|
Реферат: Мутации (Биология)
Введение
Генетика – наука сравнительно молодая. Лишь на рубеже 18-19 веков
были сделаны попытки оценить наследственность людей. Мопертюи в 1750 году
впервые предположил, что различные патологии могут передаваться по
наследству. Затем в 19 веке были выявлены некоторые закономерности. Но
официальной датой рождения генетики принято считать весну 1900 года, когда
независимо друг от друга голландский ученый Г. де Фриз немецкий Корренс и
австрийский ученый Чермак "переоткрыли" законы Менделеева, что и дало
толчок к развитию генетических исследований. Уже в 1901-1903 годах Г. де
Фризом была создана мутационная теория, постулаты которой справедливы и
сегодня: мутации возникают внезапно, устойчивы, могут быть прямыми и
обратными и, наконец, могут возникать повторно.
Генотипическая изменчивость
Генетика изучает процессы преемственности жизни на молекулярном,
клеточным, организменном и популяционном уровне. Генетика человека говорит
о законах наследственности и изменчивости у человека в норме и при
патологиях. Так что же такое изменчивость? Генотипическая изменчивость –
изменения, произошедшие в структуре генотипа и передаваемые по наследству.
К этому типу изменчивости относят комбинативную и мутационную изменчивости,
которые ведут к увеличению внутривидового разнообразие в природе.
Предполагалось, что именно изменчивости таких типов мутаций и сыграли
немаловажную роль в мировой эволюции.
Комбинативная изменчивость.
Комбинативная изменчивость возникла с появлением полового
размножения, она связана с различными вариантами перекомбинации
родительских задатков и является источником бесконечного разнообразия
сочетаемых признаков. Так, дети, рожденные в разное время у одной
родительской пары, похожи, но всегда отличаются рядом признаков.
Кобинативная изменчивость обуславливается вероятностным участием гамет в
оплодотворении, имеющих различные перекомбинации хромосом родителей. При
этом минимальное число возможных сортов гамет у мужчин и женщин огромно,
оно равно 223 (без учета кроссинговера). Поэтому вероятность рождения на
земле двух одинаковых людей ничтожно мала.
Большой вклад в комбинативную изменчивость вносит как раз
кроссинговер, приводящий к образованию новых групп сцепления благодаря
рекомбинации аллелей. При этом возможное число генотипов (g) равно:
g=[r(r+1)] n r – число аллелей
-------- n – число генов
2
Этот закон окончательно был сформулирован в 1908 английским
математиком Харди и немецким врачом-биологм Венбергом. И теперь этот закон
носит имя закон Харди-Венберга.
Мутационная изменчивость.
Мутационная изменчивость связана с процессом образования мутаций.
Мутации – это внезапные скачкообразные стойкие изменения в структуре
генотипа. Организмы у которых произошла мутация называются мутунтами.
Мутационная теория была создана, как говорилось выше, Гуго де Фризом в
1901-1903 гг. На основных ее положениях строица современная генетика:
мутации, дискретные изменения наследственности, в природе спонтанны,
мутации передаются по наследству, встречаются достаточно редко и могут быть
различных типов. В зависимости от того какой признак положен в основу, на
сегоднешний день существует несколько систем классификации мутаций.
Классификация мутаций
1. По способу возникновения. Различают спонтанные и индуцированные мутации
Спонтанные происходят в природе крайне редко с частотой 1-100 на
миллион экземпляров данного гена. В настоящие время очевидно, что
спонтанный мутационный процесс зависит как от внутренних, так и от
внешних факторов, которые называют мутационным давлением среды.
Индуцированные мутации возникают при воздействии на человека
мутагенами –факторами, вызывающими мутации. Мутагены же бывают трех
видов:
. Физические ( радиация, электро – магнитное излучение, давление,
температура и т.д.)
. Химические (цитостатики, спирты,фенолы и т.д.)
. Биологические ( бактерии и вирусы )
2. По отношению к зачатковому пути. Существуют соматические и генеративные
мутации. Генеративные мутации возникают в репродуктивных тканях и
поэтому не всегда выявляются. Для того, чтобы выявилась генеративная
мутация, необходимо, чтобы мутантная гамета учавствовала в
оплодотворении.
3. По адаптивному занчению. Выделяют положительные, отрицательные и
нейтральные мутации. Эта классификация связана с оценкой
жизнеспособности образовавшегося мутанта.
4. По изменению генотипа. Мутации бывают генные, хромосомные и геномные
геномные.
5. По локализации в клетке. Мутации делятся на ядерные и
цитоплазматические. Плазматические мутации возникают в результате
мутаций в плазмогенах, находящихяс в митохондриях. Полагают, что именно
они приводят к мужскому бесплодию. Причем такие мутации в основном
наследуются по женской линии.
Генные мутации
Генные ( точковые ) мутации затрагивают, как правило, один или
несколько нуклеотидов, при этом один нуклеотид может превратиться в другой,
может выпасть(делеция), продублироваться, а группа нуклеотидов может
развернутся на 180 градусов. Например, широко известен ген человека,
ответственный за серповидно – клеточную анемию, который может привести к
летальному исходу. Соответствующий нормальный ген кодирует одну из
полипептидныз цепей гемоглобина. У мутантного гена нарушен всего один
нуклеотид (ГАА на ГУА). В результате в цепи гемоглобина одна аминокислота
заменена на другую( вместо глутамина – валин). Казалось бы ничтожное
изменение, но оно влечет за собой роковые последствия: эритроцит
деформируется, приобретая серповидно – клеточную форму, и уже не способен
транспортировать кислород, что и приводит к гибели организма. Генные
мутации приводят к изменению аминокислотной последовательности белка.
Наиболее вероятное мутация генов происходит при спаривание тесно связанных
организмов, которые унаследовали мутантный ген у общего предка. По этой
причине вероятность возникновения мутации повышается у детей, чьи родители
являются родственниками. Генные мутации приводят к таким заболеваниям, как
амавротическая идиотия, альбинизм, дальтонизм и др.
Интересно, что значимость нуклеотидных мутаций внутри кодона
неравнозначна: замена первого и второго нуклеотида всегда приводит к
изменению аминокислоты, третий же обычно не приводит к замене белка. К
примеру, "Молчащая мутация"- изменение нуклеотидной
последовательности, которая приводит к образованию схожего кодона, в
результате аминокилотная последовательность белка не меняется.
Хромосомные мутации
Хромосомные мутации приводят к изменению числа, размеров и
организации хромосом, поэтому их иногда называют хромосомными
перестройками. Хромосомные перестройки делятся на внутри- и межхромосомные.
К внутрехромосмным относятся:
. Дубликация – один из участков хромосомы представлен более одного
раза.
. Делеция – утрачивается внутренний участок хромосомы.
. Инверсия –повороты участка хромосомы на 180 градусов.
Межхромосомные перестройки (их еще называют транслокации) делятся на:
. Реципрокные – обмен участками негомологичных хромосом.
. Нереципрокные – изменение положения участка хромосомы.
. Дицентрические – слияние фрагментов негомологичных хромосом.
. Центрические – слияние центромер негомологичных хромосом.
Хромосомные мутации проявляются у 1% новорожденных. Однако интересно,
исследования показали, что нестабильность соматических клеток здоровых
доноров не исключение, а норма. В связи с этим была высказана гипотеза о
том, что нестабильность соматических клеток следует рассматривать не только
как патологическое состояние, но и как адаптивную реакцию организма на
измененные условия внутренней среды. Хромосомные мутации могут обладать
фенотипическими явлениями. Наиболее распостраненный пример - синдром
"Кошачьего крика" (плачь ребенка напоминает мяукание кошки). Обычно
носители такой делеции погибают в младенчестве. Хромосомные мутации часто
приводят к паталогическим нарушениям в организме, но в то же время
хромосомные перестройки сыграли одну из ведущих ролей в эволюции. Так, у
человека 23 пары хромосом, а у обезьяны - 24. Таким образом различие
составляет всего одна хромосома. Ученые предполагают, что в процессе
эволюции произошла хотя бы одна перестройка. Подтверждением этого может
служить и тот факт, что 17 хромосома человека отличается от такой же
хромосомы шимпанзе лишь одной перецентрической инверсией. Такие рассуждения
во многом подтверждают теорию Дарвина.
Геномные мутации
Главная отличительная черта геномных мутаций связана с нарушением
числа хромосом в кариотипе. Эти мутации так же подразделяются на два вида:
полиплоидные анеуплоидные.
Полиплоидные мутации ведут к изменению хромосом в кариотипе, которое
кратно гаплоидному набору хромосом. Этот синдром впервые был лишь обнаружен
в 60-ых годах. Вообще полиплодия характерна в основном для человека, а
среди животных встречается крайне редко. При полиплоидии число хромосом в
клетке насчитывается по 69 (триплодие) , а иногда и по 92 (тетраплодие)
хромосомы. Такое изменение ведет практически к 100 % смерти зародыша.
Триплодие имеет не только многочисленные пороки, но и приводит к потере
жизнеспособности. Тетраплодие встречается еще реже, но так же зачастую
приводит к летальному исходу.
Анеуплоидные же мутации приводят к изменению числа хромосом в
кариотипе, некратное гаплоидному набору. В результате такой мутации
возникают осыби с аномальным чилом хромосом. Как и триплодия, анеуплодия
часто приводит к смерти еще на ранних этапах развития зародыша. Причиной же
таких последствий является утрата целой группы сцепления генов в кариотипе.
В цело же, механизм возникновения геномных мутаций связан с
патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе, в
результате чего образуются аномальные гаметы, что и ведет к мутации.
Изменения в организме связаны с присутствием генетически разнородных
клеток. Такой процесс называется мозаицизм.
Геномные мутации одни из самых страшных. Они ведут к таким
заболеваниям, как синдром Дауна (трисомия, возникает с частотой 1 больной
на 600 новорожденных), синдром Клайнфельтера и др.
Спонтанные мутации
Мутации, помимо качественных свойств, характеризует и способ
возникновения. Спонтанные (случайные) – мутации, возникающие при нормальных
условиях жизни. Спонтанный процесс зависит от внешних и внутренних факторов
( биологические, химические, физические ). Спонтанные мутации возникают у
человека в соматических и генеративных тканях. Метод определения спонтанных
мутаций основан на том, что у детей появляется доминантный признак, хотя у
его родителей он отсутствует. Проведенное в Дании исследование показали,
что примерно одна из 24000 гамет несет в себе доминантную мутацию. Ученый
же Холдейн рассчитал среднюю вероятность появления спонтанных мутаций,
которая оказалась равна 5*10-5 за поколение. Другой ученый Курт Браун
предложил прямой метод оценки таких мутаций, а именно: число мутаций
разделить на удвоенное количество обследованных индивидов.
Индуцированные мутации.
Индуцированный мутагенез – это искусственное получение мутаций с
помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих
излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филлиповым.
Затем, проводя обширные исследования, была установлена радиобиологическая
зависимость мутаций. В 1927 году американским ученым Джозефом Мюллером было
доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия.
В конце сороковых годов открыли существование мощных химических мутагенов,
которые вызывали серьезные повреждения ДНК человека для целого ряда
вирусов. Одним из примеров воздействия мутагенов на человека может служить
эндомитоз – удвоение хромосом с последующим делением центромер, но без
расхождения хромосом.
Заключение
Мутационный процесс является главным источником изменений,
приводящим к различным патологиям. Задачи науки на ближайшие время
определяются как уменьшения генетического груза путем предотвращения или
снижения вероятности мутаций и устранения возникших в ДНК изменений с
помощью генной инженерии. Генная инженерия - новое направление в
молекулярной биологии, появившееся в последние время, котоое может в
будущем обратить мутации на пользу человеку, в частности, эффективно
бороться с вирусами. Уже сейчас существуют вещества называемые
антимутагены, которые приводят к ослаблению темпов мутирования. Успехи
современной генетики находят применение в диагностики, профилактике и
лечении ряда наследственных патологий . Так, в 1997 году в США была
получена рекомбинативная ДНК. С помощью генной инженерии уже
сконструированы искусственные гены инсулина, интерферона и других веществ.
Таблица. Приблизительная частота мутаций различных генов у человека.
|Характер |Заболевание |Частота мутаций |Число мутаций на 10|
|наследования | | |в 6 гамет |
| |Туберкулезный |8*10-4 |800 |
|Аутосомно– |склероз | | |
|доминантный | | | |
| |Талассемия |4*10-4 |400 |
| |Ретинобластома |2.3*10-5 |23 |
| |Аниридия |5*10-6 |--- |
|Аутосомно- |Альбинизм |2.8*10-5 |28 |
|рецессивный | | | |
| |Цветовая слепота |2.8*10-5 |28 |
| |Ихтиоз |1.1*10-5 |11 |
|Рецессивный |Гемофилия |3.2*10-5 |32 |
Словарь терминов
. Альбинизм – дипегминтация кожи, волос, глаз. Отсутствие окраски,
не меняющиеся с возрастом.
. Аллель – одно из возможных состояний гена, каждое из которых
характеризуется уникальной последовательностью нуклеотидов.
. Анеуплодия – явление при котором клетки имеют несбалансированный
набор хромосом.
. Доминантные аллели – аллели проявляющиеся всегда.
. Гамета – половая клетка, содержащая гаплоидный набор хромосом.
. Генетический груз - все нарушения генетической информации
человека, вызывающие отрицательные реакции.
. Геном – совокупность генов в гаплоидной клетке.
. Генотип – совокупность ядерных генов организма.
. Деменция – одна из форм слабоумия.
. Мутаген – фактор, вызывающий мутацию.
. Негомологичные хромосомы – хромосомы, содержащие несходные гены.
. Рецессивный ген – ген, проявление которого подавляется другими
аллелями данного гена.
. Фенотип – совокупность внешних признаков организма на данном этапе
онтогенеза, формирующихся в результате взаимодействия генотипа с
внешней средой.
. Экзоны – фрагменты прерывистого гена эукариот, несущие в себе
иформацию о последовательности аминокислот в полипептиде.
Литература
. Основы генетики человека Н.Н.приходченко, Т.П.Шкурат. "Феникс" 1997г.
. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика 3 тома. М., "Мир",1988г.
. Гилберт С. Биология развития 3 томам., "Мир", 1993г.
. Головачев Г.Д. Наследственность человека., Т., "Наука", 1983г.
. Дубинин Н.П. Новое в современной генетики М, "Наука", 1989г.
. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д., Биология 3 тома, М, "Мир", 1990г.
РЕФЕРАТ
по биологии
на тему
"Генотипическая изменчивость"
_______________________________________________________
Москва 1998 г.
Реферат на тему: Муха Дрозофила
Введение
Drosophila melanogaster, иначе плодовая, или уксусная муха - маленькое,
около 3 мм в длину, насекомое семейства Drosophiliadae из отряда Diptera.
Этих мушек можно наблюдать около испорченных фруктов.
Дрозофила стала одним из самых ценных для биологических исследований
организмов, в частности, в области генетики. Она используется, как
модельный организм для различных исследований уже почти сто лет, и сегодня
многие учёные продолжают работать над различными проблемами дрозофилы. Её
важность для здоровья человека была признана Нобелевской премией, вручённой
медикам-физиологам Ed Lewis, Christiane Nusslein-Volhard and Eric Wieschaus
в 1995 г.
Есть несколько причин, тому, что дрозофила - один из излюбленных
объектов изучения. Дрозофила - маленькое животное с коротким жизненным
циклом длительностью лишь около двух недель, она недорога для размножения и
выведения даже большого количества особей. Мутантные особи с дефектами в
любых из нескольких тысяч генов доступны для экспериментов, и весь геном
мухи в целом уже известен.
Дрозофила изначально использовалась для генетических исследований,
например, для изучения закономерностей различных типов наследственности.
Сейчас муха используется также как объект изучения других разделов биологии
(особенно, биологии развития: здесь изучается развитие целого организма из
относительно простого оплодотворённого яйца), и как учебный объект.
Короткий период развития от яйца до имаго, исключительное богатство
мутационных рас с характерно чётким фенотипическим проявлением, малое число
хромосом и ряд других важных преимуществ делают её незаменимой для
практической проработки основных закономерностей наследственности.
Распространение. Морфология. Биология развития дрозофилы.
Дикий тип дрозофилы имеет ярко-красные глаза и "серое" тело (термин
"gray", что означает "серый", не совсем уместен, но прочно прижился в
обозначении цвета дикого типа мухи; она не является серой). Крылья
нормально развиты, превышают длину тела. Питается ферментированными
фруктами или овощами, но в лаборатории её разводят на специальной
питательной среде.
Родиной Drosophila melanogaster считают Индо-Малайскую область; в
настоящее время муха распространена очень широко, в том числе на Кавказе и
Украине.
Морфологически, самки и самцы отличаются друг от друга по целому ряду
признаков. Самки несколько крупнее самцов, хотя величина и тех, и других
может сильно колебаться в зависимости от условий питания, особенно на это
влияет личиночный период развития. Брюшко у самки несколько округлое, с
заострённым концом; у самца оно цилиндрическое, с притуплённым
концом. Также самца можно легко отличить от самки по нескольким последним
сегментам, которые у него сплошь пигментированы. Верхние хитиновые щитки
груди у насекомых называются тергитами (они вместе со стернитами и
плейритами участвуют в движении крыльев). Половой диморфизм у дрозофилы
проявляется в том, что у самки имеется восемь хорошо развитых тергитов, а у
самца - шесть, причём шестой и восьмой тергиты слиты, а восьмой вошёл в
состав полового аппарата. Стерниты- такие же хитиновые пластинки с брюшной
стороны (см. рис.). У самки их также на один больше, чем у самца, и у
представителей каждого пола не развиты первый, второй, седьмой и восьмой
стерниты.
Брюшко самки (слева) и самца (справа), вид с вентральной стороны. Видны
стерниты (у самки- на один меньше)
Брюшко самки (слева) и самца (справа), вид с латеральной стороны.
К числу вторично-половых признаков у самца относятся половые гребешки,
представляющие собой крепкие хитиновые щетинки на первом членике лапки
передних ног. У самки подобные образования отсутствуют.
Наружные половые органы самки состоят из влагалища, по сторонам
которого расположены две влагалищные пластинки, а сзади них - анальный
бугорок, состоящий из двух анальных пластинок, расположенных одна над
другой.
На рисунке:
Dorsal anal plate - дорсальная анальная пластинка; Ventral anal plate -
вентральная анальная пластинка; Eighth targite - восьмой тергит; Long
bristles - длинные шипы; Sensilla trichodea - чувствительный волосок;
Thorn bristles - колючие шипы; Vulva - вульва; Vaginal plate -
влагалищная пластинка.
Внутренний половой аппарат самки состоит из двух гроздевидных яичников,
в каждом по несколько десятков яйцевых трубочек; яйцевода; влагалища; трёх
семяприёмников, из которых один трубчатый и два грибовидных; придаточных
желёз. Протоки семяприёмников и придаточных желёз впадают во влагалище.
Непарный трубчатый семяприёмник представлен длинной спиральной трубкой. У
спаривавшихся самок он наполнен спермой. В полости влагалища нередко можно
видеть зрелое яйцо с заключённой внутри него почти развитой личинкой.
На рисунке:
Lateral oviduct - латеральный яйцевод; Common oviduct - основной
яйцевод; Seminal receptplace - семяприёмник; Spermathecae and Parovaria -
придаточные железы; Uterus - яичник; Vagina - влагалище; Vaginal plates -
влагалищные пластинки; Anal plates - анальные пластинки.
Наружные половые органы самца имеют более сложное строение. Они состоят
из генитальной пластинки и пениса с прилегающими к нему частями.
Генитальная пластинка представляет собой подковообразное хитиновое
образование. Внутри неё открывается анальное отверстие, по бокам которого
латерально расположены две анальные пластинки. С брюшной стороны
генитальная пластинка несёт две пары отростков, к которым причленяется
пенис с его придатками. Собственно пенис имеет вид ложкообразной хитиновой
пластинки, несущей краю ряд хитиновых зубцов:
Внутренний половой аппарат самца включает в себя парный семенник,
парные семенные пузырьки, придаточные железы, непарный семявыносящий
проток, непарный bulbus ejaculatorius, непарный семяизвергательный канал.
Семенники представляют собой свёрнутые трубки, переходящие в семенные
пузырьки, которые переходят в семенные канальца, соединяющиеся
непосредственно перед впадением в семявыносящий проток. Семявыносящий
проток впадает в bulbus ejaculatorius, который играет роль насоса,
выталкивающего сперму из семявыносящего протока и выбрасывающего её наружу
через семяизвергательный канал, который открывается в основание пениса.
Как правило, самки не могут спариваться в течение 24 часов после
вылупления, однако при температуре, несколько выше нормальной, иногда можно
наблюдать копуляцию мух моложе указанного возраста, в особенности, если в
культуре имеются старые самцы. Копуляция длится около 20 минут; этот срок
является видовой характеристикой рассматриваемого вида.
Цикл развития дрозофилы:
Яйца дрозофилы несколько вытянутые, около 0.5 мм в длину. В свежих
культурах они легко заметны, будучи отложенными на питательной среде,
большей частью поблизости от стенок пробирки, где содержится меньше влаги.
Яйцо дрозофилы защищено двумя внешними оболочками, различными по
происхождению. Внутренняя оболочка, образованная самим яйцом, называется
желточной. Наружная оболочка образована фолликулярным эпителием яичника и
носит название хориона. У яйца дрозофилы можно различить передний и задний
конец, а также дорсальную и вентральные стороны соответственно отделам
будущего зародыша. На переднем конце яйца, на вершине небольшого сосочка,
имеется отверстие, микропиле, ведущее внутрь яйца и служащее для
проникновения сперматозоида внутрь. От передней части дорсальной
поверхности яйца отходят и идут по направлению кпереди и в стороны два
длинных отростка, представляющих собой выросты хориона. Это так называемые
филаменты, предохраняющие яйцо от погружения в жидкую среду.
Оплодотворение яйца происходит в момент прохождения его через верхний
отдел влагалища. В нормальных условиях эмбриональное развитие протекает вне
тела матери при температуре 27є около 20 часов. В благоприятных условиях
каждая самка откладывает до 50-80 яиц в сутки, а всего в течение 3-4 суток
она может отложить более 200 штук.
Вылупление личинки из яйца и начало постэмбрионального развития связано
с усиленным питанием и ростом. Избыток пищи на этой стадии жизни особи
имеет большое значение: в значительной мере он определяет не только размеры
мухи, но и её жизнеспособность. Первое время после вылупления личинки
остаются на поверхности среды. Затем они уходят в глубь её и остаются там
до момента окукливания.
Окукливание начинается с того, что личинки покидают среду, перестают
питаться и некоторое время оживлённо ползают по стенкам пробирки. Затем они
становятся неподвижными, значительно сокращаются в длину и приобретают
характерную для куколки бочонкообразную форму. Куколочный период развития
характеризуется, с одной стороны, разрушением личиночных органов и тканей,
за исключением гонад и нервной системы, с другой - развитием из
имагинальных дисков дефинитивных органов взрослой мухи. Период куколочного
превращения равен 4 суткам.
По окончании третьих суток через покров куколки становятся заметными
очертания глаз, в которых к тому времени вырабатывается желтоватый пигмент.
За несколько часов до вылупления хорошо видны крылья, глаза к этому времени
приобретают ярко-красный цвет.
Вылупление мухи и её освобождение от покрова куколки достигается
нагнетанием жидкости, вследствие чего оболочка куколки разрывается, и муха
освобождается. Обычно мухи выходят из куколки рано утром. Молодые, только
что вылупившиеся мухи имеют длинное желтоватое тело, почти лишённое
пигмента, короткие, ещё не расправленные крылья. Через 8 часов самки уже
готовы к оплодотворению, поэтому для скрещивания необходимо брать виргинных
самок, не старше 8 часов после вылупления. Самки начинают откладывать яйца
с конца вторых суток и продолжают до конца жизни.
Кариотип дрозофилы.
Дрозофила имеет четыре пары хромосом: X/Y - половые хромосомы и
аутосомы 2, 3 и 4. Четвёртая хромосома достаточно маленькая и редко
упоминается. Размер генома мухи составляет около 165 миллионов оснований и
содержит, по приблизительным подсчётам, 14.000 генов (для сравнения, геном
человека имеет 3.300 миллионов оснований и около 70.000 генов, дрожжи имеют
около 5800 генов в 13.5 миллионах оснований).
Геном дрозофилы был почти полностью описан в 2000 году, и в данный
момент производится его анализ. Об этом достижении было сообщено 18 февраля
2000 года. В проекте комбинировалась экспертиза группы учёных под
руководством Dr. Gerald Rubin, изучающих геном дрозофилы в Калифорнийском
Институте (Berkeley) и работа мощных анализирующих машин и компьютеров
компании Celera Genomics Corp. под руководством J. Craig Venter. Учёные из
обеих групп сообщили результаты исследований на ежегодной встрече
Американской Ассоциации Прогресса Науки (American Association for the
Advancement of Science).
Политенные хромосомы.
Наличие политенных хромосом является одной из причин популярности
дрозофилы как объекта изучения. Политенные хромосомы были впервые
обнаружены в клетках слюнных желёз дрозофилы в 1934 г. Личинка во время
роста имеет постоянное количество клеток, но в то же время ей необходимо
накапливать генетический материал для будущего развития. В результате
клетки увеличиваются в рвзмерах, и каждая хромосома реплицируется сотни
раз, при этом все цепочки ДНК остаются прикреплёнными одна к другой до тех
пор, пока их не наберётся несколько тысяч, лежащих бок о бок. Таким
образом, образуется толстая, бросающаяся в глаза своею величиной и легко
различимая в микроскоп политенная хромосома. Более того, после окрашивания
эти хромосомы имеют чередующиеся тёмные и светлые полоски, индивидуальные
по строению для каждой части хромосомы, так что можно определить, какая
часть хромосомы попала в объектив микроскопа.
Стандартная карта политенной хромосомы разделяет геном на 102
пронумерованные полоски (1-20 - X-хромосома, 21-60 - вторая хромосома, 61-
100 - третья и 101-102 - четвёртая); каждая из полосок поделена на 6
буквенных полосок (A-F), и каждая из пронумерованных полосок также поделена
на несколько (до 13) подразделов. На фотографии выше указана 57-я полоска.
Локализация многих генов известна точно по буквенной шкале, но не точно по
цифровой шкале, и поэтому указывается приблизительно (например, 42C7-9,
60A1-2). Политенные полоски не имеют одинаковой длины последовательности
нуклеотидов, но в среднем одна буквенная полоска содержит около 300kb ДНК,
или 15-25 генов.
На рисунке - пример компьютерной обработки (расшифровки) политенной
хромосомы.
Постановка опыта.
Инвентарь и оборудование, использованное нами в работе.
1. Птичье пёрышко,
2. Листок чистой белой бумаги (или молочно-белое стекло)
3. Лупы двух различных типов
4. Капельница для серного эфира
5. Морилка
6. Пробки из ваты
7. Пробирки с питательной средой
8. Этикетки, клей, и т. д.
Питательная среда.
Нами была использована питательная среда, приготовленная из дрожжей,
сахара, манной крупы, пропионовой кислоты, воды и агар-агара.
Важно, чтобы среда не была слишком твёрдой, т.к. молодые личинки не
могут проникнуть вглубь твёрдой среды и погибают, и не слишком жидкой, т.к.
в жидкой среде могут погибнуть отложенные яйца.
Наркотизация мух.
Анализ и подсчёт мух, а также отбор девственных самок и подбор
родительских пар для скрещивания проводят на матово-белом стекле под лупой
после того, как их усыпят серным эфиром. Для этой цели их обычно помещают в
эфиризатор или морилку. В нижней части морилки имеется углубление, в
которое вставлен плотный ватный тампончик, смачиваемый из капельницы по
мере надобности 1-2 каплями серного эфира. Стаканчик с мухами осторожно
постукивают о ладонь, мухи при этом собираются в нижней его части, затем
осторожно снимают ватную пробку, накрывают стаканчик эфиризатором и
опрокидывают так, чтобы стаканчик с мухами был наверху. Легким
постукиванием о ладонь всех мух переводят в эфиризатор и закрывают его
пробкой с ватным тампоном, смоченным 1-2 каплями эфира. Как только все мухи
заснут, их осторожно вытряхивают из эфиризатора на молочно-белое стекло и,
пользуясь лупой и птичьим пёрышком, быстро анализируют и подсчитывают, так
как в наркотизированном состоянии они могут находиться только около 5
минут. Если наркотизацию необходимо продлить, мух накрывают большим часовым
стеклом, под которое кладут ватный тампон, смоченный одной каплей эфира.
Если эти мухи нужны для последующего размножения, их помещают в чистые
пробирки с питательной средой. В одну пробирку для размножения следует
помещать 2-3 самок и 3-5 самцов. Для того чтобы сонные мухи не упали на дно
пробирки и не увязли в питательной среде, их помещают на чистые стенки
стаканчика со средой и держат стаканчик в горизонтальном положении до тех
пор, пока мухи не проснутся.
По окончании работы с мухами их усыпляют и выбрасывают. От большой дозы
эфира мухи погибают через 3-5 минут. Об их гибели можно заключить по
растопыренным кверху и в стороны крыльям и безжизненно вытянутым лапкам.
Всю работу с дрозофилой и результаты наблюдений фиксируют в соответствующем
журнале. Оптимальными условиями для успешного размножения мух является
температура 24-26° С, относительная влажность 70-80%, хорошая аэрация.
Экспериментальные данные прилагаются. ( См. письменное приложение).
-----------------------
САМКА
САМЕЦ
ЯЙЦО
ЛИЧИНКА
КУКОЛКА
ВЗРОСЛАЯ МУХА
У дрозофилы имеется 4 пары хромосом в каждой соматической клетке. На
диаграмме представлены позиции некоторых генов, которые могут подвергаться
мутациям.
| |
