Хромосомная теория наследственности

1.

НАО «Медицинский университет Семей»
Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики
им. академика НАН РК Раисова Т.К.
ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ
НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Коммити «Наследственность и
ткани» Модуль 1
Семей, 2022

2.

Цели высокого
уровня
Цели среднего уровня
Цели низкого уровня
Применяет основные
положения
хромосомной теории
наследственности для
изучения
цитогенетических
закономерностей
наследования
Объясняет особенности
наследования сцепленных
признаков (генов)
Рассказывает о сцепленном
наследовании: аутосомное, полное,
частичное
Раскрывает основные положения
хромосомной теории наследственности
Объясняет механизмы
возникновения
рекомбинативной
изменчивости в процессе
кроссинговера
Объясняет механизм кроссинговера и
эволюционное значение
Дает определение генетической,
цитологической карты хромосомы

3.

Почему дети похожи на своих родителей? Почему в некоторых
семьях распространены определенные заболевания, такие как
дальтонизм, полидактилия, гипермобильность суставов,
муковисцидоз?
Почему есть ряд болезней, которыми болеют только женщины, а
другими - только мужчины?
Сегодня все мы знаем, что ответы на эти вопросы нужно искать
в наследственности, то есть хромосомах, которые ребенок
получает от каждого из родителей.

4.

И
этим
знанием
современная
наука
обязана Томасу Ханту
Моргану - американскому
генетику.
Он
описал
процесс
передачи
генетической информации
и разработал вместе с
коллегами хромосомную
теорию наследования (ее
часто
называют
хромосомная
теория
Моргана), которая стала
краеугольным
камнем
современной генетики.

5.

В 1933 году Томасу Моргану
была
присуждена
Нобелевская премия за вклад
в физиологию и медицину.
Решением для премии стала
его работа о роли хромосом в
процессах наследования.
Thomas Hunt Morgan
(1866-1945)

6.

Объектом генетических исследований
Моргана была плодовая мушка дрозофила
Достоинства:
1. Внешне различимы самка и
самец (у него брюшко мельче и
темнее).
2. Неприхотлива в условиях
содержания пары хромосом
3. Короткий цикл развития – через
14
дней
выводится
новое
многочисленное потомство.
4. Широкий спектр мутаций,
выраженных в морфологических
признаках: окраска тела, размер
крыльев, количество щетинок,
цвет глаз
Данные мутации не влияют на
жизнеспособность мушки
(Drosophila melanogaster)

7.

В качестве объекта для своих
экспериментов
он
выбрал
плодовую мушку, и не случайно.
Это был идеальный объект для
исследований
передачи
генетической информации всего
четыре
хромосомы,
плодовитость,
небольшая
продолжительность
жизни.
Морган
начал
проводить
исследования, используя чистые
линии мушек. Вскоре он
обнаружил, что в половых
клетках
одинарный
набор
хромосом, то есть 2 вместо 4.
Именно
Морган
обозначил
женскую половую хромосому
как Х, а мужскую - как Y.

8.

Участок
генетической
карты II
хромосомы
дрозофилы

9.

Хромосомная теория
наследственности
Теория, согласно которой хромосомы, заключённые в ядре
клетки, являются носителями генов и представляют собой
материальную основу наследственности.
Преемственность свойств организмов в ряду поколений
определяется преемственностью их хромосом.

10.

Основные положения хромосомной
теории
Гены,
локализованные
в
одной
хромосоме,
называются группой сцепления. И у каждого вида
организмов число групп сцепления равняется числу пар
хромосом .
Человек
23
Дрозофила
4
Горох
7
Кукуруза
10
Томат
12

11.

Основные положения хромосомной
теории
Каждый ген в хромосоме занимает определенное место
(локус); гены в хромосомах расположены линейно.
Расстояние между генами
(локусами) в хромосоме
пропорционально
проценту
кроссинговера
между ними.

12.

Основные положения хромосомной
теории
Между
гомологичными
хромосомами
происходит
обмен аллельными генами

13.

Однако, гены, находящиеся в одной хромосоме, сцеплены не
абсолютно. Во время мейоза, при конъюгации хромосом
гомологичные хромосомы обмениваются идентичными
участками.
Этот
процесс
получил
название кроссинговера, или перекреста.

14.

Кроссинговер
Может произойти в любом участке хромосомы, даже в
нескольких местах одной хромосомы.
Чем дальше друг от друга расположены локусы в одной
хромосоме, тем чаще между ними следует ожидать
перекрест и обмен участками.

15.

Сравнение
Сцепленное наследование
Кроссинговер
Удачные сочетания
аллелей оказываются
относительно устойчивыми.
В результате образуются
группы генов, каждая из
которых представляет собой
как единый суперген,
контролирующий несколько
признаков.
В ходе кроссинговера
возникают рекомбинации –
т.е. новые комбинации
аллелей.
Таким образом,
кроссинговер повышает
комбинативную
изменчивость организмов.

16.

Явление сцепления генов
В
1911-1912
гг.
Т.Морган
с
соавторами
описали
явление
сцепления генов – совместной
передачи группы генов из поколения
в поколение. Гены одной хромосомы
нередко передаются (наследуются) в
ряду поколений сцеплено друг с
другом, что послужило основанием
рассматривать каждую хромосому
как отдельную группу сцепления
генов.
Сила сцепления, проявляющаяся в
возможности
генов
хромосомы
наследоваться совместно, для разных
генов группы сцепления варьирует, и
тем меньше, чем больше расстояние
между ними в хромосоме.
Сильно
сцеплены
Не сцеплены
Сцеплены, но
не сильно

17.

Эксперименты Моргана показали, что гены,
находящиеся в одной хромосоме, наследуются
сцеплено, попадая в одну гамету, т.е. два признака
всегда наследуются вместе. Такое явление было
названо законом Моргана.
Закон Моргана
Формулировка
закона
звучит
следующим
образом:
● Гены, расположенные в одной хромосоме близко
друг к другу, образуют группу и наследуются
сцеплено.
● Число сцепленных групп соответствует
гаплоидному набору – половине полного набора
хромосом. У человека 46 хромосом, т.е. 23 пары,
соответственно 23 группы сцепления.

18.

Закон Т.Моргана - закон сцепления
Сцепленные гены, располагающиеся в
одной хромосоме, наследуются вместе
Группа сцепления

19.

Работа Моргана заключалась в
следующем
мушки
дрозофилы имеют
сцепленные гены – особи с
серым телом (A) имеют
длинные крылья (B), а особи
с чёрным телом (a) –
короткие крылья (b);
при
скрещивании
двух
особей с генотипом AABB и
aabb всё первое поколение
(100 %) будет серым с
длинными
крыльями
(AaBb);
Для выяснения генотипа
гибридов I
поколения
Морган
провел
анализирующее
скрещивание.

20.

21.

Скрещивание чистых линий
дрозофилы
• Цвет: А – серое тело
а – черное тело
• Форма крыльев:
В – длинные
в – короткие
• Р: ААВВ х аавв
• с. дл.
ч. к
• Гаметы:
• F:
АаВв

22.

23.

Полное сцепление генов
Для выяснения генотипа гибридов I
поколения Морган провел
анализирующее скрещивание.
Он скрестил рецессивную гомозиготную самку с дигетерозиготным
самцом, затем провел реципрокное скрещивание.

24.

Анализирующее скрещивание

25.

Анализирующее скрещивание

26.

• Предполагалось, что при анализирующем скрещивании
AaBb с aabb по закону Менделя соотношение фенотипов
будет 1:1:1:1 (по 25 %), т.е. AaBb, Aabb, aaBb, aabb,
следовательно, гены лежат в разных хромосомах;
• Морган при анализирующем скрещивании получил два
фенотипа – AaBb и aabb, т.к. два признака сцеплены;
• в соответствии с кроссинговером около 8,5 % мушек
были серые с короткими крыльями или тёмные с
длинными крыльями.

27.

Неполное сцепление генов
При изучении результатов второго скрещивания, Морганом было обнаружено нарушение
полного сцепления генов. Если взять дигетерозиготную самку мухи дрозофилы и
скрестить ее с рецессивным самцом, то получается 4 разновидности фенотипов
потомков: 41,5% с серым телом и длинными крыльями; 41,5% с черным телом и
короткими крыльями; и по 8,5% гибридов – с серым телом и короткими крыльями и
черным телом и длинными крыльями. В этом случае сцепление оказывается неполным,
т.е. происходит перекомбинация генов, локализованных в одной хромосоме. Это
объясняется кроссинговером – обменом участками гомологичных хромосом. Образуется
4 типа гамет, но в отличии свободного комбинирования их процентное соотношение
разное, так как кроссинговер происходит не всегда. Гаметы, в которые попали
хроматиды, не претерпевшие кроссинговера, называются некроссоверными, их обычно
больше. Гаметы, в которые попали хроматиды, претерпевшие кроссинговер, называются
кроссоверными, их обычно меньше.
1 - некроссоверные
гаметы;
2 - кроссоверные гаметы

28.

Неполное сцепление генов

29.

30.

Сила сцепления между генами (частота кроссинговера) зависит от расстояния
между ними: чем больше расстояние, тем меньше силы сцепления и тем чаще
может происходить кроссинговер.
Чем ближе друг к другу расположены гены, тем сцепление крепче.

31.

Кроссинговер
Если сцепление является неполным, то в профазе мейоза I в
стадии пахитены может происходить обмен идентичными
участками гомологичных хромосом – кроссинговер (перекрест)

32.

33.

• Кроссинговер может происходить в одном или в
нескольких участках хромосом
• Кроссинговер – генетически обусловленный процесс. У
большинства организмов кроссинговер характерен как
для самок, так и для самцов, но у некоторых (например,
дрозофилы) он происходит только у гомогаметного пола
(самок).

34.

Типы кроссинговера
• Различают кроссинговер:
• мейотический
• митотический (соматический)

35.

Кроссинговер может происходить не только во время
мейоза, но и митоза, тогда его называют митотическим
кроссинговером. Частота митотического кроссинговера
значительно ниже мейотического. Тем не менее его также
можно использовать для генетического картирования.
Мейотический кроссинговер осуществляется после того,
как гомологичные хромосомы в зиготенной стадии
профазы I соединяются в пары, образуя биваленты. В
профазе I каждая
хромосома
представлена
двумя
сестринскими хроматидами, и перекрест происходит между
хроматидами.

36.

Соматический кроссинговер впервые был выявлен у
дрозофилы
Куртом
Стерном.
Происходит
со
значительно меньшей частотой, чем при мейозе.
Генетического значения не имеет. Индивидуумы с
митотическим кроссинговером – мозаики.

37.

В зависимости от количества
появившихся хиазм:
Одиночный кроссинговер – образуется только одна хиазма, что
приводит к обмену только одним участком ДНК гомологичных
хромосом. Это наиболее распространенный тип кроссинговера.
Двойной кроссинговер - образуются две хиазмы. Этот тип
кроссинговера приводит к обмену двумя участками ДНК
гомологичных хромосом.
Множественный кроссинговер - образуется более, чем две
хиазмы между несестринскими хроматидами гомологичных
хромосом. Далее они могут быть классифицированы как
тройные (3 хиазмы), четвертные (4 хиазмы) и т.д.

38.

Перекрест произошедший только в участке между генами
А и В или между В и С, будет одинарным. В результате
одинарного перекреста возникают в каждом случае
только две кроссоверные хромосомы aBC и Abc или Abc и
aBC. Каждый
двойной
кроссинговер
возникает
благодаря двум независимы одинарным разрывам в двух
точках.
Таким
образом,
двойные
кроссинговеры
сокращают регистрируемое расстояние между генами.

39.

Определение частоты кроссинговера
• Установлено, что вероятность кроссинговера между
определенными сцепленными генами зависит от
расстояния между ними в хромосоме.
• Т. Морган установил, что чем дальше расположены
гены в хромосоме, тем более вероятным является
кроссинговер.
• Для близко расположенных генов кроссинговер менее
вероятен.
• Частота кроссинговера выражается в процентах
кроссоверных
(рекомбинантных)
генотипов,
полученных после анализирующего скрещивания

40.

• Частота кроссинговера (расстояние между
генами):
число кроссоверных
организмов
=
* 100%
общее число потомков
• Эта
частота
строго
пропорциональна
расстоянию между сцепленными генами и
измеряется в морганидах.
• 1
морганида
соответствует
1% рекомбинантных гамет или генотипов,
полученных при анализирующем скрещивании.

41.

По опытам Т. Моргана
• F1:
AaBb, Aabb, aaBb, aabb
41,5
8,5
8,5
41,5
некр. кросс. кросс. некр.
• Расстояние между генами =
8,5+8,5
* 100% = 17% = 17 М морганид
41,5+8,5+8,5+41,5
или сантиморганид (сМ)

42.

Факторы, влияющие
на частоту кроссинговера
• Температура – высокая и низкая температура повышает
частоту
• Рентгеновские лучи – повышают
• Возраст – снижает
• Мутагены – повышают или снижают
• Пол – у самцов дрозофилы кроссинговер не происходит, у
самцов млекопитающих интенсивность кроссинговера
незначительна
• Расстояние между генами
• Пищевые эффекты – Са и Mg могут повышать или
снижать
• Центромерные эффекты – гены в области центромеры
менее способны к кроссинговеру

43.

Значение кроссинговера
• Кроссинговер - широко распространенное явление.
Происходит практически у всех организмов, которые
размножаются половым путем
• Этот процесс является молекулярной основой
комбинативной изменчивости
• В результате рекомбинации генов могут появляться
новые полезные признаки и их сочетания. Поэтому
кроссинговер имеет большое значение для выживания
и размножения
• Этот процесс также увеличивает генетическое
разнообразие потомков, что очень важно для
приспособления и эволюции
• Определение частоты кроссинговера лежит в основе
картирования генов хромосом, то есть определения
места расположения разных генов в хромосоме

44.

Хромосомная теория Моргана показала, что существуют
определенные признаки, сцепленные с полом. Мушка, с
которой ученый проводил свои опыты, в норме имеет
красный цвет глаз, но в результате мутации этого гена в
популяции появились белоглазые особи, причем среди
них было гораздо больше самцов.
Ген, который отвечает за цвет глаз мушки, локализуется
на Х-хромосоме, на У-хромосоме его нет. То есть при
скрещивании самки, на одной Х-хромосоме которой есть
мутировавший ген, и белоглазого самца вероятность
наличия этого признака у потомства будет связана с
полом.

45.

Основные положения хромосомной
теории наследственности
• Гены расположены в хромосомах в линейном
порядке в определенных локусах. Аллельные
гены
занимают
одинаковые
локусы
в
гомологичных хромосомах.
• Гены расположенные в одной хромосоме,
образуют группу сцепления; число групп
сцепления равно гаплоидному набору хромосом.
• Между гомологичными хромосомами возможен
обмен аллельными генами (кроссинговер).
• Процент
кроссинговера
пропорционален
расстоянию между генами. 1 морганида – единица
расстояния – равна 1% кроссинговера.

46.

Картирование хромосом человека
• Зная расстояние между генами,
можно построить карту хромосом.
• Генетическая карта хромосомы
представляет собой отрезок прямой,
на котором схематично обозначен
порядок расположения генов и
указано расстояние между ними в
морганидах. Она строится на основе
результатов
анализирующего
скрещивания.
• Цитологическая карта хромосомы
представляет собой фотографию
или точечный рисунок хромосомы,
на
котором
отмечается
последовательность расположения
генов. Ее строят на основе
сопоставления
результатов
анализирующего скрещивания и
хромосомных перестроек.

47.

Картирование хромосом человека
• Картирование хромосом человека
связано
с
определенными
трудностями и производится с
использованием
методов
гибридизации соматических клеток
и ДНК. Для картирования генов
человека широко используются
методы
биотехнологии.
В
частности,
методы
клеточной
инженерии позволяют объединять
различные типы клеток. Слияние
клеток, принадлежащих к разным
биологическим видам, называется
соматической
гибридизацией.
Сущность
соматической
гибридизации
заключается
в
получении синтетических культур
путем
слияния
протопластов
различных видов организмов.

48.

• Для слияния клеток используют
различные физико-химические и
биологические
методы.
После
слияния протопластов образуются
многоядерные гетерокариотические
клетки. В дальнейшем при слиянии
ядер образуются синкариотические
клетки,
содержащие
в
ядрах
хромосомные
наборы
разных
организмов. При делении таких
клеток
in
vitro
образуются
гибридные клеточные культуры. В
настоящее
время
получены
и
культивируются клеточные гибриды
«человек × мышь», «человек ×
крыса» и многие другие.

49.

Примеры решения задач
на сцепленное наследование

50.

Примеры решения задач
на сцепленное наследование
Задача 1. Особь имеет генотип ВвСс, причем
кроссинговер между генами В и С составляет 20%.
Какие типы гамет и в каком процентном соотношении
может образовывать данная особь, если доминантные
гены В и С находятся в одной хромосоме?
РЕШЕНИЕ. Количество некроссинговерных гамет ВС
и вс будет 80%, т.е. по 40% на каждого сорта гамет
(ВС=вс=40%), на кроссинговерные гаметы Вс и вС,
соответственно, приходится по 10% на каждую.

51.

Примеры решения задач
на сцепленное наследование
Задача 2. Гены А, В, Д сцеплены. Расстояние между
генами А и Д – 5 морганид, между генами В и Д – 6
морганид, а между А и В – 11 морганид. Постройте
карту хромосомы.
РЕШЕНИЕ. Гены сцеплены, значит, находятся в одной
хромосоме, располагаются следующим образом:
А__________Д________________В
5 морганид
6 морганид

52.

Задачи для самостоятельного решения
Задача 1. У томатов высокий рост стебля доминирует над
карликовым, а шаровидная форма плода над грушевидной, гены
высоты стебля и формы плода сцеплены и находятся друг от друга
на расстоянии 20 морганид. Скрещено гетерозиготное по обоим
признакам растение с карликовым, имеющим грушевидные
плоды. Какое потомство следует ожидать от этого скрещивания?
Задача 2. Гладкая форма семян кукурузы доминирует над
морщинистой,
окрашенные
семена
доминируют
над
неокрашенными. Оба признака сцеплены. При скрещивании
кукурузы с гладкими окрашенными семенами с растением,
имеющим морщинистые неокрашенные семена, получено
потомство:
окрашенных гладких - 4152 особи,
окрашенных морщинистых - 149,
неокрашенных гладких - 152,
неокрашенных морщинистых - 4163.
Определите расстояние между генами.

53.

Задачи для самостоятельного решения
Задача 3. У крыс темная окраска шерсти доминирует
над светлой, розовый цвет глаз - над красным. Оба
признака сцеплены. В лаборатории от скрещивания
розовоглазых темно-шерстных крыс с красноглазыми
светлошерстными
получено
потомство:
светлых
красноглазых - 24, темных розовоглазых - 26, светлых
розовоглазых - 24, темных красноглазых - 25.
Определите расстояние между генами.
Задача 4. Гены А,В,С и Д составляют одну группу сцепления.
Расстояние между генами А и Д - 2 морганиды, между генами Д и
С - 5,5 морганиды, между генами С и В - 1,5 морганиды, а между
генами А и В - 6 морганид. Расположите гены в линейном порядке
на одной хромосоме.

54.

Спасибо за
внимание!
Наведите камеру телефона на QR код,
чтобы перейти на сайт университета
semeymedicaluniversity.kz на страницу
с данными о кафедре молекулярной
биологии и медицинской генетики
имени академика НАН РК Раисова Т.К.