Закон Морган.

ГоловнаСтаття на конкурс «біо/мол/текст»: У 2015 році виповнюється 100 роківхромосомної теорії спадковості . Її основні положення були сформульовані Т. Морганом, А. Стертевантом, Г. Меллером і К. Бріджес в книзі «Механізм менделівської спадковості», що вийшла в Нью-Йорку в 1915 році. А пізніше Томас Морган отримав першу «генетичну» Нобелівську премію – за відкриття ролі хромосом у спадковості. Ювілею хромосомної теорії було присвячено міжнародну конференцію «Хромосома 2015», що пройшла в серпні 2015 року в Новосибірському Академмістечку. Нижчевикладений текст - це авторські коментарі допостеру про історію досліджень хромосом , представленому на конференції, а тепер і на «Біомолекулі» - у «живій» конкурсній номінації «».

Наочно про ненаочне

Зверніть увагу!

Більш повну інформацію можна знайти у книзі - Коряков Д.Є., Жімульов І.Ф.

. Новосибірськ: Вид-во ЗІ РАН, 2009 р. - 258 с., ISBN 978-5-7692-1045-7

Спонсором номінації «Найкраща стаття про механізми старіння та довголіття» є фонд «Наука за продовження життя». Спонсором призу глядацьких симпатій виступила фірма Helicon.

Спонсори конкурсу: Лабораторія біотехнологічних досліджень 3D Bioprinting Solutions та Студія наукової графіки, анімації та моделювання Visual Science.

Нижчевикладений текст - це короткі коментарі до плаката, а більш повну інформацію можна знайти в книзі: Коряков Д.Є., Жімульов І.Ф. Хромосоми. Структура та функції. Новосибірськ: Вид-во ЗІ РАН, 2009 р. - 258 с., ISBN 978-5-7692-1045-7.

Натисніть зображення, щоб збільшити (відкриється в окремому вікні). Генетична роль хромосомКожен організм відтворює лише собі подібних, і навіть у дрібних рисах зовнішності та поведінки дітей можна побачити схожість із їхніми батьками. Перший крок на шляху до розуміння, чому так відбувається, зробив чернець з австрійського міста Брюнн (зараз це чеський Брно). G. Mendel» ( ). У 1865 році на засіданні Брюннського товариства випробувачів природи він зробив доповідь під назвою «), а 1866 року опублікував їх у збірнику праць цього товариства. Монах-натураліст описав результати схрещувань різних форм гороху і припустив наявність особливих факторів, від яких залежать зовнішні ознаки рослини. Закономірності успадкування цих факторів пізніше було названо законами Менделя. Однак сучасники не зрозуміли значення цього відкриття і забули про нього, і лише в 1900 Г. де Фріз ( H. de Vries, Нідерланди), К. Корренс ( C. Correns, Німеччина) та Е. Чермак ( E. Tschermak, Австрія) незалежно один від одного перевідкрили закони Менделя.

Задовго до всіх цих досліджень, які зараз би назвали генетичним аналізом, вчені, які займалися ботанікою, зоологією, ембріологією, гістологією та фізіологією, заклали основу цитогенетики- науки про хромосоми. У різних статтях і книгах пріоритет відкриття хромосом відданий різним людям, але найчастіше роком їх відкриття називають 1882, а їх першовідкривачем – німецького анатома В. Флеммінга ( W. Flemming). Однак справедливіше було б сказати, що він не відкрив хромосоми, а лише зібрав і впорядкував у своїй фундаментальній книзі. Клітинна речовина, ядро ​​та поділ клітини» ( Zellsubstanz, Kern und Zellteilung) все, що було відомо про них на той момент. Сам термін «хромосома» ввів у науку німецький гістолог Х. Вальдейер ( H. Waldeyer) у 1888 році, і в буквальному перекладі термін означає «забарвлене тіло».

Зараз важко сказати, хто зробив перший опис хромосом. У 1842 році швейцарський ботанік К. Негелі ( C. Nägeli) опублікував роботу, в якій зобразив деякі тільця, що виникають на місці ядра під час поділу клітини при утворенні пилку у лілії та традесканції. Можливо, це були перші малюнки хромосом. Перший (1873 рік) докладний опис мітозуу плоского хробака Mesostoma ehrenbergiiналежить, як вважають, німецькому зоологу А. Шнайдеру ( F.A. Schneider). Він описав не просто окремі стадії мітозу, які бачили і до нього, а всю послідовність складних змін ядра: виникнення на його місці ниткоподібних тілець, їхню розбіжність у протилежні сторони та формування нових ядер у дочірніх клітинах. Інший тип поділу - мейоз- вперше докладно описав Е. ван Бенеден ( E. van Beneden, Бельгія) у 1883 році, спостерігаючи за утворенням гамет у аскариди. Він виявив, що в мейозі число хромосом зменшується вдвічі, а при заплідненні відновлюється, і, незважаючи на відмінність у розмірах, чоловіча та жіноча гамети привносять у зиготу рівну кількість хромосом.

* - Трохи про місце та призначення мобільних генетичних елементів у про- та еукаріотичних геномах: « Мобільні генетичні елементи прокаріотів: стратифікація „суспільства“ бродяжок та домосідів», « Геном людини: корисна книга, чи глянсовий журнал?», « „Сміттєва“ ДНК управляє еволюцією ссавців?» - ред.

Ще одним варіантом обміну ділянками є сестринський хроматидний обмін(СХВ). Якщо при кросинговері обмінюються хроматиди різниххромосом, то у разі СХО обмінюються хроматиди всередині однієїХромосоми. Вперше СХО побачив американський генетик Д. Тейлор ( J. Taylor) у 1958 році.

З кросинговером, хоч і неоднозначно, але пов'язане формування в профазі мейозу особливої ​​структури з пари гомологічних хромосом. синаптонемного комплексу. Він був відкритий в 1956 незалежно двома американськими цитологами: М. Мозесом ( M. Moses) у річкового раку та Д. Фоцеттом ( D. Fawcett) у миші.

Різноманітність хромосом

Якщо розуміти під хромосомами будь-які носії спадкової інформації, то вони виключно різноманітні за розміром, формою, зовнішнім виглядом, складом і числом. Хромосоми вірусів та бактерій можуть бути кільцевими та лінійними. Хромосоми хлоропластів та мітохондрій мають кільцеву форму. Ядерні хромосоми еукаріотів мають лінійну форму, і саме вони у вигляді тілець X- і V-подібної форми зазвичай спадають на думку при згадці хромосом. Їх називають мітотичнимиабо метафазнимиоскільки такий вид вони мають під час поділу - мітозу (а метафаза - це одна з його стадій).

У 1912 році російський ботанік та цитолог С.Г. Навашин показав, що метафазні хромосоми мають індивідуальний набор ознак, що включає розмір, співвідношення довжин плеч, наявність супутників і перетяжок. Використовуючи положення центроміри чи співвідношення довжин плечей, С.Г. Навашин запропонував класифікацію мітотичних хромосом, яку використовують і донині: метацентрики, субметацентрики, акроцентрики та тілоцентрики.

Число хромосом у різних видів організмів може варіювати в найширших межах: від двох (у пари видів рослин та одного з австралійських мурах) до 1440 у папороті Ophioglossum reticulatumі навіть 1600 біля морської радіолярії Aulacantha scolymantha. У людини число хромосом становить 46, і воно було визначено лише в 1955 році, а опубліковано в 1956 цитогенетиком китайського походження Д. Чіо ( J. Tjio) у співавторстві зі своїм керівником А. Леваном ( A. Levan) в Швеції. Декількома місяцями пізніше число підтвердили британці Ч. Форд ( C. Форд) та Д. Хамертон ( J. Hamerton). Кількість хромосом людини намагалися визначити ще з кінця ХІХ століття. У різних випадках виходили різні значення: 18, 24, 47 або 48 - і тільки в 1955 році переконалися, що хромосом у людини 46. На честь цієї події на будівлі Інституту генетики Університету шведського міста Лунда (де ця подія і трапилася) у 2003 році було відкрито меморіальну дошку із зображенням тієї самої метафазної платівки, за якою і було пораховано хромосоми. Цікаво, що кількість хромосом шимпанзе (48) було з'ясовано на 15 років раніше.

Загальноприйнято, що кількість хромосом у кожного виду живих організмів постійно, і в переважній більшості випадків так і є. Однак у деяких тварин та рослин існують так звані надчислені, або додатковіхромосоми. Усі хромосоми основного набору називають A-хромосомами. Вони є завжди, і втрата або додавання хоча б однієї з них веде до серйозних наслідків. Додаткові хромосоми називають B-хромосомами, та його головні особливості - необов'язковість наявності і мінливість числа. Вперше надчислені хромосоми знайшли Е. Вілсоном ( E. Wilson, США) у 1906 році у клопа Metapodius terminalis.

Своєрідний тип хромосом, названий хромосомами типу «лампових щіток», можна бачити в профазі першого поділу мейозу при формуванні ооцитів у птахів, риб, рептилій та земноводних. Вперше їх згадує у своїй фундаментальній книзі (1882) В. Флемінг, який виявив ці хромосоми у аксолотля. Назву вони отримали за схожість з йоржиком для чищення гасових ламп.

Цілком особливе місце серед усіх типів хромосом займають політені хромосоми, які мають вигляд довгих товстих шнурів із поперечними смужками. Їх відкрив французький ембріолог Е. Бальбіані ( E. Balbiani) у 1881 році в ядрах клітин слинних залоз личинок комара Chironomus plumosus. Політені хромосоми відіграли визначну роль у розвитку генетики, цитогенетики та молекулярної біології. З їхньою допомогою було показано лінійність розташування генів і однозначно доведено генетичну роль хромосом. На політенних хромосомах дрозофіл вперше описано хромосомний поліморфізм диких популяцій. Саме на політенних хромосомах було відкрито гени білків теплового шоку - компонентів системи, що охороняє клітини всіх організмів від стресорних впливів. Політені хромосоми відіграли ключову роль у дослідженні системи дозової компенсації у дрозофіли.

Еволюція хромосом та геномів

У сучасних цитогенетичних дослідженнях важливу роль відіграє диференційне забарвлення. Вперше здатність хромосом фарбувати диференційно (тобто неоднаково по довжині) продемонстрували англійці С. Дарлінгтон ( C. Darlington) та Л. Ла Кур ( L. La Cour) у 1938 році. Інший важливий метод дослідження – це гібридизація in situщо дозволяє визначити положення будь-якого фрагмента ДНК на хромосомі. В основі методу лежить здатність нуклеїнових кислот утворювати дволанцюжкові молекули як ДНК-ДНК, так і РНК-ДНК. Вигадали цей метод у 1969 році Д. Голл ( J. Gall) та М. Пардью ( M. Pardue) зі США та Х. Джон ( H. John), М. Бірнстіл ( M. Birnstiel) та К. Джонс ( K. Jones) з Великобританії.

Комбінація цих методів дає можливість докладно досліджувати еволюцію хромосом та геномів*, а незмінним супутником еволюційного процесу є хромосомні перебудови. Принаймні еволюції образу у його хромосомах неминуче виникають перебудови, які змінюють порядок генів проти предковим видом. Чим далі види йдуть один від одного, тим більше хромосомних перебудов їх відрізняє і тим більше змінюється порядок генів. Відомі різні типи перебудов: делеції (втрата), дуплікації (подвоєння) та транслокації (переміщення) ділянок хромосом, які виявив К. Бріджес у 1916, 1919 та 1923 роках відповідно. Ще один тип - це інверсії (поворот ділянки хромосоми на 180 °), описані А. Стертевантом у 1921 році. Крім того, існує особливий тип перебудов, званий Робертсонівською транслокацією (або центричним злиттям). Першим її описав американець У. Робертсон ( W. Robertson) у 1916 році, порівнюючи хромосомні набори близьких видів сарани. Суть цієї перебудови зводиться до злиття двох акроцентричних хромосом в одну метацентричну або субметацентричну. Існує і зворотний процес – центричний поділ. У цьому випадку мета-або субметацентрична хромосома поділяється на дві акроцентричні.

* - На біомолекулі можна знайти велику добірку статей, які так чи інакше зачіпають еволюцію геномів і зміни генетичного коду: « Вірусні геноми у системі еволюції», « Під „генну гармошку“», « Алополіплоїдія, або як різні геноми навчилися жити під одним дахом», « Повні геноми галапагоських в'юрків нарешті розкрили механізми їхньої еволюції.», « Як складався геном еукаріотів: ендосімбіоз VS. безперервне горизонтальне перенесення»; « Таємничий код нашого геному», « Еволюція генетичного коду», « Біля джерел генетичного коду: споріднені душі», « Такі різні синоніми" та ін. - ред.

Положення хромосом у ядрі

Наприкінці ХІХ століття Т. Бовері висунув ідею у тому, що хромосоми в інтерфазному ядрі не перемішані випадковим чином, кожна з них займає свій простір. В 1909 для позначення цього простору він ввів термін « хромосомна територія». Перші докази існування хромосомних територій було отримано лише 1982 року німецьким дослідником Т. Кремером ( T. Cremer) із співавторами. Пізніше вони візуалізували ці території за допомогою флуоресцентних барвників різного кольору. Виявилося, що хромосоми великого розміру з більшою ймовірністю можна знайти в периферичній частині ядра, тоді як дрібні зосереджені в основному в центральній. Крім цього, на периферії ядра розташовані райони хромосом, збіднені генами. Райони, збагачені генами, навпаки, розташовані ближче до центру ядра.

Склад хромосом. ДНК

Хромосоми є структурами, що складаються зі складного комплексу ДНК, РНК і білків. Такий комплекс називається хроматином.

ДНК як хімічна речовина відкрив і виділив у чистому вигляді молодий швейцарський дослідник Ф. Мішер ( F. Miescher), працюючи у 1868–1869 роках в університеті німецького міста Тюбінгена. Він вивчав хімічний склад лейкоцитів, джерелом яких служив гній із бинтів із місцевої хірургічної клініки. Ф. Мішер розробив метод поділу ядер та цитоплазми клітин та аналізував склад ядер. Крім білків та ліпідів він виявив речовину, яку назвав нуклеїном(від слова Nucleus- ядро), а зараз воно відоме як ДНК. Те, що саме ДНК є носієм спадкової інформації, першими встановили 1944 року американці О. Ейвері ( O. Avery), К. Маклауд ( C. MacLeod) та М. МакКарті ( M. McCarty) в експериментах із зараження мишей пневмококами.

Структуру молекули ДНК у вигляді подвійної спіралі розшифрували в 1953 Ф. Крик ( F. Crick), Д. Вотсон ( J. Watson), М. Вілкінс ( M. Wilkins) та Р. Франклін ( R. Franklin), що працювали у Великій Британії. За це відкриття перші три дослідники отримали Нобелівську премію у 1962 році (історію відкриття захопливо описав у книзі « Подвійна спіраль» Джеймс Вотсон, дуже рекомендуємо - ред.). Серед лауреатів немає Розалінди Франклін, оскільки вона померла від раку за чотири роки до цього. Відомо, що молекула ДНК складається з послідовності чотирьох типів нуклеотидів: аденіну, тиміну, гуаніну та цитозину*. За розробку методу визначення їх послідовності ( секвенування) у 1980 році Нобелівської премії були удостоєні П. Берг ( P. Berg, США), У. Гілберт ( W. Gilbert, США) та Ф. Сенгер ( F. Sanger, Великобританія).

* - Крім чотирьох «класичних» нуклеотидів у ДНК знаходять і їх епігенетично модифіковані варіанти: метилцитозин та метиладенін (« Шоста ДНК-основа: від відкриття до визнання»). А для деяких бактеріофагів Bacillus subtilisописано включення в ДНК «РНК-ового» урацилу - Ред.

Якщо спочатку секвенування було трудомістким процесом, який дозволяв за раз «прочитати» лише невеликий фрагмент, то з розвитком технології стало можливим визначити, наприклад, повну послідовність мітохондріальної ДНК людини (1981 рік). У 1990 році було запущено амбітний проект з метою повного секвенування людського геному, а перший результат був представлений у 2001 році (біомолекула: « Геном людини: як це було і як це буде»). При цьому секвенування одногогеному обійшлося в колосальну суму – сотні мільйонів доларів. Але технології не стоять на місці, і поява нових методів дозволила знизити витрати у тисячі разів. Тепер секвенування цілого геному стало рядовою подією, і в 2009 році було запущено проект Genome 10K. Його мета - це секвенування та повне «складання» у хромосоми 10 тисяч геномів тварин.

* - «Закон» Мура прямо приречений на досягнення кінцевих точок у різних науках (куди тільки його вдалося притягнути). Біологія навіть обігнала електроніку: поступове падіння вартості секвенування у 2007-му пішло у круте піку, наближаючи еру рутинного читання геномів у сільських пунктах фельдшера по полісах ЗМС. Щоправда, в найближчій перспективі все ж таки доведеться розщедритися - доларів на 1000 плюс транспортні витрати: « Технологія: 1,000$ за геном». Але й про це могли лише мріяти до появи нових методів секвенування ДНК: « 454-секвенування (високопродуктивне піросеквенування ДНК)». І для розуміння базових (на рівні клітини) процесів розвитку організму та перемоги над онкозахворюваннями мріяти є ще про що: « Секвенування поодиноких клітин (версія - Metazoa)» - ред.

Нові технології дозволили розвинутись такому напрямку, як дослідження давньої ДНК (біомолекула: « Давня ДНК: Привіт із минулого»). Стало можливим виділяти ДНК із кісток віком десятки тисяч років, і в 2008 році, наприклад, було секвеновано мітохондріальний геном неандертальця. Дослідження давньої ДНК, та й усю сучасну молекулярну біологію неможливо уявити без використання ПЛР - полімеразної ланцюгової реакції. За її відкриття американець К. Мулліс ( K. Mullis) отримав у 1993 році Нобелівську премію.

Склад хромосом. Білки

ДНК у хромосомах зазнає кілька послідовних рівнів упаковки, і на першому рівні подвійна спіраль ДНК обертається навколо білкової глобули, утворюючи нуклеосому(біомолекула: « Котиться, котиться до ДНК гістон»). До складу глобули входять чотири типи білків, які називаються гістонами. У 1982 році англійський молекулярний біолог А. Клюг ( A. Klug) отримав Нобелівську премію за розшифрування тривимірної структури нуклеосом. Побічно нуклеосоми відзначені ще однією Нобелівською премією - у 1910 році її отримав німецький біохімік А. Коссель ( A. Kossel) за вивчення хімічного складу речовин, що утворюють ядро ​​клітини, і зокрема за відкриття гістонів.

C-кінцеві частини молекул гістонів щільно згорнуті, а N-кінцеві не мають певної структури і вільно розходяться в сторони. У 1963–1964 роках було виявлено, що деякі амінокислотні залишки у гістонах можуть бути ковалентно модифіковані, тобто ацетильовані або метильовані. Зараз список модифікацій значно розширився, до залишків амінокислот можуть бути приєднані як відносно прості групи - метильна, ацетильна, фосфатна - так і складні великі молекули: біотин, олігопептиди або ланцюжки ADP-рибози. Модифікації з'являються в основному на N-і, значно меншою мірою, на С-кінцевій частинах молекул гістонів.

Згідно теорії гістонового кодуМодифікації, які присутні на нуклеосомах в даній ділянці хроматину, не випадкові, а «кодують» будь-який процес. Таку думку сформулювали у 2000–2001 роках Б. Штраль ( B. Strahl, США), С. Елліс ( C. Allis, США) та Т. Єнувайн ( T. Jenuwein, Австрія). Схематично процес роботи гістонового коду можна скласти із трьох етапів. На першому етапі працюють ферменти, які виробляють модифікацію певних залишків у гістонах. На другому етапі з модифікованими амінокислотами зв'язуються білки, що мають для цієї мети спеціальні домени. Кожен із доменів підходить лише до «своєї» модифікації. На останньому ж етапі ці білки, що зв'язалися, залучають інші білкові комплекси, запускаючи тим самим якийсь процес.

* - Про блискучі перспективи і протверезні сумніви в галузі застосування ІПСК: « Французьким дослідникам вдалося омолодити клітки столітніх людей», « Снігова куля проблем з плюрипотентністю». - ред.

Гетерохроматин

Одним із об'єктів дослідження різноманітних епігенетичних процесів є гетерохроматин. Його як темніші ділянки хромосом відкрив у 1907 році німецький цитолог С. Гутхерц ( S. Gutherz), а терміни «гетерохроматин» та «еухроматин» запровадив у 1928 році інший німецький цитолог Е. Хайц ( E. Heitz). Якщо дуже коротко, то еухроматин - це частини хромосом, в яких розташована переважна більшість генів, тоді як гетерохроматин - це в основному райони з ДНК, що не кодує, що складається з коротких багаторазово повторених послідовностей. Крім цього, еу- та гетерохроматин розрізняються часом реплікації протягом S-фази клітинного циклу. Першим цю відмінність описав у 1959 році А. Ліма-де-Фарія ( A. Ліма-де-Фарія, США), досліджуючи процес реплікації ДНК у насінниках у сарани Melanoplus differentialis. Він показав, що гетерохроматин і починає і закінчує реплікацію своєї ДНК пізніше еухроматину.

Важливою властивістю гетерохроматину є здатність інактивувати вміщені до нього еухроматинові гени. Це явище називається ефектом положення мозаїчного типу. Воно було виявлено 1930 року Г. Меллером у дрозофіли. Внаслідок хромосомної перебудови ген whiteпотрапив до гетерохроматину. Цей ген відповідає за червоний колір очей, а якщо він не працює, очі стають білими. У Г. Меллера ж вийшли мухи, очі яких були червоними, ні білими, а плямистими, і в різних мух плями були різної форми і розміру. Це пояснюється тим, що сам ген залишається неушкодженим, а лише випадковим чином інактивується в одних клітинах ока та працює в інших.

Незважаючи на багаторічні дослідження, процес формування гетерохроматину багато в чому досі не зрозумілий, особливо його перший етап. Припускають, що ключову роль у ньому відіграє процес, схожий на інтерференцією РНК(біомолекула: « Про всіх РНК у світі, великих і малих»). За відкриття цього явища два американці Е. Файр ( A. Fire) та К. Мелло ( C. Mello) отримали Нобелівську премію у 2006 році. Процес інтерференції складний і багатостадійний, але якщо не вдаватися до деталей, то введення в клітину дволанцюжкової РНК, гомологічної будь-якому гену, призводить до інактивації цього гена.

Теломери

Інтенсивне дослідження теломер почалося після того, як у 1978 році американці Е. Блекберн ( E. Blackburn) та Д. Голл секвенували теломеру в інфузорії Tetrahymena thermophila. Виявилося, що теломери містять послідовність із шести нуклеотидів, повторену від 20 до 70 разів. У 1985 році К. Грейдер ( C. Greider) та Е. Блекберн все у тієї ж інфузорії відкрили фермент, названий тіломіразою, Завданням якого є добудовування теломер. У 2009 році Е. Блекберн, К. Грейдер та Д. Шостак ( J. Szostak, США) отримали Нобелівську премію за дослідження теломер та відкриття ферменту теломерази (біомолекула: « „Нестаріюча“ Нобелівська премія: у 2009 році відзначено роботи з тіломірів та теломерази», « Старіння – плата за придушення ракових пухлин?»).

Дозова компенсація

Величезна кількість видів живих організмів, і людина серед них, має негомологічні статеві хромосоми, наприклад, X і Y. При цьому виникає необхідність у процесі, який називається дозовою компенсацією. Суть його полягає в наступному: оскільки число аутосом однаково і у самців, і у самок, то число аутосомних генів, а отже, і кількість їх продуктів також буде однаковим. А ось кількість продуктів, синтезованих з генів, розташованих у статевій хромосомі, в однієї статі буде вдвічі більше, ніж в іншої. Виходить диспропорція, яку треба якось регулювати, тобто зрівняти дозу генів. Вирішити цю проблему покликана система дозової компенсації (біомолекула: « , США) висунули гіпотезу, згідно з якою у самок ссавців одна з двох X-хромосом інактивується, і вибір її випадковий. Таким способом система дозової компенсації ссавців зрівнює число працюючих X-хромосом у різних статей: у самців Х-хромосома всього одна, а у самок з двох тільки одна працює.

У дрозофіли природа винайшла інший механізм, протилежний по суті механізму ссавців: єдина X-хромосома самців гіперактивуєтьсята працює як дві X-хромосоми самок. Те, що сумарна активність двох копій будь-якого гена з X-хромосоми у самок і однієї копії у самців дрозофіли однакова, було виявлено ще на зорі розвитку генетики. Це зробили К. Штерн у 1929 році та Г. Меллер у 1931 році, так що дрозофіла – це перший організм, у якого знайшли дозову компенсацію.

Ну і нарешті...

Пари слів про відкриття, яке не пов'язане безпосередньо з хромосомами, але його дуже активно використовують, у тому числі для дослідження різних сторін життя хромосом. У 2008 році О. Шимомура ( O. Shimomura), М. Чалфі ( M. Chalfie) та Р. Цієн ( R. Tsien) із США отримали Нобелівську премію за відкриття, виділення та застосування зеленого флуоресцентного білка (GFP)медузи Aequorea victoria. За допомогою молекулярних маніпуляцій можна поєднати ген білка GFP з геном будь-якого іншого білка і отримати химерний білок, який виконуватиме свою вихідну функцію, так і світитися зеленим кольором. Це дає можливість бачити, у яких клітинах працює білок, у ядрі чи цитоплазмі, у яких частинах хромосом. Крім зеленого (GFP) зараз відомі червоний (RFP) та жовтий (YFP) флуоресцентні білки*.

* - Про різноманіття флуоресцентних білків та їх застосування в біологічних дослідженнях розповідають матеріали: « Флуоресцентна Нобелівська премія з хімії», « Флуоресцентні білки: різноманітніше, ніж ви думали!», « „Намалюємо“ живу клітку». А про біолюмінесценцію у наземних і морських організмів та роботу люциферин-люциферазної системи - статті: « Біолюмінесценція: відродження», « Мікроскопічне світіння космічного масштабу». - ред.

Механізм успадкування зчеплених генів, а також місце розташування деяких зчеплених генів встановив американський генетик та ембріолог Т. Морган. Він показав, що закон незалежного наслідування, сформульований Менделем, дійсний лише у випадках, коли гени, які мають незалежні ознаки, локалізовані у різних негомологічних хромосомах. Якщо ж гени знаходяться в одній і тій хромосомі, то успадкування ознак відбувається спільно, тобто зчеплено. Це стали називати зчепленим успадкуванням, і навіть законом зчеплення чи законом Моргана.

Закон зчеплення свідчить: зчеплені гени, розташовані в одній хромосомі, успадковуються спільно (зчеплено). Група зчеплення- Усі гени однієї хромосоми. Число груп зчеплення дорівнює кількості хромосом у гаплоїдному наборі. Наприклад, у людини 46 хромосом - 23 групи зчеплення, у гороху 14 хромосом - 7 груп зчеплення, у плодової мушки дрозофіли 8 хромосом - 4 групи зчеплення. Неповне зчеплення генів- результат кросинговеру між зчепленими генамитому повне зчеплення генівможливо в організмів, у клітинах яких кросинговер у нормі не відбувається.

ХРОМОСОМНА ТЕОРІЯ МОРГАНУ. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ.

Результатом досліджень Т. Морган стало створення їм хромосомної теорії спадковості:

1) гени розташовуються в хромосомах; різні хромосоми містять неоднакове число генів; набір генів кожної з негомологічних хромосом унікальний;

2) кожен ген має певне місце (локус) у хромосомі; в ідентичних локусах гомологічних хромосом знаходяться алельні гени;

3)гени розташовані в хромосомах у певній лінійній послідовності;

4) гени, локалізовані в одній хромосомі, успадковуються спільно, утворюючи групу зчеплення; число груп зчеплення дорівнює гаплоїдному набору хромосом і для кожного виду організмів;

5) зчеплення генів може порушуватися в процесі кросинговеру, що призводить до утворення рекомбінантних хромосом; частота кросинговера залежить від відстані між генами: чим більша відстань, тим більша величина кросинговера;

6)кожний вид має характерний лише йому набір хромосом - каріотип.

Спадкування, зчеплене з підлогою- це успадкування будь-якого гена, що у статевих хромосомах. При спадковості, пов'язаної з Y-хромосомою, ознака чи хвороба проявляється виключно у чоловіка, оскільки ця статева хромосома відсутня у хромосомному наборі жінки. Спадковість, пов'язана з Х-хромосомою, може бути домінантною або рецесивною в жіночому організмі, але вона завжди присутня в чоловічому, оскільки в ньому налічується лише одна Х-хромосома.Спадкування хвороби зчеплене зі статтю, пов'язане, головним чином, зі статевою Х-хромосомою. Більшість спадкових хвороб (тих чи інших патологічних ознак), пов'язаних із статтю, передаються рецесивно. Таких хвороб налічується близько 100. Жінка-носійка патологічної ознаки сама не страждає, оскільки здорова Х-хромосома домінує та пригнічує Х-хромосому з патологічною ознакою, тобто. компенсує неповноцінність цієї хромосоми. При цьому хвороба проявляється лише в осіб чоловічої статі. За рецесивним зчепленим з Х-хромосомою типу передаються: дальтонізм (червоно-зелена сліпота), атрофія зорових нервів, куряча сліпота, міопія Дюшена, синдром «кучерявого волосся» (виникає в результаті порушення обміну міді, підвищення її вмісту в тканинах, проявляється слабофарбованими) , рідким і випадаючим волоссям, розумовою відсталістю і т.д.), дефект ферментів, що переводять пуринові основи в нуклеотиди (супроводжується порушенням синтезу ДНК у вигляді синдрому Лєша-Найєна, що проявляється розумовою відсталістю, агресивною поведінкою, членошкідництвом), гемофілія антигемофільного глобуліну – фактора VIII), гемофілія В (внаслідок дефіциту фактора Крістмаса – фактора IX) тощо. За домінантним зчепленим з Х-хромосомою типу передаються гіпофосфатемічний рахіт (не піддається лікуванню вітамінами D2 і D3), коричнева емаль зубів та ін. Дані захворювання розвиваються у осіб і чоловічої, і жіночої статі.

Повне та неповне зчеплення генів.

Гени у хромосомах мають різну силу зчеплення. Зчеплення генів може бути: повним, якщо між генами, що належать до однієї групи зчеплення, рекомбінація неможлива і неповним, якщо між генами, що належать до однієї групи зчеплення, можлива рекомбінація.

Генетичні карти хромосом.

Це схеми відносного розташування зчеплених між собою

спадкових факторів – генів. Р. к. х. відображають реально

існуючий лінійний порядок розміщення генів у хромосомах (див. Цитологічні карти хромосом) і важливі як і теоретичних дослідженнях, і під час проведення селекційної роботи, т.к. дозволяють свідомо підбирати пари ознак при схрещуваннях, а також передбачати особливості успадкування та прояви різних ознак у організмів, що вивчаються. Маючи Г. к. х., можна за спадкуванням «сигнального» гена, тісно зчепленого з досліджуваним, контролювати передачу потомству генів, що зумовлюють розвиток ознак, що важко аналізуються; наприклад, ген, що визначає ендосперм у кукурудзи і знаходиться в 9-й хромосомі, зчеплений з геном, що визначає знижену життєздатність рослини.

85. Хромосомний механізм наслідування статі. Цитогенетичні методи визначення статі.

Підлогахарактеризується комплексом ознак, визначених генами, які у хромосомах. У видів із роздільностатевими особинами хромосомний комплекс самців і самок неоднаковий, цитологічно вони відрізняються по одній парі хромосом, її назвали статевими хромосомами. Одноманітні хромосоми цієї пари назвали X(ікс)-хромосомами . Непарну, відсутню в іншої статі- Y (ігрок) - хромосомою ; інші, за якими немає відмінностей аутосомами(А).Людина має 23 пари хромосом. З них 22 пари аутосом та 1 пара статевих хромосом.Підлога з однаковими хромосомами XX, що утворює один тип гамет (з X-хромосомою), називають гомогаметним, інша підлога, з різними хромосомами XY, що утворює два типи гамет (з X-хромосомою і Y-хромосомою), - гетерогаметним. У людини, ссавців та інших організмів гетерогаметна підлога чоловіча; у птахів, метеликів – жіночий.

X-хромосоми, крім генів, що визначають жіноча стать,містять гени, що не мають відношення до статі. Ознаки, що визначаються хромосомами, називаються ознаками, зчепленими із підлогою.У людини такими ознаками є дальтонізм (кольорова сліпота) та гемофілія (несвертимість крові). Ці аномалії рецесивні, у жінок такі ознаки не виявляються, якщо ці гени несе одна з X- хромосом; така жінка є носієм і передає їх із Х - хромосомою своїм синам.

Цитогенетичний метод визначення статі. Він ґрунтується на мікроскопічному вивченні хромосом у клітинах людини. Застосування цито-генетичного методу дозволяє не тільки вивчати нормальну морфологію хромосом і каріотипу в цілому, визначати генетичну стать організму, але, головне, діагностувати різні хромосомні хвороби, пов'язані зі зміною числа хромосом або з порушенням їх структури. Як експрес-метод, що виявляє зміну числа статевих хромосом, використовують метод визначення статевого хроматинуу клітинах, що не діляться, слизової оболонки щоки. Статевий хроматин, або тільце Барра, утворюється в клітинах жіночого організму однією з двох Х-хромосом. При збільшенні кількості Х - хромосом у каріотипі організму в його клітинах утворюються тільця Барра у кількості на одиницю менше від числа хромосом. При зменшенні числа хромосом тільце відсутнє. У чоловічому каріотипі Y-хромосома може бути виявлена ​​за більш інтенсивною люмісценцією порівняно з іншими хромосомами при обробці їх акрихініпритом та вивченні в ультрафіолетовому світлі.

Особливості будови хромосом. рівні організації спадкового матеріалу. Гетеро- та еухроматин.

Морфологія хромосом

При мікроскопічному аналізі хромосом, перш за все, видно їх відмінності за формою та величиною. Будова кожної хромосоми є суто індивідуальною. Можна помітити також, що хромосоми мають загальні морфологічні ознаки. Вони складаються з двох ниток - хроматид,розташованих паралельно та з'єднаних між собою в одній точці, названій центроміром або первинною перетяжкою. На деяких хромосомах можна побачити вторинну перетяжку. Вона є характерною ознакою, що дозволяє ідентифікувати окремі хромосоми у клітині. Якщо вторинна перетяжка розташована близько до кінця хромосоми, дистальну ділянку, обмежену нею, називають супутником. Хромосоми, що містять супутник, позначаються як АТ-хромосоми. На деяких із них у телофазі відбувається утворення ядерців.
Кінцеві ділянки хромосом мають особливу структуру та називаються теломерами. Тіломірні райони мають певну полярність, що перешкоджає їх з'єднанню один з одним при розривах або з вільними кінцями хромосом.

Ділянку хроматиди (хромосоми) від теломери до центромери називають плечем хромосоми. Кожна хромосома має два плечі. Залежно від співвідношення довжин плеч виділяють три типи хромосом: 1) метацентричні (рівноплечі); 2) субметацентричні (нерівноплечі); 3) акроцентричні, у яких одне плече дуже коротке і не завжди чітко помітне. (р – коротке плече, q – довге плече). Вивчення хімічної організації хромосом еукаріотичних клітин показало, що вони складаються в основному з ДНК і білків: гістонів та протомітів (у статевих клітинах), які утворюють нуклеопротеїновий комплекс-хроматин, який отримав свою назву за здатність фарбуватися основними барвниками. Білки становлять значну частину речовини хромосом. На частку припадає близько 65% маси цих структур. Усі хромосомні білки поділяються на дві групи: гістони та негістонові білки.
Гістонипредставлені п'ятьма фракціями: HI, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. Будучи позитивно зарядженими основними білками, вони досить міцно з'єднуються з молекулами ДНК, чим перешкоджають зчитуванню біологічної інформації, що міститься в ній. У цьому полягає їхня регуляторна роль. Крім того, ці білки виконують структурну функцію, забезпечуючи просторову організацію ДНК у хромосомах.

Число фракцій негістоновихбілків перевищує 100. Серед них ферменти синтезу та процесингу РНК, редуплікації та репарації ДНК. Кислі білки хромосом виконують також структурну та регуляторну роль. Крім ДНК та білків у складі хромосом виявляються також РНК, ліпіди, полісахариди, іони металів.

І запліднення. Ці спостереження стали основою припущення, що гени розташовані в хромосомах. Проте експериментальний доказ локалізації конкретних генів у конкретних хромосомах було отримано лише у р. американським генетиком Т. Морганом, який у наступні роки (-) обгрунтував хромосомну теорію спадковості. Згідно з цією теорією, передача спадкової інформації пов'язана з хромосомами, в яких лінійно, у певній послідовності, локалізовані гени. Таким чином, саме хромосоми є матеріальною основою спадковості.

Формуванню хромосомної теорії сприяли дані, отримані щодо генетики статі, коли було встановлено розбіжності у наборі хромосом в організмів різних статей.

Генетика статі

Подібний метод визначення статі (XY-тип) притаманний всім ссавцям, зокрема і людині, клітини якого містять 44 аутосоми і дві X-хромосоми в жінок чи XY-хромосоми в чоловіків.

Таким чином, XY-тип визначення статі, або тип дрозофіли та людини, - найпоширеніший спосіб визначення статі, характерний більшості хребетних і деяких безхребетних . Х0-тип зустрічається у більшості прямокрилих, клопів, жуків, павуків, у яких Y-хромосоми немає зовсім, тому самець має генотип Х0, а самка - XX.

У всіх птахів, більшості метеликів і деяких плазунів самці є гомогаметною статтю, а самки - гетерогаметною (типу XY або типу ХО). Статеві хромосоми у цих видів позначають літерами Z і W, щоб виділити таким чином даний спосіб визначення статі; при цьому набір хромосом самців позначають символом ZZ, а самки символом ZW або Z0.

Докази того, що статеві хромосоми визначають стать організму, були отримані при вивченні нерозбіжності статевих хромосом у дрозофіли. Якщо в одну з гамет потраплять обидві статеві хромосом, а в іншу - жодної, то при злитті таких гамет з нормальними можуть вийти особини з набором статевих хромосом ХХХ, ХО, ХХУ та ін. З'ясувалося, що у дрозофіли особини з набором ХО - самці , а з набором ХХУ – самки (у людини – навпаки). Особи з набором ХХХ мають гіпертрофовані ознаки жіночої статі (надсамки). (Особи з усіма цими хромосомними абераціями у дрозофіли стерильні). Надалі було доведено, що у дрозофіли стать визначається співвідношенням (балансом) між числом X-хромосом і числом наборів аутосом.

Наслідування ознак, зчеплених зі статтю

У тому випадку, коли гени, що контролюють формування тієї чи іншої ознаки, локалізовані в аутосомах, успадкування здійснюється незалежно від того, хто з батьків (мати чи батько) є носієм ознаки, що вивчається. Якщо гени перебувають у статевих хромосомах, характер успадкування ознак різко змінюється. Наприклад, у дрозофіли гени, локалізовані в X-хромосомі, як правило, не мають алелів в У-хромосомі. З цієї причини рецесивні гени в X-хромосомі гетерогаметної статі практично завжди виявляються, будучи в однині.

Ознаки, гени яких локалізовані у статевих хромосомах, називаються ознаками, зчепленими зі статтю. Явище успадкування, зчепленого зі статтю, було відкрито Т. Морганом у дрозофіли.

Х- і У-хромосоми у людини мають гомологічний (псевдоаутосомний) ділянку, де локалізовані гени, успадкування яких не відрізняється від успадкування аутосомних генів.

Крім гомологічних ділянок, X-і У-хромосоми мають негомологічні ділянки. Негомологічна ділянка У-хромосоми, крім генів, що визначають чоловічу стать, містить гени перетинок між пальцями ніг і волохатих вух у людини. Патологічні ознаки, зчеплені з негомологічною ділянкою У-хромосоми, передаються всім синам, оскільки вони отримують від батька У-хромосому.

Негомологічна ділянка X-хромосоми містить у своєму складі низку важливих для життєдіяльності організмів генів. Оскільки у гетерогаметної статі (ХУ) X-хромосома представлена ​​в однині, то ознаки, що визначаються генами негомологічної ділянки X-хромосоми, будуть проявлятися навіть у тому випадку, якщо вони рецесивні. Такий стан генів називається гемізиготним. Прикладом такого роду X-зчеплених рецесивних ознак у людини є гемофілія, м'язова дистрофія Дюшена, атрофія зорового нерва, дальтонізм (колірна сліпота) та ін.

Гемофілія - ​​це спадкова хвороба, коли кров втрачає здатність згортатися. Поранення, навіть подряпина або забій, можуть викликати рясні зовнішні або внутрішні кровотечі, які нерідко закінчуються смертю. Це захворювання зустрічається, за рідкісними винятками, тільки у чоловіків. Було встановлено, що обидві найбільш поширені форми гемофілії (гемофілія А та гемофілія В) обумовлена ​​рецесивними генами, локалізованими у X-хромосомі. Гетерозиготні за даними генами жінки (носійки) мають нормальну або дещо знижену згортання крові.

Фенотипічний прояв гемофілії у дівчаток спостерігатиметься у тому випадку, якщо мати дівчинки є носієм гена гемофілії, а батько – гемофіліком. Подібна закономірність успадкування характерна і для інших рецесивних, зчеплених зі статтю ознак.

Зчеплене успадкування

Незалежне комбінування ознак (третій закон Менделя) здійснюється за умови, що гени, що визначають ці ознаки, знаходяться у різних парах гомологічних хромосом. Отже, у кожного організму кількість генів, здатних незалежно комбінуватися в мейозі, обмежена кількістю хромосом. Однак у організмі кількість генів значно перевищує кількість хромосом. Наприклад, у кукурудзи до ери молекулярної біології було вивчено понад 500 генів, у мухи дрозофіли – понад 1 тис., а у людини – близько 2 тис. генів, тоді як хромосом у них 10, 4 та 23 пари відповідно. Те, що кількість генів у вищих організмів становить кілька тисяч, було зрозуміло вже У. Сеттон на початку XX століття. Це дало підставу припустити, що у кожній хромосомі локалізовано безліч генів. Гени, локалізовані в одній хромосомі, утворюють групу зчеплення та успадковуються разом.

Спільне успадкування генів Т. Морган запропонував назвати зчепленим успадкуванням. Число груп зчеплення відповідає гаплоїдному числу хромосом, оскільки групу зчеплення становлять дві гомологічні хромосоми, в яких локалізовані однакові гени. (У особин гетерогаметної статі, наприклад, у самців ссавців, груп зчеплення насправді на одну більше, так як X-і У-хромосоми містять різні гени і являють собою дві різні групи зчеплення. Таким чином, у жінок 23 групи зчеплення, а у чоловіків – 24).

Спосіб успадкування зчеплених генів відрізняється від успадкування генів, локалізованих у різних парах гомологічних хромосом. Так, якщо при незалежному комбінуванні дигетерозиготна особина утворює чотири типи гамет (АВ, Ab, аВ і ab) в рівних кількостях, то при зчепленому успадкування (без кросинговера) така ж дигетерозигота утворює тільки два типи гамет: (АВ і ab) теж в рівних кількостях. Останні повторюють комбінацію генів у хромосомі батька.

Було встановлено, однак, що крім звичайних (некросоверних) гамет виникають інші (кросоверні) гамети з новими комбінаціями генів - Ab і аВ, що відрізняються від комбінацій генів у хромосомах батька. Причиною виникнення таких гамет є обмін ділянками гомологічних хромосом, або кросинговер.

Кросинговер відбувається у профазі I мейозу під час кон'югації гомологічних хромосом. У цей час частини двох хромосом можуть перехрещуватися та обмінюватися своїми ділянками. В результаті виникають якісно нові хромосоми, що містять ділянки (гени) як материнських, так і батьківських хромосом. Особи, які виходять з таких гамет з новим поєднанням алелів, отримали назву кросинговірних або рекомбінантних.

Частота (відсоток) перехреста між двома генами, які розташовані в одній хромосомі, пропорційна відстані між ними. Кросинговер між двома генами відбувається тим рідше, чим ближче один до одного вони розташовані. У міру збільшення відстані між генами дедалі більше зростає ймовірність того, що кросинговер розведе їх за двома різними гомологічними хромосомами.

Відстань між генами характеризує силу їхнього зчеплення. Є гени з високим відсотком зчеплення і такі, де зчеплення майже виявляється. Однак при зчепленому наслідуванні максимальна частота кросинговеру не перевищує 50%. Якщо ж вона вища, то спостерігається вільне комбінування між парами алелів, що не відрізняється від незалежного спадкування.

Біологічне значення кросинговера надзвичайно велике, оскільки генетична рекомбінація дозволяє створювати нові, що раніше не існували комбінації генів і тим самим підвищувати спадкову мінливість, яка дає широкі можливості адаптації організму в різних умовах середовища. Людина спеціально проводить гібридизацію з метою отримання необхідних варіантів комбінацій для використання у селекційній роботі.

Поняття про генетичну карту

Т. Морган та його співробітники К. Бріджес, А. Г. Стертевант та Г. Дж. Меллер експериментально показали, що знання явищ зчеплення та кросинговера дозволяє не тільки встановити групу зчеплення генів, але й побудувати генетичні карти хромосом, на яких вказано порядок розташування генів у хромосомі та відносні відстані між ними.

Генетичною картою хромосом називають схему взаємного розташування генів, що у одній групі зчеплення. Такі карти складаються кожної пари гомологічних хромосом.

Можливість подібного картування заснована на сталості відсотка кросинговеру між певними генами. Генетичні карти хромосом складено багатьом видів організмів: комах (дрозофіла, комар, тарган та інших.), грибів (дріжджі, аспергілл), для бактерій і вірусів.

Наявність генетичної карти свідчить про високий рівень вивченості того чи іншого виду організму і становить великий науковий інтерес. Такий організм є чудовим об'єктом щодо подальших експериментальних робіт, мають не лише наукове, а й практичне значення. Зокрема, знання генетичних карт дозволяє планувати роботи з одержання організмів із певними поєднаннями ознак, що тепер широко використовується у селекційній практиці. Так, створення штамів мікроорганізмів, здатних синтезувати необхідні для фармакології та сільського господарства білки, гормони та інші складні органічні речовини, можливе лише на основі методів генної інженерії, які, у свою чергу, базуються на знанні генетичних карток відповідних мікроорганізмів.

Генетичні карти людини також можуть виявитися корисними у охороні здоров'я та медицині. Знання про локалізації гена у певній хромосомі використовуються при діагностиці низки важких спадкових захворювань людини. Вже тепер з'явилася можливість генної терапії, тобто виправлення структури чи функції генів.

Основні положення хромосомної теорії спадковості

Аналіз явищ зчепленого наслідування, кросинговера, порівняння генетичної та цитологічної карт дозволяють сформулювати основні положення хромосомної теорії спадковості:

• Гени локалізовані у хромосомах. При цьому різні хромосоми містять неоднакове число генів. Крім того, набір генів кожної з негомологічних хромосом унікальний.
• Алельні гени займають однакові локуси в гомологічних хромосомах.
• Гени розташовані в хромосомі у лінійній послідовності.
• Гени однієї хромосоми утворюють групу зчеплення, тобто успадковуються переважно зчеплено (спільно), завдяки чому відбувається зчеплене успадкування деяких ознак. Число груп зчеплення дорівнює гаплоїдному числу хромосом даного виду (у гомогаметної статі) або більше на 1 (у гетерогаметної статі).
• Зчеплення порушується в результаті кросинговера, частота якого прямо пропорційна відстані між генами в хромосомі (тому сила зчеплення знаходиться у зворотній залежності від відстані між генами).
• Кожен біологічний вид характеризується певним набором хромосом-каріотипом.

Джерела

• Н. А. Лемеза Л. В. Камлюк Н. Д. Лісов «Посібник з біології для вступників до ВНЗ»

Примітки

Wikimedia Foundation.

Ув'язнені у ядрі клітини, є носіями генів і є матеріальну основу спадковості, тобто. Спадкоємність властивостей організмів у ряді поколінь визначається наступністю їх хромосом. Х. т.з. виникла на початку 20 ст. на основі клітинної теорії та використання для вивчення спадкових властивостей організмів гібридологічного аналізу.

У 1902 У. Сеттон у США, який звернув увагу на паралелізм у поведінці хромосом та менделівських т.з. "Спадкових факторів", і Т. Бовері в Німеччині висунули хромосомну гіпотезу спадковості, згідно з якою менделівські спадкові фактори (назва згодом генами) локалізовані в хромосомах. Перші підтвердження цієї гіпотези були отримані щодо генетичного механізму визначення статі у тварин, коли було з'ясовано, що в основі цього механізму лежить розподіл статевих хромосом серед нащадків. Подальше обґрунтування Х. т.з. належить американському генетику Т. Х. Моргану, який помітив, що передача деяких генів (наприклад, гена, що зумовлює білоокість у самок дрозофіли при схрещуванні з червоноокими самцями) пов'язана з передачею статевої Х-хромосоми, тобто що успадковуються ознаки, статтю (у людини відомо кілька десятків таких ознак, у тому числі деякі спадкові дефекти - дальтонізм, гемофілія та ін.).

Доказ Х. т. зв. було отримано в 1913 американським генетиком К. Бріджес, який відкрив нерозбіжність хромосом в процесі мейозу у самок дрозофіли і відзначив, що порушення в розподілі статевих хромосом супроводжується змінами в успадкування ознак, зчеплених зі статтю.

З розвитком Х. т. зв. було встановлено, що гени, розташовані в одній хромосомі, становлять одну групу зчеплення і повинні успадковуватись спільно; число груп зчеплення дорівнює числу пар хромосом, постійному кожному за виду організмів ; ознаки, залежні від зчеплених генів, також успадковуються разом. Внаслідок цього закон незалежного комбінування ознак повинен мати обмежене застосування; незалежно повинні успадковуватись ознаки, гени яких розташовані в різних (негомологічних) хромосомах. Явище неповного зчеплення генів (коли поряд з батьківськими поєднаннями ознак у потомстві від схрещувань виявляються і нові, рекомбінантні, їх поєднання) було докладно досліджено Морганом та його співробітниками (А. Г. Стертевантом та ін) і послужило обґрунтуванням лінійного розташування генів. Морган припустив, що зчеплені гени гомологічних хромосом, що знаходяться у батьків у поєднаннях і в мейозі у гетерозиготної форми можуть змінюватися місцями, в результаті чого поряд з гаметами АВ і ab утворюються гамети Ab і аВ. Подібні перекомбінації відбуваються завдяки розривам гомологічних хромосом на ділянці між генами і подальшому з'єднанню розірваних кінців у новому поєднанні: Реальність цього процесу, названого перехрестом хромосом, або кросинговером, була доведена в 1933 ньому, вченим К. Штерном у. Крейтономі Б. Мак-Клінток - з кукурудзою. Чим далі один від одного розташовані зчеплені гени, тим більша ймовірність кросинговеру між ними. Залежність частоти кросинговера від відстаней між зчепленими генами була використана для побудови генетичних карт хромосом. У 30-х роках. 20 ст. Ф. Добржанський показав, що порядок розміщення генів на генетичних та цитологічних картах хромосом збігається.

Згідно з уявленнями школи Моргана, гени є дискретними і далі неподільними носіями спадкової інформації. Однак відкриття в 1925 радянськими вченими Г. А. Надсоном і Г. С. Філіпповим, а в 1927 американським вченим Г. Меллер впливу рентгенівських променів на виникнення спадкових змін (мутацій) у дрозофіли, а також застосування рентгенівських променів для прискорення дозволили радянським вченим А. С. Серебровського, Н. П. Дубініна та ін. сформулювати в 1928-30 уявлення про подільність гена на більш дрібні одиниці, розташовані в лінійній послідовності і здатні до мутаційних змін. У 1957 ці уявлення були підтверджені роботою американського вченого С. Бензера з бактеріофагом Т4. Використання рентгенівських променів для стимулювання хромосомних перебудов дозволило Н. П. Дубінін і Б. Н. Сидорову виявити в 1934 ефект положення гена (відкритий в 1925 Стертевантом), тобто залежність прояву гена від місця розташування його на хромосомі. Виникло уявлення про єдність дискретності та безперервності у будові хромосоми.

Х. т.з. розвивається у напрямку поглиблення знань про універсальні носії спадкової інформації - молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Встановлено, що безперервна послідовність пуринових та піримідинових основ уздовж ланцюга ДНК утворює гени, міжгенні інтервали, знаки початку та кінця зчитування інформації в межах гена; визначає спадковий характер синтезу специфічних білків клітини та, отже, спадковий характер обміну речовин. ДНК становить матеріальну основу групи зчеплення у бактерій та багатьох вірусів (у деяких вірусів носієм спадкової інформації є рибонуклеїнова кислота) ; молекули ДНК, що входять до складу мітохондрій, пластид та ін органідів клітини, служать матеріальними носіями цитоплазматичної спадковості.

Х. т. н., пояснюючи закономірності успадкування ознак у тварин та рослинних організмів, відіграє важливу роль у с.-г. науці та практиці. Вона озброює селекціонерів методами виведення порід тварин та сортів рослин із заданими властивостями. Деякі положення Х. т. зв. дозволяють раціональніше вести с.-г. Виробництво. Так, явище зчепленого зі статтю успадкування ряду ознак у с.-г. тварин дозволило до винаходу методів штучного регулювання статі у шовковичного шовкопряда вибраковувати кокони менш продуктивної статі, до розробки способу поділу курчат по підлозі дослідженням клоаки - відбраковувати півників і т.п. Найважливіше значення підвищення врожайності багатьох с.-г. культур має використання поліплоїдії. На знанні закономірностей хромосомних перебудов ґрунтується вивчення спадкових захворювань людини.

Закономірності,відкриті школою Моргана, а потім підтверджені н поглиблені на численних об'єктах, відомі під загальною назвою хромосомної теорії спадковості.

Основні положення її такі:

1. Гени перебувають у хромосомах; кожна хромосома являє собою групу зчеплення генів; число груп зчеплення у кожного виду дорівнює числу пар хромосом.

2. Кожен ген у хромосомі займає певне місце (локус); гени у хромосомах розташовані лінійно.

3. Між гомологічними хромосомами відбувається обмін алельними генами.

4. Відстань між генами (локусами) в хромосомі пропорційно числу кросинговера між ними.

Тема 32. Хромосомна теорія спадковості. Закон Моргана

Вступ
1. Т. Г. Морган – найбільший генетик XX ст.
2. Притягнення та відштовхування
3. Хромосомна теорія спадковості
4. Взаємне розташування генів
5. Карти груп зчеплення, локалізація генів у хромосомах
6. Цитологічні карти хромосом
7. Висновок
Список літератури

1. ВВЕДЕННЯ

Третій закон Менделя – правило незалежного спадкування ознак – має суттєві обмеження.
У дослідах самого Менделя й у перших дослідах, проведених після вторинного відкриття законів Менделя, вивчення були включені гени, які у різних хромосомах, і внаслідок цього був виявлено жодних розбіжностей із третім законом Менделя. Дещо пізніше знайдено факти, що суперечать цьому закону. Поступове накопичення та вивчення їх призвело до встановлення четвертого закону спадковості, який отримав назву закону Моргана (на честь американського генетика Томаса Гента Моргана, який першим сформулював та обґрунтував його), або правила зчеплення.
У 1911 р. у статті «Вільне розщеплення на противагу тяжінню у менделівській спадковості» Морган писав: «Замість вільного розщеплення у менделівському сенсі ми знайшли «асоціацію факторів», локалізованих у хромосомах близько один від одного. Цитологія дала механізм, необхідний експериментальними даними.
У цих словах коротко сформульовані основні тези хромосомної теорії спадковості, розробленої Т. Г. Морганом.

1. Т. Г. МОРГАН - НАЙВЕЛИКИЙ ГЕНЕТИК ХХ ст.

Томас Гент Морган народився 25 вересня 1866 р. у штаті Кентуккі (США). У 1886 році він закінчив університет цього штату. У 1890 р. Т. Морган отримав ступінь доктора філософії, а наступного року став професором жіночого коледжу в Пенсільванії. Головний період його життя пов'язаний з Колумбійським університетом, де він з 1904 р. протягом 25 років обіймав посаду завідувача кафедри експериментальної зоології. У 1928 р. його запросили керувати спеціально для нього побудованою біологічною лабораторією в Каліфорнійському технологічному інституті, в містечку поблизу Лос-Анджелеса, де він працював аж до смерті.
Перші дослідження Т. Моргана присвячені питанням експериментальної ембріології.
У 1902 р. молодий американський цитолог Уолтер Сеттон (1877-1916), який працював у лабораторії Е. Вільсона (1856-1939), висловив припущення, що своєрідні явища, що характеризують поведінку хромосом при заплідненні, являють собою, ймовірно, . Т. Морган був добре знайомий і з самим Е. Вільсоном, і з роботами його лабораторії, і тому, коли в 1908 р. він встановив у самців філоксери наявність двох сортів сперматозоїдів, один з яких мав додаткову хромосому, відразу ж виникло припущення про зв'язок ознак підлоги із привнесенням відповідних хромосом. Так Т. Морган перейшов до проблем генетики. У нього виникло припущення, що не тільки підлога пов'язана з хромосомами, але, можливо, й інші спадкові задатки локалізовані в них.
Скромний бюджет університетської лабораторії змусив Т. Моргана зайнятися пошуками більш відповідного об'єкта дослідів із вивчення спадковості. Від мишей та щурів він переходить до плодової мушки дрозофіли, вибір якої виявився надзвичайно вдалим. У цьому об'єкті зосередилася робота школи Т. Моргана, та був більшості інших генетичних наукових установ. Найбільші відкриття генетики 20-30-х гг. ХХ ст. пов'язані з дрозофілою.
У 1910 р. була опублікована перша генетична робота Т. Моргана «Обмежена статтю спадковість у дрозофіли», присвячена опису мутації білоокості. Наступна, воістину гігантська робота Т. Моргана та його співробітників дозволила ув'язати в єдине ціле дані цитології та генетики та завершилася створенням хромосомної теорії спадковості. Капітальні праці Т. Моргана "Структурні основи спадковості", "Теорія гена", "Експериментальні основи еволюції" та інші знаменують собою поступальний розвиток генетичної науки.
Серед біологів ХХ ст. Т. Морган виділяється як блискучий генетик-експериментатор і як дослідник кола питань.
У 1931 р. Т. Морган був обраний почесним членом Академії наук СРСР, у 1933 р. йому було присуджено Нобелівську премію.

2. УВАГА І ВІДТАЛЮВАННЯ

Вперше відхилення від правила незалежного успадкування ознак було помічено Бетсоном і Пеннетом в 1906 р. щодо характеру успадкування забарвлення квіток і форми пилку у запашного горошку. У запашного горошку фіолетове забарвлення квіток (контрольована геном В) домінує над червоною (залежною від гена в), а довга форма зрілого пилку («довгий пилок»), пов'язана з наявністю 3 пір, яку контролює ген L, домінує над «округлим» пилком з двома порами, освіту якої контролює ген l.
При схрещуванні пурпурового запашного горошку з довгим пилком і червоного з округлим пилком усі рослини першого покоління мають пурпурові квітки та довгий пилок.
У другому поколінні серед 6952 вивчених рослин було знайдено 4831 рослину з пурпуровими квітками та довгим пилком, 390 з пурпуровими квітками та округлим пилком, 393 з червоними квітками та довгим пилком та 1338 з червоними квітками та круглим пилком.
Це співвідношення добре відповідає розщепленню, яке очікується в тому випадку, якщо при утворенні гамет першого покоління гени В і L зустрічаються в 7 разів частіше в тих поєднаннях, в яких вони перебували у батьківських форм (L і bl), ніж у нових поєднаннях (Вl та bL) (табл. 1).
Складається враження, що гени В і L, а також b і l притягуються один до одного і тільки важко можуть бути відокремлені один від одного. Така поведінка генів була названа тяжінням генів. Припущення про те, що гамети з генами В і L у таких поєднаннях, в яких вони були представлені у батьківських форм, зустрічаються в 7 разів частіше, ніж гамети з новим поєднанням (в даному випадку Вl і bL), отримало пряме підтвердження результатів так званих аналізуючих схрещувань.
При схрещуванні гібридів першого покоління (F1) (генотип BbLl) з рецесивним батьком (bbll) було отримано розщеплення: 50 рослин з пурпуровими квітами і довгим пилком, 7 рослин з пурпуровими квітками і округлим пилком, 8 рослин з червоними квітками і довго рослин з червоними квітками та округлим пилком, що дуже добре відповідає очікуваному співвідношенню: 7 гамет зі старими поєднаннями генів до 1 гамети з новими поєднаннями.
У тих схрещуваннях, де один із батьків мав генотип BBll, а другий генотип bbLL, розщеплення у другому поколінні мало зовсім інший характер. В одному з таких схрещувань у F2 було знайдено 226 рослин з пурпуровими квітками та довгим пилком, 95 з пурпуровими квітками та округлим пилком, 97 з червоними квітками та довгим пилком та одна рослина з червоними квітками та округлим пилком. І тут створюється враження, що гени B і L відштовхуються друг від друга. Така поведінка спадкових факторів була названа відштовхуванням генів.
Оскільки тяжіння та відштовхування генів зустрічалося дуже рідко, воно вважалося якоюсь аномалією і своєрідним генетичним курйозом.
Дещо пізніше у запашного горошку було виявлено ще кілька випадків тяжіння та відштовхування (форма квітки та забарвлення листової пазухи, забарвлення квітки та форма вітрила квітки та деякі інші пари ознак), але це не змінило загальної оцінки явища тяжіння та відштовхування як аномалії.
Проте оцінка цього явища різко змінилася по тому, як і 1910-1911 гг. Т. Морган та його учні виявили численні випадки тяжіння та відштовхування у плодової мушки дрозофіли, дуже сприятливого об'єкта для генетичних досліджень: культивування її коштує дешево і може здійснюватися в лабораторних умовах у дуже широких масштабах, термін життя невеликий і за один рік можна отримати кілька десятків поколінь, контрольовані схрещування легко здійсненні, є всього 4 пари хромосом, у тому числі пара добре відмінних один від одного статевих.
Завдяки цьому Морган та його співробітники досить швидко виявили велику кількість мутацій спадкових факторів, що визначають добре помітні та зручні для вивчення ознаки, та змогли провести численні схрещування для вивчення характеру спадкування цих ознак. При цьому з'ясувалося, що багато генів у мушки дрозофіли успадковуються незалежно один від одного, а взаємно притягуються або відштовхуються, причому гени, що показують таку взаємодію, виявилося можливим поділити на кілька груп, в межах яких всі гени показували більш-менш сильно виражене взаємне тяжіння або відштовхування.
На підставі аналізу результатів цих досліджень Т. Г. Морган висловив припущення, що тяжіння має місце між неалеломорфними генами, розташованими в одній хромосомі, і зберігається до тих пір, поки ці гени не будуть відокремлені один від одного в результаті розриву хромосом під час редукційного поділу , А відштовхування має місце в тих випадках, коли гени, що вивчаються, розташовані в різних хромосомах однієї і тієї ж пари гомологічних хромосом
Звідси випливає, що тяжіння та відштовхування генів - різні сторони одного процесу, матеріальною основою якого є різне розташування генів у хромосомах. Тому Морган запропонував відмовитися від двох окремих понять «тяжіння» та «відштовхування» генів і замінити його одним загальним поняттям «зчеплення генів», вважаючи, що воно залежить від їхнього розташування в межах однієї хромосоми в лінійному порядку.

3. ХРОМОСОМНА ТЕОРІЯ СПАДЩОСТІ

При подальшому вивченні зчеплення генів незабаром було встановлено, що кількість груп зчеплення у дрозофіли (4 групи) відповідає гаплоїдному числу хромосом у цієї мухи, і всі досить докладно вивчені гени були розподілені за цими 4 груп зчеплення. Спочатку взаємне розташування генів у межах хромосоми залишалося невідомим, але пізніше була розроблена методика визначення порядку розташування генів, що входять до однієї групи зчеплення, заснована на кількісному визначенні сили зчеплення між ними.
Кількісне визначення сили зчеплення генів ґрунтується на наступних теоретичних передумовах. Якщо два гени А і В у диплоїдного організму розташовані в одній хромосомі, а в гомологічній їй іншій хромосомі розташовані рецесивні алеломорфи цих генів а і в, то відокремитися один від одного і вступити в нові поєднання зі своїми рецесивними алеломорф гени А і В можуть тільки в у тому випадку, якщо хромосома, в якій вони розташовані, буде розірвана на ділянці між цими генами і в місці розриву відбудеться з'єднання між ділянками цієї хромосоми та її гомолога.
Такі розриви та нові поєднання ділянок хромосом дійсно відбуваються при кон'югації гомологічних хромосом під час редукційного поділу. Але при цьому обміни ділянками зазвичай відбуваються не між усіма 4 хроматидами, з яких складаються хромосоми бівалентів, а між двома з цих 4 хроматид. Тому хромосоми, що утворюються в результаті I поділу мейозу, за таких обмінів складаються з двох неоднакових хроматид - незміненої та реконструйованої в результаті обміну. У II розподілі мейозу ці неоднакові хроматиди розходяться до протилежних полюсів, і завдяки цьому гаплоїдні клітини, що виникають в результаті редукційного поділу (спори або гамети), отримують хромосоми, що складаються з однакових хроматид, але при цьому тільки половині гаплоїдних клітин дістаються реконструйовані половина отримує незмінені.
Такий обмін ділянками хромосом називається кросинговером. За інших рівних умов кросинговер між двома генами, розташованими в одній хромосомі, відбувається тим рідше, чим ближче один до одного вони розташовані. Частота кросинговера між генами пропорційна відстані між ними.
Визначення частоти кросинговеру зазвичай проводиться за допомогою так званих аналізованих схрещування (схрещування гібридів F1 з рецесивним батьком), хоча для цієї мети можна використовувати і F2, що отримується від самозапилення гібридів F1 або схрещування гібридів F1 між собою.
Можна розглянути таке визначення частоти кросинговеру на прикладі сили зчеплення між генами С та S у кукурудзи. Ген С визначає утворення забарвленого ендосперму (забарвленого насіння), а його рецесивний аллель зумовлює незабарвлений ендосперм. Ген S викликає утворення гладкого ендосперму, яке рецесивний аллель s визначає утворення зморшкуватого ендосперму. Гени С та S розташовані в одній хромосомі і досить сильно зчеплені один з одним. В одному з дослідів, проведених для кількісного визначення сили зчеплення цих генів, було отримано такі результати.
Рослина з пофарбованим гладким насінням, гомозиготна за генами С і S і що мала генотип ССSS (домінантний батько), була схрещена з рослиною з незабарвленим зморшкуватим насінням з генотипом SSSS (рецесивний батько). Гібриди першого покоління F1 були знову схрещені з рецесивним батьком (аналізуюче схрещування). Таким чином було отримано 8368 насіння F2, у яких за забарвленням і зморшкуватістю було виявлено наступне розщеплення: 4032 пофарбованого гладкого насіння; 149 пофарбованих зморшкуватих; 152 незабарвлених гладких; 4035 незабарвлених зморшкуватих.
Якби при утворенні макро- та мікроспор у гібридів F1 гени С і S розподілялися незалежно один від одного, то в аналізуючому схрещуванні всі ці чотири групи насіння повинні бути представлені в однаковій кількості. Але цього немає, тому що гени С і S розташовані в одній хромосомі, зчеплені один з одним, і внаслідок цього суперечки з рекомбінованими хромосомами, що містять гени Сs і сS, утворюються тільки за наявності кросинговера між генами С і S, що має місце порівняно рідко.
Відсоток кросинговера між генами С та S можна обчислити за формулою:

Х = а + в / n х 100%,

Де а - кількість кросинговерних зерен одного класу (зерен із генотипом Сscs, що походять від з'єднання гамет Сs гібриду F1 з гаметами cs рецесивного батька); в - кількість кросинговірних зерен другого класу (cScs); n - загальна кількість зерен, отриманих в результаті схрещування, що аналізує.
Схема, що показує успадкування хромосом, що містять зчеплені гени у кукурудзи (за Гетчинсоном). Вказано спадкову поведінку генів пофарбованого (С) і безбарвного (с) алейрону, повного (S) і зморшкуватого (s) ендосперму, а також хромосом, що несуть ці гени, при схрещуванні двох чистих типів між собою і при зворотному схрещуванні F1 з подвійним рецесивом.
Підставляючи кількість зерен різних класів, отриману в цьому досвіді, у формулу отримуємо:

Х = а + в / n х 100% = 149 + 152 / 8368 х 100% = 3,6%

Відстань між генами в групах зчеплення зазвичай виражається у відсотках кросинговеру, або в морганідах (морганіда - одиниця, що виражає силу зчеплення, названа на пропозицію А. С. Серебровського на честь Т. Г. Моргана, дорівнює 1% кросинговеру). В даному випадку можна сказати, що ген знаходиться на відстані 3,6 морганіди від гена S.
Тепер можна визначити за допомогою цієї формули відстань між В і L у запашного горошку. Підставляючи числа, отримані при схрещуванні, що аналізує, і наведені вище, у формулу, отримуємо:

Х = а + в / n х 100% = 7 + 8 / 112 х 100% = 11,6%

У запашного горошку гени і L знаходяться в одній хромосомі на відстані 11,6 морганіди один від одного.
Таким же шляхом Т. Г. Морган його учні визначили відсоток кросинговера між багатьма генами, що входять в одну й ту саму групу зчеплення, для всіх чотирьох груп зчеплення дрозофіли. При цьому з'ясувалося, що відсоток кросинговера (або відстань у морганідах) між різними генами, що входять до складу однієї групи зчеплення, виявився різним. Поряд з генами, між якими кросинговер відбувався дуже рідко (близько 0,1%), були й такі гени, між якими зовсім не було виявлено зчеплення, що говорило про те, що одні гени розташовані дуже близько один від одного, а інші дуже далеко.

4. ВЗАЄМНЕ РОЗМІЩЕННЯ ГЕНІВ

Щоб з'ясувати розташування генів, було припущено, що в хромосомах вони розташовані в лінійному порядку і справжня відстань між двома генами пропорційна частоті кросинговеру між ними. Ці припущення відкрили можливість визначення взаємного розташування генів у межах груп зчеплення.
Припустимо, відомі відстані (% кросинговера) між трьома генами А, В і С і що вони рівні 5% між генами А і В, 3% між В і С і 8% між генами А і С.
Припустимо, що ген розташований праворуч від гена А. В яку сторону від гена В при цьому повинен бути розташований ген С?
Якщо припустити, що ген розташований ліворуч від гена В, то в цьому випадку відстань між геном А і С повинна бути дорівнює різниці відстаней між генами А - В і В - С, тобто 5% - 3% = 2%. Але насправді відстань між генами А і С зовсім інша і дорівнює 8%. Отже, припущення неправильне.
Якщо припустити тепер, що ген С розташований праворуч від гена В, то в цьому випадку відстань між генами А і С повинна дорівнювати сумі відстаней між генами А - В і генами В - С, тобто 5% + 3% = 8 %, що повністю відповідає відстані, встановленій дослідним шляхом. Отже, це правильне припущення, і розташування генів А, В і С в хромосомі схематично можна зобразити наступним чином: А - 5%, B - 3%, C - 8%.
Після встановлення взаємного розташування 3 генів розташування четвертого гена стосовно цим трьом можна визначити, знаючи його відстань лише від 2 з цих генів. Можна припустити, що відома відстань гена Д від двох генів - В і С із числа 3 вище розглянутих генів А, В і С і що вона дорівнює 2% між генами С і Д і 5% між В і Д. Спроба помістити ген Д зліва від гена С виявляється невдалою через явну невідповідність різниці відстаней між генами В - С і С - Д (3% - 2% = 1%) заданій відстані між генами В і Д (5%). І, навпаки, розміщення гена Д праворуч від гена С дає повну відповідність між сумою відстаней між генами В - С та генами С - Д (3% + 2% = 5%) заданій відстані між генами В і Д (5%). Як тільки розташування гена Д щодо генів В і С нами встановлено, без додаткових дослідів можна вирахувати і відстань між генами А і Д, тому що вона повинна дорівнювати сумі відстаней між генами А - В і В -Д (5 % + 5 % = 10%).
При вивченні зчеплення між генами, що входять в одну групу зчеплення, неодноразово була проведена дослідна перевірка відстаней між ними, попередньо обчислених таким шляхом, як це зроблено вище для генів А і Д, і у всіх випадках отримано дуже хорошу відповідність.
Якщо відомо розташування 4 генів, скажімо А, В, С, Д, то «прив'язати» до них п'ятий ген можна, якщо відомі відстані між геном Е і якимись двома з цих 4 генів, причому відстані між геном Е та двома іншими генами четвірки можуть бути обчислені так, як це зроблено для генів А та Д у попередньому прикладі.

5. КАРТИ ГРУП ЗЧЕПЛЕННЯ, ЛОКАЛІЗАЦІЯ ГЕНІВ У ХРОМОСОМАХ

Шляхом поступового прив'язування нових і нових генів до вихідної трійці чи четвірці зчеплених генів, котрим раніше встановлено їх взаємне розташування, було складено карти груп зчеплення.
При складанні карт груп зчеплення важливо враховувати низку особливостей. У бівалента може виникнути не одна, а дві, три і навіть ще більше хіазм і пов'язаних із хіазмами кросоверів. Якщо гени розташовані дуже близько один від одного, то ймовірність, що на хромосомі між такими генами виникнуть дві хіазми і відбудуться два обміни нитками (два кросовери), мізерна мала. Якщо гени розташовані порівняно далеко один від одного, ймовірність подвійного кросинговеру на ділянці хромосоми між цими генами в однієї і тієї ж пари хроматид значно збільшується. А тим часом другий кросовер у тій же парі хроматид між генами, що вивчаються, по суті справи, анулює перший кросовер і усуває обмін цими генами між гомологічними хромосомами. Тому кількість кросоверних гамет зменшується і складається враження, що ці гени розташовані ближче один до одного, ніж це є насправді.
Схема подвійного кросинговеру в одній парі хроматид між генами А і В і генами В і С. I - момент кросинговеру; II - рекомбіновані хроматиди АсВ та аСb.
При цьому чим далі розташовані один від одного гени, що вивчаються, тим частіше між ними відбувається подвійний кросинговер і тим більше виявляється спотворення істинної відстані між цими генами, що викликається подвійними кросинговерами.
Якщо відстань між генами, що вивчаються, перевищує 50 морганід, то виявити зчеплення між ними шляхом безпосереднього визначення кількості кросоверних гамет взагалі неможливо. У них, як і в генів у гомологічних хромосомах, не зчеплених один з одним, при аналізі схрещування тільки 50% гамет укладають поєднання генів, відмінних від тих, які були у гібридів першого покоління.
Тому при складанні карт груп зчеплення відстані між далеко розташованими генами визначаються не шляхом безпосереднього визначення кількості кросоверних гамет в аналізованих схрещування, що включають ці гени, а шляхом складання відстаней між багатьма близько розташованими один від одного генами, що знаходяться між ними.
Такий спосіб складання карт груп зчеплення дозволяє точніше визначити відстань між порівняно далеко (не більше 50 морганідів) розташованими генами і виявити зчеплення між ними, якщо відстань більше 50 морганідів. У цьому випадку зчеплення між далеко розташованими генами було встановлено завдяки тому, що вони зчеплені з проміжно розташованими генами, які, у свою чергу, зчеплені між собою.
Так, для генів, що знаходяться на протилежних кінцях II і III хромосом дрозофіли - на відстані один від одного більше 100 морганід, встановити факт їхнього розташування в одній і тій же групі зчеплення виявилося можливим завдяки виявленню їх зчеплення з проміжними генами і зчеплення цих проміжних генів між собою.
Відстань між далеко розташованими генами визначено шляхом складання відстаней між багатьма проміжними генами, і лише завдяки цьому вони встановлені порівняно точно.
У організмів, стать яких контролюється статевими хромосомами, кросинговер відбувається тільки у гомогаметної статі і відсутня у гетерогаметної. Так, у дрозофіли кросинговер відбувається тільки у самок і відсутня (точніше, відбувається в тисячу разів рідше) у самців. У зв'язку з цим гени самців цієї мухи, розташовані в одній хромосомі, показують повне зчеплення незалежно від їхньої відстані один від одного, що полегшує виявлення їхнього розташування в одній групі зчеплення, але унеможливлює визначення відстані між ними.
У дрозофіли встановлені 4 групи зчеплення. Одна з цих груп має довжину близько 70 морганідів, і гени, що входять до цієї групи зчеплення, явно пов'язані з успадкуванням статі. Тому можна вважати безперечним, що гени, що входять до цієї групи зчеплення, розташовані в статевій Х-хромосомі (в 1 парі хромосом).
Інша група зчеплення дуже мала, і довжина її дорівнює всього 3 морганідів. Не викликає сумнівів, що гени, що входять до цієї групи зчеплення, розташовані в мікрохромосомах (IХ пара хромосом). Але дві інші групи зчеплення мають приблизно однакову величину (107,5 морганіди і 106,2 морганіди) і вирішити, який з пар аутосом (II та III пари хромосом) кожна з цих груп зчеплення відповідає досить важко.
Для вирішення питання розташування груп зчеплення у великих хромосомах довелося використовувати цитогенетичне вивчення низки перебудов хромосом. Таким шляхом вдалося встановити, що дещо більша група зчеплення (107,5 морганіди) відповідає ІІ парі хромосом, а дещо менша група зчеплення (106,2 морганіди) розташована в ІІІ парі хромосом.
Завдяки цьому було встановлено, яким хромосом відповідає кожна з груп зчеплення у дрозофіли. Але й після цього залишалося невідомим, як групи зчеплення генів розташовуються у відповідних їм хромосомах. Чи є, наприклад, правий кінець першої групи зчеплення у дрозофіли поблизу кінетичної перетяжки Х-хромосоми або на протилежному кінці цієї хромосоми? Те саме стосується і всіх інших груп зчеплення.
Відкритим залишалося й питання, якою мірою відстані між генами, виражені в морганідах (в % кросинговера), відповідають справжнім фізичним відстаням між ними в хромосомах.
Щоб з'ясувати все це, потрібно було принаймні для деяких генів встановити не тільки взаємне розташування в групах зчеплення, але і їх фізичне положення у відповідних хромосомах.
Здійснити це виявилося можливим лише після того, як в результаті спільних досліджень генетика Г. Меллера та цитолога Г. Пайнтера було встановлено, що під впливом Х-променів у дрозофіли (як і у всіх живих організмів) відбувається перенесення (транслокація) ділянок однієї хромосоми на іншу. При перенесенні певної ділянки однієї хромосоми на іншу всі гени, розташовані в цій ділянці, втрачають зчеплення з генами, розташованими в решті хромосоми-донора, і набувають зчеплення з генами в хромосомі-реципієнті. (Пізніше було встановлено, що при таких перебудовах хромосом відбувається не просто перенесення ділянки з однієї хромосоми на іншу, а взаємне перенесення ділянки першої хромосоми на другу, а з неї на місце відділеної ділянки в першій переноситься ділянка другої хромосоми).
У тих випадках, коли розрив хромосоми при відділенні ділянки, що переноситься на іншу хромосому, відбувається між двома генами, розташованими близько один від одного, місце цього розриву може бути визначено досить точно як на карті групи зчеплення, так і на хромосомі. На карті зчеплення місце розриву знаходиться на ділянці між крайніми генами, з яких один залишається в колишній групі зчеплення, а інший включається до нової. На хромосомі місце розриву визначається шляхом цитологічних спостережень щодо зменшення розмірів хромосоми-донора та збільшення - хромосоми-реципієнта.
Транслокація ділянок з хромосоми 2 на хромосому 4 (Морган). У верхній частині малюнка показані групи зчеплення, на середній відповідні цим групам зчеплення хромосоми і внизу метафазні пластинки соматичного мітозу. Цифри позначають номери груп зчеплення та хромосом. А і Б - нижня частина хромосоми перемістилася в хромосому 4; В - «верхня» частина хромосоми 2 перемістилася в хромосому 4. Генетичні карти та платівки хромосом гетерозиготні транслокаціям.
Через війну вивчення великої кількості різних транслокацій, проведеного багатьма генетиками, було складено звані цитологічні карти хромосом. На хромосоми нанесені місця розташування всіх вивчених розривів і завдяки цьому встановлено для кожного розриву розташування двох сусідніх генів праворуч і ліворуч від нього.
Цитологічні карти хромосом передусім дозволили встановити, яким кінцям хромосом відповідають правий і лівий кінці відповідних груп зчеплення.
Зіставлення «цитологічних» карт хромосом з «генетичними» (групами зчеплення) дає істотний матеріал для з'ясування відношення відстаней між сусідніми генами, вираженими в морганидах, і фізичними відстанями між тими ж генами в хромосомах щодо цих хромосом під мікроскопом.
Порівняння «генетичних карт» І, ІІ та ІІІ хромосом Drosophila melanogaster з «цитологічними картами» цих хромосом у метафазі на основі даних з транслокацій (за Левитським). Sp – місце прикріплення ниток веретена. Іншими позначені різні гени.
Дещо пізніше було виконано потрійне зіставлення розташування генів на «генетичних картах» зчеплення, «цитологічних картах» звичайних соматичних хромосом та «цитологічних картах» гігантських слинних залоз.
Крім дрозофіли, досить докладні «генетичні карти» груп зчеплення було складено і деяких інших видів роду Дрозофіла. При цьому виявилося, що у всіх досить докладно вивчених видів кількість груп зчеплення дорівнює гаплоїдному числу хромосом. Так, у дрозофіли, що має три пари хромосом, виявлено 3 групи зчеплення, у дрозофіли з п'ятьма парами хромосом - 5, а у дрозофіли з шістьма парами хромосом - 6 груп зчеплення.
Серед хребетних тварин краще за інших вивчена домова миша, у якої вже встановлено 18 груп зчеплення, тоді як пар хромосом 20. У людини, яка має 23 пари хромосом, відомо 10 груп зчеплення. У курки з 39 парами хромосом лише 8 груп зчеплення. Безперечно, що при подальшому генетичному вивченні цих об'єктів кількість виявлених груп зчеплення у них збільшиться і, ймовірно, буде відповідати числу пар хромосом.
Серед вищих рослин генетично найбільш добре вивчена кукурудза. У неї 10 пар хромосом і виявлено 10 великих груп зчеплення. За допомогою експериментально отриманих транслокацій та деяких інших хромосомних перебудов всі ці групи зчеплення приурочені до певних хромосом.
У деяких вищих рослин, вивчених досить докладно, також було встановлено повну відповідність між числом груп зчеплення та числом пар хромосом. Так, ячмінь має 7 пар хромосом і 7 ​​груп зчеплення, томат - 12 пар хромосом і 12 груп зчеплення, левовий зів - гаплоїдна кількість хромосом 8 і встановлено 8 груп зчеплення.
Серед нижчих рослин генетично найдокладніше вивчений сумчастий гриб. У нього гаплоїдна кількість хромосом дорівнює 7 і встановлено 7 груп зчеплення.
В даний час вважається загальновизнаним, що кількість груп зчеплення у всіх організмів дорівнює їхньому гаплоїдному числу хромосом, і якщо у багатьох тварин і рослин число відомих груп зчеплення менше, ніж їх гаплоїдна кількість хромосом, то це залежить тільки від того, що вони генетично вивчені ще недостатньо і, внаслідок цього, у них виявлено лише частину наявних груп зчеплення.

ВИСНОВОК

Як наслідок можна навести уривки з праць Т. Моргана:
»… Оскільки зчеплення має місце, виявляється, що поділ спадкової речовини є певною мірою обмеженим. Наприклад, у плодової мухи дрозофіли відомо близько 400 нових типів мутантів, особливості яких становлять лише чотири групи зчеплення.
… Члени групи зчеплення можуть іноді виявитися не так повно зчепленими один з одним, деякі з рецесивних ознак однієї серії можуть виявитися заміненими ознаками дикого типу з іншої серії. Однак навіть і в цьому випадку вони все-таки вважаються зчепленими, тому що з'єднаними разом залишаються частіше, ніж спостерігається такий обмін між серіями. Цей обмін називається перехрестом (CROSS-ING-OVER) – кросинговером. Термін цей означає, що між двома відповідними серіями зчеплення може відбуватися правильний обмін їх частинами, в якому бере участь велика кількість генів.
Теорія гена встановлює, що ознаки чи властивості особини є функцією з'єднаних у пари елементів (генів), закладених у спадковій речовині у вигляді певної кількості груп зчеплення; вона встановлює потім, що члени кожної пари генів, коли статеві клітини дозрівають, поділяються відповідно до першого закону Менделя і, отже, кожна зріла клітина статі містить тільки один асортимент їх; вона встановлює також, що члени, що належать до різних груп зчеплення, розподіляються при наслідуванні незалежно, відповідно до другого закону Менделя; і вона встановлює, що іноді має місце закономірний взаємообмін-перехрест - між відповідними один одному елементами двох груп зчеплення; нарешті, вона встановлює, що частота перехрестя доставляє дані, що доводять лінійне розташування елементів стосовно один одного...»

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Загальна генетика. М: Вища школа, 1985.
2. Хрестоматія з генетики. Вид-во Казанського ун-ту, 1988.
3. Петров Д. Ф. Генетика з основами селекції, М: Вища школа, 1971.
4. Біологія. М.: Світ, 1974.