Міністерство освіти і науки України
Центральноукраїнський Національний Технічний Університет
Кафедра загального землеробства
РЕФЕРАТ
з навчальної дисципліни «Генетика»
на тему:
«Поняття про генетичний аналіз та його окремі методи: гібридологічний, цитологічний, мутаційний, популяційний, онтогенетичний, молекулярно-генетичний»
студента групи АГ-18-2
Островерха А. І.
викладач
доц. Іщенко В.А.
Кропивницький 2020
Генетичні дослідження здійснюють у кількох основних напрямах: вивчення матеріальних носіїв спадкової інформації — генів, а також закономірностей її зберігання і передачі нащадкам; дослідження залежності проявів спадкової інформації у фенотипі від певних умов довкілля; встановлення причин змін спадкової інформації та механізмів їх виникнення; вивчення генетичних процесів, які відбуваються в популяціях організмів.
Результати генетичних досліджень проблем спадковості й мінливості є теоретичною базою для вирішення практичних питань. Основою сучасної селекції (науки про створення нових порід і сортів) слугують уявлення про генетичні наслідки різних типів схрещування, вплив штучного добору на спадкові ознаки організмів, значення чинників довкілля для розвитку ознак тощо.
Головні напрями медичної генетики — профілактика і лікування спадкових захворювань, дослідження мутагенних факторів з метою захисту від них генотипу людини тощо. Генетика є теоретичною базою і для генетичної (генної) інженерії (штучний синтез генів, виділення генів з організму, перенесення генів з одних організмів в інші тощо).
Методи генетичних досліджень. У вирішенні теоретичних і практичних генетичних проблем залежно від рівня організації живої матерії (молекулярний, клітинний, організмовий, популяційно-видовий) учені застосовують відповідні методи досліджень. Методи бувають: гібридологічний, цитологічний, мутаційний, популяційний, онтогенетичний, молекулярно-генетичний.
Гібридологічний метод, застосований Г. Менделем, полягає в схрещуванні (гібридизація) організмів, які відрізняються за певними станами однієї чи кількох спадкових ознак. Нащадків, одержаних від такого схрещування, називають гібридами (від грец. гібрида — Суміш). Гібридизація лежить в основі гібридологічного аналізу - дослідження характеру успадкування станів ознак за допомогою системи схрещувань.
Схрещування буває моногібридним, дигібридним і полігібридним. Моногібридне схрещування — це поєднання батьківських форм, які відрізняються різними станами лише однієї спадкової ознаки (наприклад, кольором насіння); дигібридне - двох ознак (наприклад, кольором насіння та структурою його поверхні), полігібридне — трьох і більше.
Популяційно-статистичний метод дає можливість вивчати ти частоти зустрічальності алелей у популяціях організмів, а також генетичну структуру популяцій. Крім генетики популяцій, його застосовують й у медичній генетиці для вивчення поширення певних алелей серед людей (головним чином тих, які визначають ті чи інші спадкові захворювання). Для цього вибірково досліджують частину населення певної території і статистичне обробляють одержані дані.
Наприклад, за допомогою цієї методики було виявлено, що алель, яка зумовлює дальтонізм (порушення сприйняття кольорів), трапляється у 13% жінок (з них хвороба проявляється лише у 0,5%) та у 7% чоловіків (хворі всі).
Цитогенетичний метод ґрунтується на дослідженні особливостей хромосомного набору (каріотипу) організмів. Вивчення каріотипу дає змогу виявляти мутації, пов’язані зі зміною як кількості хромосом, так і структури окремих із них. Каріотип досліджують у клітинах на стадії метафази, бо в цей період клітинного циклу структура хромосом виражена найчіткіше. До цитогенетичних методів належить аналіз каріотипу і гібридизація соматичних клітин.
Цей метод застосовують і в систематиці організмів (каріосистематика). Так, багато видів-двійниюв (видів, яких важко, а іноді навіть неможливо розпізнати за іншими особливостями) розрізняють за хромосомним набором. Такі випадки відомі серед комах, земноводних, гризунів тощо. Принципи цитогенетичних досліджень сформувалися протягом 20—30-х років XX ст. на класичному об'єкті генетики — мушці дрозофілі та деяких рослинах. Наприклад, у 30-ті роки XX сторіччя вчені звернули увагу на різну частоту захворювань малярією у розташованих поруч місцевостях. Дослідження каріотипу малярійного комара показало, що це не один вид, як вважали раніше, а комплекс видів-двійників, одні з яких переносять збудників малярії, а інші - ні
Цитогенетичні методи — вивчення клітин під мікроскопом з метою визначення кількості хромосом та їх будови у нормі та патології, а також локалізації генів у хромосомах.
Цитогенетичні методи часто застосовують у комплексі з іншими методами вивчення генетики людини, наприклад з генеалогічними. Вони досить складні і поширилися лише 20—ЗО років тому.
Біохімічні методи використовують для діагностики спадкових захворювань, пов'язаних із порушенням обміну речовин. За їхньою допомогою виявляють білки, а також проміжні продукти обміну, невластиві даному організмові, що свідчить про наявність змінених (мутантних) генів. Відомо понад 500 спадкових захворювань людини, зумовлених такими генами (наприклад, цукровий діабет).
Мутаційний метод дозволяє встановити характер впливу мутагенних факторів на генетичний апарат клітини, ДНК, хромосоми. Поряд із цим використовують хімічні речовини і радіоактивні промені для одержання широкого спектра мутацій, окремі з яких мають селекційне значення. Так, цей метод можна застосовувати у хутровому звірівництві для отримання хутра різного забарвлення.
Окрему групу становлять методи генетичної інженерії, за допомогою яких учені виділяють із організмів окремі гени або синтезують їх штучно, перебудовують певні гени, вводять їх у геном іншої клітини або організму. Геном — сукупність генів гаплоїдного набору хромосом організмів певного виду. Крім того, вчені можуть сполучати гени різних видів в одній клітині, тобто поєднувати в одній особині спадкові ознаки, притаманні цим видам.
Молекулярно-генетичний метод. Аналізувати фрагменти ДНК, знаходити та ізолювати окремі гени і їх сегменти та визначати в них послідовність нуклеотидів дає змогу молекулярно-генетичний метод.
Молекулярно-генетичний метод — використання біохімічних реакцій, які здійснюються за допомогою відповідних ферментів, з метою визначення структури генів, їх ідентифікації та локалізації, а також характеру мутацій.
Цей метод успішно застосовують для ідентифікації генних мутацій, а також вивчення геному людини. Поширився він у 70—80-ті роки XX ст. у зв'язку з розвитком молекулярної генетики.
Початковим етапом молекулярно-генетичного аналізу є одержання достатньої кількості зразків ДНК через клонування. Для цього використовують геномну ДНК — усю ДНК клітини або окремі її фрагменти.
Деспіралізацію, виявлення та вирізання відповідних фрагментів ДНК здійснюють за допомогою особливих ферментів — ресшриктаз. Різні рестриктази розпізнають тільки відповідні послідовності нуклеотидів та розрізають ДНК у визначених місцях. Виокремлені фрагменти ДНК за допомогою спеціальних ферментів — полімераз — копіюють у необхідній кількості.
Копійовані фрагменти ДНК за допомогою електрофорезу на агаровому або поліакридамідному гелі розділяють на фракції за розмірами. Під дією електричного поля фрагменти ДНК рухаються у гелі зі швидкістю, залежною від їх довжини: чим вони коротші, тим швидше рухаються. У результаті цього фрагменти ДНК через деякий час займають певне місце на полосі гелю у вигляді окремих смуг. Довжину кожного фрагмента визначають шляхом порівняння відстаней, пройдених ним, і стандартним відрізком ДНК (із відомими розмірами та послідовністю основ).
Для ідентифікації виокремлених фрагментів ДНК їх спочатку розділяють на два ланцюжки, а потім гібридизують із відповідними маркерними фрагментами ДНК. Якщо при цьому утворюється нормальна подвійна спіраль, то досліджуваний фрагмент не мав порушень. Якщо спіраль має дефекти, то досліджуваний фрагмент є мутантним.
Різні модифікації цього методу дають змогу проаналізувати в лабораторії навіть незначну кількість ДНК, узяту у хворого. їх використовують для пренатальної діагностики спадкових хвороб. При цьому ДНК отримують з ембріональних клітин, які містяться у навколоплідній рідині. Аномальний ембріон легко розпізнати, бо його ДНК гібридизується тільки з маркерним фрагментом ДНК, який має комплементарну мутантну послідовність нуклеотидів.
У 90-ті роки XX ст. за допомогою молекулярно-генетичної методики були ідентифіковані та локалізовані гени, відповідальні за такі важкі спадкові хвороби нервової системи людини, як хорея Гентингтона, міотонічна дистрофія, синдром ламкої Х-хромосоми та ін. Наприклад, ген хореї Гентингтона локалізований у короткому плечі 4-ї хромосоми. Він має ділянку, де нуклеотидна послідовність представлена багаторазовим повторенням трьох основ ЦАГ (цитозин — аденін — гуанін). У нормі кількість таких повторів коливається від 11 до 34, а у хворих унаслідок мутації гена їх 37—86. Хвороба успадковується за аутосомно-домінантним типом, а ознака проявляється в усіх носіїв гена.
На основі молекулярно-генетичного методу нині успішно розробляють технології генної терапії найпоширеніших спадкових хвороб, наприклад муковісцидозу.
Висновки. Генетика — наука, що вивчає закономірності спадковості та мінливості. Елементарною одиницею спадковості є ген. Сукупність спадкової інформації, закладеної в генах клітини або організму, називається генотипом. Унаслідок взаємодії генотипу й умов довкілля формується фенотип особини, тобто сукупність усіх ознак і властивостей організму.
Гени, які кодують певні ознаки, можуть перебувати в різних станах (алелях). Вони відповідають за формування різних станів ознаки. Алельні гени бувають домінантними або рецесивними. Домінантна алель завжди проявляється у фенотипі в присутності рецесивної, остання ж у присутності домінантної не проявляється.
Список використаних джерел
Селекція сільськогосподарських тварин: Навчальний посібник. - Миколаїв: Видавничий відділ МДАУ, 2006. – 277 с.
http://ru.osvita.ua/vnz/reports/biolog/23154/
http://ru.osvita.ua/vnz/reports/biolog/22967/
https://www.bsmu.edu.ua/blog/4465-doslidzhennya-genomu-neobhidnist-ta-perspektivi/
https://pidruchniki.com/69159/meditsina/genetika_lyudini