Chromosomalna teoria dziedziczności - oddziaływanie genów. Chromosomalna teoria dziedziczności

Mechanizm dziedziczenia połączonych genów, a także lokalizację niektórych połączonych genów, ustalił amerykański genetyk i embriolog T. Morgan. Pokazał, że sformułowane przez Mendla prawo niezależnego dziedziczenia obowiązuje tylko w przypadkach, gdy geny posiadające niezależne cechy są zlokalizowane na różnych chromosomach niehomologicznych. Jeśli geny znajdują się na tym samym chromosomie, wówczas dziedziczenie cech następuje łącznie, tj. połączone. Zjawisko to zaczęto nazywać dziedziczeniem powiązanym, a także prawem powiązań lub prawem Morgana.

Mówi prawo przyczepności: połączone geny zlokalizowane na tym samym chromosomie są dziedziczone razem (połączone). Grupa sprzęgła- wszystkie geny na jednym chromosomie. Liczba grup łączących jest równa liczbie chromosomów w zestawie haploidalnym. Na przykład osoba ma 46 chromosomów - 23 grupy połączeń, groszek ma 14 chromosomów - 7 grup połączeń, a muszka owocowa Drosophila ma 8 chromosomów - 4 grupy połączeń. Niekompletne połączenie genów- wynik przejścia pomiędzy połączonymi geny, Dlatego pełne połączenie genów być może w organizmach, w których normalnie nie dochodzi do krzyżowania się komórek.

TEORIA CHROMOSOMÓW Morgana. PODSTAWOWE POSTANOWIENIA.

Efektem badań T. Morgana było stworzenie chromosomalnej teorii dziedziczności:

1) geny znajdują się na chromosomach; różne chromosomy zawierają różną liczbę genów; zestaw genów każdego z niehomologicznych chromosomów jest unikalny;

2) każdy gen ma określone miejsce (locus) w chromosomie; geny alleliczne zlokalizowane są w identycznych loci homologicznych chromosomów;

3) geny są zlokalizowane na chromosomach w określonej sekwencji liniowej;

4) geny zlokalizowane na tym samym chromosomie dziedziczą się wspólnie, tworząc grupę łączącą; liczba grup łączących jest równa haploidalnemu zestawowi chromosomów i jest stała dla każdego typu organizmu;

5) w procesie krzyżowania może dojść do przerwania łączenia genów, co prowadzi do powstania zrekombinowanych chromosomów; częstotliwość krzyżowania zależy od odległości między genami: im większa odległość, tym większa wielkość krzyżowania;

6) każdy gatunek ma unikalny zestaw chromosomów – kariotyp.

Dziedziczenie sprzężone z płcią- Jest to dziedziczenie genu zlokalizowanego na chromosomach płci. W przypadku dziedziczności związanej z chromosomem Y objaw lub choroba objawia się wyłącznie u mężczyzn, ponieważ ten chromosom płciowy nie występuje w zestawie chromosomów żeńskich. Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X może być dominujące lub recesywne u kobiet, ale zawsze występuje u mężczyzn, ponieważ występuje tylko jeden chromosom X. Dziedziczenie choroby związane z płcią jest głównie związane z chromosomem X płci. Większość chorób dziedzicznych (pewne cechy patologiczne) związanych z płcią jest przenoszona recesywnie. Takich chorób jest około 100. Kobieta będąca nosicielką cechy patologicznej sama nie cierpi, gdyż zdrowy chromosom X dominuje i tłumi chromosom X z cechą patologiczną, tj. kompensuje niższość tego chromosomu. W tym przypadku choroba objawia się tylko u mężczyzn. Typ recesywny sprzężony z chromosomem X przenosi: ślepotę barw (ślepotę czerwono-zieloną), zanik nerwu wzrokowego, ślepotę kukurydzianą, krótkowzroczność Duchenne’a, zespół „kręconych włosów” (pojawia się na skutek upośledzonego metabolizmu miedzi, zwiększonej zawartości miedzi w tkankach, objawia się jak lekko zabarwione, rzadkie i wypadające włosy, upośledzenie umysłowe itp.), defekt enzymów przekształcających zasady purynowe w nukleotydy (towarzyszy temu naruszenie syntezy DNA w postaci zespołu Lescha-Nyena, objawiającego się upośledzeniem umysłowym, agresywnym zachowanie, samookaleczenia), hemofilia A (w wyniku niedoboru globuliny antyhemofilowej – czynnika VIII), hemofilia B (w wyniku niedoboru czynnika Bożego Narodzenia – czynnika IX) itp. Dominujący typ z wiązaniem z chromosomem X przenosi krzywicę hipofosfatemiczną (której nie można leczyć witaminami D2 i D3), brunatne szkliwo zębów itp. Choroby te rozwijają się zarówno u mężczyzn, jak iu kobiet.

Pełne i niekompletne połączenie genów.

Geny na chromosomach mają różną siłę spójności. Sprzężenie genów może być: pełne, jeśli rekombinacja nie jest możliwa między genami należącymi do tej samej grupy powiązań, i niekompletne, jeśli możliwa jest rekombinacja między genami należącymi do tej samej grupy powiązań.

Mapy genetyczne chromosomów.

Są to diagramy względnej lokalizacji ryglowania

czynniki dziedziczne – geny. G.K.H. wyświetlać realistycznie

istniejący liniowy porządek rozmieszczenia genów na chromosomach (patrz Mapy cytologiczne chromosomów) i są ważne zarówno w badaniach teoretycznych, jak i w pracy hodowlanej, ponieważ umożliwiają świadomy dobór par cech podczas krzyżówek, a także przewidywanie charakterystyki dziedziczenia i manifestowania się różnych cech w badanych organizmach. Posiadając G. ch., możliwe jest, poprzez dziedziczenie genu „sygnałowego”, który jest ściśle powiązany z genem badanym, kontrolowanie przekazywania potomstwu genów determinujących rozwój trudnych do analizy cech; na przykład gen determinujący bielmo kukurydzy i zlokalizowany na chromosomie 9 jest powiązany z genem determinującym zmniejszoną żywotność roślin.

85. Chromosomalny mechanizm dziedziczenia płciowego. Cytogenetyczne metody określania płci.

Podłoga charakteryzuje się zespołem cech determinowanych przez geny zlokalizowane na chromosomach. U gatunków z osobnikami dwupiennymi kompleks chromosomalny samców i samic nie jest taki sam; cytologicznie różnią się one jedną parą chromosomów, jak to się nazywa chromosomy płciowe. Nazwano identyczne chromosomy tej pary Chromosomy X(x). . Niesparowany, nieobecny u drugiej płci - Y (Y) - chromosom ; reszta, dla której nie ma różnic autosomy(A). Człowiek ma 23 pary chromosomów. Z nich 22 pary autosomów i 1 para chromosomów płciowych. Nazywa się płeć z identycznymi chromosomami XX, która tworzy jeden rodzaj gamet (z chromosomem X). homogametyczny, odmiennej płci, z różnymi chromosomami XY, tworzącymi dwa rodzaje gamet (z chromosomem X i z chromosomem Y), - heterogametyczny. U ludzi, ssaków i innych organizmów samiec płci heterogametycznej; u ptaków i motyli - samica.

Chromosomy X, oprócz genów, które determinują Kobieta, zawierają geny niezwiązane z płcią. Cechy określone przez chromosomy nazywane są cechy powiązane z płcią. U ludzi takimi objawami są ślepota barw (ślepota barw) i hemofilia (niekrzepliwość krwi). Anomalie te są recesywne; kobiety nie wykazują takich objawów, nawet jeśli te geny są przenoszone przez jeden z chromosomów X; taka kobieta jest nosicielką i przekazuje je wraz z chromosomem X swoim synom.

Cytogenetyczna metoda określania płci. Opiera się na badaniu mikroskopowym chromosomów w komórkach ludzkich. Zastosowanie metody cytogenetycznej pozwala nie tylko zbadać prawidłową morfologię chromosomów i kariotyp jako całość, określić płeć genetyczną organizmu, ale, co najważniejsze, zdiagnozować różne choroby chromosomowe związane ze zmianami liczby chromosomów lub naruszenie ich struktury. Jako szybką metodę wykrywającą zmiany w liczbie chromosomów płciowych stosują Metoda oznaczania chromatyny płciowej w niedzielących się komórkach błony śluzowej jamy ustnej. Chromatyna płciowa, czyli ciałko Barra, powstaje w komórkach ciała kobiety na jednym z dwóch chromosomów X. Wraz ze wzrostem liczby chromosomów X w kariotypie organizmu, w jego komórkach powstają ciała Barra w ilości o jeden mniejszej niż liczba chromosomów. Kiedy liczba chromosomów maleje, ciało jest nieobecne. W kariotypie męskim chromosom Y można wykryć poprzez intensywniejszą luminescencję w porównaniu z innymi chromosomami, gdy są one traktowane akryloniprytem i badane w świetle ultrafioletowym.

Cechy struktury chromosomów. Poziomy organizacji materiału dziedzicznego. Hetero- i euchromatyna.

Morfologia chromosomów

Analiza mikroskopowa chromosomów ujawnia przede wszystkim różnice w ich kształcie i wielkości. Struktura każdego chromosomu jest czysto indywidualna. Można również zauważyć, że chromosomy mają wspólne cechy morfologiczne. Składają się z dwóch wątków - chromatyda, położone równolegle i połączone ze sobą w jednym punkcie, zwane centromerem lub zwężeniem pierwotnym. Na niektórych chromosomach widać także wtórne zwężenie. Jest to cecha charakterystyczna, która pozwala na identyfikację poszczególnych chromosomów w komórce. Jeśli wtórne zwężenie znajduje się blisko końca chromosomu, wówczas ograniczony przez nie dystalny obszar nazywa się satelitą. Chromosomy zawierające satelitę nazywane są chromosomami AT. U niektórych z nich podczas telofazy powstają jąderka.
Końce chromosomów mają specjalną strukturę i nazywane są telomerami. Regiony telomerowe mają pewną polaryzację, która uniemożliwia ich łączenie się ze sobą podczas przerw lub z wolnymi końcami chromosomów.

Odcinek chromatydy (chromosomu) od telomera do centromeru nazywany jest ramieniem chromosomu. Każdy chromosom ma dwa ramiona. W zależności od stosunku długości ramion wyróżnia się trzy typy chromosomów: 1) metacentryczne (równe ramiona); 2) submetacentryczny (nierówne ramiona); 3) akrocentryczny, w którym jedno ramię jest bardzo krótkie i nie zawsze wyraźnie widoczne. (p – ramię krótkie, q – ramię długie). Badanie chemicznej organizacji chromosomów w komórkach eukariotycznych wykazało, że składają się one głównie z DNA i białek: histonów i protomitów (w komórkach rozrodczych), które tworzą kompleks nukleoproteinowy zwany chromatyną, który otrzymał swoją nazwę ze względu na zdolność do barwienia się podstawowe barwniki. Białka stanowią znaczną część substancji chromosomów. Stanowią one około 65% masy tych konstrukcji. Wszystkie białka chromosomalne dzielą się na dwie grupy: histony i białka niehistonowe.
Histony reprezentowane przez pięć frakcji: HI, H2A, H2B, NZ, H4. Będąc dodatnio naładowanymi białkami zasadowymi, dość mocno wiążą się z cząsteczkami DNA, co uniemożliwia odczytanie zawartej w nich informacji biologicznej. Taka jest ich rola regulacyjna. Ponadto białka te pełnią funkcję strukturalną, zapewniając przestrzenną organizację DNA w chromosomach.

Liczba frakcji niehistonowy białek przekracza 100. Należą do nich enzymy służące do syntezy i przetwarzania RNA, reduplikacji i naprawy DNA. Białka kwasowe chromosomów pełnią również role strukturalne i regulacyjne. Oprócz DNA i białek chromosomy zawierają także RNA, lipidy, polisacharydy i jony metali.

1) Geny znajdują się na chromosomach.

2) Geny na chromosomach ułożone są liniowo jeden po drugim i nie nakładają się na siebie.

3) Geny zlokalizowane na tym samym chromosomie nazywane są połączonymi i tworzą grupę łączącą. Ponieważ chromosomy homologiczne obejmują geny alleliczne odpowiedzialne za rozwój tych samych cech, oba chromosomy homologiczne są zawarte w grupie łączącej; zatem liczba grup łączących odpowiada liczbie chromosomów w zestawie haploidalnym. W każdej grupie sprzężeń rekombinacja genów następuje w wyniku krzyżowania.

4) Prawo Morgana – „Geny znajdujące się na tym samym chromosomie dziedziczą się razem.”

Pełne połączenie genów. Jeśli geny znajdują się bezpośrednio obok siebie na chromosomie, wówczas krzyżowanie się między nimi jest prawie niemożliwe. Prawie zawsze są dziedziczone razem, a w krzyżówkach testowych obserwuje się podział 1:1.

Niekompletne połączenie genów. Jeśli geny na chromosomach znajdują się w pewnej odległości od siebie, wówczas częstotliwość krzyżowania się między nimi wzrasta i w konsekwencji pojawiają się chromosomy krzyżujące się, które niosą nowe kombinacje genów: Ab i aB

Ich liczba jest wprost proporcjonalna do odległości między genami. Kiedy połączenie jest niekompletne, u potomstwa pojawia się pewna liczba form krzyżowania, a ich liczba zależy od odległości między genami. Procent form krzyżowania wskazuje odległość między genami zlokalizowanymi na tym samym chromosomie.

Niealleliczne interakcje genów

Komplementarność to zjawisko, w którym gen jednej pary alleli przyczynia się do manifestacji genów innej pary alleli.

1) Groszek słodki posiada gen A, który warunkuje syntezę bezbarwnego prekursora pigmentu – propigmentu. Gen B warunkuje syntezę enzymu, pod wpływem którego z propigmentu powstaje pigment. Kwiaty groszku cukrowego o genotypach aaBB i Aabb są białe: w pierwszym przypadku występuje enzym, ale nie ma propigmentu, w drugim występuje propigment. ale nie ma enzymu, który przekształca propigment w pigment:

2) Nowy rozwój cechy - dziedziczenie kształtu grzebienia u kurcząt niektórych ras. W wyniku różnych kombinacji genów powstają cztery warianty kształtu grzebienia:

Figa. Kształt herbu kogutów: A – prosty (aabb); B – grochowaty (aaBB lub aaBB); B – orzechowy (AABB lub AaBb); G – różowawy (ААБ lub Aabb)

Epistaza to zjawisko, w którym gen jednej pary alleli uniemożliwia ekspresję genów innej pary alleli, na przykład rozwój koloru owoców u dyni. Owoce dyni będą zabarwione tylko wtedy, gdy w genotypie rośliny brakuje dominującego genu B z innej pary alleli. Gen ten hamuje rozwój wybarwienia owoców dyni, a jego recesywny allel b nie zapobiega rozwojowi wybarwienia (Aabb – owoce żółte; aabb – owoce zielone; AABB i aaBB – owoce białe).

Polimeryzm to zjawisko, w którym stopień ekspresji cechy zależy od działania kilku różnych par genów allelicznych, przy czym im więcej genów dominujących w danej parze znajduje się w genotypie, tym cecha jest wyraźniejsza. U pszenicy o czerwonej barwie ziaren decydują dwa geny: a1, a2;. Geny niealleliczne oznaczono tutaj jedną literą A(a), ponieważ determinują rozwój jednej cechy. U genotypu A1A1A2A2 kolor ziaren jest najbardziej intensywny, u genotypu A1A1A2A2 są one białe. W zależności od liczby genów dominujących w genotypie można uzyskać wszystkie przejścia pomiędzy intensywnym kolorem czerwonym i białym:

Ryż. 26. Dziedziczenie barwy ziaren pszenicy (polimeryzm)

Dziedziczenie łańcuchowe. Chromosomalna teoria dziedziczności.

Chromosomalna teoria dziedziczności.

Podstawowe założenia chromosomalnej teorii dziedziczności. Analiza chromosomów.

Tworzenie teorii chromosomów. W latach 1902-1903 Amerykański cytolog W. Setton oraz niemiecki cytolog i embriolog T. Boveri niezależnie zidentyfikowali równoległość w zachowaniu genów i chromosomów podczas tworzenia gamet i zapłodnienia. Obserwacje te dały podstawę do założenia, że geny zlokalizowane są na chromosomach. Jednak eksperymentalne dowody lokalizacji określonych genów na określonych chromosomach uzyskał dopiero w 1910 roku amerykański genetyk T. Morgan, który w kolejnych latach (1911-1926) uzasadnił chromosomalną teorię dziedziczności. Zgodnie z tą teorią przekazywanie informacji dziedzicznej jest związane z chromosomami, w których geny są zlokalizowane liniowo, w określonej kolejności. Zatem to chromosomy stanowią materialną podstawę dziedziczności.

Chromosomalna teoria dziedziczności- teoria, według której chromosomy zawarte w jądrze komórkowym są nośnikami genów i stanowią materialną podstawę dziedziczności, czyli ciągłość właściwości organizmów w szeregu pokoleń jest zdeterminowana ciągłością ich chromosomów. Chromosomowa teoria dziedziczności powstała na początku XX wieku. opiera się na teorii komórki i został wykorzystany do badania dziedzicznych właściwości organizmów poprzez analizę hybrydologiczną.

Podstawowe założenia chromosomalnej teorii dziedziczności.

1. Geny zlokalizowane są na chromosomach. Co więcej, różne chromosomy zawierają nierówną liczbę genów. Ponadto zestaw genów każdego z niehomologicznych chromosomów jest unikalny.

2. Geny alleliczne zajmują identyczne loci na chromosomach homologicznych.

3. Geny znajdują się na chromosomie w sekwencji liniowej.

4. Geny na jednym chromosomie tworzą grupę łączącą, to znaczy są dziedziczone w przeważającej mierze połączone (razem), dzięki czemu następuje powiązane dziedziczenie niektórych cech. Liczba grup łączących jest równa haploidalnej liczbie chromosomów danego gatunku (u płci homogametycznej) lub większa o 1 (u płci heterogametycznej).

5. Powiązanie zostaje zerwane w wyniku krzyżowania, którego częstotliwość jest wprost proporcjonalna do odległości między genami na chromosomie (stąd siła powiązania jest odwrotnie proporcjonalna do odległości między genami).

6. Każdy gatunek biologiczny charakteryzuje się pewnym zestawem chromosomów – kariotypem.

Dziedziczenie łańcuchowe

Niezależne łączenie cech (trzecie prawo Mendla) przeprowadza się pod warunkiem, że geny determinujące te cechy znajdują się w różnych parach homologicznych chromosomów. W rezultacie w każdym organizmie liczba genów, które można niezależnie połączyć w mejozie, jest ograniczona liczbą chromosomów. Jednak w organizmie liczba genów znacznie przewyższa liczbę chromosomów. Na przykład przed erą biologii molekularnej badano ponad 500 genów w kukurydzy, ponad 1 tysiąc u muszki Drosophila i około 2 tysiące genów u ludzi, którzy mają odpowiednio 10, 4 i 23 pary chromosomów. Już na początku XX wieku W. Sutton wiedział, że liczba genów w organizmach wyższych wynosi kilka tysięcy. Dało to podstawę do założenia, że na każdym chromosomie zlokalizowanych jest wiele genów. Geny zlokalizowane na tym samym chromosomie tworzą grupę sprzężeń i są dziedziczone razem.

T. Morgan zaproponował nazwanie wspólnego dziedziczenia genów dziedziczeniem powiązanym. Liczba grup łączących odpowiada haploidalnej liczbie chromosomów, ponieważ grupa łącząca składa się z dwóch homologicznych chromosomów, w których zlokalizowane są te same geny. (U osobników płci heterogametycznej, takich jak samce ssaków, w rzeczywistości istnieje jeszcze jedna grupa połączeń, ponieważ chromosomy X i Y zawierają różne geny i reprezentują dwie różne grupy połączeń. Zatem kobiety mają 23 grupy połączeń, a dla mężczyzn - 24 ).

Sposób dziedziczenia połączonych genów różni się od dziedziczenia genów zlokalizowanych w różnych parach homologicznych chromosomów. Tak więc, jeśli przy niezależnej kombinacji osobnik diheterozygotyczny tworzy cztery typy gamet (AB, Ab, aB i ab) w równych ilościach, to przy dziedziczeniu połączonym (przy braku krzyżowania) ta sama diheterozygota tworzy tylko dwa typy gamet gamety: (AB i ab) również w równych ilościach. Te ostatnie powtarzają kombinację genów w chromosomie rodzica.

Odkryto jednak, że oprócz zwykłych (niekrzyżowych) gamet powstają także inne (krzyżowe) gamety z nowymi kombinacjami genów – Ab i aB – które różnią się od kombinacji genów w chromosomach rodzica. Powodem pojawienia się takich gamet jest wymiana odcinków homologicznych chromosomów lub krzyżowanie się.

Crossing over zachodzi w profazie I mejozy podczas koniugacji homologicznych chromosomów. W tym czasie części dwóch chromosomów mogą się krzyżować i wymieniać swoje sekcje. W rezultacie pojawiają się jakościowo nowe chromosomy zawierające sekcje (geny) zarówno chromosomów matki, jak i ojca. Osobniki uzyskane z takich gamet z nową kombinacją alleli nazywane są krzyżowaniem lub rekombinacją.

Częstotliwość (procent) krzyżowania się dwóch genów znajdujących się na tym samym chromosomie jest proporcjonalna do odległości między nimi. Przejście między dwoma genami występuje rzadziej, im bliżej siebie są one położone. Wraz ze wzrostem odległości między genami wzrasta prawdopodobieństwo, że skrzyżowanie rozdzieli je na dwóch różnych homologicznych chromosomach.

Odległość między genami charakteryzuje siłę ich powiązania. Istnieją geny o wysokim odsetku powiązań i takie, w których powiązanie jest prawie niewykrywalne. Natomiast przy dziedziczeniu sprzężonym maksymalna częstotliwość przekraczania nie przekracza 50%. Jeżeli jest ona wyższa, wówczas obserwuje się swobodną kombinację par alleli, nieodróżnialną od dziedziczenia niezależnego.

Biologiczne znaczenie krzyżowania jest niezwykle duże, ponieważ rekombinacja genetyczna umożliwia tworzenie nowych, wcześniej nieistniejących kombinacji genów, a tym samym zwiększa zmienność dziedziczną, co zapewnia organizmowi szerokie możliwości przystosowania się do różnych warunków środowiskowych. Osoba specjalnie przeprowadza hybrydyzację w celu uzyskania niezbędnych kombinacji do wykorzystania w pracach hodowlanych.

Trakcja i przejazd. Z zasad analizy genetycznej przedstawionych w poprzednich rozdziałach jasno wynika, że niezależne połączenie cech można przeprowadzić jedynie pod warunkiem, że geny determinujące te cechy zlokalizowane są na chromosomach niehomologicznych. W konsekwencji w każdym organizmie liczba par cech, dla których obserwuje się niezależne dziedziczenie, jest ograniczona liczbą par chromosomów. Z drugiej strony oczywiste jest, że liczba cech i właściwości organizmu kontrolowanego przez geny jest niezwykle duża, a liczba par chromosomów w każdym gatunku jest stosunkowo mała i stała.

Pozostaje założyć, że każdy chromosom zawiera nie jeden gen, ale wiele. Jeśli tak jest, to trzecie prawo Mendla dotyczy rozmieszczenia chromosomów, a nie genów, czyli jego działanie jest ograniczone.

Zjawisko dziedziczenia powiązanego. Z trzeciego prawa Mendla wynika, że przy krzyżowaniu form różniących się dwiema parami genów (AB I odb), okazuje się, że jest to hybryda AaBb, tworząc cztery rodzaje gamet AB, Ab, AB I ok w równych ilościach.

Zgodnie z tym przy analizie skrzyżowań dokonuje się podziału 1:1:1:1, tj. kombinacje cech charakterystycznych dla form rodzicielskich (AB I odb), występują z tą samą częstotliwością, co nowe kombinacje (ok I aB),- 25% każdy. Jednak w miarę gromadzenia dowodów genetycy coraz częściej spotykali się z odstępstwami od niezależnego dziedziczenia. W niektórych przypadkach nowe kombinacje funkcji (ok I aB) V Pełne wyżywienie były całkowicie nieobecne - zaobserwowano całkowite powiązanie pomiędzy genami form pierwotnych. Jednak częściej u potomstwa rodzicielskie kombinacje cech dominowały w takim czy innym stopniu, a nowe kombinacje pojawiały się z mniejszą częstotliwością niż oczekiwano w przypadku niezależnego dziedziczenia, tj. mniej niż 50%. Zatem w tym przypadku geny częściej dziedziczyły się w pierwotnej kombinacji (były powiązane), ale czasami to połączenie ulegało zerwaniu, dając nowe kombinacje.

Morgan zaproponował nazwanie wspólnego dziedziczenia genów, ograniczającego ich swobodną kombinację, łączeniem genów lub dziedziczeniem powiązanym.

Przejście i jego dowód genetyczny. Zakładając, że na jednym chromosomie zlokalizowany jest więcej niż jeden gen, pojawia się pytanie, czy allele jednego genu w homologicznej parze chromosomów mogą zmieniać miejsca, przemieszczając się z jednego homologicznego chromosomu na drugi. Gdyby taki proces nie zachodził, wówczas geny byłyby łączone jedynie poprzez przypadkową rozbieżność chromosomów niehomologicznych w mejozie, a geny zlokalizowane w jednej parze chromosomów homologicznych byłyby zawsze dziedziczone w sposób połączony – jako grupa.

Badania T. Morgana i jego szkoły wykazały, że w homologicznej parze chromosomów dochodzi do regularnej wymiany genów. Proces wymiany identycznych odcinków homologicznych chromosomów z zawartymi w nich genami nazywany jest krzyżowaniem chromosomowym lub krzyżowaniem, zapewniając nowe kombinacje genów zlokalizowanych na chromosomach homologicznych. Zjawisko krzyżowania i łączenia okazało się wspólne dla wszystkich zwierząt, roślin i mikroorganizmów. Obecność wymiany identycznych odcinków między homologicznymi chromosomami zapewnia wymianę lub rekombinację genów, a tym samym znacznie zwiększa rolę zmienności kombinacyjnej w ewolucji. Krzyżowanie się chromosomów można ocenić na podstawie częstotliwości występowania organizmów o nowej kombinacji cech. Takie organizmy nazywane są rekombinantami.

Gamety z chromosomami, które przeszły krzyżowanie, nazywane są krzyżowaniem, a te, które nie przeszły, nazywane są brakiem krzyżowania. W związku z tym organizmy, które powstały w wyniku połączenia krzyżowych gamet hybrydy z gametami analizatora, nazywane są krzyżowaniami lub rekombinantami. te, które powstały w wyniku niekrzyżujących się gamet hybrydy, nazywane są niekrzyżowanymi lub nierekombinowanymi.

Prawo sprzęgania Morgana. Analizując podział w przypadku krzyżowania, zwraca się uwagę na pewien stosunek ilościowy klas krzyżujących się i nieprzecinających. Obie początkowe rodzicielskie kombinacje cech, utworzone z niekrzyżujących się gamet, pojawiają się u potomstwa analizowanej krzyżówki w równych proporcjach ilościowych. W powyższym eksperymencie z Drosophila było około 41,5% obu osobników. Ogółem muszki niekrzyżujące się stanowiły 83% ogólnej liczby potomstwa. Obie klasy krzyżowe są również identyczne pod względem liczby osobników, a ich suma wynosi 17%.

Częstotliwość krzyżowania nie zależy od stanu alleli genów biorących udział w krzyżowaniu. Jeśli muchy są używane jako rodzic, to w analizie skrzyżowań ( b + b I bvg+) i niekrzyżowe ( bvg I b + vg +) osobniki będą pojawiać się z taką samą częstotliwością (odpowiednio 17 i 83%) jak w pierwszym przypadku.

Wyniki tych eksperymentów pokazują, że połączenie genów naprawdę istnieje i tylko w pewnym procencie przypadków zostaje przerwane w wyniku krzyżowania. Stwierdzono zatem, że pomiędzy chromosomami homologicznymi może nastąpić wzajemna wymiana identycznych odcinków, w wyniku czego geny znajdujące się w tych odcinkach sparowanych chromosomów przemieszczają się z jednego chromosomu homologicznego na drugi. Brak krzyżowania (całkowitego powiązania) między genami jest wyjątkiem i jest znany tylko w przypadku płci heterogametycznej kilku gatunków, na przykład Drosophila i jedwabnika.

Połączone dziedziczenie cech badane przez Morgana nazwano prawem powiązań Morgana. Ponieważ rekombinacja zachodzi między genami, a sam gen nie ulega podziałowi w wyniku krzyżowania, zaczęto go uważać za jednostkę krzyżowania.

Kwota crossovera. Wielkość krzyżowania mierzy się stosunkiem liczby krzyżujących się osobników do całkowitej liczby osobników u potomstwa z analizowanej krzyżówki. Rekombinacja zachodzi odwrotnie, tj. wzajemna wymiana zachodzi pomiędzy chromosomami rodzicielskimi; wymusza to liczenie klas krzyżowych w wyniku pojedynczego zdarzenia. Wartość przecięcia wyrażana jest w procentach. Jeden procent krzyżowania równa się jednej jednostce odległości między genami.

Liniowy układ genów na chromosomie. T. Morgan zasugerował, że geny są rozmieszczone liniowo na chromosomach, a częstotliwość krzyżowania odzwierciedla względną odległość między nimi: im częściej zachodzi krzyżowanie, tym dalej geny znajdują się od siebie na chromosomie; im rzadziej się krzyżują, tym bliżej siebie są.

Jeden z klasycznych eksperymentów Morgana na Drosophila, udowadniający liniowy układ genów, był następujący. Samice heterozygotyczne pod względem trzech połączonych genów recesywnych, które determinują żółtą barwę ciała y, biały kolor oczu w i rozwidlone skrzydła bi, skrzyżowano z samcami homozygotycznymi pod względem tych trzech genów. U potomstwa uzyskano 1,2% muszek krzyżujących się, które powstały w wyniku krzyżowania genów Na I w; 3,5% - z krzyżowania genów w I bi i 4,7% - pomiędzy Na I bi.

Z danych tych jasno wynika, że procent krzyżowania jest funkcją odległości między genami. Ponieważ odległość między skrajnymi genami Na I bi równa sumie dwóch odległości pomiędzy Na I w, w I bi, należy założyć, że geny ułożone są sekwencyjnie na chromosomie, tj. liniowy.

Powtarzalność tych wyników w powtarzanych eksperymentach wskazuje, że lokalizacja genów w chromosomie jest ściśle ustalona, to znaczy każdy gen zajmuje swoje specyficzne miejsce w chromosomie - locus.

Podstawowe zasady chromosomalnej teorii dziedziczności – parowanie alleli, ich redukcja w mejozie i liniowe rozmieszczenie genów w chromosomie – odpowiadają modelowi chromosomu jednoniciowego.

Krzyże pojedyncze i wielokrotne. Przyjmując stanowisko, że na chromosomie może znajdować się wiele genów i że są one rozmieszczone na chromosomie w kolejności liniowej, a każdy gen zajmuje określone miejsce w chromosomie, Morgan przyznał, że krzyżowanie się homologicznych chromosomów może zachodzić jednocześnie w kilku punktach . Założenie to zostało przez niego udowodnione również na Drosophila, a następnie całkowicie potwierdzone na szeregu innych zwierząt, a także na roślinach i mikroorganizmach.

Przejście, które występuje tylko w jednym miejscu, nazywa się pojedynczym, w dwóch jednocześnie - podwójnym, w trzech - potrójnym itd., tj. może być wielokrotne.

Im dalej od siebie znajdują się geny na chromosomie, tym większe jest prawdopodobieństwo podwójnego skrzyżowania między nimi. Procent rekombinacji między dwoma genami dokładniej odzwierciedla odległość między nimi, im jest ona mniejsza, gdyż w przypadku małej odległości maleje możliwość podwójnej wymiany.

Aby uwzględnić podwójne krzyżowanie, konieczne jest umieszczenie dodatkowego markera pomiędzy dwoma badanymi genami. Odległość między genami określa się w następujący sposób: podwójny procent klas podwójnego skrzyżowania dodaje się do sumy procentów klas pojedynczego skrzyżowania. Podwojenie odsetka podwójnych skrzyżowań jest konieczne ze względu na fakt, że każde podwójne skrzyżowanie następuje w wyniku dwóch niezależnych pojedynczych przerw w dwóch punktach.

Ingerencja. Ustalono, że krzyżowanie występujące w jednym miejscu chromosomu hamuje krzyżowanie w pobliskich obszarach. Zjawisko to nazywa się interferencją. W przypadku podwójnego krzyżowania interferencja jest szczególnie silna w przypadku małych odległości między genami. Pęknięcia chromosomów okazują się być od siebie zależne. Stopień tej zależności zależy od odległości pomiędzy następującymi pęknięciami: w miarę oddalania się od miejsca pęknięcia wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia kolejnego pęknięcia.

Efekt interferencji mierzy się stosunkiem liczby zaobserwowanych nieciągłości podwójnych do liczby możliwych, przy założeniu całkowitej niezależności każdej z nieciągłości.

Lokalizacja genów. Jeśli geny są rozmieszczone liniowo na chromosomie, a częstotliwość krzyżowania odzwierciedla odległość między nimi, można określić lokalizację genu na chromosomie.

Przed określeniem pozycji genu, czyli jego lokalizacji, należy ustalić, na którym chromosomie gen się znajduje. Geny zlokalizowane na tym samym chromosomie i dziedziczone połączone tworzą grupę łączącą. Oczywiście liczba grup łączących u każdego gatunku musi odpowiadać haploidalnemu zestawowi chromosomów.

Do tej pory grupy łączące zostały zidentyfikowane w najbardziej badanych genetycznie obiektach i we wszystkich tych przypadkach stwierdzono pełną zgodność liczby grup łączących z haploidalną liczbą chromosomów. Tak więc w kukurydzy ( Zea Mays) haploidalny zestaw chromosomów i liczba grup łączących wynosi 10, w grochu ( Pisum sativum) - 7, muszki owocowe (Drosophila melanogaster) - 4, myszy domowe ( Mus mięśniowy) - 20 itd.

Ponieważ gen zajmuje określone miejsce w grupie połączeń, umożliwia to ustalenie kolejności genów na każdym chromosomie i skonstruowanie map genetycznych chromosomów.

Mapy genetyczne. Mapa genetyczna chromosomów to diagram względnej lokalizacji genów znajdujących się w danej grupie sprzężeń. Zostały one dotychczas zestawione tylko dla niektórych z najczęściej badanych obiektów z genetycznego punktu widzenia: Drosophila, kukurydza, pomidory, myszy, Neurospora, Escherichia coli itp.

Mapy genetyczne są zestawiane dla każdej pary homologicznych chromosomów. Grupy sprzęgieł są ponumerowane.

Aby sporządzić mapy, konieczne jest zbadanie wzorców dziedziczenia dużej liczby genów. Na przykład u Drosophila zbadano ponad 500 genów zlokalizowanych w czterech grupach połączeń; u kukurydzy ponad 400 genów zlokalizowanych w dziesięciu grupach połączeń itp. Podczas kompilowania map genetycznych wskazuje się grupę połączeń, pełną lub skróconą nazwę genów, odległość w procentach od jednego z końców chromosomu, przyjmowaną jako punkt zerowy; czasami wskazuje się lokalizację centromeru.

W organizmach wielokomórkowych rekombinacja genów jest obustronna. U mikroorganizmów może być jednostronny. Zatem w przypadku wielu bakterii, na przykład E. coli ( Escherichia coli), transfer informacji genetycznej następuje podczas koniugacji komórek. Jedyny chromosom bakterii, który ma kształt zamkniętego pierścienia, podczas koniugacji zawsze pęka w pewnym momencie i przechodzi z jednej komórki do drugiej.

Długość przeniesionego regionu chromosomu zależy od czasu trwania koniugacji. Sekwencja genów na chromosomie wydaje się być stała. Z tego powodu odległość między genami na takiej mapie pierścieniowej mierzy się nie w procentach krzyżowania, ale w minutach, co odzwierciedla czas trwania koniugacji.

Cytologiczne dowody przejścia. Po ustaleniu zjawiska crossover metodami genetycznymi konieczne było uzyskanie bezpośrednich dowodów na wymianę odcinków homologicznych chromosomów, której towarzyszyła rekombinacja genów. Wzory chiazmat obserwowane w profazie mejozy mogą służyć jedynie jako pośredni dowód tego zjawiska; nie można stwierdzić wymiany, która nastąpiła poprzez bezpośrednią obserwację, ponieważ homologiczne chromosomy wymieniające sekcje są zwykle absolutnie identyczne pod względem wielkości i kształtu.

Aby porównać mapy cytologiczne chromosomów olbrzymich z mapami genetycznymi, Bridges zaproponował użycie współczynnika krzyżowania. W tym celu podzielił całkowitą długość wszystkich chromosomów gruczołów ślinowych (1180 μm) przez całkowitą długość map genetycznych (279 jednostek). . Średnio wskaźnik ten wyniósł 4,2. Zatem każda jednostka krzyżowania na mapie genetycznej odpowiada 4,2 µm na mapie cytologicznej (dla chromosomów gruczołów ślinowych). Znając odległość między genami na mapie genetycznej chromosomu, można porównać względną częstotliwość krzyżowania się w różnych jego obszarach. Na przykład w X- Geny chromosomowe Drosophila Na I ec znajdują się w odległości 5,5%, zatem odległość między nimi w gigantycznym chromosomie powinna wynosić 4,2 μm X 5,5 = 23 μm, ale bezpośredni pomiar daje 30 μm. Więc w tym obszarze X-przejście chromosomów występuje rzadziej niż przeciętnie.

Ze względu na nierównomierną realizację wymian wzdłuż długości chromosomów, geny naniesione na mapę są na niej rozmieszczone z różną gęstością. W związku z tym rozmieszczenie genów na mapach genetycznych można uznać za wskaźnik możliwości krzyżowania się wzdłuż długości chromosomu.

Mechanizm przejścia. Jeszcze przed odkryciem krzyżowania chromosomów metodami genetycznymi cytologowie badający profazę mejozy zaobserwowali zjawisko wzajemnego splatania się chromosomów, tworzenia przez nie figur w kształcie χ - chiazmu (χ to grecka litera „chi”). W 1909 roku F. Janssens zasugerował, że chiazmaty są powiązane z wymianą odcinków chromosomów. Następnie zdjęcia te posłużyły jako dodatkowy argument na rzecz hipotezy o krzyżowaniu genetycznym chromosomów, wysuniętej przez T. Morgana w 1911 roku.

Mechanizm krzyżowania chromosomów jest związany z zachowaniem się chromosomów homologicznych w profazie I mejozy.

Crossing over zachodzi na etapie czterech chromatyd i wiąże się z tworzeniem chiazmatów.

Jeśli w jednym biwalencie nie było jednej wymiany, ale dwie lub więcej, wówczas w tym przypadku powstaje kilka chiazmat. Ponieważ w dwuwartościowym są cztery chromatydy, to oczywiście każda z nich ma równe prawdopodobieństwo wymiany sekcji z dowolną inną. W takim przypadku w wymianie mogą brać udział dwie, trzy lub cztery chromatydy.

Wymiana w obrębie chromatyd siostrzanych nie może prowadzić do rekombinacji, ponieważ są one genetycznie identyczne i dlatego taka wymiana nie ma sensu jako biologiczny mechanizm zmienności kombinacyjnej.

Przejście somatyczne (mitotyczne). Jak już wspomniano, przejście następuje w profazie I mejozy podczas tworzenia gamet. Istnieje jednak przejście somatyczne, czyli mitotyczne, które zachodzi podczas podziału mitotycznego komórek somatycznych, głównie tkanek embrionalnych.

Wiadomo, że chromosomy homologiczne w profazie mitozy zwykle nie ulegają koniugacji i są zlokalizowane niezależnie od siebie. Czasami jednak można zaobserwować synapsę chromosomów homologicznych i figury podobne do chiazmatów, ale nie obserwuje się zmniejszenia liczby chromosomów.

Hipotezy dotyczące mechanizmu cross-over. Istnieje kilka hipotez dotyczących mechanizmu krzyżowania, ale żadna z nich nie wyjaśnia w pełni faktów dotyczących rekombinacji genów i wzorców cytologicznych obserwowanych podczas tego procesu.

Zgodnie z hipotezą zaproponowaną przez F. Janssensa i rozwiniętą przez K. Darlingtona, podczas synapsy chromosomów homologicznych w układzie dwuwartościowym powstaje napięcie dynamiczne, które powstaje w związku ze spiralizacją nici chromosomowych, a także podczas wzajemnego splatania się homologi w układzie dwuwartościowym. Z powodu tego napięcia jedna z czterech chromatyd pęka. Przerwa, zakłócając równowagę w biwalencie, prowadzi do kompensacyjnego pęknięcia w ściśle identycznym punkcie na dowolnej innej chromatydzie tego samego biwalentu. Następuje wówczas wzajemne zjednoczenie rozbitych końcówek, prowadzące do skrzyżowania. Zgodnie z tą hipotezą, chiazmaty są bezpośrednio związane z przejściem.

Według hipotezy K. Sachsa chiazmaty nie powstają w wyniku krzyżowania: najpierw powstają chiazmaty, a następnie następuje wymiana. Kiedy chromosomy rozchodzą się do biegunów na skutek naprężenia mechanicznego, w miejscach chiazmatów dochodzi do pęknięć i wymiany odpowiednich odcinków. Po wymianie chiazma znika.

Znaczenie innej hipotezy, zaproponowanej przez D. Bellinga i unowocześnionej przez I. Lederberga, jest takie, że proces replikacji DNA może wzajemnie przełączać się z jednej nici na drugą; reprodukcja, która rozpoczęła się na jednej matrycy, w pewnym momencie przełącza się na nić matrycy DNA.

Czynniki wpływające na krzyżowanie się chromosomów. Na krzyżowanie wpływa wiele czynników, zarówno genetycznych, jak i środowiskowych. Dlatego w prawdziwym eksperymencie możemy mówić o częstotliwości przejścia, mając na uwadze wszystkie warunki, w jakich została wyznaczona. Przejście jest praktycznie nieobecne między heteromorfami X- I Y-chromosomy. Gdyby do tego doszło, chromosomalny mechanizm określania płci ulegałby ciągłemu zniszczeniu. Blokowanie krzyżowania pomiędzy tymi chromosomami wiąże się nie tylko z różnicą w ich wielkości (nie zawsze jest to obserwowane), ale wynika także z Y-specyficzne sekwencje nukleotydów. Warunkiem istnienia synapsy chromosomów (lub ich odcinków) jest homologia sekwencji nukleotydowych.

Zdecydowana większość wyższych eukariontów charakteryzuje się w przybliżeniu taką samą częstotliwością krzyżowania się zarówno u płci homogametycznej, jak i heterogametycznej. Istnieją jednak gatunki, u których krzyżowanie nie występuje u osobników płci heterogametycznej, natomiast u osobników płci homogametycznej przebiega normalnie. Sytuację tę obserwuje się u heterogametycznych samców Drosophila i samic jedwabników. Co istotne, częstość przejść mitotycznych u tych gatunków u samców i samic jest prawie taka sama, co wskazuje na odmienne elementy kontroli poszczególnych etapów rekombinacji genetycznej w komórkach zarodkowych i somatycznych. W regionach heterochromatycznych, szczególnie w regionach perycentromerycznych, częstotliwość krzyżowania jest zmniejszona, a zatem można zmienić rzeczywistą odległość między genami w tych regionach.

Odkryto geny działające jako inhibitory krzyżowania , ale są też geny, które zwiększają jego częstotliwość. Czasami mogą wywołać zauważalną liczbę krzyżowań u samców Drosophila. Przegrupowania chromosomów, w szczególności inwersje, mogą również działać jako ograniczniki krzyżowania. Zakłócają normalną koniugację chromosomów w zygotenie.

Stwierdzono, że na częstotliwość przenikania wpływa wiek organizmu, a także czynniki egzogenne: temperatura, promieniowanie, stężenie soli, mutageny chemiczne, leki, hormony. W przypadku większości tych uderzeń wzrasta częstotliwość przekraczania granic.

Ogólnie rzecz biorąc, krzyżowanie jest jednym z regularnych procesów genetycznych kontrolowanych przez wiele genów, zarówno bezpośrednio, jak i poprzez stan fizjologiczny komórek mejotycznych lub mitotycznych. Częstotliwość różnego rodzaju rekombinacji (mejotycznych, mitotycznych i siostrzanych, wymian chromatyd) może służyć jako miara działania mutagenów, substancji rakotwórczych, antybiotyków itp.

Prawa Morgana i wynikające z nich zasady dziedziczności. Prace T. Morgana odegrały ogromną rolę w powstaniu i rozwoju genetyki. Jest autorem chromosomalnej teorii dziedziczności. Odkryli prawa dziedziczenia: dziedziczenie cech związanych z płcią, dziedziczenie powiązane.

Z tych praw wynikają następujące zasady dziedziczności:

1. Gen czynnikowy to specyficzne locus chromosomu.

2. Allele genów zlokalizowane są w identycznych loci homologicznych chromosomów.

3. Geny są rozmieszczone liniowo na chromosomie.

4. Crossing over to regularny proces wymiany genów pomiędzy homologicznymi chromosomami.

Ruchome elementy genomu. W 1948 roku amerykański badacz McClintock odkrył w kukurydzy geny przemieszczające się z jednej części chromosomu na drugą i nazwał to zjawiskiem transpozycji, a same geny kontrolują elementy (CE). 1. Elementy te mogą przenosić się z jednego miejsca na drugie; 2. ich integracja z danym regionem wpływa na aktywność genów znajdujących się w pobliżu; 3. utrata EC w danym locus zamienia locus wcześniej zmienny w locus stabilny; 4. w miejscach występowania EC mogą wystąpić delecje, translokacje, transpozycje, inwersje i pęknięcia chromosomów. W 1983 roku Nagrodę Nobla otrzymała Barbara McClintock za odkrycie ruchomych elementów genetycznych.

Obecność elementów transpozycyjnych w genomach ma różne konsekwencje:

1. Ruchy i wprowadzanie elementów transpozycyjnych do genów może powodować mutacje;

2. Zmiana stanu aktywności genów;

3. Tworzenie rearanżacji chromosomowych;

4. Tworzenie telomerów.

5. Udział w poziomym transferze genów;

6. Transpozony oparte na elemencie P służą do transformacji eukariontów, klonowania genów, poszukiwania wzmacniaczy itp.

U prokariotów istnieją trzy typy elementów transpozycyjnych: elementy IS (insercje), transpozony i niektóre bakteriofagi. Elementy IS są wstawiane w dowolną część DNA, często powodują mutacje, niszcząc sekwencje kodujące lub regulatorowe oraz wpływają na ekspresję sąsiadujących genów. Bakteriofag może powodować mutacje poprzez insercję.

Temat 32. Chromosomalna teoria dziedziczności. Prawo Morgana

Wstęp
1. T. G. Morgan – największy genetyk XX wieku.
2. Przyciąganie i odpychanie
3. Chromosomalna teoria dziedziczności
4. Wzajemne ułożenie genów
5. Mapy grup sprzężonych, lokalizacja genów w chromosomach
6. Mapy cytologiczne chromosomów
7. Wnioski
Bibliografia

1. WSTĘP

Trzecie prawo Mendla – zasada niezależnego dziedziczenia cech – ma istotne ograniczenia.
W eksperymentach własnych Mendla oraz w pierwszych eksperymentach przeprowadzonych po drugim odkryciu praw Mendla do badań włączono geny zlokalizowane na różnych chromosomach, w wyniku czego nie stwierdzono żadnych rozbieżności z trzecim prawem Mendla. Nieco później odkryto fakty sprzeczne z tym prawem. Stopniowa akumulacja i badanie ich doprowadziło do ustanowienia czwartego prawa dziedziczności, zwanego prawem Morgana (na cześć amerykańskiego genetyka Thomasa Genta Morgana, który jako pierwszy je sformułował i uzasadnił) lub zasadą powiązań.
W 1911 roku w artykule „Wolna segregacja a nie przyciąganie w dziedziczności mendlowskiej” Morgan napisał: „Zamiast swobodnej segregacji w sensie mendlowskim znaleźliśmy „powiązanie czynników” zlokalizowane blisko siebie na chromosomach. Cytologia zapewniła mechanizm wymagany na podstawie danych eksperymentalnych.
Słowa te w skrócie formułują główne założenia chromosomalnej teorii dziedziczności opracowanej przez T. G. Morgana.

1. T. G. MORGAN – NAJWIĘKSZY GENETYK XX wieku.

Thomas Gent Morgan urodził się 25 września 1866 roku w Kentucky (USA). W 1886 roku ukończył studia na uniwersytecie tego stanu. W 1890 r. T. Morgan uzyskał stopień doktora filozofii, a rok później został profesorem w żeńskim college'u w Pensylwanii. Główny okres jego życia związany był z Uniwersytetem Columbia, gdzie od 1904 roku przez 25 lat pełnił funkcję kierownika katedry zoologii doświadczalnej. W 1928 roku został zaproszony do kierowania specjalnie dla niego zbudowanym laboratorium biologicznym w California Institute of Technology w miasteczku niedaleko Los Angeles, gdzie pracował aż do śmierci.
Pierwsze badania T. Morgana poświęcone były zagadnieniom embriologii eksperymentalnej.
W 1902 roku młody amerykański cytolog Walter Setton (1877-1916), pracujący w laboratorium E. Wilsona (1856-1939), zasugerował, że osobliwe zjawiska charakteryzujące zachowanie chromosomów podczas zapłodnienia były najprawdopodobniej mechanizmem wzorców mendlowskich. T. Morgan był dobrze zaznajomiony z samym E. Wilsonem i pracą jego laboratorium, dlatego też stwierdzając w 1908 roku u samców filoksery obecność dwóch odmian plemników, z których jeden posiadał dodatkowy chromosom, przypuszczał, że związek natychmiast powstał z cech płciowych wraz z wprowadzeniem odpowiednich chromosomów. Zatem T. Morgan przeszedł do zagadnień genetyki. Wpadł na pomysł, że nie tylko płeć jest powiązana z chromosomami, ale być może zlokalizowane są w nich inne dziedziczne skłonności.
Skromny budżet laboratorium uniwersyteckiego zmusił T. Morgana do poszukiwania bardziej odpowiedniego obiektu do eksperymentów w badaniu dziedziczności. Od myszy i szczurów przechodzimy do muszki owocowej Drosophila, której wybór okazał się niezwykle udany. Prace szkoły T. Morgana, a następnie większości innych instytucji zajmujących się badaniami genetycznymi, skupiały się na tym obiekcie. Najważniejsze odkrycia w genetyce lat 20. i 30. XX wieku. XX wiek związany z Drosophilą.
W 1910 roku opublikowano pierwszą pracę genetyczną T. Morgana „Sex-Limited Heredity in Drosophila” opisującą mutację białooką. Późniejsza, naprawdę gigantyczna praca T. Morgana i jego współpracowników umożliwiła połączenie danych cytologicznych i genetycznych w jedną całość, a kulminacją było stworzenie chromosomalnej teorii dziedziczności. Główne prace T. Morgana „Strukturalne podstawy dziedziczności”, „Teoria genów”, „Eksperymentalne podstawy ewolucji” i inne wyznaczają postępujący rozwój nauk genetycznych.
Wśród biologów XX wieku. T. Morgan wyróżnia się jako genialny genetyk eksperymentalny i badacz szerokiego spektrum zagadnień.
W 1931 r. T. Morgan został wybrany członkiem honorowym Akademii Nauk ZSRR, a w 1933 r. otrzymał Nagrodę Nobla.

2. PRZYCIĄGANIE I ODPRĘŻANIE

Po raz pierwszy odchylenie od zasady niezależnego dziedziczenia cech zauważyli Bateson i Punnett w 1906 roku, badając charakter dziedziczenia barwy kwiatów i kształtu pyłku u groszku cukrowego. U groszku cukrowego dominuje fioletowa barwa kwiatów (kontrolowana przez gen B) nad czerwoną (w zależności od genu B), a podłużny kształt dojrzałego pyłku („długi pyłek”) związany jest z obecnością 3 porów, co jest kontrolowane przez gen L, dominuje pyłek „okrągły” z 2 porami, których powstawanie jest kontrolowane przez gen l.
Podczas krzyżowania groszku fioletowego z długim pyłkiem i groszku czerwonego z okrągłym pyłkiem wszystkie rośliny pierwszego pokolenia mają fioletowe kwiaty i długi pyłek.
W drugim pokoleniu spośród 6952 przebadanych roślin znaleziono 4831 roślin o kwiatach fioletowych i długim pyłku, 390 o kwiatach fioletowych i pyłku okrągłym, 393 o kwiatach czerwonych i długim pyłku oraz 1338 o kwiatach czerwonych i pyłku okrągłym.
Stosunek ten dobrze odpowiada oczekiwanemu podziałowi, jeśli podczas tworzenia gamet pierwszego pokolenia geny B i L występują 7 razy częściej w kombinacjach, w których występowały w formach rodzicielskich (BL i bl) niż w nowych kombinacjach (Bl i bL) (tab. 1).
Wydaje się, że geny B i L, a także b i l, przyciągają się do siebie i z trudem można je od siebie oddzielić. To zachowanie genów nazwano przyciąganiem genów. Założenie, że gamety z genami B i L w kombinacjach, w jakich występowały w formach rodzicielskich, spotykane są 7 razy częściej niż gamety z nową kombinacją (w tym przypadku Bl i bL) znalazło bezpośrednie potwierdzenie w wynikach tzw. analizując krzyże.
Krzyżując mieszańce pierwszej generacji (F1) (genotyp BbLl) z recesywnym rodzicem (bbll) uzyskano następujący podział: 50 roślin o kwiatach fioletowych i długim pyłku, 7 roślin o kwiatach fioletowych i pyłku okrągłym, 8 roślin o kwiatach czerwonych i długi pyłek i 47 roślin o kwiatach czerwonych i pyłku okrągłym, co bardzo dobrze odpowiada oczekiwanemu stosunkowi: 7 gamet ze starymi kombinacjami genów do 1 gamet z nowymi kombinacjami.
W krzyżówkach, w których jedno z rodziców posiadało genotyp BBll, a drugie bbLL, segregacja w drugim pokoleniu miała już zupełnie inny charakter. W jednej z tych krzyżówek F2 było 226 roślin o kwiatach fioletowych i długim pyłku, 95 o kwiatach fioletowych i okrągłym pyłku, 97 o kwiatach czerwonych i długim pyłku oraz jedna roślina o kwiatach czerwonych i okrągłym pyłku. W tym przypadku wydaje się, że geny B i L odpychają się nawzajem. To zachowanie czynników dziedzicznych nazwano odpychaniem genów.
Ponieważ przyciąganie i odpychanie genów było bardzo rzadkie, uznano to za pewnego rodzaju anomalię i rodzaj genetycznej ciekawości.
Nieco później odkryto u groszku cukrowego jeszcze kilka przypadków przyciągania i odpychania (kształt kwiatu i kolor kątów liści, kolor kwiatów i kształt żagli kwiatowych oraz kilka innych par cech), nie zmieniło to jednak ogólnej oceny zjawiska przyciąganie i odpychanie jako anomalia.
Jednak ocena tego zjawiska uległa diametralnej zmianie po latach 1910-1911. T. Morgan i jego uczniowie odkryli liczne przypadki przyciągania i odpychania u muszki owocowej Drosophila, bardzo korzystnego obiektu badań genetycznych: jej uprawa jest tania i można ją prowadzić w warunkach laboratoryjnych na bardzo szeroką skalę, jej żywotność jest krótka i w ciągu jednego roku można uzyskać kilkadziesiąt pokoleń, kontrolowane krzyżowania są łatwe do wykonania, są tylko 4 pary chromosomów, w tym para płciowa, które są wyraźnie od siebie odróżnialne;
Dzięki temu Morgan i jego współpracownicy szybko odkryli dużą liczbę mutacji w czynnikach dziedzicznych, które determinują cechy, które są wyraźnie widoczne i łatwe do zbadania, oraz byli w stanie przeprowadzić liczne krzyżowania w celu zbadania natury dziedziczenia tych cech. Okazało się, że wiele genów muszki Drosophila nie jest dziedziczonych niezależnie od siebie, lecz wzajemnie się przyciąga lub odpycha, a geny wykazujące takie oddziaływanie można podzielić na kilka grup, w ramach których wszystkie geny wykazywały mniej lub bardziej silnie wyrażane wzajemne przyciąganie lub odpychanie.
Na podstawie analizy wyników tych badań T. G. Morgan zasugerował, że przyciąganie zachodzi pomiędzy genami nieallelomorficznymi zlokalizowanymi na tym samym chromosomie i utrzymuje się do czasu, aż geny te zostaną oddzielone od siebie w wyniku pęknięcia chromosomu podczas podziału redukcyjnego i nastąpi odpychanie w przypadkach, gdy badane geny znajdują się na różnych chromosomach tej samej pary chromosomów homologicznych
Wynika z tego, że przyciąganie i odpychanie genów to różne aspekty tego samego procesu, którego materialną podstawą jest odmienne rozmieszczenie genów w chromosomach. Dlatego Morgan zaproponował porzucenie dwóch odrębnych koncepcji „przyciągania” i „odpychania” genów i zastąpienie ich jedną ogólną koncepcją „połączenia genów”, wierząc, że zależy to od ich umiejscowienia w obrębie jednego chromosomu w porządku liniowym.

3. CHROMOSOMALNA TEORIA DZIEDZICTWA

Po dalszych badaniach powiązań genów szybko ustalono, że liczba grup powiązań u Drosophila (4 grupy) odpowiada haploidalnej liczbie chromosomów u tej muszki, a wszystkie zbadane wystarczająco szczegółowo geny zostały rozdzielone pomiędzy te 4 grupy powiązań. Początkowo względna lokalizacja genów w obrębie chromosomu pozostawała nieznana, ale później opracowano technikę określania kolejności lokalizacji genów znajdujących się w tej samej grupie sprzężeń, w oparciu o ilościowe określenie siły powiązania między nimi.
Ilościowe określenie siły powiązania genowego opiera się na następujących przesłankach teoretycznych. Jeżeli w organizmie diploidalnym dwa geny A i B zlokalizowane są na jednym chromosomie, a recesywne allelomorfy tych genów a i b zlokalizowane są na innym, homologicznym z nim chromosomie, wówczas geny A i B mogą się od siebie oddzielić i wejść w nowe kombinacje z ich recesywnych allelomorfów jedynie w przypadku, gdy chromosom, w którym się znajdują, ulegnie uszkodzeniu w obszarze pomiędzy tymi genami i w miejscu pęknięcia powstaje połączenie pomiędzy odcinkami tego chromosomu i jego homologiem.
Takie pęknięcia i nowe kombinacje regionów chromosomów faktycznie zachodzą podczas koniugacji homologicznych chromosomów podczas podziału redukcyjnego. Ale w tym przypadku wymiana odcinków zwykle nie zachodzi między wszystkimi 4 chromatydami tworzącymi chromosomy dwuwartościowych, ale tylko między dwiema z tych 4 chromatyd. Zatem chromosomy powstałe w wyniku pierwszego podziału mejozy, podczas takich wymian, składają się z dwóch nierównych chromatyd - niezmienionych i zrekonstruowanych w wyniku wymiany. W II podziale mejozy te nierówne chromatydy rozchodzą się do przeciwnych biegunów i dzięki temu komórki haploidalne powstałe w wyniku podziału redukcyjnego (zarodniki lub gamety) otrzymują chromosomy składające się z identycznych chromatyd, ale tylko połowa komórek haploidalnych otrzymuje chromosomy zrekonstruowane, a drugą połowę przyjęliśmy bez zmian.
Ta wymiana odcinków chromosomów nazywana jest krzyżowaniem. Przy wszystkich pozostałych czynnikach krzyżowanie się dwóch genów znajdujących się na tym samym chromosomie następuje rzadziej, im bliżej siebie się znajdują. Częstotliwość krzyżowania się genów jest proporcjonalna do odległości między nimi.
Określenie częstości krzyżowania odbywa się zwykle za pomocą tzw. krzyżówek analitycznych (krzyżowanie hybryd F1 z recesywnym rodzicem), chociaż można w tym celu wykorzystać również F2 uzyskane w wyniku samozapylenia mieszańców F1 lub krzyżowania ze sobą hybryd F1.
To określenie częstotliwości krzyżowania możemy rozważyć na przykładzie siły adhezji pomiędzy genami C i S w kukurydzy. Gen C warunkuje powstawanie barwnego bielma (zabarwionych nasion), a jego recesywny allel c powoduje bielmo bezbarwne. Gen S powoduje powstawanie bielma gładkiego, a jego recesywny allel s warunkuje powstawanie bielma pomarszczonego. Geny C i S znajdują się na tym samym chromosomie i są ze sobą dość silnie powiązane. W jednym z eksperymentów przeprowadzonych w celu ilościowego określenia siły adhezji tych genów uzyskano następujące wyniki.
Roślinę o kolorowych, gładkich nasionach, homozygotyczną pod względem genów C i S, posiadającą genotyp CCSS (rodzic dominujący), skrzyżowano z rośliną o nasionach bezbarwnych, pomarszczonych, o genotypie CCSS (rodzic recesywny). Hybrydy F1 pierwszej generacji zostały ponownie skrzyżowane z recesywnym rodzicem (krzyżówka testowa). W ten sposób uzyskano 8368 nasion F2, w których stwierdzono następujący podział ze względu na barwę i zmarszczki: 4032 nasiona kolorowe gładkie; 149 malowane pomarszczone; 152 niemalowany gładki; 4035 niebarwiony, pomarszczony.
Jeżeli podczas tworzenia makro- i mikrospor w mieszańcach F1 geny C i S były rozmieszczone niezależnie od siebie, to w krzyżówce testowej wszystkie te cztery grupy nasion powinny być reprezentowane w równej liczbie. Ale tak nie jest, ponieważ geny C i S znajdują się na tym samym chromosomie, są ze sobą powiązane, w wyniku czego spory z rekombinowanymi chromosomami zawierającymi geny Cs i cS powstają tylko w przypadku krzyżowania się między genów C i S, co występuje stosunkowo rzadko.
Procent krzyżowania genów C i S można obliczyć ze wzoru:

X = a + b / n x 100%,

Gdzie a jest liczbą krzyżowań ziaren jednej klasy (ziarna o genotypie Cscs, pochodzące z połączenia gamet Cs hybrydy F1 z gametami cs recesywnego rodzica); c jest liczbą przechodzących ziaren drugiej klasy (cScs); n jest całkowitą liczbą ziaren uzyskanych w wyniku analizy krzyżowania.
Schemat przedstawiający dziedziczenie chromosomów zawierających sprzężone geny w kukurydzy (wg Hutchinsona). Dziedziczne zachowanie genów kolorowego (C) i bezbarwnego (c) aleuronu, pełnego (S) i pomarszczonego (s) bielma, a także chromosomów niosących te geny podczas krzyżowania ze sobą dwóch czystych typów i podczas krzyżowania wstecznego F1 z wskazany jest podwójny recesywny.
Podstawiając do wzoru otrzymaną w tym doświadczeniu liczbę ziaren różnych klas otrzymujemy:

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

Odległość między genami w grupach łączących jest zwykle wyrażana jako procent krzyżowania lub w morganidach (morganid to jednostka wyrażająca siłę powiązania, nazwana za sugestią A. S. Serebrovsky'ego na cześć T. G. Morgana, równa 1% krzyżowania nad). W tym przypadku można powiedzieć, że gen C znajduje się w odległości 3,6 morganidów od genu S.
Teraz możesz użyć tego wzoru do określenia odległości między B i L w groszku słodkim. Podstawiając do wzoru liczby otrzymane ze skrzyżowania analitycznego i podane powyżej, otrzymujemy:

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

U groszku słodkiego geny B i L znajdują się na tym samym chromosomie w odległości 11,6 morganidów od siebie.
W ten sam sposób T. G. Morgan i jego uczniowie określili procent krzyżowania między wieloma genami zawartymi w tej samej grupie połączeń dla wszystkich czterech grup połączeń Drosophila. Okazało się, że odsetek krzyżowań (lub odległość u morganidów) pomiędzy różnymi genami wchodzącymi w skład tej samej grupy połączeń okazał się znacząco różny. Oprócz genów, pomiędzy którymi krzyżowanie zachodziło bardzo rzadko (ok. 0,1%), występowały także geny, pomiędzy którymi w ogóle nie wykryto powiązania, co wskazywało, że niektóre geny są zlokalizowane bardzo blisko siebie, a inne bardzo blisko siebie . daleko.

4. WZGLĘDNA LOKALIZACJA GENÓW

Aby określić lokalizację genów, założono, że są one ułożone w porządku liniowym na chromosomach i że rzeczywista odległość między dwoma genami jest proporcjonalna do częstotliwości krzyżowania się między nimi. Założenia te otworzyły możliwość określenia względnej pozycji genów w grupach łączących.
Załóżmy, że znane są odległości (% skrzyżowań) między trzema genami A, B i C i wynoszą one 5% między genami A i B, 3% między B i C oraz 8% między genami A i C.
Załóżmy, że gen B znajduje się na prawo od genu A. W którą stronę od genu B powinien znajdować się gen C?
Jeśli założymy, że gen C znajduje się na lewo od genu B, to w tym przypadku odległość między genami A i C powinna być równa różnicy odległości między genami A - B i B - C, tj. 5% - 3 % = 2%. Ale w rzeczywistości odległość między genami A i C jest zupełnie inna i wynosi 8%. Dlatego założenie jest błędne.
Jeśli teraz założymy, że gen C znajduje się na prawo od genu B, to w tym przypadku odległość między genami A i C powinna być równa sumie odległości między genami A - B i genami B - C, tj. 5% + 3% = 8%, co w pełni odpowiada odległości ustalonej doświadczalnie. Zatem założenie to jest prawidłowe, a lokalizację genów A, B i C na chromosomie można schematycznie przedstawić następująco: A – 5%, B – 3%, C – 8%.
Po ustaleniu względnych pozycji 3 genów, lokalizację czwartego genu w stosunku do tych trzech można określić, znając jego odległość tylko od 2 z tych genów. Można założyć, że odległość genu D od dwóch genów - B i C spośród omówionych powyżej 3 genów A, B i C jest znana i wynosi 2% pomiędzy genami C i D oraz 5% pomiędzy B i D Próba umieszczenia genu D na lewo od genu C kończy się niepowodzeniem ze względu na oczywistą rozbieżność pomiędzy różnicą odległości pomiędzy genami B – C i C – D (3% – 2% = 1%) a zadaną odległością pomiędzy genami. B i D (5%). I odwrotnie, umieszczenie genu D na prawo od genu C daje pełną zgodność pomiędzy sumą odległości między genami B - C i genami C - D (3% + 2% = 5%) do danej odległości między genami B i D (5%). Kiedy już ustalimy położenie genu D względem genów B i C, bez dodatkowych eksperymentów możemy obliczyć odległość pomiędzy genami A i D, gdyż powinna ona być równa sumie odległości pomiędzy genami A – B i B – D (5% + 5% = 10%).
Badając powiązania między genami należącymi do tej samej grupy powiązań, wielokrotnie sprawdzano eksperymentalnie odległości między nimi, obliczone wcześniej w taki sam sposób, jak to zrobiono powyżej dla genów A i D, i we wszystkich przypadkach uzyskano bardzo dobry wynik. uzyskano zgodę.
Jeśli znana jest lokalizacja 4 genów, powiedzmy A, B, C, D, wówczas piąty gen można z nimi „połączyć”, jeśli znane są odległości między genem E a niektórymi dwoma z tych 4 genów oraz odległości między genami E i pozostałe dwa geny można obliczyć czterokrotnie, tak jak zrobiono to dla genów A i D w poprzednim przykładzie.

5. MAPY GRUP POŁĄCZEŃ, LOKALIZACJA GENÓW W CHROMOSOMACH

Stopniowo łącząc coraz więcej genów z pierwotnymi trzema lub czterema połączonymi genami, dla których wcześniej ustalono ich względne położenie, opracowano mapy grup połączeń.
Kompilując mapy grup sprzęgieł, należy wziąć pod uwagę szereg funkcji. Biwalent może doświadczyć nie jednego, ale dwóch, trzech, a nawet większej liczby skrzyżowań chiasmata i związanych z chiazmatami. Jeżeli geny są zlokalizowane bardzo blisko siebie, to prawdopodobieństwo, że na chromosomie pomiędzy takimi genami powstaną dwie chiazmaty i nastąpią dwie wymiany nici (dwa skrzyżowania) jest znikome. Jeśli geny są zlokalizowane stosunkowo daleko od siebie, znacznie wzrasta prawdopodobieństwo podwójnego przejścia w obszarze chromosomu pomiędzy tymi genami w tej samej parze chromatyd. Tymczasem drugie skrzyżowanie w tej samej parze chromatyd między badanymi genami w rzeczywistości anuluje pierwsze skrzyżowanie i eliminuje wymianę tych genów między homologicznymi chromosomami. W związku z tym zmniejsza się liczba krzyżujących się gamet i wydaje się, że geny te są zlokalizowane bliżej siebie niż w rzeczywistości.
Schemat podwójnego krzyżowania w jednej parze chromatyd pomiędzy genami A i B oraz genami B i C. I - moment przejścia; II - zrekombinowane chromatydy AcB i aCb.
Co więcej, im dalej badane geny są od siebie położone, tym częściej dochodzi między nimi do podwójnego krzyżowania i tym większe jest zniekształcenie prawdziwej odległości między tymi genami spowodowane podwójnym krzyżowaniem.
Jeśli odległość między badanymi genami przekracza 50 morganidów, wówczas na ogół niemożliwe jest wykrycie powiązania między nimi poprzez bezpośrednie określenie liczby krzyżujących się gamet. W nich, podobnie jak w genach w niezwiązanych ze sobą homologicznych chromosomach, podczas krzyżowania analitycznego tylko 50% gamet zawiera kombinację genów odmiennych od tych, które były obecne w mieszańcach pierwszej generacji.
Dlatego też podczas kompilowania map grup połączeń odległości między odległymi genami określa się nie poprzez bezpośrednie określenie liczby krzyżujących się gamet w krzyżówkach testowych z udziałem tych genów, ale poprzez dodanie odległości między wieloma blisko rozmieszczonymi genami znajdującymi się między nimi.
Ta metoda zestawiania map grup połączeń umożliwia dokładniejsze określenie odległości między stosunkowo odległymi (nie więcej niż 50 morganidami) zlokalizowanymi genami i identyfikację powiązań między nimi, jeśli odległość jest większa niż 50 morganidów. W tym przypadku powiązanie między genami położonymi daleko od siebie zostało ustalone dzięki temu, że są one powiązane z genami położonymi pośrednio, które z kolei są ze sobą powiązane.
Zatem dla genów znajdujących się na przeciwległych końcach chromosomów II i III Drosophila - w odległości ponad 100 morganidów od siebie, możliwe było ustalenie faktu ich umiejscowienia w tej samej grupie powiązań poprzez identyfikację ich powiązania z pośrednimi geny i powiązania tych genów pośrednich między wami.
Odległości pomiędzy odległymi genami wyznacza się poprzez dodanie odległości pomiędzy wieloma genami pośrednimi i tylko dzięki temu wyznacza się je stosunkowo dokładnie.
W organizmach, których płeć jest kontrolowana przez chromosomy płciowe, krzyżowanie zachodzi tylko u płci homogametycznej i nie występuje u płci heterogametycznej. Tak więc u Drosophila krzyżowanie występuje tylko u kobiet i nie występuje (a dokładniej zdarza się tysiąc razy rzadziej) u samców. Pod tym względem geny samców tej muchy, znajdujących się na tym samym chromosomie, wykazują pełne powiązanie niezależnie od odległości od siebie, co ułatwia identyfikację ich umiejscowienia w tej samej grupie powiązań, ale uniemożliwia określenie odległość między nimi.
Drosophila ma 4 grupy połączeń. Jedna z tych grup liczy około 70 morganidów, a geny zawarte w tej grupie łączącej są wyraźnie powiązane z dziedziczeniem płci. Można zatem uznać za pewne, że geny wchodzące w skład tej grupy sprzężeń zlokalizowane są na chromosomie płci X (w 1 parze chromosomów).
Druga grupa połączeń jest bardzo mała i jej długość wynosi tylko 3 morganidy. Nie ma wątpliwości, że geny zawarte w tej grupie sprzężeń zlokalizowane są w mikrochromosomach (IX para chromosomów). Jednak pozostałe dwie grupy połączeń mają w przybliżeniu tę samą wielkość (107,5 morganidów i 106,2 morganidów) i dość trudno jest zdecydować, której z par autosomów (pary chromosomów II i III) odpowiada każda z tych grup połączeń.
Aby rozwiązać problem lokalizacji grup łączących w dużych chromosomach, konieczne było zastosowanie badań cytogenetycznych szeregu rearanżacji chromosomów. W ten sposób udało się ustalić, że nieco większa grupa łącząca (107,5 morganidów) odpowiada II parze chromosomów, a nieco mniejsza grupa łącząca (106,2 morganidów) znajduje się w III parze chromosomów.
Dzięki temu ustalono, które chromosomy odpowiadają każdej z grup łączących u Drosophila. Ale nawet po tym nie było wiadomo, w jaki sposób grupy sprzężeń genowych są umiejscowione w odpowiadających im chromosomach. Czy na przykład prawy koniec pierwszej grupy łączącej u Drosophila znajduje się w pobliżu kinetycznego zwężenia chromosomu X, czy na przeciwległym końcu tego chromosomu? To samo dotyczy wszystkich pozostałych grup sprzęgieł.
Otwarta pozostała także kwestia, w jakim stopniu odległości między genami wyrażanymi w morganidach (w% krzyżowania) odpowiadają rzeczywistym odległościom fizycznym między nimi w chromosomach.
Aby dowiedzieć się tego wszystkiego, konieczne było, przynajmniej w przypadku niektórych genów, ustalenie nie tylko ich względnej pozycji w grupach łączących, ale także ich fizycznej pozycji w odpowiednich chromosomach.
Okazało się to możliwe dopiero po tym, jak w wyniku wspólnych badań genetyka G. Mellera i cytologa G. Payntera ustalono, że pod wpływem promieni rentgenowskich u Drosophila (jak u wszystkich żywych organizmów) następuje transfer ( translokacja) odcinków jednego chromosomu na drugi. Kiedy pewna część jednego chromosomu zostaje przeniesiona na inny, wszystkie geny znajdujące się w tej sekcji tracą połączenie z genami zlokalizowanymi w pozostałej części chromosomu dawcy i zyskują połączenie z genami w chromosomie biorcy. (Później odkryto, że przy takich rearanżacjach chromosomów nie następuje tylko przeniesienie odcinka z jednego chromosomu na drugi, ale wzajemne przeniesienie odcinka pierwszego chromosomu na drugi, a z niego fragment drugiego chromosomu zostaje przeniesiony na miejsce wydzielonej sekcji w pierwszej).
W przypadku, gdy przerwa chromosomu podczas oddzielania regionu przeniesionego na inny chromosom zachodzi pomiędzy dwoma genami położonymi blisko siebie, lokalizację tego pęknięcia można dość dokładnie określić zarówno na mapie grup połączeń, jak i na chromosomie. Na mapie powiązań punkt przerwania znajduje się w obszarze pomiędzy skrajnymi genami, z których jeden pozostaje w poprzedniej grupie powiązań, a drugi jest zawarty w nowej. Na chromosomie lokalizację pęknięcia określa się na podstawie obserwacji cytologicznych zmniejszenia wielkości chromosomu dawcy i wzrostu wielkości chromosomu biorcy.
Translokacja odcinków z chromosomu 2 na chromosom 4 (wg Morgana). Górna część rysunku przedstawia grupy połączeń, środkowa część przedstawia chromosomy odpowiadające tym grupom połączeń, a dolna pokazuje płytki metafazowe mitozy somatycznej. Liczby wskazują liczbę grup łączących i chromosomów. A i B - „dolna” część chromosomu przeniosła się do chromosomu 4; B - „górna” część chromosomu 2 przeniosła się do chromosomu 4. Mapy genetyczne i płytki chromosomowe są heterozygotyczne pod względem translokacji.
W wyniku badań dużej liczby różnych translokacji przeprowadzonych przez wielu genetyków, opracowano tzw. mapy cytologiczne chromosomów. Na chromosomach zaznacza się lokalizacje wszystkich badanych przerw, dzięki czemu dla każdej przerwy ustala się położenie dwóch sąsiadujących ze sobą genów po prawej i lewej stronie.
Mapy cytologiczne chromosomów umożliwiły przede wszystkim ustalenie, które końce chromosomów odpowiadają „prawemu” i „lewemu” końcowi odpowiednich grup połączeń.
Porównanie „cytologicznych” map chromosomów z „genetycznymi” (grupami połączeń) dostarcza istotnego materiału do wyjaśnienia związku między odległościami między sąsiadującymi genami wyrażanymi w morganidach a fizycznymi odległościami między tymi samymi genami w chromosomach podczas badania tych chromosomów pod mikroskopem.
Porównanie „map genetycznych” chromosomów I, II i III Drosophila melanogaster z „mapami cytologicznymi” tych chromosomów w metafazie na podstawie danych dotyczących translokacji (wg Levitsky'ego). Sp jest miejscem mocowania gwintów wrzeciona. Reszta wskazuje na różne geny.
Nieco później przeprowadzono potrójne porównanie lokalizacji genów na „mapach genetycznych” powiązań, „mapach cytologicznych” zwykłych chromosomów somatycznych i „mapach cytologicznych” olbrzymich gruczołów ślinowych.
Oprócz Drosophila opracowano dość szczegółowe „mapy genetyczne” grup połączeń dla kilku innych gatunków z rodzaju Drosophila. Okazało się, że u wszystkich zbadanych wystarczająco szczegółowo gatunków liczba grup łączących jest równa haploidalnej liczbie chromosomów. Tak więc u Drosophila, który ma trzy pary chromosomów, znaleziono 3 grupy połączeń, u Drosophila z pięcioma parami chromosomów - 5, a u Drosophila z sześcioma parami chromosomów - 6 grup łączących.
Wśród kręgowców najlepiej zbadana jest mysz domowa, u której ustalono już 18 grup łączących, podczas gdy u człowieka, który ma 23 pary chromosomów, znanych jest 10 grup łączących. Kura z 39 parami chromosomów ma tylko 8 grup połączeń. Nie ma wątpliwości, że w miarę dalszych badań genetycznych tych obiektów liczba zidentyfikowanych w nich grup łączących wzrośnie i prawdopodobnie będzie odpowiadać liczbie par chromosomów.
Spośród roślin wyższych najbardziej zbadaną genetycznie jest kukurydza. Ma 10 par chromosomów i znaleziono 10 dość dużych grup łączących. Za pomocą eksperymentalnie uzyskanych translokacji i innych rearanżacji chromosomów wszystkie te grupy połączeń ograniczają się do ściśle określonych chromosomów.
W niektórych roślinach wyższych, zbadanych wystarczająco szczegółowo, ustalono również pełną zgodność między liczbą grup łączących a liczbą par chromosomów. Zatem jęczmień ma 7 par chromosomów i 7 grup łączących, pomidor ma 12 par chromosomów i 12 grup łączących, lwia paszcza ma haploidalną liczbę chromosomów wynoszącą 8 i ustalono 8 grup łączących.
Spośród roślin niższych najdokładniej zbadano genetycznie grzyb torbacz. Ma haploidalną liczbę chromosomów wynoszącą 7 i ustalono 7 grup połączeń.
Obecnie powszechnie przyjmuje się, że liczba grup łączących we wszystkich organizmach jest równa ich haploidalnej liczbie chromosomów, a jeśli u wielu zwierząt i roślin liczba znanych grup łączących jest mniejsza niż ich haploidalna liczba chromosomów, to zależy to tylko od fakt, że zostały one zbadane genetycznie, są niewystarczające i w rezultacie zidentyfikowano tylko część dostępnych grup łączących.

WNIOSEK

W rezultacie możemy przytoczyć fragmenty dzieł T. Morgana:
„... Ponieważ ma miejsce powiązanie, wydaje się, że podział substancji dziedzicznej jest w pewnym stopniu ograniczony. Na przykład znanych jest około 400 nowych typów mutantów u muszki owocowej Drosophila, której cechami są tylko cztery grupy połączeń...
... Członkowie grupy powiązań mogą czasami nie być ze sobą w pełni powiązani, ... niektóre recesywne znaki jednej serii mogą zostać zastąpione znakami typu dzikiego z innej serii. Jednak nawet w tym przypadku nadal uważa się je za powiązane, ponieważ częściej pozostają ze sobą połączone, niż obserwuje się taką wymianę między szeregami. Ta wymiana nazywa się CROSS-ING-OVER – przejściem. Termin ten oznacza, że pomiędzy dwoma odpowiadającymi sobie szeregami powiązań może nastąpić prawidłowa wymiana ich części, w którą zaangażowana jest duża liczba genów...
Teoria genów zakłada, że cechy lub właściwości jednostki są funkcją sparowanych elementów (genów) osadzonych w substancji dziedzicznej w postaci pewnej liczby grup łączących; następnie ustala, że członkowie każdej pary genów, gdy komórki rozrodcze dojrzewają, są dzieleni zgodnie z pierwszym prawem Mendla i dlatego każda dojrzała komórka zarodkowa zawiera tylko jeden ich zestaw; stanowi również, że członkowie należący do różnych grup powiązań są rozdzielani niezależnie podczas dziedziczenia, zgodnie z drugim prawem Mendla; w ten sam sposób stwierdza, że czasami następuje naturalna wymiana – krzyżowa – pomiędzy odpowiednimi elementami dwóch grup połączeń; wreszcie stwierdza, że częstotliwość krzyżowania dostarcza danych świadczących o liniowym ułożeniu elementów względem siebie…”

BIBLIOGRAFIA

1. Genetyka ogólna. M.: Szkoła wyższa, 1985.
2. Czytelnik na temat genetyki. Wydawnictwo Uniwersytetu Kazańskiego, 1988.
3. Petrov D. F. Genetyka z podstawami selekcji, M.: Szkoła wyższa, 1971.
4. Biologia. M.: Mir, 1974.

Temat 32. Chromosomalna teoria dziedziczności. Prawo Morgana

1. WSTĘP

1. T. G. MORGAN – NAJWIĘKSZY GENETYK XX wieku.

2. PRZYCIĄGANIE I ODPRĘŻANIE

3. CHROMOSOMALNA TEORIA DZIEDZICTWA

X = a + b / n x 100%,

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

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

4. WZGLĘDNA LOKALIZACJA GENÓW

5. MAPY GRUP POŁĄCZEŃ, LOKALIZACJA GENÓW W CHROMOSOMACH

Stopniowo łącząc coraz więcej genów z pierwotnymi trzema lub czterema połączonymi genami, dla których wcześniej ustalono ich względne położenie, opracowano mapy grup połączeń.
Kompilując mapy grup sprzęgieł, należy wziąć pod uwagę szereg funkcji. Biwalent może doświadczyć nie jednego, ale dwóch, trzech, a nawet większej liczby skrzyżowań chiasmata i związanych z chiazmatami. Jeżeli geny są zlokalizowane bardzo blisko siebie, to prawdopodobieństwo, że na chromosomie pomiędzy takimi genami powstaną dwie chiazmaty i nastąpią dwie wymiany nici (dwa skrzyżowania) jest znikome. Jeśli geny są zlokalizowane stosunkowo daleko od siebie, znacznie wzrasta prawdopodobieństwo podwójnego przejścia w obszarze chromosomu pomiędzy tymi genami w tej samej parze chromatyd. Tymczasem drugie skrzyżowanie w tej samej parze chromatyd między badanymi genami w rzeczywistości anuluje pierwsze skrzyżowanie i eliminuje wymianę tych genów między homologicznymi chromosomami. W związku z tym zmniejsza się liczba krzyżujących się gamet i wydaje się, że geny te są zlokalizowane bliżej siebie niż w rzeczywistości.

Schemat podwójnego krzyżowania w jednej parze chromatyd pomiędzy genami A i B oraz genami B i C. I - moment przejścia; II - zrekombinowane chromatydy AcB i aCb.
Co więcej, im dalej badane geny są od siebie położone, tym częściej dochodzi między nimi do podwójnego krzyżowania i tym większe jest zniekształcenie prawdziwej odległości między tymi genami spowodowane podwójnym krzyżowaniem.
Jeśli odległość między badanymi genami przekracza 50 morganidów, wówczas na ogół niemożliwe jest wykrycie powiązania między nimi poprzez bezpośrednie określenie liczby krzyżujących się gamet. W nich, podobnie jak w genach w niezwiązanych ze sobą homologicznych chromosomach, podczas krzyżowania analitycznego tylko 50% gamet zawiera kombinację genów odmiennych od tych, które były obecne w mieszańcach pierwszej generacji.
Dlatego też podczas kompilowania map grup połączeń odległości między odległymi genami określa się nie poprzez bezpośrednie określenie liczby krzyżujących się gamet w krzyżówkach testowych z udziałem tych genów, ale poprzez dodanie odległości między wieloma blisko rozmieszczonymi genami znajdującymi się między nimi.
Ta metoda zestawiania map grup połączeń umożliwia dokładniejsze określenie odległości między stosunkowo odległymi (nie więcej niż 50 morganidami) zlokalizowanymi genami i identyfikację powiązań między nimi, jeśli odległość jest większa niż 50 morganidów. W tym przypadku powiązanie między genami położonymi daleko od siebie zostało ustalone dzięki temu, że są one powiązane z genami położonymi pośrednio, które z kolei są ze sobą powiązane.
Zatem dla genów znajdujących się na przeciwległych końcach chromosomów II i III Drosophila - w odległości ponad 100 morganidów od siebie, możliwe było ustalenie faktu ich umiejscowienia w tej samej grupie powiązań poprzez identyfikację ich powiązania z pośrednimi geny i powiązania tych genów pośrednich między wami.
Odległości pomiędzy odległymi genami wyznacza się poprzez dodanie odległości pomiędzy wieloma genami pośrednimi i tylko dzięki temu wyznacza się je stosunkowo dokładnie.
W organizmach, których płeć jest kontrolowana przez chromosomy płciowe, krzyżowanie zachodzi tylko u płci homogametycznej i nie występuje u płci heterogametycznej. Tak więc u Drosophila krzyżowanie występuje tylko u kobiet i nie występuje (a dokładniej zdarza się tysiąc razy rzadziej) u samców. Pod tym względem geny samców tej muchy, znajdujących się na tym samym chromosomie, wykazują pełne powiązanie niezależnie od odległości od siebie, co ułatwia identyfikację ich umiejscowienia w tej samej grupie powiązań, ale uniemożliwia określenie odległość między nimi.
Drosophila ma 4 grupy połączeń. Jedna z tych grup liczy około 70 morganidów, a geny zawarte w tej grupie łączącej są wyraźnie powiązane z dziedziczeniem płci. Można zatem uznać za pewne, że geny wchodzące w skład tej grupy sprzężeń zlokalizowane są na chromosomie płci X (w 1 parze chromosomów).
Druga grupa połączeń jest bardzo mała i jej długość wynosi tylko 3 morganidy. Nie ma wątpliwości, że geny zawarte w tej grupie sprzężeń zlokalizowane są w mikrochromosomach (IX para chromosomów). Jednak pozostałe dwie grupy połączeń mają w przybliżeniu tę samą wielkość (107,5 morganidów i 106,2 morganidów) i dość trudno jest zdecydować, której z par autosomów (pary chromosomów II i III) odpowiada każda z tych grup połączeń.
Aby rozwiązać problem lokalizacji grup łączących w dużych chromosomach, konieczne było zastosowanie badań cytogenetycznych szeregu rearanżacji chromosomów. W ten sposób udało się ustalić, że nieco większa grupa łącząca (107,5 morganidów) odpowiada II parze chromosomów, a nieco mniejsza grupa łącząca (106,2 morganidów) znajduje się w III parze chromosomów.
Dzięki temu ustalono, które chromosomy odpowiadają każdej z grup łączących u Drosophila. Ale nawet po tym nie było wiadomo, w jaki sposób grupy sprzężeń genowych są umiejscowione w odpowiadających im chromosomach. Czy na przykład prawy koniec pierwszej grupy łączącej u Drosophila znajduje się w pobliżu kinetycznego zwężenia chromosomu X, czy na przeciwległym końcu tego chromosomu? To samo dotyczy wszystkich pozostałych grup sprzęgieł.
Otwarta pozostała także kwestia, w jakim stopniu odległości między genami wyrażanymi w morganidach (w% krzyżowania) odpowiadają rzeczywistym odległościom fizycznym między nimi w chromosomach.
Aby dowiedzieć się tego wszystkiego, konieczne było, przynajmniej w przypadku niektórych genów, ustalenie nie tylko ich względnej pozycji w grupach łączących, ale także ich fizycznej pozycji w odpowiednich chromosomach.
Okazało się to możliwe dopiero po tym, jak w wyniku wspólnych badań genetyka G. Mellera i cytologa G. Payntera ustalono, że pod wpływem promieni rentgenowskich u Drosophila (jak u wszystkich żywych organizmów) następuje transfer ( translokacja) odcinków jednego chromosomu na drugi. Kiedy pewna część jednego chromosomu zostaje przeniesiona na inny, wszystkie geny znajdujące się w tej sekcji tracą połączenie z genami zlokalizowanymi w pozostałej części chromosomu dawcy i zyskują połączenie z genami w chromosomie biorcy. (Później odkryto, że przy takich rearanżacjach chromosomów nie następuje tylko przeniesienie odcinka z jednego chromosomu na drugi, ale wzajemne przeniesienie odcinka pierwszego chromosomu na drugi, a z niego fragment drugiego chromosomu zostaje przeniesiony na miejsce wydzielonej sekcji w pierwszej).
W przypadku, gdy przerwa chromosomu podczas oddzielania regionu przeniesionego na inny chromosom zachodzi pomiędzy dwoma genami położonymi blisko siebie, lokalizację tego pęknięcia można dość dokładnie określić zarówno na mapie grup połączeń, jak i na chromosomie. Na mapie powiązań punkt przerwania znajduje się w obszarze pomiędzy skrajnymi genami, z których jeden pozostaje w poprzedniej grupie powiązań, a drugi jest zawarty w nowej. Na chromosomie lokalizację pęknięcia określa się na podstawie obserwacji cytologicznych zmniejszenia wielkości chromosomu dawcy i wzrostu wielkości chromosomu biorcy.
Translokacja odcinków z chromosomu 2 na chromosom 4 (wg Morgana). Górna część rysunku przedstawia grupy połączeń, środkowa część przedstawia chromosomy odpowiadające tym grupom połączeń, a dolna pokazuje płytki metafazowe mitozy somatycznej. Liczby wskazują liczbę grup łączących i chromosomów. A i B - „dolna” część chromosomu przeniosła się do chromosomu 4; B - „górna” część chromosomu 2 przeniosła się do chromosomu 4. Mapy genetyczne i płytki chromosomowe są heterozygotyczne pod względem translokacji.
W wyniku badań dużej liczby różnych translokacji przeprowadzonych przez wielu genetyków, opracowano tzw. mapy cytologiczne chromosomów. Na chromosomach zaznacza się lokalizacje wszystkich badanych przerw, dzięki czemu dla każdej przerwy ustala się położenie dwóch sąsiadujących ze sobą genów po prawej i lewej stronie.
Mapy cytologiczne chromosomów umożliwiły przede wszystkim ustalenie, które końce chromosomów odpowiadają „prawemu” i „lewemu” końcowi odpowiednich grup połączeń.
Porównanie „cytologicznych” map chromosomów z „genetycznymi” (grupami połączeń) dostarcza istotnego materiału do wyjaśnienia związku między odległościami między sąsiadującymi genami wyrażanymi w morganidach a fizycznymi odległościami między tymi samymi genami w chromosomach podczas badania tych chromosomów pod mikroskopem.
Porównanie „map genetycznych” chromosomów I, II i III Drosophila melanogaster z „mapami cytologicznymi” tych chromosomów w metafazie na podstawie danych dotyczących translokacji (wg Levitsky'ego). Sp jest miejscem mocowania gwintów wrzeciona. Reszta wskazuje na różne geny.
Nieco później przeprowadzono potrójne porównanie lokalizacji genów na „mapach genetycznych” powiązań, „mapach cytologicznych” zwykłych chromosomów somatycznych i „mapach cytologicznych” olbrzymich gruczołów ślinowych.
Oprócz Drosophila opracowano dość szczegółowe „mapy genetyczne” grup połączeń dla kilku innych gatunków z rodzaju Drosophila. Okazało się, że u wszystkich zbadanych wystarczająco szczegółowo gatunków liczba grup łączących jest równa haploidalnej liczbie chromosomów. Tak więc u Drosophila, który ma trzy pary chromosomów, znaleziono 3 grupy połączeń, u Drosophila z pięcioma parami chromosomów - 5, a u Drosophila z sześcioma parami chromosomów - 6 grup łączących.
Wśród kręgowców najlepiej zbadana jest mysz domowa, u której ustalono już 18 grup łączących, podczas gdy u człowieka, który ma 23 pary chromosomów, znanych jest 10 grup łączących. Kura z 39 parami chromosomów ma tylko 8 grup połączeń. Nie ma wątpliwości, że w miarę dalszych badań genetycznych tych obiektów liczba zidentyfikowanych w nich grup łączących wzrośnie i prawdopodobnie będzie odpowiadać liczbie par chromosomów.
Spośród roślin wyższych najbardziej zbadaną genetycznie jest kukurydza. Ma 10 par chromosomów i znaleziono 10 dość dużych grup łączących. Za pomocą eksperymentalnie uzyskanych translokacji i innych rearanżacji chromosomów wszystkie te grupy połączeń ograniczają się do ściśle określonych chromosomów.
W niektórych roślinach wyższych, zbadanych wystarczająco szczegółowo, ustalono również pełną zgodność między liczbą grup łączących a liczbą par chromosomów. Zatem jęczmień ma 7 par chromosomów i 7 grup łączących, pomidor ma 12 par chromosomów i 12 grup łączących, lwia paszcza ma haploidalną liczbę chromosomów wynoszącą 8 i ustalono 8 grup łączących.
Spośród roślin niższych najdokładniej zbadano genetycznie grzyb torbacz. Ma haploidalną liczbę chromosomów wynoszącą 7 i ustalono 7 grup połączeń.
Obecnie powszechnie przyjmuje się, że liczba grup łączących we wszystkich organizmach jest równa ich haploidalnej liczbie chromosomów, a jeśli u wielu zwierząt i roślin liczba znanych grup łączących jest mniejsza niż ich haploidalna liczba chromosomów, to zależy to tylko od fakt, że zostały one zbadane genetycznie, są niewystarczające i w rezultacie zidentyfikowano tylko część dostępnych grup łączących.

WNIOSEK

W rezultacie możemy przytoczyć fragmenty dzieł T. Morgana:
„...Skoro ma miejsce powiązanie, wydaje się, że podział substancji dziedzicznej jest w pewnym stopniu ograniczony. Na przykład znanych jest około 400 nowych typów mutantów u muszki owocowej Drosophila, której cechami są tylko cztery grupy połączeń...
... Członkowie grupy powiązań mogą czasami nie być ze sobą w pełni powiązani, ... niektóre recesywne znaki jednej serii mogą zostać zastąpione znakami typu dzikiego z innej serii. Jednak nawet w tym przypadku nadal uważa się je za powiązane, ponieważ częściej pozostają ze sobą połączone, niż obserwuje się taką wymianę między szeregami. Ta wymiana nazywa się CROSS-ING-OVER – przejściem. Termin ten oznacza, że pomiędzy dwoma odpowiadającymi sobie szeregami powiązań może nastąpić prawidłowa wymiana ich części, w którą zaangażowana jest duża liczba genów...
Teoria genów zakłada, że cechy lub właściwości jednostki są funkcją sparowanych elementów (genów) osadzonych w substancji dziedzicznej w postaci pewnej liczby grup łączących; następnie ustala, że członkowie każdej pary genów, gdy komórki rozrodcze dojrzewają, są dzieleni zgodnie z pierwszym prawem Mendla i dlatego każda dojrzała komórka zarodkowa zawiera tylko jeden ich zestaw; stanowi również, że członkowie należący do różnych grup powiązań są rozdzielani niezależnie podczas dziedziczenia, zgodnie z drugim prawem Mendla; w ten sam sposób stwierdza, że czasami następuje naturalna wymiana – krzyżowa – pomiędzy odpowiednimi elementami dwóch grup połączeń; wreszcie stwierdza, że częstotliwość krzyżowania dostarcza danych świadczących o liniowym ułożeniu elementów względem siebie…”

BIBLIOGRAFIA