Содержание темы
Понятие генной инженерии. Рекомбинантная ДНК. Способы получения генов. Процесс рестрикции. Сайты рестрикции. Секвенирование.
Создание рекомбинантной ДНК. Понятие вектора. Палиндромы.
Введение рекомбинантной ДНК в клетку. Векторы-плазмиды (рис. 7.1) и векторы-вирусы. Трансдукция. Полимеразная цепная реакция. Экспрессия экзогенной ДНК в клетке.
Биотехнология. Социальное значение генной инженерии.
Основные понятия
Векторы – структуры, способные переносить чужеродную ДНК в клетку-реципиент.
Палиндромы – короткие участки ДНК, в которых запись нуклеотидов слева направо в одной цепи аналогична записи справа налево другой цепи.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – метод, позволяющий размножить любой интересующий исследователя фрагмент ДНК.
Рестрикция – разрезание ДНК.
Секвенирование – определение нуклеотидной последовательности ДНК.
Трансген – чужеродный ген, введенный в клетку какого-либо организма.
Трансдукция – явление переноса генетической информации при помощи вирусов.
Рис. 7.1. Вектор-плазмида с встроенной экзогенной ДНК
Задание для самостоятельной работы
1. "Отец" генной инженерии американский ученый П. Берг, лауреат Нобелевской премии 1980 г., сам стал инициатором предложения моратория на работу с рекомбинантными ДНК. Идея моратория не нашла полной поддержки на международной конференции 1975 г. в Асиломаре, организованной П. Бергом. Как видится идея моратория сегодня?
2. Что принесла генная инженерия человечеству – благо или зло? Не является ли она "новой атомной бомбой"?
Контрольные вопросы
11. Какие молекулы ДНК называют рекомбинантными?
12. Какие этапы выделяют в генно-инженерном процессе?
13. Какие существуют пути выделения генов?
14. Какую роль выполняет в клетке система рестрикции?
15. В чем заключается сущность методик секвенирования?
16. Какие структуры называют вектором? Для чего их используют в генно-инженерном процессе?
17. Как функционируют векторы плазмиды?
18. Как функционируют векторы вирусы?
19. Какие подходы используются для осуществления экспрессии чужеродной ДНК?
10. В чем заключается социальное значение генной инженерии?
Литература
Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика / И. Ф. Жимулев. – Новосибирск, 2003.
Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции / С. Г. Инге-Вечтомов. – М., 1989.
Сингер М. Гены и геномы: в 2 т. / М. Сингер, П. Берг. – М., 1998.
Стент Г. Молекулярная генетика / Г. Стент, Р. Кэлинджер. – М., 1981.
Уотсон Дж. Рекомбинантные ДНК / Дж. Уотсон, Дж. Туз, Д. Курц. – М., 1986.
Тема 8. Генетические основы эволюции
Эволюция – что это? Теория? Система? Гипотеза? Нечто большее: общее условие, которому должны отныне удовлетворять, чтобы быть осмысленными и истинными, все теории, гипотезы, системы.
П. Тейяр де Шарден (1881–1955), французский палеонтолог, философ
Начальный этап в развитии генетики можно охарактеризовать как период конфронтации со сторонниками дарвинизма. Генетики того времени выдвигали свои эволюционные теории (Г. де Фриз, У. Бэтсон, Ж. Лотси и др.), которые, в свою очередь, подвергались справедливой критике. Первый шаг к синтезу генетики и дарвинизма был сделан исследователями Дж. Харди (Англия) и В. Вайнбергом (Германия) в 1908 г. Закон, названный в дальнейшем их именем, заложил начало нового раздела – популяционной генетики.
Содержание темы
Популяционная генетика. Популяция и генофонд. Гетерозиготность популяций. Балансовая теория. Полиморфизм. Частота аллелей в популяции. Закон Харди – Вайнберга. Панмиксия. Ассортативность. Рецессивные аллели в популяции.
Синтетическая теория эволюции. Динамика популяций. Элементарные эволюционные факторы. Естественный отбор, виды отбора. Эволюционная экология.
Генетика и проблемы эволюционной теории. Теория "эгоистичного гена". Гипотеза группового отбора. Концепция саморегуляции популяции. Эволюция и онтогенез – канализация развития. Анализ механизмов микро– и макроэволюции. Эволюционная биология на пороге нового синтеза.
Эволюция генов и геномов. Геномика. Роль горизонтального переноса. Генные семейства. Дивергенция генов. Эволюция генома человека.
Основные понятия
Ассортативность – избирательное скрещивание: генотип влияет на выбор брачного партнера, т. е. особи с определенными генотипами спариваются чаще, чем при случайной вероятности.
Генофонд – совокупность аллелей всех населяющих популяцию особей.
Гетерозиготность популяции – средняя частота особей, гетерозиготных по определенным локусам.
Дрейф генов – случайные изменения частот аллелей в популяции.
Инбридинг – скрещивание между родственными особями.
Канализация развития – ограниченность выбора возможных направлений развития в ходе онтогенеза (термин К. Уоддингтона).
Мутационный процесс – процесс образования новых генетических вариантов.
Отбор – дифференциальное воспроизведение генотипов.
Панмиксия – свободное скрещивание: вероятность образования брачной пары не зависит от их генотипа.
Полиморфизм популяции – явление, когда большинство локусов особей популяции характеризуются множественными аллелями.
Полиморфность – количественное выражение полиморфизма популяции, показывающее долю полиморфных локусов.
Популяция – изолированная группа особей одного вида, связанная общностью территории и происхождения.
Поток генов – обмен генами между разными популяциями.
Предпочтение брачных партнеров редкого типа – частотно-зависимый отбор в пользу более редкого генотипа.
Частотно-зависимый отбор – зависимость вероятности скрещивания от частоты генотипа.
Элементарные эволюционные факторы – процессы, изменяющие частоту аллелей в популяциях.
Символика и расчеты частот в популяционной генетике
Для обозначения частот аллелей в популяционной генетике используются специальные символы: р – частота аллеля А; q – частота аллеля а; тогда p + q = 1.
Для расчета частот генотипов применяют формулу квадрата двучлена:
где p – частота генотипа АА; 2pq – частота генотипа Аа; q – частота генотипа аа.
При множественном аллелизме частоты генотипов определяются возведением в квадрат многочлена из частот аллелей. Например, имеются три аллеля а1, а2, а3.
Их частоты соответственно: p, q, r. Тогда p + q + r = 1.
Для расчета частот генотипов:
где p – частота генотипа а1 а1; q – частота генотипа а2 а2; r – частота генотипа а3 а3; 2pq – частота генотипа а1 а2; 2pr – частота генотипа а1 а3; 2rq – частота генотипа а2 а3.
Сумма частот генотипов, как и сумма частот аллелей, всегда будет равна 1, т. е. (p + q) = (p + q + r) =… = 1.
Если число аллелей одного локуса обозначить k, то число возможных генотипов (N) можно рассчитать по специальной формуле:
Необходимое число поколений (t) для изменения частоты аллеля (от q1 до q2) рассчитывается по формуле:
