilla.
Crossoverin suuruus ja geenien lineaarinen järjestys kromosomissa
Ristittymisen määrä mitataan risteytysyksilöiden lukumäärän suhteella analysoidun risteytyksen jälkeläisten yksilöiden kokonaismäärään ja ilmaistaan prosentteina.
Rekombinaatio tapahtuu vastavuoroisesti, ts. lähtökromosomien välillä tapahtuu keskinäistä vaihtoa; Tämä velvoittaa meidät laskemaan crossover-luokat yhteen yhden tapahtuman tuloksena.
Kromosomin risteytyksen määrä heijastaa kromosomissa olevien geenien välisen kytkennän voimakkuutta: mitä suurempi risteytysarvo, sitä pienempi kytkentävahvuus. T. Morgan ehdotti, että risteytymistiheys osoittaa geenien välisen suhteellisen etäisyyden: mitä useammin risteytys tapahtuu, sitä kauempana geenit ovat toisistaan kromosomissa; mitä harvemmin risteytyminen tapahtuu, sitä lähempänä ne ovat toisiaan. .
Kun osoitamme, että mustan kehon värin ja lyhyiden siipien geenien rekombinaatio Drosophilassa tapahtuu 17 prosentin taajuudella, tämä arvo luonnehtii tietyllä tavalla näiden geenien välistä etäisyyttä kromosomissa. Sama pätee maissin kromosomien risteytystapaukseen, jossa 3,6 % rekombinaatioista osoittaa kahden homologisen kromosomin alueen välisen vaihdon tiheyden.
Lukuisten geneettisten tutkimusten perusteella Morgan oletti geenien lineaarisen järjestyksen kromosomissa. Vain tällä oletuksella rekombinanttien prosenttiosuus voi heijastaa kromosomissa olevien geenien välistä suhteellista etäisyyttä.
Yksi Morganin klassisista geneettisistä kokeista, joka osoitti geenien lineaarisen järjestyksen, oli seuraava Drosophilan koe. Naaraat, jotka olivat heterotsygoottisia kolmen linkitetyn resessiivisen geenin suhteen, jotka määrittivät keltaisen kehon värin y (keltainen), valkoisen silmien värin w (valkoinen) ja haarukkasiivet bi (bifid), risteytettiin näiden kolmen geenin suhteen homotsygoottisten urosten kanssa. Jälkeläiset koostuivat 1160 ei-crossover-perhosta (normaalit ja samanaikaisesti kaikki kolme resessiivistä ominaisuutta), 15 crossover-perhosta, jotka syntyivät y- ja w-geenien välisestä risteytymisestä, ja 43 yksilöstä w- ja bi-geenien risteytymisestä. Geenien välisen risteytysprosenttina saadut tulokset esittivät seuraavan suhteen:
Näistä tiedoista seuraa selvästi, että risteytysprosentti on geenien välisen etäisyyden ja niiden peräkkäisen, eli lineaarisen, sijainnin funktio kromosomissa. Geenien y ja bi välinen etäisyys on yhtä suuri kuin kahden yksittäisen risteyksen summa y:n ja w:n, w:n ja bi:n välillä.
Näiden tulosten toistettavuus toistuvissa kokeissa osoittaa, että geenien sijainti kromosomin pituudella on tiukasti kiinteä, toisin sanoen jokaisella geenillä on oma erityinen paikkansa kromosomissa - lokuksessa.
Yhden ja useamman kromosomin risteytys
Hyväksyttyään ehdot, että 1) kromosomissa voi olla monia geenejä, 2) geenit sijaitsevat lineaarisessa järjestyksessä kromosomissa, 3) kukin alleelipari sijaitsee tietyissä ja identtisissä lokuksissa homologisissa kromosomeissa, T. Morgan myönsi, että risteytys homologisia kromosomeja voi esiintyä samanaikaisesti useissa kohdissa.
Hän todisti tämän oletuksen Drosophilassa ja vahvisti sen sitten täysin useilla eläimillä, kasviesineillä ja mikro-organismeilla.
Vain yhdessä paikassa esiintyvää risteytystä kutsutaan yhdeksi risteytykseksi, kahdessa pisteessä samanaikaisesti - kaksinkertainen, kolmessa - kolminkertainen jne., eli ylitys voi olla useita. Olkoon esimerkiksi, että homologinen kromosomipari sisältää kolme alleeliparia heterotsygoottisessa tilassa: ABC/abc.
Tällöin vain geenien A ja B tai B:n ja C:n välisellä alueella (eri soluissa) esiintyvä risteys on yksittäinen. Yhden crossoverin seurauksena syntyy kussakin tapauksessa vain kaksi crossover-kromosomia (sukusolua), nimittäin aBC ja Abc tai ABC ja abC.
Jos kukin näistä kromosomeista yhdistetään tsygootissa homologisen kromosomin kanssa, joka sisältää kaikki kolme resessiivistä alleelia a, b ja c, jälkeläiset tuottavat seuraavat risteytystsygoottien genotyypit: aBC/abc ja Abc/abc tai ABC/abc ja abC /abc.
Crossover-luokkien prosenttiosuus määrittää yksittäisten vaihtojen tiheyden, joka tapahtui geenien A ja B tai B ja C välillä.
Samanaikaisen A:n ja B:n sekä B:n ja C:n välisen risteyksen seurauksena tapahtuu kromosomin keskiosan vaihto - kaksoisvaihto. Tässä tapauksessa heterotsygootissa syntyy uusia sukusoluja, joissa on risteytyskromosomit AbC ja aBc, jotka tunnistetaan analyyttisellä risteytyksellä. Jälkeläiset näyttävät olevan tsygootteja, joilla on seuraava geeniyhdistelmä: AbC/abc ja aBc/abc.
Yksittäiset ja kaksoisristeytykset homologisten kromosomien välillä on todistettu seuraavalla geneettisellä analyysillä. Taulukossa on kuvattu erityinen Drosophila-koe, jossa ristikkäisten ja ei-risteytysten yksilöiden kokonaismäärä oli 521. Tämä analyysi on esitetty yleisessä muodossa, ilman erityisiä geenejä, jotta voidaan korostaa sen perustavanlaatuista merkitystä.
Yksittäisen risteyksen prosenttiosuuden laskemiseksi molemmissa osissa on tarpeen lisätä yksittäisiin risteyksiin 79 ja 135 kaksoisristeytyksestä saatujen fraktioiden lukumäärä, koska jälkimmäinen esiintyi sekä ensimmäisessä että toisessa osassa.
Lasketaan geenien A ja B risteytysprosentti: 79 + 14 = 93, 93:521⋅100 = 17,9%.
Crossoverin mittayksiköksi otettiin yksi prosentti crossoverista, venäläisessä kirjallisuudessa sitä kutsuttiin morganideiksi.
Noudattamalla samaa menetelmää toisen osan risteyksen laskemiseksi - geenien B ja C välillä, saamme 28,6% eli morganideja. Niinpä määritimme geenien väliset suhteelliset etäisyydet: A:n ja B:n välinen etäisyys on 17,9 ja B:n ja C:n välillä 28,6 risteytysyksikköä eli morganideja.
Jos on oikein, että risteytys on geenien välisen etäisyyden funktio, niin meidän on helppo määrittää geenien A ja C välinen etäisyys, koska sen pitäisi olla suunnilleen yhtä suuri kuin yhden risteytyksen kahden taajuuden summa: 17,9 + 28,6 = 46,5. Geenien A ja C välisten yksittäisten risteytysten kokonaismäärä on kuitenkin 214 (79 + 135) yksilöä eli 41,1 morganidia, eli aiemmin laskemamme geenien A ja C välinen etäisyys osoittautui 46,5 - 41,1 suurempi = 5,4 morganidit. Tämä ero näyttää olevan ristiriidassa aiemman kokemuksen kanssa y w bi -geeneistä, joissa äärimmäisten geenien (y ja bi) välinen risteytystaajuus (4,7 %) osui täsmälleen yhteen geenien y ja w välisen risteytysfrekvenssien summan kanssa (1,2 %) ja w ja bi (3,5 %). Mutta siinä tapauksessa geenit sijaitsevat lähellä toisiaan, ja ABC-geenien esimerkissä geenit sijaitsevat suurella etäisyydellä toisistaan.
Laskelmien ristiriita selittyy sillä, että laajalti erillään olevien geenien välillä voi tapahtua kaksoisristeyksiä, mikä vaikeuttaa geenien välisen todellisen etäisyyden arvioimista. Kaksoisristeytymistä ei ehkä havaita, jos geenien A ja C välistä etäisyyttä ei merkitse kolmas geeni B.
Esimerkiksi kromosomien sisällä tapahtuvan osien kaksinkertaisen vaihdon tapauksessa geenit A ja C jäävät paikoilleen, eikä niiden välistä vaihtoa havaita. Lisäksi mitä kauempana geenit A ja C ovat toisistaan kromosomissa, sitä suurempi on kaksoisristeytysten todennäköisyys niiden välillä. Kahden geenin välisten rekombinaatioiden prosenttiosuus heijastaa tarkemmin niiden välistä etäisyyttä, mitä pienempi se on, koska pienellä etäisyydellä kaksoisvaihdon mahdollisuus pienenee. Siksi geenien A ja C välinen risteytys (41,1 %) ilman kaksoisristeytysten huomioon ottamista osoittautuu pienemmäksi kuin geenien A ja B sekä B ja C välisten yksiköiden risteytysten summa (46,5 %).
Kaksoisristeytymisen huomioon ottamiseksi on välttämätöntä, että kahden tutkittavan geenin välissä on ylimääräinen tunniste. Tarkastetussa esimerkissä tällainen markkeri on geeni B. Etäisyys A:sta C:hen määritetään seuraavasti: kaksoisristeytysten kaksinkertainen prosenttiosuus (2,7 X 2 = 5,4 %) lisätään yksittäisten risteysluokkien prosenttiosuuksien summaan ( 41,1 %). Kaksoisristeysten prosenttiosuuden kaksinkertaistaminen on välttämätöntä, koska jokainen kaksoisristeytys tapahtuu kahdesta erillisestä yksittäisestä katkosta kahdessa kohdassa. Yksittäisen ylityksen prosenttiosuuden laskemiseksi on tarpeen kertoa kaksinkertaisen ylityksen arvo kahdella. Tarkasteltavassa esimerkissä tulos on 41,1 + 5,4 = 46,5%, mikä on yhtä suuri kuin prosenttiosuuden yhteenlaskemisesta saatu summa. ylitys kahdessa osassa: A:sta B:hen ja B:stä C:hen.
Kahden geenin risteytysprosentti voidaan laskea paitsi analyyttisten ristitietojen perusteella, myös F 2 -segregaation tulosten perusteella. Selityksen yksinkertaisuuden vuoksi oletetaan, että tiedämme geenien A ja B välisen risteytysprosentin ja että se on 20 %. Sitten F 1:ssä diheterotsygootin AB/ab pitäisi muodostaa sukusoluja seuraavissa suhteissa: 0,4AB: 0,1Ab: 0,1aB: 0,4ab (koska risteytyssukusoluja on 20 % ja ei-risteytyssukusoluja 80 %). F 2:ssa kummallekin resessiiviselle geenille homotsygoottisia yksilöitä syntyy vain kahden sukusolun ab fuusion seurauksena taajuudella 0,4 x 0,4 = 0,16. Joka tapauksessa niiden sukusolujen prosenttiosuus, joissa on kaksi resessiivistä geeniä F1-yksilöissä, määritetään neliöjuurena luokan ab frekvenssistä F2:ssa, ilmaistuna morganidien osuuksina. Tapauksessa, jossa tehdään AB/AB x ab/ab -tyyppinen risteytys, diheterotsygootin F1 muodostamien sukusolujen ab frekvenssi F2:lla on yhtä suuri kuin puolet kaikkien ei-risteytyssukusolujen taajuudesta. Jos suoritetaan tyypin Ab/Ab x aB/aB risteytys, niin hybridin F1 muodostamien sukusolujen ab frekvenssi F 2:lla on yhtä suuri kuin puolet kaikkien risteytyssukusolujen taajuudesta.
Kombinatiivinen vaihtelu on prosessi, joka perustuu rekombinaatioiden muodostumiseen. Toisin sanoen muodostuu geeniyhdistelmiä, joita vanhemmilla ei ole. Seuraavaksi tarkastellaan tarkemmin kombinatiivista vaihtelua ja sen mekanismeja.
Prosessin syyt
Kombinatiivinen vaihtelevuus johtuu organismien seksuaalisesta lisääntymisestä. Tämän seurauksena muodostuu laaja valikoima genotyyppejä. Tietyt ilmiöt toimivat käytännössä rajattomina geneettisen vaihtelun lähteinä. Alla mainitut lähteet, jotka toimivat itsenäisesti, tarjoavat samanaikaisesti jatkuvaa "sekoitusta" geeneissä. Tämä provosoi eri feno- ja genotyyppien omaavien organismien syntymistä. Tässä tapauksessa itse geenit eivät muutu. Samalla todetaan, että uudet yhdistelmät hajoavat melko helposti sukupolvelta toiselle siirtymisen aikana.
Lähteet
Kuvaus
Kombinatiivista vaihtelua pidetään tärkeimpänä lähteenä kaikesta olemassa olevasta valtavasta monimuotoisuudesta, joka on ominaista organismeille. Yllä luetellut lähteet eivät kuitenkaan synny genotyypissä pysyviä, eloonjäämisen kannalta merkittäviä muutoksia, jotka evoluutioteorian mukaan ovat välttämättömiä uusien lajien syntymiselle. Tällaisia muutoksia voi tapahtua mutaatioiden vuoksi.
Merkitys
Kombinatiivinen vaihtelu voi selittää esimerkiksi sen, miksi lapsella oli uusi yhdistelmä isän ja äidin sukulaispiirteitä. Lisäksi on mahdollista tutkia tiettyjä ja erityisiä vaihtoehtoja, jotka eivät ole ominaisia vanhemmille tai aiemmille sukupolville. Kombinatiivinen vaihtelevuus edistää genotyyppien monimuotoisuuden syntymistä jälkeläisissä. Tällä on erityinen merkitys koko evoluutioprosessille. Ensinnäkin luonnonvalinnan materiaalin lajien monimuotoisuus lisääntyy ilman, että yksilöiden elinkyky vähenee. Lisäksi organismien kyky sopeutua säännöllisesti muuttuviin ympäristöolosuhteisiin paranee. Tämä varmistaa lajin (populaation, ryhmän) selviytymisen kokonaisuutena.
Käyttö
Kombinatiivista vaihtelua käytetään jalostuksessa taloudellisesti arvokkaampien perinnöllisten ominaisuuksien kompleksien saamiseksi. Eli elinkelpoisuuden lisääntymisen, heteroosin, kasvun intensiteetin ja muiden ominaisuuksien ilmiöitä hyödynnetään eri lajikkeiden tai alalajien edustajien välisessä hybridisaatioprosessissa, mikä puolestaan aiheuttaa tietyn ja merkittävän taloudellisen vaikutuksen. Päinvastainen tulos havaitaan läheisesti liittyvillä risteytyksillä (sisiitos) - organismien yhdistelmällä yhteisten esivanhempien kanssa. Tällainen syntyperä lisää identtisten geenialleelien esiintymisen todennäköisyyttä. Näin ollen myös homotsygoottisten organismien riski kasvaa. Suurin sisäsiitosaste tapahtuu kasvien itsepölytysvaiheessa sekä eläinten itsehedelmöityksessä. Samaan aikaan homotsygoottisuus lisää resessiivisen tyypin alleelisten geenien ilmentymisen todennäköisyyttä. Niiden mutageeniset muutokset aiheuttavat organismien ilmaantumista erilaisilla perinnöllisillä poikkeavuuksilla.
Lääketieteellinen geneettinen neuvonta
Kombinatiivisen vaihtelun tutkimuksesta saatuja tuloksia hyödynnetään aktiivisesti jälkeläisten ennustamisessa ja geneettisten riskien merkityksen selittämisessä. Tulevien puolisoiden neuvontaprosessissa käytetään yhdeltä esi-isältä perittyjen ja samaa alkuperää olevien alleelien mahdollisen läsnäolon toteamista jokaisessa yksilössä. Tässä tapauksessa käytetään sukulaisuuskerrointa. Se ilmaistaan yksikön murto-osina. Homotsygoottisille kaksosille kerroin on 1, lapsille ja vanhemmille, sisarille ja veljille - 1/2, veljenpojalle ja setä, pojanpojalle ja isoisälle - 1/4, serkkuille - 1/32, esiserkuille - 1/8.
Esimerkkejä
Harkitse "yökauneuden" kukkaa. Sillä on geeni punaisille (A) ja valkoisille (a) terälehdille. Aa-organismissa terälehdet ovat vaaleanpunaisia. Kukassa ei ole alkuperäistä vaaleanpunaisen värin geeniä. Se näkyy valkoisten ja punaisten elementtien yhdistelmän kautta. Vielä yksi esimerkki. Henkilöllä on diagnosoitu sirppisoluanemia. Kuolemaa pidetään aa:na ja AA on normi. Sirppisoluanemia on Aa. Tällä patologialla henkilö ei voi sietää fyysistä aktiivisuutta. Mutta samalla hänellä ei ole malariaa, eli tämän taudin aiheuttaja - plasmodium - ei voi kuluttaa väärää hemoglobiinia. Tämä ominaisuus on tärkeä päiväntasaajan alueella. Tämä kombinatiivinen vaihtelevuus ilmenee, kun geenit a ja A yhdistetään.
Perinnöllisyyden vahvistaminen
Jotkut esiin tulevat mutaatiot alkavat esiintyä rinnakkain muiden kanssa ja niistä tulee osa genotyyppejä. Toisin sanoen ilmaantuu monia alleelisia yhdistelmiä. Jokaiselle yksilölle on ominaista geneettinen ainutlaatuisuus. Ainoat poikkeukset ovat identtiset kaksoset ja yksilöt, jotka syntyivät suvuttoman lisääntymisen seurauksena kloonissa, jonka esi-isänä on yksi solu. Jos oletetaan, että jokaista homologista kromosomiparia kohti on vain yksi pari geenialleeleita, niin henkilöllä, jonka haploidisarja on 23, mahdollisten genotyyppien lukumäärä voi olla 3:sta 23. potenssiin. Tämä valtava määrä ylittää 20 kertaa maapallon asukkaiden määrän. Mutta todellisuudessa ero homologisten kromosomien välillä esiintyy useissa geeneissä. Laskelmissa ei ole otettu huomioon ylitysilmiötä. Tältä osin todennäköisten genotyyppien lukumäärä ilmaistaan tähtitieteellisillä luvuilla, ja voimme varmuudella sanoa, että kahden täysin identtisen ihmisen esiintyminen on käytännössä mahdotonta. Poikkeuksena ovat identtiset kaksoset, jotka ovat syntyneet samasta munasta. Kaikki tämä mahdollistaa henkilön henkilöllisyyden luotettavan määrittämisen elävän kudoksen jäännöksistä ja isyyden/äitiyden kumoamisen/vahvistamisen.
Vuonna 1909 belgialainen sytologi Janssens havaitsi chiasmatan muodostumisen meioosin I vaiheen aikana. Tämän prosessin geneettisen merkityksen selitti Morgan, joka ilmaisi mielipiteen, että risteytys (alleelien vaihto) tapahtuu homologisten kromosomien katkeamisen ja rekombinaation seurauksena chiasmatan muodostumisen aikana. Tällä hetkellä kahden kromosomin osat voivat ylittää ja vaihtaa osioitaan. Tämän seurauksena ilmaantuu laadullisesti uusia kromosomeja, jotka sisältävät sekä äidin että isän kromosomien osia (geenejä). Vanhemman yksilöiden kytkentäryhmiin kuuluvat alleelit erotetaan ja muodostuu uusia yhdistelmiä, jotka päätyvät sukusoluihin - tätä prosessia kutsutaan geneettiseksi rekombinaatioksi. Jälkeläisiä, jotka on saatu sellaisista sukusoluista, joissa on "uusia" alleeliyhdistelmiä, kutsutaan rekombinanteiksi.
Kahden samassa kromosomissa sijaitsevan geenin välisen risteytyksen taajuus (prosenttiosuus) on verrannollinen niiden väliseen etäisyyteen. Kahden geenin risteytys tapahtuu harvemmin, mitä lähempänä toisiaan ne sijaitsevat. Geenien välisen etäisyyden kasvaessa todennäköisyys, että risteytys erottaa ne kahdessa eri homologisessa kromosomissa, kasvaa.
Ensimmäisen sukupolven hybridit (naaraat) risteytettiin mustarunkoisten alkeellisten siipien kanssa. F2:ssa vanhempien hahmoyhdistelmien lisäksi ilmestyi uusia - kärpäsiä, joilla on musta runko ja alkeelliset siivet sekä harmaa runko ja normaalit siivet. Totta, rekombinanttien jälkeläisten määrä on pieni ja on 17%, ja vanhempien jälkeläisten määrä on 83%. Syynä pieneen määrään kärpäsiä, joilla on uusia ominaisuusyhdistelmiä, ilmaantuu, on risteytys, joka johtaa uuteen rekombinanttiyhdistelmään b+- ja vg-geenien alleelit homologisissa kromosomeissa. Nämä vaihdot tapahtuvat 17 %:n todennäköisyydellä ja lopulta tuottavat kaksi rekombinanttiluokkaa yhtä suurella todennäköisyydellä - kumpaakin 8,5 %.
Ristikkäisyyden biologinen merkitys on äärimmäisen suuri, sillä geneettinen rekombinaatio mahdollistaa uusien, aiemmin olemattomien geeniyhdistelmien luomisen ja sitä kautta lisää perinnöllistä vaihtelua, mikä antaa organismille runsaasti mahdollisuuksia sopeutua erilaisiin ympäristöolosuhteisiin.
Mutageenit ja niiden testaus
Mutageenit ovat fysikaalisia ja kemiallisia tekijöitä, jotka vaikuttavat eläviin asioihin
organismit aiheuttavat muutoksia perinnöllisissä ominaisuuksissa (genotyypissä). Mutageeneja
jaetaan: fysikaalisiin (röntgen- ja gammasäteet. radionuklidit,
protonit, neutronit jne.), fysikaaliset ja kemialliset (kuidut, asbesti), kemialliset
(torjunta-aineet, mineraalilannoitteet, raskasmetallit jne.). biologinen
(jotkut virukset, bakteerit).
Mutageenisuustestaus. Mutageenisuuden testausstrategia. Kaikkien aineiden, joiden kanssa ihminen voi joutua kosketuksiin elämänsä aikana, testaus vaatisi kohtuuttoman paljon työtä, joten etusijalle on asetettava lääkkeiden, elintarvikelisäaineiden, torjunta-aineiden, rikkakasvien torjunta-aineiden, hyönteismyrkkyjen, kosmetiikan ja yleisimpien vesien mutageenisuustestaus. ja ilman epäpuhtaudet sekä teolliset vaarat tunnistettiin. Toinen metodologinen periaate on valikoiva testaus. Tämä tarkoittaa, että aineen mutageenisuus analysoidaan, jos kaksi pakollista ehtoa täyttyvät: esiintyvyys ihmisympäristössä ja rakenteellinen samankaltaisuus tunnettujen mutageenisten tai karsinogeenien kanssa. Universaalin testin puuttuminen, jonka avulla voidaan samanaikaisesti rekisteröidä tutkitun aineen (ja sen mahdollisten metaboliittien) aiheuttamat erityyppisten mutaatioiden induktio itu- ja somaattisissa soluissa, toimii perustana kolmannelle periaatteelle - erikoistuneiden testijärjestelmien integroidulle käytölle. . Lopuksi neljäs metodologinen periaate edellyttää vaiheittaista lähestymistapaa aineiden mutageenisen aktiivisuuden testaamiseen. Tämä periaate on peräisin yhdestä ensimmäisistä ja tunnetuimmista suunnitelmista, jonka B. Bridges ehdotti vuonna 1973 ja joka sisältää kolme peräkkäistä tutkimusvaihetta. 1. Ensimmäisessä vaiheessa tutkittiin aineen mutageenisia ominaisuuksia käyttäen yksinkertaisia ja nopeasti suoritettavia menetelmiä (käyttäen mikro-organismeja ja Drosophilaa testikohteina) sen kykyä aiheuttaa geenimutaatioita. Tällaisen kyvyn tunnistaminen merkitsi tämän aineen käytön kieltämistä. 2. Kun mutageenilla on erityistä lääketieteellistä tai taloudellista merkitystä, se testataan in vivo nisäkkäillä. Samanlainen tutkimus tehtiin myös aineille, jotka eivät osoittaneet mutageenisia ominaisuuksia ensimmäisen vaiheen testeissä. Jos tutkittavalla aineella ei ollut mutageenisia ominaisuuksia, sen oletettiin olevan turvallinen ihmisille. Mutageenisuutta osoittavien aineiden käyttö joko kiellettiin tai, jos ne luokiteltiin erityisen merkittäviksi tai korvaamattomiksi, ne tutkittiin lisäksi. 3. Viimeisessä vaiheessa suoritettiin testit tällaisten tiettyjen aineiden mutageenisten vaikutusten kvantitatiivisten mallien määrittämiseksi ja niiden ihmisten aiheuttaman käytön riskin arvioimiseksi. Tämä menetelmä toimi prototyyppinä useille menetelmille monimutkaiseen mutageenisuuden testaukseen. Vuonna 1996 ehdotettua ohjelmaa on pidettävä pohjimmiltaan uutena askeleena kohti tämän alueen kehittämistä. J. Ashby ym. Tämän ohjelman äärimmäisen tärkeä piirre on, että se keskittyy testattavan aineen mutageenisuuden arvioinnin lisäksi myös tietyn kemiallisen yhdisteen karsinogeenisuuden ja mahdollisen karsinogeneesimekanismin ennustamiseen. Nykyaikainen todistejärjestelmä mutageneesiprosessien ja karsinogeneesin välisestä suhteesta sisältää useita kokeellisia vahvistuksia käsiteltävänä olevasta ongelmasta. Niistä: 1) hyvin tutkittujen perinnöllisten sairauksien esiintyminen, joissa samanaikaisesti lisääntyneen herkkyyden kanssa mutageeneille havaitaan moninkertainen ylimäärä pahanlaatuisten kasvainten keskimääräistä ilmaantuvuutta; 2) tuumorin vastaisten sytostaattien mutageenisten ja karsinogeenisten vaikutusten selkeästi todettu konjugaatio, jotka aiheuttavat mutaatioita somaattisissa soluissa ja joilla on siten terapeuttinen vaikutus, mutta voivat aiheuttaa sekundaaristen kasvainten kehittymistä hoidetuilla syöpäpotilailla; 3) kertynyt tieto proto-onkogeenien mahdollisesta aktivoinnista geeni- ja kromosomimutaatioiden induktion seurauksena; 4) kuvaus satunnaisista monogeenisistä dominanteista mutaatioista, jotka aiheuttavat eri elinten kasvainten kehittymistä. J. Ashbyn ohjelma olettaa, että aine ei ole syöpää aiheuttava, jos sillä ei ole mutageenisia ja genotoksisia vaikutuksia in vivo. Samat aineet, joilla on näitä vaikutuksia, ovat mahdollisia genotoksisia karsinogeeneja.
Lippu 6
Sytologiset todisteet Sternin kokeista. Maali.
Sternin koe Y-kromosomin fragmentti lisättiin X-kromosomiin ja se sai L-muodon. 30-luvun alussa K. Stern sai Drosophila-linjoja, joiden sukupuolikromosomit erottuivat toisistaan sytologisella tasolla. Naisella pieni fragmentti siirrettiin yhteen X-kromosomeista Y- kromosomeja, mikä antoi sille erityisen L-muotoisen muodon, joka on helposti erotettavissa mikroskoopilla
Kaavio kokeesta sytologisten todisteiden risteyttämisestäD. melanogaster
Saatiin naaraat, jotka olivat heterotsygoottisia näiden kahden morfologisesti erilaisen osoittaman suhteen X-kromosomit ja samanaikaisesti kaksi geeniä Vag (B) Ja neilikka (auto).
374 naarasnäytteen sytologinen analyysi osoitti, että 369 tapauksessa karyotyyppi vastasi odotettua. Kaikilla neljällä naarasluokalla oli yksi normaali, ts. isältä saatu sauvan muotoinen X-kromosomi. Crossover (esim. Saagassa + Fenotyypin mukaan naaraat sisälsivät kaksikätisen L-muotoisen X-kromosomin.
Kuolettavien resessiivisten mutaatioiden määritys (menetelmäCBLja Meller 5)
Tappavat geenit - aiheuttavat kuoleman homotsygoottisessa tilassa. Niiden ohella tunnetaan suuri määrä puolitappavia tekijöitä, jotka usein johtavat erilaisten elottomien hirviöiden syntymiseen tai yksinkertaisesti vaikuttavat organismien elinkelpoisuuteen tavalla tai toisella. Tällä hetkellä L. g. tunnetaan Drosophilassa, hiiret, kanit, koirat, siat, lampaat, hevoset, naudat, linnut, useissa kasveissa, ihmisissä jne. Esimerkki puolitappavasta tekijästä ihmisillä on hemofilia, jonka esiintyessä normaalin veren hyytymisen sijasta 5-5x/2 min. tämä prosessi kestää joskus jopa 120 minuuttia. ja vielä enemmän; tappava hemofiliageeni sijaitsee sukupuolikromosomissa, mikä selittää tämän piirteen siirtymisen puoleen pojista näennäisesti terveeltä äidiltä, joka on heterotsygoottinen tälle tekijälle.
Kätevimmät menetelmät mutaatioiden laskemiseen on kehitetty Drosophilalle. Itse asiassa juuri X-kromosomin resessiivisten tappavien mutaatioiden laskentamenetelmien luominen määritti G. Möllerin menestyksen. Hän löysi röntgensäteiden vaikutuksen Drosophilan mutaatioprosessiin. Möller-5-menetelmää käytetään laajalti sukupuoleen liittyvien resessiivisten tappavien mutaatioiden huomioon ottamiseksi Drosophilassa. Meller-5- tai M-5-linjan naarailla on kaksi inversiota molemmissa X-kromosomeissa: sc 8 ja sigma49. sc 8 -inversio kattaa lähes koko X-kromosomin, ja sen rajoissa on toinen inversio, sigma49. Tässä järjestelmässä ylitys estetään kokonaan. Käytetyillä inversioilla ei ole resessiivistä tappavaa vaikutusta. Lisäksi molemmissa M-5-kromosomeissa on kolme markkeria: kaksi resessiivistä - w a (aprikoosisilmän väri) ja sc 8 (lyhennetyt harjakset - samannimisen inversion fenotyyppinen ilmentymä, joka vaikuttaa sc-geeniin) ja yksi hallitseva - Bar. Kun tutkitut urokset risteytetään M-5-naaraiden kanssa yksittäisissä F 2 -perheissä, saadaan kaksi naaras- ja urosluokkaa, ellei alkuperäisen miehen siittiön X-kromosomissa ole syntynyt resessiivistä letaalimutaatiota. Jos resessiivinen letaali on ilmestynyt, niin vastaavassa yksittäisessä viljelmässä F 2:ssa saamme vain yhden luokan uroksia, eikä villityypin miehiä w + B + ole. Meller-5-menetelmällä voidaan rekisteröidä myös näkyvästi ilmeneviä resessiivisiä mutaatioita X-kromosomissa. Tähän tarkoitukseen on kätevämpää käyttää Double yellow -menetelmää, joka perustuu tutkittujen urosten risteyttämiseen naaraiden kanssa, joilla on linkitetty X-kromosomeja. Koska tällaisella risteytyksellä pojat saavat X-kromosominsa suoraan isältään, tämän kromosomin resessiiviset mutaatiot voidaan ottaa huomioon jo F 1:ssä. Kuolettavien mutaatioiden ja mutaatioiden, joissa on näkyviä fenotyyppisiä ilmentymiä, huomioon ottaminen on helpompaa Drosophila X -kromosomille sen periytymisen spesifisyyden vuoksi. On kuitenkin olemassa menetelmiä tappavien mutaatioiden laskemiseksi autosomeissa. Esimerkiksi kromosomin 2 resessiivisten letaalien mutaatioiden huomioon ottamiseksi käytetään ns. tasapainotettua letaalimenetelmää. Tätä varten käytetään linjaa, joka on heterotsygoottinen kromosomille 2. Yksi homologi sisältää hallitsevat geenit Cyrly (Cy-kaarevat siivet) ja Lobe (lohkon muotoisen silmän L-reduktio), toinen homologi Plum (Pm-plum- ruskea silmien väri). Lisäksi Cy L-kromosomi sisältää inversioita, jotka estävät ylittymisen. Kaikki kolme hallitsevaa mutaatiota ovat resessiivisiä ja tappavia. Tästä johtuen tällaista linjaa jalostettaessa vain määriteltyjen geenien heterotsygootit säilyvät. Tämä on tasapainoisten lentojen järjestelmä. Resessiivisten tappavien mutaatioiden sekä näkyviä ilmenemismuotoja sisältävien resessiivisten mutaatioiden tutkimiseksi tutkittavat kärpäset risteytetään CyL/Pm-perhojen kanssa. F 1:ssä saadaan kärpäsiä, jotka ovat heterotsygoottisia tutkittavan linjan jollekin toiselle kromosomille, ja CyL-segregantit risteytetään jälleen yksitellen CyL/Pm-perhojen kanssa. F 2:ssa urokset ja naaraat, joilla on CyL-ominaisuuksia, risteytetään keskenään ja F3 analysoidaan. Resessiivisen letaalin mutaation puuttuessa F 3:n pilkkoutuminen on 2CyL: 1Cy + L +, ja jos tappavia mutaatioita esiintyi alkuperäisen linjan kärpästen sukusoluissa, niin vastaavissa yksittäisissä viljelmissä ei ole normaalia. lentää F 3 2CyL:ssä: 0Cy + L + . Samoin resessiiviset mutaatiot, jotka näkyvät kromosomissa 2, otetaan huomioon F 3:ssa.
Lippu 7
Kombinatiivinen vaihtelu ja sen merkitys.
Kombinatiivista kutsutaan vaihtelua, joka perustuu rekombinaatioiden muodostumiseen, ts. sellaisia geeniyhdistelmiä, joita vanhemmilla ei ollut.
Kombinatiivisen vaihtelun perustana on organismien sukupuolinen lisääntyminen, jonka seurauksena syntyy valtavasti erilaisia genotyyppejä. Kolme prosessia toimivat käytännössä rajattomina geneettisen variaation lähteinä:
Homologisten kromosomien itsenäinen erottelu ensimmäisessä meioottisessa jakautumisessa. Se on itsenäinen kromosomien yhdistelmä meioosin aikana, mikä on Mendelin kolmannen lain perusta. Vihreiden sileiden ja keltaisten ryppyisten herneensiementen esiintyminen toisessa sukupolvessa kasvien risteyttämisestä keltaisten sileiden ja vihreiden ryppyjen siementen kanssa on esimerkki kombinatiivisesta vaihtelusta.
Homologisten kromosomien osien keskinäinen vaihto tai ylitys. Se luo uusia kytkinryhmiä, ts. toimii tärkeänä lähteenä alleelien geneettiselle rekombinaatiolle. Yhdistelmäkromosomit, kun ne ovat tsygootissa, edistävät sellaisten ominaisuuksien ilmaantumista, jotka ovat epätyypillisiä kullekin vanhemmalle.
Satunnainen sukusolujen yhdistelmä hedelmöityksen aikana.
Nämä kombinatiivisen variaation lähteet toimivat itsenäisesti ja samanaikaisesti varmistaen geenien jatkuvan "sekoittamisen", mikä johtaa organismien syntymiseen, joilla on erilainen genotyyppi ja fenotyyppi (geenit itsessään eivät muutu). Uudet geeniyhdistelmät kuitenkin hajoavat melko helposti, kun ne siirtyvät sukupolvelta toiselle.
Lähteet:
Ristikkäisyys meioosin aikana (homologiset kromosomit tulevat lähelle toisiaan ja vaihtavat osia). Ristikkäisyys tapahtuu meioosin alussa, kun homologiset kromosomit asettuvat vastakkain. Tässä tapauksessa homologisten kromosomien osat leikkaavat, katkeavat ja kiinnittyvät sitten uudelleen, mutta toiseen kromosomiin. Lopulta muodostuu neljä kromosomia erilaisilla geeniyhdistelmillä. Kromosomit, joita kutsutaan "rekombinanteiksi", sisältävät uusia geeniyhdistelmiä (Ab ja aB), jotka puuttuivat alkuperäisistä kromosomeista (AB ja ab) - kromosomien riippumaton eroaminen meioosin aikana (jokainen homologinen kromosomipari eroaa muista pareista riippumatta). - Sukusolujen satunnainen fuusio hedelmöityksen aikana.
Yhdistelmävaihtelu on tärkein lähde kaikesta eläville organismeille ominaisesta valtavasta perinnöllisestä monimuotoisuudesta. Listatut vaihtelulähteet eivät kuitenkaan synny genotyypissä pysyviä, eloonjäämisen kannalta merkittäviä muutoksia, jotka evoluutioteorian mukaan ovat välttämättömiä uusien lajien syntymiselle. Tällaiset muutokset tapahtuvat mutaatioiden seurauksena.
Kombinatiivinen vaihtelevuus selittää, miksi lapsilla on uusia sukulaisten ominaisuuksien yhdistelmiä äidin ja isän linjoilla ja sellaisissa erityisissä muunnelmissa, jotka eivät olleet ominaisia isälle, äidille, isoisälle, isoäidille jne. Kombinatiivisen vaihtelevuuden ansiosta jälkeläisiin syntyy genotyyppien monimuotoisuus, jolla on suuri merkitys evoluutioprosessille johtuen siitä, että: 1) evoluutioprosessin materiaalin monimuotoisuus lisääntyy heikentämättä yksilöiden elinkykyä; 2) eliöiden kyky sopeutua muuttuviin ympäristöolosuhteisiin laajenee ja varmistaa siten organismiryhmän (populaation, lajin) selviytymisen kokonaisuutena. Jalostuksessa käytetään kombinatiivista vaihtelua taloudellisesti arvokkaamman perinnöllisten ominaisuuksien yhdistelmän saamiseksi. Erityisesti heteroosin, lisääntyneen elinkelpoisuuden, kasvun intensiteetin ja muiden indikaattoreiden ilmiötä käytetään hybridisaation aikana eri alalajien tai lajikkeiden edustajien välillä. Se ilmenee selvästi esimerkiksi maississa (kuva 78), mikä aiheuttaa merkittävän taloudellisen vaikutuksen. Päinvastaisen vaikutuksen tuottaa sisäsiitosilmiö - yhteisten esivanhempien omaavien organismien risteytys. Ristikkäisten organismien yhteinen alkuperä lisää todennäköisyyttä, että niillä on minkä tahansa geenin samat alleelit, ja siten homotsygoottisten organismien ilmaantumisen todennäköisyyttä. Suurin sisäsiitosaste saavutetaan kasveilla itsepölytyksissä ja eläimillä itsehedelmöityksessä. Homotsygoottisuus lisää resessiivisten alleelisten geenien ilmenemismahdollisuutta, joiden mutageeniset muutokset johtavat perinnöllisistä poikkeavuuksista kärsivien organismien ilmaantumiseen. Kombinatiivisen vaihtelevuuden ilmiön tutkimuksen tuloksia hyödynnetään lääketieteellisessä geneettisessä neuvonnassa, erityisesti sen toisessa ja kolmannessa vaiheessa: jälkeläisten ennustamisessa, johtopäätöksen tekemisessä ja geneettisen riskin merkityksen selittämisessä. Tulevien avioparien neuvonnassa sitä käytetään määrittämään todennäköisyys, että jokaisella kahdella yksilöllä on yhteisestä esi-isästä peräisin olevia ja alkuperältään identtisiä alleeleja. Käytä tätä varten sukulaisuuskerrointa, joka ilmaistaan yksikön murto-osina. Yksitsygoottisille kaksosille se on 1, vanhemmille ja lapsille, veljille ja sisarille - 1/2, isoisälle ja pojanpojalle, sedille ja veljenpojalle - 1/4, esiserkuille (veljet ja sisaret) - 1/8, toiselle serkut - 1/32 jne.
Esimerkkejä: Yökukankukassa on geeni punaisille terälehdille A ja geeni valkoisille terälehdille A. Organismilla Aa on vaaleanpunaiset terälehdet. Siten yökauneudella ei ole vaaleanpunaisen värin geeniä, vaaleanpunainen väri syntyy punaisten ja valkoisten geenien yhdistelmästä (yhdistelmästä).
Henkilöllä on perinnöllinen sirppisoluanemia. AA on normi, aa on kuolema, Aa on SKA. SCD:llä ihminen ei siedä lisääntynyttä fyysistä aktiivisuutta, eikä hän kärsi malariasta, ts. Malarian aiheuttaja Plasmodium falciparum ei voi ruokkia väärää hemoglobiinia. Tämä ominaisuus on hyödyllinen päiväntasaajan vyöhykkeellä; Sille ei ole geeniä, se syntyy geenien A ja a yhdistelmästä.
Ei-alleelisten vuorovaikutusten tyypit: hallitseva ja resessiivinen epistaasi
Ei-alleeliset geenit- Nämä ovat geenejä, jotka sijaitsevat kromosomien eri osissa ja koodaavat erilaisia proteiineja. Ei-alleeliset geenit voivat myös olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.
Tässä tapauksessa joko yksi geeni määrää useiden piirteiden kehittymisen tai päinvastoin yksi ominaisuus ilmenee useiden geenien yhdistelmän vaikutuksesta. Ei-alleelisia geenejä on kolme muotoa ja vuorovaikutusta:
täydentävyys;