Генетика. Лекция 5 1.Генотип. Геном. Кариотип. 2.Геномные мутации. 3.Генный баланс. Компенсация доз генов. 4.Эволюция генома. - презентация

1 Генетика. Лекция 5 1.Генотип. Геном. Кариотип. 2.Геномные мутации. 3.Генный баланс. Компенсация доз генов. 4.Эволюция генома.

2 Геном – набор генов, характерный для данного биологического вида (в гаплоидном наборе). Например, геном человека. Генотип – набор генов (аллелей) данного организма (в диплоидном наборе). Например, генотип пациента. Кариотип – набор хромосом (в диплоидном наборе). Используется как для вида, так и для организма

3 Механизмы поддержания постоянства кариотипа в ряду поколений клеток – митоз oрганизмов – мейоз и последующее оплодотворение 2n2c n2c nc 2n2c

4 Нерасхождение хромосом в мейозе дает нарушение во всех клетках потомка (генеративная мутация). Нерасхождение при митозе дает нарушение только в потомстве данной клетки (соматическая мутация). Такой организм называется «мозаик».

5 Нарушения расхождения хромосом в анафазе митоза или мейоза

6 Нарушения количества хромосом в кариотипе называют геномными мутациями

7 Геномные мутации Полиплоидия k n – кратное n увеличение или уменьшение числа хромосом k = 1 - гаплоидия k = 2 – норма k = 3 - триплоидия k = 4 - тетраплоидия и так далее Анеуплоидия (гетероплоидии) 2n+k, где k=n – некратное n изменение числа хромосом 2n трисомия 2n тетрасомия 2n – 1- моносомия 2n – 2 - нулисомия. _

8 Полиплоидия

9 у растений приводит к увеличению размеров всех частей тела

10 У животных и человека приводит к гибели плода

11 При триплоидии (3n) характер нарушения зависит от того, чьих хромосомных набора два, а чьих один 2 от матери + 1 от отца – плод выглядит нормально, но плацента недоразвита 2 набора от отца + 1 от матери – маленький плод, но очень большая плацента, возможен пузырный занос Пузырный занос

12 Анеуплоидия

13 Анеуплоидии – изменение количества отдельных хромосом Абсолютное большинство эмбрионов с анеуплоидией погибает на ранних сроках беременности. Чем меньше генов в хромосоме, тем вероятнее, что плод с анеуплоидией доживет до рождения. Нарушения развития всегда затрагивают многие органы и ткани

14 Примерное количество генов в хромосомах человека

15 Есть связь между частотой анеуплоидии и возрастом матери Возраст матери, годы Риск рождения ребенка с синдромом Дауна %

16 Синдром Дауна- трисомия 21

17

18 Жером Лежен фр.фр. Jérôme Jean Louis Marie Lejeune французский детский врач, генетик Дата рождения: 26 июня 1926 Место рождения: пригород Парижа под названием Монтруж Дата смерти: 3 апреля 1994 Место смерти: Париж Объяснил синдром Дауна как хромосомную аномалию. Также описал синдром кошачьего крика иногда его называют «синдромом Лежена». Жером Лежен

19 рекомендую

20 Синдром Патау, трисомия 13

21 Трисомия 13 – синдром Патау

22 Трисомия 18 – синдром Эдвардса

23 Синдром Эдвардса, трисомия 18 Стопа-качалка Кисты в головном мозге

24 Анеуплоидии по половым хромосомам не приводят к тяжелым нарушениям развития благодаря способности Х хромосомы образовывать тельце Барра

25 Женщины ХХХ или мужчины ХYY здоровы и не отличаются от обычных людей. Х0 – синдром Шерешевского-Тернера ХХY – синдром Клайнфелтера

26 Синдром Шерешевского-Тернера, 45,ХО

27 Плод с синдромом Шерешевского-Тёрнера

28 Синдром Клайнфелтера (более одной Х при наличии У) Женский тип оволосения и гинекомастия

29 Проявление синдромов может быть связано с: полной трисомией/моносомией во всех клетках. Пример записи кариотипа: 47,ХY, +13 (синдром Патау); мозаичной формой. Например, 50% 46,ХХ: 25%47,ХХХ 25%:25%45,Х0 транслокационной формой. Например, 46, ХХ, rob14/21 (транслокационная форма синдрома Дауна) 15 15/21

30 Понятие о геноме и генном балансе

31 Размеры генома разных видов 3, пар нуклеотидов в гаплоидном наборе Кишечнаяпалочка(бактерия) дрожжи дрозофила курица лягушка человек

32 Классификация последовательностей и генов в геноме Последовательности ДНК 1.Уникальные – одна копия на геном 2.Умеренно повторяющиеся – десятки – сотни копий. 20% генома (в основном, некодирующие повторы, но и некоторые гены) 3.Высокоповторяющиеся – тысячи – сотни тысяч копий (сателлитная ДНК) – более 10% генома (генов не содержит) Гены 1.Уникальные («гены роскоши») – одна копия на геном. Например, ген группы крови АВО и все прочие (см. задачи на законы Менделя.) 2.Повторяющиеся («гены домашнего хозяйства») – Например, гены т-, рРНК, гены гистонов, тубулинов.

33 Виды повторов: а. тандемные б. диспергированные а б Роль повторов не вполне ясна – возможно, структурная. Они обычно локализуются в центромерных и теломерных районах хромосом. Выявляются при С-окраске (на структурный гетерохроматин)

34 Организация кластера рибосомальных генов и синтез рРНК, видимый в электронный микроскоп Транскрибируемые гены Спейсер Повторяющиеся гены на примере генов рРНК

35 Доза гена – число копий в геноме или генотипе. Одно из свойств гена – дозированность действия: признак выражен тем сильнее, чем больше генов в генотипе а1а1а2а2а1а1а2а2 А1а1а2а2А1а1а2а2 А1А1а2а2А1А1а2а2 А1А1А2а2А1А1А2а2 А1А1А2А2А1А1А2А2 Так, кожа тем темнее, чем больше доза аллеля А

36 Генный баланс – наличие в генотипе строго определенного числа доз каждого гена. ( Особенно важен для уникальных генов – «генов роскоши» ). Это можно сравнить с еще парой роялей в маленькой квартире отсутствием или сразу тремя начальниками (регуляторными генами)

37 Поэтому нарушение генного баланса приводит к порокам развития, которые мы видим при несбалансированных хромосомных и геномных мутациях, а также при точковых мутациях важных уникальных генов.

38 Однако анеуплоидии по Х или У хромосомам не приводят к грубым нарушениям. Y– слишком мала, а Х способна выключаться, образуя тельце Барра. Это пример компенсации нарушений генного баланса

39 Схема мозаичной инактивации Х- хромосомы у самок млекопитающих зигота бластоциста инактивация одной из Х- хромосом на 16 сутки развития – случайная и необратимая

40 Аллельное исключение на примере генов Х хромосомы Распределение потовых желез у монозиготных близнецов, гетерозиготных по гену эктодермальной дисплазии Х-сцепленная рецессивная мутация – ангидротическая эктодермальная дисплазия OMIM , Xq12-q13

41 Эволюция генома В основе - генные, хромосомные и геномные мутации

42 Новые гены возникают в результате мутаций исходного гена

43 Б. Появление новых генов путем перетасовки экзонов А. Появление новых генов путем дупликации предкового гена и последующих точковых мутаций Предковый ген Ген с новыми функциями Часть гена 1 Часть гена 2Часть гена 3 Ген с новыми функциями дупликация Ген А1 с исходной функцией Неработающий псевдоген Ген А2 с другой, но близкой функцией

44 Эволюция глобиновых генов шла путем дупликаций, транслокаций и точковых мутаций Хромосома 22 Хромосома 11 Хромосома 16

45 Хромосома 16 Хромосома 11 Миоглобин хромосома 22 В результате возникли генные семейства (кластеры) на разных хромосомах

46 Эволюция генов, отвечающих за синтез зрительных пигментов шла также путем дупликаций и точковых мутаций, приведших к замене аминокислот в белках-ферментах

47 Эволюция генов, отвечающих за синтез зрительных пигментов Черным показаны различия по аминокислотам

48 На предыдущем слайде было видно, что красный и зеленый гены дивергировали совсем недавно, поэтому красно-зеленая слепота встречается часто Нормальные варианты числа копий генов на Х хромосоме Неравный кроссинговер как внутри, так и между генами Различные формы дальтонизма

49 Эволюция хромосом приматов – видны робертсоновская транслокация и инверсия

50 Конец