Предмет и задачи генетики

Генетика —наука о наследственности и изменчивости.

Наследственность обычно определяют как способность организмов воспроизводить себе подобное, как свойство родительских особей передавать свои признаки и свойства потомству. Этим термином определяют также сходство родственных особей между собой.

Ч. Дарвин отмечал, что потомки, как правило, не являются точной копией родительских особей, так как наряду с наследст­венностью им присуща изменчивость, которая проявляется в различиях отдельных органов, признаков или свойств, или комплекса их у потомков по сравнению с родителями и родст­венными особями.

Задачей генетики является изучение передачи наследствен­ности от родителей потомкам. Преемственность между поколе­ниями осуществляется путем полового, бесполого или вегетатив­ного размножения. При половом размножении возникновение нового поколения происходит в результате слияния материнской и отцовской половых клеток, поэтому потомки несут признаки обеих родительских форм. Половые клетки составляют ничтожно малую долю многоклеточного организма. Они содержат наследственную информацию — совокупность генов — единиц на­следственности. Наследственная информация определяет четкий план онтогенеза, в процессе которого развиваются и формируются специфические для данной особи свойства и признаки.

М. Е. Лобашов дает следующее определение: «Наследственностью называется свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обусловливать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях внешней среды». Наряду с термином «наследственность» в генетике применяют термины «наследование» и «наследуемость». Наследованием называют процесс передачи наследственных задатков или наследственной информации от одного поколения другому, в ре­зультате чего у потомков формируются определенные признаки и свойства, присущие родительским особям. Термином «наследуемость» обозначают долю генетической изменчивости в общей фенотипической изменчивости признака в конкретной популя­ции животных или растений.

Больше внимание в генетике уделяется изучению изменчивости — способности организмов изменяться под действием наследственных и ненаследственных факторов. Различают наследственную (генотипическую) изменчивость и ненаследствен­ную, возникающую под влиянием внешней среды и проявляю­щуюся в виде модификаций.

Современное изучение наследственности и изменчивости ведется на разных уровнях организации живой материи — молекулярном, клеточном, организменном и популяционном; при этом используют различные методы исследований.
^ 2. История развития и задачи генетики, дифференциация ее на самостоятельные области науки.

Основоположником генетики принято считать Г. Менделя (1822—1884), который впервые разработал метод научного подхода к изучению наследственности и в своих опытах с растительными гибридами установил важнейшие законы наследования признаков. Результаты своих исследований Мендель доложил на заседании общества естествоиспытателей в г. Брно и опубликовал в трудах этого общества в 1865 г. у под скромным названием «Опыты над растительными гибридами». К сожалению, эта работа не была должным образом оценена современниками и во второй половине XIX в. не оказала существенного влияния на дальнейшее развитие генетики.

В 1900 г. Г. де Фриз (1848—1935) в Голландии, К. Корренс (1864—1933) в Германии и Э. Чермак " (1871 — 1962) в Австрии независимо друг от друга установили, что полученные ими ре­зультаты по наследованию признаков у растительных гибридов полностью согласуются с данными Г. Менделя, который за 35 лет до них сформулировал правила наследственности. Г. де Фриз предложил установленные Г. Менделем правила называть законами наследования признаков.

С 1900 г. началось интенсивное развитие науки о наслед­ственности и изменчивости, и в 1906 г. по предложению англий­ского ученого В. Бэтсона (1861 — 1926) она получила название «генетика» от латинского слова gепео — порождаю. На различ­ных видах животных и растений были проверены законы Г. Менделя и установлена их универсальность. Вместе с тем имеющиеся отклонения в фенотипическом проявлении признаков у гибридов, в характере расщепления гибридов показали сложные взаимодействия генов. Важную роль в развитии гене­тики сыграли исследования В. Бэтсона, который изучал наследование признаков у кур, бабочек, лабораторных грызунов; шведского ученого Г. Нильссона-Эле по генетике количествен­ных признаков и полимерии; датчанина В. Иоганнсена (1857— 1927), создавшего учение о чистых линиях, которым были предложены термины «ген», «генотип», «фенотип».

Цитологические исследования Т. Бовери (1862—1915) по­казали наличие параллелизма в поведении хромосом в мейозе и при оплодотворении с наследованием признаков у гибридов, что послужило предпосылкой для развития хромосомной теории наследственности, основоположником которой является Т. Г. Морган (1861 —1945), который вместе с А. Стертевантом (1892—1970) и К- Бриджесом (1889—1938) установил, что на­следственные факторы — гены — локализованы в хромосомах клеточного ядра. Этими учеными был разработан метод составления генетических карт, доказан хромосомный Механизм опре­деления пола. Хромосомная теория наследственности была крупнейшим достижением генетики и сыграла ведущую роль в ее дальнейшем развитии, становлении молекулярной био­логии.

Большой интерес к генетическим исследованиям был и у русских ученых. В 1912 г. в России вышла книга профессора ^ Е. А. Богданова (1872—1931) «Менделизм», в которой были представлены исследования в области генетики. Ю. А. Филипченко (1882—1930) в 1913 г. впервые стал читать курс генети­ки в университетах России, создал кафедру генетики и экспеиментальной зоологии в Петроградском университете, написал целую серию работ по частной генетике растений и животных. Сравнительная генетика как теоретическая основа селекции культурных растений, блестяще разработанная Н. И. Вавиловым (1887—1943), установившим один из величай­ших законов генетики — закон гомологических рядов в наслед­ственной изменчивости. И. В. Мичурин (1855—1935) на осно­вании экспериментальной работы теоретически обосновал закономерности наследования признаков у многолетних плодо­вых растений. В последующие годы в СССР были созданы генетические школы Н. К. Кольцова (1872—1940), А. С. Серебровского (1892—1948), М. Ф. Иванова (1871—1935). С. Н. Давиденков (1880—1961) разрабатывал проблемы медицинской генетики.

Важное значение для развития генетики имели работы по получению и изучению индуцированных мутаций: Ч. Дарвин. В 1902 г. Г. де Фриз создал и опуб­ликовал основные теоретические положения мутационной тео­рии. Надсон, Филиппов в Ленинграде наблюдали мутационные изменения у дрожжей под действием радиации. В растениеводстве успешно разрабатывается методика получения геномных мута­ций, обусловленных изменением числа хромосом в клетках растений, — полиплоидия. А. Р. Жебрак, Л. П. Бреславец получили полиплоидные формы у растений. Г. Д. Карпеченко эксперимен­тально показал возможность создания новых видов растений методом аллополиплоидии. В. А. Рыбин осуществил ресинтез (воссоздание) существующего вида растений —культурной сливы.

В развитие генетики популяций и разработку генетических основ эволюционной теории большой вклад внесли русские уче­ные С. С. Четвериков (1880—1959), И. И. Шмальгаузен (1884— 1963), Н. П. Дубинин. Для разработки генетических методов селекции животных важное значение имели работы М. Ф. Ива­нова, А. С. Серебровского, С. Г. Давыдова и др.

С 1944 г. начались интенсивные исследования явлений на­следственности и изменчивости на молекулярном уровне. О. Звери с сотрудниками по­казал, что ведущая роль в сохранении и передаче наследствен­ной информации принадлежит ДНК. Опыты в области биохи­мии нуклеиновых кислот, проводились Энгельгардом, Чаргаффом и др. В 1953 г. Ф. Крик и Д. Уотсон разработали модель структур­ной формулы молекулы ДНК; в 1961—1965 гг. М. Ниренберг и С. Очао расшифровали генетический код.

Генетика является также основой для решения ряда важнейших практических задач. К ним относятся:

1. 
   выбор наиболее эффективных типов гибридизации и способов отбора; 2) управление развитием наследственных признаков с целью получения наиболее значимых для человека результатов; 3) искусственное получение наследственно измененных форм живых организмов; 4) разработка мероприятий по защите живой природы от вредных мутагенных воздействий различных факторов внешней среды и методов борьбы с наследственными болезнями человека, вредителями ельскохозяйственных растений и животных; 5) разработка методов генетической инженерии с целью получения высокоэффективных продуцентов биологически активных соединений, а также для создания принципиально новых технологий в селекции микроорганизмов, растений и животных.

3. ^ Особенности гибридологического анализа, моногибридное скрещивание.

Гибридологический анализ, способ изучения наследственных свойств организма путём скрещивания (гибридизации) его с родственной формой и последующим анализом признаков потомства. Гибридологический анализ впервые применил Г. Мендель (1865) для изучения механизма передачи наследственных задатков (генов) от родителей потомкам и для изучения взаимодействия генов у одного и того же организма. В основе этого анализа лежит способность к рекомбинации, т. е. перераспределению генов при образовании гамет, что приводит к возникновению новых сочетаний генов. По этим сочетаниям, которые проявляются в потомстве гибридной особи с определённой частотой, можно судить о генотипе родительской формы, а по генотипу родительской формы можно предсказывать генотип потомства. Так, генотип особи, гибридной по паре аллелей, одна из которых — доминантная А, другая — рецессивная а, можно представить как Аа. Внешне, т. е. фенотипически такая форма (гетерозигота) не отличается от формы с генотипом АА (гомозигота). Гибрид (Аа) формирует гаметы двух типов, каждый из которых несёт аллель А или аллель а. Т. о., гаметы никогда не бывают гибридными. С помощью различных видов скрещивания можно выявить, сколько типов гамет по данному гену формирует организм, и определить его генотип. Если у анализируемой формы (Аа) возможно самооплодотворение (что часто встречается у растений), схематично это будет выглядеть так: ♂ (А+а) ´ ♀ (А+а)(АА + Аа + Аа + аа. При этом в потомстве с определённой частотой появляется новая форма — аа.
Если самооплодотворения нет, генотип исходной формы выявляют, скрещивая в разных комбинациях её потомков и анализируя «внучатое» поколение. Др. способ выявления гибридного состояния — анализирующее скрещивание: скрещивание предполагаемого гибрида с рецессивной родительской формой. Гибридологический анализ играет важную роль в селекционной практике и племенном деле, т.к. позволяет судить о тождестве фенотипа и генотипаГибридологический анализ применяется также при составлении хромосомных карт. Знание генного состава хромосомы позволяет путём специальных скрещиваний вводить в геном определённую хромосому или группу генов и создавать формы с нужным генотипом. Этот метод широко применяется в растениеводстве. Гибридологич. анализом пользуются при изучении взаимодействия генов в первом гибридном поколении Гибридологический анализ является главным методом генетического анализа. Моногибридное скрещивание — скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков. При этом скрещиваемые предки являются гетерозиготными по положению аллеля в хромосоме. Моногибридное наследование представляет собой пример наследования единственного признака (гена), различные формы которого называют аллелями. Например, при моногибридном скрещивании между двумя чистыми линиями растений, гомозиготных по соответствующим признакам -- одного с жёлтыми семенами(доминантный признак), а другого с зелёными семенами (рецессивный признак), можно ожидать, что первое поколение будет только с жёлтыми семенами, потому что аллель жёлтых семян доминирует над аллелью зелёных. При моногибридном скрещивании сравнивают только один характерный признак.