Закономерности наследования на организменном уровне

Лектор - заведующий кафедрой биологии, доцент А.Г. Диунов
Генетика - наука  наследственности и изменчивости организмов. 
Наследственность - свой ство живых организмов обеспечивать струтурную и функциональную приемственность между поколениями, а также специфический характер онтогенеза. 
В ходе индивидуального развития наследственность определяет развитие и изменение морфологических, физиологических, биохимических, поведенчиских и других особенностей организма. Наследственная преемственность между поколениями гарантирует существование вида на определенном историческом промежутке времени. Научный проект "Геном человека"
Основные цели проекта:
- полностью расшифровать нуклеотидный состав всех генов;
- составить генетические карты всех 24 групп сцепления человека (22 аутосомы и половые хромосомы - X и Y);
- определить функциональные возможности нормальных генов и фенотипические проявления митировавших генов. 
Наследственная информация:
- строение первичной структуры белка, 
- особенности морфологического строения клеток и их функционирования, 
- контроль за жизненным циклом клеток, 
- регуляция гистогенеза и органогенеза, 
- особенности раздражимости на внешние и внутренние воздействия, 
- продолжительность жизни особи и т.д. 
Вывод: весь онтогенез закодирован в генотипе. 
Классификация генов:
1. По месту локализации генов в структуре клетки:
- ядерные, 
- митохондриальные. 
2. По месту локализации генов в хромосоме:
- аллельные гены, 
- неаллельные гены. 
3. По функциональному значению:
- структурные гены (кодируют структуру конкретного белка, а также гены, кодирующие тр-РНК и р-РНК), 
- регуляторные гены - последовательность нуклеотидов, не кодирующих специфические белки, а осуществляющие регуляцию структурного гена (угнетение или повышение активности, постранскрипционного времени и т.д.).
4. Гены "домашнего хозяйства и гены "роскоши", 
5. По влиянию на физиологические процессы в клетке:
- летальные, 
- условно летальные, 
- гены-мутаторы и гены-антимутаторы и др. 
- онкогены и антионкогены. 
Медицинское значение функциональных групп генов:
1. Мутации вызываются различными факторами, 
2. Один и тот же фактор может нарушить строение и соответственно, функцию любого гена, 
3. Последствия воздействия фактора будут определяться функцией измененного гена. 
Примеры:
- генные (молекулярные) наследственные болезни, 
- канцерогенез (процесс формирования опухолей), 
- тератогенез (процесс формирования порока развития). 
Структурно-функциональные уровни организации наследственного материала:
1. Геномный уровень
Каждый биологический вид характеризуется определённым числом и строением хромосом, совокупность которых составляют кариотип (полный набор хромосом, диплоидный набор). 
Характерной особенностью кариотипа являются:
1. Наличие в нем пар гомологичных хромосом, в каждой паре одна хромосома имеет отцовское, другая - материнское происхождение, 
2. В клетках мужских и женских организмах аутосомы имеют одинаковое морфологическое строение. 
НО КОМБИНАЦИИ ГЕНОВ В ХРОМОСОМАХ РАЗЛИЧНЫ
Половые хромосомы имеют различное морфологическое  строение и содержат негомологичные участки, характерные для определенной хромосомы. Комбинации половых хромосом определяют генетический пол организма.
Нарушения геномного уровня
Изменения числа хромосом в диплоидном или гаплоидном наборе, называются геномными соматическими или генеративными мутациями. 
Механизмы возникновения геномных мутаций:
1. Соматические мутации возникают в результате нарушений расхождения хроматид в анафазу митоза; нарушения кариокинеза (полиплоидные клетки), или цитокинез (многоядерные клетки). 
2. Генеративные мутации возникают в результате нарушений расхождения хромосом (анафаза 1 мейоза) или хроматид (анафаза 2 мейоза) при образовании половых клеток. При этих нарушениях сформировавшиеся гаметы содержат измененный гаплоидный набор хромосом.

2. Хромосомный уровень
Характеризует морфологическое строение и структурную организацию отдельных хромосом или хроматиновых нитей. 
Структурная организация метафазной хромосомы. 
Препараты хромосом можно приготовить из любых тканей, содержащих делящиеся клетки. Клетки культивируют в питательной среде, затем останавливают митозы на стадии метафазы и окрашивают хромосомы специальными красителями. На ранних стадиях изучения хромосом использовали простые способы окрашивания (краситель Гимза или ацетоорсеин), при этом хромосомы окрашивались целиком и равномерно. Такой способ окрашивания позволял выявить морфологические особенности строения хромосом. 
Нарушения хромосомного уровня. 
Обусловлены изменениями структуры отдельной хромосомы в результате воздействия мутагенного фактора. При этом могут возникать различные формы нарушений. 
1. Внутрихромосомные мутации (делеция, инверсия)
2. Межромосомноые мутации (транслокация, транспозиция)
Эти изменения могут возникать в соматических и половых клетках. 
Факторы, влияющие на формирование признака
В 60-х годах 20 века генетики предложили "Центральную догму молекулярной биологии", которая отражает последовательную цепь событий реализации гена в признак. Эта цепь событий может быть представлена следующей схемой:
ДНК - препликация - ДНК - транскрипция - РНК - трансляция - БЕЛОК. 
Исследования генетиков в последующие годы позволили несколько расширить данную схему (см. фотографии лекции). 
Моногибридное скрещивание. 
Моногибридным называется скрещивание, при котором изучают наследование одной пары альтернативных признаков. 
Закон единообразия гибридов первого поколения: "При скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся одной парой альтернатиных (взаимоисключающих) признаков в первом поколении наблюдается 100% единообразия по гено- и фенотипу". 
Главный вывод. Г. Мендель впервые выявил явление доминантности и рецессивности. У гетерозиготных организмов формируется признак, контролируемый доминантным геном. 
Закон расщепления гибридов второго поколения: "При скрещивании гибридов первого поколения, во втором наблюдается расщепление по фенотипу 3:1, генотипу 1:2:1, при этом вновь появляются особи с рецессивными признаками, составляющие 25% от всего числа потомков". 
Универсальность законов. 
Практическая ценность законов заключается в том, что на основании фенотипа организма можно предположить его генотип, а,  зная генотип организма, можно определить вероятность появления признака у потомства. 
Признаки, которые наследуются в соответствии с законом Г. Менделя, называются менделирующими признаками. 
- признаки наследуются моногенно (контролируется одной парой аллельных генов)
- форма взаимодействия аллельных генов - полное доминирование. 
Причины разнообразия потомков при моногибридном скрещивании:
- гетерозиготные организмы образуют два типа гамет, 
- гаметы двух организмов сливаются случайно, 
- случайно формируются различные генотипы потомков, 
- от конкретного генотипа зависит особенности фенотипа, 
- особенности проявления признака зависят от формы взаимодействия аллельных генов. 
Факторы, влияющие на проявление признака:
1. Генотип организма (АА, Аа, аа)
2. Форма взаимодействия аллельных генов:
- полное доминирование, 
- неполное доминирование, 
- кодоминирование, 
- аллельное исключение. 
Гемизиготный генотип. 
В подавляющем большинстве случаев в генотипе организма содержатся два аллельных гена. Это относится к генам локализованным в аутосомах или гомологичных участках Х- или Y-хромосом. Но можно привести примеры, когда в генотипе организма в номе содержится только один аллельный ген. В клетках мужского организма присутствует одна Х-хромосома и одна Y-хромосома. Гены, локализованные в этих участках хромосом, представлены в генотипе одним вариантом. Генотип организма в данном случае следует называть гемизиготным. 
В зависимости от расположения генов в хромосоме различают следующие типы наследования признаков:
- аутосмоное (доминантное или рецессивное), 
- сцепленное с Х-хромосомой (доминантное или рецессивное), 
-сцепленное с Y-хромосомой (доминантное или рецессивное). 
Особенности типов наследования признаков. 
1. Аутосомное наследование
При этом типе наследования гены распологаются в аутосомах (1-22 пары хромосом). Характерная особенность - степень заболевания проявляется у мужчин и женщин в разной степени. 
Аутосомно-доминантное наследование:
- каждый больной член семьи обычно имеет больного родителя (возможен вариант возникновения заболевания в результате генеративной мутации одно из родителей), 
- вероятность рождения больного ребёнка ( если один из родителей болен) - 50%, 
- от здоровых родителей рождаются здоровые дети. 
Аутосомно-рецессивное наследование:
- больные дети рождаются от фенотипически здорового родителя, 
- вероятность рождения больного ребенка (если родители оба имеют гетерозиготный генотип) - 25%, 
- заболевание встречаются в каждом поколении, 
- риск заболевания увеличивается со степенью родства родителей (близкородственные браки), 
- 
Х-сцепленное доминантное наследование:
1. Больные рождаются в том случае, когда один из родителей болен,
2. Если болен отец: все дочери больны, сыновья - здоровы, 
3. Если больна мать, то вероятность рождения больного ребенка - 50%. 
Примеры:
Гипоплазия эмали зубов, 
Фолликулярный гиперкератоз, 
Рахит, устойчивый к лечению витамином D. 
Полная версия лекции представлена на фотографиях.