КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО БИОЛОГИИ
УЧЕНИЦЫ 11 Б КЛАССА ГАНЮШКИНОЙ ТАМАРЫ

1. Ген — участок молекулы ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. Ген является единицей генетической, или наследственной информации. Таким образом, ген — образование прежде всего функциональное, а не химическое. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества белков, хранящих определенный объем информации — генов. Ген — участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка. Это биохимическое определение гена не полностью отражает положение вещей, но им удобно описывать процессы биосинтеза.

Поскольку в организме присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов клетки составляют ее геном. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации. Поэтому, например, нервные клетки и по структурно-функциональным, и по биохимическим особенностям отличаются от клеток печени. Так как каждый белок представлен одной или несколькими полипептидными цепями, то необходим носитель информации о каждой такой цепи. Точнее будет говорить, что ген — это участок ДНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи.

Генетики пользуются несколько другим определением гена: ген — участок хромосомы, определяющий развитие у организма одного или нескольких признаков. Эти признаки могут быть совершенно разные — биохимические (например, активность какого-либо фермента), физиологические (состояние антиоксидантной системы организма). То есть материальной основой наследственности являются хромосомы с содержащимися в них генами. Генетическая информация реализуется в процессах транскрипции и трансляции. В одной молекуле ДНК расположены сотни и тысячи генов. Одна молекула ДНК вместе с белками принимая определенную пространственную форму, образует хромосому.

Гены расположены в молекуле ДНК линейно, один за другим, они не когда не перекрываются. Иными словами, не существует участков ДНК, принадлежащих одновременно двум генам. Кроме генов, кодирующих белки (структурные гены), в ДНК существуют участки, несущие информацию о структуре рРНК и тРНК, а также участки, играющие регуляторную роль в работе генома.

С середины 80-х годов мировое сообщество начало создавать международные программы по изучению генома человека. К тому времени учеными были созданы методы, позволяющие относительно быстро расшифровывать участки молекул ДНК. Уже расшифровано порядка 5 тысяч генов. Осталось — несколько больше, поскольку полный геном человека, по разным оценкам, содержит от 50 до 100 тысяч генов. Их нужно вычленить из 3 миллиардов нуклеотидов в составе хромосом человека. Обнаружен ряд новых генов, среди которых могут оказаться гены-супрессоры (усилители) опухолевого роста; гены, кодирующие факторы регуляции транскрипции и другие. Среди них новый ген р53, контролирующий развитие нервной системы и гены рецепторов гормонов.
2. Аллельные гены, — определяющие альтернативное развитие одного и того же признака и расположенных в идентичных участках хромосом. Итак, в каждой клетке имеются два гена — А и а, отвечающие за развитие одного и того же признака. Такие парные гены называются аллельными генами или аллелями. Любой диплоидный организм (в клетке которого имеется двойной набор хромосом), будь то растение, животные или человек, содержит в каждой клетке два аллеля любого гена. Исключение составляют половые клетки — гаметы. В каждом гамете содержится один комплект гомологичных хромосом, поэтому любая гамета имеет лишь по одному аллельному гену. Таким образом, каждый диплоидный организм может иметь не более двух аллелей одного гена, однако в пределах вида число аллелей может быть существенно больше. В таких случаях говорят о серии множественных аллелей. Ряд мутаций одного гена называют серией аллелей. Ее следует рассматривать как результат мутационного процесса. Члены одной серии множественных аллелей действуют на один общий признак, но каждый аллель может иметь и свои особенности в действии на другие признаки. У близких видов встречаются сходные серии аллелей.
3. Гетерозигота — особь, у которой аллельные гены кодируют отдельные состояния признака. Г. Мендель впервые установил факт, свидетельствующий о том, что растения, сходные по внешнему виду, могут резко отличаться по наследственным свойствам. Существуют особи, которые при самоопылении или скрещивании с себе подобными в потомстве не дают расщепления (эти особи образуют лишь один сорт гамет). Другие — дают разные гаметы, и поэтому в их потомстве наблюдается расщепление. Особи, не дающие расщепления в следующем поколении, называются гомозиготными (от греческого gomo — равный, zvgoto — оплодотворенная яйцеклетка). Особи, в потомстве у которых обнаруживается расщепление, называются гетерозиготными (от греческого getero — разный). Было установлено, что расщепление признаков в потомстве гибридных растений — результат наличия у них двух генов: А и а, ответственных за развитие одного признака (например, окраски семян). В таких особях гомологичные хромосомы имеют идентичные участки — гены, которые и определяют цвет. Собственно цвет (желтый или зеленый) определяется той или иной формой гена (последовательностью нуклеотидов в цепи с ДНК). В рассматриваемом случае ген окраски семян имеет две альтернативные формы (аллеля), то есть соматические клетки содержат два аллеля одного гена. При этом, несмотря на то, что аллели могут быть разными (гетерозиготное состояние), в фенотипе проявляется только один из них — он называется доминантным. Репрессивный же аллель влияет на фенотип только в том случае, если он находится в обеих гомологичных хромосомах (гомозиготное состояние).
4. Генотип — совокупность все генов организма. Для разных организмов характерно различное строение генов и организация геномов. Гены животных, растений и грибов способны работать независимо от функциональной активности соседних участков ДНК. У бактерий ситуация несколько иная — их гены не имеют некодирующих участков, зато работают согласовано. Несколько соседних генов объединяются и работают как единый ген. Во всех клетках всех организмов количество хромосом содержащих гены в течение всей жизни от рождения до смерти строго постоянно. Такое постоянство достигается благодаря особенностям процессов клеточного деления. Перед делением количество хромосом увеличивается вдвое за счет способности ДНК к самоудвоению — репликации. Затем материнская клетка делится, удвоенный набор хромосом поровну распределяется между двумя дочерними клетками, в результате чего каждая из них получает точно такой набор хромосом и генов, какой был у материнской. Совокупность генов, которую организм получает от родителей, составляет его генотип.
5. Фенотип — проявление всех признаков организма. Наследуемые признаки (цвет глаз, шерсти, перьев, размер крыльев, форма семян и тому подобное) называются феном. Совокупность всех фенов организма, то есть всех внешних признаков организма, особенностей строения и функционирования клеток и органов составляет фенотип. Особи, имеющие одинаковый фенотип могут обладать различными генотипами. Фенотип развивается в результате взаимодействия генотипа и условий внешней среды.
6. Основные принципы гибридологического метода:

·       подбор материала для получения гибридов (чистые линии, различия между исходными формами по небольшому числу признаков),

·       индивидуальный анализ потомства каждого скрещивания,

·       количественный учет результатов.

Методы генетического анализа очень разнообразны, но центральным является гибридологический. Суть его заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам, и в детальном анализе потомства. Поскольку потомков от таких скрещиваний называют гибридами, то и метод получил название гибридологического.

В том случае, когда родительские организмы отличаются друг от друга по одному изучаемому признаку, скрещивание называется моногибридным.

Скрещивание, в котором участвуют особи, отличающиеся по двум парам аллелей, называют дигибридным скрещиванием, а организмы гетерозиготные по двум генам, — дигетерозиготными. Этот метод используется для изучения наследования признаков, за которые отвечают две пары аллельных генов в отличие от предыдущего метода.

Поскольку каждый организм характеризуется очень большим разнообразием признаков, а число хромосом ограничено, то каждая из них должна нести большое число генов. Результаты дигибридного скрещивания зависят от того, лежат ли гены, определяющие рассматриваемые признаки, в одной хромосоме или в разных.
7. Первый Закон Менделя (единообразие первого поколения, закон доминирования)

Закон доминирования гласит: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся одной или несколькими парами альтернативных признаков, все гибриды первого поколения по этим признакам единообразны (у гибридов проявятся доминантные признаки родителей).
8. Второй Закон Менделя (закон расщепления)

В одном из опытов Мендель в качестве родителей брал особей чистых линий (т.е. особей, на протяжении многих поколений дававших потомство с набором тех же самых признаков). Исследовалось наследование окраски семян гороха — она может быть желтой или зеленой. Мендель ставил опыт таким образом, что в одном эксперименте материнские растения имели желтые семена, а отцовские — зеленые, а в другом — наоборот (результаты и прямого и обратного скрещивания были одинаковы). Полученных гибридов первого поколения Мендель размножал самоопылением и получал гибридов второго поколения и т.д.

Независимо от того, к какому сорту принадлежали материнские растения, гибридные семена первого поколения оказались только желтыми, следовательно, у гибридов проявлялся только один признак, признак второго родителя как бы исчезал. Такое преобладание признака одного из родителей Мендель назвал доминированием, а признаки доминантными. Признаки не проявляющиеся — рецессивными. Таким образом, был сделан вывод о единообразии первого поколения и доминировании одного признака над другим.

Семена второго поколения оказались не только желтыми, но и зелеными. Число потомков с доминантным признаком относилось к числу потомков с рецессивным признаком как 3:1. Такое явление называется расщеплением. На основании этого Мендель сформулировал закон расщепления. При скрещивании гибридов первого поколения между собой среди гибридов второго поколения в определенном соотношении появляются особи с фенотипами исходных родительских форм и гибридов первого поколения. Т.е. в потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается явление расщепления: четверть особей из гибридов второго поколения имеет рецессивный признак, три четверти — доминантный.

Большое достижение Менделя состоит в том, что он нашел простой и очень удобный способ выражения результатов в алгебраической форме. На схеме символы Р, F1, F2 обозначают родительское, первое, второе поколения,        — женский род,              — мужской род, значок x — скрещивание. Ген, отвечающий за доминантный цвет, обозначен — А, за зеленый — а.

Р                                             АА          x              аа

                                                А                             а
Гаметы
    F1
                                                                Аа          x              Аа

Гаметы                                А             а             А             а
    F2

                                                АА          Аа          Аа          аа

Исходные родительские растения в опыте были гомозиготными, т.е. несли две одинаковые хромосомы. Все семена первого поколения получаются гетерозиготными Аа и имеют желтый цвет. Такие гетерозиготные растения способны производить гаметы двух сортов, несущие гены А и а. При оплодотворении возникают четыре типа зигот: АА+Аа+аА+аа, что можно записать так: АА+2Аа+аа (1:2:1). Поскольку в опыте гетерозиготные семена Аа также окрашены в желтый цвет, во втором поколении получается соотношение желтых семян к зеленым, равное 3:1. Таким образом, было установлено, что расщепление признаков в потомстве гибридных растений — результат наличия у них двух генов, ответственных за развитие одного признака (например, окраска семян).
9. Третий Закон Менделя (закон независимого распределения генов)

Если в дигибридном скрещивании гены находятся в различных парах хромосом, то соответствующие пары признаков наследуются независимо друг от друга, т.е. аллели разных генов случайно попадают в одну или разные гаметы. Менделем проводился опыт по изучению независимого наследования признаков при скрещивании гладких желтых семян с морщинистыми зелеными. В первом поколении все гибридные растения имели гладкие желтые семена. Во втором поколении произошло расщепление. Обнаружено четыре фенотипа в соотношении близком к 9 желтым гладким семенам (АВ), 3 желтым морщинистым (Ав), 3 зеленым гладким (аВ), 1 зеленому морщинистому (ав).

При образовании гамет у особей первого потомства возможны четыре комбинации двух пар аллелей. Аллели одного гена, попадают в разные гаметы. Расхождение одной пары генов не влияет на расхождение генов другой пары. На основании этого опыта был сформулирован закон Менделя: расщепление по каждой паре генов идет независимо от других пар генов.

Различные варианты генотипов (и соответствующих им фенотипов), образующиеся при слияние гамет, удобно рассчитывать по решетке Пинета.

В результате опыта было получено расщепление по фенотипам:

·       9/16 всех семян — желтые гладкие, генотип записывается: А-В- (прочерк означает, что неважно, какой из аллелей присутствует в генотипе, ведь один доминантный ген уже есть, а значит фенотип по данному признаку уже определен);

·       3/16 всех семян — желтые морщинистые с генотипом А-вв;

·       3/16 — зеленые гладкие с генотипом ааВ-;

·       1/16 — зеленые морщинистые, имеющие генотип аавв.

Таким образом, расщепление по фенотипам произошло в соотношение 9:3:3:1
В отличие от второго закона, который справедлив всегда, третий закон относится только к случаям независимого наследования, когда изучаемые гены расположены в разных парах гомологичных хромосом.
10. Закон Моргана (сцепленное наследование)

Бурное развитие генетики в начале XX века показало, что не все признаки наследуются в соответствии с законами Менделя.

Часто нарушается закон независимого распределения генов, т.к. он справедлив только для генов расположенных в разных хромосомах. На самом деле в любом организме число генов очень велико (десятки тысяч), а число их носителей — хромосом — ограничено: так у человека 23 пары хромосом, у кукурузы — 10, у дрозофилы — всего 4. Соответственно, у каждой хромосомы должно быть по несколько сотен или тысяч генов.

Из того фактов, что при образовании гамет к полюсам клетки в мейозе отходят хромосомы, а не гены, следует, что гены, локализованные в одной хромосоме, должны наследоваться вместе. Это подтверждают опыты Моргана, проведенные на плодовой мушке дрозофиле. Он исследовал дигибридное скрещивание для двух признаков: цвета тела (серое и черное) и длины крыла (длинное и зачаточное).

Р             серое тело,       x              черное тело
длинные крылья             зачаточные крылья
                GGLL                                     glgl

гаметы:               GL                                          gl

F1 серое тело, длинные крылья
                                GgLl

Поскольку оба гена лежат в одной хромосоме, образуется только 2 типа гамет: GL и gl.

F1 гаметы: 2GL, 2gl
                F2
фенотип: 3 серое тело                               1 черное тело
                                длинные крылья             зачаточные крылья
генотипы: GGLL, GgLl, GgLl,       ggll
                или 1GGLL:2GgLl:1ggll

Таким образом, в F2 наблюдается расщепление по фенотипу 3:1 вместо ожидаемого в соответствии с генетикой Менделя 9:3:3:1.

Закономерность, суть которой сводится к тому, что

гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются преимущественно вместе, известна под названием закона Моргана. Слово преимущественно не случайно, ибо сам Морган обнаружил и объяснил отклонения от этого правила. Такие гены, лежащие в одной хромосоме, наследуются вместе и называются сцепленными. Все гены одной хромосомы образуют группу сцепления.
11. Гипотеза чистоты гамет: находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются при образовании гамет и по одному от каждой пары переходят в них в чистом виде.
12. Закон гомологических рядов (Н.И. Вавилов)

1.  Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.

2.  Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство.
13. При каком скрещивании получаются расщепления:

·1:2:1 — Аа x Аа — моногибридное скрещивание, расщепление по генотипу (приведен пример в п.7)

·1:3 — Аа x Аа — моногибридное скрещивание, расщепление по фенотипу

Р                       Аа x Аа
Г                       Аа   Аа
F1     АА          Аа          Аа          аа
          жел        жел        жел        зел

·9:3:3:1 — АаВв x АаВв —дигибридное скрещивание, расщепление по фенотипу (приведен пример в п.8)
14. Эволюционное значение мутаций связано с тем, что они постоянно поддерживают высокую степень неоднородности природных популяций, являющихся основой действия эволюционных факторов, прежде всего естественного отбора.
15. Размах изменчивости признака определяется факторами окружающей среды и генотипом.
16. Генетика популяций — раздел генетики, изучающий те генетические процессы, которые протекают в популяциях, т.е. генный состав популяций (мутационные гены, частоту их встречаемости в гомозиготном и гетерозиготном состоянии, отслеживание накопления вредных и полезных мутаций в популяции).
17. Сорт (фр. - разряд, категория) — созданная в результате селекции значительная по числу совокупность растений одного вида, устойчиво обладающая в конкретных условиях возделывания определенными анатомо-морфологическими признаками, передаваемыми по наследству.
18. Инбридинг (вид скрещивания в селекции) — близкородственное скрещивание сельскохозяйственных животных или принудительное самоопыление у перекрестноопыляющихся растений.
19. Гетерозия — явление повышенной урожайности жизнестойкости в первом поколении гибридов, полученных при скрещивании чистых линий, одна из которых гомозиготна по рецессивным генам, другая гомозиготна по доминантным.
20. Метод Ментора

Сущность метода заключается в изменении признаков развивающегося гибрида под влиянием привоя или подвоя. Если нужно изменить свойства гибрида, то его прививают не взрослое плодоносящее растение (подвой). Если желательно получить у гибрида признаки другого растения, то в данном случае подвоем служит гибридный сеянец.
21. Генная инженерия — метод биотехнологии, позволяющий путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой с целью получения клеток, способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые "человеческие" белки.
22. Массовый отбор сводится к выделению из исходного материала целой группы особей, которые обладают желательными для селекционера внешними, фенотипическими признаками. Эффективность массового отбора зависит от того, насколько точно селекционер определит по внешним признакам лучший генотип.
23. Индивидуальный отбор сводиться к выделению отдельных особей с интересующим селекционера генотипом и получению от них потомства. При индивидуальном отборе тщательно исследуется потомство отбираемого организма. Если каждое отобранное из популяции растение или животное сохраняет свои показатели и в потомстве, индивидуальный отбор продолжается и в последующих поколениях.