Цитологические и генетические карты хромосом — АНТИ-РАК

Генетические и цитологические карты хромосом и их значение

Сравнительная
характеристика форм изменчивости

Ненаследственная
модификационная (фенотипическая)
Изменение условий среды, в результате
чего организм изменяется в пределах
нормы реакции, заданной генотипом
Значение: Адаптация- приспособление к
данным условиям среды, выживание,
сохранение потомства Белокочанная
капуста в условиях жаркого климата не
образует кочана. Породы лошадей и коров,
завезенных в горы, становятся низкорослыми

безразличные,
доминантные и рецессивные

Модификационная
изменчивость не вызывает изменений
генотипа, она связана с реакцией данного,
одного и того же генотипа на изменение
внешней среды: в оптимальных условиях
выявляется максимум возможностей,
присущих данному генотипу.

Так,
продуктивность беспородных животных
в условиях улучшенного содержания и
ухода повышается (надои молока, нагул
мяса). В этом случае все особи с одинаковым
генотипом отвечают на внешние условия
одинаково.

Однако другой признак –
жирность молока – слабо подвержен
изменениям условий среды, а масть
животного – еще более устойчивый
признак. Модификационная изменчивость
обычно колеблется в определенных
пределах.

Степень варьирования признака
у организма, то есть пределы модификационной
изменчивости, называется нормой реакции.
Фенотипические признаки не передаются
от родителей потомкам, наследуется лишь
норма реакции, то есть характер
реагирования на изменение окружающих
условий. У гетерозиготных организмов
при изменении

условий среды можно
вызвать различные проявления данного
признака.
Свойства
модификаций:
1)
ненаследуемость;
2) групповой характер
изменений;

Генотипическая
изменчивость
подразделяется на мутационную и
комбинативную. Мутациями
называются скачкообразные и устойчивые
изменения единиц наследственности –
генов, влекущие за собой изменения
наследственных признаков.

Термин
«мутация» был впервые введен де Фризом.
Мутации обязательно вызывают изменения
генотипа, которые наследуются потомством
и не связаны со скрещиванием и рекомбинацией
генов.

Способность к мутированию –
одно из свойств гена. Каждая отдельная
мутация вызывается какой-то причиной,
но в большинстве случаев эти причины
неизвестны. Мутации связаны с изменениями
во внешней среде.

Комбинативная
наследственная изменчивость
возникает в результате обмена гомологичными
участками гомологичных хромосом в
процессе мейоза, а также как следствие
независимого расхождения хромосом при
мейозе и случайного их сочетания при
скрещивании.

Изменчивость может быть
обусловлена не только мутациями, но и
сочетаниями отдельных генов и хромосом,
новая комбинация которых при размножении
приводит к изменению определенных
признаков и свойств организма.

Новые комбинации
генов возникают:

1) при кроссинговере, во время профазы
первого мейотического деления;
2) во
время независимого расхождения
гомологичных хромосом в анафазе первого
мейотического деления;

3) во время
независимого расхождения дочерних
хромосом в анафазе второго мейотического
деления
4) при слиянии разных половых
клеток.
Сочетание в зиготе
рекомбинированных генов может привести
к объединению признаков разных пород
и сортов.

Разнообразие фенотипов,
возникающих у организмов под влиянием
условий среды, называют модификационной
изменчивостью. Спектр модификационной
изменчивости определяется нормой
реакции.

Примером модификационной
изменчивости может служить изменчивость
генетически сходных (идентичных) особей.
Многие виды растений, например картофель,
обычно размножаются вегетативно, в этом
случае все потомки обладают одинаковым
генотипом.

Многие растения существенно
отличаются по высоте, кустистости,
количеству и форме клубней и другим
показателям. Причина этой очень широкой
модификационной изменчивости состоит
в разнообразном влиянии среды, которое
испытывает каждый саженец картофеля.

Модификационные изменения (модификации)
не связаны с изменением генов. В некоторых
случаях модификации не имеют
приспособительного значения, а, напротив,
представляют собой аномалии и даже
уродства.

Такие модификации получили
название морфозов. Морфозы представляют
собой результат резкого отклонения
индивидуального развития организма от
нормального пути.

Например, обработка
личинок и куколок дрозофилы высокими
температурами приводит к появлению
большого количества мух с измененной
формой крыльев и туловища.

Статистические
закономерности модификацнонной
изменчивости. Если мы измерим длину и
ширину листьев, взятых с одного дерева,
то увидим, что размеры их варьируются
в довольно широких пределах.

Эта
изменчивость — результат разных условий
развития листьев на ветвях дерева;
генотип их одинаков. Если некоторое
количество листьев расположить в порядке
нарастания, или убывания признака то
получится ряд изменчивости данного
признака, который носит название
вариационного ряда, слагающегося из
отдельных вариант.

Варианта, следовательно,
есть единичное выражение развития
признака. Если мы подсчитаем число
отдельных вариант в вариационном ряду,
то увидим, что частота встречаемости
их неодинакова.

Чаще всего встречаются
средние члены вариационного ряда, а к
обоим концам ряда частота встречаемости
будет снижаться. Чем однообразнее
условия развития, тем меньше выражена
МИ, тем короче будет вариационный ряд.

Норма реакции. Итак,
признаки развиваются в результате
взаимодействия генотипа и среды. Один
и тот же генотип может в разных условиях
среды давать разное значение признака.

Пределы, в которых возможно изменение
признаков у данного генотипа, называют
нормой реакции. Примеры МИ:
развитие черной окраски шерсти гималайских
кроликов в местах, подвергавшихся
охлаждению, изменение размера листьев
стрелолиста в воде и на воздухе.

Норма
реакции —
способность реа­гировать на варьирующие
условия развития. Отличия модифик.изменений
от мутаций: 1.Проявление у всех особей,
помещенных в данные условия (а не одной
– как с мутациями); 2.

Вывод: на проявление
генотипа в фенотипе влияют другие гены
генома (супрессоры etc),
внутренние факторы развития и физиологии
организма и внешние условия (среда
обитания).

32. Мутации и принципы
их классификации.

Мутации –это
редкие, случайно возникшие стойкие
изменения генотипа, затрагивающие весь
геном, целые хромосомы, их части или
отдельные гены. Они могут быть полезны,
вредны и нейтральны для организмов.

Геномные мутации.
Геномными называют мутации, приводящие
к изменению числа хромосом. Наиболее
распространенным типом геномных мутаций
является полиплоидия — кратное изменение
числа хромосом.

У полиплойдных организмов
гаплоидный (п) набор хромосом в клетках
повторяется не 2 раза, как у диплоидов,
а значительно больше -до 10-100 раз.
Возникновение полиплоидов связано с
нарушением митоза или мейоза.

В частности,
не расхождение гомологичных хромосом
в мейозе приводит к формированию гамет
с увеличенным числом хромосом. У
диплоидных организмов в результате
такого процесса могут образоваться
диплоидные (2п) гаметы.

Полиплоидные
виды растений довольно часто обнаруживаются
в природе; у животных полиплоидия редка.
Некоторые полиплоидные растения
характеризуются более мощным ростом,
крупными размерами и другими свойствами,
что делает их ценными для генетико-селекционных
работ.

Хромосомные мутации
— это перестройки хромосом. Структурные
изменения хромосом Многие из хромосомных
мутаций доступны изучению под микроскопом.
Пути изменения структуры хромосом
разнообразны.

Участок хромосомы может
удвоиться или, наоборот, выпасть, он
может переместиться на другое место и
т.д. Хромосомные мутации — результат
отклонений в нормальном течении процессов
клеточного деления.

Генные мутации. Генные,
или точечные, мутации — наиболее часто
встречающийся класс мутационных
изменений. Генные мутации связаны с
изменением последовательности нуклеотидов
в молекуле ДНК.

Они приводят к тому, что
мутантный ген перестает работать, и
тогда либо не образуются соответствующие
РНК и белок, либо синтезируется белок
с измененными свойствами, что проявляется
в изменении каких-либо признаков
организма.

Вследствие генных мутаций
образуются новые аллели. Это имеет
важное эволюционное значение. Генные
мутации следует рассматривать как
результат “ошибок” возникающих в
процессе удвоения молекул ДНК.

Картирование генома (генетические, цитологические и физические карты хромосом)

1.1.При Цитологическом картировании изучение дифференциально окрашенных хромосом позволяет обнаружить крупные хромосомные перестройки путем сравнения исследуемого образца с контрольным.

1.1.1. Гибридизация in situ: ISH — и FISH — гибридизация

Прямым методом картирования генов на хромосоме является метод гибридизации нуклеиновых кислот. Вариации метода (гибридизация in situ — на месте) и FISH используются в тех случаях, когда имеются пробы, или зон­ды с известными (секвенированными) нуклеотидными последовательно­стями.

Зонды — это искусственно синтезированные меченые: радиоактив­ными изотопами или флуоресцентными краси­телями — химически небольшие (10-30 нуклеогидов) сегменты одноцепочечной ДНК (или РНК), комплементарные ис­комому гену.

Эти короткие олигонуклеотиды соединяются только с тем участком ДНК, который содержит последовательность нуклеотидов, стро­го соответствующую (комплементарную) последовательности нуклеотидов зонда.

Следовательно, наличие связавшейся с ДНК метки с высокой точ­ностью свидетельствует о присутствии в анализируемом образце искомых последовательностей нуклеотидов.

Локусы генов, комплементарные зондам, могут быть картированы непосредственно на хромосоме путем регистрации радиоактивной метки.

1.1.2. Хромосомный пейнтинг

Одним из наиболее разрешающих методов является многоцветная флуоресцентная гибридизация или хромосомный пейнтинг (хромосомная живопись). Для получения многоцветных изображений используют различные флуорохромы, которыми метят разные зонды ДНК.

Информация об интенсивно­сти свечения каждого флуорохрома записывается на компьютере отдельно и каждому из таких изображений присваивается свой собственный псевдо­цвет.

1.1.3. Гибридизация соматических клеток

При цитологическом картировании используется также гибридизация соматических теток. В условиях культуры можно получить соматиче­ские гибриды клеток человека и различных грызунов: человек — мышь, че­ловек — крыса, человек — хомяк.

Генетические карты — это карты-схемы взаимного расположения генов на индивидуальных хромосомах, т. е. находящихся в одной группе сцепления.

Принципы генетического картирования были впервые разработаны Т. Морганом. Им же была составлена первая генетическая карта X-хромосомы дрозофилы, основанная на учете частоты образования кроссоверных и некроссоверных гамет у самок, гетерозиготных по рецессивным мутациям, локализованным в Х-хромосоме. Так.

в мейозе гетерозиготных самок кроссинговер между генами у (желтое тело) и w — (белые глаза) про­исходил в 1,5% случаев, между генами w и m (миниатюрные крылья) -34,5%, а между генами у и т — 36% случаев.

Генетические карты сцепления правильно отражают порядок распо­ложения генов (или генетических маркеров) на хромосомах, однако рас­стояния между ними имеют относительные значения, т. е. не соответствуют реальным физическим расстояниям.

1.3. Молекулярные маркеры ДНК и их использование для генетического картирования

1.3.1. ПДРФ — маркеры ПДРФ (полиморфизм длин рестрикционных фрагментов ДНК,

Было установлено, что генетическим маркером может быть любое место в геноме, где произошло изменение в последовательности ДНК, которое обнаруживается как внут­реннее различие между индивидами в популяции, но никаких внешних (фенотипических; различий между ними при этом не наблюдается.

У бактерий установлен и выделен целый ряд ферментов рестриктаз, которые узнают специфические последовательности в молекуле ДНК (обычно составляющие 4-6 нуклеотидов) и разрезают двойную спираль внутри или вблизи сайта узнавания, в результате чего образуются рестрикционные фрагменты, или рестрикты.

Отсутствие сайта узнавания может быть связано с делецией. инсер-цией или заменой нуклеотидов. Следовательно, любая мутация, изменяю­щая последовательность нуклеотидов сайта рестрикции, уничтожает этот сайт.

1.3.2. Молекулярные маркеры, основанные на полимера гной цепной реакции (ПЦР-маркеры)

Принципы метода ПЦР. Полимеразная цепная реакция имитирует при­родный процесс воспроизведения (удвоения) ДНК — репликацию, проис­ходящую на матричной основе (по принципу комплементарности) с уча­стием фермента ДНК-полимеразы.

Но если во время репликации удваива­ется вся ДНК, то при ПЦР — происходит многократное копирование (вос­произведение, амплификация) лишь интересующего исследователя специфического, небольшого фрагмента, расположенного между двумя праймерами.

1.3.3. Микросателлиты и минисателлиты как молекулярные маркеры

Разновидностями сатДНК являются. микросателлиты (МКС, или про­стые повторяющиеся последовательности — ППП) и минисателлиты (МНС). Минимальная повторяющаяся единица (КОР) микросателлитов включает от 1 до 10 пар нуклеотидов, минисателлитов — 15 -70 пн.

Физическое картиро­вание основано на прямом анализе молекул ДНК. составляющих каждую хромосому (без анализа результатов скрещивания). Его конечная цель — определение последовательности нуклеотидов в каждой хромосоме

1.4.1. Создание рестрикционных карт

Рестрикционное картирование основано на установлении точек действия различных рестриктаз. Распределение сайтов рестрикции пред­ставляет собой своеобразный паспорт каждого фрагмента ДНК и мо­жет использоваться для его идентификации.

Банк генов. Для этого фрагменты ДНК организма присоединяют к векторным молекулам, т. е. молекулам-переносчикам чужеродных генов. В качестве векторов используют плазмиды бактерий, фаги (вирусы, инфицирующие бактерии), космиды (гибридные молекулы, полученные из ДНК фага К и бактериальной плазмиды;

благодаря наличию cos-участка фага А., который обеспечивает замыкание его линейной ДНК в кольцо, космидная ДНК, включившая чужеродные гены, может быть упакована в головку бакте­риофага).

1.4.2. Создание упорядоченных библиотек клонов. Карты контиг.

Процедура «Прогулка по хромосоме»

Чтобы установить порядок расположения клонов (т. е. клонирован­ных фрагментов ДНК) на хромосоме (по ее длине), необходимо выявить участки их частичного перекрывания.

Это можно сделать путем гибриди­зации нуклеиновых кислот, если известна нуклеотидная последователь­ность хотя бы одного фрагмента. Его метят радиоактивно или флуорохромом и используют в качестве зонда для создания упорядоченных библио­тек клонов.

«Прогулка по хромосоме» (скользящее зондирование). Для упоря­дочивания клонов используют две разные библиотеки геномной ДНК, по­лученные из ДНК одного и того же организма, но разделенные двумя раз­ными рестриктазами.

Если один из генов (или клонов) в первой библиоте­ке удалось картировать и клонировать (т. е. получить из него ДНК-маркирующий сайт — STS), он затем может быть использован в качестве зонда для выявления перекрывающегося клона во второй библиотеке.

Таким образом устанавливается порядок расположения клонов на хромосоме.

1.4.Определение нуклеотидной последовательности генома (секвенирование) Исчерпывающая физическая карта генома человека (и любого друго­го организма) должна представлять собой полную последовательность нуклеотидов ДНК всех его хромосом.

В рамках этих подходов картировать ген означало пройти путь от его функции к локализации на хромосоме (позиции).

Формы анеуплоидии

Моносомия —наличие
всего одной из пары гомологичных
хромосом→синдром
Тернера
(ХО). отсутствуют обычные вторичные
половые признаки, характерен низкий
рост, крыловидные сладки.

В случае обширной
делеции
в какой-либо хромосоме иногда говорят
о частичной моносомии, например синдром
кошачьего крика.

Трисомия — это
наличие трёх гомологичных хромосом
вместо пары в норме.

спонтанный выкидыш
в первом триместре. Трисомия по 21хр.

Другие случаи
нерасхождения аутосом:

• Трисомия
  18 (синдром
  Эдвардса)
  аномалии почти всех систем

• Трисомия
  13 (синдром
  Патау)
  паталогия сс, незаращение неба и губы
  умств. отсталость

• Трисомия
  16 выкидыш (до 1 процента всех беременностей)

Случаи нерасхождения
половых хромосом:

• XXX
  (женщины внешне нормальны, плодовиты,
  но отмечается умственная отсталость)

• XXY,
  Синдром
  Клайнфельтера
  (мужчины, обладающие некоторыми
  вторичными женскими половыми признаками;
  бесплодны;
  яички
  развиты слабо, волос на лице мало, иногда
  развиваются молочные
  железы; обычно низкий уровень
  умственного развития)

• XYY
  (мужчины высокого роста с различным
  уровнем умственного развития;)

Тетрасомия (4 гомологичные
хромосомы вместо пары в диплоидном
наборе) и пентасомия (5 вместо 2-х)
встречаются чрезвычайно редко. Примерами
тетрасомии и пентасомии у человека
могут служить кариотипы XXXX, XXYY, XXXY, XYYY,
XXXXX, XXXXY, XXXYY, XYYYY и XXYYY.

43. Хромосомные болезни человека и причины их возникновения. Характеристика основных хромосомных болезней.

человек как генетический
объект наиболее труден для изучения.
Трудности эти состоят, прежде всего, в
том, что экспериментировать с человеком
как с животными или растениями недопустимо.

1) Относительно
одинакова продолжительность жизни
исследователя и объекта его изучения
(3-4 поколения можно проследить).
2)
Поздно наступает половая зрелость.

3)
Сравнительно малое число потомков (даже
в самой большой семье).
4) Сравнительно
большое число хромосом (46) и генов.
5)
Браки совершаются по иным законам, и
исследователи могут наблюдать лишь
случайно полученные результаты.

6)
Нельзя полностью уравнять условия жизни
людей.
7) Отсутствие родословных
записей, регистрации сведений о проявлении
того или иного свойства, признака у
предков и их потомков.

Однако современная
антропогенетика вооружена рядом методов
позволяющих проследить некоторые
закономерности передачи признаков по
наследству. Это способствует установлению
диагноза, позволяет бороться с болезненными
состояниями и даёт возможность произвести
генетическую консультацию лицам, в ней
нуждающимся.

К положительным сторонам
человека, как генетического объекта,
следует отнести хорошую фенотипическую
изученность, что позволяет легко
распознавать различные формы наследственных
отклонений.

Методы изучения
наследственности человека.

Генеалогический
метод. На первое место выходит
генеалогический метод, или метод
родословных, который предусматривает
прослеживание болезни или патологического
признака в семье или в роду с указанием
типа родственных связей между членами
родословной.

Сбор сведений начинается
от пробанда, которым называется лицо,
первым попавшее в поле зрения исследователя.
Обычно это больной или носитель какой-либо
мутации.

Дети одной родительской пары
называются сибсами. Границы применения
генеалогического метода достаточно
широки. Его используют при установлении
наследственного характера изучаемого
признака, при определении типа
наследования, наличия сцепления, при
медико-генетическом консультировании.

Одним из основных методов в генетике
человека является близнецовый метод.
Близнецы могут быть монозиготными
(однояйцовыми, идентичными) или дизиготными
(двуяйцовыми, неидентичными).

Первые
развиваются из одной зиготы, которая в
самом начале дробления делится на две
самостоятельные части, из которых
развиваются два зародыша. Они обязательно
одного пола и, как правило, имеют общий
хорион.

С генетической точки зрения
монозиготные близнецы являются абсолютно
идентичными, так как обладают одинаковыми
генотипами. Для них характерна высокая
степень сходства по многим признакам.

Дизиготные близнецы возникают в
результате оплодотворения двух
одновременно овулировавших яйцеклеток
разными сперматозоидами. Так как разные
яйцеклетки и сперматозоиды несут разные
комбинации генов, то дизиготные близнецы
с генетической точки зрения не являются
идентичными.

Они сходны как обычные
братья и сёстры, то есть имеют в среднем
около 50% общих генов; могут быть как
одного пола, так и разных полов. Основная
сфера приложения близнецового метода
– оценка соотносительной роли
наследственности и среды формирования
человеческой личности.

С этой точки
зрения для  генетиков большой интерес,
естественно, представляют монозиготные
близнецы, как генетически однородный
материал, позволяющий проводить такую
оценку.

Широкое применение
в генетике человека находит
популяционно-статистический метод,
который основан на отслеживании
(мониторинге) наследственных признаков
(в первую очередь наследственных
болезней) в больших группах населения
в одном или нескольких поколениях.

Метод
позволяет определять частоту генов, в
том числе «вредных», в различных
популяциях; темпы мутационного процесса;
величину генетического груза;

изучать
роль окружающей среды в возникновении
наследственных аномалий, выявлять
полиморфизм популяций по нормальным
признакам.
Цитогенетический метод
основан на микроскопическом анализе
хромосом человека.

Он используется при
диагностике хромосомных аномалий; при
составлении карт хромосом; при изучении
хромосомного полиморфизма человеческих
популяций;

при решении эволюционно-генетических
проблем. Метод культуры клеток in vitro
(т.е. на искусственной питательной среде)
позволяет решать важные генетические
проблемы, связанные с диагностикой
наследственных заболеваний;

К хромосомным относятся
болезни,
обусловленные геномными мутациями
или структурными изменениями отдельных
хромосом. Хромосомные болезни возникают
в результате мутаций в половых клетках
одного из родителей. Из поколения в
поколение передаются не более 3—5 %
из них.

Все хромосомные
болезни принято делить на две группы:
аномалии числа хромосом и нарушения
структуры хромосом.

Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом

• синдром
  Дауна —
  трисомия по 21 хромосоме, к признакам
  относятся: слабоумие, задержка роста,
  характерная внешность, изменения
  дерматоглифики;

• синдром
  Патау —
  трисомия по 13 хромосоме, характеризуется
  множественными пороками развития,
  идиотией,
  часто — полидактилия,
  нарушения строения половых органов,
  глухота; практически все больные не
  доживают до одного года;

• синдром
  Эдвардса —
  трисомия по 18 хромосоме.

• синдром
  Шерешевского-Тернера —
  отсутствие одной Х-хромосомы у женщин
  (45 ХО) вследствие нарушения расхождения
  половых хромосом; к признакам относится
  низкорослость, половой
  инфантилизм
  и бесплодие, различные соматические
  нарушения (микрогнатия,
  короткая шея и др.);

• полисомия
  по Х-хромосоме — включает трисомию
  (кариотии 47, XXX), тетрасомию (48, ХХХХ),
  пентасомию (49, ХХХХХ), отмечается
  незначительное снижение интеллекта,
  повышенная вероятность развития
  психозов
  и шизофрении
  с неблагоприятным типом течения;

• синдром
  Кляйнфельтера —
  полисомия по X- и Y-хромосомам у мальчиков
  (47, XXY; 47, XYY, 48, XXYY и др.), признаки: евнухоидный
  тип сложения, гинекомастия,
  слабый рост волос на лице, в подмышечных
  впадинах и на лобке, половой инфантилизм,
  бесплодие; умственное развитие отстает,
  однако иногда интеллект нормальный.

Нарушения структуры хромосом

• Транслокации —
  обменные перестройки между негомологичными
  хромосомами.

• Делеции —
  потери участка хромосомы. Например,
  синдром «кошачьего крика» связан с
  делецией короткого плеча 5-ой хромосомы.
  Признаком его служит необычный плач
  детей, напоминающий мяуканье или крик
  кошки. Это связано с патологией гортани
  или голосовых связок. Наиболее типичным,
  помимо «кошачьего крика», является
  умственное и физическое недоразвитие,
  микроцефалия (аномально уменьшенная
  голова).

• Инверсии —
  повороты участка хромосомы на 180
  градусов.

• Дупликации —
  удвоения участка хромосомы.

• Изохромосомия —
  хромосомы с повторяющимся генетическим
  материалом в обоих плечах.

• Возникновение
  кольцевых хромосом —
  соединение двух концевых делеций в
  обоих плечах хромосомы.

В настоящее время у
человека известно более 700 заболеваний,
вызванных изменением числа или структуры
хромосом. Около 25 % приходится на
аутосомные трисомии, 46 % — на
патологию половых хромосом.