Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов лечебного и педиатрического факультетов Ярославль 2009 Занятие №1 Тема занятия: «Закономерности наследования на организменном уровне. Моногибридное скрещивание»
Скачать 0.6 Mb.
|
| Тема занятия: «Закономерности наследования на организменном уровне. Дигибридное и полигибридное скрещивание. Сцепленное наследование признаков» ^ : - выявить особенности наследования признаков, контролируемых неаллельными генами; - рассмотреть особенности дигибридного и полигибридного скрещивания; - изучить закономерности сцепленного наследования, разобрать принцип построения генетических карт хромосом; - закрепить навыки в решении генетических задач. ^ 1. Дигибридное и полигибридное скрещивание. Третий закон Г. Менделя (условия выполнения, формулировка, цитогенетический анализ). Причины разнообразия гибридов второго поколения. 2. Формы взаимодействия неаллельных генов (комплементарность, эпистаз, полимерия), 3. Хромосомная теория наследственности. Хромосома как группа сцепления генов. Понятие о генетических картах хромосом. Механизмы, нарушающие сцепление генов. 4. Полное и неполное сцепление генов. Анализ дигибридного скрещивания в условиях полного и неполного сцепления генов. Генетический эффект кроссинговера. ^ В общей и медицинской генетике часто возникает необходимость в изучении одновременного наследования двух (дигибридное скрещивание) или более пар признаков (полигибридное скрещивание). Если эти признаки контролируются аллельными генами, то можно предположить существование двух форм наследования: независимого и сцепленного. Принципиальные отличия будут определяться расположением генов в хромосомах. При сцепленном наследовании обе пары аллельных генов располагаются в одной паре гомологичных хромосом. При независимом наследовании пары аллельных генов располагаются в разных парах гомологичных хромосом. Закономерности и механизмы независимого наследования были выявлены и сформулированы Г.Менделем. ^ «При скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся двумя парами альтернативных признаков, в первом поколении наблюдается единообразие по генотипу и фенотипу, а при скрещивании гибридов первого поколения во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу 9:3:3:1, и при этом возникают организмы с комбинациями признаков, не свойственных родительским формам». Условия выполнения закона: 1. Каждый признак контролируется парой аллельных генов. 2. Форма взаимодействия аллельных генов - полное доминирование 3. Пары аллельных генов располагаются в разных парах гомологичных хромосом. Причины разнообразия гибридов: - независимое расхождение негомологичных хромосом в анафазу 1 мейоза приводит к образованию гамет с различными комбинациями неаллельных генов; - случайное слияние гамет при оплодотворении приводит к различным комбинациям генов в генотипах потомков. ^ Работа 1. Решение задач 1 . В семье, где родители хорошо слышали и имели один прямые волосы, а другой - вьющиеся, родился глухой ребенок с прямыми волосами. Их второй ребенок хорошо слышал и имел вьющиеся волосы. Какова вероятность дальнейшего появления глухих детей с вьющимися волосами в семье, если известно, что ген вьющихся волос доминирует над геном прямых, а глухота - рецессивный признак. Пары признаков наследуются независимо друг от друга, 2. У собак черный цвет шерсти доминирует над кофейным, а короткая шерсть над длинной. Обе пары генов находятся в разных парах хромосом. Охотник купил собаку черную с короткой шерстью и хочет быть уверен, что она не несет генов кофейного цвета и длинной шерсти. Какого партнера по фенотипу и генотипу надо подобрать для скрещивания, чтобы проверить генотип купленной собаки? 3. Полидактилия, близорукость и отсутствие малых коренных зубов наследуются как доминантные аутосомные признаки. Гены всех трех признаков находятся в разных парах хромосом. Какова вероятность рождения детей без аномалий в семье, где оба родителя страдают всеми тремя недостатками, но гетерозиготны по всем парам генов? ^ Сцеплением генов (термин Т.Моргана) называют совместное наследование генов, ограничивающее их свободное комбинирование. Материальной основой сцепления гена является хромосома. Гены, локализованные в одной гомологичной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются целой группой (совместно). В том случае, если гены передаются постоянно вместе (сцеплено), то говорят о полном сцеплении. На рис.l представлена схема классического опыта Т. Mopганa по наследованию сцепленных признаков у дрозофилы. Доминантными признаками являются серая окраска и нормальные крылья. Гены, отвечающие за указанные признаки, локализованы в одной группе сцепления. Родительские организмы (Р) по доминантному признаку имеют гомозиготный генотип. Проведите цитогенетический анализ скрещивания дрозофил и дайте обоснованный ответ о причине расщепления гибридов F2. P  :G: F1: G: F2: Рис.1 Сцепленное наследование признаков Задача. Катаракта и полидактилия у человека обусловлены доминантными аутосомными тесно сцепленными генами. Однако, сцепленными могут быть необязательно гены указанных аномалий, но и ген катаракты с геном нормального строения кисти и наоборот. Женщина унаследовала катаракту от своей матери, а полидактилию от отца. Ее муж нормален в отношении обоих признаков. Какие признаки можно ожидать у их детей? Возможно ли одновременное появление катаракты и полидактилии? ^ Сцепленное наследование генов может быть нарушено; в этом случае говорят о неполном сцеплении генов. Одной из причин, нарушающей совместное наследование генов, локализованных в одной хромосоме, является кроссинговер. На рис.2 показаны результаты опытов Т.Моргана, которые позволили выявить факт кроссинговера и его значение в фенотипическом разнообразии потомков. Проведите цитогенетический анализ скрещивания дрозофил и дайте обоснованные ответы. Родительские организмы (Р) по доминантному признаку имеют гомозиготный генотип. 1.Какие типы гамет образует самка F1? 2. Какие причины приводят к фенотипическому разнообразию гибридов второго поколения? 3. Какое может быть численное соотношение различных фенотипов гибридов второго поколения?  P: G: F1: G: F2: Рис. 2 Неполное сцепление генов Работа 4. Влияние взаимодействия неаллельных генов на формирование признаков Генотип организма не следует рассматривать как простую сумму независимых генов, каждый из которых выполняет свою, не связанную с действием других генов, функцию. Большинство фенотипических признаков у организма формируется в результате взаимодействия различных неаллельных генов, при этом значительное влияние на формирование признака может оказывать окружающая среда. В ходе исторического формирования генофонда любого вида возникли различные формы взаимодействия неаллельных генов. Для всех эукариот характерны следующие основные формы взаимодействия генов: комплементарность, эпистаз, полимерия. ^ 1. Интерферон человека (белок, неспецифический фактор иммунитета) содержит две полипептидные цепи, которые кодируют гены, расположенные в 2-й и 5-й аутосомах. Определите вероятность рождения ребенка, неспособного синтезировать интерферон, в семье, где оба родителя гетерозиготны по указанным генам. Какая форма взаимодействия генов имеет место в данном случае? 2. При скрещивании черных мышей (ААЬЬ) с альбиносами (aaBB) всё первое поколение (АаВЬ) имеет окраску агути, обусловленную зональным распределением пигмента по волосу. Какие соотношения потомков можно ожидать во втором поколении (мыши с генотипом aabb будут альбиносами)? Как называется наследование признаков подобного типа? * * * * * ^ Решение задач. 1. У человека близорукость доминирует над нормальным зрением, а карие глаза над голубыми. Единственный ребенок близоруких кареглазых родителей имеет голубые глаза и нормальное зрение. Определите генотипы всех трех членов семьи. 2. Рост человека контролируется несколькими парами неаллельных генов, которые взаимодействуют по типу полимерии. Предположим, что Признак контролируется тремя парами генов. Самые низкорослые люди имеют все рецессивные гены и рост 150 см, самые высокие - все доминантные гены и рост 80 см. Низкорослая женщина вышла замуж за мужчину среднего роста. У них было четверо детей, которые имели рост 165 см, 160 см, 155 см и 150 см. Определите генотипы родителей и их рост. 3. Родительские организмы имеют следующие генотипы: Р: ♀ AaBbCCDd x ♂ aaDDCcDd Расположите гены в хромосомах, если гены А и В находятся в одной группе сцепления, а гены С и D - в другой. Какие гаметы образует каждая особь, если явление кроссинговера не наблюдается? Какие генотипы возможны в потомстве? 4. Если допустить, что гены W и S сцеплены, и частота кроссинговера между ними составляет 20%, то какие гаметы и в каком соотношении 6удет образовывать дигетерозиготная особь? 5. Глаукома взрослых наследуется несколькими путями. Одна форма определяется доминантным аутосомным геном, другая - рецессивным аутосомным геном, несцепленным с предыдущим. Какова вероятность рождения ребенка с аномалией в случае, если оба родителя гетерозиготны 110 обеим парам патологических генов? 6. У человека нормальный слух определяется комплементарными доминантными генами, расположенными в разных парах хромосом, а один из видов врожденной глухоты - рецессивными аллелями этих генов. В двух семьях, где родители страдали глухотой, все дети имели нормальный слух. Напишите генотипы родителей и детей. Каких детей можно ожидать от брака хорошо слышащих потомков из семей глухонемых родителей. ^ 1. Сохраняются ли в силе законы моногибридного скрещивания (единообразия и расщепления) при дигибридном скрещивании? 2. Как можно рассчитать соотношение фенотипов во втором поколении при ди- и полигибридном скрещивании? 3. При дигибридном скрещивании в потомстве появились особи двух фенотипов в соотношении 1: 1. Какая причина могла к этому привести? 4. Имеются два разных дигетерозиготных организма с генотипами АаВЬ; один из них образует два типа гамет в соотношении 1: 1, а другой - четыре типа гамет в соотношении 1: 1: 1: 1 (т.е. по 25% каждого типа). В чем может быть причина этого различия? 5. В классическом варианте Ш-го закона Г.Менделя гибриды F1 (генотип АаВЬ) образуют четыре типа гамет. Такое же количество типов гамет образуют дигетерозиготные организмы при неполном сцеплении генов. Будет ли какая-нибудь разница в количественном соотношении гамет в этих вариантах? 6. Приведите примеры различных типов кроссинговера. 7. Что необходимо знать для построения генетических карт хромосом? * * * * * ПЕРЕЧЕНЬ аннотированных учебных элементов Альбинизм - аутосомно-рецессивное заболевание, обусловленное неспособностью клеток образовывать меланин. Кожа больных имеет белесоватый цвет, волосы очень светлые. Вследствие отсутствия пигмента в радужной оболочке просвечивают кровеносные сосуды глаза, поэтому глаза имеют красновато-розовый цвет. У больных отмечена повышенная чувствительность к солнечным лучам. ^ - полный набор генов данного вида, полученный в составе рекомбинантных ДНК. Рекомбинантная ДНК - молекула ДНК «собранная» in vitro при использовании сегментов ДНК из двух различных организмов. Ген-супрессор - ген, подавляющий действие других неаллельных генов. ^ – графическое изображение последовательного расположения генов в хромосоме с указанием расстояния между ними. Катаракта - помутнение хрусталика глаза. Комплементарность - форма взаимодействия неаллельных генов, при которой два доминантных (взаимодополняющих, комплементарных) гена вместе оказывают влияние на формирование одного признака. ^ - единица расстояния между генами в одной группе сцепления. Неаллельные гены - гены, расположенные в одной группе сцепления; или гены, расположенные в разных локусах гомологичных хромосом; или гены, расположенные в негомологичных хромосомах. Полидактилия - увеличение количества пальцев на кистях и (или) на стопах. ^ - форма взаимодействия неаллельных генов, при которой степень развития одного признака зависит от количества доминантных генов в генотипе. ^ - гены, локализованные в одной хромосоме, образуют группу сцепления. Количество групп сцепления у вида соответствует количеству аутосом в гаплоидном наборе плюс половые хромосомы. У человека 24 группы сцепления (22 аутосомы + Х-хромосомы и Y - хромосома). ^ - совместное наследование (передача потомкам) генов, локализованных в одной группе сцепления. Различают полное и неполное сцепление. Причины, нарушающие сцепленное наследование генов - кроссинговер и хромосомные мутации. Эпистаз - форма взаимодействия неаллельных генов, при которой ген-супрессор подавляет действие других генов. Различают доминантный и рецессивный. * * * * * Рекомендуемая литература: 1. Биология под редакцией В.Н.Ярыгина. В 2-х кн. М., Высшая школа, 2006. -кн.I,с.115-117, 142-145, 158-163, 202-207, 228-239. 2. Лекционный материал Темы учебно-исследовательской работы студентов: 1. Хромосомная теория наследственности Т.Моргана и ее современное состояние. 2. Генетические карты хромосом человека: методы составления и медицинские перспективы. * * * * * Занятие №3 Тема занятия: « Взаимодействие средовых и генетических факторов в развитии признаков человека» ^ - разобрать влияние средовых факторов на формирование признаков человека; - определить роль генетических и средовых факторов на количественную и качественную специфику проявления генов; - рассмотреть механизмы регуляции формирования пола; - изучить особенности наследования генов, сцепленных с половыми хромосомами. ^ 1. Влияние факторов среды на формирование и степень выраженности признака. 2. Количественная и качественная специфика проявления генов: пенетрантность, экспрессивность, плейотропия. Генокопии. Особенности проявления доминантных патологических генов. 3. Генетический полиморфизм - основа индивидуальных реакций на воздействия факторов среды. Множественный аллелизм как фактор, способствующий генетическому полиморфизму. 4. Генетика пола. Генетические механизмы детерминации пола. 5. Понятие об истинном и ложном гермафродитизме. Нарушения формирования пола у человека. 6. Особенности Х-сцепленного и голандрического наследования. Ограниченное полом наследование. 7. Наследование групп крови по системе АВО и резус-фактора. Условия возникновения и сущность резус-конфликта. Самостоятельная аудиторная работа студентов Работа 1. Наследование групп крови по системы АВО и резус-фактора. Открытие К.Ландштейнером (Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1930) групп крови оказалась значимым событием в биологии и медицине, поскольку группы крови учитывают не только при ее переливании, но и в медицинской генетике, акушерстве, судебной медицине, при трансплантации органов. В форменных элементах крови человека, кроме антигенов системы АВО и резус-фактора, изучены более 70 других (Келл, Даффи, Льюис, MN и др.). Распределение этих антигенов среди людей таково, что двух идентичных особей, за исключением монозиготных близнецов, нет. Наличие в крови того или иного антигена определяется известной формулой: один ген - один антиген, при этом имеет место независимое наследование этих антигенов. ^
Задачи. 1. В семье родились четыре мальчика, и все они имеют разные группы крови по системе АВО. Определите генотипы родителей. 2. Во время беременности у женщины был резус-конфликт. Ребенок имеет IV (АВ) группу крови. Определите возможные группы крови родителей и их генотипы по резус-фактору. ^ Биологическая детерминация пола контролируется генетическими и негенетическими факторами. К генетическим факторам относят гены, локализованные как в половых хромосомах, так и в аутосомах. Мутации этих генов могут привести к несоответствию генетического и фенотипического пола, а также к возникновению различных форм гермафродитизма у человека. Негенетическими факторами являются гормоны, которые образуются в яичниках и семенниках и влияют на формирование органов мужской и женской половой системы. При этом большое значение имеет наличие функционально активных рецепторов, через которые гормоны реализуют свое действие. Используя учебные пособия и лекционный материал, заполните таблицу. ^
Работа 3. Решение задач 1. У человека классическая гемофилия наследуется как сцепленный с X-хромосомой рецессивный признак. Альбинизм обусловлен аутосомным рецессивным геном. У супружеской пары, нормальной по этим признакам, родился сын с обеими аномалиями. Какова вероятность того, что у второго сына в этой семье проявятся также обе аномалии одновременно? 2. Гипертрихоз ушной раковины передается через У-хромосому, а полидактилия - как доминантный аутосомный признак. В семье, где отец имел гипертрихоз, а мать - полидактилию, родилась нормальная в отношении обоих признаков дочь. Какова вероятность того, что следующая дочь в этой семье также будет без обеих аномалий? 3. У родителей со II (А) группой крови родился сын с I (О) группой крови и больной гемофилией. Оба родителя не страдают этой болезнью. Определите вероятность рождения второго сына здоровым и его возможные группы крови. Гемофилия наследуется как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой признак. 4. Подагра определяется доминантным аутосомным геном. По некоторым данным, пенетрантность гена у мужчин составляет 20%, а у женщин она равна нулю. Какова вероятность заболевания детей подагрой в семье гетерозиготных родителей? * * * * * ^ Решение задач. 1. Перед судебно-медицинской экспертизой поставлена задача: выяснить является ли мальчик, имеющийся в семье супругов Р., родным или приемным. Исследование крови мужа, жены и ребенка показало: жена Rh (-), АВ (IY) группа кропи, муж - Rh(-), О (I) группа крови, ребенок Rh (+), О (1) группа крови. Какое заключение должен дать эксперт, и на чём оно основано? 2. Потемнение зубов может определяться двумя доминантными генами, один из которых расположен в аутосоме, другой - в Х-хромосоме. В семье родителей, имеющих темные зубы, родились дочь и сын с нормальным цветом зубов. Определите вероятность рождения в этой семье следующих детей без аномалий. Удалось установить, что темные зубы матери обусловлены лишь геном, сцепленным с Х-хромосомой, а темные зубы отца - ayтocoмным геном, по которому он гетерозиготен. 3. В семье, где жена имеет I группу крови, а муж - IY, родился сын дальтоник с III группой крови. Оба родителя различают цвета нормально. Определите вероятность рождения здорового сына и его возможные группы крови. Дальтонизм наследуется как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой признак. 4. Кареглазая женщина, обладающая нормальным зрением, отец которой имел голубые глаза и страдал цветовой слепотой, выходит замуж за голубоглазого мужчину, имеющего нормальное зрение. Какого потомства можно ожидать от этого брака, если известно, что ген карих глаз наследуется как аутосомный доминантный признак, а ген цветовой слепоты рецессивный и сцеплен с Х-хромосомой? 5. Одна из форм агаммаглобулинемии наследуется как аутосомно-рецессивный признак, другая - как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой. Определите вероятность рождения больных детей в семье, где известно, что мать гетерозиготна по обеим парам генов, а отец здоров и имеет лишь доминантные гены анализируемых аллелей. 6. Арахнодактилия («паучьи пальцы») наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Отсутствие верхних резцов наследуется как сцепленный с Х-хромосомой рецессивный признак с полной пенетрантностью. Определите вероятность проявления у детей обеих аномалий одновременно в семье, где мать гетерозиготна по генам обоих пар, а отец имеет нормальные признаки. ^
3. Приведите примеры (общебиологические и медицинские), когда факторы среды влияют на возникновение признака и степень его выраженности. 4. Чем можно объяснить неполную пенетрантность гена? 5. Какие причины приводят к генетическому полиморфизму особей? 6. Какое значение имеет генетический полиморфизм в медицинской практике? 7. При каком кариотипу человека невозможно определить генетический пол и условно этот организм можно назвать бесполым? 8. Какие причины могут привести к несоответствию генетического и фенотипического пола у человека? 9. Врач предполагает у больного синдром тестикулярной феминизации. Каким образом можно подтвердить диагноз? 10. В чем заключается разница между голандрическим наследованием и наследованием ограниченным полом? 11. Какие формы взаимодействия генов имеют место при наследовании групп крови по системе АВО? 12. Почему резус-конфликт может возникнуть при браке Rh (+) мужчины и Rh (-) женщины, а не наоборот? * * * * * ПЕРЕЧЕНЬ аннотированных учебных элементов Агаммаглобулинемия - отсутствие или резкое снижение содержания в плазме крови белков гамма-глобулинов, которые участвуют в иммунных реакциях организма. ^ - необычно тонкие и длинные пальцы кистей рук. Генетический пол - определяется наличием в соматических клетках определенных половых хромосом. ^ - многообразие генотипов особей одного вида. Генокопии - различные генетические нарушения (генные мутации), приводящие к развитию одинакового признака. Гермафродитизм - биологическое явление, когда одна и та же особь образует и мужские, и женские половые клетки. У человека гермафродитизм - результат нарушения развития половой системы. Истинный гермафродитизм (встречается крайне редко) характеризуется наличием в организме одновременно мужских и женских гонад и обусловлен хромосомными мутациями. При ложном гермафродитизме имеются гонады только одного пола, но наружные половые органы недоразвиты настолько, что их вид напоминает органы другого пола. ^ - особь мужского или женского пола, образующая гаметы двух типов отличающиеся половыми хромосомами. Гипертрихоз - избыточный рост волос. Гонады - органы половой системы, в которых образуются гаметы (яичники и семенники). ^ - признаки гены, которых локализованы в аутосомах, но проявляют себя различно в зависимости от пола. Пенетрантность - способность гена проявить свое действие в фенотипе. Выражается в виде процентного отношения количества организмов, у которых данный ген фенотипически проявляется к общему числу организмов, имеющих этот ген. Если ген проявляется в фенотипе у всех его носителей, то пенетрантность гена равна 100% (полная пенетрантность). Плейотропия - множественное действие гена, влияние одного гена на возникновение нескольких признаков. Подагра - наследственное заболевание, обусловленное нарушением обмена мочевой кислоты, в результате происходит отложение ее солей в различных тканях (почках, суставах и др.). ^ – количественный показатель численности мужских и женских особей в популяции. Различают первичное (обусловлено гетерогаметностью одного из полов), вторичное (на момент выхода из яйцевых или плодных оболочек) и третичное (к моменту полового созревания) соотношение полов. ^ - характеризуется развитием определенных наружных половых органов и вторичных половых признаков. Экспрессивность - качественный показатель фенотипического проявления гена, характеризует степень выраженности признака. Рекомендуемая литература: 1. Биология / Под редакцией В.Н.Ярыгина. В 2-х кн. М., Высшая школа, 2006. – кн.1, с. 156-157, 159-160, 13-197, 212-218. 2. Лекционный материал Темы учебно-исследовательской работы студентов: 1. Генетические механизмы контроля формирования пола у человека 2. Истинный и ложный гермафродитизм у человека. 3. Генетических полиморфизм в популяциях людей. 4. Взаимодействие наследственных и средовых факторов при формировании патологических процессов. 5. Эволюция полового диморфизма. * * * * * Занятие №4 |
Похожие:
 | З. Р. Аликова – профессор кафедры общественного здоровья и здравоохранения докт мед наук | | |
| Учебно-методическое пособие предназначено как для индивидуальной самостоятельной работы студентов физического факультета юфу под... | | |
| Фгаоу впо «Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова», главный внештатный эндокринолог мз рс(Я) | | Рецептура в алгоритмах – учебное пособие для аудиторной и самостоятельной работы студентов по разделу «Общая рецептура», предназначено... |
| Яковлев В. Н., Синицын С. Н., Щербакова Т. Е. Диалектика как учение о развитии и познании. Учебно-методическое пособие по философии... | | Пособие составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом и включает задания и упражнения для самостоятельной... |
| Методические указания предназначены для руководителей производственной практики, студентов 4 курса лечебного и педиатрического факультетов... | | Учебно-методическое пособие для студентов лечебного и медико-диагностического факультетов |