РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЙ

Кафедра экологии и общей биологии

Соболев А.Н.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ ПО ГЕНЕТИКЕ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ

ОРЕЛ - 2008

УДК 575 Печатается по разрешению

Редакционно-издательского

Совета ОГУ, протокол № 2

От «24.12.2007 г.»

Автор: А.Н.Соболев

Рецензенты: Г.Г.Ладнова, профессор кафедры экологии и общей биологии Орловского государственного университета, доктор биологических наук;

Е.Н.Демьянков, профессор кафедры ботаники Орловского государственного университета, кандидат педагогических наук.

Методические указания по выполнению контрольных работ по генетике для студентов заочного отделения Учебно-методическое пособие. /А.Н.Соболев.– Орел: ОГУ. –2008– 45с.

В учебно-методическом пособии приведена программа по генетике, которую должны освоить студенты. Проанализированы решения основных типов генетических задач. Представлен алгоритм решения задач по генетике, правила их оформления, подробно рассмотрены примеры решения задач по всем основным разделам курса генетики. Кроме того, в пособии даны варианты контрольных заданий для закрепления знаний генетики студентами-заочниками. Данное учебно-методическое пособие рекомендовано к применению на учебных занятиях по генетике со студентами-заочниками факультета естественных наук решением заседания кафедры экологии и общей биологии (протокол № 3 от 23 ноября 2007 года).

© 2008

Соболев А.Н.

ПРОГРАММА ПО ГЕНЕТИКЕ

Предмет генетики и его место в системе биологических наук. Понятие о наследственности и изменчивости. Методы генетики: гибридологический, цитологический, физико-химический, онтогенетический, математический и др. Краткая история развития генетики. Генетика как теоретическая основа селекции и семеноводства. Значение генетики для решения задач медицины, биотехнологии, предотвращения мутагенного загрязнения окружающей среды.

МАТЕРИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ.

Механизмы размножения прокариот. Клеточный цикл. Митоз как механизм бесполого размножения у эукариот. Фазы митоза. Кариотип, хромосомы, хроматиды. Особенности воспроизведения и распределения хромосом и цитоплазматических органоидов в процессе деления клетки. Эндомитоз, политения. Видовая специфичность числа и морфологии хромосом. Особенности организации хромосом. Генетическое значение митоза.

Цитологические основы полового размножения. Фазы и стадии мейоза, характерные черты профазы I мейоза. Конъюгация, кроссинговер, расхождение гомологичных и негомологичных хромосом в мейозе. Генетическое значение мейоза. Основные различия в протекании митоза и мейоза.

Половое и бесполое размножение. Основные типы полового размножения: амфимиксис, апомиксис, партеногенез, гиногенез, андрогенез. Половые клетки. Гаметогенез у животных. Спорогенез и гаметогенез у растений. Сходство и различие в развитии половых клеток у растений и животных. Оплодотворение. Общие и специфические черты процесса оплодотворения у растений и животных. Двойное оплодотворение у растений.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ И ПРИНЦИПЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ.

Основные принципы гибридологического анализа, разработанного Г. Менделем: анализ наследования отдельных альтернативных пар признаков, использование гомозиготных родительских форм, индивидуальный анализ потомства каждого гибридного организма, количественный учет всех классов расщепления.

Генетическая символика. Правила скрещивания. Основные понятия генетики: ген, генотип, фенотип, гомозигота, гетерозигота.

Наследование при моногибридном скрещивании. Понятие о реципрокных, возвратных и анализирующих скрещиваниях. Правило единообразия гибридов первого поколения. Гипотеза чистоты гамет. Понятие о полном и неполном доминировании. Закон расщепления гибридов второго поколения. Расщепление по генотипу и фенотипу во втором и третьем поколениях.

Наследование при дигибридном и полигибридном скрещиваниях. Расщепление по генотипу и фенотипу при дигибридном скрещивании. Закон независимого комбинирования отдельных пар признаков. Цитологические основы расщепления и независимого комбинирования генов. Общая формула расщепления при полигибридном скрещивании. Условия, обеспечивающие и ограничивающие выполнения законов Г. Менделя.

Понятие о генах и аллелях. Множественный аллелизм. Наследование при взаимодействии генов. Аллельное взаимодействие генов (доминирование, неполное доминирование, сверхдоминирование, кодоминирование).

Типы неаллельного взаимодействия генов: комплементарность, эпистаз, полимерия, действие генов-модификаторов. Особенности расщепления по фенотипу, в зависимости от типа взаимодействия генов. Особенности наследования количественных признаков, трансгрессия. Плейотропное действие гена. Понятие о целостности и дискретности генотипа.

Биология пола у растений и животных. Первичные и вторичные половые признаки. Генетика пола. Хромосомная теория определения пола. Гомо- и гетерогаметный пол. Генетические о цитологические особенности половых хромосом. гинандроморфизм. Балансовая теория определения пола. Половой индекс. Генетическая бисексуальность организмов. Дифференциация и переопределение пола в онтогенезе. Соотношение полов в природе и проблема его искусственной регуляции. Практическое значение регуляции соотношения полов в природе.

Признаки, сцепленные с полом, зависимые от пола и ограниченные полом. Наследование признаков, сцепленных с полом при гетерогаметности мужского и женского пола в реципрокных скрещиваниях. Наследование при нерасхождении половых хромосом, как доказательство роли половых хромосом в передаче генетической информации.

Сцепление генов. Расщепление в потомстве гибрида при сцепленном наследовании и отличие его от наследования при плейотропном действии гена. Основные положения хромосомной теории наследственности Т. Моргана. Генетическое и цитологическое доказательство кроссинговера. Величина кроссинговера и расстояние между генами. Группы сцепления. Соответствие числа групп сцепления гаплоидному числу хромосом. Локализация гена. Понятие о генетических и цитологических картах хромосом.

Нехромосомное (цитоплазматическое) наследование. Роль цитоплазмы и ядра в наследственности. Содержащие ДНК органоиды клетки. Цитоплазматическая мужская стерильность, пластидная наследственность. Понятие о геноме и плазмоне. Генотип, как целостная система. Особенности генетического анализа у микроорганизмов. Плазмиды, тетрадный анализ.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ, ЕЕ ПРИЧИНЫ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ.

Классификация изменчивости. Понятие о наследственной (комбинативной, коррелятивной и мутационной) и ненаследственной (модификационной и онтогенетической) изменчивости. Наследственная изменчивость организмов, как основа эволюции. Роль модификационной изменчивости в адаптации организмов к условиям окружающей среды.

Мутационная изменчивость. Принципы классификации мутаций. Генеративные и соматические, доминантные и рецессивные, прямые и обратные мутации. Классификация мутаций по характеру изменения генотипа: генные, хромосомные, геномные, цитоплазматические. Генетические коллекции мутантных форм и их использование в изучении частной генетики растений, животных и микроорганизмов.

Хромосомные аберрации. Внутрихромосомные перестройки (делеции, дупликации, инверсии), межхромосомные перестройки (транслокации). Цитологические методы обнаружения хромосомных перестроек. Значение хромосомных перестроек в эволюции и генетике.

Геномные мутации. Полиплоидия. Фенотипические эффекты полиплоидии. Искусственное получение полиплоидов. Автополиплоидия. Расщепление по генотипу и фенотипу при скрещивании автополиплоидов. Аллоплоидия, ресинтез новых видов. Амфидиплоидия, как механизм получения плодовитых аллоплоидов. Полиплоидные ряды. Значение полиплоидии в эволюции и генетике.

Анеуплоидия (гетероплоидия): нулисомики, моносомики, трисомики, полисомики. Особенности мейоза и образования гамет у анеуплоидов.

Спонтанный мутационный процесс и его причины. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И.Вавилова. Генетические последствия загрязнения окружающей среды. Индуцированный мутационный процесс. Мутагенные факторы. Основные характеристики радиационного и химического мутагенеза. Методы количественного учета мутаций на разных объектах. Специфичность действия мутагенов и проблема направленного мутагенеза.

Модификационная изменчивость. Понятие о норме реакции. Однородность материала, как необходимое условие изучения модификационной изменчивости. Модификационная изменчивость, как изменение проявления действия генов при реализации генотипа в различных условиях среды. Математико-статистические методы изучения модификационной изменчивости. Вариационный ряд, вариационная кривая, коэффициент вариации, нормальное распределение.

ПРИРОДА ГЕНА.

Эволюция представлений о гене. Классическое представление о гене, как о единице функции, рекомбинации и мутации. Критерии аллелизма. Ген, как участок молекулы ДНК или РНК у некоторых вирусов. Молекулярные механизмы реализации наследственной информации. Матричные процессы и действие гена. Транскрипция. Типы РНК в клетке. Трансляция. Основные свойства генетического кода: триплетность, однонаправленное чтение кода без запятых, вырожденность, однозначность, неперекрываемость, универсальность. Таблица генетического кода. Генетические основы онтогенеза, механизмы дифференцировки, действия и взаимодействия генов, стадии и критические периоды онтогенеза.

ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЭВОЛЮЦИИ.

Популяция и ее генетическая структура. Популяции организмов с перекрестным размножением и самооплодотворением. Учение В.Иогансена о популяциях и чистых линиях. Популяция – единица эволюционного процесса. Наследование в популяциях. Генетическое равновесие в панмиктической популяции. Закон Харди-Вайнберга. Условие выполнения закона Харди-Вайнберга. Факторы генетической динамики популяций: мутационный процесс, изоляция, миграция, популяционные волны, отбор, дрейф генов. Возрастание генетического груза популяций в связи с загрязнением окружающей среды.

Оценка генетической гетерогенности природных популяций. Понятие об адаптивной ценности генотипов и о коэффициенте отбора.

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА.

Человек, как объект генетических исследований. Методы изучения генетики человека: генеалогический, цитогенетический, близнецовый, популяционный. Анализ родословных, правила составления родословных. Кариотип человека. Хромосомные болезни человека и методы их диагностики. Использование близнецового метода для изучения роли генотипа и среды в формировании морфологических и психолого-поведенческих признаков.

Проблемы медицинской генетики. Наследственные болезни и их распространение в популяциях человека. Популяционный метод, как метод определения частот встречаемости отдельных генов среди населения. Причины возникновения наследственных заболеваний. Генетическая опасность радиации, химических мутагенов и канцерогенов. Возможность терапии наследственных аномалий человека, путем активного вмешательства в индивидуальное развитие. Задачи медико-генетических консультаций. Значение ранней диагностики генетических заболеваний.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ.

Генетика – теоретическая основа селекции. Значение частной генетики растений, животных и микроорганизмов в селекции. История селекции. Селекция как наука и технология. Учение об исходном материале в селекции. Центры происхождения культурных растений по Н.И.Вавилову и П.М.Жуковскому. Понятие о природе, сорте, штамме. Источники изменчивости для отбора. Комбинативная изменчивость. Принципы подбора пар для скрещивания. Использование индуцированного мутагенеза и полиплоидии в селекции.

Системы скрещивания в селекции растений и животных. Инбридинг, линейная селекция. Аутбридинг. Отдаленная гибридизация. Явление гетерозиса. Генетические механизмы и гипотезы гетерозиса. Использование простых и двойных межлинейных гибридов в растениеводстве и животноводстве. Производство гибридных семян на основе ЦМС (цитоплазматической мужской стерильности). Наследуемость. Коэффициент наследуемости и его использование в выборе методов селекции.

Методы отбора. Индивидуальный и массовый отбор и их значение. Особенности индивидуального отбора у самоопылителей и перекрестников (метод половинок, индивидуально-семейный отбор, семейно-групповой отбор, сибселекция). Влияние условий внешней среды на эффективность отбора. Роль наследственности, изменчивости и отбора в создании пород животных и сортов растений. Основные достижения и направления селекции растений, животных и микроорганизмов. Перспектива развития селекции в связи с успехами молекулярной генетики и цитогенетики. Генная инженерия, клеточная и тканевая селекция, соматическая гибридизация. Преодоление эволюционных барьеров несовместимости при переносе генетической информации путем генной инженерии.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЙ

Для оценки самоподготовки студентов в пособии даны контрольные задания, включающие основные вопросы общей генетики. Каждое задание состоит из 10 заданий, из которых 5 – теоретические вопросы и 5 задач по разным темам. В ответе на теоретические вопросы необходимо указать суть данного вопроса, ответ можно сопровождать рисунками, схемами и т.п., обязательно необходимо приводить примеры для иллюстрации объясняемого явления.

При решении задач желательно давать полное решение. Основные типы задач, приведенных в заданиях, разобраны в данном пособии. Для более полного знакомства с разными задачами можно использовать и другие пособия.

Основные литературные источники приведены в конце пособия.

До начала решений задач необходимо вспомнить и хорошо усвоить основные понятия и генетические термины:

* Ген - участок молекулы ДНК, контролирующий синтез определенного белка и как следствие этого, проявление определенного признака. Необходимо помнить, что наследуются гены, а не признаки.

* Аллель(аллельный ген) - конкретное состояние (форма) гена. Аллели располагаются в идентичных локусах гомологичных хромосом и определяют альтернативные формы проявления одного признака. Обычно их бывает два - доминантный и рецессивный. Понятие ген более широкое, чем аллель. Например, ген окраски семядолей у гороха имеет два аллеля: доминантный аллель желтой окраски и рецессивный аллель зеленой окраски.

* Множественный аллелизм - наличие трех или большего числа аллелей одного гена. Сколько бы аллелей не содержал данный ген, каждый конкретный генотип может иметь их только два.

* Генотип - совокупность генов данного организма.

* Фенотип -совокупность всех признаков и свойств организма, доступных изучению. Это реализация генотипа в конкретных условиях окружающей среды. Расщепление по генотипу и фенотипу совпадает при полном доминировании по тем признакам, которые практически не зависят от условий окружающей среды.

* Гомозигота -организм, имеющий два одинаковых аллеля одного гена (АА или аа), дающий один сорт гамет и не дающий расщепления при разведении “в себе”.

* Гетерозигота - организм, имеющий разные аллели одного гена (Аа), образующий несколько сортов гамет и дающий расщепление при разведении “в себе”.

* Гемизигота -организм, содержащий только один аллель данного гена (ХУ). Встречается у гетерогаметного пола по генам, не имеющим гомолога в У-хромосоме, или по генам, расположенным только в У-хромосоме.

* Доминантный признак – признак, фенотипически проявляющийся в F₁ . Для обозначения часто применяют фенотипический радикал (А_).

* Рецессивный признак - признак, не проявляющийся в F₁ при скрещивании гомозиготных родителей. Рецессивный признак фенотипически проявляется только в гомозиготном состоянии.

* Половые хромосомы - пара хромосом, по которым особи мужского и женского пола отличаются друг от друга.

* Аутосомы - все остальные хромосомы, по которым особи мужского и женского пола не различаются друг от друга.

* Аутосомные признаки - признаки, контролируемые генами, расположенными в аутосомах. Такие признаки встречаются с равной вероятностью у особей мужского и женского пола.

* Признаки, сцепленные с полом - признаки, контролируемые генами, расположенными в половых хромосомах. Такие признаки чаще проявляются у особей одного пола.

* Гомогаметный пол - пол, имеющий одинаковые половые хромосомы и продуцирующий один сорт гамет по половым хромосомам. Может быть как мужским (птицы, бабочки, моль), так и женским (млекопитающие, рыбы, мухи, клопы, кузнечики).

* Гетерогаметный пол - пол, имеющий разные половые хромосомы и продуцирующий разные типы гамет по половым хромосомам. Может быть как мужским, так и женским.

Каждый из учащихся должен научиться правильно вести запись скрещивания, указывая при этом генотипы родителей, номера гибридных поколений, типы гамет, что делает решение задач более наглядным. Обычно используется общепринятая номенклатура. Родители в генетике обозначаются латинской буквой Р (от лат. Parenta - родители). Скрещивание (брак, применительно к человеку) обозначают знаком умножения (х). Женский пол - значком ♀ (зеркальце Венеры), мужской пол - значком ♂ (копье и щит Марса). Доминантные аллели обозначаются прописными (заглавными) буквами латинского алфавита, а рецессивные - строчными буквами. Потомков в генетике обозначают латинской буквой F (от латинского filii - дети) с символами. Потомки, получаемые от скрещивания родителей - гибриды первого поколения (F₁), от скрещивания гибридов первого поколения между собой - гибриды второго поколения (F₂) и так далее.

Сцепленные гены обозначаются: АВ//ав или Ав//аВ

Решение задач рекомендуем проводить по следующему алгоритму:

Внимательно прочитать текст задачи, провести анализ того, что известно, что необходимо определить.

Обозначить аллели генов, контролирующих анализируемые признаки, кратко записать условие задачи (дано).

Записать схему скрещивания, изобразив на ней генотипы и типы гамет родительских форм, а также типы зигот, возникающих в результате оплодотворения.

Проанализировать результаты скрещивания, определить количество классов расщепления в потомстве по генотипу и фенотипу.

Провести необходимые рассуждения и ответить на все поставленные в задаче вопросы. При необходимости, сформулировать обобщающие или практические выводы.

.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Поиск по сайту: