Öppnas av G.T. Morgan och hans elever 1911-1926. De bevisade att Mendels III lag kräver tillägg: ärftliga böjelser ärvs inte alltid oberoende, ibland överförs de i hela grupper - de är kopplade till varandra. De etablerade mönstren för lokaliseringen av gener i kromosomerna bidrog till att belysa de cytologiska mekanismerna för Gregor Mendels lagar och utvecklingen av teorins genetiska grunder. naturligt urval. Sådana grupper kan flytta till en annan homolog kromosom när de konjugeras under profas 1 av meios.

Bestämmelser i kromosomteorin:

• 1) Överföringen av ärftlig information är associerad med kromosomer, i vilka generna ligger linjärt, på vissa loci.
• 2) Varje gen i en homolog kromosom motsvarar en allel gen från en annan homolog kromosom.
• 3) Allelgener kan vara samma i homozygoter och olika i heterozygoter.
• 4) Varje individ i populationen innehåller endast 2 alleler och gameter - en allel.
• 5) I fenotypen visar sig egenskapen i närvaro av 2 alleliska gener.
• 6) Graden av dominans i multipla alleler ökar från extrem recessiv till extrem dominant. Till exempel hos en kanin beror pälsfärgen på den recessiva genen "c" - genen för albinism. Dominant i förhållande till "c" kommer att vara genen "ch "" - Himalaya (hermelin) färg - vit kropp, enstaka ögon, mörka nässpetsar, öron, svans och lemmar. Dominant i förhållande till "ch" kommer att vara genen "chc" - chinchilla - ljusgrå. Ännu mer dominant kommer att vara "ca"-genen - agouti, mörk färg. Den mest dominerande kommer att vara C-genen - svart färg, den dominerar alla alleler - C, ca, chc, ch , s.
• 7) Dominans och recessivitet av alleler är inte absoluta, utan relativa. Samma egenskap kan ärvas på ett dominant ELLER recessivt sätt. Till exempel är arvet av epicanthus hos negroider dominant, hos mongoloider är det recessivt, hos kaukasier är denna allel frånvarande. Nyligen framkomna alleler är recessiva. De gamla är dominerande.
• 8) Varje par av kromosomer kännetecknas av en viss uppsättning gener som utgör länkgrupper, ofta nedärvda tillsammans.
• 9) Antalet kopplingsgrupper är lika med antalet kromosomer i den haploida uppsättningen.
• 10) Förflyttning av gener från en homolog kromosom till en annan i profas 1 av meios sker med en viss frekvens, som är omvänt proportionell mot avståndet mellan generna - ju mindre avståndet är mellan generna, desto större är vidhäftningskraften mellan dem, och vice versa.
• 11) Enheten för avstånd mellan gener är morganiden, vilket är lika med 1% av crossover-avkommor. Till exempel är genen för Rh-faktorn och genen för ovalocytos placerade 3 morganider från varandra, och genen för färgblindhet och hemofili är 10 morganider från varandra.

Bestämmelserna i kromosomteorin bevisades cytologiskt och experimentellt av Morgan på fruktflugan Drosophila.

Nedärvningen av egenskaper vars gener är belägna på X- och Y-könskromosomerna kallas könsbundet arv. Till exempel, hos människor är de recessiva generna för färgblindhet och hemofili lokaliserade på X-könskromosomen. Tänk på arvet av hemofili hos människor:

h - gen för hemofili (blödning);

H - gen för normal blodkoagulering.

Den recessiva egenskapen manifesteras hos pojkar, hos flickor undertrycks den av den alleliska dominanta H-genen.

Nedärvning av en egenskap sker korsvis - från kön till kön, från mor till söner, från far till döttrar.

Den yttre manifestationen av en egenskap - fenotypen - beror på flera förhållanden:

• 1) förekomsten av 2 ärftliga beläggningar från båda föräldrarna;
• 2) på vägen för interaktion mellan alleliska gener (dominant, recessiv, co-dominans);
• 3) om villkoren för interaktion mellan icke-alleliska gener (komplementär, epistatisk interaktion, polymerism, pleiotropi);
• 4) från platsen för genen (i autosomen eller könskromosomen);
• 5) på villkor yttre miljön.

Länkat arv. Kromosomal teori om ärftlighet.

Kromosomal teori om ärftlighet.

De viktigaste bestämmelserna i kromosomteorin om ärftlighet. Kromosomanalys.

Bildning av kromosomteorin. Åren 1902-1903. Den amerikanske cytologen W. Setton och den tyska cytologen och embryologen T. Boveri avslöjade oberoende parallellism i beteendet hos gener och kromosomer under bildandet av könsceller och befruktning. Dessa observationer låg till grund för antagandet att gener finns på kromosomer. Experimentella bevis på lokaliseringen av specifika gener i specifika kromosomer erhölls dock först 1910 av den amerikanske genetikern T. Morgan, som under de följande åren (1911-1926) underbyggde kromosomteorin om ärftlighet. Enligt denna teori är överföringen av ärftlig information associerad med kromosomer, där generna är linjärt lokaliserade i en viss sekvens. Det är alltså kromosomerna som är den materiella grunden för ärftlighet.

Kromosomal teori om ärftlighet- teorin enligt vilken kromosomerna inneslutna i cellens kärna är bärare av gener och representerar den materiella grunden för ärftlighet, det vill säga kontinuiteten i organismernas egenskaper i ett antal generationer bestäms av kontinuiteten i deras kromosomer . Kromosomteorin om ärftlighet uppstod i början av 1900-talet. baserad på cellteori och användes för att studera de ärftliga egenskaperna hos organismer av hybridologisk analys.

De viktigaste bestämmelserna i kromosomteorin om ärftlighet.

1. Generna finns på kromosomerna. Dessutom innehåller olika kromosomer ett ojämnt antal gener. Dessutom är uppsättningen gener för var och en av de icke-homologa kromosomerna unik.

2. Allelgener upptar samma loci i homologa kromosomer.

3. Generna finns på kromosomen i en linjär sekvens.

4. En kromosoms gener bildar en länkgrupp, det vill säga de ärvs huvudsakligen kopplade (gemensamt), på grund av vilket det länkade nedärvningen av vissa egenskaper uppstår. Antalet kopplingsgrupper är lika med det haploida antalet kromosomer av en given art (i det homogametiska könet) eller mer med 1 (i det heterogametiska könet).

5. Koppling bryts som ett resultat av överkorsning, vars frekvens är direkt proportionell mot avståndet mellan generna i kromosomen (därför är kopplingens styrka omvänt relaterad till avståndet mellan generna).

6. Alla arter kännetecknas av en viss uppsättning kromosomer - karyotyp.

Länkat arv

Den oberoende kombinationen av egenskaper (Mendels tredje lag) utförs under förutsättning att generna som bestämmer dessa egenskaper finns i olika par av homologa kromosomer. Därför, i varje organism, begränsas antalet gener som oberoende kan kombineras i meios av antalet kromosomer. Men i en organism överstiger antalet gener betydligt antalet kromosomer. Till exempel, före molekylärbiologins era, studerades mer än 500 gener i majs, mer än 1 tusen i Drosophila-flugan och cirka 2 tusen gener hos människor, medan de har 10, 4 respektive 23 par kromosomer. Att antalet gener i högre organismer är flera tusen var klart för W. Setton redan i början av 1900-talet. Detta gav anledning att anta att många gener är lokaliserade i varje kromosom. Gener som finns på samma kromosom bildar en kopplingsgrupp och ärvs tillsammans.

T. Morgan föreslog att det gemensamma arvet av gener skulle vara kopplat till arv. Antalet kopplingsgrupper motsvarar det haploida antalet kromosomer, eftersom kopplingsgruppen består av två homologa kromosomer där samma gener är lokaliserade. (Hos individer av det heterogametiska könet, till exempel, hos däggdjur av hankön, finns det faktiskt ytterligare en länkgrupp, eftersom X- och Y-kromosomerna innehåller olika gener och representerar två olika länkgrupper. Kvinnor har alltså 23 länkgrupper och män har 24).

Nedärvningssättet för länkade gener skiljer sig från nedärvningen av gener som finns i olika par av homologa kromosomer. Så, om en diheterozygot individ med oberoende kombination bildar fyra typer av könsceller (AB, Ab, aB och ab) i lika stora kvantiteter, bildar samma diheterozygot endast två typer av med kopplat arv (i avsaknad av korsning). gameter: (AB och ab) även i lika stora mängder. Den senare upprepar kombinationen av gener i förälderns kromosom.

Man fann dock att förutom vanliga (icke-överkorsande) könsceller även andra (överkorsade) könsceller uppstår med nya kombinationer av gener – Ab och aB, som skiljer sig från kombinationerna av gener i förälderns kromosomer. Anledningen till uppkomsten av sådana könsceller är utbytet av sektioner av homologa kromosomer, eller korsning.

Överkorsning sker i profas I av meios under konjugering av homologa kromosomer. Vid denna tidpunkt kan delar av två kromosomer gå över och byta ut sina delar. Som ett resultat uppstår kvalitativt nya kromosomer som innehåller sektioner (gener) av både moderns och faderns kromosomer. Individer som erhålls från sådana gameter med en ny kombination av alleler kallas crossing-over eller rekombinanta.

Frekvensen (procentandelen) av korsningar mellan två gener som finns på samma kromosom är proportionell mot avståndet mellan dem. Övergång mellan två gener förekommer mindre ofta ju närmare de är varandra. När avståndet mellan gener ökar, ökar sannolikheten att korsning kommer att separera dem på två olika homologa kromosomer mer och mer.

Avståndet mellan generna kännetecknar styrkan i deras koppling. Det finns gener med en hög andel koppling och de där kopplingen nästan inte detekteras. Men med länkat arv överstiger den maximala övergångsfrekvensen inte 50 %. Om det är högre, så finns det en fri kombination mellan par av alleler, omöjlig att skilja från oberoende arv.

biologisk betydelseöverkorsning är extremt stor, eftersom genetisk rekombination gör att du kan skapa nya, tidigare icke-existerande kombinationer av gener och därmed öka ärftlig variation, vilket ger stora möjligheter till anpassning av kroppen till olika förhållanden miljö. En person utför specifikt hybridisering för att få de nödvändiga kombinationerna för användning i avelsarbete.

Koppling och korsning. Av principerna för genetisk analys som beskrivs i de föregående kapitlen, följer det tydligt att en oberoende kombination av egenskaper kan uppstå endast om generna som bestämmer dessa egenskaper är lokaliserade på icke-homologa kromosomer. Följaktligen, i varje organism, begränsas antalet par av egenskaper för vilka oberoende arv observeras av antalet kromosompar. Å andra sidan är det uppenbart att antalet egenskaper och egenskaper hos en organism som styrs av gener är extremt stort, och antalet kromosompar i varje art är relativt litet och konstant.

Det återstår att anta att varje kromosom inte innehåller en gen, utan många. Om så är fallet, så gäller Mendels tredje lag fördelningen av kromosomer, inte gener, dvs dess effekt är begränsad.

Fenomenet kopplat arv. Av Mendels tredje lag följer att när man korsar former som skiljer sig i två par gener (AB och ab), skaffa en hybrid AaBb, producerar fyra sorters gameter AB, Ab, aB och ab i lika stora mängder.

I enlighet med detta utförs delning 1: 1: 1: 1 i det analyserande korset, dvs. kombinationer av egenskaper som är karakteristiska för överordnade former (AB och ab), inträffa med samma frekvens som nya kombinationer (Ab och aB),- 25 % vardera. Men allt eftersom fakta ackumulerades började genetiker i allt större utsträckning stöta på avvikelser från oberoende arv. I vissa fall nya kombinationer av funktioner (Ab och aB) i Fb helt frånvarande - observerad fullt grepp mellan generna i de ursprungliga formerna. Men oftare rådde föräldrakombinationer av egenskaper hos avkomman i en eller annan grad, och nya kombinationer förekom med lägre frekvens än förväntat med självständigt arv, d.v.s. mindre än 50 %. Således, i det här fallet, ärvdes generna oftare i den ursprungliga kombinationen (de var länkade), men ibland bröts denna koppling, vilket gav nya kombinationer.

Det gemensamma arvet av gener, vilket begränsar deras fria kombination, föreslog Morgan att kalla genlänkning eller länkat arv.

Crossing över och dess genetiska bevis. Om mer än en gen antas vara lokaliserad på samma kromosom, uppstår frågan om allelerna för en gen i ett homologt kromosompar kan byta plats och flytta från en homolog kromosom till en annan. Om en sådan process inte inträffade, skulle generna endast kombineras genom slumpmässig segregering av icke-homologa kromosomer i meios, och de gener som finns i samma par homologa kromosomer skulle alltid ärvas i en länkad grupp.

Forskning av T. Morgan och hans skola visade att gener regelbundet utbyts i ett homologt kromosompar. Processen att byta ut identiska sektioner av homologa kromosomer med generna som finns i dem kallas kromosomkorsning eller överkorsning.Crossing över ger nya kombinationer av gener som finns på homologa kromosomer. Fenomenet korsning, såväl som koppling, visade sig vara gemensamt för alla djur, växter och mikroorganismer. Närvaron av ett utbyte av identiska regioner mellan homologa kromosomer säkerställer utbyte eller rekombination av gener och ökar därigenom signifikant rollen av kombinativ variabilitet i evolutionen. Korsningen av kromosomer kan bedömas av frekvensen av förekomst av organismer med en ny kombination av karaktärer. Sådana organismer kallas rekombinanter.

Gameter med kromosomer som har genomgått överkorsning kallas crossover, och med de som inte har genomgått överkorsning kallas de non-crossover. Följaktligen kallas organismer som har uppstått från kombinationen av hybridöverkorsade gameter med analysatorgameter crossovers eller rekombinanter och de som har uppstått på grund av icke-korsande hybridkönsceller kallas icke-korsande eller icke-rekombinanta.

Morgans kopplingslag. I analysen av splittring vid crossover uppmärksammas ett visst kvantitativt förhållande mellan crossover- och icke-crossover-klasser. Båda initiala föräldrakombinationer av egenskaper, bildade från icke-korsande gameter, är lika i avkomman till det analyserande korset. kvantitativt. I detta experiment med Drosophila fanns cirka 41,5 % av båda individerna. Totalt stod icke-crossover-flugor för 83 % av det totala antalet avkommor. De två crossover-klasserna är också desamma när det gäller antalet individer, och deras summa är 17%.

Frekvensen av korsning beror inte på det alleliska tillståndet hos generna som är involverade i korsningen. Om flugor och används som förälder, då vid analys av crossover ( b+vg och bvg +) och icke-crossover ( bvg och b+vg+) individer kommer att dyka upp med samma frekvens (17 respektive 83 %) som i det första fallet.

Resultaten av dessa experiment visar att genkoppling verkligen existerar, och endast i en viss procent av fallen bryts den på grund av korsning. Därför drogs slutsatsen att mellan homologa kromosomer kan ett ömsesidigt utbyte av identiska sektioner utföras, som ett resultat av vilket generna som finns i dessa sektioner av parade kromosomer flyttar från en homolog kromosom till en annan. Frånvaron av korsning (full koppling) mellan gener är ett undantag och är endast känd i det heterogametiska könet hos ett fåtal arter, till exempel hos Drosophila och silkesmasken.

Det sammanlänkade arvet av egenskaper som studerats av Morgan kallades Morgans länklag Eftersom rekombination sker mellan gener, och genen i sig inte separeras genom att korsa över, ansågs den vara en enhet för överkorsning.

Crossover värde. Överkorsningsvärdet mäts genom förhållandet mellan antalet överkorsningsindivider och det totala antalet individer i avkomman från att analysera korsningar. Rekombination sker ömsesidigt, d.v.s. ömsesidigt utbyte utförs mellan föräldrarnas kromosomer; detta förpliktar att räkna crossover-klasserna tillsammans som resultatet av en enda händelse. Överkorsningsvärdet uttrycks i procent. En procent av korsningen är en enhet av avstånd mellan gener.

Det linjära arrangemanget av gener på en kromosom. T. Morgan föreslog att generna är linjärt placerade på kromosomerna och korsningsfrekvensen återspeglar det relativa avståndet mellan dem: ju oftare korsning sker, desto längre ifrån varandra är generna från varandra i kromosomen; ju mindre crossover, desto närmare är de varandra.

Ett av Morgans klassiska experiment på Drosophila, som bevisade det linjära arrangemanget av gener, var följande. Honor heterozygota för tre länkade recessiva gener som bestämmer den gula kroppsfärgen y, vit ögonfärg w och klyftade vingar bi, korsades med män homozygota för dessa tre gener. Hos avkomman erhölls 1,2 % av korsningsflugorna, som uppstod från korsningen mellan gener på och w; 3,5% - från korsning mellan gener w och bi och 4,7 % mellan på och bi.

Av dessa data följer tydligt att andelen korsning är en funktion av avståndet mellan gener. Eftersom avståndet mellan de extrema generna på och biär lika med summan av två avstånd mellan på och w, w och bi, det bör antas att generna är lokaliserade sekventiellt på kromosomen, dvs. linjärt.

Reproducerbarheten av dessa resultat i upprepade experiment indikerar att platsen för generna i kromosomen är strikt fixerad, det vill säga att varje gen upptar sin specifika plats i kromosomen - lokuset.

Huvudbestämmelserna i den kromosomala teorin om ärftlighet - parningen av alleler, deras minskning av meios och det linjära arrangemanget av gener i kromosomen - motsvarar en enkelsträngad modell av kromosomen.

Enkla och flera kors. Efter att ha accepterat ståndpunkten att det kan finnas många gener i kromosomen och att de är belägna i kromosomen i linjär ordning, och varje gen upptar ett visst lokus i kromosomen, medgav Morgan att korsningen mellan homologa kromosomer kan ske samtidigt på flera punkter . Detta antagande bevisades också av honom på Drosophila, och bekräftades sedan fullständigt på ett antal andra djur, såväl som på växter och mikroorganismer.

Överkorsning som bara sker på ett ställe kallas enkel, vid två punkter samtidigt - dubbel, vid tre - trippel, etc., d.v.s. det kan vara flera.

Ju längre ifrån varandra generna är på kromosomen, desto större är sannolikheten för dubbla korsningar mellan dem. Procentandelen av rekombinationer mellan två gener återspeglar mer exakt avståndet mellan dem, ju mindre det är, eftersom vid ett litet avstånd minskar möjligheten för dubbla utbyten.

För att ta hänsyn till dubbel korsning är det nödvändigt att ha en ytterligare markör placerad mellan de två studerade generna. Bestämningen av avståndet mellan gener utförs på följande sätt: till summan av procentsatserna av enkla korsningsklasser läggs dubbel procentandel av dubbelkorsningar. Det är nödvändigt att fördubbla andelen dubbla övergångar eftersom varje dubbelkorsning beror på två oberoende singelavbrott vid två punkter.

Interferens. Det har fastställts att korsning som sker på ett ställe på kromosomen undertrycker överkorsning i närliggande regioner. Detta fenomen kallas interferens.Med dubbelkorsning är interferens särskilt uttalad vid små avstånd mellan gener. Kromosombrott är beroende av varandra. Graden av detta beroende bestäms av avståndet mellan pauserna som uppstår: när du går bort från pausen ökar möjligheten för ytterligare ett avbrott.

Effekten av interferens mäts genom förhållandet mellan antalet observerade dubbla diskontinuiteter och antalet möjliga, förutsatt att var och en av diskontinuiteterna är fullständigt oberoende.

genlokalisering. Om generna är placerade linjärt på kromosomen och korsningsfrekvensen reflekterar avståndet mellan dem, kan genens placering på kromosomen bestämmas.

Innan man bestämmer positionen för en gen, d.v.s. dess lokalisering, är det nödvändigt att bestämma på vilken kromosom denna gen är belägen. Gener som finns på samma kromosom och ärvs på ett länkat sätt utgör en kopplingsgrupp.Det är uppenbart att antalet kopplingsgrupper i varje art måste motsvara den haploida uppsättningen kromosomer.

Hittills har kopplingsgrupper identifierats i de mest genetiskt studerade objekten, och i alla dessa fall har man hittat en fullständig överensstämmelse mellan antalet kopplingsgrupper och det haploida antalet kromosomer. Ja, majs Zea mays) den haploida uppsättningen kromosomer och antalet kopplingsgrupper är 10, i ärter ( Pisum sativum) - 7, Drosophila melanogaster - 4, husmöss ( Mus muskler) - 20 osv.

Eftersom genen upptar en viss plats i kopplingsgruppen gör detta att du kan ställa in ordningen på generna i varje kromosom och bygga genetiska kartor över kromosomerna.

genetiska kartor. En genetisk karta över kromosomer är ett diagram över det relativa arrangemanget av gener i en given kopplingsgrupp. De har hittills endast sammanställts för några av de mest genetiskt studerade objekten: Drosophila, majs, tomater, möss, neurosporer, Escherichia coli, etc.

Genetiska kartor görs för varje par homologa kromosomer. Kopplingsgrupper är numrerade.

För att kartlägga är det nödvändigt att studera arvsmönstren för ett stort antal gener. I Drosophila, till exempel, har mer än 500 gener lokaliserade i fyra kopplingsgrupper studerats, i majs, mer än 400 gener belägna i tio kopplingsgrupper, och så vidare. Vid sammanställning av genetiska kartor anges kopplingsgruppen, genernas fullständiga eller förkortade namn, avståndet i procent från en av ändarna på kromosomen, taget som nollpunkt; ibland anges centromerens plats.

I flercelliga organismer är genrekombination ömsesidig. I mikroorganismer kan det vara ensidigt. Så, i ett antal bakterier, till exempel i Escherichia coli ( Escherichia coli), överföra genetisk information inträffar under cellkonjugering. Den enda kromosomen hos en bakterie, som har formen av en sluten ring, går alltid sönder vid en viss punkt under konjugering och går från en cell till en annan.

Längden på det överförda kromosomsegmentet beror på konjugationens varaktighet. Gensekvensen i kromosomen är konstant. På grund av detta mäts avståndet mellan generna på en sådan ringkarta inte i procent av korsningen, utan i minuter, vilket återspeglar konjugationens varaktighet.

Cytologiska bevis på korsning. Efter att genetiska metoder kunde fastställa fenomenet korsning, var det nödvändigt att erhålla direkta bevis för utbyte av sektioner av homologa kromosomer, åtföljd av genrekombination. Mönstren av chiasma som observerats i meiosprofasen kan bara tjäna som indirekta bevis för detta fenomen; det är omöjligt att ange utbytet som har ägt rum genom direkt observation, eftersom de homologa kromosomerna som utbyter segment vanligtvis är absolut lika i storlek och form .

För att jämföra cytologiska kartor av jättekromosomer med genetiska kartor föreslog Bridges att man skulle använda korsningskoefficienten. För att göra detta delade han den totala längden av alla kromosomer i spottkörtlarna (1180 μm) med den totala längden på genetiska kartor (279 enheter). I genomsnitt var detta förhållande 4,2. Därför motsvarar varje korsningsenhet på den genetiska kartan 4,2 mikron på den cytologiska kartan (för spottkörtlarnas kromosomer). Genom att känna till avståndet mellan gener på den genetiska kartan för vilken kromosom som helst, kan man jämföra den relativa frekvensen av överkorsning i dess olika regioner. Till exempel i X- Drosophila kromosomgener på och ec ligger på ett avstånd av 5,5 %, därför bör avståndet mellan dem i jättekromosomen vara 4,2 μm X 5,5 = 23 μm, men direkt mätning ger 30 μm. Så i det här området X- Kromosomövergång är mindre än den genomsnittliga normen.

På grund av den ojämna implementeringen av utbyten längs kromosomernas längd, när de kartläggs, fördelas gener på den med olika densiteter. Därför kan fördelningen av gener på genetiska kartor betraktas som en indikator på möjligheten till korsning längs kromosomens längd.

Crossover mekanism. Redan innan upptäckten av skärningspunkten mellan kromosomer med genetiska metoder, observerade cytologer, som studerade meiosprofasen, fenomenet med ömsesidig omslagning av kromosomer, bildandet av χ-formade figurer av dem - chiasm (χ är den grekiska bokstaven "chi" ). 1909 föreslog F. Jansens att chiasmata är associerad med utbyte av kromosomregioner. Därefter fungerade dessa bilder som ett ytterligare argument till förmån för hypotesen om genetisk korsning av kromosomer som lades fram av T. Morgan 1911.

Mekanismen för kromosomkorsning är associerad med beteendet hos homologa kromosomer i profas I av meios.

Överkorsning sker i stadiet av fyra kromatider och är begränsad till bildandet av chiasmata.

Om det inte fanns ett utbyte i en bivalent, utan två eller flera, bildas i detta fall flera chiasmata. Eftersom det finns fyra kromatider i den bivalenta, så har var och en av dem uppenbarligen lika stor sannolikhet att byta platser med någon annan. I detta fall kan två, tre eller fyra kromatider delta i utbytet.

Utbytet inom systerkromatider kan inte leda till rekombinationer, eftersom de är genetiskt identiska, och på grund av detta är ett sådant utbyte inte vettigt som en biologisk mekanism för kombinativ variabilitet.

Somatisk (mitotisk) korsning. Som redan nämnts sker korsning i profas I av meios under bildandet av könsceller. Det finns dock en somatisk, eller mitotisk, överkorsning, som utförs under den mitotiska uppdelningen av somatiska celler, främst embryonala vävnader.

Det är känt att homologa kromosomer i mitosprofas vanligtvis inte konjugerar och är lokaliserade oberoende av varandra. Men ibland är det möjligt att observera synapsis av homologa kromosomer och figurer som liknar chiasma, men ingen minskning av antalet kromosomer observeras.

Hypoteser om mekanismen för crossover. Det finns flera hypoteser om korsningsmekanismen, men ingen av dem förklarar helt fakta om genrekombination och de cytologiska mönstren som observerats i detta fall.

Enligt hypotesen föreslagen av F. Jansens och utvecklad av C. Darlington skapas i processen för synaps av homologa kromosomer i de bivalenta en dynamisk spänning som uppstår i samband med spiraliseringen av kromosomtrådar, såväl som i de ömsesidiga. inslagning av homologer i det bivalenta. På grund av denna spänning går en av de fyra kromatiderna sönder. Avbrottet, som stör balansen i det bivalenta, leder till ett kompensatoriskt brott vid en strikt identisk punkt i någon annan kromatid av samma bivalent. Sedan blir det en ömsesidig återförening av de trasiga ändarna, vilket leder till att man går över. Enligt denna hypotes är chiasmata direkt relaterade till korsning.

Enligt K. Sachs hypotes är chiasmer inte ett resultat av korsning: först bildas chiasmer och sedan sker ett utbyte. Med divergensen av kromosomer till polerna på grund av mekanisk stress på ställena för chiasmen uppstår brott och utbyte av motsvarande sektioner. Efter utbytet försvinner chiasmen.

Innebörden av en annan hypotes, föreslagen av D. Belling och moderniserad av I. Lederberg, är att processen för DNA-replikation kan ömsesidigt växla från en sträng till en annan; reproduktion, med början på en mall, växlar från någon punkt till DNA-mallsträngen.

Faktorer som påverkar korsningen av kromosomer. Cross-over påverkas av många faktorer, både genetiska och miljömässiga. Därför kan man i ett verkligt experiment prata om övergångsfrekvensen, med tanke på alla förhållanden under vilka den bestämdes. Överkorsning är praktiskt taget frånvarande mellan heteromorfa X- och Y-kromosomer. Om det hände skulle den kromosomala könsbestämningsmekanismen ständigt förstöras. Blockeringen av korsning mellan dessa kromosomer är inte bara förknippad med skillnaden i deras storlek (det observeras inte alltid), utan också på grund av Y-specifika nukleotidsekvenser. Erforderligt skick synaps av kromosomer (eller deras sektioner) - homologi av nukleotidsekvenser.

Den stora majoriteten av högre eukaryoter kännetecknas av ungefär samma frekvens av korsning i både de homogametiska och heterogametiska könen. Det finns dock arter där korsning saknas hos individer av det heterogametiska könet, medan det hos individer av homogametiskt kön fortskrider normalt. Denna situation observeras hos heterogametiska Drosophila-hanar och silkesmaskhonor. Det är signifikant att frekvensen av mitotisk korsning i dessa arter hos hanar och honor är nästan densamma, vilket indikerar olika inslag av kontroll av individuella stadier av genetisk rekombination i könsceller och somatiska celler. I heterokromatiska regioner, i synnerhet pericentromera regioner, reduceras frekvensen av korsningar, och därför kan det verkliga avståndet mellan gener i dessa regioner ändras.

Korsningsblockerande gener upptäckts , men det finns också gener som ökar dess frekvens. De kan ibland inducera ett märkbart antal korsningar hos Drosophila-hanar. Kromosomala omarrangemang, i synnerhet inversioner, kan också fungera som korsningslås. De stör den normala konjugeringen av kromosomer i zygoten.

Det visade sig att frekvensen av korsningar påverkas av organismens ålder, liksom exogena faktorer: temperatur, strålning, saltkoncentration, kemiska mutagener, läkemedel, hormoner. Under de flesta av dessa influenser ökar frekvensen av korsningar.

I allmänhet är korsning en av de vanliga genetiska processerna som kontrolleras av många gener, både direkt och genom det fysiologiska tillståndet hos meiotiska eller mitotiska celler. Frekvensen av olika typer av rekombinationer (meiotiska, mitotiska korsningar och syster, kromatidutbyten) kan tjäna som ett mått på verkan av mutagener, cancerframkallande ämnen, antibiotika, etc.

Morgans arvslagar och principerna för ärftlighet som härrör från dem. T. Morgans verk spelade en stor roll i skapandet och utvecklingen av genetik. Han är författare till kromosomteorin om ärftlighet. De upptäckte arvets lagar: nedärvning av könsbundna egenskaper, kopplat arv.

Från dessa lagar följer följande principer för ärftlighet:

1. En faktorgen är ett specifikt lokus för en kromosom.

2. Genalleler är lokaliserade i identiska loci av homologa kromosomer.

3. Generna finns linjärt på kromosomen.

4. Crossing är en regelbunden process för genutbyte mellan homologa kromosomer.

Mobila element i genomet. 1948 upptäckte den amerikanske forskaren McClintock gener i majs som rör sig från en del av kromosomen till en annan och kallade fenomenet transposition, och generna i sig styrelement (CE). 1. Dessa föremål kan flyttas från en plats till en annan; 2. deras integration i en given region påverkar aktiviteten hos gener som finns i närheten; 3. förlust av CE vid ett givet lokus omvandlar ett tidigare föränderligt lokus till ett stabilt; 4. På platser där ECs förekommer kan deletioner, translokationer, transpositioner, inversioner, såväl som kromosombrott inträffa. År 1983 tilldelades Nobelpriset Barbara McClintock för upptäckten av mobila genetiska element.

Närvaron av transposerbara element i genom har en mängd olika konsekvenser:

1. Rörelse och införande av mobila element i gener kan orsaka mutationer;

2. Förändring i tillståndet för genaktivitet;

3. Bildning av kromosomala omarrangemang;

4. Bildning av telomerer.

5. Deltagande i horisontell genöverföring;

6. Transposoner baserade på P-elementet används för transformation i eukaryoter, genkloning, sökning efter förstärkare osv.

Det finns tre typer av mobila element i prokaryoter - IS-element (insertioner), transposoner och vissa bakteriofager. IS-element infogas i vilken DNA-region som helst, vilket ofta orsakar mutationer, förstör kodande eller regulatoriska sekvenser och påverkar uttrycket av närliggande gener. Bakteriofagen kan orsaka mutationer till följd av insättning.

§ 5. T. G. Morgan och hans kromosomlära

Thomas Gent Morgan föddes 1866 i Kentucky (USA). Efter examen från universitetet vid tjugoårsåldern belönades Morgan med titeln Doctor of Science vid tjugofyra, och vid tjugofem års ålder blev han professor.

Sedan 1890 har Morgan varit engagerad i experimentell embryologi. Under 1900-talets första decennium var han förtjust i frågor om ärftlighet.

Det låter paradoxalt, men i början av sin verksamhet var Morgan en ivrig motståndare till Mendels lära och tänkte motbevisa hans lagar om djurföremål - kaniner. Columbia University-förvaltarna tyckte dock att upplevelsen var för kostsam. Så Morgan började sin forskning på ett billigare föremål - fruktflugan Drosophila, och kom sedan inte bara till förnekandet av Mendels lagar, utan blev också en värdig efterträdare till hans läror.

En forskare i experiment med Drosophila skapar kromosomteorin om ärftlighet- den största upptäckten, ockuperande, uttryckt N. K. Koltsova, "samma plats i biologin som molekylteorin i kemi och teorin om atomära strukturer i fysiken."

Åren 1909-1911. Morgan och hans lika lysande elever A. Sturtevant, G. Moeller, C. Bridges visade att Mendels tredje lag kräver betydande tillägg: ärftliga böjelser ärvs inte alltid självständigt; ibland överförs de i hela grupper - kopplade till varandra. Sådana grupper belägna på motsvarande kromosom kan flytta till en annan homolog kromosom under konjugering av kromosomer under meios (profas I).

Hela kromosomteorin formulerades T.G. Morgan under tiden 1911 till 1926. Med sitt utseende och ytterligare utveckling denna teori är skyldig inte bara till Morgan och hans skola, utan också till arbetet av ett betydande antal vetenskapsmän, både utländska och inhemska, bland vilka vi först och främst bör nämna N. K. Koltsova och A. S. Serebrovsky (1872-1940).

Enligt kromosomteorin, överföring av ärftlig information är förknippad med kromosomer, i vilken linjärt, på ett visst ställe (från lat. ställe- plats), gener ligger. Eftersom kromosomerna är parade, motsvarar varje gen på en kromosom en parad gen på den andra kromosomen (homolog) som ligger i samma locus. Dessa gener kan vara samma (hos homozygoter) eller olika (hos heterozygoter). Olika former av gener som uppstår genom mutation från originalet kallas alleler, eller allelomorfer(från grekiska allo - olika, morf - form). Alleler påverkar manifestationen av en egenskap på olika sätt. Om en gen existerar i mer än två alleliska tillstånd, kommer sådana alleler i befolkningar* bildar en serie av så kallade multipla alleler. Varje individ i en population kan innehålla vilka som helst två (men inte fler) alleler i sin genotyp, och varje gamet kan innehålla endast en allel. Samtidigt kan individer med alla alleler i denna serie vara i populationen. Hemoglobinalleler är ett exempel på multipla alleler (se kapitel I, § 5).

* (En population (av latin popularus - population) är en grupp individer av samma art, förenade genom ömsesidig korsning, till viss del isolerade från andra grupper av individer av denna art.)

Graden av dominans i en serie alleler kan öka från den extrema recessiva genen till den extremt dominanta. Många exempel av denna typ kan nämnas. Så hos kaniner, den recessiva genserien flera allelerär c-genen som bestämmer utvecklingen av albinism*. C h-genen av Himalayas (hermelin) färg (rosa ögon, vit kropp, mörka nässpetsar, öron, svans och lemmar) kommer att vara dominerande i förhållande till denna gen; över denna gen, såväl som över c-genen, dominerar genen med ljusgrå färg (chinchilla) c ch. Ett ännu mer dominant stadium är agouti-genen - c a (dominerar över generna c, c h och c ch). Den mest dominerande av hela serien, den svarta färggenen C dominerar över alla de "lägre stegen av alleler" - generna c, c h, c ch, c a.

* (Brist på pigment (se kapitel VII, § 5).)

Dominans, liksom recessiviteten hos alleler, är inte en absolut, utan deras relativa egenskap. Graden av dominans och recessivitet kan vara olika. Samma egenskap kan ärvas på ett dominant eller recessivt sätt.

Så till exempel är vecket ovanför det inre ögonvrån (epicanthus) dominant hos mongoloider och recessivt hos negroider (bushmän, hottentoter).

Som regel är nytillkomna alleler recessiva, tvärtom alleler av gamla växtsorter eller djurraser (även mer vilda arter) är dominerande.

Varje par av kromosomer kännetecknas av en viss uppsättning gener som utgör länkgruppen. Det är därför grupper av olika egenskaper ibland ärvs tillsammans med varandra.

Eftersom de somatiska cellerna i Drosophila innehåller fyra par kromosomer (2n = 8), och könscellerna innehåller hälften så många (1n = 4), har fruktflugan fyra grupper koppling; på liknande sätt, hos människor är antalet kopplingsgrupper lika med antalet kromosomer i den haploida uppsättningen (23).

För ett antal organismer (Drosophila, majs) och vissa mänskliga kromosomer * har kromosomala eller genetiska kartor sammanställts, vilka är ett schematiskt arrangemang av gener i kromosomerna.

* (Vid det här laget, för att fastställa den exakta lokaliseringen av mänskliga gener (om vi tar hänsyn till Totala numret gener) lyckades endast i isolerade och relativt sällsynta fall, till exempel för egenskaper kopplade till könskromosomer.)

Låt oss som ett exempel ge en kromosomkarta över en del av Drosophila X-kromosomen (Fig. 24). Med större eller mindre noggrannhet återspeglar denna karta sekvensen av gener och avståndet mellan dem. Det var möjligt att bestämma avståndet mellan gener med hjälp av genetiska och cytologiska analyser av överkorsning, som sker under konjugeringen av homologa kromosomer under zygonem av profas I av meios (se kapitel II, § 7).

Förflyttning av gener från en kromosom till en annan sker med en viss frekvens, som är omvänt proportionell mot avståndet mellan gener: ju kortare avstånd, desto högre korsningsprocent(enheten för avstånd mellan gener är uppkallad efter Morgan morganida och är lika med det minsta avståndet i kromosomen som kan mätas genom att korsa över). Crossover visas i fig. 25.

För närvarande är den nära kopplingen mellan vissa genloci känd, och andelen korsning har beräknats för dem. Länkade gener bestämmer till exempel uttrycket Rh faktor och gener i blodets MN-system (om nedärvning av blodegenskaper, se kapitel VII, § 3). I vissa familjer var det möjligt att spåra kopplingen mellan Rh-faktorn med ovalocytos(närvaron av cirka 80-90% av ovala erytrocyter - anomin fortsätter som regel utan kliniska manifestationer), vilket ger cirka 3 % crossover. Upp till 9 % av korsningen observeras mellan generna som kontrollerar manifestationerna av ABO-blodgrupper och Lu-faktorn. Det är känt att genen som påverkar anomin i naglars och knäets struktur också är kopplad till ABO-systemets loci; procentandelen korsning mellan dem är cirka 10. Kopplingsgrupperna (och följaktligen kromosomkartorna) för de mänskliga X- och Y-kromosomerna är mycket bättre studerade (se kapitel VII, § 6). Man vet till exempel att de gener som bestämmer utvecklingen av färgblindhet(färgblindhet) och hemofili(blödning); procentandelen överlappning mellan dem är 10.

Riktigheten av Morgans hypotes bekräftades i början av århundradet av Kurt Stern (cytologiska studier) och Morgans medarbetare Theophilus Painter (cytolog) och Calvin Bridges (genetiker) om jättekromosomerna i spottkörtlarna hos Drosophila-larver (liknande jätten) kromosomer från andra diptera). På fig. 26 visar en del av en jättekromosom Spottkörtel Chironomus (blodmask) larver.

När man studerar jättekromosomer med ett konventionellt ljusmikroskop är den tvärgående striationen tydligt synlig, bildad av växlingen av ljusa och mörkare ränder av skivor - kromomerer; de bildas av starkt spiraliserade, tätt intilliggande områden.

Bildandet av sådana jättekromosomer kallas polyteni, d.v.s. reduplicering av kromosomer utan att öka deras antal. Samtidigt förblir de reduplicerade kromatiderna sida vid sida, tätt intill varandra.

Om en kromosom som består av ett par kromatider fördubblas nio gånger i följd, blir antalet strängar (kromonem) i en sådan polytenkromosom 1024. På grund av den partiella despiraliseringen av kromosomer ökar längden på en sådan kromosom jämfört med den vanliga en i taget 150-200 gånger.

1925 visade Sturtevant närvaron ojämn crossover: i en av de homologa kromosomerna kan det finnas två identiska loci, i vilka till exempel gener som påverkar formen på Drosophila-ögat - Bar finns, och i den andra - inte ett enda locus. Så här flyger med ett uttalat tecken på smalrandiga ögon (gen ultra bar)(se fig. 31).

Förutom cytologiska bevis för korrektheten av kromosomteorin, utfördes genetiska experiment - korsning olika raser Drosophila. Så bland de många länkade generna i fruktflugan finns det två recessiva gener: genen för svart kroppsfärg ( svart) och genen för rudimentära vingar ( rudimentär).

Låt oss kalla dem gener a och b. De motsvarar två dominerande alleler: genen för den grå kroppen och normalt utvecklade vingar (A och B). Vid korsning av renrasiga flugor aabb och AABB kommer hela den första generationen hybrider att ha genotypen AaBb. Teoretiskt sett bör följande resultat förväntas i den andra generationen (F 2).

Men i en liten men konstant procentandel av fallen påträffades ovanliga avkommor från ovanliga könsceller. Cirka 18 % av sådana könsceller observerades i varje korsning (9 % Ab och 9 % aB).

Förekomsten av sådana undantag förklaras väl av crossover-processen. Alltså och genetisk forskning gjorde det möjligt att fastställa att kränkningen av vidhäftning - korsning, vilket leder till en ökning i formvariabilitet, är statistiskt konstant.

Sammanfattningsvis noterar vi det hela raden bestämmelserna om klassisk genetik idag har genomgått ett antal förändringar.

Vi har upprepade gånger använt termerna "dominanta" och "recessiva" gener (alleler) och egenskaper. Men nyare studier har visat det så kallade recessiva gener kanske inte alls är recessiva. Det är mer korrekt att säga att recessiva gener ger en mycket svag synlig eller osynlig manifestation i fenotypen. Men i det senare fallet kan recessiva alleler, utåt osynliga i fenotypen, detekteras med hjälp av speciella biokemiska tekniker. Dessutom kan samma gen under vissa miljöförhållanden uppträda som dominant, under andra - som recessiv.

Eftersom utvecklingen av alla organismer sker beroende på och under påverkan av den yttre miljön, påverkas genotypens manifestation i en viss fenotyp också av miljöfaktorer (temperatur, mat, fuktighet och gassammansättning atmosfären, dess tryck, närvaron av former som är patogena för en given organism, den kemiska sammansättningen av vatten, jord, etc., och för en person, och fenomen i en social ordning). Fenotypen visar aldrig alla genotypiska möjligheter. Därför, under olika förhållanden, kan de fenotypiska manifestationerna av liknande genotyper skilja sig mycket från varandra. Således är både genotypen och miljön involverade (i större eller mindre utsträckning) i manifestationen av en egenskap.

Utveckling naturvetenskap, i synnerhet cytologi, och tillkomsten av mer kraftfulla mikroskop bidrog till studiet av genetik. Många vetenskapsmän har sysslat med arvsfrågor sedan slutet av 1800-talet. I början av 1900-talet formulerade Thomas Morgan, baserat på data från forskare, huvudbestämmelserna i kromosomteorin om ärftlighet.

Berättelse

Thomas Morgan, en amerikansk biolog och nobelpristagare, anses vara författaren till kromosomteorin. Det var han som studerade och beskrev mekanismen för länkat arv och formulerade också huvudbestämmelserna i teorin om kromosomalt arv. Morgan förlitade sig dock på sina föregångares arbete - biologer, genetiker, fysiologer.

Ris. 1. Thomas Morgan.

En kort historik över bildandet av Morgans teori beskrivs i tabellen.

År	Forskare	Vad gjorde du
	Ivan Chistyakov	Observerade fördelningen av genetiskt material mellan kärnorna i en växtcell
	Oscar Hertwig	Observerad fusion av könsceller i tagghudingar. Kom fram till att kärnan bär ärftlig information
	Edward Strasburger	Observerad kärnklyvning i växter. Jämför växt- och djurceller. Han drog slutsatsen att delning i alla celler sker på samma sätt. Senare introducerade han många termer av genetik (gameter, meios, haploida och diploida kromosomuppsättningar, polyploidi)
	Edward van Beneden	observerad meios. Avslöjade att en del av ärftlig information kommer från fadern, en del - från mamman
	Heinrich Waldeyer	Introducerade termen "kromosom". Före honom användes termerna "kromatinsegment" och "kromatinelement".
	Theodore Boveri och William Setton	Oberoende av varandra avslöjades förhållandet mellan ärftliga faktorer enligt Mendel och kromosomer. Dessa faktorer kallades senare gener. Dra slutsatsen att gener finns på kromosomer
		Publicerade resultatet av många års arbete. Tillsammans med sina kollegor och elever – Calvin Bridges, Alfred Sturtevant, Hermann Möller – formulerade han teorin om kromosomalt arv. Sedan 1909 har experiment utförts med frukt Drosophila och avslöjat mekanismerna för länkat arv och hur de kränks - korsning.

1933 tilldelades Thomas Morgan Nobelpriset för sina insatser inom fysiologi och medicin. Beslutet för priset var hans arbete om kromosomernas roll i arvsprocesserna.

förordningar

Många forskare kom oberoende av varandra till samma slutsatser. Under det första decenniet av 1900-talet var kromosomernas roll i arv känd, termen "gen" introducerades, könskromosomer och sätt att överföra ärftlig information identifierades. Det landmärke arbetet var en studie ledd av Morgan. Tack vare observationerna av generationerna av frukt Drosophila och baserat på den ackumulerade kunskapen, huvudbestämmelserna i Morgans kromosomteori om ärftlighet:

• generna som är ansvariga för nedärvningen av egenskaper finns på kromosomerna;
• gener är ordnade linjärt, varje gen har sin egen plats i kromosomen - ett lokus;
• uppsättningen gener på varje kromosom är unik;
• grupper av gener som ligger nära varandra är ärvda länkade;
• antalet länkade gener är lika med den haploida uppsättningen kromosomer och är konstant för varje art (en person har 23 par kromosomer, därför 23 par länkade gener);
• kromosomkohesion bryts under korsning (crossover) - processen att byta ut delar av kromosomerna i profas I av meios;
• ju längre ifrån varandra de sammanlänkade grupperna av gener är på kromosomen, desto större är sannolikheten för korsning.

Ris. 2. Länkarv.

Morgans experiment visade att gener som finns på samma kromosom är nedärvda, faller in i en gamet, d.v.s. två egenskaper ärvs alltid tillsammans. Detta fenomen har kallats Morgans lag.

Ris. 3. Korsa över.

På tur XIX och XX århundraden studerades huvudstadierna av celldelning. Livslängden för en cell från dess bildande till delning är cellcykel. Cellcykeln är indelad i stadier, varav den ljusaste i morfologiska termer är mitos eller faktisk celldelning. Perioden mellan mitoser kallas interfas. Nyckelrollen i mitos tillhör kromosomer- sådana strukturer i cellkärnorna som är tydligt synliga under delning under ljusmikroskopi och användning av specifika färgningsmetoder. Den färgande substansen av kromosomer kallas kromatin. Förekomsten av kromosomer visades först av Fleming 1882. Termen kromosom introducerades först av Waldeer 1888 (grekiska: chroma - färg; soma - body).

Uppsättningen kromosomer i en cell kallas karyotyp. Antalet och morfologin hos kromosomerna hänvisar till specifika funktioner. Olika sorter organismer skiljer sig åt i karyotyp, medan sådana skillnader inte observeras inom samma art, och karyotypavvikelser är oftast förknippade med allvarliga patologiska tillstånd. Varje kromosom har en viktig funktionell region som kallas centromer. Centromeren delar upp kromosomen i två armar: en kort (sid) och lång (q) . Kromosomer delas in i grupper beroende på deras längd och placering av centromeren. I högre somatiska celler representeras varje kromosom av två kopior, det vill säga diploid uppsättning. Och bara i könsceller är en enda eller haploid uppsättning kromosomer. Detta säkerställs genom en speciell form av könscellsdelning - meios.

De första omfattande studierna av kromosomernas struktur och morfologi i vårt land utfördes på växtföremål på 20-talet av förra seklet av den enastående cytologen och embryologen S. G. Navashin och hans begåvade studenter - M. S. Navashin, G. A. Levitsky , L. N. Delaunay. År 1924 publicerade G. A. Levitsky världens första manual om cytogenetik: "Material Foundations of Heredity", där han i synnerhet introducerade begreppet karyotyp i den mening som denna term används idag.

Låt oss överväga mer i detalj huvudstegen i cellcykeln - fig. 5, stadier av mitos - fig. 6 och meios - fig. 7.

Figur 5. Cellcykel

Cellen som har delat klart är i G 0-stadiet. Det längsta steget av interfas är perioden av relativ vila av cellen - G 1 , dess varaktighet kan variera avsevärt. Ungefär i mitten av G 1-stadiet finns det en kontrollpunkt, när den når vilken cellen oundvikligen går in i delning. Efter G 1 börjar ett mycket viktigt syntetiskt steg S, under vilket varje kromosom dupliceras för att bilda två kromatider anslutna till varandra med en enda centromer. Detta följs av förberedelse för mitos - stadium G 2 och mitos själv - stadium M.

Figur 6. Mitos

Mitos är i sin tur också indelad i stadier. På scenen profas det finns ett försvinnande av kärnmembranet, kondensering eller komprimering av kromosomer på grund av deras spiralisering, migrering av centrioler till motsatta poler, vilket leder till polarisering av cellen och bildning fissionsspindel består av mikrotubuli. Strängar av mikrotubuli sträcker sig från en pol till den andra och kromosomernas centromerer är fästa vid dem. Under perioden metafas centromerer är belägna längs cellens ekvator vinkelrätt mot spindelaxeln. Det är under denna period som kromosomerna är särskilt tydligt synliga, eftersom de är i det mest kompakta tillståndet. På scenen anafas centromerseparation inträffar, kromatider förvandlas till oberoende kromosomer och, förs bort av centromerer, börjar de röra sig till motsatta poler i cellen längs fissionsspindelns trådar. I slutskedet - telofas– Despiralisering av kromosomer sker, delningsspindeln försvinner, kärnmembranet bildas och cytoplasman separeras. I interfasstadiet, under konventionell ljusmikroskopi, är kromosomerna inte synliga som separata strukturer, endast kromatinkorn, slumpmässigt fördelade över kärnan, färgas.

Figur 7. Meios

Meios inträffar endast under bildandet av könsceller, och det involverar två celldelningar: meiosjag eller reduktionsuppdelning och meios II. Under profas I av meios konjugerar (fuserar) homologa kromosomer med varandra längs hela sin längd och bildar bivalent. Vid denna tidpunkt kan ett utbyte av platser mellan icke-systerkromatider inträffa - korsa över eller homolog rekombination (Fig. 8.)

Figur 8. Crossover

Vid rekombinationspunkten bildas en korsformad struktur som är synlig i ett ljusmikroskop - chiasma. Utbyte sker endast mellan två av de fyra kromatiderna. Chiasmata bildas slumpmässigt, och deras antal beror i genomsnitt på kromosomens längd: ju längre kromosomen är, desto mer chiasmata. I metafasstadiet radas de bivalenta upp i ekvatorialplanet, medan centromererna är slumpmässigt orienterade i förhållande till cellens poler. I anafasstadiet separeras homologa kromosomer från varandra och börjar röra sig mot motsatta poler. I det här fallet sker inte splittringen av centromeren, och systerkromatiderna är anslutna. De kan dock inte längre vara identiska med varandra på grund av överfarten som har inträffat. Under meios I bildas alltså två haploida celler från en diploid cell. Intervallet mellan den första och andra uppdelningen av meios kallas interkinesis. Den kan vara ganska lång, medan kromosomerna är dekomprimerade och ser likadana ut som i interfas. Det är viktigt att betona att kromatidfördubbling inte sker i detta skede.

I profasen av meios II återställs delningsspindeln, kromosomerna är belägna i ekvatorialplanet. I anafas II delas centromeren, och kromosomerna flyttar till motsatta poler. För en akt av fördubbling av kromosomerna finns det alltså två på varandra följande cykler av celldelning. Efter att telofas II har slutförts delar sig den diploida modercellen i fyra haploida könsceller, och de resulterande könscellerna är inte identiska med varandra - fragment av moderns och faderns kromosomer finns i dem i olika kombinationer.

När de undersökte processerna för mitos och meios, kom W. Setton och E. Boveri 1902 till slutsatsen att de ärftliga faktorerna eller generna som Mendel postulerade finns i kromosomerna, eftersom kromosomernas beteende motsvarar beteendet hos dessa ärftliga faktorer. . Mendel föreslog faktiskt att somatiska celler innehåller två kopior av den ärftliga faktor som är ansvarig för samma egenskap eller, som vi redan har bestämt, två alleler av samma gen. Dessa alleler kan vara identiska - AA eller aa, eller annorlunda - ah. Men bara en av allelerna kommer in i könscellerna - MEN eller a. Kom ihåg att homologa kromosomer i somatiska celler också finns i två kopior, och bara en av dem kommer in i könscellerna. Under befruktningen återställs den dubbla uppsättningen kromosomer och genalleler.

Direkta bevis på lokaliseringen av gener i kromosomer erhölls senare av T. Morgan (1910) och C. Bridges (1916) i experiment på Drosophila. För att återgå till Mendels lagar, noterar vi att oberoende kombination endast är giltig för de egenskaper vars gener finns i olika kromosomer. Föräldraalleler av gener som finns på samma kromosom har en hög sannolikhet för gemensamt inträde i samma könscell. Således uppträdde idén om en gen som en del av en kromosom eller en kromosom ställe, som är ansvarig för en egenskap och samtidigt är en enhet av rekombination och mutation som leder till en förändring i fenotypen.

Högre organismers kromosomer består av eukromatin och heterokromatin, som bibehåller sitt kompakta läge under hela cellcykeln. Det är heterokromatin som är synligt i interfaskärnorna i form av färgade granuler. En stor mängd heterokromatin är lokaliserad i området av centromeren och i ändarna av kromosomerna, som kallas telomerer. Även om heterokromatins funktioner inte är helt klarlagda, antas det att det spelar en viktig roll för att upprätthålla kromosomernas strukturella integritet, i deras korrekta segregation under celldelning och även i regleringen av genfunktion. Eukromatin på preparaten har en ljusare färg och är tydligen lokaliserad i dessa områden mest av gener. Kromosomala omarrangemang förekommer ofta i området för heterokromatin. En stor roll i studiet av strukturen och funktionerna hos heterokromatiska och eukromatiska regioner av kromosomer tillhör vår enastående landsman Alexandra Alekseevna Prokofieva-Belgovskaya. För första gången detaljerad morfologisk beskrivning tio största mänskliga kromosomerna och olika grupper mindre kromosomer presenteras i verken av de ledande inhemska cytologerna M. S. Navashin och A. G. Andres i mitten av 30-talet av förra seklet.

1956 fastställde Thio och Levi, med hjälp av kolchicinbehandling av histologiska preparat, att människor har 46 kromosomer, bestående av 23 olika par. Kolchicin fördröjer celldelningen i metafasstadiet, när kromosomerna är som mest kondenserade och därför bekväma för igenkänning. På fig. 9 visar ett schema för differentiell färgning av mänskliga kromosomer.

Figur 9. Schema för differentiell färgning av mänskliga kromosomer

Hos kvinnor är båda kromosomerna i varje par helt homologa med varandra i form och färgningsmönster. Hos män bevaras denna homologi endast för 22 par kromosomer, som kallas autosomer. Det återstående paret hos män består av två olika könskromosomer -XochY. Hos kvinnor representeras könskromosomerna av två homologa X-kromosomer. Således skrivs den normala karyotypen av en kvinna som (46, XX) och för män - (46, XY). Endast en uppsättning kromosomer kommer in i könscellerna hos både män och kvinnor. Alla ägg har 22 autosomer och en X-kromosom, men spermier skiljer sig åt - hälften av dem har samma uppsättning kromosomer som äggen, och den andra hälften har en Y-kromosom istället för X-kromosomen. Under befruktningen återställs den dubbla uppsättningen kromosomer. I det här fallet, vem som kommer att födas - en flicka eller en pojke - beror på vilken spermie som deltog i befruktningen, den som bär X-kromosomen eller den som bär Y-kromosomen. Som regel är detta en slumpmässig process, så flickor och pojkar föds med ungefär lika sannolikhet.

I de inledande stadierna av analysen av den mänskliga karyotypen kunde individuell identifiering endast utföras i förhållande till de tre första största kromosomerna. De återstående kromosomerna delades in i grupper beroende på deras storlek, placering av centromeren och närvaron av satelliter eller satelliter- små kompakta fragment separerade från kromosomen genom tunna sammandragningar. På fig. 10 visar typerna av kromosomer: akrocentrisk, metacentrik och submetacentrik med lokaliseringen av centromeren, respektive i slutet av kromosomen, i mitten och i en mellanposition.

Figur 10. Kromosomtyper

I enlighet med den accepterade klassificeringen särskiljs 7 grupper av kromosomer hos människor: A, B, C, D, E, F och G eller 1, 2, 3, 4, 5, 6 och 7. För bättre identifiering av kromosomer, de är ordnade i grupper eller karyogram. På fig. 11 visar en kvinnlig karyotyp och dess karyogram.

Figur 11. Kvinnlig karyotyp och dess karyogram

I början av 70-talet av XX-talet utvecklades metoder för differentiell färgning av kromosomer med Giemsa-färgen (G-, R-, C-, Q-metoder). Samtidigt avslöjas en karakteristisk tvärstrimning på kromosomerna, de så kallade skivorna resp. band, vars placering är specifik för varje par av kromosomer. Metoder för differentiell färgning av kromosomer gör det möjligt att identifiera inte bara varje kromosom, utan också enskilda regioner av kromosomer, sekventiellt numrerade från centromer till telomer, såväl som segment inom regioner. Till exempel betyder posten Xp21.2 den korta armen av X-kromosomen, region 21, segment 2. Denna post är mycket bekväm för att bestämma om gener eller andra element i genomet tillhör vissa kromosomala loci. I synnerhet är Duchenne myodystrophy-genen lokaliserad i Xp21.2-regionen - DMD. Således skapades metodologiska grunder för att studera egenskaperna hos karyotypen i olika typer organismer, bestämma dess individuella variation och anomalier under vissa patologiska tillstånd. Den gren av genetik som sysslar med studiet av kromosomer och deras anomalier kallas cytogenetik. De första cytogenetiska kartorna över mänskliga kromosomer sammanställdes av C. B. Bridges och Sturtevant.

Under första hälften av 1900-talet fick kromosomteorin om ärftlighet en betydande utveckling. Det har visat sig att gener är ordnade linjärt på kromosomerna. Generna på en kromosom bildas kopplingsgrupp och ärvs tillsammans. Nya kombinationer av alleler av gener från en kromosom kan bildas på grund av korsning, och sannolikheten för denna händelse ökar med ökande avstånd mellan gener. Mätenheter för genetiskt avstånd infördes - centimorganer eller morganider, uppkallad efter grundaren av kromosomteorin om ärftlighet - Thomas Morgan. Två gener på samma kromosom anses befinna sig på ett avstånd av 1 centimorgan (cM) om sannolikheten för korsning mellan dem under meios är 1 %. Centimorgan är naturligtvis inte absoluta enheter för att mäta avstånd i kromosomer. De är direkt beroende av överkorsning, vilket kan ske med olika frekvenser i olika delar av kromosomerna. Speciellt i området för heterokromatin är korsningen mindre intensiv.

Observera att den ovan beskrivna karaktären av uppdelningen av somatiska celler och könsceller - mitos och meios, gäller för eukaryot, det vill säga sådana organismer i cellerna av vilka det finns kärnor. Bakterier som tillhör klassen prokaryoter, det finns inga kärnor, men en kromosom finns i cellen och som regel har den en ringform. Tillsammans med kromosomen kan prokaryota celler i ett stort antal kopior innehålla mycket mindre ringstrukturer som kallas plasmider.

1961 lade M. Lyon fram en hypotes att hos kvinnor är en av X-kromosomerna inaktiverad. Och i olika celler X-kromosomer av både faderlig och moderns ursprung kan inaktiveras. I analysen av den kvinnliga karyotypen framträder den inaktiverade X-kromosomen som en kompakt, välfärgad, rundad kromatinstruktur belägen nära kärnmembranet. Det Barr kropp eller könsheterokromatin. Hans identifiering är den mest på ett enkelt sätt cytogenetisk diagnos av kön. Kom ihåg att det i Y-kromosomen praktiskt taget inte finns några homologer av X-kromosomgenerna, men inaktivering av en av X-kromosomerna leder till det faktum att dosen av de flesta gener lokaliserade i könskromosomerna hos män och kvinnor är densamma, dvs. är, inaktivering av X-kromosomen hos kvinnor är en av mekanismerna för att kompensera dosen av gener. Processen för X-kromosominaktivering kallas lyonisering och han bär slumpmässig karaktär. Därför, i kvinnors kropp, kommer förhållandet mellan celler med en inaktiverad X-kromosom av faderlig eller moderlig ursprung att vara ungefär densamma. Kvinnor som är heterozygota för en mutation i en gen på X-kromosomen har alltså en mosaikfenotyp - en del av cellerna innehåller en normal allel och den andra innehåller en mutant.