Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Тема 7. Генетика людини

Более 10 генов материнского действия участвуют в спецификации дорсо-вентральной оси зародыша дрозофилы. Это протяженный во времени процесс. Он начинается в период оогенеза и завершается уже после оплодотворения, на стадии формирования бластодермы, в течение 14-го клеточного цикла. Во время оогенеза в цистоцистах экспрссируется ген dorsal, и соответствующая часть иРНК ^dorsal равномерно распределяется по ооциту. Примерно через 1,5 часа после оплодотворения синтезируется белок Dorsal, который является транскрипционным фактором, необходимым для спецификации вентральных структур зародыша, в частности мезодермы и эктодермы. Первоначально белок Dorsal равномерно распределен по зародышу и находится в инактивированном состоянии, поскольку он свзан с белком Cactus. Активация Dorsal происходит лишь в вентральной области зародыша, где инактивирующий белок Cactus фосфорилируется, после чего комплекс Dorsal/Cactus диссоциирует, и Dorsal приобретает возможность выполнять функцию транскрипционного фактора.

Асимметричная активация транскрипционного фактора Dorsal достигается довольно сложным путем и требует значительного времени. Прежде всего по мере формирования ооцита его ядро перемещается в передне-заднем направлении. Поэтому транскрипты гена gurken и соответствующие продукты трансляции (белок Gurken из семейства эпидермальных факторов роста) концентрируется только в области будущей спинной стороны. После выведения лиганда Gurken во внешнюю среду он взаимодействует с рецепторами фолликулярного эпителия, представленными белком Torpedo. Активация этих рецепторов ведет к подавлению экспрессии гена pipe в клетках фолликулярного эпителия, соседствующих с будущей дорсальной стороной яйца. В результате этого белок Pipe образуется только на противоположной – презумптивной вентральной стороне. Наличие фактора Pipe является одной из предпосылок запуска каскада сериновых протеаз в перивителлиновом пространстве яйца. Этот каскад представлен белками Gastrulation detective, Snake, Easter и др. В результате активности протеаз в перивителлиновом пространстве образуется лиганд Spatzle. Взаимодействие последнего с рецептором Toll на стадии формирования бластодермы ведет к образованию в клетках презумптивной вентральной области протеинкиназы Pelle. Эта протеиназа обеспечивает фосфорилирование белка Cactus и диссоциацию комплекса Cactus/Dorsal с высвобождением транскрипционного фактора Dorsal. Последний поступает в ядра клеток вентральной стороны зародыша и активирует гены, экспрессия которых необходима для спецификации нейрогенной эктодермы (rhomboid) и мезодермы (twist, snail). Одновременно блокируются гены, направляющие спецификацию дорсальной эктодермы (tolloid, decapentaplegic) и эктодермы амнионов и серозы (zerknullt).

Гены раннего развития.

Большинство генов эмбрионального развития кодируют факторы транскрипции, которые регулируют экспрессию генов, участвующих в регуляции и координации каскада эмбриологических процессов, таких как сегмнтация, индукция, миграция и дифференцировка, апоптоз. Среди генов эмбрионального развития отдельно выделено семейство эмбрионанальных генов (НОХ), которые образуют кластеры (пучки) генов НОХ1- НОХ4 или пучки A, B,C,D, данные гены относятся к гомеобокс содержащим. Пучок А включает 11 генов, которые у человека локализуются в коротком плече 7 хромосомы (7р), пучки В,С и D включают по 9 генов, локализованных в длинных плечах 2, 12, и17 хромосом (2q, 12q, 17q) соответственно. Гены НОХ кодируют транскрипционные факторы осевой дифференцировки эмбриона, метамерию тела, формирование позвоночника, ребер и других осевых структур.

Вступ

Предмет генетики та її місце в системі біологічних наук.

Спадковість і мінливість як основні властивості організмів.

Завдання генетики, основні її проблеми.

Поняття про генетичний аналіз та його окремі методи.

Основні етапи розвитку генетики.

Значення генетики для рішення задач сільського господарства, медицини, біотехнології, екології.

Генетика як теоретична основа селекції.

Роль генетики у підготовці вчителя біології.

Тема 1. Цитологічні основи спадковості

Будова ДНК. Механізм реплікації ДНК.

Роль ядра в спадковості.

1.1 Хромосоми: хімічний склад, будова, реплікація і розподіл.

Каріотип. Гомологічність хромосом.

Клітинний цикл. Фази мітозу. Генетичне значення мітозу. Клони.

Особливості відтворення хромосом у еукаріотів.

Типи мітозу. Амітоз.

1.2. Мейоз. Фази та стадії першого та другого мейотичних поділів.

Генетичне значення мейозу.

Основна відмінність між статевим і нестатевим розмноженням. Порушення в ході мітозу й мейозу, їх генетичне значення.

Чергування гаплофази і диплофази в життєвих циклах рослин, тварин і мікроорганізмів.

1.3. Гаметогенез у тварин: сперматогенез та оогенез.

1.4. Спорогенез (мікроспорогенез та мегаспорогенез), гаметогенез у рослин. Подібність та відмінність у розвитку статевих клітин у тварин і рослин.

Запліднення. Загальні та специфічні риси процесу запліднення у рослин і тварин.

Нерегулярні типи статевого розмноження: партеногенез, апоміксис, гіногенез, андрогенез.

Тема 2. Закономірності успадкування та принципи спадковості

2.1. Особливості та механізми менделівського успадкування ознак Особливості гібридологічного методу Г.Менделя.

Закономірності успадкування при моногібридному схрещуванні.

Уявлення Менделя про дискретну спадковість (факторіальна гіпотеза). Взаємодія алельних генів. Множинний алелізм. Правило"чистоти гамет". Тетрадний аналіз. Гомозиготність і гетерозиготність. Генотип і фенотип. Зворотнє та аналізуюче схрещування.

Закономірності успадкування ознак у ди- та полігібридних схрещуваннях при моногенному контролі кожної ознаки.

Закон незалежного успадкування генів. Статистичний характер розщеплення. Загальні формули розщеплення при незалежному успадкуванні генів. Генетична рекомбінація. Значення мейоза у здійсненні законів "чистоти гамет" і незалежного успадкування.

Умови для проявлення менделівських закономірностей успадкування ознак.

Причини відхилень від менделівських статистичних закономірностей успадкування за ди- та полігенного контролю ознак.

2.2. Особливості взаємодії неалельних генів

Пенетрантність та експресивність генів. Типи неалельних взаємодій. Біохімічні механізми взаємодії генів.

Особливості проведення генетичного аналізу розщеплення ознак при неалельній взаємодії генів.

Особливості та статистичний аналіз успадкування кількісних ознак (полігенне успадкування). Поняття про трансгресію та її типи.

2.3. Генетика статі. Успадкування ознак, зчеплених зі статтю

Первинні, вторинні та залежні від статі ознаки. Гомогаметна і гетерогаметна стать. Розподіл статевих хромосом під час мейозу.

Визначення статі. Типи фенотипового визначення статі. Типи внутріклітинного визначення статі. Типи хромосомного визначення статі. Балансова, фізіологічна та інші теорії визначення статі.

Статевий хроматин і механізм його формування. Нерозходження статевих хромосом у людини та його наслідки.

Характерні особливості успадкування ознак, зчеплених із статтю. Результати реципрокних схрещувань при гетерогаметності чоловічої або жіночої статей. Крис-крос успадкування. Генетична детермінація статі.

Диференціація та визначення статі в онтогенезі, роль гормонів у цьому процесі. Генетичний контроль диференціації статі. Роль НУ-антигена у визначенні статі. Генетична бісексуальність організмів. Інтерсексуальність. Фримартинізм. Залежні від статі та обмежені статтю ознаки. Співвідношення статей у природі та проблеми його штучного регулювання. Природне і штучне перевизначення статі. Мутації, що перевизначають стать у процесі онтогенезу. Гормональне перевизначення статі. Можливість керування статтю (роботи В.А. Струннікова).

2.4. Зчеплене успадкування генів та кросинговер

Характерні особливості зчепленого успадкування генів. Хромосомна теорія спадковості Моргана, її основні положення. Методика визначення частоти кросинговеру.

Мітотичний і нерівний кросинговер. Залежність частоти кросинговеру від впливу екзогенних та ендогенних умов середовища.

Генетичні та цитологічні докази кросинговеру. Молекулярні механізми кросинговеру. Хроматидна інтерференція та коіцинденція.

Визначення локалізації генів у хромосомах. Мітотичний кросинговер та його використання для картування хромосом. Цитологічні карти хромосом. Мейотичний кросинговер та його використання для побудови генетичних карт хромосом. Принципи побудови генетичних карт у еукаріотів. Порівняння генетичних і цитологічних карт.

Генетична рекомбінація при трансформації у прокаріотів.

Методи генетичного картування при кон'югації. Використання трансформації та трансдукції для картування генів.

Значення кросинговера в еволюції та селекції.

2.5. Методи вивчення цитоплазматичного успадкування

Пластидна спадковість.

Успадкування через мітохондрії. Особливості організації геному мітохондрій. Плазмогени. Поняття про плазмон.

Цитоплазматична чоловіча стерильність (ЦЧС). Генетична система клітини.

Тема 3. Молекулярні основи спадковості. Природа гена

3.1. Особливості структурно-функціональної організації геномів вірусів, прокаріотів, еукаріотів.

Поняття про геном.

Будова і структура ДНК і РНК. Модель ДНК Уотсона - Кріка. Генетичний код та його властивості.

Мікроорганізми як об’єкти генетичних досліджень. Прототрофність і ауксотрофність. Виявлення й аналіз біохімічних мутацій у мікроорганізмів (метод відбитків, метод селективних середовищ).

Концепція “один ген – один фермент” та її сучасна оцінка.

Докази генетичної ролі нуклеїнових кислот (трансформація, трансдукція). Лізогенія.

Функціональний і рекомбінаційний критерій алелізму. Множинний алелізм. Сучасні уявлення про структурно-функціональну природу гена. Типи генів. Мозаїчність генів еукаріотів. Надлишковість ДНК. Повторення.

Функції нуклеїнових кислот у реалізації генотипної інформації: реплікація, транскрипція і трансляція. Цитоплазматична спадковість.

3.2. Механізми реалізації спадкової інформації

Загальна схема реалізації спадкової інформації у клітинах. Транскрипція та її етапи. Процесинг РНК, типи сплайсингу. Синтез білка на рибосомах. Етапи трансляції. Роль мРНК, тРНК та рибосом у синтезі білка.

3.3. Структура та функція генів, регуляція їх експресії. Ген як одиниця функції. Мутаційна та рекомбінаційна подільність гена. Критерій алелізму: цис-транс тест (Льюіс, Грін). Явище міжалельної комплементації, відносність критеріїв алелізму.

Внутрішньогенний кросинговер. Вивчення тонкої структури гена на прикладі локусу r-II фага Т 4 (роботи Бензера).

Регуляція активності генів у про- та еукаріотів. Оперонні системи регуляції. Теорія Жакоба і Моно.

Регуляторні послідовності геному еукаріотів і регуляція транскрипції у еукаріотів. Гормони як регулятори експресії генів. Трансляційний та посттрансляційний рівні регуляції. Роль мобільних генетичних елементів у регуляції експресії генів. Порівняння принципів регуляції дії генів у прокаріотів та еукаріотів.

3.4. Молекулярні механізми репарації та рекомбінації. Механізми ексцизійної і постреплікативної репарації. Індуцибельна репарація. Фотореактивація та репараційний синтез ДНК.

Явище рекомбінації: гомологічний кросинговер, сайт-специфічна рекомбінація, транспозиція.

3.5. Основи генетичної інженерії

Поняття про генетичну та генну інженерію.

Основні операції генетичної інженерії. Ферменти, що використовуються для генно-інженерних робіт.

Методи виділення та синтезу генів.

Методи введення рекомбінантних ДНК у клітини. Методи клонування генів. Банки генів. Проблема експресії гетерологічних генів.

Мікроорганізми - продуценти амінокислот для мікробіологічної промисловості, одержані за допомогою генної інженерії.

Клітинна інженерія рослин. Проблеми клітинної інженерії. Гібридоми.

Використання методів генної інженерії для вивчення фундаментальних проблем генетики та інших біологічних наук.

Тема 4. Мінливість, її причини та методи вивчення

4.1. Спадкова мінливість як основа еволюції

Роль модифікаційної мінливості в адаптації організмів та її значення для еволюції та селекції.

Комбінативна мінливість, механізм її виникнення і значення в еволюції і селекції.

Мутаційна мінливість. Виникнення, класифікація і властивості мутацій.

Генні мутації. Механізм виникнення серій множинних алелів. Успадкування при множинному алелізмі.

Хромосомні перебудови (аберації).

Особливості мейозу при різних типах внутрі – і міжхромосомних перебудов. Значення хромосомних перебудов в еволюції.

Геномні мутації. Фенотипові ефекти поліплоїдії.

Штучне одержання поліплоїдів. Механізм виникнення поліплоїдів. Автополіплоїдія.

Алополіплоїдія. Мейоз та успадкування у алополіплоїдів.

Амфідиплоїдія як механізм одержання плодючих алополіплоїдів (Г.Д.Карпеченко).

Ресинтез видів та синтез нових видових форм. Поліплоїдні ряди. Значення поліплоїдії в еволюції та селекції рослин.

Анеуплоїдія (гетероплоїдія):.

Особливості мейозу та утворення гамет у анеуплоїдів.

Цитоплазматичні мутації, їх природа та особливості.

Спонтанний мутаційний процес та його причини. Паралелізм мутацій. Закон гомологічних рядів у спадковій мінливості М.І.Вавилова.

Індуційований мутаційний процес.

4.2. Епігенетична та модифікаційна мінливість.

Визначення, причини і приклади модифікацій. Норма реакції.

Варіаційний ряд і його основні характеристики.

Варіаційна крива та її аналіз.

Значення модифікаційної мінливості для сільськогосподарської практики і біотехнології.

Тема 5. Генетичні механізми онтогенезу

Стабільність геному і фактори диференціальної активації генів у процесі індивідуального розвитку. Час дії гена.

Первинна диференціація цитоплазми, дія генів у ранньому ембріогенезі, ампліфікація генів. Еквівалентність і тотипотентність клітинних ядер.

Тканинно-специфічна активність генів. Функціональні зміни хромосом в онтогенезі.

Пенетрантність та експресивність генів. Компенсація дози генів. Тератогенез. Екзогенні та ендогенні фактори тератогенезу.

Взаємовплив клітин у морфогенезі. Досліди з трансплантації тканин.

Генетика соматичних клітин. Гетерокаріони. Використання методу соматичної гібридизації для вивчення процесів диференціації клітин та для генетичного картування.

Химерні (аллофенні) організми, їх особливості та шляхи використання. Сумісність і несумісність тканин.

Генетика імунітету.

Первинна диференціація цитоплазми яйцеклітини до запліднення.

Генетична регуляція процесів проліферації в онтогенезі.

Ендорепродукція хромосом, ампліфікація генів.

Функціональні зміни хромосом в онтогенезі.

Функціональна гетерохроматизація хромосом.

Хромомера як одиниця транскрипції (пуфи, лампові щітки).

Регуляція активності генів у звязку із діяльністю залоз внутрішньої секреції.

Час дії гена. Еквівалентність і тотіпотентність клітинних ядер.

Фактори диференціальної активації генів.

Стадії та критичні періоди у розвитку.

Вплив екстремальних факторів зовнішнього середовища на процес розвитку.

Фенокопії та морфози. Тератогенез. Керування онтогенезом.

Тема 6. Генетичні процеси в популяціях

Популяції автогамні, алогамні, апогамні, їх характеристика. Поняття про генофонд популяцій.

Генетична структура і динаміка автогамних популяцій. Ефективність добору в автогамних популяціях і чистих лініях (роботи В. Йоганнсена).

Генетична структура алогамних популяцій (роботи С.С. Четверикова). Визначення ступеню гетерозиготності популяцій.

Ідеальна модельна популяція та її характеристики. Закон Харді-Вайнберга, можливості його використання. Методи вивчення природних популяцій.

Фактори динаміки генетичної структури популяції.

Поняття про пристосованість та коефіцієнт добору.

Форми природного добору: рушійний, стабілізуючий, дизруптивний, особливості їх дії на генетичну структуру популяцій.

Особливості впливу на генетичну структуру популяцій дестабілізуючого та статевого добору.

Генетичний гомеостаз і його механізми.

Генетичний тягар популяцій. Природний добір як спрямовуючий фактор еволюції популяцій.

Сутність синтетичної теорії еволюції. Геносистематика і філогенетика. Проблеми утворення й еволюції генів.

Значення генетики популяцій для медичної генетики, селекції, вирішення проблем збереження генофонду й біосфери.

Тема 7. Генетика людини

Особливості людини як об'єкта генетичних досліджень.

Методи вивчення генетики людини.

Типи успадкування ознак у людини: аутосомно-домінантний, аутосомно-рецесивний, кодомінантний, зчеплений зі статтю, полігенний, їх приклади. Успадкування ознак при споріднених шлюбах.

Генетичний тягар у популяціях людини і вплив на нього забруднюючих факторів зовнішнього середовища.

Вроджені та спадкові хвороби, їх поширеність у людських популяціях.

Генні (молекулярні) хвороби та їх причини. Класифікація генних хвороб людини та характеристика найпоширеніших ензимопатій, коагулопатій, гемоглобінопатій, фетопатій. Діагностика генних хвороб.

Хромосомні хвороби людини. Етіологія і патогенез найпоширеніших хромосомних хвороб людини.

Хвороби геномного імпринтинга, їх характеристика.

Поліфакторіальні спадкові захворювання.

Хвороби з спадковою схильністю.

Перспективи профілактики та лікування спадкових хвороб. Генотерапія.

Мета і завдання медико-генетичного консультування (МГК).

Методи пренатальної діагностики і профілактики спадкових хвороб людини: каріотипування, біохімічні, інвазивні, молекулярно-генетичні, УЗ-діагностика.

Показання для направлення людини до медико-генетичної консультації.

Тема 8. Генетичні основи селекції

Предмет та методи селекції. Поняття про породу, сорт, штам. Завдання сучасної селекції.

Вихідний матеріал для селекції. Поняття про вихідний матеріал. Центри походження культурних рослин за М.І.Вавіловим.

Світова колекція ВІР, її використання.

Методи селекції та їх ефективність.

Гібридизація. Особливості міжвидової і міжродової гібридизації. Причини несхрещування віддалених видів та стерильності віддалених гібридів, методи їх подолання.

Системи схрещування в селекції рослин і тварин. Аутбридинг. Інбридинг. Коефіцієнт інбридингу. Коефіцієнт успадкованості ознак і його використання в селекційному процесі.

Гетерозис (наддомінування). Гіпотези про явище гетерозису, його можливі генетичні механізми. Інбредне виродження.

Виробництво гібридного насіння на основі цитоплазматичної чоловічої стерильності.

Експериментальний мутагенез. Фізичні та хімічні мутагени. Досягнення мутаційної селекції.

Роль поліплоїдії у підвищенні продуктивності рослин (жито, буряк, лікарські та декоративні культури).

Перспективи використання методів генетичної інженерії в селекції і біотехнології.

Штучний добір. Форми добору.

Масовий добір та його різновиди.

Індивідуальний добір.

Особливості добору у самозапильних і перехреснозапильних рослин. Клоновий добір. Сиб-селекція.

Вплив умов зовнішнього середовища на ефективність добору.

Досягнення світової селекції та успіхи вітчизняних селекціонерів у створенні сортів рослин і порід тварин, штамів мікроорганізмів.

Сортове та породне районування. Районовані на Херсонщині сорти і породи, методи їх створення і коротка характеристика.

4. Структура навчальної дисципліни

5. ЗМІСТОВІ МОДУЛІ НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ