Sections: La biologie

Objectifs de la leçon

1. Familiariser les étudiants avec les formes de variabilité héréditaire, leurs causes et leurs effets sur l'organisme. Développer chez les écoliers la capacité de classer les formes de variabilité et de les comparer entre elles ; donner des exemples illustrant la manifestation de chacun d'eux ;
2. Développer les connaissances sur les types de mutations ;
3. Formuler la loi des séries homologiques et expliquer sa signification ;
4. Convaincre les lycéens que le processus de mutation est très important pour l'évolution du monde organique et le travail de sélection humaine.

Démonstrations

• Schéma des différents types de mutations chromosomiques.
• Schéma de polyploïdisation.
• Séries homologues en variabilité héréditaire.

Termes Variabilité génotypique, mutation, mutations génétiques, mutations génomiques, mutations chromosomiques :

• inversion;
• effacement;
• reproduction;
• translocation.

Tâches pour les étudiants :

1. Formuler la loi des séries homologiques et donner des exemples.
2. Faites connaissance avec la biographie de N.I. Vavilov et connaît ses principales découvertes scientifiques.
3. Faire un tableau "Formes de variabilité"

Travail de façade

1. Qu'étudie la génétique ?
2. Que signifie le terme hérédité ? - variabilité ?
3. Quelles formes de variabilité connaissez-vous ?
4. Que signifie la norme de réaction ?
5. Quels sont les modèles de variabilité des modifications ?
6. Comment les conditions changeantes affectent-elles les caractéristiques quantitatives et qualitatives ? Donne des exemples
7. Qu'est-ce qu'une norme de réaction ? Pourquoi la diversité des traits qualitatifs dépend-elle dans une faible mesure de l'influence des conditions environnementales ?
8. Quelle est la signification pratique en agriculture des normes de réaction des animaux et des plantes ?

Travail individuel sur ordinateur - travail de test

Remplissez le schéma :

Les étudiants travaillent sur des ordinateurs avec l'application 1. (Pendant la leçon, les tâches 1 à 5 sont terminées).

1. Apprendre du nouveau matériel

Le concept de variabilité héréditaire inclut la variabilité génotypique et cytoplasmique. Le premier est divisé en mutationnel, combinatoire et corrélatif. La variabilité combinatoire se produit lors du croisement, de la divergence indépendante des chromosomes lors de la méiose et de la fusion aléatoire des gamètes lors de la reproduction sexuée. La variabilité mutationnelle comprend les mutations génomiques, chromosomiques et génétiques. Le terme mutation a été introduit dans la science par G. de Vries. Sa biographie et ses principales réalisations scientifiques se trouvent dans la section. Les mutations génomiques sont associées à l'émergence de polyploïdes et d'aneuploïdes. Les mutations chromosomiques sont déterminées par des modifications interchromosomiques - translocation ou réarrangements intrachromosomiques : délétion, duplication, inversion. Les mutations génétiques s'expliquent par des modifications dans la séquence des nucléotides : augmentation ou diminution de leur nombre (délétion, duplication), insertion d'un nouveau nucléotide ou rotation d'une section au sein d'un gène (inversion). La variabilité cytoplasmique est associée à l'ADN, présent dans les plastes et les mitochondries de la cellule. La variabilité héréditaire des espèces et genres apparentés obéit à la loi des séries homologiques de Vavilov.

La modification de la variabilité reflète les changements dans le phénotype sans affecter le génotype. Le contraire est une autre forme de variabilité - génotypique ou mutationnelle (selon Darwin - héréditaire, indéfinie, individuelle), modifiant le génotype. La mutation est une modification héréditaire permanente du matériel génétique.

Les changements individuels dans le génotype sont appelés mutation.

Le concept de mutation a été introduit dans la science par le Néerlandais de Vries. Les mutations sont des changements héréditaires qui conduisent à une augmentation ou une diminution de la quantité de matériel génétique, à une modification des nucléotides ou de leur séquence.

Classification des mutations

• Mutations par nature de manifestation : Dominante, récessive.
• Mutations selon le lieu de leur apparition : somatique, générative.
• Mutations selon la nature de leur apparition : spontanées, induites.
• Mutations selon la valeur adaptative : bénéfique, nuisible, neutre. (Mortel, semi-mortel.)

La plupart des mutations qui surviennent sont récessives et défavorables à l’organisme, pouvant même entraîner sa mort. En combinaison avec un gène allélique dominant, les mutations récessives ne se manifestent pas de manière phénotypique. Des mutations se produisent dans les cellules germinales et somatiques. Si des mutations se produisent dans les cellules germinales, on les appelle génératif et apparaissent dans la génération qui se développe à partir des cellules germinales. Les changements dans les cellules végétatives sont appelés mutations somatiques. De telles mutations entraînent une modification du caractère d'une partie seulement de l'organisme qui se développe à partir des cellules modifiées. Chez les animaux, les mutations somatiques ne sont pas transmises aux générations suivantes, puisqu'un nouvel organisme ne naît pas de cellules somatiques. C'est différent chez les plantes : dans les cellules hybrides d'organismes végétaux, la réplication et la mitose peuvent se produire dans différents noyaux de manières légèrement différentes. Au cours d'une série de générations de cellules, des chromosomes individuels sont perdus et certains caryotypes sont sélectionnés et peuvent persister pendant plusieurs générations.

Il y a plusieurs types de mutations par niveau d'occurrence :

1. Mutations génomiques - modifications de la ploïdie, c'est-à-dire le nombre de chromosomes (aberrations chromosomiques numériques), particulièrement fréquent chez les plantes ;
2. Mutations chromosomiques - modifications de la structure des chromosomes (aberrations chromosomiques structurelles) ;
3. Les mutations génétiques sont des changements dans des gènes individuels ;

Mutations génomiques

La polyploïdie est une augmentation multiple du nombre de chromosomes.
L'aneuploïdie est la perte ou l'apparition de chromosomes supplémentaires suite à un trouble de la méiose.

Ils surviennent en raison de modifications du nombre ou de la structure des chromosomes. Des modifications de la ploïdie sont observées lorsque la ségrégation des chromosomes est perturbée.

Maladies chromosomiques

• Mutations génératives
• XXY; XYU - Syndrome de Klinefelter.
• XO - Syndrome de Shershevsky-Turner.

Mutations autosomiques

• Syndrome de Patau (chromosome 13).
• Syndrome d'Edwards (chromosome 18).
• Syndrome de Down (sur le chromosome 21).

Le syndrome de Klinefelter.

XXY et XXXY – syndrome de Klinefelter. Fréquence d'apparition 1:400 – 1:500. Caryotype – 47, XXY, 48, XXXY, etc. Phénotype masculin. Type de corps féminin, gynécomastie. Bras et jambes grands et relativement longs. Cheveux peu développés. L'intelligence est réduite.

Syndrome de Sherchevski-Turner

X0 – Syndrome de Shereshevsky-Turner (monosomie X). La fréquence d’apparition est de 1 : 2 000 à 1 : 3 000. Caryotype 45,X. Le phénotype est féminin. Signes somatiques : hauteur 135 – 145 cm, pli cutané en forme d'aile sur le cou (de l'arrière de la tête à l'épaule), oreilles basses, sous-développement des caractères sexuels primaires et secondaires. Dans 25 % des cas, il existe des malformations cardiaques et des anomalies rénales. L'intelligence est rarement affectée.

Syndrome de Patau - La trisomie sur le chromosome 13 (syndrome de Patau) se retrouve chez les nouveau-nés avec une fréquence d'environ 1 : 5 000 à 1 : 7 000 et est associée à un large éventail de défauts de développement. La SP se caractérise par de multiples malformations congénitales du cerveau et du visage. Il s'agit d'un groupe de troubles précoces de la formation du cerveau, des globes oculaires, des os du cerveau et des parties faciales du crâne. La circonférence du crâne est généralement réduite. Le front est incliné, bas ; les fentes palpébrales sont étroites, l'arête du nez est enfoncée, les oreilles sont basses et déformées. Un signe typique de SP est une fente labio-palatine.

Le syndrome de Down est une maladie causée par une anomalie de l'ensemble des chromosomes (modifications du nombre ou de la structure des autosomes), dont les principales manifestations sont un retard mental, l'apparence particulière du patient et des malformations congénitales. L’une des maladies chromosomiques les plus courantes survient avec une fréquence moyenne de 1 nouveau-né sur 700. Un pli transversal se retrouve souvent sur la paume

Mutations chromosomiques

Il existe plusieurs types de mutations chromosomiques associées à des modifications de la structure des chromosomes :

• suppression - perte d'une section d'un chromosome;
• duplication - doublement d'une section chromosomique;
• inversion - rotation d'une section de chromosome de 180 degrés ;
• translocation - transfert d'une section de chromosome vers un autre chromosome.
• transposition - mouvement dans un chromosome.

Les délétions et les duplications modifient la quantité de matériel génétique. Ils apparaissent phénotypiquement en fonction de la taille des régions chromosomiques correspondantes et du fait qu'elles contiennent ou non des gènes importants. Les duplications peuvent donner naissance à de nouveaux gènes. Lors des inversions et des translocations, la quantité de matériel génétique ne change pas, mais son emplacement change. De telles mutations jouent également un rôle important, car le croisement de mutants avec les formes originales est difficile et leurs hybrides F1 sont le plus souvent stériles.

Suppressions. Chez l'homme, suite à la suppression :

• Syndrome de Wolf - une région est perdue sur le gros chromosome 4 -
• Syndrome du «cri du chat» - avec délétion du chromosome 5. Cause : mutation chromosomique ; perte d'un fragment de chromosome dans la 5ème paire.
  Manifestation : développement anormal du larynx, cris félins dans la petite enfance, retard du développement physique et mental

Inversions

• Il s'agit d'une modification de la structure d'un chromosome provoquée par une rotation de 180° d'une de ses sections internes.
• Chrosomique similaire le réarrangement est une conséquence de deux cassures simultanées dans un chromosome.

Translocations

• Lors de la translocation, des sections de chromosomes non homologues sont échangées, mais le nombre total de gènes ne change pas.

Remplacement des socles

1. phénylcétonurie. Manifestation : dégradation altérée de la phénylalanine ; Ceci est responsable de la démence causée par l’hyperphénylalaninémie. Avec un régime alimentaire prescrit et suivi en temps opportun (nutrition, déplétion en phénylalanine) et l'utilisation de certains médicaments, les manifestations cliniques de cette maladie sont pratiquement absentes.
2. l'anémie falciforme.
3. Le syndrome de Morphan.

Génétique Les mutations (ponctuelles) sont associées à des changements dans la séquence nucléotidique. Le gène normal (caractéristique du type sauvage) et les gènes mutants qui en découlent sont appelés allèles.

Lorsque des mutations génétiques se produisent, les changements structurels suivants se produisent :

Mutation génétique

Par exemple, l’anémie falciforme est le résultat d’une substitution d’une seule base dans la chaîne B de la globine sanguine (l’adénine est remplacée par la thymine). Lors de la suppression et de la duplication, la séquence des triplets est décalée et des mutants avec un « décalage de trame » apparaissent, c'est-à-dire déplacements des frontières entre les codons - à partir du lieu de mutation, tous les acides aminés suivants changent.

Structure primaire de l'hémoglobine chez les patients sains (1) et drépanocytaires (2).

1. - val-gis-ley-tre – pro-surabondance. k-ta- glu-liz
2. - val-gis-ley-tre – valine-glu-liz

Mutation du gène bêta-hémoglobine

Syndrome de Morphane

La forte libération d'adrénaline caractéristique de la maladie contribue non seulement au développement de complications cardiovasculaires, mais également à l'émergence chez certains individus d'un courage et d'un talent mental particuliers. Les options de traitement sont inconnues. On pense que Paganini, Andersen, Chukovsky l'avaient

Hémophilie

Les mutagènes sont des facteurs qui provoquent des mutations : biologiques, chimiques, physiques.

Le taux de mutation peut être augmenté expérimentalement. Dans des conditions naturelles, les mutations se produisent lors de changements brusques de température, sous l'influence du rayonnement ultraviolet et pour d'autres raisons. Cependant, dans la plupart des cas, les véritables causes des mutations restent inconnues. Actuellement, des méthodes ont été développées pour augmenter le nombre de mutations par des moyens artificiels. Pour la première fois, une forte augmentation du nombre de changements héréditaires survenant sous l'influence des rayons X a été obtenue.

• Facteurs physiques (divers types de rayonnements ionisants, rayonnements ultraviolets, rayons X)
• Facteurs chimiques (insecticides, herbicides, plomb, drogues, alcool, certains médicaments et autres substances)
• Facteurs biologiques (virus de la variole, varicelle, oreillons, grippe, rougeole, hépatite, etc.)

Eugénisme.

L'eugénisme est la science visant à améliorer la race de l'humanité.

L'eugénisme traduit du grec signifie la naissance du meilleur. Cette science controversée cherche des moyens d'améliorer les qualités héréditaires d'une personne en utilisant des principes génétiques. Il lui a toujours été difficile de rester une science pure : son développement a été suivi de près par la politique, qui en a disposé à sa manière.

Dans l'ancienne Sparte, la sélection des personnes était effectuée de manière plus radicale, détruisant les bébés qui n'avaient pas les qualités physiques nécessaires à un futur guerrier. Le père de l’eugénisme, qui l’a posé sur une base scientifique, était Francis Galton en 1869. Après avoir analysé les pedigrees de centaines de personnes talentueuses, il est arrivé à la conclusion : les capacités de génie sont héritées.

Aujourd’hui, l’eugénisme vise à éradiquer les maladies héréditaires de la race humaine. Toute espèce biologique sera sur le point de disparaître si son existence entre en conflit avec la nature. Près de la moitié de chaque millier de nouveau-nés naissent avec une pathologie héréditaire. Dans le monde, 2 millions de ces enfants naissent chaque année. Parmi eux, 150 000 sont atteints du syndrome de Down. Tout le monde sait depuis longtemps qu'il est plus facile d'empêcher la naissance d'un enfant que de lutter contre les maladies. Mais de telles opportunités ne sont apparues qu’à notre époque. Le diagnostic prénatal et le conseil génétique aident à résoudre le problème de la faisabilité de l'accouchement.

Les possibilités modernes de conseil génétique médical permettent de déterminer le risque de maladies héréditaires lors de la planification d'une grossesse.

Nikolaï Ivanovitch Vavilov

Nikolai Ivanovich Vavilov (1887-1943) - botaniste, généticien, sélectionneur de plantes et géographe russe. Formulé la loi des séries homologiques de variabilité héréditaire. Créé la doctrine des centres d'origine des plantes cultivées.

Le scientifique russe N.I. Vavilov a établi un modèle important, connu sous le nom de loi des séries homologiques dans la variabilité héréditaire : les espèces et les genres génétiquement proches (liés les uns aux autres par l'unité d'origine) sont caractérisés par des séries similaires dans la variabilité héréditaire. Sur la base de cette loi, il est possible de prédire la présence de changements similaires dans des espèces et des genres apparentés. Il a dressé un tableau des séries homologiques dans la famille

céréales Ce modèle se manifeste également chez les animaux : par exemple, chez les rongeurs, il existe des séries homologues de couleurs de pelage.

Loi des séries homologiques

Étudier la variabilité héréditaire des plantes cultivées et de leurs ancêtres N.I. Vavilov a formulé la loi des séries homologiques : « Les espèces et les genres génétiquement proches sont caractérisés par des séries similaires de variabilité héréditaire avec une telle régularité que connaissant la série de formes au sein d'une espèce, on peut prédire la présence de formes parallèles dans d'autres espèces et genres. .»

En prenant l'exemple de la famille des céréales, Vavilov a montré que des mutations similaires se retrouvent chez plusieurs espèces de cette famille. Ainsi, la coloration noire des graines se retrouve dans le seigle, le blé, l'orge, le maïs et autres, à l'exception de l'avoine, de l'agropyre et du millet. Toutes les espèces étudiées ont une forme de grain allongée. Des mutations similaires se produisent également chez les animaux : albinisme et manque de poils chez les mammifères, poils courts chez les bovins, les moutons, les chiens et les oiseaux. La raison de l'apparition de mutations similaires est l'origine commune des génotypes.

Ainsi, la découverte de mutations chez une espèce donne lieu à la recherche de mutations similaires chez des espèces végétales et animales apparentées.

Loi des séries homologiques

1. Quelles formes mutantes devraient apparaître chez des espèces étroitement apparentées ?
2. Qui est le fondateur de la loi des séries homologiques ?
3. Que dit la loi?

Devoirs.

1. Paragraphe 24
2. Trouvez des exemples de mutations dans la nature.

Parmi la flore du globe, il existe un nombre important (plus de 2 500) d'espèces d'un groupe de plantes cultivées par l'homme et appelées culturel. Les plantes cultivées et les agrophytocénoses qu'elles forment ont remplacé les communautés de prairies et de forêts. Ils sont le résultat de l’activité agricole humaine qui a commencé il y a 7 à 10 000 ans. Les plantes sauvages qui deviennent cultivées reflètent inévitablement une nouvelle étape de leur vie. La branche de la biogéographie qui étudie la répartition des plantes cultivées, leur adaptation aux conditions pédo-climatiques dans diverses régions du globe et comprend des éléments d'économie agricole s'appelle géographie des plantes cultivées.

Selon leur origine, les plantes cultivées sont divisées en trois groupes :

• le groupe le plus jeune
• les espèces de mauvaises herbes,
• le groupe le plus ancien.

Groupe le plus jeune les plantes cultivées proviennent d’espèces qui vivent encore à l’état sauvage. Il s'agit notamment des cultures de fruits et de baies (pommes, poires, prunes, cerises), de tous les melons et de certaines plantes-racines (betteraves, rutabagas, radis, navets).

Espèces de mauvaises herbes les plantes sont devenues des objets de culture dont la culture principale produisait de faibles rendements en raison de conditions naturelles défavorables. Ainsi, avec le progrès de l'agriculture vers le nord, le seigle d'hiver a remplacé le blé ; La caméline, une plante oléagineuse répandue en Sibérie occidentale et utilisée pour produire de l'huile végétale, est une mauvaise herbe des cultures de lin.

Pour le plus ancien Les plantes cultivées ne peuvent pas s'implanter dès le début de leur culture, car leurs ancêtres sauvages n'ont pas été préservés. Ceux-ci comprennent le sorgho, le mil, les pois, les haricots et les lentilles.

Le besoin de matériel source pour la sélection et l'amélioration des variétés de plantes cultivées a conduit à la création de la doctrine de leurs centres d'origine. L’enseignement était basé sur l’idée de Charles Darwin de l’existence centres géographiques d'origine des espèces biologiques. Les zones géographiques d'origine des plantes cultivées les plus importantes ont été décrites pour la première fois en 1880 par le botaniste suisse A. Decandolle. Selon ses idées, ils couvraient des territoires assez vastes, comprenant des continents entiers. Les recherches les plus importantes dans ce sens, un demi-siècle plus tard, ont été menées par le remarquable généticien et botaniste-géographe russe N.I. Vavilov, qui a étudié sur une base scientifique les centres d'origine des plantes cultivées.

N.I. Vavilov en a proposé un nouveau, qu'il a appelé différencié, une méthode pour établir le centre d'origine originel des plantes cultivées, qui est la suivante. Une collection de plantes d'intérêt récoltée dans tous les lieux de culture est étudiée à l'aide de méthodes morphologiques, physiologiques et génétiques. Ainsi, la zone de concentration de la diversité maximale des formes, caractéristiques et variétés d'une espèce donnée est déterminée.

La doctrine des séries homologiques. Une généralisation théorique importante des recherches de N. I. Vavilov est la doctrine des séries homologiques qu’il a développée. Selon la loi des séries homologiques de variabilité héréditaire formulée par lui, non seulement les espèces génétiquement proches, mais aussi les genres de plantes forment des séries homologiques de formes, c'est-à-dire qu'il existe un certain parallélisme dans la variabilité génétique des espèces et des genres. Les espèces proches, en raison de la grande similitude de leurs génotypes (presque le même ensemble de gènes), présentent une variabilité héréditaire similaire. Si toutes les variations connues des caractères d'une espèce bien étudiée sont placées dans un certain ordre, alors presque toutes les mêmes variations de variabilité des caractères peuvent être trouvées chez d'autres espèces apparentées. Par exemple, la variabilité de la spinalité de l'épi est à peu près la même chez le blé tendre, le blé dur et l'orge.

Interprétation de N. I. Vavilov. Les espèces et les genres génétiquement proches se caractérisent par des séries similaires de variabilité héréditaire, avec une telle régularité que, connaissant la série de formes au sein d'une espèce, on peut prédire la présence de formes parallèles dans d'autres espèces et genres. Plus la relation est étroite, plus la similarité dans la série de variabilité est complète.

Interprétation moderne de la loi. Les espèces, genres et familles apparentés ont des gènes homologues et des ordres de gènes dans les chromosomes, dont la similitude est d'autant plus complète que les taxons comparés sont plus proches sur le plan évolutif. L'homologie des gènes chez des espèces apparentées se manifeste dans la similitude des séries de leur variabilité héréditaire (1987).

Le sens de la loi.

1. La loi des séries homologiques de variabilité héréditaire permet de trouver les caractéristiques et variantes nécessaires dans la variété presque infinie de formes de diverses espèces de plantes cultivées et d'animaux domestiques, ainsi que de leurs parents sauvages.
2. Il permet de rechercher avec succès de nouvelles variétés de plantes cultivées et de races d'animaux domestiques présentant certaines caractéristiques requises. C'est là l'énorme importance pratique de la loi pour la production végétale, l'élevage et l'élevage.
3. Son rôle dans la géographie des plantes cultivées est comparable à celui du tableau périodique des éléments de D. I. Mendeleev en chimie. En appliquant la loi des séries homologiques, il est possible d'établir le centre d'origine des plantes selon des espèces apparentées présentant des caractéristiques et des formes similaires, qui se développent probablement dans le même environnement géographique et écologique.

Centres géographiques d'origine des plantes cultivées. Pour l'émergence d'un grand centre d'origine de plantes cultivées, N.I. Vavilov considérait comme une condition nécessaire, outre la richesse de la flore sauvage en espèces propices à la culture, la présence d'une ancienne civilisation agricole. Le scientifique est arrivé à la conclusion que la grande majorité des plantes cultivées sont reliées par 7 centres géographiques principaux d'origine :

1. Tropical d'Asie du Sud,
2. De l'Asie de l'Est,
3. Asie du Sud-Ouest,
4. Méditerranéen,
5. Éthiopien,
6. Amérique centrale,
7. Andin.

En dehors de ces centres, il existait un territoire important qui nécessitait une étude plus approfondie afin d'identifier de nouveaux centres de domestication des représentants les plus précieux de la flore sauvage. Les disciples de N.I. Vavilov - A.I. Kuptsov et A.M. Zhukovsky ont poursuivi leurs recherches sur les centres de plantes cultivées. Au final, le nombre de centres et le territoire qu'ils couvrent ont considérablement augmenté, ils étaient au nombre de 12

1. Sino-japonais.
2. Indonésien-Indochine.
3. Australien.
4. Hindoustan.
5. Asie centrale.
6. Presque asiatique.
7. Méditerranéen.
8. Africain.
9. Européen-Sibérien.
10. Amérique centrale.
11. Sud américain.
12. Nord Américain

Séries homologues en variabilité héréditaire- concept introduit N. I. Vavilov en étudiant les parallélismes dans les phénomènes de variabilité héréditaire par analogie avec série homologue composés organiques.

Loi des séries homologues: Les espèces et genres génétiquement proches sont caractérisés par des séries similaires de variabilité héréditaire avec une telle régularité que, connaissant la série de formes au sein d'une espèce, on peut prédire la présence de formes parallèles dans d'autres espèces et genres.

Les modèles de polymorphisme chez les plantes, établis grâce à une étude détaillée de la variabilité de divers genres et familles, peuvent être conditionnellement comparés dans une certaine mesure aux séries homologues de la chimie organique, par exemple avec les hydrocarbures (CH 4, C 2 H 6, C 3H8...).

L'essence du phénomène est que lors de l'étude de la variabilité héréditaire dans des groupes proches de plantes, des allélique formes répétées chez différentes espèces (par exemple, nœuds de paille céréales Avec anthocyanine avec ou sans coloration, épis Avec aube ou sans, etc.). La présence d'une telle répétabilité a permis de prédire la présence d'allèles encore non découverts et importants du point de vue reproduction travail. La recherche de plantes possédant de tels allèles a été menée lors d'expéditions dans les régions supposées centres d'origine des plantes cultivées. Il ne faut pas oublier qu'au cours de ces années, l'induction artificielle mutagenèse produits chimiques ou exposition rayonnement ionisant n'était pas encore connu et la recherche des allèles nécessaires devait être effectuée dans des conditions naturelles. populations.

N.I. Vavilov considérait la loi qu'il avait formulée comme une contribution aux idées populaires à l'époque sur la nature naturelle de la variabilité qui sous-tendait le processus évolutif (par exemple, la théorie nomogenèse L. S. Berg). Il croyait que les variations héréditaires qui se répètent naturellement dans différents groupes sont à la base de l'évolution. parallélismes et phénomènes mimétisme.

Dans les années 70-80 du 20e siècle, il s'est tourné vers la loi des séries homologiques dans ses travaux Mednikov B.M., qui a écrit un certain nombre d'ouvrages dans lesquels il a montré que précisément cette explication de l'émergence de caractères similaires, souvent jusque dans les moindres détails, dans des taxons apparentés est tout à fait valable.

Les taxons apparentés ont souvent des séquences génétiques apparentées qui sont légèrement différentes en principe, et certaines mutations se produisent avec une probabilité plus élevée et se manifestent généralement de la même manière chez les représentants de taxons différents, mais apparentés. À titre d'exemple, une mutation phénotypiquement prononcée à deux variantes dans la structure du crâne et du corps dans son ensemble est donnée : acromégalie Et acromicrie, dont une mutation qui modifie l'équilibre, une « activation » ou une « extinction » opportune au cours de l'ontogenèse des hormones est en fin de compte responsable somatotropine Et gonadotrophine.

La doctrine des centres d'origine des plantes cultivées

La doctrine des centres d'origine des plantes cultivées s'est formée sur la base des idées de Charles Darwin (« L'origine des espèces », chapitre 12, 1859) sur l'existence de centres géographiques d'origine des espèces biologiques. En 1883, A. Decandolle publie un ouvrage dans lequel il établit les régions géographiques d'origine initiale des principales plantes cultivées. Cependant, ces zones étaient limitées à des continents entiers ou à d'autres territoires assez vastes. Un demi-siècle après la publication du livre de Decandolle, les connaissances dans le domaine de l'origine des plantes cultivées se sont considérablement élargies ; Des monographies ont été publiées sur des plantes cultivées de divers pays, ainsi que sur des plantes individuelles. Ce problème a été développé le plus systématiquement en 1926-39 par N. I. Vavilov. À partir de documents sur les ressources végétales mondiales, il a identifié 7 principaux centres géographiques d'origine des plantes cultivées.

1. Centre tropical d'Asie du Sud (environ 33 % du nombre total d'espèces végétales cultivées).

2. Centre d'Asie de l'Est (20 % des plantes cultivées).

3. Centre de l'Asie du Sud-Ouest (4% des plantes cultivées).

4. Centre méditerranéen (environ 11 % des espèces végétales cultivées).

5. Centre éthiopien (environ 4% des plantes cultivées).

6. Centre d'Amérique centrale (environ 10 %)

7. Centre andin (sud-américain) (environ 8 %)

Centres d'origine des plantes cultivées : 1. Amérique centrale, 2. Amérique du Sud, 3. Méditerranée, 4. Asie centrale, 5. Abyssin, 6. Asie centrale, 7. Hindoustan, 7A. Asie du Sud-Est, 8. Asie de l'Est.

De nombreux chercheurs, dont P. M. Zhukovsky, E. N. Sinskaya, A. I. Kuptsov, poursuivant les travaux de Vavilov, ont apporté leurs propres ajustements à ces idées. Ainsi, l'Inde tropicale et l'Indochine avec l'Indonésie sont considérées comme deux centres indépendants, et le centre de l'Asie du Sud-Ouest est divisé en Asie centrale et Asie occidentale ; la base du centre de l'Asie de l'Est est considérée comme le bassin du fleuve Jaune, et non le bassin du fleuve Jaune ; Yangtze, où les Chinois, en tant que peuple agricole, pénétrèrent plus tard. Des centres d'agriculture ancienne ont également été identifiés dans l'ouest du Soudan et en Nouvelle-Guinée. Les cultures fruitières (y compris les baies et les noix), ayant des aires de répartition plus larges, dépassent largement les centres d'origine, ce qui correspond davantage aux idées de De Candolle. La raison en réside dans son origine majoritairement forestière (et non dans les contreforts comme pour les cultures maraîchères et de plein champ), ainsi que dans les particularités de sélection. De nouveaux centres ont été identifiés : australien, nord-américain, euro-sibérien.

Certaines plantes ont été introduites en culture dans le passé en dehors de ces centres principaux, mais leur nombre est faible. Si auparavant on croyait que les principaux centres des anciennes cultures agricoles étaient de larges vallées Tigre, Euphrate, Gange, Nila et d'autres grands fleuves, Vavilov a montré que presque toutes les plantes cultivées apparaissaient dans les régions montagneuses des zones tropicales, subtropicales et tempérées. Les principaux centres géographiques d'introduction initiale en culture de la plupart des plantes cultivées sont associés non seulement à la richesse floristique, mais aussi aux civilisations anciennes.

Il a été établi que les conditions dans lesquelles s'est déroulée l'évolution et la sélection d'une culture imposent des exigences sur les conditions de sa croissance. Tout d’abord, il s’agit de l’humidité, de la durée du jour, de la température et de la durée de la saison de croissance.

L'étude de la variabilité héréditaire dans divers groupes systématiques de plantes a permis à N.I. loi des séries homologiques.

Cette loi précise :

"1. Les espèces et les genres génétiquement proches sont caractérisés par des séries similaires de variabilité héréditaire avec une telle régularité que, connaissant la série de formes au sein d'une espèce, on peut prédire la présence de formes parallèles dans d'autres espèces et genres. Plus les genres et les linnéons (espèces) sont génétiquement situés dans le système général, plus la similitude dans la série de leur variabilité est complète.

2. Des familles entières de plantes sont généralement caractérisées par un certain cycle de variabilité passant par tous les genres et espèces qui composent la famille.

N. I. Vavilov a exprimé sa loi avec la formule :

G 1 (a + b + c + … +),

G 2 (a + b + c + … +),

G 3 (a + b + c + … +),

où G 1, G 2, G 3 désignent des espèces et a, b, c... sont diverses caractéristiques variables, par exemple la couleur, la forme des tiges, des feuilles, des graines, etc.

Une illustration de la loi peut être un tableau montrant l'homologie de la variabilité héréditaire pour certains caractères et propriétés au sein de la famille des céréales. Mais cette liste de signes et de propriétés pourrait être considérablement élargie.

À l'heure actuelle, nous pouvons à juste titre affirmer que des mutations similaires se produisent chez des espèces apparentées ayant une origine commune. De plus, même parmi les représentants de différentes classes et types d'animaux, nous rencontrons un parallélisme - des séries homologues de mutations dans les caractères et propriétés morphologiques, physiologiques et surtout biochimiques. Par exemple, des mutations similaires se produisent dans différentes classes d'animaux vertébrés : albinisme et absence de poils chez les mammifères, albinisme et absence de plumes chez les oiseaux, absence d'écailles chez les poissons, poils à doigts courts chez les bovins, les moutons, les chiens, les oiseaux, etc.

Des séries homologues de variabilité mutationnelle des caractéristiques biochimiques se retrouvent non seulement chez les organismes supérieurs, mais également chez les protozoaires et les micro-organismes. Des données sont présentées sur des mutants biochimiques qui peuvent être interprétés comme une série homologue. Le tableau présente des données sur les mutants biochimiques qui peuvent être interprétées comme une série homologue.

Comme on le voit, l'accumulation de substances similaires (tryptophane ou kynurénine), déterminées par les gènes, se produit dans des groupes d'animaux très différents : diptères, hyménoptères et papillons. Dans ce cas, la biosynthèse des pigments s’effectue de manière similaire.

Sur la base de la loi des séries homologiques, il faut accepter que si un certain nombre de mutations spontanées ou induites sont trouvées chez une espèce animale ou végétale, alors une série similaire de mutations peut être attendue chez d'autres espèces de ce genre. Il en va de même pour les catégories systématiques supérieures. La raison en est l’origine commune des génotypes.

L'explication la plus probable de l'origine des séries homologues de variabilité héréditaire se résume à la suivante. Des espèces apparentées au sein d'un genre, des genres au sein d'un même ordre ou d'une même famille pourraient apparaître grâce à la sélection de diverses mutations bénéfiques de gènes communs individuels, à la sélection de formes présentant divers réarrangements chromosomiques bénéfiques. Dans ce cas, les espèces apparentées qui ont divergé au cours de l'évolution en raison de la sélection de différents réarrangements chromosomiques pourraient porter des gènes homologues, à la fois originaux et mutants. Des espèces pourraient également naître de la sélection de polyploïdes spontanés contenant des ensembles homogènes de chromosomes. La divergence des espèces basée sur ces trois types de variabilité héréditaire garantit la communauté du matériel génétique dans des groupes systématiques apparentés. Mais en réalité, la situation est bien entendu plus compliquée qu’on ne l’imagine aujourd’hui.

Peut-être que les études biochimiques des chromosomes, l'étude de leur structure et le rôle de l'ADN comme support matériel d'information héréditaire lèveront le voile sur ce phénomène encore méconnu d'homologie et d'analogie des voies de développement des formes organiques.

Si les acides nucléiques en complexe avec les protéines sont le substrat principal qui a assuré la programmation de l'évolution des systèmes vivants dès les premiers stades, alors la loi des séries homologiques acquiert une signification universelle en tant que loi de l'émergence de séries similaires de mécanismes et de processus biologiques se produisant en nature organique. Cela s'applique aussi bien à la morphologie des tissus, à leurs propriétés fonctionnelles, aux processus biochimiques, aux mécanismes d'adaptation, etc., qu'aux mécanismes génétiques de tous les organismes vivants. Une analogie est observée pour tous les phénomènes génétiques majeurs :

• la division cellulaire,
• mécanisme de mitose,
• mécanisme de reproduction des chromosomes,
• mécanisme de méiose,
• fertilisation,
• mécanisme de recombinaison,
• mutations, etc.

Au cours du processus d'évolution, la nature vivante était pour ainsi dire programmée selon une formule, quelle que soit l'époque d'origine d'un type particulier d'organisme. Bien entendu, de telles considérations hypothétiques nécessitent une confirmation basée sur la synthèse de nombreuses connaissances, mais il est évident que la solution à ce problème fascinant est l’œuvre du siècle actuel. Cela devrait obliger les chercheurs à rechercher non pas tant les différences particulières qui caractérisent la divergence des espèces, mais plutôt leurs traits communs, qui reposent sur des mécanismes génétiques similaires.

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Loi de Vavilov sur les séries homologiques

Une généralisation théorique importante des recherches de N. I. Vavilov est la doctrine des séries homologiques qu’il a développée. Selon la loi des séries homologiques de variabilité héréditaire formulée par lui, non seulement les espèces génétiquement proches, mais aussi les genres de plantes forment des séries homologiques de formes, c'est-à-dire qu'il existe un certain parallélisme dans la variabilité génétique des espèces et des genres. Les espèces proches, en raison de la grande similitude de leurs génotypes (presque le même ensemble de gènes), présentent une variabilité héréditaire similaire. Si toutes les variations connues des caractères d'une espèce bien étudiée sont placées dans un certain ordre, alors presque toutes les mêmes variations de variabilité des caractères peuvent être trouvées chez d'autres espèces apparentées. Par exemple, la variabilité de la spinalité de l'épi est à peu près la même chez le blé tendre, le blé dur et l'orge.

Interprétation de N.I. Vavilov. Les espèces et les genres génétiquement proches se caractérisent par des séries similaires de variabilité héréditaire, avec une telle régularité que, connaissant la série de formes au sein d'une espèce, on peut prédire la présence de formes parallèles dans d'autres espèces et genres. Plus la relation est étroite, plus la similarité dans la série de variabilité est complète.

Interprétation moderne de la loi

Les espèces, genres et familles apparentés ont des gènes homologues et des ordres de gènes dans les chromosomes, dont la similitude est d'autant plus complète que les taxons comparés sont plus proches sur le plan évolutif. L'homologie des gènes chez des espèces apparentées se manifeste dans la similitude des séries de leur variabilité héréditaire (1987).

Signification de la loi

1. La loi des séries homologiques de variabilité héréditaire permet de trouver les caractéristiques et variantes nécessaires dans la variété presque infinie de formes de diverses espèces de plantes cultivées et d'animaux domestiques, ainsi que de leurs parents sauvages.

2. Il permet de rechercher avec succès de nouvelles variétés de plantes cultivées et de races d'animaux domestiques présentant certaines caractéristiques requises. C'est là l'énorme importance pratique de la loi pour la production végétale, l'élevage et l'élevage.

3. Son rôle dans la géographie des plantes cultivées est comparable à celui du tableau périodique des éléments de D. I. Mendeleev en chimie. En appliquant la loi des séries homologiques, il est possible d'établir le centre d'origine des plantes selon des espèces apparentées présentant des caractéristiques et des formes similaires, qui se développent probablement dans le même environnement géographique et écologique.

Billet 4

Héritage des caractères lors de la divergence des chromosomes sexuels (non disjonction primaire et secondaire des chromosomes X chez la drosophile)

Comme indiqué précédemment, lorsqu'une drosophile femelle aux yeux blancs est croisée avec un mâle aux yeux rouges F1 toutes les filles ont les yeux rouges, et tous les fils qui reçoivent leur unique X-chromosome de la mère, yeux blancs. Cependant, parfois, dans de tels croisements, apparaissent des mâles aux yeux rouges et des femelles aux yeux blancs, ce qu'on appelle les mouches exceptionnelles avec une fréquence de 0,1 à 0,001 %. Bridges a suggéré que l'apparition de ces « individus exceptionnels » s'explique par le fait que chez leur mère, pendant la méiose, les deux chromosomes X se sont retrouvés dans un seul œuf, c'est-à-dire non-divergence s'est produite X-les chromosomes. Chacun de ces ovules peut être fécondé soit par des spermatozoïdes, soit par X-chromosome, ou Oui-chromosome. En conséquence, 4 types de zygotes peuvent se former : 1) avec trois X-chromosomes – XXX; 2) avec deux mères X-les chromosomes et Oui-chromosome XXXX; 3) avec un paternel X-chromosome; 4) sans X-chromosomes, mais avec Oui-chromosome.

XXXX sont des femelles fertiles normales. XO- des mâles, mais stériles. Cela montre que chez la drosophile Oui-le chromosome ne contient pas de gènes déterminant le sexe. Lors de la traversée XXXX femelles avec des mâles normaux aux yeux rouges ( XY) Ponts trouvés parmi la progéniture 4% de femelles aux yeux blancs et 4% de mâles aux yeux rouges. Le reste de la progéniture était constitué de femelles aux yeux rouges et de mâles aux yeux blancs. L'auteur a expliqué l'apparition de ces individus exceptionnels par une non-divergence secondaire X-des chromosomes en méiose, car les femelles prises en croisement ( XXXX), résulte d'une non-disjonction des chromosomes primaires. La non-disjonction chromosomique secondaire chez ces femelles en méiose est observée 100 fois plus souvent que la non-disjonction primaire.

Dans un certain nombre d'autres organismes, y compris les humains, la non-disjonction des chromosomes sexuels est également connue. Des 4 types de descendance résultant de la non-divergence X-des chromosomes chez les femmes, les individus qui n'en ont pas X-les chromosomes meurent au cours du développement embryonnaire. Zygotes XXX se développent chez les femmes qui sont plus susceptibles que d’habitude de souffrir de déficiences mentales et d’infertilité. Des zygotes XXXX des hommes défectueux se développent - syndrome de Klinefelter - infertilité, retard mental, physique eunuchoïde. Descendants d'un X-les chromosomes meurent souvent au cours du développement embryonnaire ; les rares survivants sont des femmes atteintes du syndrome de Shereshevsky-Turner. Ils sont petits, enfantins et stériles. Chez les humains Oui-les chromosomes contiennent des gènes qui déterminent le développement d'un organisme masculin. Avec absence Oui-Les chromosomes se développent selon le type féminin. La non-disjonction des chromosomes sexuels se produit plus fréquemment chez l'homme que chez la drosophile ; En moyenne, pour 600 garçons nés, un est atteint du syndrome de Klinefelter.