Хромосомная теория наследственности: сущность основных положений, вклад в биологию

Значение теории

Важность учения о наследовании для биологии и других наук трудно переоценить

Биологи при помощи изучения генетических карт и сравнения структуры цепочек ДНК разных биологических видов могут более подробно установить, каков в действительности был процесс эволюции и формирования видов в их теперешнем состоянии.

Теория позволяет подробно изучать наследственные признаки организмов. Это нашло отражение во многих областях науки, в том числе медицине, селекции, ботанике, животноводстве.

После того, как хромосомная теория наследования была сформулирована и доказана экспериментальным путём, её положения легли в основу диагностики и прогнозирования многих наследственных заболеваний. Стало возможно определять вероятность передачи по наследству той или иной генетической патологии.

Еще на заре формирования хромосомного учения Томаса Моргана одним из его создателей было показано, что понимание механизма передачи информации, а также знание о сцеплении генов, позволяют строить целые генетические карты, которые отражают порядок расположения генов в линейной цепочке, дистанцию между их локусами.

ссылки

Кэмпбелл, Н.А., Рис, Дж. Б., Урри, Л., Каин, М.Л., Вассерман, С.А., Минорский, П.В. и Джексон, Р.Б. (2017). биология. Пирсон Образование Великобритания.
Кертис Х. & Шнек А. (2006). Приглашение к биологии. Ed. Panamericana Medical.
Darnell, J.E., Lodish, H.F, & Baltimore, D. (1990). Молекулярно-клеточная биология (Том 2). Нью-Йорк: научные американские книги.
Гилберт, С. Ф. (2005). Биология развития. Ed. Panamericana Medical.
Guyton, A. & Hall, J. (2006). Учебник медицинской физиологии, 11-й.
Холл, J.E. (2017). Трактат Гайтона Э Холла по медицинской физиологии. Остальное Бразилия.
Welsch, U. & Sobotta, J. (2008). гистология. Ed. Panamericana Medical.

История создания учения

В самом начале 20 века ученые Саттон и Бовери обратили внимание на принцип параллелизма в поведении факторов наследственности. Такое наблюдение позволило исследователям сделать предположение о местоположении генов как носителей информации

Экспериментальные подтверждения этого факта были получены существенно позднее группой исследователей во главе с ученым Томасом Морганом. Это исследование началось в 1911 году и позволило сделать целый ряд выводов:

Гены располагаются внутри хромосом линейно относительно друг друга.
Гены, которые располагаются в одной хромосоме, наследуются сцепленно (то есть вместе).
Процесс совместного (сцепленного) наследования генов способно нарушать явление, называемое кроссинговером.

За открытие значения хромосом Т. Моргану в 1933 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине. А в дальнейшем Н. В. Тимофеев-Ресовский высказал мнение, что вся экспериментальная генетика, развивавшаяся на протяжении всего XX века, была направлена на развитие и анализ нюансов и деталей хромосомной теории наследственности.

Самыми первыми ступенями к созданию учения о наследственности и участии хромосом в процессе переноса наследственной информации из поколения в поколение считают первое описание этих внутриклеточных структур, сделанное при наблюдении за делением соматических клеток. Они датируются второй половиной XIX века. Такие описания черпают из работ Чистякова, Шнейдера, Страсбургера. В то время еще не существовало самого термина «хромосома».

Слайд 4 В 1862 г. Французская Академия удостоила премии мемуар

обоснована невозможность самозарождения жизни в настоящий геологический период. Так стали

утверждаться представления о том, что жизнь – это непрерывный ряд воспроизведения клеток

Луи́ Пасте́р (правильно Пастёр, 1822 — 1895) —французский микробиолог и химик, член Французской академии (1881). Пастер, показав микробиологическую сущность брожения и многих болезней человека, стал одним из основоположников микробиологии и иммунологии. Его работы в области строения кристаллов и явления поляризации легли в основу стереохимии. Также Пастер поставил точку в многовековом споре о самозарождении некоторых форм жизни в настоящее время, опытным путем доказав невозможность этого. Его имя широко известно в ненаучных кругах благодаря созданной им и названной позже в его честь технологии пастеризации.

Слайд 10 Фазы клеточного цикла и митозаВременной ход митоза и

клеток различны. Цитокинез берёт своё начало в анафазе и завершается,

как правило, к окончанию телофазы

Фаза клеточного цикла, соответствующая делению клетки, называется М-фазой (от слова «митоз»). М-фазу условно подразделяют на шесть стадий, постепенно и непрерывно переходящих одна в другую. Первые пять — профаза, прометафаза (метакинез), метафаза, анафаза и телофаза (или цитотомия) — составляют митоз, а берущий своё начало в анафазе процесс разделения цитоплазмы клетки, или цитокинез, протекает вплоть до завершения митотического цикла и, как правило, рассматривается в составе телофазы.Только в растительных клетках профазе предшествует дополнительная стадия, известная как препрофаза.Длительность отдельных стадий различна и варьируется в зависимости от типа ткани, физиологического состояния организма, внешних факторов.

Основные положения

Результатом многолетнего анализа процесса передачи наследственной информации и сцепленного наследования генов, а также сравнения цитологической и генетической карт позволили учёным сформулировать основные положения хромосомной теории наследственности.

Кратко их можно изложить следующим образом:

Гены — вместилища наследственной информации; располагаются они в хромосомах.
Для расположения генов внутри хромосом характерна линейная последовательность.
Количество генов, содержащихся в различных хромосомах, неодинаково. Кроме того, отмечается уникальность набора генов в каждой из негомологичных хромосом.
В гомологичных хромосомах аналогичные гены имеют одинаковое местоположение.
Гены, локализующиеся в одной хромосоме, образуют цепочку, называемую группой сцепления. При этом, как правило, количество групп сцепления генов равно гаплоидному числу хромосом у биологического вида.

В результате феномена кроссинговера сцепление генов нарушается. Частоту этого явления можно вычислить по формуле. Она прямо пропорциональна дистанции между отдельными генами. Из этого следует, что сила сцепления находится в обратно пропорциональной зависимости от величины промежутка между частицами.

История

Автором хромосомной теории считается Томас Морган – американский биолог, лауреат Нобелевской премии. Именно он изучил и описал механизм сцепленного наследования, а также сформулировал основные положения теории хромосомной наследственности. Однако Морган опирался на работы своих предшественников – биологов, генетиков, физиологов.

Рис. 1. Томас Морган.

Краткая история становления теории Моргана описана в таблице.

Год	Учёный	Что сделал
1866 г.	Грегор Мендель	Опубликовал результаты многолетних исследований, сформулировал основные законы наследования
1874	Иван Чистяков	Наблюдал распределение генетического материала между ядрами растительной клетки
1875 г.	Оскар Гертвиг	Наблюдал слияния гамет у иглокожих. Сделал вывод, что ядро несёт наследственную информацию
1875 г.	Эдуард Страсбургер	Наблюдал деление ядер у растений. Сравнил растительные и животные клетки. Сделал вывод, что деление во всех клетках происходит одинаково. Позже ввёл многие термины генетики (гамета, мейоз, гаплоидный и диплоидный набор хромосом, полиплоидия)
1883 г.	Эдуард ван Бенеден	Наблюдал мейоз. Выявил, что часть наследственной информации достаётся от отца, часть – от матери
1888	Генрих Вальдейер	Ввёл термин «хромосома». До него использовались термины «хроматиновый сегмент» и «хроматиновый элемент»
1902 – 1903 гг.	Теодор Бовери и Уильям Сеттон	Независимо друг от друга выявили взаимосвязь наследственных факторов по Менделю и хромосом. Эти факторы в дальнейшем были названы генами. Сделали вывод, что гены находятся в хромосомах
1915 г.	Томас Морган	Опубликовал выводы многолетней работы. Вместе со своими коллегами и учениками – Кэлвином Бриджесом, Альфредом Стёртевантом, Германом Мёллером – сформулировал теорию хромосомного наследования. С 1909 года проводили эксперименты с фруктовой дрозофилой и выявили механизмы сцепленного наследования и способ их нарушения – кроссинговер

В 1933 году Томасу Моргану была присуждена Нобелевская премия за вклад в физиологию и медицину. Решением для премии стала его работа о роли хромосом в процессах наследования.

Стадии кариокинеза

Термин кариокинез происходит от греческих корней Cario что означает ядро, и cinesis что переводится как движение. Таким образом, это явление относится к делению ядра клетки, то есть к первой фазе митоза. В некоторых книгах слово кариокинез используется как синоним митоза..

В целом, кариокинез включает в себя равное распределение генетического материала по двум дочерним клеткам в результате митотического процесса. Впоследствии, цитоплазма также распространяется на дочерние клетки, в случае цитокинеза.

Фазы клеточного цикла

В жизни клетки можно выделить несколько фаз. Первая — это фаза М (М митоза), где генетический материал хромосом удвоился и разделился. На этом этапе происходит кариоз.

Затем следует фаза G₁, или разрыв фазы, где клетка растет и принимает решение начать синтез ДНК. Затем идет фаза S или фаза синтеза, где происходит дублирование ДНК.

Эта стадия включает в себя открытие спирали и полимеризацию новой нити. На этапе G₂, точность, с которой была воспроизведена ДНК, проверена.

Есть еще один этап, G, который может быть альтернативой для некоторых клеток после фазы М, а не фазы G₁. На этом этапе обнаруживаются многие клетки организма, выполняющие свои функции. Фаза митоза, которая включает в себя деление ядра, будет описана более подробно ниже..

профаза

Митоз начинается с профазы. На этой стадии происходит конденсация генетического материала, и можно наблюдать очень четко определенные хромосомы — поскольку волокна хроматина хорошо намотаны.

Кроме того, ядра, области ядра, которые не ограничены мембраной, исчезают.

прометафазы

В прометафазе происходит фрагментация ядерной оболочки, благодаря которой микротрубочки могут проникать в ядерную зону. Они начинают формировать взаимодействия с хромосомами, которые на этом этапе уже очень конденсированы.

Каждая хроматида хромосомы связана с кинетохорой (структура веретена и его компоненты будут подробно описаны ниже). Микротрубочки, которые не являются частью кинетохоры, взаимодействуют с противоположными полюсами веретена.

метафазы

Метафаза длится почти четверть часа и считается самой длинной стадией цикла. Здесь центросомы расположены на противоположных сторонах клетки. Каждая хромосома прикреплена к микротрубочкам, которые излучают с противоположных концов.

анафаза

В отличие от метафазы, анафаза является самой короткой стадией митоза. Это начинается с отделения сестринских хроматид в внезапном событии. Таким образом, каждая хроматида становится полной хромосомой. Начинается удлинение клетки.

Когда анафаза заканчивается, на каждом полюсе клетки идентичный набор хромосом..

telofase

В телофазе начинается формирование ядер двух сыновей и начинается формирование ядерной оболочки. Затем, хромосомы начинают полностью изменять конденсацию и становятся все более слабыми. Таким образом деление ядер заканчивается.

Положения

Многие исследователи независимо друг от друга приходили к одинаковым выводам. К первому десятилетию ХХ века было известно о роли хромосом в наследовании, был введён в употребление термин «ген», были выявлены половые хромосомы и способы передачи наследственной информации. Знаковой работой стало исследование под руководством Моргана. Благодаря наблюдениям за поколениями плодовой мушки дрозофилы и на основе накопленных знаний были сформулированы основные положения хромосомной теории наследственности Моргана:

гены, отвечающие за наследование признаков, расположены в хромосомах;
гены располагаются линейно, каждый ген имеет своё место в хромосоме – локус;
набор генов в каждой хромосоме уникален;
расположенные близко друг к другу группы генов наследуются сцеплено;
число сцепленных генов равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида (у человека 23 пары хромосом, следовательно, 23 пары сцепленных генов);
сцепление хромосом нарушается в ходе кроссинговера (перекрёста) – процесса обмена участками хромосом в профазе I мейоза;
чем дальше друг от друга находятся сцепленные группы генов в хромосоме, тем больше вероятность кроссинговера.

Рис. 2. Сцепленное наследование.

Эксперименты Моргана показали, что гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются сцеплено, попадая в одну гамету, т.е. два признака всегда наследуются вместе. Такое явление было названо законом сцепленного наследования признаков.

Рис. 3. Кроссинговер.

ТОП-4 статьи

которые читают вместе с этой

Что мы узнали?

Рассказали кратко и понятно о хромосомной теории наследственности. Работа Моргана и его коллег помогла переосмыслить и дополнить законы Менделя. Было выявлено, что некоторые признаки наследуются сцеплено, т.к. гены, отвечающие за разные признаки, находятся близко друг к другу на одном участке хромосом. Расхождение сцепленных генов возможно только при кроссинговере – перекрёсте гомологичных хромосом.

/10

Вопрос 1 из 10

Слайд 6 В 1884 г. Э. Страсбургер выделили такие стадии

сформировалась ядерная гипотеза наследственности (В. Ру, 1883; О. Гертвиг, Э.

Страсбургер, 1884). В 1896 г. вышло в свет первое издание сводки Э.Вильсона «Клетка в развитии и наследственности», обособившая цитогенетику как раздел биологии.

Эдуард Адольф Страсбургер (1844—1912)

Гертвиг, Оскар(1849 – 1922).

УИЛСОН (Wilson) (Вильсон) Эдмунд Бичер (1856-1939) — американский цитолог, один из основоположников цитогенетики, президент Нью-Йоркской АН (с 1904). На примере насекомых выяснил (1905-12) хромосомный механизм определения пола. Внес значительный вклад в изучение строения и физиологии клетки, предложил (1925) коллоидную теорию протоплазмы. Фундаментальная монография по цитологии (в рус. переводе — «Клетка и ее роль в развитии и наследственности», т. 1-2, 1936-40).

Сферы применения

Эта методика вызывает большой интерес не только в области медицины. Она открывает большие перспективы и для селекционной практики, поскольку знание генетической карты организма делает его наиболее удобным для планирования получения потомства, имеющего определенное сочетание признаков, нужных селекционеру.

Важность генетических карт нашла свое отражение и в фармакологии, поскольку помогает ученым-биологам создавать штаммы микроорганизмов, синтезирующих необходимые белки. Создание происходит при помощи методов генной инженерии на основании содержимого генетической карты исходного микроорганизма

Очевидна и польза метода составления генетической карты для здравоохранения. Детальное знание о локализации определенного гена широко используется при диагностике наследственных заболеваний у животных и человека. В связи с этим исследователи уже поговаривают о возможности генной терапии, то есть исправлении дефектов в структуре видоизмененного гена. В лабораториях предпринимаются попытки создать здоровую, «правильную» ДНК, без дефектных генов.

Пробует генная инженерия свои силы и в создании видов, обладающих определенными свойствами. Сегодня много слышно об исследованиях качеств генномодифицированных продуктов. Суть методики состоит во внедрении в геном одного вида участков ДНК другого, придающего имеющемуся организму новые, несвойственные ему ранее качества.