Эукариотические микроорганизмы как объекты генетики, особенности передачи у них генетической информации (тетрадный анализ, конверсия генов, парасексуальный цикл)

Тетрадный анализ, метод генетического анализа низших эукариотных организмов, основанный на одновременном изучении генотипов всех четырёх гаплоидных продуктов мейоза отдельной диплоидной клетки. У некоторых грибов, водорослей, мхов после мейотического деления образуются тетрады (четвёрки спор), остающиеся внутри оболочки родительской клетки. Изолируя в ходе Т. а. споры каждой отдельной тетрады, можно не только устанавливать генотип исходных диплоидных клеток, но и следить за поведением отдельных генов, центромер и целых хромосом в мейозе. С помощью Т. а. у мхов было впервые доказано, что менделевское расщепление генов— результат мейоза и представляет собой биологическую, а не статистическую закономерность. Предпосылкой для использования Т. а. в современной генетике служит то, что любая пара аллельных генов даёт в тетрадах расщепление 2:2. В некоторых экспериментах наблюдаются отклонения от подобного расщепления. В тех случаях, когда эти отклонения очень редки, обнаружить и изучить их можно практически только с помощью Т. а. У дрожжей рода Saccharomyces встречаются клетки, дающие красные и белые колонии. Эти альтернативные признаки определяются одной аллельной парой гена окраски А – белый цвет, а – красный. При слиянии гаплоидных гамет образуется диплоидная зигота F1. Она вскоре приступает к мейозу, в результате чего в одном аске образуется тетрада гаплоидных спор. Разрезав аск и вынув каждую спору отдельно переносят их на субстрат, где они размножаются. Каждая из 4-х гаплоидных клеток начинает делиться и образуются 4 колонии. Две из них оказываются белыми и две красными, т.е. наблюдается расщепление, точно соответствующее 1А: 1а.

Генная конверсия — это процесс нереципрокного переноса информации из одной хроматиды в другую. Хорошим модельным объектом служат некоторые виды низших грибов, например, Ascomycetes, продукты мейоза которых остаются в одной крупной клетке-сумке, называемой аском, располагаясь в линейном порядке. У гетерозиготного штамма (Аа) следовало бы ожидать распределение аллелей в 8 спорах аска 4А:4а, рекомбинация может лишь поменять местами споры с разными аллелями.

— рекомбинации между отдельными частями генов, замена некоторой нуклеотидной последовательности ДНК гомологичной ей последовательностью нуклеотидов. Процесс Г.к. обычно инициируется формированием гибридной ДНК между двумя частично комплементарными цепями. В настоящее время используется следующая классификация Г.к.: а) Г.к. между сестринскими хромосомами по гомологичному локусу; б) Г.к. между различными локусами в одной или разных хромосомах. Конверсия такого типа имеет широкое распространение в различных мультигенных семействах(Группа родственных структурных генов, образующих кластер либо диспергированных по геному, возникших в результате ряда последовательных дупликаций гена-предшественника; характерные примеры - М.с. генов рРНК, иммуноглобулинов, гистонов (например, в геноме мышей 15-20 генов, кодирующих гистоны Н2А). Само явление впервые описано Г. Книпом у нейроспоры в 1928 г. Сначала термин «Г.к.» применяли только к нарушению стандартного менделевского расщепления 2А: 2а в тетрадах аскоспор у грибов-аскомицетов. В дальнейшем его распространили на все процессы, в которых происходит превращение одного аллеля в другой путем коррекции рекомбинационного гетеродуплекса.

Таким образом, термин генная конверсия означает замену некоторой последовательности ДНКгомологичной ей последовательностью. Процесс генной конверсии обычно инициируется формированием гибридной ДНК между двумя частично комплементарными цепями. Как правило, они обычно принадлежат двум двуцепочечным молекулам ДНК

в процессе мейотического кроссинговера есть стадия, на которой разнонаправленные нити ДНКгомологичных хромосом образуют гетеродуплекс - гибридную двунитча- тую ДНК. Если в гетеродуплексе есть сайты с нарушенной комплемен- тарностью оснований ДНК, то в них возможна репарация с использова- нием в качестве матрицы одного из гомологов. Именно репарация не- комплементарных оснований в пределах гетеродуплекса является мате- риальным механизмом генетической конверсии.

Если некомплементарный сайт по каким-то причинам не репариро- вался,то уже в первом постмейотическом S-периоде каждая из частично некомплементарных нитей ДНК достроит вторую нить и образовавшиеся дочерние клетки окажутся генетически различными. Дочерняя клетка, которая в качестве матрицы использовала мутантную нить ДНК,окажется мутантной, а клетка, которая получила в качестве матрицы неповреж- денную нить ДНК, окажется нормальной. Это явление получило название постмейотической сегрегации. Посмейотическая сегрегация не изменяет соотношение между мутантными и немутантными гаметами, поскольку не происходит репарация гетеродуплекса, однако изменяет распределение мутантных и немутантных гамет в аске или приводит к мозаицизму потомства.

ПАРАСЕКСУАЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС аналог полового процесса →слияние вегетативных клеток, содержащих генетически разнородные ядра (образование гетерокариона), возникновение гетерозиготных диплоидов за счёт слияния ядер в гетерокарионах и последующего митотич. расщепления диплоидов (появление гаплоидных или диплоидных рекомбинантов). Способность к ПП →парасексуальность. В основе появления гаплоидных рекомбинантов лежит процесс гаплоидизации (обнаружен у аскомицетов) — последовательная потеря по одной хромосоме из калсдой пары гомологов в результате нерасхождения хромосом в митозе. Так как при гаплоидизации не происходит конъюгации гомологичных хромосом и, следовательно, кроссинговера, все гены одной хромосомы обнаруживают полное сцепление, а гены разных хромосом рекомбинируют независимо. Эту особенность используют для локализации генов в группах сцепления. Митотическая (соматическая) рекомбинация, свойственная, видимо, всем эукариотам, приводит к гомозиготизации генов, расположенных дистально от точки перекреста по отношению к центромере. Это позволяет определять сцепление между генами одного плеча хромосомы. П. п. широко используют для локализации генов даже у организмов, обладающих половым процессом, а у нек-рых агамных организмов (напр., у несовершенных грибов) — это единств, возможность проведения генетич. анализа. Значительно расширилась область применения П. п. благодаря достижениям клеточной инженерии: метод слияния протопластов позволяет искусственно получать гибридные клетки организмов, к-рые в норме никогда не скрещиваются. При этом возможно получение не только межвидовых, но и межродовых гибридов.

Парасексуальный цикл — это процесс объединения и последующей рекомбинации генов на осно­ве событий, происходящих в митозе, а не в мейозе, без участия оплодотворения половым путем.

9. Цитологические основы полового размножения. Половым размножением называют возникновение и развитие потомства из оплодотворенной яйцеклетки – зиготы, т.е. слившихся женской и мужской половых клеток.

ЦИТОЛОГ-Е ОСОБ-ТИ ПОЛОВЫХ ХРОМОСОМ:

1. Вполовых хромосомах ↑гетерохроматина, чем в аутосомах. 2. Репродукция половых хром-м и аутосом происходит не 1t.

3. У гомогаметного пола 1из Х-хр нах-ся в сверх спирализованном сост, в интерфазе. 4. У гом. пола одна из Х-хр может репродуцироваться позже чем др.5. У гетерог. пола У-хр гораздо меньше чем Х-хр.

Пол. раз.→генотип потомков →в рез. перекомбинации генов, € обоим род. ↑возможности организмов в приспособлении к меняющимся условиям среды. Существует несколько форм полового размножения.

Половое размножение происходит при участии половых клеток – гамет, чаще всего оплодотворение. Цитологические основы полового размножения – мейоз и оплодотворение →получение организмами нового поколения эволюционно сложившегося, сбалансированного по дозам генов наслед. материала, на основе которого развивается организм →формируются определенные видовые характеристики и вид существует долго. НО у разных особей аллели различны тк мутации и комбинативная изменчивость!! (перекомбинации родительских аллелей особи в ее гаметах)

Мейоз (или редукционное деление клетки) — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом — образованием специализированных половых клеток, или гамет, из недифференцированных стволовых.

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

· Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

· Фаза лептотены или лептонемы — упаковка хромосом.

· Зиготена или зигонема — конъюгация (соединение) гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами.

· Пахитена или пахинема — кроссинговер (перекрест), обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой.

· Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

· Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

· Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

· Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.

· Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

· Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

· Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

· Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

· Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и два так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Оплодотворение - слияние мужских и женских половых клеток (сперматозоидов и яйцеклеток), в результате которого образуется зигота. Оплодотворение обеспечивает объединение у потомков наследственных задатков материнского и отцовского организмов.

Date: 2015-09-02; view: 713; Нарушение авторских прав