Atvēra G.T. Morgans un viņa skolēni 1911.-1926.gadā.Viņi pierādīja, ka Mendeļa trešais likums prasa papildinājumus: iedzimtas tieksmes ne vienmēr tiek mantotas neatkarīgi, dažreiz tās tiek pārnestas veselās grupās - tās ir saistītas viena ar otru. Konstatētie gēnu izvietojuma modeļi hromosomās veicināja Gregora Mendeļa likumu citoloģisko mehānismu noskaidrošanu un teorijas ģenētisko pamatu attīstību. dabiskā izlase. Šādas grupas var pāriet uz citu homologu hromosomu, ja tās tiek konjugētas mejozes 1. profāzes laikā.

Hromosomu teorijas noteikumi:

• 1) Iedzimtas informācijas pārraide ir saistīta ar hromosomām, kurās gēni atrodas lineāri, noteiktos lokos.
• 2) Katrs vienas homologās hromosomas gēns atbilst citas homologās hromosomas alēlajam gēnam.
• 3) Alēlie gēni var būt vienādi homozigotiem un atšķirīgi heterozigotiem.
• 4) Katrs indivīds populācijā satur tikai 2 alēles, un gametas - vienu alēli.
• 5) Fenotipā pazīme izpaužas 2 alēlo gēnu klātbūtnē.
• 6) Dominēšanas pakāpe vairākās alēlēs palielinās no galēji recesīvas līdz galēji dominējošai. Piemēram, trušiem apmatojuma krāsa ir atkarīga no recesīvā gēna "c" - albīnisma gēna. Dominējošs attiecībā pret "c" būs gēns "ch" - Himalaju (ermīna) krāsa - balts ķermenis, atsevišķas acis, tumši deguna gali, ausis, aste un ekstremitātes. Dominējošais attiecībā uz "ch" būs gēns "chc" - šinšila - gaiši pelēks. Vēl dominējošāks būs "ca" gēns - agouti, tumšā krāsa. Dominējošākais būs C gēns - melna krāsa, tas dominē visās alēlēs - C, ca, chc, ch , s.
• 7) Alēļu dominēšana un recesivitāte nav absolūta, bet gan relatīva. To pašu pazīmi var pārmantot dominējošā VAI recesīvā veidā. Piemēram, negroīdos epicanthus pārmantojums ir dominējošs, mongoloīdos tas ir recesīvs, kaukāziešiem šīs alēles nav. Jaunizveidotās alēles ir recesīvas. Vecie ir dominējošie.
• 8) Katram hromosomu pārim ir raksturīgs noteikts gēnu kopums, kas veido saiknes grupas, kas bieži tiek mantotas kopā.
• 9) Saiknes grupu skaits ir vienāds ar hromosomu skaitu haploīdajā komplektā.
• 10) Gēnu kustība no vienas homologas hromosomas uz otru mejozes 1.profāzē notiek ar noteiktu frekvenci, kas ir apgriezti proporcionāla attālumam starp gēniem – jo mazāks attālums starp gēniem, jo ​​lielāks adhēzijas spēks starp tiem; un otrādi.
• 11) Attāluma mērvienība starp gēniem ir morganīds, kas ir vienāds ar 1% krustojuma pēcnācēju. Piemēram, Rh faktora gēns un ovalocitozes gēns atrodas 3 morganīdu attālumā viens no otra, un krāsu akluma un hemofilijas gēns ir 10 morganīdu attālumā.

Hromosomu teorijas nosacījumus citoloģiski un eksperimentāli pierādīja Morgans uz augļu mušas Drosophila.

To pazīmju pārmantošanu, kuru gēni atrodas X un Y dzimuma hromosomās, sauc par ar dzimumu saistītu mantojumu. Piemēram, cilvēkiem krāsu akluma un hemofilijas recesīvie gēni atrodas X dzimuma hromosomā. Apsveriet hemofilijas pārmantošanu cilvēkiem:

h - hemofilijas (asiņošanas) gēns;

H - normālas asins recēšanas gēns.

Recesīvā iezīme izpaužas zēniem, meitenēm to nomāc alēlija dominējošais H-gēns.

Iezīmes pārmantošana notiek šķērsām – no dzimuma uz dzimumu, no mātes uz dēliem, no tēva uz meitām.

Iezīmes ārējā izpausme - fenotips - ir atkarīga no vairākiem apstākļiem:

• 1) 2 iedzimtu noguldījumu klātbūtne no abiem vecākiem;
• 2) par alēlisko gēnu mijiedarbības ceļu (dominants, recesīvs, kodominants);
• 3) par nealēlisko gēnu mijiedarbības nosacījumiem (komplementārā, epistātiskā mijiedarbība, polimerisms, pleiotropija);
• 4) no gēna atrašanās vietas (autosomā vai dzimumhromosomā);
• 5) ar nosacījumiem ārējā vide.

Saistīts mantojums. Hromosomu iedzimtības teorija.

Hromosomu iedzimtības teorija.

Galvenie hromosomu iedzimtības teorijas nosacījumi. Hromosomu analīze.

Hromosomu teorijas veidošanās. 1902.-1903.gadā. Amerikāņu citologs V. Setons un vācu citologs un embriologs T. Boveri neatkarīgi atklāja paralēlismu gēnu un hromosomu uzvedībā gametu veidošanās un apaugļošanās laikā. Šie novērojumi veidoja pamatu pieņēmumam, ka gēni atrodas hromosomās. Taču eksperimentālus pierādījumus konkrētu gēnu lokalizācijai konkrētās hromosomās tikai 1910. gadā ieguva amerikāņu ģenētiķis T. Morgans, kurš turpmākajos gados (1911-1926) pamatoja hromosomu iedzimtības teoriju. Saskaņā ar šo teoriju iedzimtas informācijas pārraide ir saistīta ar hromosomām, kurās gēni ir lokalizēti lineāri, noteiktā secībā. Tādējādi tieši hromosomas ir iedzimtības materiālais pamats.

Hromosomu iedzimtības teorija- teorija, saskaņā ar kuru šūnas kodolā esošās hromosomas ir gēnu nesēji un veido iedzimtības materiālo pamatu, tas ir, organismu īpašību nepārtrauktību vairākās paaudzēs nosaka to hromosomu nepārtrauktība. Hromosomu iedzimtības teorija radās 20. gadsimta sākumā. balstīta uz šūnu teoriju un tika izmantota, lai pētītu organismu iedzimtās īpašības hibridoloģiskās analīzes ietvaros.

Galvenie hromosomu iedzimtības teorijas nosacījumi.

1. Gēni atrodas uz hromosomām. Turklāt dažādās hromosomas satur nevienlīdzīgu gēnu skaitu. Turklāt gēnu komplekts katrai nehomologajai hromosomai ir unikāls.

2. Alēlie gēni homologās hromosomās ieņem vienus un tos pašus lokusus.

3. Gēni atrodas hromosomā lineārā secībā.

4. Vienas hromosomas gēni veido sasaistes grupu, tas ir, tie tiek mantoti pārsvarā saistīti (kopīgi), kā rezultātā notiek dažu pazīmju saistīta pārmantošana. Saiknes grupu skaits ir vienāds ar konkrētās sugas hromosomu haploīdu skaitu (homogamētiskajā dzimumā) vai vairāk par 1 (heterogamētiskajā dzimumā).

5. Saikne tiek pārtraukta krustošanās rezultātā, kuras biežums ir tieši proporcionāls attālumam starp gēniem hromosomā (tādēļ saites stiprums ir apgriezti saistīts ar attālumu starp gēniem).

6. Visi sugas ko raksturo noteikts hromosomu kopums – kariotips.

Saistīts mantojums

Neatkarīgā pazīmju kombinācija (Mendela trešais likums) tiek veikta ar nosacījumu, ka gēni, kas nosaka šīs pazīmes, atrodas dažādos homologo hromosomu pāros. Līdz ar to katrā organismā gēnu skaitu, kas var neatkarīgi apvienoties meiozē, ierobežo hromosomu skaits. Tomēr organismā gēnu skaits ievērojami pārsniedz hromosomu skaitu. Piemēram, kukurūzā pirms molekulārās bioloģijas laikmeta tika pētīti vairāk nekā 500 gēnu, Drosophila mušai - vairāk nekā 1 tūkstotis, bet cilvēkiem - aptuveni 2 tūkstoši gēnu, savukārt tiem ir 10, 4 un 23 hromosomu pāri, attiecīgi. Tas, ka gēnu skaits augstākajos organismos ir vairāki tūkstoši, V. Setonam bija skaidrs jau 20. gadsimta sākumā. Tas ļāva pieņemt, ka katrā hromosomā ir lokalizēti daudzi gēni. Gēni, kas atrodas vienā hromosomā, veido saiknes grupu un tiek mantoti kopā.

T. Morgans ierosināja gēnu kopīgo pārmantošanu saukt par saistītu mantojumu. Saiknes grupu skaits atbilst haploīdajam hromosomu skaitam, jo ​​saišu grupa sastāv no divām homologām hromosomām, kurās ir lokalizēti vieni un tie paši gēni. (Heterogamētiskā dzimuma indivīdiem, piemēram, vīriešu dzimuma zīdītājiem, faktiski ir vēl viena saišu grupa, jo X un Y hromosomas satur dažādi gēni un pārstāv divas dažādas saiknes grupas. Tādējādi sievietēm ir 23 saikņu grupas, bet vīriešiem – 24).

Saistīto gēnu pārmantošanas veids atšķiras no gēnu mantojuma, kas atrodas dažādos homologo hromosomu pāros. Tātad, ja ar neatkarīgu kombināciju diheterozigots indivīds veido četru veidu gametas (AB, Ab, aB un ab) vienādos daudzumos, tad ar saistītu iedzimtību (ja nav šķērsošanas), viens un tas pats diheterozigots veido tikai divu veidu gametas. gametas: (AB un ab) arī vienādos daudzumos. Pēdējie atkārto gēnu kombināciju vecāku hromosomā.

Tomēr tika konstatēts, ka bez parastajām (nekrustojošām) gametām rodas arī citas (crossover) gametas ar jaunām gēnu kombinācijām - Ab un aB, kas atšķiras no gēnu kombinācijām vecāku hromosomās. Šādu gametu rašanās iemesls ir homologu hromosomu sekciju apmaiņa vai krustošanās.

Pāreja notiek mejozes I fāzē homologu hromosomu konjugācijas laikā. Šajā laikā divu hromosomu daļas var krustoties un apmainīties ar savām daļām. Tā rezultātā rodas kvalitatīvi jaunas hromosomas, kas satur gan mātes, gan tēva hromosomu sekcijas (gēnus). Indivīdus, kas iegūti no šādām gametām ar jaunu alēļu kombināciju, sauc par krustošanos vai rekombinantiem.

Divu vienā un tajā pašā hromosomā esošo gēnu krustošanās biežums (procentos) ir proporcionāls attālumam starp tiem. Divu gēnu krustošanās notiek retāk, jo tuvāk tie atrodas viens otram. Palielinoties attālumam starp gēniem, arvien vairāk palielinās iespējamība, ka šķērsošana tos atdalīs divās dažādās homologās hromosomās.

Attālums starp gēniem raksturo to saiknes stiprumu. Ir gēni ar liels procents sajūgs un tie, kur sajūgs gandrīz netiek atklāts. Tomēr ar saistītu mantojumu maksimālā krustošanas frekvence nepārsniedz 50%. Ja tas ir augstāks, tad starp alēļu pāriem ir brīva kombinācija, kas nav atšķirama no neatkarīgas mantojuma.

bioloģiskā nozīme krustošanās ir ārkārtīgi liela, jo ģenētiskā rekombinācija ļauj izveidot jaunas, iepriekš neeksistējošas gēnu kombinācijas un tādējādi palielināt iedzimta mainīgums, kas sniedz plašas iespējas organismam pielāgoties dažādi apstākļi vide. Persona īpaši veic hibridizāciju, lai iegūtu vajadzīgās kombinācijas izmantošanai selekcijas darbā.

Sakabināšana un šķērsošana. No iepriekšējās nodaļās izklāstītajiem ģenētiskās analīzes principiem skaidri izriet, ka neatkarīga pazīmju kombinācija var rasties tikai tad, ja gēni, kas nosaka šīs pazīmes, atrodas nehomologās hromosomās. Līdz ar to katrā organismā to pazīmju pāru skaitu, kurām tiek novērota neatkarīga pārmantošana, ierobežo hromosomu pāru skaits. No otras puses, ir acīmredzams, ka gēnu kontrolētā organisma īpašību un īpašību skaits ir ārkārtīgi liels, un hromosomu pāru skaits katrā sugā ir salīdzinoši neliels un nemainīgs.

Atliek pieņemt, ka katra hromosoma satur nevis vienu gēnu, bet gan daudzus. Ja tā, tad Mendeļa trešais likums attiecas uz hromosomu, nevis gēnu sadalījumu, t.i., tā iedarbība ir ierobežota.

Saistītā mantojuma fenomens. No trešā Mendeļa likuma izriet, ka krustojot formas, kas atšķiras divos gēnu pāros (AB un ab), iegūt hibrīdu AaBb, ražo četru veidu gametas AB, Ab, aB un ab vienādos daudzumos.

Saskaņā ar to analīzes krustojumā tiek veikta sadalīšana 1: 1: 1: 1, t.i. vecāku formām raksturīgo pazīmju kombinācijas (AB un ab), notiek ar tādu pašu biežumu kā jaunas kombinācijas (Ab un aB),- 25% katrs. Tomēr faktiem uzkrājoties, ģenētiķi arvien biežāk sāka saskarties ar novirzēm no neatkarīgas mantošanas. Dažos gadījumos jaunas funkciju kombinācijas (Ab un aB) iekšā Fb pilnīgi neesošs - novērots pilna saķere starp sākotnējo formu gēniem. Bet biežāk pēcnācējos vienā vai otrā pakāpē dominēja vecāku pazīmju kombinācijas, un jaunas kombinācijas radās retāk nekā gaidīts ar neatkarīgu pārmantošanu, t.i. mazāk nekā 50%. Tādējādi šajā gadījumā gēni biežāk tika mantoti sākotnējā kombinācijā (tie bija saistīti), bet dažreiz šī saikne tika pārtraukta, radot jaunas kombinācijas.

Gēnu kopīgo pārmantošanu, kas ierobežo to brīvo kombināciju, Morgans ierosināja saukt par gēnu saiti vai saistītu mantojumu.

Šķērsošana un tās ģenētiskais pierādījums. Ja tiek pieņemts, ka vienā hromosomā atrodas vairāk nekā viens gēns, rodas jautājums, vai viena gēna alēles homologā hromosomu pārī var mainīties vietām, pārejot no vienas homologas hromosomas uz otru. Ja šāds process nenotiktu, tad gēnus apvienotu tikai nejauši nehomologu hromosomu segregācija meiozē, un gēni, kas atrodas vienā homologo hromosomu pārī, vienmēr tiktu mantoti saistītā grupā.

T. Morgana un viņa skolas pētījumi parādīja, ka gēni regulāri notiek homologā hromosomu pārī. Homologo hromosomu identisku sekciju apmaiņas procesu ar tajās esošajiem gēniem sauc par hromosomu krustošanu jeb crossing over.. Crossing over nodrošina jaunas gēnu kombinācijas, kas atrodas uz homologām hromosomām. Šķērsošanas parādība, kā arī saikne, izrādījās raksturīga visiem dzīvniekiem, augiem un mikroorganismiem. Identisku reģionu apmaiņa starp homologām hromosomām nodrošina gēnu apmaiņu vai rekombināciju un tādējādi ievērojami palielina kombinētās mainīguma lomu evolūcijā. Par hromosomu krustojumu var spriest pēc organismu sastopamības biežuma ar jaunu rakstzīmju kombināciju. Šādus organismus sauc par rekombinantiem.

Gametes ar hromosomām, kurām ir veikta krustošanās, sauc par krustošanos, bet ar tām, kurām nav veikta krustošanās, tās sauc par nekrosoveriem. Attiecīgi organismus, kas radušies, kombinējot hibrīdas krustojošās gametas ar analizatora gametām, sauc par krustojošiem jeb rekombinantiem. , un tās, kas radušās hibrīdu gametu, kas nav krusteniskas, dēļ tiek sauktas par nekrosoverēm vai nerekombinantām.

Morgana sakabes likums. Analizējot sadalīšanu krosovera gadījumā, uzmanība tiek pievērsta noteiktai krosoveru un nekrosoveru klašu kvantitatīvai attiecībai. Abas sākotnējās vecāku pazīmju kombinācijas, kas veidotas no ne-krustojošām gametām, ir vienādas analizējošā krustojuma pēcnācējiem. kvantitatīvi. Šajā eksperimentā ar Drosophila bija aptuveni 41,5% abu indivīdu. Kopumā nešķērsojošās mušas veidoja 83% no kopējā pēcnācēju skaita. Abas krosoveru klases ir vienādas arī indivīdu skaita ziņā, un to summa ir 17%.

Šķērsošanas biežums nav atkarīgs no krustošanā iesaistīto gēnu alēlija stāvokļa. Ja lido un tiek izmantots kā vecāks, tad, analizējot krustojumu krustojumu ( b+vg un bvg +) un bez krustošanas ( bvg un b+vg+) indivīdi parādīsies ar tādu pašu biežumu (attiecīgi 17 un 83%) kā pirmajā gadījumā.

Šo eksperimentu rezultāti liecina, ka gēnu saikne patiešām pastāv, un tikai noteiktā procentuālā daļā gadījumu tā tiek pārtraukta krustošanās dēļ. Līdz ar to tika secināts, ka starp homologām hromosomām var apmainīties ar identiskiem reģioniem, kā rezultātā gēni, kas atrodas šajos pāru hromosomu reģionos, pārvietojas no vienas homologās hromosomas uz otru. Gēnu krustojuma (pilnīgas saiknes) neesamība ir izņēmums, un tas ir zināms tikai dažu sugu heterogamētiskajam dzimumam, piemēram, Drosophila un zīdtārpiņam.

Morgana pētīto pazīmju saistīto pārmantošanu sauca par Morgana sasaistes likumu.Tā kā starp gēniem notiek rekombinācija un pats gēns netiek atdalīts ar krustojuma palīdzību, to uzskatīja par krustošanās vienību.

Crossover vērtība. Crossover vērtību mēra pēc krustojuma īpatņu skaita attiecības pret kopējo īpatņu skaitu pēcnācējos no analizējošā krustojuma. Rekombinācija notiek abpusēji, t.i. tiek veikta savstarpēja apmaiņa starp vecāku hromosomām; tas uzliek pienākumu saskaitīt krosoveru klases kopā kā viena notikuma rezultātu. Crossover vērtību izsaka procentos. Viens procents šķērsošanas ir attāluma vienība starp gēniem.

Gēnu lineārs izvietojums hromosomā. T. Morgans ierosināja, ka gēni hromosomās atrodas lineāri, un krustošanās biežums atspoguļo relatīvo attālumu starp tiem: jo biežāk notiek krustošanās, jo tālāk gēni atrodas viens no otra hromosomā; jo mazāk krustojumu, jo tuvāk tie ir viens otram.

Viens no Morgana klasiskajiem eksperimentiem ar Drosophila, kas pierāda gēnu lineāro izvietojumu, bija šāds. Mātītes heterozigotas pēc trim saistītiem recesīviem gēniem, kas nosaka dzelteno ķermeņa krāsu y, balta acu krāsa w un dakšveida spārni bi, tika krustoti ar šiem trim gēniem homozigotiem tēviņiem. Pēcnācējiem tika iegūti 1,2% krustojuma mušu, kas radās krustojoties starp gēniem plkst un w; 3,5% - no gēnu krustošanās w un bi un 4,7% starp plkst un b.i.

No šiem datiem skaidri izriet, ka krustojuma procentuālais daudzums ir atkarība no attāluma starp gēniem. Tā kā attālums starp galējiem gēniem plkst un bi ir vienāda ar divu attālumu summu starp plkst un w, w un bi, jāpieņem, ka gēni hromosomā atrodas secīgi, t.i. lineāri.

Šo rezultātu reproducējamība atkārtotos eksperimentos liecina, ka gēnu atrašanās vieta hromosomā ir stingri fiksēta, t.i., katrs gēns ieņem savu specifisko vietu hromosomā – lokusā.

Galvenie hromosomu iedzimtības teorijas nosacījumi – alēļu savienošana pārī, to samazināšanās mejozē un gēnu lineārais izvietojums hromosomā – atbilst hromosomas vienpavediena modelim.

Viens un vairāki krusti. Pieņemot nostāju, ka hromosomā var būt daudz gēnu un tie atrodas hromosomā lineārā secībā, un katrs gēns hromosomā ieņem noteiktu lokusu, Morgans atzina, ka krustojums starp homologām hromosomām var notikt vienlaicīgi vairākos punktos. . Šo pieņēmumu viņš pierādīja arī uz Drosophila, un pēc tam pilnībā apstiprināja uz vairākiem citiem dzīvniekiem, kā arī uz augiem un mikroorganismiem.

Šķērsošanu, kas notiek tikai vienā vietā, sauc par vienreizēju, divos punktos vienlaikus - divkāršu, trijos - trīskāršu utt., t.i. tas var būt vairākas.

Jo tālāk gēni atrodas hromosomā, jo lielāka ir dubultu krustošanās iespējamība starp tiem. Rekombināciju procentuālais daudzums starp diviem gēniem precīzāk atspoguļo attālumu starp tiem, jo ​​mazāks tas ir, jo neliela attāluma gadījumā samazinās dubultās apmaiņas iespēja.

Lai ņemtu vērā dubulto šķērsošanu, ir nepieciešams papildu marķieris, kas atrodas starp diviem pētītajiem gēniem. Attāluma noteikšanu starp gēniem veic šādi: viena krosoveru klašu procentuālo attiecību summai tiek pieskaitīta dubultā krosoveru procentuālā daļa. Dubulto krustojumu procentuālais daudzums ir nepieciešams dubultot, jo katrs dubultais krustojums ir saistīts ar diviem neatkarīgiem atsevišķiem pārtraukumiem divos punktos.

Traucējumi. Ir konstatēts, ka šķērsošana, kas notiek vienā hromosomas vietā, nomāc šķērsošanu tuvējos reģionos. Šo parādību sauc par interferenci.Ar dubulto krustojumu interference ir īpaši izteikta nelielu attālumu starp gēniem gadījumā. Hromosomu pārtraukumi ir atkarīgi viens no otra. Šīs atkarības pakāpi nosaka attālums starp notiekošajiem pārtraukumiem: attālinoties no pārtraukuma, palielinās vēl viena pārtraukuma iespēja.

Interferences efektu mēra ar novēroto dubulto pārtraukumu skaita attiecību pret iespējamo skaitu, pieņemot, ka katra no pārrāvumiem ir pilnīga neatkarība.

gēnu lokalizācija. Ja gēni atrodas lineāri hromosomā un šķērsošanas biežums atspoguļo attālumu starp tiem, tad var noteikt gēna atrašanās vietu hromosomā.

Pirms gēna pozīcijas noteikšanas, t.i., tā lokalizācijas, ir jānosaka, kurā hromosomā šis gēns atrodas. Gēni, kas atrodas vienā hromosomā un ir mantoti saistītā veidā, veido saišu grupu.Ir skaidrs, ka katras sugas saišu grupu skaitam jāatbilst haploīdajam hromosomu kopumam.

Līdz šim ģenētiski visvairāk pētītajos objektos ir identificētas sasaistes grupas, un visos šajos gadījumos ir konstatēta pilnīga atbilstība starp saišu grupu skaitu un haploīdo hromosomu skaitu. Jā, kukurūza Zea mays) haploīdais hromosomu kopums un saišu grupu skaits ir 10, zirņos ( Pisum sativum) - 7, Drosophila melanogaster - 4, mājas peles ( Muskuļi) - 20 utt.

Tā kā gēns ieņem noteiktu vietu saišu grupā, tas ļauj iestatīt gēnu secību katrā hromosomā un izveidot hromosomu ģenētiskās kartes.

ģenētiskās kartes. Hromosomu ģenētiskā karte ir diagramma par gēnu relatīvo izvietojumu noteiktā saišu grupā. Tie līdz šim apkopoti tikai dažiem no ģenētiskā viedokļa visvairāk pētītajiem objektiem: Drosophila, kukurūza, tomāti, peles, neirosporas, Escherichia coli u.c.

Katram homologo hromosomu pārim tiek izveidotas ģenētiskās kartes. Sajūgu grupas ir numurētas.

Lai kartētu, ir jāizpēta liela skaita gēnu pārmantošanas modeļi. Piemēram, Drosofilā ir pētīti vairāk nekā 500 gēnu, kas atrodas četrās saišu grupās; kukurūzā vairāk nekā 400 gēnu, kas atrodas desmit saišu grupās un tā tālāk. Sastādot ģenētiskās kartes, tiek norādīta sasaistes grupa, gēnu pilns vai saīsināts nosaukums, attālums procentos no viena no hromosomas galiem, kas ņemts par nulles punktu; dažreiz ir norādīta centromēra vieta.

Daudzšūnu organismos gēnu rekombinācija ir abpusēja. Mikroorganismos tas var būt vienpusējs. Tātad vairākās baktērijās, piemēram, Escherichia coli ( Escherichia coli), pārsūtīšana ģenētiskā informācija rodas šūnu konjugācijas laikā. Vienīgā baktērijas hromosoma, kurai ir slēgta gredzena forma, konjugācijas laikā vienmēr saplīst noteiktā punktā un pāriet no vienas šūnas uz otru.

Pārnestā hromosomas segmenta garums ir atkarīgs no konjugācijas ilguma. Gēnu secība hromosomā ir nemainīga. Tāpēc attālums starp gēniem šādā gredzena kartē tiek mērīts nevis šķērsošanas procentos, bet gan minūtēs, kas atspoguļo konjugācijas ilgumu.

Citoloģiskie pierādījumi par šķērsošanu. Pēc tam, kad ģenētiskās metodes varēja noteikt šķērsošanas fenomenu, bija nepieciešams iegūt tiešus pierādījumus par homologu hromosomu sekciju apmaiņu, ko pavada gēnu rekombinācija. Mejozes profāzē novērotie chiasma modeļi var kalpot tikai kā netiešs šīs parādības pierādījums; tiešā novērošanā notikušo apmaiņu nav iespējams noteikt, jo homologās hromosomas, kas apmainās ar segmentiem, parasti ir absolūti vienāda izmēra un forma.

Lai salīdzinātu milzu hromosomu citoloģiskās kartes ar ģenētiskajām kartēm, Bridges ieteica izmantot krustojuma koeficientu.Lai to izdarītu, viņš visu siekalu dziedzeru hromosomu kopējo garumu (1180 μm) sadalīja ar ģenētisko karšu kopējo garumu (279 vienības). Vidēji šī attiecība bija 4,2. Tāpēc katra krustojuma vienība ģenētiskajā kartē atbilst 4,2 mikroniem citoloģiskajā kartē (siekalu dziedzeru hromosomām). Zinot attālumu starp gēniem jebkuras hromosomas ģenētiskajā kartē, var salīdzināt krustošanās relatīvo biežumu tās dažādos reģionos. Piemēram, iekšā X- Drosophila hromosomu gēni plkst un ec atrodas 5,5% attālumā, tādēļ attālumam starp tiem milzu hromosomā jābūt 4,2 μm X 5,5 = 23 μm, bet tiešais mērījums dod 30 μm. Tātad šajā jomā X-Hromosomu šķērsošana ir mazāka par vidējo normu.

Sakarā ar nevienmērīgu apmaiņu ieviešanu visā hromosomu garumā, kad tās tiek kartētas, gēni tajā tiek sadalīti ar dažādu blīvumu. Tāpēc gēnu sadalījumu ģenētiskajās kartēs var uzskatīt par indikatoru krustošanās iespējamībai visā hromosomas garumā.

Crossover mehānisms. Jau pirms hromosomu krustošanās atklāšanas ar ģenētiskām metodēm, citologi, pētot mejozes profāzi, novēroja hromosomu savstarpējas ietīšanas fenomenu, χ formas figūru veidošanos ar tām - chiasm (χ ir grieķu burts "chi"). 1909. gadā F. Jansens ierosināja, ka chiasmata ir saistīta ar hromosomu reģionu apmaiņu. Pēc tam šie attēli kalpoja kā papildu arguments par labu T. Morgana 1911. gadā izvirzītajai hipotēzei par hromosomu ģenētisko krustojumu.

Hromosomu krustošanās mehānisms ir saistīts ar homologu hromosomu uzvedību mejozes I fāzē.

Pāreja notiek četru hromatīdu stadijā un aprobežojas ar chiasmata veidošanos.

Ja vienā bivalentā nebija viena apmaiņa, bet divas vai vairākas, tad šajā gadījumā veidojas vairākas chiasmatas. Tā kā divvērtīgajā ir četras hromatīdas, tad acīmredzot katrai no tām ir vienāda iespēja apmainīties ar vietām ar jebkuru citu. Šajā gadījumā apmaiņā var piedalīties divi, trīs vai četri hromatīdi.

Māsu hromatīdu apmaiņa nevar izraisīt rekombinācijas, jo tās ir ģenētiski identiskas, un tāpēc šādai apmaiņai nav jēgas kā kombinētās mainīguma bioloģiskam mehānismam.

Somatiskā (mitotiskā) šķērsošana. Kā jau minēts, šķērsošana notiek mejozes I fāzē gametu veidošanās laikā. Tomēr ir somatiska jeb mitotiska šķērsošana, kas tiek veikta somatisko šūnu, galvenokārt embrionālo audu, mitotiskās dalīšanās laikā.

Ir zināms, ka mitozes profāzē esošās homologās hromosomas parasti nekonjugējas un atrodas neatkarīgi viena no otras. Tomēr dažreiz ir iespējams novērot homologu hromosomu sinapses un figūras, kas atgādina chiasma, bet hromosomu skaita samazināšanās netiek novērota.

Hipotēzes par krosovera mehānismu. Ir vairākas hipotēzes par krosovera mehānismu, taču neviena no tām pilnībā neizskaidro gēnu rekombinācijas faktus un šajā gadījumā novērotos citoloģiskos modeļus.

Saskaņā ar F. Jansensa izvirzīto un K. Darlingtona izstrādāto hipotēzi homologo hromosomu sinapses procesā bivalentā veidojas dinamiska spriedze, kas rodas saistībā ar hromosomu pavedienu spirālizāciju, kā arī savstarpējā. homologu ietīšana bivalentā. Šīs spriedzes dēļ viena no četrām hromatīdām salūzt. Pārrāvums, izjaucot līdzsvaru bivalentā, noved pie kompensācijas pārtraukuma stingri identiskā punktā jebkurā citā tā paša divvērtīgā hromatīda hromatīdā. Pēc tam notiek abpusēja lauzto galu atkalapvienošanās, kas noved pie pāri. Saskaņā ar šo hipotēzi chiasmata ir tieši saistīta ar šķērsošanu.

Saskaņā ar K. Saksa hipotēzi, hiasmas nav krustošanās rezultāts: vispirms veidojas hiasmas, un tad notiek apmaiņa. Ar hromosomu novirzīšanos uz poliem mehāniskā sprieguma dēļ chiasma vietās notiek pārtraukumi un atbilstošo sekciju apmaiņa. Pēc apmaiņas chiasm pazūd.

Citas hipotēzes, ko ierosināja D. Belings un modernizēja I. Lederbergs, nozīme ir tāda, ka DNS replikācijas process var abpusēji pārslēgties no vienas ķēdes uz otru; reprodukcija, sākot ar vienu šablonu, pārslēdzas no kāda punkta uz DNS veidnes virkni.

Faktori, kas ietekmē hromosomu krustošanu.Šķērsošanu ietekmē daudzi gan ģenētiski, gan vides faktori. Tāpēc reālā eksperimentā var runāt par pārejas frekvenci, paturot prātā visus nosacījumus, kādos tā tika noteikta. Šķērsošanas starp heteromorfām praktiski nav X- un Y-hromosomas. Ja tas notiktu, hromosomu dzimuma noteikšanas mehānisms tiktu pastāvīgi iznīcināts. Šo hromosomu šķērsošanas bloķēšana ir saistīta ne tikai ar to lieluma atšķirībām (tas ne vienmēr tiek novērots), bet arī Y-specifiskas nukleotīdu sekvences. Nepieciešamais nosacījums hromosomu (vai to sekciju) sinapse - nukleotīdu secību homoloģija.

Lielākajai daļai augstāko eikariotu ir raksturīgs aptuveni vienāds krustošanās biežums gan homogamētiskajā, gan heterogamētiskajā dzimumā. Tomēr ir sugas, kurām heterogamētiskā dzimuma indivīdiem krustošanās nenotiek, savukārt homogamētiskā dzimuma indivīdiem tā norit normāli. Šāda situācija tiek novērota heterogamētiskiem Drosophila tēviņiem un zīdtārpiņu mātītēm. Zīmīgi, ka mitotiskās krustošanās biežums šīm sugām vīriešiem un mātītēm ir gandrīz vienāds, kas norāda uz dažādiem ģenētiskās rekombinācijas posmu kontroles elementiem dzimumšūnās un somatiskajās šūnās. Heterohromatiskajos reģionos, jo īpaši pericentromēriskajos reģionos, šķērsošanas biežums ir samazināts, un tāpēc patiesais attālums starp gēniem šajos reģionos var tikt mainīts.

Atklāti krustojumu bloķējoši gēni , bet ir arī gēni, kas palielina tā biežumu. Dažreiz tie var izraisīt ievērojamu skaitu krustošanās Drosophila tēviņiem. Hromosomu pārkārtošanās, jo īpaši inversijas, var darboties arī kā krustojuma slēdzenes. Tie izjauc normālu hromosomu konjugāciju zigotēnā.

Tika konstatēts, ka pārbraukšanas biežumu ietekmē organisma vecums, kā arī eksogēni faktori: temperatūra, starojums, sāļu koncentrācija, ķīmiskie mutagēni, zāles, hormoni. Lielākajā daļā šo ietekmju šķērsošanas biežums palielinās.

Kopumā krustošanās ir viens no regulāriem ģenētiskajiem procesiem, ko kontrolē daudzi gēni gan tieši, gan caur meiotisko vai mitotisko šūnu fizioloģisko stāvokli. Dažādu veidu rekombināciju biežums (meiotiskā, mitotiskā krustošanās un māsa, hromatīdu apmaiņa) var kalpot kā mutagēnu, kancerogēnu, antibiotiku utt. darbības mērs.

Morgana mantošanas likumi un no tiem izrietošie iedzimtības principi. T. Morgana darbiem bija milzīga loma ģenētikas izveidē un attīstībā. Viņš ir hromosomu iedzimtības teorijas autors. Viņi atklāja mantojuma likumus: ar dzimumu saistītu īpašību pārmantošana, saistīta mantošana.

No šiem likumiem izriet šādi iedzimtības principi:

1. Faktorgēns ir specifisks hromosomas lokuss.

2. Gēnu alēles atrodas identiskos homologo hromosomu lokusos.

3. Gēni hromosomā atrodas lineāri.

4. Crossing over ir regulārs gēnu apmaiņas process starp homologām hromosomām.

Mobilie genoma elementi. 1948. gadā amerikāņu pētnieks Makklintoks atklāja kukurūzā gēnus, kas pārvietojas no vienas hromosomas daļas uz otru un nosauca šo fenomenu par transponēšanu, un paši gēni kontrolēja elementus (CE). 1. Šos vienumus var pārvietot no vienas vietnes uz citu; 2. to integrācija noteiktā reģionā ietekmē tuvumā esošo gēnu darbību; 3. CE zudums noteiktā lokusā pārveido iepriekš mainīgu lokusu par stabilu; 4. Vietās, kur atrodas EC, var rasties dzēšanas, translokācijas, transpozīcijas, inversijas, kā arī hromosomu pārtraukumi. 1983. gadā Nobela prēmija tika piešķirta Barbarai Makklintokai par mobilo ģenētisko elementu atklāšanu.

Transponējamo elementu klātbūtne genomos rada dažādas sekas:

1. Mobilo elementu pārvietošanās un ievadīšana gēnos var izraisīt mutācijas;

2. Gēnu aktivitātes stāvokļa maiņa;

3. Hromosomu pārkārtojumu veidošanās;

4. Telomēru veidošanās.

5. Līdzdalība horizontālajā gēnu pārnesē;

6. Transposoni, kuru pamatā ir P-elements, tiek izmantoti transformācijai eikariotos, gēnu klonēšanai, pastiprinātāju meklēšanai utt.

Prokariotos ir trīs veidu mobilie elementi - IS elementi (insercijas), transposoni un daži bakteriofāgi. IS elementi tiek ievietoti jebkurā DNS reģionā, bieži izraisot mutācijas, iznīcinot kodējošās vai regulējošās sekvences un ietekmējot blakus esošo gēnu ekspresiju. Bakteriofāgs ievietošanas rezultātā var izraisīt mutācijas.

§ 5. T. G. Morgans un viņa hromosomu teorija

Tomass Gents Morgans dzimis 1866. gadā Kentuki (ASV). Pēc universitātes beigšanas divdesmit četros gados Morganam tika piešķirts zinātņu doktora nosaukums, un divdesmit piecu gadu vecumā viņš kļuva par profesoru.

Kopš 1890. gada Morgans nodarbojas ar eksperimentālo embrioloģiju. 20. gadsimta pirmajā desmitgadē viņam patika iedzimtības jautājumi.

Izklausās paradoksāli, taču savas darbības sākumā Morgans bija dedzīgs Mendeļa mācību pretinieks un grasījās atspēkot viņa likumus par dzīvnieku objektiem – trušiem. Tomēr Kolumbijas universitātes pilnvarnieki uzskatīja, ka pieredze ir pārāk dārga. Tā Morgans sāka pētīt lētāku objektu – augļmušu Drosophila, un pēc tam ne tikai nenonāca pie Mendeļa likumu noliegšanas, bet arī kļuva par viņa mācību cienīgu pēcteci.

Pētnieks eksperimentos ar Drosophila rada hromosomu iedzimtības teorija- lielākais atklājums, okupē, pēc izteiksmes N. K. Koļcova, "tā pati vieta bioloģijā kā molekulārā teorija ķīmijā un atomu struktūru teorija fizikā."

1909.-1911.gadā. Morgans un viņa tikpat izcilie studenti A. Stērtvants, G. Mīlers, K. Bridžs parādīja, ka Mendeļa trešais likums prasa būtiskus papildinājumus: iedzimtas tieksmes ne vienmēr tiek mantotas neatkarīgi; dažreiz tie tiek pārraidīti veselās grupās - savstarpēji saistītas. Šādas grupas, kas atrodas attiecīgajā hromosomā, var pāriet uz citu homologu hromosomu hromosomu konjugācijas laikā mejozes laikā (I fāze).

Tika formulēta pilna hromosomu teorija T. G. Morgans laika posmā no 1911. līdz 1926. Ar savu izskatu un tālākai attīstībaišī teorija ir parādā ne tikai Morganam un viņa skolai, bet arī ievērojama skaita gan ārvalstu, gan pašmāju zinātnieku darbiem, starp kuriem, pirmkārt, ir jāpiemin N. K. Koļcova un A. S. Serebrovskis (1872-1940).

Saskaņā ar hromosomu teoriju, iedzimtas informācijas pārraide ir saistīta ar hromosomām, kurā lineāri, noteiktā vietā (no lat. locus- vieta), gēni melo. Tā kā hromosomas ir savienotas pārī, katrs gēns vienā hromosomā atbilst pārī savienotam gēnam otrā hromosomā (homologs), kas atrodas tajā pašā lokusā. Šie gēni var būt vienādi (homozigotiem) vai atšķirīgi (heterozigotiem). Tiek sauktas dažādas gēnu formas, kas rodas mutācijas rezultātā no oriģināla alēles, vai allelomorfi(no grieķu valodas allo - atšķirīgs, morph - forma). Alēles dažādos veidos ietekmē pazīmes izpausmi. Ja gēns eksistē vairāk nekā divos alēļu stāvokļos, tad šādas alēles ir populācijas* veido tā saukto vairāku alēļu sēriju. Katrs indivīds populācijā var saturēt jebkuras divas (bet ne vairāk) alēles savā genotipā, un katra gameta var saturēt attiecīgi tikai vienu alēli. Tajā pašā laikā populācijā var atrasties indivīdi ar jebkādām šīs sērijas alēlēm. Hemoglobīna alēles ir vairāku alēļu piemērs (sk. I nodaļas 5. punktu).

* (Populācija (no latīņu popularus — populācija) ir vienas sugas īpatņu grupa, ko vieno savstarpēja krustošanās, kas zināmā mērā izolēta no citām šīs sugas īpatņu grupām.)

Dominēšanas pakāpe virknē alēļu var palielināties no galējā recesīvā gēna līdz galējam dominējošajam. Var minēt daudzus šāda veida piemērus. Tātad trušiem recesīvā gēnu sērija vairākas alēles ir c gēns, kas nosaka albīnisma* attīstību. Himalaju (ermīna) krāsas c h gēns (rozā acis, balts ķermenis, tumši deguna gali, ausis, aste un ekstremitātes) būs dominējošais attiecībā pret šo gēnu; virs šī gēna, kā arī pār c gēnu dominē gaiši pelēkas krāsas (šinšillas) gēns c ch. Vēl dominējošāks solis ir agouti gēns - c a (dominē c, c h un c ch gēnos). Visdominantākais no visas sērijas, melnās krāsas gēns C dominē pār visiem "alēļu apakšējiem pakāpieniem" - gēniem c, c h, c ch, c a.

* (Pigmenta trūkums (sk VII nodaļa, 5. punkts).)

Dominēšana, tāpat kā alēļu recesivitāte, nav absolūts, bet gan to relatīvais īpašums. Dominēšanas un recesivitātes pakāpe var būt atšķirīga. To pašu pazīmi var pārmantot dominējošā vai recesīvā veidā.

Tā, piemēram, kroka virs acs iekšējā kaktiņa (epikants) dominē mongoloīdiem un recesīvi negroīdiem (bušmeņiem, hotentotiem).

Parasti jaunizveidotās alēles ir recesīvas, gluži pretēji, veco augu šķirņu vai dzīvnieku šķirņu alēles (vēl vairāk savvaļas sugas) ir dominējošie.

Katru hromosomu pāri raksturo noteikts gēnu kopums, kas veido saiknes grupu. Tāpēc dažādu pazīmju grupas dažkārt tiek mantotas kopā viena ar otru.

Tā kā Drosophila somatiskajās šūnās ir četri hromosomu pāri (2n = 8), un dzimumšūnās ir uz pusi mazāk (1n = 4), augļu mušai ir četras grupas sajūgs; līdzīgi cilvēkiem saiknes grupu skaits ir vienāds ar haploīdā kopas hromosomu skaitu (23).

Vairākiem organismiem (Drosophila, kukurūza) un dažām cilvēka hromosomām * ir sastādītas hromosomu vai ģenētiskās kartes, kas ir shematisks gēnu izkārtojums hromosomās.

* (Līdz šim, lai noteiktu precīzu cilvēka gēnu lokalizāciju (ja ņemam vērā kopējais skaits gēni) izdevās tikai atsevišķos un salīdzinoši retos gadījumos, piemēram, attiecībā uz pazīmēm, kas saistītas ar dzimuma hromosomām.)

Kā piemēru dosim Drosophila X hromosomas daļas hromosomu karti (24. att.). Ar lielāku vai mazāku precizitāti šī karte atspoguļo gēnu secību un attālumu starp tiem. Bija iespējams noteikt attālumu starp gēniem, izmantojot ģenētiskās un citoloģiskās krustošanās analīzi, kas notiek homologu hromosomu konjugācijas laikā mejozes I profāzes zigonēmas laikā (sk. II nodaļas 7. punktu).

Gēnu kustība no vienas hromosomas uz otru notiek ar noteiktu frekvenci, kuras ir apgriezti proporcionāls attālumam starp gēniem: jo īsāks attālums, jo augstāks krosoveru procents(attāluma vienība starp gēniem ir nosaukta Morgana vārdā morganida un ir vienāds ar minimālo attālumu hromosomā, ko var izmērīt, krustojot). Krosovers ir parādīts attēlā. 25.

Šobrīd ir zināma dažu gēnu lokusu ciešā saikne, un tiem ir aprēķināts krustošanās procents. Saistītie gēni nosaka, piemēram, izteiksmi Rh faktors un asins MN sistēmas gēni (par asins īpašību pārmantošanu sk. VII nodaļas 3. punktu). Dažās ģimenēs bija iespējams izsekot Rh faktora saistību ar ovalocitozi(apmēram 80-90% ovālas formas eritrocītu klātbūtne - anomālija parasti notiek bez klīniskās izpausmes), kas nodrošina aptuveni 3% krosoveru. Līdz 9% krustošanās tiek novērota starp gēniem, kas kontrolē ABO asinsgrupu izpausmes un Lu faktoru. Ir zināms, ka gēns, kas ietekmē nagu un ceļa struktūras anomāliju, ir saistīts arī ar ABO sistēmas lokusiem; krustošanās procents starp tām ir aptuveni 10. Cilvēka X un Y hromosomu saiknes grupas (un līdz ar to arī hromosomu kartes) ir daudz labāk pētītas (sk. VII nodaļas 6. punktu). Ir zināms, piemēram, ka gēni, kas nosaka attīstību krāsu aklums( krāsu aklums) un hemofilija(asiņošana); to pārklāšanās procents ir 10.

Morgana hipotēzes pareizību gadsimta sākumā apstiprināja Kurts Stērns (citoloģiskie pētījumi) un Morgana līdzstrādnieki Teofils Painters (citologs) un Kalvins Bridžs (ģenētiķis) par Drosophila kāpuru (līdzīgi kā milzim) siekalu dziedzeru milzu hromosomām. citu Diptera hromosomas). Uz att. 26 parāda daļu no milzu hromosomas siekalu dziedzeris Chironomus (asinstārpu) kāpuri.

Pētot milzu hromosomas ar parasto gaismas mikroskopu, ir skaidri redzama šķērseniskā svītra, kas veidojas, mainoties gaišām un tumšākām disku svītrām - hromomēri; tos veido stipri spirālizēti, blīvi blakus apgabali.

Šādu milzu hromosomu veidošanos sauc politēnija, t.i., hromosomu dublēšanās, nepalielinot to skaitu. Tajā pašā laikā dublētie hromatīdi paliek blakus, cieši blakus viens otram.

Ja hromosoma, kas sastāv no hromatīdu pāra, dubultojas pēc kārtas deviņas reizes, tad dzīslu (hromonēmu) skaits šādā politēna hromosomā būs 1024. Pateicoties daļējai hromonēmu despiralizācijai, šādas hromosomas garums palielinās, salīdzinot ar parastais pa 150-200 reizēm.

1925. gadā Stērtevants parādīja savu klātbūtni nevienlīdzīgs krosovers: vienā no homologajām hromosomām var atrasties divi identiski loki, kuros, piemēram, atrodas gēni, kas ietekmē Drosophila acs formu - Bar, bet otrā - neviena lokusa. Šādi lido ar izteiktu šauru svītrainu acu zīmi (gēns ultra bārs)(skat. 31. att.).

Papildus citoloģiskiem pierādījumiem par hromosomu teorijas pareizību tika veikti ģenētiskie eksperimenti - krustošana dažādas rases Drosophila. Tātad starp daudzajiem saistītajiem gēniem augļu mušā ir divi recesīvie gēni: melnās ķermeņa krāsas gēns ( melns) un rudimentāro spārnu gēns ( novājināts).

Sauksim tos par gēniem a un b. Tie atbilst divām dominējošām alēlēm: pelēkā ķermeņa gēnam un normāli attīstītiem spārniem (A un B). Krustojot tīršķirnes mušas aabb un AABB, visai pirmajai hibrīdu paaudzei būs genotips AaBb. Teorētiski runājot, otrajā paaudzē (F 2) vajadzētu sagaidīt šādus rezultātus.

Tomēr nelielā, bet nemainīgā procentuālā daļā gadījumu tika konstatēti neparasti pēcnācēji no neparastām dzimumšūnām. Katrā krustojumā tika novēroti aptuveni 18% šādu gametu (9% Ab un 9% aB).

Šādu izņēmumu rašanos labi izskaidro krustošanās process. Tādējādi un ģenētiskā izpēteļāva konstatēt, ka adhēzijas pārkāpums - šķērsošana, kas izraisa formas mainīguma palielināšanos, ir statistiski nemainīga.

Noslēgumā mēs to atzīmējam visa rinda klasiskās ģenētikas noteikumi mūsdienās ir piedzīvojuši vairākas izmaiņas.

Mēs esam vairākkārt lietojuši terminus "dominējošie" un "recesīvie" gēni (alēles) un pazīmes. Tomēr jaunākie pētījumi liecina, ka tā sauktie recesīvie gēni patiesībā var nebūt recesīvi. Pareizāk ir teikt, ka recesīvie gēni dod ļoti vāju redzamu vai neredzamu izpausmi fenotipā. Bet pēdējā gadījumā recesīvās alēles, kas fenotipā ir ārēji neredzamas, var noteikt, izmantojot īpašas bioķīmiskas metodes. Turklāt tas pats gēns noteiktos vides apstākļos var uzvesties kā dominējošs, citos - kā recesīvs.

Tā kā visu organismu attīstība notiek atkarībā no ārējās vides un tās ietekmē, genotipa izpausmi noteiktā fenotipā ietekmē arī vides faktori (temperatūra, barība, mitrums un gāzes sastāvs atmosfēra, tās spiediens, konkrētam organismam patogēno formu klātbūtne, ūdens ķīmiskais sastāvs, augsne utt., kā arī cilvēkam un sociālās kārtības parādības). Fenotips nekad neparāda visas genotipiskās iespējas. Tāpēc dažādos apstākļos līdzīgu genotipu fenotipiskās izpausmes var ievērojami atšķirties viena no otras. Tādējādi pazīmes izpausmē (lielākā vai mazākā mērā) ir iesaistīts gan genotips, gan vide.

Attīstība dabas zinātnes, jo īpaši citoloģija, un jaudīgāku mikroskopu parādīšanās veicināja ģenētikas izpēti. Kopš 19. gadsimta beigām daudzi zinātnieki nodarbojas ar mantojuma jautājumiem. Divdesmitā gadsimta sākumā Tomass Morgans, pamatojoties uz pētnieku datiem, formulēja galvenos hromosomu iedzimtības teorijas nosacījumus.

Stāsts

Par hromosomu teorijas autoru tiek uzskatīts amerikāņu biologs un Nobela prēmijas laureāts Tomass Morgans. Tieši viņš pētīja un aprakstīja saistītās mantošanas mehānismu, kā arī formulēja galvenos hromosomu mantojuma teorijas noteikumus. Taču Morgans paļāvās uz savu priekšgājēju – biologu, ģenētiķu, fiziologu – darbu.

Rīsi. 1. Tomass Morgans.

Īsa Morgana teorijas veidošanās vēsture ir aprakstīta tabulā.

gads	Zinātnieks	Ko tu izdarīji
	Ivans Čistjakovs	Novēroja ģenētiskā materiāla izplatību starp augu šūnas kodoliem
	Oskars Hertvigs	Novērota gametu saplūšana adatādaiņiem. Secināja, ka kodols nes iedzimtu informāciju
	Edvards Strasburgers	Novērota kodola skaldīšanās augos. Salīdziniet augu un dzīvnieku šūnas. Viņš secināja, ka dalīšanās visās šūnās notiek vienādi. Vēlāk viņš ieviesa daudzus ģenētikas terminus (gamete, mejoze, haploīds un diploīds hromosomu kopums, poliploīdija)
	Edvards van Benedens	novērota mejoze. Atklājās, ka daļa iedzimtības informācijas nāk no tēva, daļa – no mātes
	Heinrihs Valdeijers	Ieviesa terminu "hromosoma". Pirms viņa tika izmantoti termini "hromatīna segments" un "hromatīna elements".
	Teodors Boveri un Viljams Setons	Neatkarīgi viens no otra tika atklāta iedzimto faktoru saistība pēc Mendela un hromosomām. Šos faktorus vēlāk sauca par gēniem. Secināja, ka gēni atrodas uz hromosomām
		Publicēja daudzu gadu darba rezultātus. Kopā ar saviem kolēģiem un studentiem – Kalvinu Bridžu, Alfrēdu Stērtevantu, Hermanu Meleru – viņš formulēja hromosomu mantojuma teoriju. Kopš 1909. gada ir veikti eksperimenti ar Drosophila augli, un tie atklāja saistītās mantošanas mehānismus un veidu, kā tie tiek pārkāpti - krustošanās.

1933. gadā Tomasam Morganam tika piešķirta Nobela prēmija par viņa ieguldījumu fizioloģijā un medicīnā. Lēmums par balvas piešķiršanu bija viņa darbs par hromosomu lomu pārmantošanas procesos.

Noteikumi

Daudzi pētnieki neatkarīgi nonāca pie tādiem pašiem secinājumiem. Līdz divdesmitā gadsimta pirmajai desmitgadei bija zināma hromosomu loma mantojumā, tika ieviests termins “gēns”, tika noteiktas dzimuma hromosomas un iedzimtas informācijas pārsūtīšanas veidi. Galvenais darbs bija Morgana vadītais pētījums. Pateicoties Drosophila augļu paaudžu novērojumiem un uzkrātajām zināšanām, Morgana iedzimtības hromosomu teorijas galvenie nosacījumi:

• gēni, kas ir atbildīgi par pazīmju pārmantošanu, atrodas hromosomās;
• gēni ir sakārtoti lineāri, katram gēnam ir sava vieta hromosomā - lokuss;
• gēnu kopums katrā hromosomā ir unikāls;
• gēnu grupas, kas atrodas tuvu viena otrai, ir iedzimtas saistītas;
• saistīto gēnu skaits ir vienāds ar haploīdu hromosomu kopu un ir nemainīgs katrai sugai (cilvēkam ir 23 hromosomu pāri, tātad 23 pāri saistītu gēnu);
• hromosomu kohēzija tiek pārtraukta krustošanās (crossover) laikā - hromosomu daļu apmaiņas process mejozes I fāzē;
• jo tālāk viena no otras atrodas saistītās gēnu grupas hromosomā, jo lielāka ir krustošanās iespējamība.

Rīsi. 2. Saistītais mantojums.

Morgana eksperimenti parādīja, ka gēni, kas atrodas vienā hromosomā, ir iedzimti saistīti, iekrītot vienā gametā, t.i. divas pazīmes vienmēr tiek mantotas kopā. Šo parādību sauc par Morgana likumu.

Rīsi. 3. Šķērsošana.

Uz XIX mija un XX gadsimtā tika pētīti galvenie šūnu dalīšanās posmi. Šūnas kalpošanas laiks no tās veidošanās līdz dalīšanai ir šūnu cikls. Šūnu cikls ir sadalīts posmos, no kuriem spilgtākais morfoloģiskā ziņā ir mitoze vai faktiskā šūnu dalīšanās. Periods starp mitozēm tiek saukts starpfāze. Galvenā loma mitozē pieder hromosomas- tādas struktūras šūnu kodolos, kas ir skaidri redzamas dalīšanās laikā ar gaismas mikroskopiju un īpašu krāsošanas metožu izmantošanu. Hromosomu krāsošanas vielu sauc hromatīns. Hromosomu esamību pirmo reizi parādīja Flemings 1882. gadā. Terminu hromosoma pirmo reizi ieviesa Valders 1888. gadā (grieķu: chroma — krāsa; soma — ķermenis).

Hromosomu kopu vienā šūnā sauc kariotips. Hromosomu skaits un morfoloģija attiecas uz specifiskas īpašības. Dažādi organismi atšķiras pēc kariotipa, savukārt vienas sugas ietvaros šādas atšķirības nav novērotas, un kariotipa anomālijas visbiežāk ir saistītas ar smagiem patoloģiskiem stāvokļiem. Katrai hromosomai ir svarīgs funkcionāls reģions, ko sauc centromērs. Centromērs sadala hromosomu divās daļās: īss (lpp) un garš (q) . Hromosomas iedala grupās atkarībā no to garuma un centromēra atrašanās vietas. Augstākajās somatiskajās šūnās katra hromosoma ir attēlota ar divām kopijām, tas ir diploīds komplekts. Un tikai dzimumšūnās ir viena vai haploīds komplekts hromosomas. To nodrošina īpaša dzimumšūnu dalīšanās forma - mejoze.

Pirmos plašos pētījumus par hromosomu struktūru un morfoloģiju mūsu valstī uz augu objektiem pagājušā gadsimta 20. gados veica izcilais citologs un embriologs S. G. Navašins un viņa talantīgie studenti - M. S. Navašins, G. A. Levitskis, L. N. Delaunajs. 1924. gadā G. A. Levitskis publicēja pasaulē pirmo rokasgrāmatu par citoģenētiku: "Iedzimtības materiālie pamati", kurā viņš jo īpaši ieviesa kariotipa jēdzienu tādā nozīmē, kādā šis termins tiek lietots mūsdienās.

Ļaujiet mums sīkāk apsvērt galvenos šūnu cikla posmus - att. 5, mitozes stadijas - att. 6 un mejoze - att. 7.

5. attēls. Šūnu cikls

Šūna, kas ir beigusi dalīties, atrodas G 0 stadijā. Garākais starpfāzes posms ir šūnas relatīvās atpūtas periods - G 1, tā ilgums var ievērojami atšķirties. Apmēram G 1 posma vidū ir kontrolpunkts, kuru sasniedzot šūna neizbēgami nonāk dalīšanās procesā. Pēc G 1 sākas ļoti svarīgs sintētiskais posms S, kura laikā katra hromosoma tiek dublēta, veidojot divas hromatīdi savienoti viens ar otru ar vienu centromēru. Pēc tam seko sagatavošanās mitozei - G 2 stadijai un pašai mitozei - M stadijai.

Attēls 6. Mitoze

Savukārt mitoze arī ir sadalīta posmos. Uz skatuves profāze notiek kodola membrānas izzušana, hromosomu kondensācija vai sablīvēšanās to spiralizācijas dēļ, centriolu migrācija uz pretpoliem, kas noved pie šūnas polarizācijas un veidošanās. skaldīšanas vārpsta sastāv no mikrotubulām. No viena pola līdz otram stiepjas mikrotubulu pavedieni, un tiem ir pievienoti hromosomu centromēri. Laika periodā metafāze centromēri atrodas gar šūnas ekvatoru perpendikulāri vārpstas asij. Šajā periodā hromosomas ir īpaši skaidri redzamas, jo tās ir kompaktākajā stāvoklī. Uz skatuves anafāze notiek centromēru atdalīšanās, hromatīdi pārvēršas par neatkarīgām hromosomām un, centromēru aiznestas, pa skaldīšanas vārpstas pavedieniem sāk virzīties uz šūnas pretējiem poliem. Pēdējā posmā - telofāze- Notiek hromosomu despiralizācija, pazūd dalīšanās vārpsta, veidojas kodola membrāna un atdalās citoplazma. Starpfāzes stadijā, izmantojot parasto gaismas mikroskopiju, hromosomas nav redzamas kā atsevišķas struktūras; tiek iekrāsoti tikai hromatīna graudi, kas nejauši sadalīti pa kodolu.

7. attēls. Mejoze

Mejoze notiek tikai dzimumšūnu veidošanās laikā, un tā ietver divas šūnu dalīšanās: mejozees vai samazināšanas nodaļa un mejoze II. Mejozes I fāzes laikā homologās hromosomas konjugējas (saplūst) viena ar otru visā to garumā, veidojot divvērtīgs. Šajā laikā var notikt vietņu apmaiņa starp hromatīdiem, kas nav māsas - šķērsojot vai homologa rekombinācija (8. att.)

8. attēls. Crossover

Rekombinācijas punktā veidojas gaismas mikroskopā redzama krustveida struktūra - chiasma. Apmaiņa notiek tikai starp diviem no četriem hromatīdiem. Chiasmatas veidojas nejauši, un to skaits vidēji ir atkarīgs no hromosomas garuma: jo garāka hromosoma, jo vairāk chiasmata. Metafāzes stadijā bivalenti atrodas ekvatoriālajā plaknē, savukārt centromēri ir nejauši orientēti attiecībā pret šūnas poliem. Anafāzes stadijā homologās hromosomas atdalās viena no otras un sāk virzīties uz pretējiem poliem. Šajā gadījumā centromēra sadalīšanās nenotiek, un māsas hromatīdi ir savienoti. Tomēr tie vairs var nebūt identiski viens otram notikušās šķērsošanas dēļ. Tādējādi I mejozes laikā no vienas diploīdas šūnas veidojas divas haploīdas šūnas. Intervālu starp pirmo un otro mejozes dalījumu sauc interkinēze. Tas var būt diezgan garš, kamēr hromosomas ir sadalītas un izskatās tāpat kā starpfāzē. Ir svarīgi uzsvērt, ka šajā posmā hromatīdu dubultošanās nenotiek.

II meiozes profāzē sadalīšanās vārpsta tiek atjaunota, hromosomas atrodas ekvatoriālajā plaknē. II anafāzē centromērs sadalās, un hromosomas pārvietojas uz pretējiem poliem. Tādējādi vienam hromosomu dubultošanas aktam ir divi secīgi šūnu dalīšanās cikli. Pēc II telofāzes pabeigšanas diploīdā mātes šūna sadalās četrās haploīdās dzimumšūnās, un iegūtās gametas nav viena otrai identiskas - tajās dažādās kombinācijās atrodas mātes un tēva hromosomu fragmenti.

Pētot mitozes un meiozes procesus, V. Setons un E. Boveri 1902. gadā nonāca pie secinājuma, ka Mendela postulētie iedzimtie faktori jeb gēni atrodas hromosomās, jo hromosomu uzvedība atbilst šo iedzimto faktoru uzvedībai. . Patiešām, Mendels ierosināja, ka somatiskās šūnas satur divas iedzimtības faktora kopijas, kas ir atbildīgas par vienu un to pašu pazīmi vai, kā mēs jau esam noskaidrojuši, divas viena un tā paša gēna alēles. Šīs alēles var būt identiskas - AA vai aa, vai savādāk - Ak!. Bet tikai viena no alēlēm nonāk dzimumšūnās - BET vai a. Atgādiniet, ka homologās hromosomas somatiskajās šūnās arī ir ietvertas divos eksemplāros, un tikai viena no tām nonāk gametās. Apaugļošanas laikā tiek atjaunots dubultais hromosomu un gēnu alēļu komplekts.

Tiešus pierādījumus par gēnu lokalizāciju hromosomās vēlāk ieguva T. Morgans (1910) un C. Bridges (1916), veicot eksperimentus ar Drosophila. Atgriežoties pie Mendeļa likumiem, mēs atzīmējam, ka neatkarīga kombinācija ir derīga tikai tām pazīmēm, kuru gēni atrodas dažādas hromosomas. Gēnu vecāku alēlēm, kas atrodas vienā un tajā pašā hromosomā, ir liela iespējamība, ka tās kopīgi iekļūs tajā pašā dzimumšūnā. Tādējādi ideja par gēnu parādījās kā hromosomas vai hromosomas sadaļa locus, kas ir atbildīga par vienu iezīmi un tajā pašā laikā ir rekombinācijas un mutācijas vienība, kas noved pie fenotipa izmaiņām.

Augstāko organismu hromosomas sastāv no eihromatīns un heterohromatīns, kas saglabā savu kompakto pozīciju visā šūnu ciklā. Tieši heterohromatīns ir redzams starpfāzu kodolos iekrāsotu granulu veidā. Liels daudzums heterohromatīna ir lokalizēts centromēra reģionā un hromosomu galos, ko sauc. telomēri. Lai gan heterohromatīna funkcijas nav pilnībā izprotamas, tiek pieņemts, ka tam ir svarīga loma hromosomu strukturālās integritātes uzturēšanā, to pareizā atdalīšanā šūnu dalīšanās laikā, kā arī gēnu funkcijas regulēšanā. Eihromatīnam uz preparātiem ir gaišāka krāsa, un acīmredzot šajās vietās tas ir lokalizēts Lielākā daļa gēni. Heterohromatīna reģionā bieži notiek hromosomu pārkārtošanās. Liela loma hromosomu heterohromatisko un eihromatisko reģionu struktūras un funkciju izpētē pieder mūsu izcilajai tautietei Aleksandrai Aleksejevnai Prokofjevai-Belgovskajai. Pirmo reizi detalizēti morfoloģiskais apraksts desmit lielākās cilvēka hromosomas un dažādas grupas mazākas hromosomas ir parādītas vadošo pašmāju citologu M. S. Navashin un A. G. Andres darbos pagājušā gadsimta 30. gadu vidū.

1956. gadā Tio un Levi, izmantojot histoloģisko preparātu apstrādi ar kolhicīnu, noteica, ka cilvēkiem ir 46 hromosomas, kas sastāv no 23 dažādiem pāriem. Kolhicīns aizkavē šūnu dalīšanos metafāzes stadijā, kad hromosomas ir visvairāk kondensētas un tāpēc ir ērtas atpazīšanai. Uz att. 9 parādīta shēma cilvēka hromosomu atšķirīgai krāsošanai.

9. attēls. Cilvēka hromosomu diferenciālās krāsošanas shēma

Sievietēm katra pāra abas hromosomas ir pilnīgi homologas viena otrai pēc formas un krāsojuma modeļa. Vīriešiem šī homoloģija tiek saglabāta tikai 22 hromosomu pāriem, kurus sauc autosomas. Atlikušais pāris vīriešiem sastāv no diviem dažādiem dzimuma hromosomas -XunY. Sievietēm dzimuma hromosomas attēlo divas homologas X hromosomas. Tādējādi normālais sievietes kariotips tiek rakstīts kā (46, XX), bet vīriešiem - (46, XY). Tikai viena hromosomu kopa nonāk gan vīriešu, gan sieviešu dzimumšūnās. Visās olās ir 22 autosomas un X hromosoma, taču spermatozoīdi atšķiras - pusei no tiem ir tāds pats hromosomu komplekts kā olām, bet otrai pusei X hromosomas vietā ir Y hromosoma. Apaugļošanas laikā tiek atjaunots dubultais hromosomu komplekts. Šajā gadījumā tas, kurš piedzims - meitene vai zēns - ir atkarīgs no tā, kurš spermatozoīds piedalījās apaugļošanā, kurš nes X hromosomu vai kurš nes Y hromosomu. Parasti tas ir nejaušs process, tāpēc meitenes un zēni piedzimst ar aptuveni vienādu varbūtību.

Cilvēka kariotipa analīzes sākumposmā individuālu identifikāciju varēja veikt tikai attiecībā uz pirmajām trim lielākajām hromosomām. Atlikušās hromosomas tika sadalītas grupās atkarībā no to lieluma, centromēra atrašanās vietas un klātbūtnes satelīti vai satelīti- mazi kompakti fragmenti, kas atdalīti no hromosomas ar plāniem sašaurinājumiem. Uz att. 10 parāda hromosomu veidus: akrocentrisks, metacentriķi un submetacentriķi ar centromēra lokalizāciju attiecīgi hromosomas galā, vidū un starpstāvoklī.

10. attēls. Hromosomu veidi

Saskaņā ar pieņemto klasifikāciju cilvēkiem izšķir 7 hromosomu grupas: A, B, C, D, E, F un G jeb 1, 2, 3, 4, 5, 6 un 7. Lai labāk identificētu hromosomas, tie ir sakārtoti grupās vai kariogramma. Uz att. 11 parāda sievietes kariotipu un tā kariogrammu.

11. attēls. Sievietes kariotips un tā kariogramma

XX gadsimta 70. gadu sākumā tika izstrādātas metodes hromosomu diferenciālai krāsošanai, izmantojot Giemsa krāsojumu (G-, R-, C-, Q-metodes). Tajā pašā laikā uz hromosomām atklājas raksturīga šķērssvītra, tā sauktie diski vai joslas, kuras atrašanās vieta ir raksturīga katram hromosomu pārim. Hromosomu diferenciālās krāsošanas metodes ļauj identificēt ne tikai katru hromosomu, bet arī atsevišķus hromosomu reģionus, kas secīgi numurēti no centromēra līdz telomēram, kā arī segmentus reģionos. Piemēram, ieraksts Xp21.2 nozīmē X hromosomas 21. reģiona īso roku, 2. segmentu. Šis ieraksts ir ļoti ērts, lai noteiktu, vai gēni vai citi genoma elementi pieder noteiktiem hromosomu lokusiem. Jo īpaši Dišēna miodistrofijas gēns ir lokalizēts Xp21.2 reģionā - DMD. Tādējādi tika izveidoti metodiskie pamati kariotipa pazīmju izpētei dažādi veidi organismus, nosakot tā individuālo mainīgumu un anomālijas noteiktos patoloģiskos apstākļos. Tiek saukta ģenētikas nozare, kas nodarbojas ar hromosomu un to anomāliju izpēti citoģenētika. Pirmās cilvēka hromosomu citoģenētiskās kartes apkopoja C.B. Bridges un Sturtevant.

20. gadsimta pirmajā pusē hromosomu iedzimtības teorija guva ievērojamu attīstību. Ir pierādīts, ka gēni hromosomās ir izkārtoti lineāri. Gēni veidojas vienā hromosomā sajūga grupa un tiek mantoti kopā. Sakarā ar krustošanos var veidoties jaunas vienas hromosomas gēnu alēļu kombinācijas, un šī notikuma iespējamība palielinās, palielinoties attālumam starp gēniem. Tika ieviestas ģenētiskā attāluma mērvienības - centimorgans vai morganides, nosaukts hromosomu iedzimtības teorijas pamatlicēja Tomasa Morgana vārdā. Uzskata, ka divi vienas hromosomas gēni atrodas 1 centimorgana (cM) attālumā, ja to krustošanās iespējamība mejozes laikā ir 1%. Protams, centimorgans nav absolūtas vienības attāluma mērīšanai hromosomās. Tie ir tieši atkarīgi no šķērsošanas, kas var notikt dažādās frekvencēs dažādās hromosomu daļās. Jo īpaši heterohromatīna reģionā krustošanās ir mazāk intensīva.

Ņemiet vērā, ka iepriekš aprakstītais somatisko un dzimumšūnu dalīšanās raksturs - mitoze un mejoze, ir spēkā eikariots, tas ir, tādi organismi, kuru šūnās ir kodoli. Baktērijas, kas pieder klasei prokarioti, nav kodolu, bet šūnā ir viena hromosoma, un, kā likums, tai ir gredzena forma. Kopā ar hromosomu prokariotu šūnas lielā kopiju skaitā var saturēt daudz mazākas gredzenveida struktūras, ko sauc plazmīdas.

1961. gadā M. Liona izvirzīja hipotēzi, ka sievietēm viena no X hromosomām ir inaktivēta. Un iekšā dažādas šūnas Gan tēva, gan mātes izcelsmes X hromosomas var tikt inaktivētas. Sieviešu kariotipa analīzē inaktivētā X hromosoma parādās kā kompakta, labi iekrāsota, noapaļota hromatīna struktūra, kas atrodas tuvu kodola membrānai. Tas ir Barra korpuss vai dzimuma heterohromatīns. Viņa identifikācija ir visvairāk vienkāršā veidā dzimuma citoģenētiskā diagnoze. Atgādināt, ka Y hromosomā praktiski nav X hromosomu gēnu homologu, tomēr vienas X hromosomu inaktivācija noved pie tā, ka vairumam gēnu, kas lokalizēti dzimuma hromosomās vīriešiem un sievietēm, deva ir vienāda, ka ir, X hromosomas inaktivācija sievietēm ir viens no mehānismiem gēnu devas kompensēšanai. Tiek saukts X hromosomu inaktivācijas process lionizācija un viņš valkā nejaušs raksturs. Tāpēc sieviešu organismā šūnu attiecība ar inaktivētu tēva vai mātes izcelsmes X hromosomu būs aptuveni vienāda. Tādējādi sievietēm, kas ir heterozigotas attiecībā uz mutāciju gēnā, kas atrodas X hromosomā, ir mozaīkas fenotips - viena šūnu daļa satur normālu alēli, bet otrā - mutantu.