Kromosomska teorija dednosti

Nastanek kromosomske teorije

V letih 1902-1903 Ameriški citolog W. Setton in nemški citolog in embriolog T. Boveri sta neodvisno ugotovila vzporednost v obnašanju genov in kromosomov med tvorbo gameta in oploditvijo. Ta opažanja so bila podlaga za domnevo, da se geni nahajajo na kromosomih. Vendar pa je eksperimentalne dokaze o lokalizaciji specifičnih genov na določenih kromosomih dobil šele leta 1910 ameriški genetik T. Morgan, ki je v naslednjih letih (1911-1926) utemeljil kromosomsko teorijo dednosti. Po tej teoriji je prenos dednih informacij povezan s kromosomi, v katerih so geni lokalizirani linearno, v določenem zaporedju.

Morgan in njegovi učenci so ugotovili naslednje:

1. Geni, ki se nahajajo na istem kromosomu, se dedujejo skupno ali vezano.

2. Skupine genov, ki se nahajajo na istem kromosomu, tvorijo vezne skupine. Število veznih skupin je enako haploidnemu nizu kromosomov pri homogametnih posameznikih in n+1 pri heterogametnih posameznikih.

3. Med homolognimi kromosomi lahko pride do izmenjave odsekov (crossing over); Kot posledica križanja nastanejo gamete, katerih kromosomi vsebujejo nove kombinacije genov.

4. Pogostost prehajanja med homolognimi kromosomi je odvisna od razdalje med geni, lokaliziranimi na istem kromosomu. Večja kot je ta razdalja, večja je prehodna frekvenca. Enota razdalje med geni je 1 morganida (1 % crossing over) ali odstotek pojavnosti crossover osebkov. Če je ta vrednost 10 morganidov, lahko trdimo, da je frekvenca križanj kromosomov na lokacijah teh genov 10 % in da bodo nove genetske kombinacije identificirane pri 10 % potomcev.

5. Da bi ugotovili naravo lokacije genov na kromosomih in določili pogostost prehoda med njimi, so zgrajene genetske karte. Zemljevid odraža vrstni red genov na kromosomu in razdaljo med geni na istem kromosomu. Te ugotovitve Morgana in njegovih sodelavcev so poimenovali kromosomska teorija dednosti. Najpomembnejše posledice te teorije so sodobne predstave o genu kot funkcionalni enoti dednosti, njegovi deljivosti in sposobnosti interakcije z drugimi geni.

Tako so kromosomi tisti, ki predstavljajo materialno osnovo dednosti.

Oblikovanje kromosomske teorije so olajšali podatki, pridobljeni s študijo genetike spola, ko so bile ugotovljene razlike v naboru kromosomov v organizmih različnih spolov.

Genetika seksa

Spol je, kot vsaka druga lastnost organizma, dedno določen. Najpomembnejšo vlogo pri genetski določitvi spola in ohranjanju naravnega razmerja med spoloma ima kromosomski aparat.

Razmislite o določanju kromosomskega spola. Znano je, da je pri dvodomnih organizmih razmerje med spoloma običajno 1:1, kar pomeni, da se moški in samice najdejo enako pogosto. To razmerje sovpada z delitvijo pri analiznem križanju, ko je ena od križanih oblik heterozigotna (Aa), druga pa homozigotna za recesivne alele (aa). Pri potomcih v tem primeru opazimo razcep v razmerju 1Aa:1aa. Če se spol deduje po istem principu, potem bi bilo povsem logično domnevati, da mora biti en spol homozigoten, drugi pa heterozigoten. Potem bi morala biti segregacija po spolu enaka 1,1 v vsaki generaciji, kar se dejansko opazi.

Pri proučevanju kromosomskih nizov samcev in samic številnih živali so bile odkrite nekatere razlike med njimi. Tako moški kot ženske imajo v vseh celicah pare enakih (homolognih) kromosomov, vendar se razlikujejo v enem paru kromosomov. Takšne kromosome, po katerih se samci in samice med seboj razlikujejo, imenujemo spolni kromosomi. Tisti, ki so seznanjeni v enem od spolov, se imenujejo kromosomi X. Neparni spolni kromosom, ki je prisoten pri posameznikih samo enega spola, je bil imenovan kromosom Y. Kromosomi, pri katerih ni razlike med samci in samicami, se imenujejo avtosomi.

Pri pticah, metuljih in plazilcih so samci homogametni spol, samice pa heterogametni (tip XY ali tip XO). Spolni kromosomi pri teh vrstah so včasih označeni s črkama Z in W, da bi tako poudarili to metodo določanja spola; v tem primeru so samci označeni s simbolom ZZ, samice pa s simbolom ZW ali Z0.

Dedovanje spolno vezanih lastnosti

V primeru, da so geni, ki nadzorujejo nastanek določene lastnosti, lokalizirani v avtosomih, pride do dedovanja ne glede na to, kateri starš (mati ali oče) je nosilec preučevane lastnosti. Če se geni nahajajo na spolnih kromosomih, se narava dedovanja lastnosti dramatično spremeni.

Lastnosti, katerih geni so lokalizirani na spolnih kromosomih, se imenujejo spolno vezane lastnosti. Ta pojav je odkril T. Morgan.

Kromosomski nizi različnih spolov se razlikujejo po strukturi spolnih kromosomov. Lastnosti, ki jih določajo geni spolnih kromosomov, imenujemo spolno vezane. Vzorec dedovanja je odvisen od porazdelitve kromosomov v mejozi. Pri heterogametnih spolih se lastnosti, ki so vezane na kromosom X in nimajo alela na kromosomu Y, pojavijo tudi takrat, ko je gen, ki določa razvoj teh lastnosti, recesiven. Spol organizma je določen v času oploditve in odvisno od kromosomskega komplementa nastale zigote. Pri pticah so samice heterogametne, samci pa homogametni.

Verižno dedovanje

Neodvisna kombinacija lastnosti (tretji Mendelov zakon) se izvaja pod pogojem, da se geni, ki določajo te lastnosti, nahajajo v različnih parih homolognih kromosomov. Posledično je v vsakem organizmu število genov, ki se lahko neodvisno kombinirajo v mejozi, omejeno s številom kromosomov. Vendar pa je v organizmu število genov bistveno večje od števila kromosomov.
Vsak kromosom vsebuje veliko genov. Geni, ki se nahajajo na istem kromosomu, tvorijo vezno skupino in se dedujejo skupaj.

Skupno dedovanje genov X Morgan je predlagal, da imenujemo povezano dedovanje. Število veznih skupin ustreza haploidnemu naboru kromosomov, saj je vezna skupina sestavljena iz dveh homolognih kromosomov, v katerih so lokalizirani isti geni.

Način dedovanja povezanih genov se razlikuje od dedovanja genov, lokaliziranih v različnih parih homolognih kromosomov. Torej, če dihibrid pri neodvisni kombinaciji tvori štiri vrste gamet (AB, Ab, aB in ab) v enakih količinah, potem isti dihibrid tvori samo dve vrsti gamet: (AB in ab) prav tako v enakih količinah. Slednji ponovijo kombinacijo genov v kromosomu starša.

Ugotovljeno pa je bilo, da se poleg navadnih gamet pojavijo tudi druge - Ab in aB - z novimi kombinacijami genov, ki se razlikujejo od matične gamete. Razlog za nastanek novih gamet je izmenjava delov homolognih kromosomov ali crossing over.

Crossing over se pojavi v profazi I mejoze med konjugacijo homolognih kromosomov. V tem času se deli dveh kromosomov lahko križajo in izmenjajo svoje dele. Posledično se pojavijo kvalitativno novi kromosomi, ki vsebujejo dele (gene) tako materinih kot očetovih kromosomov. Posamezniki, ki so pridobljeni iz takih gamet z novo kombinacijo alelov, se imenujejo crossing over ali rekombinantni.

Pogostost (odstotek) križanja med dvema genoma, ki se nahajata na istem kromosomu, je sorazmerna z razdaljo med njima. Križanje med dvema genoma se pojavi manj pogosto, čim bližje sta drug drugemu. Ko se razdalja med geni poveča, se poveča verjetnost, da jih bo križanje ločilo na dva različna homologna kromosoma.

Razdalja med geni označuje moč njihove povezave. Obstajajo geni z visokim odstotkom povezanosti in tisti, pri katerih povezave skoraj ni mogoče zaznati. Vendar pri povezanem dedovanju največja vrednost crossing overja ne presega 50 %. Če je višji, opazimo prosto kombinacijo med pari alelov, ki se ne razlikuje od neodvisnega dedovanja.

Biološki pomen crossing overja je izredno velik, saj genetska rekombinacija omogoča ustvarjanje novih, prej neobstoječih kombinacij genov in s tem povečanje dedne variabilnosti, kar daje organizmu veliko možnosti za prilagajanje različnim razmeram v okolju. Oseba posebej izvaja hibridizacijo, da bi pridobila potrebne kombinacije za uporabo pri vzrejnem delu.

Koncept genetske karte

T. Morgan in njegovi sodelavci K. Bridges, A. Sturtevanti G. Meller so eksperimentalno pokazali, da poznavanje pojavov povezovanja in križanja omogoča ne le ugotavljanje vezne skupine genov, temveč tudi konstruiranje genetskih zemljevidov kromosomov, ki kažejo vrstni red lokacije genov v kromosomu in relativne razdalje med njimi.

Genetska karta kromosomov je diagram relativne razporeditve genov, ki se nahajajo v isti vezni skupini. Takšni zemljevidi so sestavljeni za vsak par homolognih kromosomov.

Možnost takega preslikave temelji na konstantnosti odstotka crossingoverja med določenimi geni. Za številne vrste organizmov so bili sestavljeni genetski zemljevidi kromosomov.

Prisotnost genetske karte kaže na visoko stopnjo poznavanja določene vrste organizmov in je velikega znanstvenega pomena. Takšen organizem je odličen objekt za nadaljnje eksperimentalno delo, ki nima le znanstvenega, ampak tudi praktičnega pomena. Predvsem poznavanje genetskih zemljevidov omogoča načrtovanje dela za pridobivanje organizmov z določenimi kombinacijami lastnosti, kar se danes pogosto uporablja v rejski praksi.

K razumevanju evolucijskega procesa prispeva tudi primerjava genetskih zemljevidov različnih vrst živih organizmov.

Osnovne določbe kromosomske teorije dednosti

Geni so lokalizirani na kromosomih. Poleg tega različni kromosomi vsebujejo neenako število genov. Poleg tega je nabor genov vsakega od nehomolognih kromosomov edinstven.

Alelni geni zasedajo identične lokuse na homolognih kromosomih.

Geni se nahajajo na kromosomu v linearnem zaporedju.

Geni na enem kromosomu tvorijo vezno skupino, zahvaljujoč kateri pride do povezanega dedovanja določenih lastnosti. V tem primeru je moč adhezije obratno sorazmerna z razdaljo med geni.

Za vsako biološko vrsto je značilen določen nabor kromosomov - kariotip.

Na prelomu iz 19. v 20. stoletje so preučevali glavne stopnje delitve celic. Življenjska doba celice od trenutka nastanka do delitve je celični cikel. Celični cikel je razdeljen na stopnje, od katerih je v morfološkem smislu najsvetlejša mitoza ali samo delitev celice. Obdobje med mitozami se imenuje medfaza. Ključno vlogo pri mitozi ima kromosomi- takšne strukture v jedrih celic, ki so v obdobju delitve jasno vidne pod svetlobnim mikroskopom in s posebnimi metodami barvanja. Barvna snov kromosomov se imenuje kromatin. Obstoj kromosomov je prvi dokazal Fleming leta 1882. Izraz kromosom je prvi uvedel Waldeer leta 1888 (grško: chroma - barva; soma - telo).

Nabor kromosomov v eni celici se imenuje kariotip. Število in morfologija kromosomov sta povezana z značilnostmi vrste. Različne vrste organizmov se razlikujejo po kariotipu, medtem ko teh razlik znotraj iste vrste ni, nenormalnosti kariotipa pa so najpogosteje povezane s hudimi patološkimi stanji. Vsak kromosom ima pomembno funkcionalno regijo, imenovano centromera. Centromera deli kromosom na dva kraka: kratek (str) in dolga (q) . Kromosomi so razdeljeni v skupine glede na njihovo dolžino in lokacijo centromere. V višjih somatskih celicah je vsak kromosom predstavljen z dvema kopijama, tj diploidni niz. In samo v zarodnih celicah je ena sama oz haploidni niz kromosomi. To je zagotovljeno zaradi posebne oblike delitve zarodnih celic - mejoza.

Prve obsežne študije o strukturi in morfologiji kromosomov v naši državi so bile izvedene na rastlinskih predmetih v dvajsetih letih prejšnjega stoletja s strani izjemnega citologa in embriologa S. G. Navashin in njegovih nadarjenih študentov - M. S. Navashin, G. A. Levitsky , L. N. Delaunay. Leta 1924 je G. A. Levitsky objavil prvi vodnik po citogenetiki na svetu: "Materialne osnove dednosti", v katerem je zlasti uvedel koncept kariotipa v pomenu, v katerem se ta izraz uporablja danes.

Oglejmo si podrobneje glavne faze celičnega cikla - sl. 5, stopnje mitoze - sl. 6 in mejoza - sl. 7.

Slika 5. Celični cikel

Celica, ki je končala delitev, je v fazi G 0. Najdaljša stopnja interfaze je obdobje relativnega celičnega počitka - G 1, njegovo trajanje se lahko zelo razlikuje; Približno na sredini stopnje G 1 je kontrolna točka, po dosegu katere se celica neizogibno začne deliti. Po G 1 se začne zelo pomembna sintetična stopnja S, med katero se vsak kromosom podvoji, da nastaneta dva kromatid, med seboj povezani z eno samo centromero. Sledi priprava na mitozo - stopnja G 2 in sama mitoza - stopnja M.

Slika 6. Mitoza

Tudi mitoza je razdeljena na stopnje. Na odru profaza pride do izginotja jedrske membrane, kondenzacije ali zbijanja kromosomov zaradi njihove spiralizacije, selitve centriolov na nasprotne poli, kar vodi v polarizacijo celic in nastanek vretena sestavljen iz mikrotubulov. Nitke mikrotubulov se raztezajo od enega pola do drugega in na njih so pritrjene centromere kromosomov. Med metafaze Centromeri se nahajajo vzdolž ekvatorja celice pravokotno na os vretena. V tem obdobju so kromosomi še posebej jasno vidni, saj so v najbolj kompaktnem stanju. Na odru anafaza centromeri se ločijo, kromatide se spremenijo v neodvisne kromosome in se, ki jih odnesejo centromere, začnejo premikati proti nasprotnim polom celice vzdolž filamentov vretena. Na zadnji stopnji - telofaza– pride do despiralizacije kromosomov, vreteno izgine, nastane jedrna membrana in loči se citoplazma. V interfazni fazi s konvencionalno svetlobno mikroskopijo kromosomi kot posamezne strukture niso vidni le kromatinska zrna, naključno razporejena po jedru.

Slika 7. Mejoza

Mejoza se pojavi šele, ko se tvorijo zarodne celice in vključuje dve delitvi celic: mejozajaz oz redukcijska delitev in mejoza II. Med profazo mejoze I se homologni kromosomi kongulirajo (združijo) med seboj po celotni dolžini in tvorijo dvovalenten. V tem času lahko pride do izmenjave regij med nesestrskimi kromatidami - prečkati ali homologna rekombinacija (slika 8.)

Slika 8. Prečkanje

Na mestu rekombinacije nastane struktura v obliki križa, vidna v svetlobnem mikroskopu - kiazma. Izmenjava poteka samo med dvema od štirih kromatid. Chiazme se oblikujejo naključno, njihovo število pa je v povprečju odvisno od dolžine kromosoma: daljši kot je kromosom, večja je kiazma. Na stopnji metafaze se bivalenti poravnajo v ekvatorialni ravnini, pri čemer so centromere naključno usmerjene glede na celične pole. V fazi anafaze se homologni kromosomi ločijo drug od drugega in se začnejo premikati proti nasprotnim polom. V tem primeru ne pride do cepitve centromere in sestrske kromatide so povezane. Vendar pa morda niso več enaki drug drugemu zaradi križanja, do katerega je prišlo. Tako med procesom mejoze I iz ene diploidne celice nastaneta dve haploidni celici. Interval med prvo in drugo delitvijo mejoze se imenuje interkineza. Lahko je precej dolg, med katerim se kromosomi razgradijo in izgledajo enako kot v interfazi. Pomembno je poudariti, da na tej stopnji ne pride do podvajanja kromatid.

V profazi mejoze II se vreteno obnovi, kromosomi se nahajajo v ekvatorialni ravnini. V anafazi II se centromere razcepijo in kromosomi premaknejo na nasprotna pola. Tako sta za eno dejanje podvojitve kromosomov dva zaporedna cikla celične delitve. Po zaključku telofaze II se diploidna matična celica razdeli na štiri haploidne zarodne celice, nastale gamete pa niso enake druga drugi - fragmenti materinega in očetovega kromosoma so v različnih kombinacijah.

S preučevanjem procesov mitoze in mejoze sta W. Setton in E. Boveri leta 1902 prišla do zaključka, da so dedni dejavniki ali geni, ki jih je postuliral Mendel, v kromosomih, saj obnašanje kromosomov ustreza obnašanju teh dednih dejavnikov. Dejansko je Mendel predlagal, da somatske celice vsebujejo dve kopiji dednega faktorja, odgovornega za isto lastnost, ali, kot smo že definirali, dva alela istega gena. Ti aleli so lahko enaki - AA oz ahh, ali drugače – Ahh. Toda samo eden od alelov pride v zarodne celice - A oz A. Spomnimo se, da so homologni kromosomi v somatskih celicah tudi v dveh kopijah in le eden od njih konča v gametah. Med oploditvijo se obnovi dvojni nabor kromosomov in genskih alelov.

Neposredne dokaze o lokalizaciji genov na kromosomih sta kasneje pridobila T. Morgan (1910) in K. Bridges (1916) v poskusih na Drosophili. Če se vrnemo k Mendelovim zakonom, ugotavljamo, da je neodvisna kombinacija veljavna samo za tiste lastnosti, katerih geni se nahajajo na različnih kromosomih. Starševski aleli genov, lokaliziranih na istem kromosomu, imajo veliko verjetnost, da skupaj vstopijo v isto zarodno celico. Tako se je ideja o genu pojavila kot odsek kromosoma ali kromosoma lokus, ki je odgovoren za eno lastnost in je hkrati enota rekombinacije in mutacije, ki vodi do spremembe fenotipa.

Kromosomi višjih organizmov so sestavljeni iz evkromatin in heterokromatin, ki ohranja svoj kompaktni položaj skozi celoten celični cikel. To je heterokromatin, ki je viden v interfaznih jedrih v obliki obarvanih granul. Velika količina heterokromatina je lokalizirana v območju centromere in na koncih kromosomov, ki se imenujejo telomeri. Čeprav funkcije heterokromatina niso popolnoma jasne, se domneva, da igra pomembno vlogo pri ohranjanju strukturne celovitosti kromosomov, pri njihovi pravilni ločevanju med celično delitvijo in pri uravnavanju delovanja genov. Eukromatin v pripravkih ima svetlejšo barvo in očitno je večina genov lokaliziranih na teh območjih. Kromosomske preureditve se najpogosteje pojavijo na območju heterokromatina. Velika vloga pri preučevanju strukture in funkcij heterokromatskih in evkromatskih regij kromosomov pripada naši izjemni rojakinji Aleksandri Aleksejevni Prokofjevi-Belgovski. Prvič je bil podroben morfološki opis desetih največjih človeških kromosomov in različnih skupin manjših kromosomov predstavljen v delih vodilnih ruskih citologov M. S. Navashina in A. G. Andresa sredi tridesetih let prejšnjega stoletja.

Leta 1956 sta Thio in Levy z obdelavo histoloških preparatov s kolhicinom ugotovila, da ima človek 46 kromosomov, sestavljenih iz 23 različnih parov. Kolhicin zadrži delitev celic v fazi metafaze, ko so kromosomi najbolj zgoščeni in zato primerni za prepoznavanje. Na sl. Slika 9 prikazuje diagram diferencialnega barvanja človeških kromosomov.

Slika 9. Shema diferencialnega barvanja človeških kromosomov

Pri ženskah sta oba kromosoma vsakega para popolnoma homologna drug drugemu po obliki in barvnem vzorcu. Pri moških je takšna homologija ohranjena le za 22 parov kromosomov, ki se imenujejo avtosomi. Preostali par za moške je sestavljen iz dveh različnih spolni kromosomi -XinY. Pri ženskah spolne kromosome predstavljata dva homologna kromosoma X. Tako je normalni kariotip ženske zapisan kot (46, XX), za moškega pa - (46, XY). Samo en komplet kromosomov konča v zarodnih celicah moških in žensk. Vsa jajčeca imajo 22 avtosomov in kromosom X, vendar so semenčice različne – polovica jih ima enak nabor kromosomov kot jajčeca, druga polovica pa ima kromosom Y namesto kromosoma X. Med oploditvijo se obnovi dvojni nabor kromosomov. Poleg tega je to, kdo se bo rodil - deklica ali deček - odvisno od tega, katera semenčica je sodelovala pri oploditvi, tista, ki nosi kromosom X ali tista, ki nosi kromosom Y. Praviloma je to naključen proces, zato se deklice in fantki rodijo s približno enako verjetnostjo.

Na začetnih stopnjah analize človeškega kariotipa je bilo mogoče individualno identifikacijo izvesti le glede na prve tri največje kromosome. Preostale kromosome smo razdelili v skupine glede na njihovo velikost, lokacijo centromere in prisotnost sateliti oz sateliti– majhni kompaktni fragmenti, ločeni od kromosoma s tankimi zožitvami. Na sl. 10 prikazuje vrste kromosomov: akrocentriki, metacentriki in submetacentriki ko je centromera lokalizirana na koncu kromosoma, na sredini in v vmesnem položaju.

Slika 10. Vrste kromosomov

V skladu s sprejeto klasifikacijo ločimo pri človeku 7 skupin kromosomov: A, B, C, D, E, F in G ali 1, 2, 3, 4, 5, 6 in 7. Za boljšo identifikacijo kromosomov, razporejeni so v skupine oz kariogram. Na sl. Slika 11 prikazuje kariotip samice in njen kariogram.

Slika 11. Ženski kariotip in njegov kariogram

V začetku 70. let 20. stoletja so bile razvite metode za diferencialno barvanje kromosomov z barvilom Giemsa (G-, R-, C-, Q-metoda). V tem primeru se na kromosomih razkrijejo značilne prečne proge, tako imenovani diski oz. pasovi, katerih lokacija je specifična za vsak par kromosomov. Metode za diferencialno barvanje kromosomov omogočajo identifikacijo ne le posameznega kromosoma, temveč tudi posamezne regije kromosomov, zaporedno oštevilčene od centromere do telomere, kot tudi segmente znotraj regij. Vnos Xp21.2 na primer pomeni kratki krak kromosoma X, regija 21, segment 2. Ta vnos je zelo priročen za ugotavljanje pripadnosti genov ali drugih elementov genoma določenim kromosomskim lokusom. Zlasti gen za Duchennovo mišično distrofijo je lokaliziran v regiji Xp21.2 - DMD. Tako so bile ustvarjene metodološke osnove za preučevanje značilnosti kariotipa pri različnih vrstah organizmov, ugotavljanje njegove individualne variabilnosti in nepravilnosti v določenih patoloških stanjih. Veja genetike, ki se ukvarja s preučevanjem kromosomov in njihovih nepravilnosti, se imenuje citogenetika. Prve citogenetske karte človeških kromosomov sta sestavila C. B. Bridges in Sturtevant.

V prvi polovici 20. stoletja je kromosomska teorija dednosti dobila pomemben razvoj. Dokazano je, da so geni linearno razporejeni na kromosomih. Nastajajo geni na enem kromosomu skupina sklopke in se dedujejo skupaj. Zaradi križanja lahko nastanejo nove kombinacije alelov genov na enem kromosomu, verjetnost tega dogodka pa se povečuje z večanjem razdalje med geni. Uvedene so bile enote za merjenje genetske razdalje - centimorgani ali morganidi, poimenovana po utemeljitelju kromosomske teorije dednosti – Thomasu Morganu. Domneva se, da se dva gena na istem kromosomu nahajata na razdalji 1 centimorgan (cM), če je verjetnost njihovega križanja med mejozo 1 %. Seveda centimorgani niso absolutne enote za merjenje razdalje v kromosomih. Neposredno so odvisni od crossing overja, ki se lahko pojavi z različnimi frekvencami v različnih delih kromosomov. Zlasti v območju heterokromatina se crossing over pojavi manj intenzivno.

Upoštevajte, da zgoraj opisana narava delitve somatskih in zarodnih celic - mitoza in mejoza, velja za evkariontov, torej takšni organizmi, katerih celice imajo jedra. Pri bakterijah, ki spadajo v razred prokariont, ni jeder, vendar je v celici prisoten en kromosom, ki ima praviloma obročasto obliko. Skupaj s kromosomom lahko prokariontske celice vsebujejo veliko manjše obročaste strukture v velikem številu kopij, ki se imenujejo plazmidi.

Leta 1961 je M. Lyon postavil hipotezo, da je pri ženskah eden od kromosomov X inaktiviran. Poleg tega so lahko v različnih celicah kromosomi X tako očetovega kot materinega izvora inaktivirani. Pri analizi ženskega kariotipa je inaktivirani kromosom X videti kot kompaktna, dobro obarvana kromatinska struktura okrogle oblike, ki se nahaja blizu jedrske membrane. to Telo Barr oz spolni heterokromatin. Njegova identifikacija je najenostavnejša metoda citogenetske diagnoze spola. Spomnimo se, da v kromosomu Y praktično ni homologov genov kromosoma X, vendar inaktivacija enega od kromosomov X vodi do dejstva, da je odmerek večine genov, lokaliziranih v spolnih kromosomih pri moških in ženskah. je enako, to je, da je inaktivacija kromosoma X pri ženskah eden od mehanizmov za kompenzacijo odmerka genov. Proces inaktivacije kromosoma X se imenuje lyonizacija, in je naključno. Zato bo v telesu ženske razmerje celic z inaktiviranim kromosomom X očetovskega ali materinega izvora približno enako. Tako imajo ženske, ki so heterozigotne za mutacijo v genu, lokaliziranem na kromosomu X, mozaični fenotip - en del celic vsebuje normalen alel, drugi pa mutant.

Tema 32. Kromosomska teorija dednosti. Morganov zakon

Uvod
1. T. G. Morgan - največji genetik 20. stoletja.
2. Privlačnost in odbojnost
3. Kromosomska teorija dednosti
4. Medsebojna razporeditev genov
5. Zemljevidi veznih skupin, lokalizacija genov v kromosomih
6. Citološke karte kromosomov
7. Zaključek
Bibliografija

1. UVOD

Mendlov tretji zakon - pravilo neodvisnega dedovanja znakov - ima precejšnje omejitve.
V Mendelovih lastnih poskusih in v prvih poskusih, ki so bili izvedeni po drugem odkritju Mendelovih zakonov, so bili v študijo vključeni geni, ki se nahajajo na različnih kromosomih, in posledično niso bila ugotovljena odstopanja od Mendelovega tretjega zakona. Nekoliko kasneje so bila ugotovljena dejstva, ki so v nasprotju s tem zakonom. Njihovo postopno kopičenje in proučevanje je privedlo do vzpostavitve četrtega zakona dednosti, imenovanega Morganov zakon (v čast ameriškemu genetiku Thomasu Gentu Morganu, ki ga je prvi oblikoval in utemeljil) ali pravilo povezanosti.
Leta 1911 je Morgan v članku »Prosta segregacija v nasprotju s privlačnostjo pri mendelski dednosti« zapisal: »Namesto proste segregacije v mendelskem smislu smo našli »združevanje dejavnikov«, lokaliziranih blizu skupaj na kromosomih. Citologija je zagotovila mehanizem, ki ga zahtevajo eksperimentalni podatki.
Te besede na kratko oblikujejo glavne določbe kromosomske teorije dednosti, ki jo je razvil T. G. Morgan.

1. T. G. MORGAN - NAJVEČJI GENETIK 20. stoletja.

Thomas Gent Morgan se je rodil 25. septembra 1866 v Kentuckyju (ZDA). Leta 1886 je diplomiral na univerzi te države. Leta 1890 je T. Morgan doktoriral iz filozofije in naslednje leto postal profesor na ženskem kolidžu v Pensilvaniji. Glavno obdobje njegovega življenja je bilo povezano z univerzo Columbia, kjer je od leta 1904 25 let služil kot vodja oddelka za eksperimentalno zoologijo. Leta 1928 so ga povabili, da vodi posebej zanj zgrajen biološki laboratorij na Kalifornijskem tehnološkem inštitutu v mestu blizu Los Angelesa, kjer je delal do svoje smrti.
Prve študije T. Morgana so bile posvečene vprašanjem eksperimentalne embriologije.
Leta 1902 je mladi ameriški citolog Walter Setton (1877-1916), ki je delal v laboratoriju E. Wilsona (1856-1939), predlagal, da so nenavadni pojavi, ki označujejo vedenje kromosomov med oploditvijo, po vsej verjetnosti mehanizem Mendelskih vzorcev. T. Morgan je dobro poznal samega E. Wilsona in delo njegovega laboratorija, zato je, ko je leta 1908 v moški filokseri ugotovil prisotnost dveh vrst sperme, od katerih je ena imela dodaten kromosom, domneva o povezava je takoj pojavila značilnosti spola z uvedbo ustreznih kromosomov. Tako je T. Morgan prešel na probleme genetike. Prišel je na idejo, da s kromosomi ni povezan samo spol, ampak so morda v njih lokalizirane tudi druge dedne nagnjenosti.
Skromen proračun univerzitetnega laboratorija je prisilil T. Morgana, da je iskal bolj primeren objekt za poskuse pri preučevanju dednosti. Od miši in podgan preide na vinsko mušico Drosophila, katere izbira se je izkazala za izjemno uspešno. Delo šole T. Morgana in nato večine drugih genetskih raziskovalnih ustanov se je osredotočilo na ta predmet. Glavna odkritja v genetiki 20-30-ih let. XX stoletje povezana z drozofilo.
Leta 1910 je bilo objavljeno prvo genetsko delo T. Morgana, »Spolno omejena dednost pri Drosophili«, ki opisuje mutacijo belih oči. Naslednje, resnično velikansko delo T. Morgana in njegovih kolegov je omogočilo povezavo podatkov citologije in genetike v eno celoto in doseglo vrhunec pri ustvarjanju kromosomske teorije dednosti. Glavna dela T. Morgana "Strukturne osnove dednosti", "Genska teorija", "Eksperimentalni temelji evolucije" in drugi označujejo progresivni razvoj genetske znanosti.
Med biologi dvajsetega stoletja. T. Morgan izstopa kot sijajen eksperimentalni genetik in kot raziskovalec najrazličnejših vprašanj.
Leta 1931 je bil T. Morgan izvoljen za častnega člana Akademije znanosti ZSSR, leta 1933 pa je prejel Nobelovo nagrado.

2. PRIVLAČNOST IN ODBIJANJE

Prvič sta odstopanje od pravila neodvisnega dedovanja znakov opazila Bateson in Punnett leta 1906, ko sta preučevala naravo dedovanja barve cvetov in oblike cvetnega prahu pri sladkem grahu. Pri sladkem grahu prevladuje vijolična barva cvetov (nadzira gen B) nad rdečo (odvisno od gena B), podolgovata oblika zrelega cvetnega prahu (»dolg cvetni prah«), povezana s prisotnostjo 3 por, ki je nadzorovana z genom L prevladuje "okrogel" cvetni prah z 2 porama, katerega tvorbo nadzira gen l.
Pri križanju škrlatnega sladkega graha z dolgim ​​cvetnim prahom in rdečega sladkega graha z okroglim cvetnim prahom imajo vse rastline prve generacije vijolične cvetove in dolg cvetni prah.
V drugi generaciji je bilo med proučevanimi 6.952 rastlinami 4.831 rastlin z vijoličnimi cvetovi in ​​dolgim ​​cvetnim prahom, 390 z vijoličnimi cvetovi in ​​okroglim cvetnim prahom, 393 z rdečimi cvetovi in ​​dolgim ​​cvetnim prahom ter 1.338 rastlin z rdečimi cvetovi in ​​okroglim cvetnim prahom.
To razmerje se dobro ujema s cepitvijo, ki jo pričakujemo, če se gena B in L med tvorbo gamet prve generacije nahajata 7-krat pogosteje v kombinacijah, v katerih sta bila najdena v starševskih oblikah (BL in bl) kot v novih kombinacijah (Bl in bL) (Tabela 1).
Zdi se, da se gena B in L ter b in l med seboj privlačita in ju je težko ločiti drug od drugega. To vedenje genov so poimenovali genska privlačnost. Domneva, da se gamete z genoma B in L v kombinacijah, v katerih so bile predstavljene v starševskih oblikah, najdemo 7-krat pogosteje kot gamete z novo kombinacijo (v tem primeru Bl in bL), je bila neposredno potrjena v rezultatih t.i. analiziranje križev.
Pri križanju hibridov prve generacije (F1) (genotip BbLl) z recesivnim staršem (bbll) smo dobili naslednjo delitev: 50 rastlin z vijoličnimi cvetovi in ​​dolgim ​​cvetnim prahom, 7 rastlin z vijoličnimi cvetovi in ​​okroglim cvetnim prahom, 8 rastlin z rdečimi cvetovi in dolgi cvetni prah in 47 rastlin z rdečimi cvetovi in ​​okroglim cvetnim prahom, kar zelo ustreza pričakovanemu razmerju: 7 gamet s starimi kombinacijami genov proti 1 gameti z novimi kombinacijami.
Pri tistih križanjih, kjer je imel eden od staršev genotip BBll in drugi genotip bbLL, je imela segregacija v drugi generaciji popolnoma drugačen značaj. V enem od teh križanj F2 je bilo 226 rastlin z vijoličnimi cvetovi in ​​dolgim ​​cvetnim prahom, 95 z vijoličnimi cvetovi in ​​okroglim cvetnim prahom, 97 z rdečimi cvetovi in ​​dolgim ​​cvetnim prahom ter ena rastlina z rdečimi cvetovi in ​​okroglim cvetnim prahom. V tem primeru se zdi, da se gena B in L odbijata. To vedenje dednih dejavnikov so poimenovali genski odboj.
Ker je bila privlačnost in odbojnost genov zelo redka, je veljala za nekakšno anomalijo in neke vrste genetsko radovednost.
Nekoliko kasneje so pri sladkem grahu odkrili še več primerov privlačnosti in odbijanja (oblika cveta in barva listne pazduhe, barva cveta in oblika jadra cveta ter nekateri drugi pari znakov), vendar to ni spremenilo splošne ocene pojava privlačnost in odboj kot anomalija.
Ocena tega pojava pa se je po letih 1910-1911 močno spremenila. T. Morgan in njegovi učenci so odkrili številne primere privlačnosti in odbijanja vinske mušice Drosophila, ki je zelo ugoden objekt za genetske raziskave: njeno gojenje je poceni in ga je mogoče izvajati v laboratorijskih pogojih v zelo širokem obsegu, njena življenjska doba je kratka in v enem letu lahko dobite več deset generacij, nadzorovano križanje je enostavno izvesti; obstajajo le 4 pari kromosomov, vključno s parom spolnih, ki se med seboj jasno razlikujejo.
Zahvaljujoč temu so Morgan in njegovi sodelavci hitro odkrili veliko število mutacij v dednih dejavnikih, ki določajo lastnosti, ki so jasno vidne in jih je enostavno preučiti, in so lahko izvedli številna križanja, da bi preučili naravo dedovanja teh lastnosti. Izkazalo se je, da se številni geni pri muhi Drosophila ne dedujejo neodvisno drug od drugega, ampak se medsebojno privlačijo ali odbijajo, gene, ki izkazujejo takšno interakcijo, pa bi lahko razdelili v več skupin, znotraj katerih so vsi geni pokazali bolj ali manj močno izraženo medsebojno privlačnost oz. odbojnost.
Na podlagi analize rezultatov teh študij je T. G. Morgan predlagal, da pride do privlačnosti med nealelomorfnimi geni, ki se nahajajo na istem kromosomu, in traja, dokler se ti geni ne ločijo drug od drugega kot posledica zloma kromosoma med redukcijsko delitvijo, in pride do odbijanja. v primerih, ko se preučevani geni nahajajo na različnih kromosomih istega para homolognih kromosomov
Iz tega sledi, da sta privlačnost in odbojnost genov različna vidika istega procesa, katerega materialna osnova je različna razporeditev genov v kromosomih. Zato je Morgan predlagal opustitev dveh ločenih konceptov "privlačnosti" in "odbojnosti" genov in ju nadomestiti z enim splošnim konceptom "povezave genov", saj je verjel, da je to odvisno od njihove lokacije znotraj enega kromosoma v linearnem vrstnem redu.

3. KROMOSOMSKA TEORIJA DEDIŠČINE

Z nadaljnjim preučevanjem povezovanja genov je bilo kmalu ugotovljeno, da število povezovalnih skupin pri Drosophili (4 skupine) ustreza haploidnemu številu kromosomov v tej muhi in vsi geni, ki so bili dovolj podrobno raziskani, so bili porazdeljeni med te 4 povezovalne skupine. Sprva je relativna lokacija genov znotraj kromosoma ostala neznana, kasneje pa je bila razvita tehnika za določanje vrstnega reda lokacije genov, vključenih v isto skupino povezav, na podlagi kvantitativnega določanja moči povezave med njimi.
Kvantitativno določanje moči genske povezave temelji na naslednjih teoretičnih izhodiščih. Če se dva gena A in B v diploidnem organizmu nahajata na enem kromosomu in se recesivni alelomorfi teh genov a in b nahajata na drugem, njemu homolognem kromosomu, se lahko gena A in B ločita drug od drugega in vstopata v nove kombinacije z njihovi recesivni alelomorfi le v primeru, da je kromosom, v katerem se nahajajo, pretrgan v območju med temi geni in na mestu preloma pride do povezave med deli tega kromosoma in njegovim homologom.
Do takšnih prelomov in novih kombinacij kromosomskih regij dejansko pride med konjugacijo homolognih kromosomov med redukcijsko delitvijo. Toda v tem primeru se izmenjave odsekov običajno ne pojavijo med vsemi 4 kromatidami, ki sestavljajo kromosome bivalentov, ampak le med dvema od teh 4 kromatid. Zato so kromosomi, ki nastanejo kot posledica prve delitve mejoze, med takimi izmenjavami sestavljeni iz dveh neenakih kromatid - nespremenjenih in rekonstruiranih kot posledica izmenjave. V drugi delitvi mejoze se te neenake kromatide razhajajo proti nasprotnim polom in zahvaljujoč temu haploidne celice, ki nastanejo zaradi redukcijske delitve (spore ali gamete), prejmejo kromosome, sestavljene iz enakih kromatid, vendar le polovica haploidnih celic prejme rekonstruirane kromosome in druga polovica prejme nespremenjeno.
Ta izmenjava odsekov kromosomov se imenuje crossing over. Ob nespremenjenih drugih pogojih se križanje med dvema genoma, ki se nahajata na istem kromosomu, zgodi manj pogosto, čim bližje sta drug drugemu. Pogostost križanja med geni je sorazmerna z razdaljo med njimi.
Ugotavljanje pogostosti križanj običajno poteka s tako imenovanimi analitičnimi križanji (križanje hibridov F1 z recesivnim staršem), čeprav se lahko v ta namen uporabi tudi F2, pridobljen s samooploditvijo hibridov F1 ali medsebojnim križanjem F1 hibridov.
To določanje pogostosti križanja lahko obravnavamo na primeru moči adhezije med genoma C in S pri koruzi. Gen C določa nastanek obarvanega endosperma (obarvana semena), njegov recesivni alel c pa povzroča neobarvan endosperm. Gen S povzroča nastanek gladkega endosperma, njegov recesivni alel s pa nastanek nagubanega endosperma. Gena C in S se nahajata na istem kromosomu in sta med seboj precej močno povezana. V enem od poskusov, izvedenih za kvantificiranje moči adhezije teh genov, so bili pridobljeni naslednji rezultati.
Rastlino z obarvanimi gladkimi semeni, homozigotno za gena C in S in z genotipom CCSS (dominantni starš), smo križali z rastlino z neobarvanimi nagubanimi semeni z genotipom CCSS (recesivni starš). Hibridi prve generacije F1 so bili ponovno križani z recesivnim staršem (testno križanje). Na ta način je bilo pridobljenih 8368 F2 semen, pri katerih je bila glede na barvo in gubanje ugotovljena naslednja delitev: 4032 obarvanih gladkih semen; 149 pobarvan naguban; 152 nepobarvana gladka; 4035 nebarvana nagubana.
Če sta bila pri nastajanju makro- in mikrospore pri hibridih F1 gena C in S porazdeljena neodvisno drug od drugega, potem morajo biti v testnem križanju vse te štiri skupine semen zastopane v enakem številu. Vendar to ni tako, saj se geni C in S nahajajo na istem kromosomu, povezani med seboj, zato se spori z rekombiniranimi kromosomi, ki vsebujejo gene Cs in cS, oblikujejo le ob prisotnosti križanja med geni C in S, kar se pojavlja relativno redko.
Odstotek križanja med genoma C in S lahko izračunamo po formuli:

X = a + b / n x 100%,

Kjer je a število križanj zrn enega razreda (zrna z genotipom Cscs, pridobljena iz kombinacije gamet Cs hibrida F1 z gametami cs recesivnega starša); c je število crossingover zrn drugega razreda (cScs); n je skupno število zrn, dobljenih kot rezultat analize križanja.
Diagram, ki prikazuje dedovanje kromosomov, ki vsebujejo povezane gene v koruzi (po Hutchinsonu). Dedno obnašanje genov za obarvan (C) in brezbarven (c) alevron, poln (S) in naguban (s) endosperm ter kromosomov, ki nosijo te gene, pri medsebojnem križanju dveh čistih tipov in pri povratnem križanju F1 z indicirana je dvojna recesivna.
Če nadomestimo število zrn različnih razredov, pridobljenih v tem poskusu, v formulo, dobimo:

X = a + b / n x 100 % = 149 + 152 / 8368 x 100 % = 3,6 %

Razdalja med geni v povezovalnih skupinah je običajno izražena kot odstotek crossing overja ali v morganidah (morganid je enota, ki izraža moč povezave, imenovana na predlog A. S. Serebrovskega v čast T. G. Morgana, kar je enako 1 % križanja čez). V tem primeru lahko rečemo, da se gen C nahaja na razdalji 3,6 morganidov od gena S.
Zdaj lahko s to formulo določite razdaljo med B in L v sladkem grahu. Če številke, dobljene z analitičnim križanjem in navedene zgoraj, zamenjamo v formulo, dobimo:

X = a + b / n x 100 % = 7 + 8 / 112 x 100 % = 11,6 %

Pri sladkem grahu se gena B in L nahajata na istem kromosomu na razdalji 11,6 morganidov drug od drugega.
Na enak način so T. G. Morgan in njegovi študenti določili odstotek križanja med številnimi geni, vključenimi v isto vezno skupino za vse štiri vezne skupine Drosophila. Izkazalo se je, da se je odstotek križanja (ali razdalja v morganidah) med različnimi geni, ki so del iste vezne skupine, močno razlikoval. Poleg genov, med katerimi je do crossingoverja prišlo zelo redko (približno 0,1 %), so bili tudi geni, med katerimi povezava sploh ni bila zaznana, kar kaže na to, da so nekateri geni locirani zelo blizu drug drugega, drugi pa zelo blizu drug drugemu. daleč.

4. RELATIVNA LOKACIJA GENOV

Da bi ugotovili lokacijo genov, so predpostavili, da so razporejeni v linearnem vrstnem redu na kromosomih in da je resnična razdalja med dvema genoma sorazmerna s pogostostjo križanja med njima. Te predpostavke so odprle možnost določanja relativnega položaja genov znotraj veznih skupin.
Recimo, da so razdalje (% crossing over) med tremi geni A, B in C znane in da so 5 % med geni A in B, 3 % med B in C ter 8 % med geni A in C.
Predpostavimo, da se gen B nahaja desno od gena A. V kateri smeri od gena B naj se nahaja gen C?
Če predpostavimo, da se gen C nahaja levo od gena B, potem mora biti v tem primeru razdalja med genoma A in C enaka razliki v razdaljah med geni A - B in B - C, to je 5% - 3 % = 2 %. Toda v resnici je razdalja med genoma A in C popolnoma drugačna in je enaka 8%. Zato je predpostavka napačna.
Če zdaj predpostavimo, da se gen C nahaja desno od gena B, potem mora biti v tem primeru razdalja med genoma A in C enaka vsoti razdalj med geni A - B in geni B - C, to je 5% + 3 % = 8 %, kar popolnoma ustreza eksperimentalno ugotovljeni razdalji. Zato je ta predpostavka pravilna in lokacijo genov A, B in C na kromosomu lahko shematično prikažemo na naslednji način: A - 5%, B - 3%, C - 8%.
Ko so določeni relativni položaji treh genov, je mogoče določiti lokacijo četrtega gena glede na te tri, če poznamo njegovo oddaljenost od samo dveh od teh genov. Lahko domnevamo, da je razdalja gena D od dveh genov - B in C izmed treh zgoraj obravnavanih genov A, B in C znana in da je enaka 2% med genoma C in D ter 5% med B in D Poskus umestitve gena D levo od gena C je neuspešen zaradi očitne razlike med razdaljami med geni B - C in C - D (3% - 2% = 1%) glede na dano razdaljo med geni. B in D (5%). In nasprotno, če gen D postavimo desno od gena C, dobimo popolno skladnost med vsoto razdalj med geni B - C in geni C - D (3% + 2% = 5%) z dano razdaljo med geni B in D (5%). Ko ugotovimo lokacijo gena D glede na gena B in C, lahko brez dodatnih eksperimentov izračunamo razdaljo med genoma A in D, saj naj bi bila enaka vsoti razdalj med geni A - B in B - D. (5 % + 5 % = 10 %).
Pri proučevanju povezave med geni, ki so vključeni v isto skupino povezav, je bilo večkrat izvedeno eksperimentalno preverjanje razdalj med njimi, predhodno izračunanih na enak način, kot je bilo opravljeno zgoraj za gena A in D, in v vseh primerih zelo dobro dogovor je bil dosežen.
Če je znana lokacija 4 genov, recimo A, B, C, D, potem je mogoče peti gen "povezati" z njimi, če so znane razdalje med genom E in nekaterima dvema od teh 4 genov ter razdalje med genoma Četverice E in drugih dveh genov je mogoče izračunati, kot je bilo storjeno za gena A in D v prejšnjem primeru.

5. ZEMLJEVIDI POVEZNIH SKUPIN, LOKALIZACIJA GENOV V KROMOSOMIH

S postopnim povezovanjem vedno več genov z izvirnimi tremi ali štirimi povezanimi geni, za katere so bili predhodno določeni njihovi relativni položaji, so bili sestavljeni zemljevidi povezovalnih skupin.
Pri sestavljanju zemljevidov skupin sklopk je pomembno upoštevati številne značilnosti. Bivalent lahko doživi ne eno, ampak dve, tri in celo več kiazmat in s kiazmo povezanih križanj. Če se geni nahajajo zelo blizu drug drugemu, potem je verjetnost, da bosta na kromosomu med takima genoma nastali dve kiazmi in da bo prišlo do dveh izmenjav niti (dva križanja), zanemarljiva. Če se geni nahajajo relativno daleč drug od drugega, se verjetnost dvojnega krosingoverja v kromosomski regiji med temi geni v istem paru kromatid znatno poveča. Medtem pa drugo križanje v istem paru kromatid med proučevanima genoma dejansko razveljavi prvo križanje in odpravi izmenjavo teh genov med homolognimi kromosomi. Zato se število navzkrižnih gamet zmanjša in zdi se, da so ti geni locirani bližje drug drugemu, kot so v resnici.
Shema dvojnega crossing overja v enem paru kromatid med genoma A in B ter genoma B in C. I - trenutek crossing overa; II - rekombinirani kromatidi AcB in aCb.
Še več, dlje ko se proučevani geni nahajajo drug od drugega, pogosteje se med njimi pojavi dvojni crossing over in večje je izkrivljanje resnične razdalje med temi geni, ki ga povzroči dvojni crossing over.
Če razdalja med preučevanimi geni presega 50 morganidov, potem je na splošno nemogoče odkriti povezavo med njimi z neposrednim določanjem števila križnih gamet. Pri njih, tako kot pri genih v homolognih kromosomih, ki med seboj niso povezani, med analitičnim križanjem le 50 % gamet vsebuje kombinacijo genov, drugačno od tistih, ki so bile prisotne v hibridih prve generacije.
Zato se pri sestavljanju zemljevidov povezovalnih skupin razdalje med oddaljenimi geni ne določijo z neposrednim določanjem števila navzkrižnih gamet v testnih križanjih, ki vključujejo te gene, temveč z dodajanjem razdalj med številnimi tesno razporejenimi geni, ki se nahajajo med njimi.
Ta metoda sestavljanja zemljevidov povezovalnih skupin omogoča natančnejše določanje razdalje med relativno oddaljenimi (ne več kot 50 morganidov) lociranimi geni in identifikacijo povezave med njimi, če je razdalja večja od 50 morganidov. V tem primeru je bila povezava med oddaljenimi geni vzpostavljena zaradi dejstva, da so povezani z vmesno lociranimi geni, ti pa so povezani drug z drugim.
Tako je bilo za gene, ki se nahajajo na nasprotnih koncih kromosomov II in III Drosophila - na razdalji več kot 100 morganidov drug od drugega, mogoče ugotoviti dejstvo, da se nahajajo v isti vezni skupini z identifikacijo njihove povezave z vmesnimi gene in povezavo teh vmesnih genov med vami.
Razdalje med oddaljenimi geni se določijo z dodajanjem razdalj med številnimi vmesnimi geni in le zahvaljujoč temu se določijo razmeroma natančno.
Pri organizmih, katerih spol nadzirajo spolni kromosomi, pride do crossingoverja samo pri homogametnem spolu in ga pri heterogametnem spolu ni. Tako se pri drozofilah crossing over pojavi le pri samicah, pri samcih pa ga ni (natančneje, pojavlja se tisočkrat redkeje). V zvezi s tem kažejo geni samcev te muhe, ki se nahajajo na istem kromosomu, popolno povezavo ne glede na medsebojno oddaljenost, kar olajša identifikacijo njihove lokacije v isti vezni skupini, vendar onemogoča določitev razdalja med njimi.
Drosophila ima 4 vezne skupine. Ena od teh skupin je dolga okoli 70 morganidov in geni, vključeni v to vezno skupino, so jasno povezani z dedovanjem spola. Zato se lahko šteje za gotovo, da se geni, vključeni v to vezno skupino, nahajajo na spolnem kromosomu X (v 1 paru kromosomov).
Druga vezna skupina je zelo majhna in je dolga samo 3 morganide. Nobenega dvoma ni, da se geni, vključeni v to vezno skupino, nahajajo v mikrokromosomih (IX par kromosomov). Toda drugi dve vezni skupini imata približno enako velikost (107,5 morganidov in 106,2 morganidov) in precej težko se je odločiti, kateremu od parov avtosomov (II in III parov kromosomov) ustreza vsaka od teh veznih skupin.
Da bi rešili vprašanje lokacije povezovalnih skupin v velikih kromosomih, je bilo potrebno uporabiti citogenetsko študijo številnih kromosomskih preureditev. Na ta način je bilo mogoče ugotoviti, da nekoliko večja vezna skupina (107,5 morganidov) ustreza II paru kromosomov, nekoliko manjša vezna skupina (106,2 morganidov) pa se nahaja v III paru kromosomov.
Zahvaljujoč temu je bilo ugotovljeno, kateri kromosomi ustrezajo vsaki od povezovalnih skupin v Drosophili. Toda tudi po tem je ostalo neznano, kako se genske vezne skupine nahajajo v njihovih ustreznih kromosomih. Ali se na primer desni konec prve vezne skupine pri Drosophili nahaja blizu kinetične zožitve kromosoma X ali na nasprotnem koncu tega kromosoma? Enako velja za vse ostale skupine sklopk.
Odprto je ostalo tudi vprašanje, v kolikšni meri so razdalje med geni, izražene v morganidah (v % crossing overja), ustrezale pravim fizičnim razdaljam med njimi v kromosomih.
Da bi ugotovili vse to, je bilo treba, vsaj za nekatere gene, ugotoviti ne le njihov relativni položaj v veznih skupinah, ampak tudi njihov fizični položaj v ustreznih kromosomih.
To se je izkazalo za možno šele potem, ko je bilo kot rezultat skupnih raziskav genetika G. Mellerja in citologa G. Paynterja ugotovljeno, da pod vplivom rentgenskih žarkov v Drosophili (kot pri vseh živih organizmih) pride do prenosa ( translokacija) delov enega kromosoma na drugega. Ko se določen del enega kromosoma prenese na drugega, vsi geni, ki se nahajajo v tem delu, izgubijo povezavo z geni, ki se nahajajo v preostalem delu donorskega kromosoma, in pridobijo povezavo z geni v prejemnem kromosomu. (Kasneje je bilo ugotovljeno, da pri takšnih prerazporeditvah kromosomov ne pride le do prenosa odseka iz enega kromosoma v drugega, temveč do medsebojnega prenosa odseka prvega kromosoma na drugega in iz njega odseka drugega kromosoma). se prenese na mesto izločenega razdelka v prvem).
V primerih, ko pride do preloma kromosoma pri ločevanju regije, prenesene na drug kromosom, med dvema genoma, ki se nahajata blizu drug drugega, je mogoče lokacijo tega preloma precej natančno določiti tako na zemljevidu vezne skupine kot na kromosomu. Na vezni karti se prelomna točka nahaja v območju med skrajnima genoma, od katerih eden ostane v prejšnji vezni skupini, drugi pa je vključen v novo. Na kromosomu je mesto preloma določeno s citološkimi opazovanji zmanjšanja velikosti donorskega kromosoma in povečanja velikosti prejemnega kromosoma.
Translokacija odsekov s kromosoma 2 na kromosom 4 (po Morganu). Zgornji del slike prikazuje vezne skupine, srednji del prikazuje kromosome, ki ustrezajo tem veznim skupinam, spodnji del pa prikazuje metafazne plošče somatske mitoze. Številke označujejo število veznih skupin in kromosomov. A in B - "spodnji" del kromosoma se je premaknil na kromosom 4; B - "zgornji" del kromosoma 2 se je premaknil na kromosom 4. Genetske karte in kromosomske plošče so heterozigotne za translokacije.
Kot rezultat študije velikega števila različnih translokacij, ki so jih izvedli številni genetiki, so bili sestavljeni tako imenovani citološki zemljevidi kromosomov. Lokacije vseh proučevanih prelomov so označene na kromosomih, zahvaljujoč temu pa se za vsak prelom določi lokacija dveh sosednjih genov desno in levo od njega.
Citološke karte kromosomov so najprej omogočile ugotovitev, kateri konci kromosomov ustrezajo "desnemu" in "levemu" koncu ustreznih povezovalnih skupin.
Primerjava "citoloških" zemljevidov kromosomov z "genetskimi" (vezne skupine) zagotavlja bistveno gradivo za pojasnitev razmerja med razdaljami med sosednjimi geni, izraženimi v morganidah, in fizičnimi razdaljami med istimi geni v kromosomih pri proučevanju teh kromosomov pod mikroskopom.
Primerjava »genetskih zemljevidov« kromosomov I, II in III Drosophile melanogaster s »citološkimi zemljevidi« teh kromosomov v metafazi na podlagi podatkov o translokaciji (po Levitskem). Sp je mesto pritrditve niti vretena. Ostali označujejo različne gene.
Nekoliko kasneje je bila izvedena trojna primerjava lokacije genov na »genetskih zemljevidih« povezav, »citoloških zemljevidih« navadnih somatskih kromosomov in »citoloških zemljevidih« velikanskih žlez slinavk.
Poleg Drosophile so dokaj podrobne »genetske karte« veznih skupin sestavljene še za nekatere druge vrste iz rodu Drosophila. Izkazalo se je, da je pri vseh dovolj podrobno raziskanih vrstah število veznih skupin enako haploidnemu številu kromosomov. Tako so pri Drosophili, ki ima tri pare kromosomov, našli 3 vezne skupine, pri Drosophili s petimi pari kromosomov - 5 in pri Drosophili s šestimi pari kromosomov - 6 veznih skupin.
Med vretenčarji je najbolje raziskana hišna miš, pri kateri je že vzpostavljenih 18 veznih skupin, medtem ko je pri človeku, ki ima 23 parov kromosomov, poznanih 10 veznih skupin. Piščanec z 39 pari kromosomov ima le 8 veznih skupin. Nobenega dvoma ni, da se bo z nadaljnjim genetskim preučevanjem teh objektov število identificiranih povezovalnih skupin v njih povečalo in bo verjetno ustrezalo številu parov kromosomov.
Med višjimi rastlinami je koruza genetsko najbolj raziskana. Ima 10 parov kromosomov in najdenih je bilo 10 dokaj velikih veznih skupin. S pomočjo eksperimentalno pridobljenih translokacij in nekaterih drugih kromosomskih preureditev so vse te vezne skupine omejene na strogo določene kromosome.
Pri nekaterih višjih rastlinah, ki so bile dovolj podrobno raziskane, je bilo ugotovljeno tudi popolno ujemanje med številom veznih skupin in številom parov kromosomov. Tako ima ječmen 7 parov kromosomov in 7 veznih skupin, paradižnik 12 parov kromosomov in 12 veznih skupin, snapdragon ima haploidno število kromosomov 8 in vzpostavljenih je 8 veznih skupin.
Med nižjimi rastlinami je genetsko najbolj podrobno raziskana vrečarka. Ima haploidno število kromosomov 7 in vzpostavljenih je bilo 7 veznih skupin.
Zdaj je splošno sprejeto, da je število veznih skupin v vseh organizmih enako njihovemu haploidnemu številu kromosomov, in če je pri mnogih živalih in rastlinah število znanih veznih skupin manjše od njihovega haploidnega števila kromosomov, potem je to odvisno le od dejstvo, da so bile genetsko nezadostno raziskane in da je bil posledično identificiran le del razpoložljivih veznih skupin.

ZAKLJUČEK

Kot rezultat lahko citiramo odlomke iz del T. Morgana:
»... Ker pride do povezave, se zdi, da je delitev dedne snovi do neke mere omejena. Pri vinski mušici Drosophila je na primer znanih okoli 400 novih vrst mutantov, katerih značilnosti so samo štiri vezne skupine...
... Člani vezne skupine morda včasih niso tako popolnoma povezani drug z drugim, ... so lahko nekateri recesivni znaki ene serije nadomeščeni z znaki divjega tipa iz druge serije. Toda tudi v tem primeru se še vedno štejejo za povezane, saj ostanejo povezane pogosteje, kot je opaziti takšno izmenjavo med serijami. Ta izmenjava se imenuje CROSS-ING-OVER - crossing over. Ta izraz pomeni, da lahko med dvema ustreznima nizoma povezav pride do pravilne izmenjave njunih delov, v kateri sodeluje veliko število genov...
Genska teorija ugotavlja, da so značilnosti ali lastnosti posameznika funkcija parnih elementov (genov), vgrajenih v dedno snov v obliki določenega števila veznih skupin; nato ugotavlja, da so člani vsakega para genov, ko zarodne celice dozorijo, razdeljeni v skladu s prvim Mendelovim zakonom in zato vsaka zrela zarodna celica vsebuje samo en njihov izbor; prav tako določa, da so člani, ki pripadajo različnim povezovalnim skupinam, med dedovanjem porazdeljeni neodvisno v skladu z drugim Mendelovim zakonom; na enak način ugotavlja, da včasih pride do naravne izmenjave - križanja - med ustreznimi elementi dveh povezovalnih skupin; končno ugotavlja, da frekvenca križa zagotavlja podatke, ki dokazujejo linearno razporeditev elementov v razmerju drug do drugega ... "

BIBLIOGRAFIJA

1. Splošna genetika. M.: Višja šola, 1985.
2. Bralec o genetiki. Založba univerze Kazan, 1988.
3. Petrov D. F. Genetika z osnovami selekcije, M.: Višja šola, 1971.
4. Biologija. M.: Mir, 1974.

Utemeljitelj teorije Thomas Gent Morgan, ameriški genetik in Nobelov nagrajenec, je postavil hipotezo o omejenosti Mendelovih zakonov.

V svojih poskusih je uporabil vinsko mušico Drosophila, ki ima za genetske poskuse pomembne lastnosti: nezahtevnost, plodnost, majhno število kromosomov (štirje pari) in veliko jasno opredeljenih alternativnih lastnosti.

Morgan in njegovi učenci so ugotovili naslednje:

1. Geni, ki se nahajajo na istem kromosomu, se dedujejo skupno ali povezano.
2. Skupine genov, ki se nahajajo na istem kromosomu, tvorijo vezne skupine. Število veznih skupin je enako haploidnemu nizu kromosomov pri homogametnih posameznikih in n+1 pri heterogametnih posameznikih.
3. Med homolognimi kromosomi lahko pride do izmenjave delov (crossing over); Kot posledica križanja nastanejo gamete, katerih kromosomi vsebujejo nove kombinacije genov.
4. Pogostost križanja med homolognimi kromosomi je odvisna od razdalje med geni, lokaliziranimi na istem kromosomu. Večja kot je ta razdalja, večja je prehodna frekvenca. Enota razdalje med geni je 1 morganida (1 % crossing over) ali odstotek pojavnosti crossover osebkov. Če je ta vrednost 10 morganidov, lahko trdimo, da je frekvenca križanj kromosomov na lokacijah teh genov 10 % in da bodo nove genetske kombinacije identificirane pri 10 % potomcev.
5. Da bi ugotovili naravo lokacije genov na kromosomih in določili pogostost prehoda med njimi, so zgrajene genetske karte. Zemljevid odraža vrstni red genov na kromosomu in razdaljo med geni na istem kromosomu. Ti zaključki Morgana in njegovih sodelavcev so bili imenovani kromosomska teorija dednosti. Najpomembnejše posledice te teorije so sodobne predstave o genu kot funkcionalni enoti dednosti, njegovi deljivosti in sposobnosti interakcije z drugimi geni.

Primer verižnega dedovanja:

• Vg - normalna krila Drosophila;
• vg - rudimentarna krila;
• BB - siva barva telesa;
• bb - temna barva telesa.

Vnos v kromosomsko izražanje:

V tem primeru se upošteva pravilo enotnosti hibridov prve generacije. V skladu z drugim in tretjim Mendelovim zakonom bi pričakovali, da se bo 25 % vsakega od možnih fenotipov (sive dolgokrile muhe, sive kratkokrile muhe, črne dolgokrile muhe in črne kratkokrile muhe) pojavilo v naslednjih testnih križanj. Vendar pa Morganovi poskusi niso dali takšnih rezultatov. Pri križanju samice VgVgbb, recesivne za obe lastnosti, s hibridnim samcem iz F1 je nastalo 50 % sivih muh s kratkimi krili in 50 % muh s črnim telesom in dolgimi krili:

Če dihibridno samico križamo s homozigotnim recesivnim samcem, nastanejo naslednji potomci: 41,5% - sivi s kratkimi krili, 41,5% - črni z dolgimi krili, 8,5% - sivi z dolgimi krili, 8,5% - črni s kratkimi krili .

Ti rezultati kažejo na prisotnost genske povezave in križanja med njimi. Ker je bilo 17% rekombinantnih osebkov pridobljenih v potomcih iz drugega križanja, je razdalja med genoma Vg in B 17% ali 17 morganidov.

Spolno vezano dedovanje

Kromosomski nizi različnih spolov se razlikujejo po strukturi spolnih kromosomov. Moški kromosom Y ne vsebuje veliko alelov, ki jih najdemo na kromosomu X. Lastnosti, ki jih določajo geni spolnih kromosomov, imenujemo spolno vezane. Vzorec dedovanja je odvisen od porazdelitve kromosomov v mejozi. Pri heterogametnih spolih se lastnosti, ki so vezane na kromosom X in nimajo alela na kromosomu Y, pojavijo tudi takrat, ko je gen, ki določa razvoj teh lastnosti, recesiven. Pri ljudeh se kromosom Y prenaša z očeta na sinove, kromosom X pa na hčere. Otroci prejmejo drugi kromosom od matere. Vedno je kromosom X. Če mati nosi patološki recesivni gen na enem od kromosomov X (na primer gen za barvno slepoto ali hemofilijo), vendar sama ni bolna, potem je prenašalka. Če se ta gen prenese na sinove, se lahko rodijo s to boleznijo, saj kromosom Y nima alela, ki bi zaviral patološki gen. Spol organizma je določen v trenutku oploditve in je odvisen od kromosomskega komplementa nastale zigote. Pri pticah so samice heterogametne, samci pa homogametni. Čebele sploh nimajo spolnih kromosomov. Samci so haploidni. Čebelje samice so diploidne.

Osnovne določbe kromosomske teorije dednosti:

• vsak gen ima določen lokus (mesto) na kromosomu;
• geni na kromosomu se nahajajo v določenem zaporedju;
• geni na enem kromosomu so povezani in se zato dedujejo pretežno skupaj;
• pogostost crossingoverja med geni je enaka razdalji med njimi;
• nabor kromosomov v celicah določenega tipa (kariotipa) je značilna lastnost vrste.

Vzorci, ki jih je odkrila Morganova šola in nato potrdili na številnih predmetih, so znani pod splošnim imenom kromosomska teorija dednosti. . Glavne določbe kromosomske teorije dednosti so naslednje:

1. Geni se nahajajo na kromosomih. Vsak kromosom predstavlja

gensko vezno skupino. Število veznih skupin pri vsaki vrsti je enako haploidnemu številu kromosomov.

2. Vsak gen zavzema določeno mesto (lokus) na kromosomu.

Geni so na kromosomih razporejeni linearno.

3. Med homolognimi kromosomi lahko pride do izmenjave

alelni geni.

4. Razdalja med geni na kromosomu je sorazmerna z odstotkom

prehod med njimi.

Zakoni teorije dednosti veljajo tudi za ljudi.

Dedovanje spolno vezanih lastnosti

Kromosomski nabor celic določenega posameznika (kariotip) je sestavljen iz dveh vrst kromosomov: avtosomi (kromosomi so enaki pri obeh spolih) in spolnih kromosomov (X- in Y-kromosomi, ki razlikujejo moške in ženske). Kombinacija spolnih kromosomov določa spol posameznika. Pri večini organizmov (zlasti pri ljudeh) ženski spol ustreza nizu kromosomov XX (tj. vsa nastala jajčeca običajno vsebujejo en kromosom X), moški spol pa kromosomom XY (med spermatogenezo tvorijo 50% sperme). ki vsebujejo kromosom X in 50 % semenčic, ki vsebujejo kromosom Y). Imenuje se spol, ki ima dva kromosoma X homogametno, in ХY – heterogametno

Vendar pa v naravi obstajajo številne izjeme pri tem vprašanju. Tako bo na primer pri nekaterih žuželkah, dvoživkah, pticah itd. Moško telo imelo dva kromosoma X, žensko telo pa XY; pri Orthoptera je ženski spol homogametni (XX), moški pa heterogametni (X0), tj. nima kromosoma Y. Običajno je v teh primerih kromosom X označen z Z, kromosom Y pa z W.

znaki, katerih geni so lokalizirani na spolnih kromosomih, se imenujejo prepletena s tlemi. Kromosoma X in Y imata skupne homologne regije. Vsebujejo gene, ki določajo lastnosti, ki se dedujejo enako pri moških in ženskah.

Poleg homolognih regij imata kromosoma X in Y tudi nehomologne regije, medtem ko nehomologna regija kromosoma X vsebuje gene, ki jih najdemo le na kromosomu X, nehomologna regija kromosoma Y pa vsebuje gene, ki jih najdemo samo na kromosomu Y. Nehomologne regije kromosoma X vsebujejo številne gene. Prek teh območij se na primer pri ljudeh prenašajo bolezni, kot so hemofilija, atrofija vida, diabetes mellitus, barvna slepota, pri muhah Drosophila pa na primer obarvanost telesa in barva oči.

Vzorec dedovanja hemofilije pri ljudeh:

X H - gen, ki določa normalno strjevanje krvi;

X h je gen, ki povzroča nestrjevanje krvi (hemofilijo).

R X N X h Ο  X N Y

nosilec gena je zdrav

hemofilija

G X N, X h X N, Y

F 1 X N X N, X N X h, X N Y, X h Y

zdrav prenašalec - zdrav bolan

Gen, ki nadzoruje strjevanje krvi (H), je dominanten, njegov alel, gen za hemofilijo (h), pa je recesiven, zato, če je ženska heterozigotna za ta gen (X H X h), ne bo razvila hemofilije. Moški imajo samo en kromosom X in če ima gen za hemofilijo (h), potem ima moški hemofilijo.

Deklica s hemofilijo se lahko rodi le iz zakonske zveze ženske, heterozigotne za hemofilijo, z moškim, ki trpi za to boleznijo, vendar so takšni primeri redki.

Pri posameznikih heterogametnega spola (XH) številni aleli, lokalizirani na nehomolognih področjih, ne tvorijo alelnih parov, tj. nosijo samo en alel v paru. To stanje, ko so določena regija kromosoma in aleli, lokalizirani v njej, predstavljeni v ednini, se imenuje hemizigotnost. Hemizigotnost je prisotna v majhnem številu alelov, lokaliziranih v nehomolognih regijah človeškega kromosoma Y. Njihov prenos poteka izključno po moški liniji, same značilnosti pa se imenujejo holandrične. Na primer, podeduje se razvoj primarnih in sekundarnih spolnih značilnosti moškega spola, poraščenost ušesa (hipertrihoza) itd.