Реферат: Сучасний стан теорії гена

У ряді випадків у одного і того ж гена залежно від всього генотипу і зовнішніх умов можлива різна форма вияву фенотипу: від майже повної від­сутності контрольованої геном ознаки до повної її присутності.

Ступінь прояву ознаки при реаліза­ції генотипу у різних умовах середо­вища називають експресивністю. Під експресивністю розуміють вираженість фенотиповоговияву гена. Вона пов'язана з мінливістю ознаки у межах нор­ми реакції. Експресивність може про­являтися у зміні морфологічних ознак, біохімічних, імунологічних, патологіч­них та інших показників. Так, вміст хлору у поті людини звичайно не пере­вищує 40 ммоль/л, а при спадковій хворобі — муковісцидозі (при одному і тому ж генотипі) коливається від 40 до 150 ммоль/л. Спадкова хвороба— фенілкетонурія (порушення амінокис­лотного обміну) може мати різний сту­пінь прояву (тобто різну експресив­ність), починаючи від легкої розумової відсталості, до глибокої імбецильності (тобто здатності тільки до елементар­них навичок самообслуговування).

Одна і та ж ознака може проявля­тися у деяких організмів і не проявля­тися у інших, які мають той же ген. Кількісний показник фенотипового вия­ву гена називають пенетрантністю. Во­на характеризується співвідношенням особин, у яких даний ген проявляється у фенотипі, до загальної кількості осо­бин, у яких ген міг би проявитися (якщо враховується рецесивний ген, то у гомозигот, якщо домінантний — то у домінантних гомозигот і гетерозигот). Якщо, наприклад, мутантний ген про­являється у всіх особин, кажуть про 100 %-ну пенетрантність, у решті ви­падків — про неповну і вказують про­цент особин, у яких проявляється ген. Так, успадкованість груп крові у лю­дини за системою АБО має стопроцент­ну пенетрантність, спадкові хвороби: епілепсія—67%, цукровий діабет— 65%, природжений вивих стегна— 20 % пенетрантності тощо.

Терміни «експресивність» і «пене­трантність» введені у 1927 р. М.В.Тимофеєвим-Ресовським. Експресивність і пенетрантність підтримуються при­родним добором. Обидві особливості необхідно мати на увазі при вивченні спадковості у людини. Необхідно па­м'ятати, що гени, які контролюють па­тологічні ознаки, можуть мати різну пенетрантність і експресивність, тобто проявлятися не у всіх носіїв аномаль­ного гена, і що у хворих рівень хво­робливого стану неоднаковий. Змінюючи умови середовища, можна вплива­ти на прояв ознак.

Той факт, що один і той же генотип може стати джерелом розвитку різних фенотипів, має суттєве значення для медицини. Це значить, що обтяжена спадковість не обов'язково має прояви­тися. Багато залежить від тих умов, у яких знаходиться людина. У ряді ви­падків хворобу як фенотиповий вияв спадкової інформації можна відверну­ти дотриманням дієти або використан­ням лікарських препаратів. Реалізація спадкової інформації знаходиться у прямій залежності від середовища, їхню взаємозалежність можна сформу­лювати у вигляді певних положень.

1. Оскільки організми є відкритими системами, які існують як єдине ціле з умовами середовища, то і реалізація спадкової інформації відбувається під контролем середовища.

2. Один і той же генотип здатний да­ти різні фенотипи, що визначається умовами, в яких реалізується генотип у процесі онтогенезу особини.

3. У організмі можуть розвиватися тільки ті ознаки, які зумовлені геноти­пом. Фенотипова мінливість у межах норми реакції відбувається за кожною конкретною ознакою.

4. Умови середовища можуть впли­вати на ступінь вираженості спадкової ознаки у організмів, які мають відпо­відний ген (експресивність), або на кількість особин, які проявляють від­повідну ознаку (пенетрантність).

2.)Мінливість.

Розрізняють мінливість спадкову і неспадкову. Перша з них пов'язана зі зміною генотипу, друга — фенотипу. Неспадкову мінливість Дар-він називав визначеною. У сучасній літературі її прийнято називати моди­фікаційною, або фенотиповою. Спадко­ва мінливість, за висловом Дарвіна, є невизначеною. Тепер для цього типу мінливості використовують термін генотипова, або спадкова.

Фенотипова (модифікаційна) мінли­вість. Модифікаціями називають фено­типові зміни, які виникають під впли­вом умов середовища. Розмір модифі­каційної мінливості обмежений нормою реакції. Модифікаційні зміни ознаки не успадковуються, але її діапазон, нор­ма реакції генетичне зумовлені і успад­ковуються. Модифікаційні зміни не викликають змін генотипу. Модифіка­ційна мінливість, як правило, носить доцільний характер. Вона відповідає умовам існування, є пристосувальною.

Під впливом зовнішніх умов фенотипово змінюються ріст тварин і рос­лин, їхня маса, колір тощо. Виникнен­ня модифікацій пов'язане з тим, що умови середовища впливають на фер­ментативні реакції, які відбуваються у організмі, і певним чином змінюють їх хід. Цим, зокрема, пояснюється поява різногокольору квіток примули і відкладання пігменту у волоссі гіма­лайських кролів. Прикладами модифі­каційної мінливості у людини можуть бути підсилення пігментації під впли­вом ультрафіолетового опромінення, розвиток м'язової і кісткової систем в результаті фізичних навантажень то­що. До модифікаційної мінливості не­обхідно віднести також фенокопії. Во­ни зумовлені тим, що у процесі роз­витку під впливом зовнішніх факторів ознака, яка залежить від певного ге­нотипу, може змінитися; при цьому ко­піюються ознаки, що характерні для іншого типу. На розвиток фенокопій можуть впливати різноманітні фактори середовища — кліматичні, фізичні, хі­мічні, біологічні. Деякі інфекційні хво­роби (краснуха, токсоплазмрз), які пе­ренесла мати під час вагітності, також можуть стати причиною фенокопій ря­ду спадкових хвороб і вад розвитку у новонароджених. Наявність фенокопій часто утруднює діагноз, тому про їх існування лікар повинен знати.

Особливу групу модифікаційної мін­ливості складають тривалі модифіка­ції. Так, при дії високої або зниженої температури на лялечок колорадського картопляного жука колір дорослих тва­рин змінюється. Ця ознака спостері­гається у кількох поколінь, а потім по­вертається попередній колір. Вказана ознака передається нащадкам тільки під впливом температури на жіночі особини і не передається, якщо фактор діяв тільки на самців. Отже, тривалі модифікації успадковуються за типом цитоплазматичної спадковості. Ма­буть, під впливом зовнішнього факто­ра відбуваються зміни у тих частинах цитоплазми, які потім можуть ауторепродукуватися.

1.3)Генотипову, або спадкову, мінливість

прийнято ділити на комбінативну і му­таційну.

Комбінативна мінливість пов'язана з отриманням нових поєд­нань генів у генотипі. Досягається це у результаті трьох процесів: а) неза­лежного розходження хромосом при мейозі; б) випадкового поєднання при заплідненні; в) рекомбінації генів зав­дяки кросинговеру; самі спадкові фак­тори (гени) при цьому не змінюються, але виникають нові поєднання їх, що призводить до появи організмів з інши­ми генотипом і фенотипом.

Дарвін надавав комбінативній мін­ливості великого значення, вважаючи, що поряд з добором їй належить важ­лива роль у створенні нових форм як у природі, так і у господарстві людини.

Комбінативна мінливість широко розповсюджена у природі. У мікроор­ганізмів, які розмножуються безстатевим шляхом, виникли своєрідні меха­нізми (трансформація і трансдукція), які приводять до появи комбінативної мінливості. Все це говорить про вели­ке значення комбінативної мінливості для еволюції, видоутворення. Проте виникнення видів у результаті тільки гібридизації — явище рідкісне.

До комбінативної мінливості прими­кає явище гетерозису. Гетерозис (гр. heteroisis— видозміни, перетворення), або «гібридна сила», може спостеріга­тися у першому поколінні при гібриди­зації між представниками різних видів або сортів. Проявляється він у формі підвищеної життєздатності, збільшенні зросту та інших особливостей.

Мутаційна мінливість. Мутацією (лат. mutatio— зміна) називають змі­ну, яка зумовлена реорганізацією структур відтворення, перебудовою ге­нетичного апарату. Цим мутації різко відрізняються від модифікацій, які не торкаються генотипу особини. Мутації виникають раптово, стрибкоподібне, що іноді різко відрізняє організм від ви­хідної форми.

Рослинникам і тваринникам такі змі­ни були відомі давно. Мутаційній мін­ливості присвятили свої роботи С. I. Коржинський (1899) і Г. де Фриз (1901). Останньому належить термін «мутація».

Тепер відомі мутації у всіх класів тварин, рослин і вірусів. Існує багато мутацій і у людини. Саме мутаціями зумовлений поліморфізм людських по­пуляцій: різна пігментація шкіри, во­лосся, колір очей, форма носа, вух, під­боріддя тощо. У результаті мутацій зявляються і успадковуються анома­лії у будові тіла, спадкові хвороби лю­дини. З мутаційною мінливістю пов'я­зана еволюція — процес утворення но­вих видів, сортів і порід. За характе­ром змін генетичного апарату розріз­няють мутації, які зумовлені: а) змі­ною кількості хромосом (геномні), б) зміною структури хромосом (хромо­сомні аберації); в) зміною молекуляр­ної структури гена (генні, або точкові, мутації).

Геномна мінливість. Гаплоїдний на­бір хромосом, а також сукупність ге­нів, які знаходяться у гаплоїдному на­борі хромосом, називають геномом. Мутації, які спричинюють зміну кіль­кості хромосом, називають геномними. До них відносять поліплоїдію і гете-роплоїдію (анеуплоїдія).

Поліплоїдія— збільшення диплоїдної кількості хромосом шляхом додавання цілих хромосомних наборів у результаті порушення мейозу.

Статеві клітини мають гаплоїдний набір хромосом (п), а для зигот і всіх соматичних клітин характерний дипло-їдний набір (2п). У поліплоїдних форм спостерігається збільшення числа хро­мосом, кратне гаплоїдному набору: Зп — триплоїд, 4п — тетраплоїд, 5/г — пентаплоїд, 6п — гексаплоїд тощо. Ма­буть, еволюція ряду квіткових рослин йшла шляхом поліплоїдізації. Куль­турні рослини у більшості — поліплоїди.

У селекційній практиці з метою отри­мання поліплоїдів на рослини діють критичними температурами, іонізую­чим випромінюванням, хімічними ре­човинами (найбільш поширений алка­лоїд колхіцин).

Форми, які виникають у результаті збільшення кількості хромосом одного генома, називаються автоплоїдними. Відома й інша форма поліплоїдії — алоплоїдія, при якій збільшується кіль­кість хромосом двох різних геномів. Алоплоїди штучно отримані при гіб­ридизації. Так, Г. Д. Карпеченко ство­рив алополіплоїдний гібрид редьки і капусти. У даному випадку кожний вихідний вид має 18 хромосом, а гіб­ридний —36, бо є алополіплоїдним.

Поліплоїдні форми відомі і у тварин. Мабуть, еволюція деяких груп найпрос­тіших, зокрема інфузорій і радіолярій, ішла шляхом поліплоїдізації. У деяких багатоклітинних тварин поліплоїдні форми вдалося створити штучно (туто­вий шовкопряд).