Реферат – Хромосомная теория наследственности и Закон Моргана – скачать бесплатно

Хромосомная теория наследственности

При дальнейшем изучении сцепления генов вскоре было установлено, что число
групп сцепления у дрозофилы (4 группы) соответствует гаплоидному числу хромосом
у этой мухи, и все достаточно подробно изученные гены были распределены по этим
4 группам сцепления.

Первоначально взаимное расположение генов в пределах
хромосомы оставалось неизвестным, но позднее была разработана методика для
определения порядка расположения генов, входящих в одну группу сцепления,
основанная на количественном определении силы сцепления между ними.

Количественное определение силы сцепления генов основано на следующих
теоретических предпосылках. Если два гена А и В у диплоидного организма
расположены в одной хромосоме, а в гомологичной ей другой хромосоме расположены
рецессивные аллеломорфы этих генов а и в, то отделиться друг от друга и
вступить в новые сочетания со своими рецессивными аллеломорфами гены А и В
могут только в том случае, если хромосома, в которой они расположены, будет
разорвана на участке между этими генами и в месте разрыва произойдет соединение
между участками этой хромосомы и ее гомолога.

Такие разрывы и новые сочетания участков хромосом действительно происходят при
конъюгации гомологичных хромосом во время редукционного деления. Но при этом
обмены участками обычно происходят не между всеми 4 хроматидами, из которых
состоят хромосомы бивалентов, а только между двумя из этих 4 хроматид.

Поэтому
хромосомы, образующиеся в результате I деления мейоза, при таких обменах
состоят из двух неодинаковых хроматид – неизмененной и реконструированной в
результате обмена. Во II делении мейоза эти неодинаковые хроматиды расходятся к
противоположным полюсам, и благодаря этому гаплоидные клетки, возникающие в
результате редукционного деления (споры или гаметы), получают хромосомы,
состоящие из одинаковых хроматид, но при этом только половине гаплоидных клеток
достаются реконструированные хромосомы, а вторая половина получает
неизмененные.

Такой обмен участками хромосом называется кроссинговером. При прочих равных
условиях кроссинговер между двумя генами, расположенными в одной хромосоме,
происходит тем реже, чем ближе друг к другу они расположены. Частота
кроссинговера между генами пропорциональна расстоянию между ними.

Определение частоты кроссинговера обычно производится при помощи так называемых
анализирующих скрещиваний (скрещивание гибридов F1 с рецессивным родителем),
хотя для этой цели можно использовать и F2, получаемое от самоопыления гибридов
F1 или скрещивания гибридов F1 между собой.

Можно рассмотреть такое определение частоты кроссинговера на примере силы
сцепления между генами С и S у кукурузы. Ген С определяет образование
окрашенного эндосперма (окрашенных семян), а его рецессивный аллель с обусловливает
неокрашенный эндосперм.

Ген S вызывает образование гладкого эндосперма, а его
рецессивный аллель s определяет образование морщинистого эндосперма. Гены С и S
расположены в одной хромосоме и довольно сильно сцеплены друг с другом. В одном
из опытов, проведенных для количественного определения силы сцепления этих
генов, были получены следующие результаты.

Растение с окрашенными гладкими семенами, гомозиготное по генам С и S и имевшее
генотип ССSS (доминантный родитель), было скрещено с растением с неокрашенными
морщинистыми семенами с генотипом ссss (рецессивный родитель). Гибриды первого
поколения F1 были вновь скрещены с рецессивным родителем (анализирующее
скрещивание).

Таким образом было получено 8368 семян F2, у которых по окраске и
морщинистости было обнаружено следующее расщепление: 4032 окрашенных гладких
семени; 149 окрашенных морщинистых; 152 неокрашенных гладких; 4035 неокрашенных
морщинистых. Если бы при образовании макро- и микроспор у гибридов F1 гены С и S
распределялись независимо друг от друга, то в анализирующем скрещивании все эти
четыре группы семян должны быть представлены в одинаковом количестве.

Но этого
нет, т. к. гены С и S расположены в одной хромосоме, сцеплены друг с другом, и
вследствие этого споры с рекомбинированными хромосомами, заключающими гены Сs и
сS, образуются только при наличии кроссинговера между генами С и S, что имеет
место сравнительно редко. Процент кроссинговера между генами С и S можно вычислить по формуле:

Х = а в / n х 100 %,

где а – количество кроссинговерных зерен одного класса (зерен с генотипом Сscs,
происходящих от соединения гамет Сs гибрида F1 с гаметами cs рецессивного
родителя); в – количество кроссинговерных зерен второго класса (сScs); n –
общее число зерен, полученных в результате анализирующего скрещивания.

Схема, показывающая наследование хромосом, содержащих сцепленные гены у
кукурузы (по Гетчинсону). Указано наследственное поведение генов окрашенного
(С) и бесцветного (с) алейрона, полного (S) и морщинистого (s) эндосперма, а также
несущих эти гены хромосом при скрещивании двух чистых типов между собой и при
возвратном скрещивании F1 с двойным рецессивом. Подставляя количество зерен различных классов, полученное в этом опыте, в
формулу, получаем:

Х = а в / n х 100 % = 149 152 / 8368 х 100 % = 3,6 %

Расстояние между генами в группах сцепления обычно выражается в процентах
кроссинговера, или в морганидах (морганида – единица, выражающая силу
сцепления, названная по предложению А. С. Серебровского в честь Т. Г. Моргана,
равна 1 % кроссинговера).

В данном случае можно сказать, что ген С находится на
расстоянии 3,6 морганиды от гена S. Теперь можно определить при помощи этой формулы расстояние между В и L у
душистого горошка. Подставляя числа, полученные при анализирующем скрещивании и
приведенные выше, в формулу, получаем:

Х = а в / n х 100 % = 7 8 / 112 х 100 % = 11,6 %

У душистого горошка гены В и L находятся в одной хромосоме на расстоянии 11,6
морганиды друг от друга. Таким же путем Т. Г. Морган его ученики определили процент кроссинговера между
многими генами, входящими в одну и ту же группу сцепления, для всех четырех
групп сцепления дрозофилы.

При этом выяснилось, что процент кроссинговера (или
расстояние в морганидах) между различными генами, входящими в состав одной
группы сцепления, оказался резко различным. Наряду с генами, между которыми
кроссинговер происходил очень редко (около 0,1 %), имелись и такие гены, между
которыми совсем не было обнаружено сцепления, что говорило о том, что одни гены
расположены очень близко друг от друга, а другие – очень далеко.

Карты групп сцепления, локализация генов в хромосомах

Путем постепенного привязывания все новых и новых генов к исходной тройке или
четверке сцепленных генов, для которых ранее установлено их взаимное
расположение, были составлены карты групп сцепления. При составлении карт групп сцепления важно учитывать ряд особенностей.

У
бивалента может возникнуть не одна, а две, три и даже еще больше хиазм и
связанных с хиазмами кроссоверов. Если гены расположены очень близко друг от
друга, то вероятность, что на хромосоме между такими генами возникнут две
хиазмы и произойдут два обмена нитями (два кроссовера), ничтожна мала.

Если
гены расположены сравнительно далеко друг от друга, вероятность двойного
кроссинговера на участке хромосомы между этими генами у одной и той же пары
хроматид значительно увеличивается. А между тем второй кроссовер в той же паре
хроматид между изучаемыми генами, по сути дела, аннулирует первый кроссовер и
устраняет обмен этими генами между гомологичными хромосомами.

Поэтому
количество кроссоверных гамет уменьшается и создается впечатление, что эти гены
расположены ближе друг к другу, чем это есть на самом деле. Схема двойного кроссинговера в одной паре хроматид между генами А и В и генами
В и С. I – момент кроссинговера;

II – рекомбинированные хроматиды АсВ и аСb. Схема двойного кроссинговера в одной паре хроматид между генами А и В и генами
В и С. I – момент кроссинговера; II – рекомбинированные хроматиды АсВ и аСb. При этом чем дальше расположены друг от друга изучаемые гены, тем чаще между
ними происходит двойной кроссинговер и тем больше оказывается искажение
истинного расстояния между этими генами, вызываемое двойными кроссинговерами.

Если расстояние между изучаемыми генами превосходит 50 морганид, то обнаружить
сцепление между ними путем непосредственного определения количества
кроссоверных гамет вообще невозможно. У них, как и у генов в гомологичных
хромосомах, не сцепленных друг с другом, при анализирующем скрещивании только
50 % гамет заключают сочетание генов, отличных от тех, которые имелись у
гибридов первого поколения.

Поэтому при составлении карт групп сцепления расстояния между далеко
расположенными генами определяются не путем непосредственного определения
количества кроссоверных гамет в анализирующих скрещиваниях, включающих эти
гены, а путем сложения расстояний между многими близко расположенными друг от
друга генами, находящимися между ними.

Такой способ составления карт групп сцепления позволяет точнее определить
расстояние между сравнительно далеко (не более 50 морганид) расположенными
генами и выявить сцепление между ними, если расстояние больше 50 морганид. В
этом случае сцепление между далеко расположенными генами было установлено
благодаря тому, что они сцеплены с промежуточно расположенными генами, которые,
в свою очередь, сцеплены между собой.

Так, для генов, находящихся на противоположных концах II и III хромосом
дрозофилы – на расстоянии друг от друга более 100 морганид, установить факт их
расположения в одной и той же группе сцепления оказалось возможным благодаря
выявлению их сцепления с промежуточными генами и сцепления этих промежуточных
генов между собой.

Расстояния между далеко расположенными генами определены путем сложения
расстояний между многими промежуточными генами, и только благодаря этому они
установлены сравнительно точно. У организмов, пол которых контролируется половыми хромосомами, кроссинговер
происходит только у гомогаметного пола и отсутствует у гетерогаметного.

Так, у
дрозофилы кроссинговер происходит только у самок и отсутствует (точнее,
происходит в тысячу раз реже) у самцов. В связи с этим гены самцов этой мухи,
расположенные в одной хромосоме, показывают полное сцепление независимо от их
расстояния друг от друга, что облегчает выявление их расположения в одной
группе сцепления, но делает невозможным определение расстояния между ними.

У дрозофилы установлены 4 группы сцепления. Одна из этих групп имеет длину
около 70 морганид, и гены, входящие в эту группу сцепления, явно связаны с
наследованием пола. Поэтому можно считать несомненным, что гены, входящие в эту
группу сцепления, расположены в половой Х-хромосоме (в 1 паре хромосом).

Другая группа сцепления очень мала, и длина ее равна всего 3 морганидам. Не
вызывает сомнений, что гены, входящие в эту группу сцепления, расположены в
микрохромосомах (IХ пара хромосом). Но две остальные группы сцепления имеют
примерно одинаковую величину (107,5 морганиды и 106,2 морганиды) и решить,
какой из пар аутосом (II и III пары хромосом) каждая из этих групп сцепления
соответствует, довольно трудно.

Для решения вопроса о расположении групп сцепления в больших хромосомах
пришлось использовать цитогенетическое изучение ряда перестроек хромосом. Таким
путем удалось установить, что несколько большая группа сцепления (107,5
морганиды) соответствует II паре хромосом, а несколько меньшая группа сцепления
(106,2 морганиды) расположена в III паре хромосом.

Благодаря этому было установлено, каким хромосомам соответствует каждая из
групп сцепления у дрозофилы. Но и после этого оставалось неизвестным, каким
образом группы сцепления генов располагаются в соответствующих им хромосомах.
Располагается ли, например, правый конец первой группы сцепления у дрозофилы
вблизи кинетической перетяжки Х-хромосомы или на противоположном конце этой
хромосомы?

То же относится и ко всем остальным группам сцепления. Открытым оставался и вопрос о том, в какой мере расстояния между генами,
выраженные в морганидах (в % кроссинговера), соответствуют истинным физическим
расстояниям между ними в хромосомах.

Чтобы выяснить все это, нужно было, по крайней мере для некоторых генов,
установить не только взаимное расположение в группах сцепления, но и их
физическое положение в соответствующих хромосомах. Осуществить это оказалось возможным только после того, как в результате
совместных исследований генетика Г.

Меллера и цитолога Г. Пайнтера было
установлено, что под влиянием Х-лучей у дрозофилы (как и у всех живых
организмов) происходит перенос (транслокация) участков одной хромосомы на
другую. При переносе определенного участка одной хромосомы на другую все гены,
расположенные в этом участке, утрачивают сцепление с генами, расположенными в
остальной части хромосомы-донора, и приобретают сцепление с генами в
хромосоме-реципиенте.

(Позднее было установлено, что при таких перестройках
хромосом происходит не просто перенос участка с одной хромосомы на другую, а взаимный
перенос участка первой хромосомы на вторую, а с нее на место отделенного
участка в первой переносится участок второй хромосомы).

В тех случаях, когда разрыв хромосомы при отделении участка, переносимого на
другую хромосому, происходит между двумя генами, расположенными близко друг от
друга, место этого разрыва может быть определено довольно точно как на карте
группы сцепления, так и на хромосоме.

На карте сцепления место разрыва
находится на участке между крайними генами, из которых один остается в прежней
группе сцепления, а другой включается в новую. На хромосоме место разрыва
определяется путем цитологических наблюдений по уменьшению размеров
хромосомы-донора и по увеличению – хромосомы-реципиента.

Транслокация участков с хромосомы 2 на хромосому 4 (по Моргану). В верхней
части рисунка показаны группы сцепления, на средней – соответствующие этим
группам сцепления хромосомы и внизу – метафазные пластинки соматического
митоза. Цифры обозначают номера групп сцепления и хромосом.

А и Б – «нижняя»
часть хромосомы переместилась в хромосому 4; В – «верхняя» часть хромосомы 2
переместилась в хромосому 4. Генетические карты и пластинки хромосом
гетерозиготны по транслокациям. В результате изучения большого количества различных транслокаций, проведенного
многими генетиками, были составлены так называемые цитологические карты
хромосом.

На хромосомы нанесены места расположения всех изученных разрывов, и
благодаря этому установлено для каждого разрыва расположение двух соседних
генов справа и слева от него. Цитологические карты хромосом прежде всего позволили установить, каким концам
хромосом соответствуют «правый» и «левый» концы соответствующих групп
сцепления.

Сопоставление «цитологических» карт хромосом с «генетическими» (группами
сцепления) дает существенный материал и для выяснения отношения расстояний
между соседними генами, выраженными в морганидах, и физическими расстояниями
между теми же генами в хромосомах при изучении этих хромосом под микроскопом.

Сравнение «генетических карт» I, II и III хромосом Drosophila melanogaster с
«цитологическими картами» этих хромосом в метафазе на основе данных по
транслокациям (по Левитскому). Sp – место прикрепления нитей веретена.
Остальными обозначены различные гены.

Несколько позднее было выполнено тройное сопоставление расположения генов на
«генетических картах» сцепления, «цитологических картах» обычных соматических
хромосом и «цитологических картах» гигантских слюнных желез. Кроме дрозофилы, довольно подробные «генетические карты» групп сцепления были
составлены и для некоторых других видов рода Дрозофила.

При этом оказалось, что
у всех достаточно подробно изученных видов число групп сцепления равно
гаплоидному числу хромосом. Так, у дрозофилы, имеющей три пары хромосом,
обнаружено 3 группы сцепления, у дрозофилы с пятью парами хромосом – 5, а у
дрозофилы с шестью парами хромосом – 6 групп сцепления.

Среди позвоночных животных лучше других изучена домовая мышь, у которой уже
установлено 18 групп сцепления, в то время как пар хромосом 20. У человека,
имеющего 23 пары хромосом, известно 10 групп сцепления. У курицы с 39 парами
хромосом всего 8 групп сцепления.

Несомненно, что при дальнейшем генетическом
изучении этих объектов число выявленных групп сцепления у них увеличится и,
вероятно, будет соответствовать числу пар хромосом. Среди высших растений генетически наиболее хорошо изучена кукуруза. У нее 10
пар хромосом и обнаружено 10 довольно больших групп сцепления.

При помощи
экспериментально полученных транслокаций и некоторых других хромосомных
перестроек все эти группы сцепления приурочены к строго определенным
хромосомам. У некоторых высших растений, изученных достаточно подробно, также было
установлено полное соответствие между числом групп сцепления и числом пар
хромосом.

Так, ячмень имеет 7 пар хромосом и 7 групп сцепления, томат – 12 пар
хромосом и 12 групп сцепления, львиный зев – гаплоидное число хромосом 8 и
установлено 8 групп сцепления. Среди низших растений генетически наиболее подробно изучен сумчатый гриб.

У
него гаплоидное число хромосом равно 7 и установлено 7 групп сцепления. В настоящее время считается общепризнанным, что число групп сцепления у всех
организмов равно их гаплоидному числу хромосом, и если у многих животных и
растений число известных групп сцепления меньше, чем их гаплоидное число
хромосом, то это зависит только от того, что они генетически изучены еще
недостаточно и, вследствие этого, у них выявлена только часть имеющихся групп
сцепления.

Реферат: хромосомная теория. наследственность и среда