ВВЕДЕНИЕ В ГЕНЕТИКУ
КУРС ЛЕКЦИЙ
1. Генетика – наука о наследственности и изменчивости. Предмет, объекты и задачи генетики
2. Генетическая информация; её свойства
3. Разделы генетики. Генетика – фундамент современной биологии
4. Методы генетики
5. Краткая история генетики. Особенности развития отечественной генетики
1. Генетика – наука о наследственности и изменчивости.
Предмет, объекты и задачи генетики
Способность к воспроизведению с изменением – это одно из основных свойств биологических систем. Принцип Франческо Реди – «подобное порождает подобное» – проявляется на всех уровнях организации жизни:
Генетика – это наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими; это наука, изучающая наследственность и изменчивость признаков.
Понятия «наследственность» и «изменчивость» неразрывно связаны между собой.
Изменчивость – это…
1) существование признаков в различных формах (вариантах);
2) появление различий между организмами (частями организма или группами организмов) по отдельным признакам.
Наследственность – это…
1) способность организмов порождать себе подобных;
2) способность организмов передавать (наследовать) свои признаки и качества из поколения в поколение;
3) сохранение определенных вариантов признаков при смене поколений.
2. Генетическая информация; её свойства
Существует множество подходов к определению понятия «информация». Мы будем рассматривать информацию как некоторую программу, при выполнении которой можно получить определенный результат.
Генетическая информация – это такая наследственная информация, носителем которой является ДНК (у части вирусов – РНК).
Минимальный набор хромосом и одновременно минимальный объем ДНК определенного биологического вида называется геномом (имен. падеж, ед. число – геном).
Участок ДНК, который несет информацию о некотором элементарном признаке – фене, называется геном. Многие гены могут существовать в виде двух и более вариантов – аллелей.
АЛЛЕЛЬ (от греч. allelon - друг друга, взаимно), аллеломорфа, одно из возможных структурных состояний гена. Любое изменение структуры гена в результате мутаций или за счёт внутригенных рекомбинаций у гетерозигот по двум мутантным аллелям приводит к появлению новых аллелей этого гена (число аллелей каждого гена практически неисчислимо).
Аллели одного гена могут обусловливать существование отличающихся друг от друга форм одного и того же заболевания, например, различные аллели гена, контролирующего синтез бета-цепи гемоглобина, вызывают различные формы анемий.
Совокупность всех генов (точнее, аллелей) определенного организма называется генотипом (имен. падеж, ед. число – генотип).
ФЕНОТИП (от греч. phaino — являю, обнаруживаю и typos — отпечаток, форма, образец), особенности строения и жизнедеятельности организма, обусловленные взаимодействием его генотипа с условиями среды.
Термин “Фенотип” предложен датским биологом В. Иогансеном в 1909 и обозначает совокупность проявления генотипа (общий облик организма), в узком — совокупность отдельных признаков (фенов), контролируемых определенными генами.
Термин геном (нем. Genom) предложил немецкий ботаник Ганс Винклер в 1920 г. для обозначения минимального набора хромосом. Такое представление о геноме сохраняется и в современной цитогенетике. Однако вскоре было доказано, что в состав хромосом входит ДНК (Фёльген, 1924), а к середине XX в. было установлено, что именно ДНК является носителем наследственной информации (О.Эвери с сотр., 1944; Дж.Уотсон и Ф.Крик, 1953). Поэтому в настоящее время в молекулярной генетике термином геном все чаще обозначают минимальную упорядоченную совокупность всех молекул ДНК в клетке.
3. Разделы генетики.
Вся генетика (как и любая наука) подразделяется на фундаментальную и прикладную.
Фундаментальная генетика изучает общие закономерности наследования признаков у лабораторных, или модельных видов: вирусов (например, Т-чётных фагов), прокариот (например, кишечной палочки), плесневых и дрожжевых грибов, дрозофилы, мышей и некоторых других.
К фундаментальной генетике относятся следующие разделы:
– классическая (формальная) генетика,
– цитогенетика,
– молекулярная генетика (в т.ч., генетика ферментов и иммуногенетика),
– генетика мутагенеза (в т. ч., радиационная и химическая генетика),
– эволюционная генетика,
– геномика и эпигеномика,
– генетика индивидуального развития и эпигенетика,
– генетика поведения,
– генетика популяций,
– экологическая генетика (в т.ч., генетическая токсикология),
– математическая генетика.
Прикладная генетика разрабатывает рекомендации для применения генетических знаний в селекции, генной инженерии и других разделах биотехнологии, в деле охраны природы. Идеи и методы генетики находят применение во всех областях человеческой деятельности, связанной с живыми организмами. Они имеют большое значение для решения проблем медицины, сельского хозяйства, микробиологической промышленности.
Генетическая (генная) инженерия – это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием in vitro новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.
Генная инженерия возникла в 1972, когда в лаборатории П. Берга (Станфордский ун-т, США) была получена первая рекомбинантная (гибридная) ДНК (рекДНК), в которой были соединены фрагменты ДНК фага лямбда и кишечной палочки с кольцевой ДНК обезьяньего вируса SV40.
В прикладной генетике в зависимости от объекта исследования выделяют следующие разделы частной генетики:
· Генетика растений: дикорастущих и культурных: (пшеница, рожь, ячмень, кукуруза; яблони, груши, сливы, абрикосы – всего около 150 видов).
· Генетика животных: диких и домашних животных (коров, лошадей, свиней, овец, кур – всего около 20 видов)
· Генетика микроорганизмов (вирусов, прокариот, низших эукариот – десятки видов).
В особый раздел частной генетики выделяется генетика человека (существует специальный Институт медицинской генетики АМН России)
4. Методы генетики
Совокупность методов исследования наследственных свойств организма (его генотипа) называется генетический анализ. В зависимости от задачи и особенностей изучаемого объекта генетический анализ проводят на популяционном, организменном, клеточном и молекулярном уровнях.
Основу генетического анализа составляет гибридологический анализ, основанный на анализе наследования признаков при скрещиваниях.
Однако в некоторых случаях метод прямого гибридологического анализа оказывается неприменим. Например, при изучении наследования признаков у человека необходимо учитывать ряд обстоятельств: невозможность планирования скрещиваний, низкая плодовитость, длительный период полового созревания. Поэтому кроме гибридологического анализа, в генетике используется множество других методов.
5. Краткая история генетики. Особенности развития отечественной генетики
Явления наследственности и изменчивости признаков были известны с древнейших времен. Сущность этих явлений была сформулирована в виде эмпирических правил: «Яблочко от яблони недалеко падает», «От худого семени не жди доброго племени», «Не в мать, не в отца, а в прохожего молодца» и т.д.
Натурфилософы античного мира пытались объяснить причины сходства и различия между родителями и их потомками, между братьями и сестрами, механизмы определения пола, причины рождения близнецов. Преемственность поколений описывалась терминами «генус» (род), «геннао» (рождаю), «генетикос» (имеющий отношение к происхождению), «генезис» (происхождение).
В Новое время в Англии (Т. Найт), Германии (Й. Кёльрейтер), Франции (О. Сажрэ) были разработаны методики постановки опытов по гибридологическому анализу, были открыты явления доминантности и рецессивности, сформулированы представления об элементарных наследуемых признаках. Однако раскрыть механизмы наследственности и изменчивости долгое время не удавалось. Для объяснения феноменов наследственности и изменчивости использовались концепции наследования благоприобретенных признаков, панспермии, изменчивости признаков под прямым влиянием среды и др.