Морфология хромосом. Кариотип человека. Сцепленное наследование. Генетика пола. Хромосомная теория наследственности. Кроссинговер. Презентацию подготовила. - презентация

1 Морфология хромосом. Кариотип человека. Сцепленное наследование. Генетика пола. Хромосомная теория наследственности. Кроссинговер. Презентацию подготовила К.б.н. СМИРНОВА С. Н.

2 Термин хромосома Термин хромосома был предложен в 1888 г. немецким морфологом В. Вальдейером, который применил его для обозначения внутриядерных структур эукариотической клетки, хорошо окрашивающихся основными красителями (от греч. хрома цвет, краска, и сома тело). К началу XX в. углубленное изучение поведения этих структур в ходе самовоспроизведения клеток, при созревании половых клеток, при оплодотворении и раннем развитии зародыша обнаружило строго закономерные динамические изменения их организации. Это привело немецкого цитолога и эмбриолога Т. Бовери ( ) и американского цитолога У. Сеттона ( ) к утверждению тесной связи наследственного материала с хромосомами, что легло в основу хромосомной теории наследственности. Детальная разработка этой теории была осуществлена в начале XX в. школой американских генетиков, возглавляемой Т. Морганом.

3 Хроматин – комплекс ДНК и белков (гистонов и не гистонов) Хроматин Эухроматин (слабо конденсированный, активный) Гетерохроматин (сильно конденсированный, неактивный) Факультативный (содержит гены, не активные в данной клетке в данное время) Конститутивный (структурный) (структурный) не содержит генов ядро ядрышко эухроматин гетерохроматин

4 ХРОМОСОМА - молекула ДНК, связанная с белками. Хромосомы бывают 2 видов: соматические (аутосомы) и половые (Х и Y) хромосомы.

5 СТРОЕНИЕ ХРОМОСОМЫ Хромосома состоит из двух хроматид. На хромосоме имеется первичная перетяжка – центромера. Центромера делит хромосому на короткое и длинное плечо. Конец хромосомы называется тело мерой. 1 хроматида; 2 центромера; 3 короткое плечо; 4 длинное плечо

6 ЦЕНТРОМЕРА (от центр + греч. meros часть) специализированный участок ДНК, в районе которого в стадии профазы и метафазы деления клетки соединяются две хроматиды, образовавшиеся в результате дупликации хромосомы.

7 ЗНАЧЕНИЕ ЦЕНТРОМЕРЫ Центромера играет важную роль при расположении хромосом в митозе, так как при помощи центромеры каждая хроматида соединяется с нитями веретена деления. Синдром трисомии хромосомы 8 – 47, ХХ,+8; 47, ХY,+8. Впервые описан в 1962 году. Популяционная частота 1 на Возникает в результате нерасхождения хромосом на ранних стадиях бластулы. Основными диагностическими признаками данного синдрома являются: макроцефалия, микрогнатия, вывернутая нижняя губа, массивный выступающий лоб, широкая спинка носа, высокое акровидное небо, большие оттопыренные уши с выступающим противозавитком. Кроме того, имеются аномалии скелета, выражающиеся в добавочных ребрах и позвонках, закрытые спинномозговые грыжи в шейном и грудном отделах позвоночника, аплазия и гипоплазия надколенника, короткая шея. Имеются множественные контрактуры суставов, клинодактилия, камптодактилия. Распространены пороки мочевой системы, особенно гидронефроз. Диагностируют пороки сердца, особенно дефекты перегородок и крупных сосудов. Интеллект у больных снижен, отмечена задержка психомоторного и речевого развития. Прогноз физического, психического развития и жизни неблагоприятный, хотя и отмечены пациенты в возрасте 17 лет.

8 ХРОМАТИДА (от греч. chroma - цвет, краска + eidos - вид) часть хромосомы от момента ее дупликации до разделения на две дочерние в анафазе, представляет собой нить молекулы ДНК соединенную с белками. Хроматиды образуются в результате дупликации хромосом в процессе деления клетки.

9 ХРОМАТИДА (от греч. chroma - цвет, краска + eidos - вид) часть хромосомы от момента ее дупликации до разделения на две дочерние в анафазе, представляет собой нить молекулы ДНК соединенную с белками. Хроматиды образуются в результате дупликации хромосом в процессе деления клетки.

10

11 МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ТИПЫ ХРОМОСОМ телоцентрические (палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце); акроцентрические (палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом); субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L); метацентрические (V-образные хромосомы, обладающие плечами равной длины).

12 ДНК в хромосомах ДНК в составе хромосом связана с белками-гистонами Один комплекс из гистонов и ДНК называется нуклеосома Последовательность нуклеосом многократно спирализована.

13 Канадский ученый Барр (1908 – 1995) и его студент Бертрам открыли в 1948 году в ядрах нервных клеток кошек структуру, названную тельце Барра, или Х-половой хроматин

14 Тельце Барра – пример факультативного гетерохроматина, можно видеть в соматических клетках женского организма млекопитающих

15 Исследование полового хроматина – тельца Барра У пациента берется соскоб эпителия ротовой полости Помещается на предметное стекло Окрашивается Рассматривается Дешевый экспресс метод определения числа Х хромосом: ХО или ХУНет тельца Барра ХХ или ХХУ1 ХХХ или ХХХУ2 И так далее клетка ядро

16

17 ГОМОЛОГИЧНЫЕ ХРОМОСОМЫ От греч.Гомос - одинаковый Гомологичные хромосомы - парные хромосомы, одинаковые по форме, размерам и набору генов.

18 ГАПЛОИДНЫЙ НАБОР ХРОМОСОМ В клетках тела двуполых животных и растений каждая хромосома представлена двумя гомологичными хромосомами, происходящими одна от материнского, а другая от отцовского организма. Такой набор хромосом называют диплоидным (двойным)

19 ДИПЛОИДНЫЙ НАБОР ХРОМОСОМ В клетках тела двуполых животных и растений каждая хромосома представлена двумя гомологичными хромосомами, происходящими одна от материнского, а другая от отцовского организма. Такой набор хромосом называют диплоидным (двойным).

20 ДИПЛОИДНЫЙ НАБОР ХРОМОСОМ КОМАР – 6 ОКУНЬ – 28 ПЧЕЛА – 32 СВИНЬЯ – 38 МАКАК-РЕЗУС –42 КРОЛИК - 44 КРОЛИК – 44 ЧЕЛОВЕК – 46 ШИМПАНЗЕ – 48 БАРАН – 54 ОСЕЛ – 62 ЛОШАДЬ – 64 КУРИЦА - 78

21 КАРИОТИП - это совокупность числа, величины и морфологии хромосом. Каждый вид растений и животных имеет свой видоспецифичный кариотип. Для изучения хромосом используют метод кариотипирования. На рисунке (а) представлена метафазная пластинка хромосом человека. На рисунке (b) представлена раскладка хромосом человека (с учетом размера хромосом, расположения центромеры).

22 ВСЕ ХРОМОСОМЫ ЧЕЛОВЕКА

23

24 ВИДЫ ХРОМОСОМ: ГИГАНТСКИЕ ХРОМОСОМЫ Видны в некоторых клетках на определенных стадиях клеточного цикла. Например, в клетках некоторых тканей личинок двукрылых насекомых (политенные хромосомы) и в ооцитах различных позвоночных и беспозвоночных (хромосомы типа ламповых щеток). Именно на препаратах гигантских хромосом удалось выявить признаки активности генов.

25 ВИДЫ ХРОМОСОМ: ГИГАНТСКИЕ ХРОМОСОМЫ Гигантские хромосомы из клеток слюнной железы Drosophila melanogaster. Цифрами обозначены аутосомы, а буквами их плечи (R - правое плечо, L - левое плечо), X - X- хромосома (Мюнтцинг А. Генетические исследования, 1963).

26 ПОЛИТЕННЫЕ ХРОМООСМЫ Впервые обнаружены Е.Г. Бальбиани в 1881 г, однако их цитогенетическая роль была выявлена Костовым, Пайнтером, Гейтцем и Бауером. Содержатся в клетках слюнных желез, кишечника, трахей, жирового тела и мальпигиевых сосудов личинок двукрылых.

27 ХРОМОСОМЫ ТИПА ЛАМПОВЫХ ЩЕТОК Обнаружены Рюккертом в 1892 году. По длине превышают политенные хромосомы, наблюдаются в ооцитах на стадии первого деления мейоза, во время которой процессы синтеза, приводящие к образованию желтка, наиболее интенсивны. Общая длина хромосомного набора в ооцитах некоторых хвостатых амфибий достигает 5900 мкм

28 С 1911 года Томас Морган и его соратники начали публиковать серию работ, в которых экспериментально, на основе многочисленных опытов с дрозофилами, и была сформулирована в основных чертах хромосомная теория наследственности, подтвердившая и подкрепившая законы, открытые Менделем. Нобелевская премия 1933 г. гены находятся в хромосомах, и в пределах одной хромосомы образуют одну группу сцепления; гены в хромосомах расположены линейно; между гомологичными хромосомами в мейозе может происходить кроссинговер, частота которого пропорциональна расстоянию между генами.

29 Генетическая схема

30 За единицу расстояния между генами, находящимися в одной хромосоме, принят 1% кроссинговера. Например, в рассмотренном выше анализирующем скрещивании получено 17% особей с перекомбинированными признаками. Следовательно, расстояние между генами серой окраски тела и длинных крыльев (а также черной окраски тела и зачаточных крыльев) равно 17%. В честь Т. Моргана единица расстояния между генами названа морганидой, расстояние между этими генами равно 17 морганидам. А сила сцепления высчитывается по формуле: сила сцепления = 100% - % кроссоверных гамет. Сила сцепления между генами окраски тела и формы крыльев равна 100% - 17% = 83%. Закон Моргана

31

32 В каких случаях выполняется закон Моргана? Если гены находятся в одной хромосоме, то они наследуются сцепленно и входят в одну группу сцепления. Сколько пар гомологичных хромосом контролируют окраску тела и форму крыльев дрозофилы? Одна пара гомологичных хромосом. Сколько кроссоверных гамет (в %) образуется у дигетерозиготной самки дрозофилы с серым телом и нормальными крыльями? 17%. Какое расстояние между генами, контролирующими цвет тела и форму крыльев у дрозофилы? 17 морганид. Какова сила сцепления между генами, определяющими цвет тела и форму крыльев у дрозофилы? 83%. Сколько кроссоверных гамет образуется у дигетерозиготного самца дрозофилы с серым телом и нормальными крыльями? У самца дрозофилы сила сцепления равна 100%, у него нет кроссинговера. Подведем итоги::

33 Сколько групп сцепления у дрозофилы? У человека? У дрозофилы – 4 группы сцепления, у человека – 23. Какое явление вызывает нарушение закона Моргана? Кроссинговер. От чего зависит частота кроссинговера между генами, находящимися в одной хромосоме? От расстояния между генами, чем больше расстояние, тем больше вероятность кроссинговера. Генотип особи Ас//аС. Какие гаметы будут образовываться, если расстояние между генами Ас – 10 морганид. Некроссоверные гаметы: 45% Ас и 45% аС, по 5% кроссоверных гамет АС и ас. Подведем итоги::

34 Современная хромосомная теория наследственности создана выдающимся американским генетиком Томасом Морганом ( ). 1. Гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов, причем набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален; 2. Каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме; в идентичных локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены; 3. Гены расположены в хромосомах в определенной линейной последовательности; 4.Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов; Томас Морган ( ). Хромосомная теория наследственности:

35 5. Сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера; это приводит к образованию рекомбинантных хромосом; 6. Частота кроссинговера является функцией расстояния между генами: чем больше расстояние, тем больше величина кроссинговера (прямая зависимость); 7. Каждый вид имеет характерный только для него набор хромосом кариотип. Явление кроссинговера помогло ученым установить расположение каждого гена в хромосоме, создать генетические карты хромосом. Чем дальше друг от друга расположены на хромосоме два гена, тем чаще они будут расходиться в разные хромосомы в процессе кроссинговера. Хромосомная теория наследственности:

36 Таким образом, вероятность расхождения двух генов по разным хромосомам в процессе кроссинговера зависит от расстояния между ними в хромосоме. Следовательно, подсчитав частоту кроссинговера между какими- либо двумя генами одной хромосомы, отвечающими за различные признаки, можно точно определить расстояние между этими генами, а значит, и начать построение генетической карты, которая представляет собой схему взаимного расположения генов, составляющих одну хромосому. Хромосомная теория наследственности:

37 Генетические карты 1. Расстояние между генами А и В 6 морганид. Сколько кроссоверных и некроссоверных гамет образуется у данной особи? Какова сила сцепление между генами? Некроссоверных по 47%; Кроссоверных по 3%. Сила сцепления: 100% - 6% = 94% 1. Расстояние между генами С и А – 8 морганид, между А и В – 6 морганид, между В и С – 14 морганид. Где располагается ген С?

38 Задачи на полное сцепление Задача 1. Катаракта и полидактилия (многопалость) вызываются доминантными аллелями двух генов, расположенных в одной паре аутосом. Женщина унаследовала катаракту от отца, а многопалость от матери. Определить возможные фенотипы детей от ее брака со здоровым мужчиной. Решение. (Без записи генетической схемы) Определяем генотипы родителей. Пусть А – катаракта, В – полидактилия. Генотип женщины Аb//aB, хромосома с катарактой от отца, хромосома с полидактилией от матери. Генотип здорового мужчины ab//ab. В потомстве половина детей будут с генотипами Аb//ab и с катарактой, половина с генотипом аВ//ab и с полидактилией.

39 Задачи на полное сцепление Задача 2. Доминантные гены катаракты и элиптоцитоза расположены в первой аутосоме. Определить вероятные фенотипы и генотипы детей от брака здоровой женщины и дигетерозиготного мужчины, у которого отец был с катарактой и элиптоцитозом. Кроссинговер отсутствует. Решение. (Без записи генетической схемы) Определяем генотипы родителей. Пусть А – катаракта, В – элиптоцитоз. Генотип здоровой женщины ab//ab, генотип мужчины АВ//ab, так как катаракту и элиптоцитоз он получил от отца. В потомстве половина детей будут с генотипами АВ//ab, с катарактой и элиптоцитозом, половина с генотипом аb//ab – здоровы.

40 Задачи на полное сцепление Задача 3. Доминантные гены катаракты, элиптоцитоза и многопалости расположены в первой аутосоме. Определить возможные фенотипы детей от брака женщины, больной катарактой и элиптоцитозом (мать ее была здорова), с многопалым мужчиной (мать его имела нормальную кисть). Решение. (Без записи генетической схемы) Определяем генотипы родителей. Пусть А – катаракта, В – элиптоцитоз, С – многопалость. Генотип женщины АВс//аbc, хромосому АВс/ она получила от отца, генотип многопалого мужчины abC//аbc, хромосому abC/ он получил так же от отца. В потомстве ожидается 25% с генотипом АВс//аbС (катаракта, элиптоцитоз и многопалость), 25% с генотипом АВс//аbс (катаракта, элиптоцитоз), 25% с генотипом аbс//аbС (многопалость), 25% с генотипом аbс//аbc – здоровы.

41 Одинаковые по внешнему виду хромосомы в клетках раздельнополых организмов называют аутосомами. Пару различающихся хромосом, неодинаковых у самца и самки называют половыми хромосомами Общее число, размер и форма хромосом- кариотип

42 У человека 23 пары хромосом, из которых 22 пары – аутосомы и последняя пара – это половые хромосомы Такие различия по половым хромосомам характерны для большинства животных, в том числе и для человека, но у птиц (включая кур) и у бабочек наблюдается обратная картина: у самок имеются хромосомы XY, а у самцов -XX. У некоторых насекомых, например у прямокрылых, Y хромосомы нет вовсе, так что самец имеет генотип X0.

43 Наследование признаков, сцепленных с полом. Гены, находящиеся в половых хромосомах, называют сцепленными с полом. В X-хромосоме имеется участок, для которого в Y- хромосоме нет гомолога. Поэтому у особей мужского пола признаки, определяемые генами этого участка, проявляются даже в том случае, если они рецессивны. Эта особая форма сцепления позволяет объяснить наследование признаков, сцепленных с полом, например, цветовой слепоты, раннего облысения и гемофилии у человека. Это так называемые молекулярные (генные болезни)

44 Молекулярные (генные болезни) Гемофилия – сцепленный с полом рецессивный признак, при котором нарушается образование фактора VIII, ускоряющего свертывание крови. Один из наиболее хорошо документированных примеров наследования гемофилии мы находим в родословной потомков английской королевы Виктории. Предполагают, что ген гемофилии возник в результате мутации у самой королевы Виктории или у одного из ее родителей

45 Генеалогическое древо королевской семьи

46 Семья Николая II

47 Цесаревич Алексей и царица Александра Федоровна

48 Варианты наследования гена гемофилии: Генотип Фенотип XHXHXHXH Здоровая женщина XHXhXHXh Здоровая женщина (носитель) XHYXHY Здоровый мужчина XhYXhY Мужчина – гемофилик XhXhXhXh Женщина – гемофилик. Редчайший случай, возможный лишь в случае, если отец – гемофилик, а мать – гемофиличка или носитель.

49 Современные возможности медико- генетического консультирования позволяют определить во время планирования беременности риск наследственных заболеваний, среди которых: муковисцидоз фенилкетонурия гемофилия А миодистрофия Дюшена нейросенсорная несиндромальная тугоухость и др.

50