ЛЕКЦИЯ №4 Тема: Изменчивость и ее виды.

ЛЕКЦИЯ №4
Тема: Изменчивость и ее виды.
Вопросы:
1. Фенотипическая изменчивость.
2. Генотипическая изменчивость.
3. Закон гомологических рядов и наследственной изменчивости Н.И.
Вавилова.
1. Фенотипическая изменчивость.
Всем живым организмам характерно такое свойство, как изменчивость.
Изменчивость – это свойство живых организмов материально и
функционально отклоняться от своих родителей или различие между
особями одного и того же вида по ряду признаков и свойств. Изменчивость
бывает – ненаследственной или фенотипической и наследственной или
генотипической.
Модификационная изменчивость – это изменение признаков и свойств
под воздействием условий внешней среды. Она находится под генным
контролем и связана с нормой реакции.
Норма реакции – это свойство живых организмов определенным
образом и в определенных границах реагировать на условия внешней среды.
Норма реакции бывает широкой, незначительной и однозначной.
Норма реакции имеет предел для каждого вида - например, усиленное
кормление приведет к увеличению массы животного, однако она будет
находиться в пределах нормы реакции, характерной для данного вида или
породы. Норма реакции генетически детерминирована и наследуется. Для
разных изменений есть разные пределы нормы реакции. Например, сильно
варьируют величина удоя, продуктивность злаков (количественные
изменения), слабо - интенсивность окраски животных и т. д. (качественные
изменения). В соответствии с этим норма реакции может быть широкой
(количественные изменения - размеры листьев многих растений, размеры
тела многих насекомых в зависимости от условий питания их личинок) и
узкой (качественные изменения - окраска у куколок и имаго некоторых
бабочек). Тем не менее, для некоторых количественных признаков
характерна узкая норма реакции (жирность и белковость молока), а для
некоторых качественных признаков - широкая (например, сезонные
изменения окраски у многих видов животных северных широт).
Онтогенетическая изменчивость – это изменение признаков и свойств
организма в процессе индивидуального развития.
2. Генотипическая изменчивость.
Комбинативная (комбинационная) изменчивость – это возникновение
новых наследственных сочетаний признаков у потомства в результате
2
перекомбинации признаков отцовской и материнской форм при половом
размножении.
В основе комбинативной изменчивости лежит половое размножение
организмов, вследствие которого возникает огромное разнообразие
генотипов. Практически неограниченными источниками генетической
изменчивости служат три процесса:
1. Независимое расхождение гомологичных хромосом в первом
мейотическом делении. Именно независимое комбинирование хромосом при
мейозе является основой третьего закона Менделя. Появление зеленых
гладких и желтых морщинистых семян гороха во втором поколении от
скрещивания растений с желтыми гладкими и зелеными морщинистыми
семенами – пример комбинативной изменчивости.
2. Взаимный обмен участками гомологичных хромосом, или
кроссинговер. Он создает новые группы сцепления, т. е. служит важным
источником генетической рекомбинации аллелей. Рекомбинантные
хромосомы, оказавшись в зиготе, способствуют появлению признаков,
нетипичных для каждого из родителей.
3. Случайное сочетание гамет при оплодотворении.
Эти источники комбинативной изменчивости действуют независимо и
одновременно, обеспечивая при этом постоянную «перетасовку» генов, что
приводит к появлению организмов с другими генотипом и фенотипом (сами
гены при этом не изменяются). Однако новые комбинации генов довольно
легко распадаются при передаче из поколения в поколение.
Комбинативная изменчивость является важнейшим источником всего
колоссального наследственного разнообразия, характерного для живых
организмов. Однако перечисленные источники изменчивости не порождают
существенных для выживания стабильных изменений в генотипе, которые
необходимы, согласно эволюционной теории, для возникновения новых
видов. Такие изменения возникают в результате мутаций.
Мутационная изменчивость – это изменение признаков и свойств
организма в результате мутации. В основе этой изменчивости лежит
изменение структуры гена, хромосомы или изменения числа хромосом.
Мутация – это спонтанное изменение генетического материала.
Термин «мутация» (от лат. mutatio – изменение) был введен в генетику
де Фризом, голландским ученым, который в течение многих лет изучал
явление наследственной изменчивости.
Мутациями
называют
наследственные
изменения
признака
обусловленные изменениями наследственных структур.
Мутации возникают в любом периоде жизни организма, начиная от
гаметы и зиготы и кончая старостью.
Процесс образования мутаций получил название – мутагенеза.
Мутации, возникающие в естественных условиях, называют
спонтанными, искусственно вызванные – индуцированными.
3
Классификация мутаций.
В зависимости от того, изменением каких наследственных структур
обусловлена мутация, принята следующая их классификация: Мутации
наблюдаются хромосомные и генные.
1. Хромосомные мутации – это изменение в числе или структуре
хромосом. К числовым мутациям (или геномным) относятся: гаплоидия,
полиплоидия и гетероплоидия.
1.1. Гаплоидия – геномная мутация, в результате которой возникают
гаплоиды – организмы с редуцированным (одинарным) числом хромосом. В
клетках гаплоидов содержится только половина соматического набора
хромосом (n), присущего данному виду, то есть такое же число хромосом,
как и в нормальных половых клетках – гаметах.
1.2. Полиплоидия – это увеличение числа полных хромосомных
наборов в четное или нечетное число раз.
1.3. Гетероплоиды отличаются от диплоидных организмов тем, что у
них нормальный диплоидный набор хромосом увеличен или уменьшен на
одну, реже на две каких – либо хромосомы.
У человека, трисомикам (болезнь Дауна, в кариотипе дополнительная
21 хромосома; 47, в 70% случаев материнское и 30% отцовское
происхождение. После 45 лет для женщин родить ребенка с болезнью Дауна
в 16 раз выше, чем 20-24 лет; синдром Патау, в кариотипе дополнительная 13
хромосома; синдром Клайнфельтера добавочная Х-хромосома,47 XXY) и
моносомикам (Синдром Шерешевского-Тернера, 45 XO, утрачена одна Ххромосома) присущи физические дефекты и снижение умственных
способностей.
У с.-х. животных подобные явления еще слабо изучены.
Хромосомные абберации (перестройки).
Это изменение структуры одной или нескольких хромосом вследствие
их разрывов и перестроек.
Установлено несколько типов хромосомных мутаций:
2.1. Делеция – выпадение участка хромосомы в средней ее части,
содержащего обычно целый комплекс генов, в результате чего она
укорачивается. Крупные делеции, как правило, летальны и вызывают гибель
организма. Известна крупная делеция 21-й хромосомы человека, которая
вызывает тяжелую форму белокровия.
2.2. Инверсия – возникает в результате разрыва хромосомы
одновременно в двух местах с сохранением внутреннего участка, который
воссоединяется с этой же хромосомой после поворота на 180°. При инверсии
нарушается конъюгация гомологичных хромосом в мейозе.
2.3. Дупликация – удвоение фрагмента одной хромосомы или разных
хромосом.
2.4. Нехватки – потеря концевого фрагмента хромосомы.
2.5. Транслокация обмен участками между негомологичными
хромосомами; ее относят к межхромосомным абберациям, так как
структурные изменения происходят одновременно в двух или более
4
негомологичных хромосомах. При транслокациях нарушается конъюгация
гомологичных хромосом и образуются нежизнеспособные гаметы.
Генные мутации.
Генными или точковыми мутациями называют изменения структуры
молекулы ДНК на участке определенного гена, кодирующего синтез
соответствующей белковой молекулы.
Точковые мутации возникают в результате выпадения или добавления
отдельных нуклеотидов в соответствующем участке ДНК или замены одного
нуклеотида другим.
Индуцированный мутагенез.
По источнику возникновения, мутации различаются на спонтанные
(т.е. природные, от условий внешней среды зависящие) и индуцированные,
т.е. зависящие от человека используемых им мутагенов.
Мутагены – это факторы индуцирующие у живых организмов генные и
хромосомные мутации.
Выделяют три класса мутагенов: физические, химические и
биологические.
1. Физические мутагены: ионизирующие излучения (радиация),
ультрафиолетовые лучи (солнце) и повышенная температура (курение, рак
губы).
2. Химические мутагены: диэтилсульфат, иприт, фосфемид, кофеин,
акридиновые красители, формальдегид, уретан и др.
Мутагенным
действием
обладают
пестициды,
гербициды,
используемые для борьбы с сорными растениями и вредными насекомыми.
3. Биологические мутагены: вирусы бактерии, гельминты,
актиномицеты и др.
Мутагенными свойствами обладают живые вакцины.
Проблемы экологической генетики животных.
Последние
десятилетия
характеризуются
интенсификацией
производственных процессов в промышленном и сельском хозяйстве.
В результате этого в окружающей среде – воздухе, почве, воде –
накапливаются огромные количества веществ, часть из которых обладает
мутагенной и тератогенной активностью.
3. Закон гомологических рядов и наследственной изменчивости Н.И.
Вавилова.
Зная закономерности изменчивости можно предсказывать появление
определенных признаков у разных видов. Открытие Н.И. Вавилова получило
название закона гомологических рядов изменчивости:
1. Генетически близкие виды и роды характеризуются рядами
изменчивости с такой точности, что зная ряд форм в пределах одного вида,
можно предвидеть существование параллельных форм у других видов и
5
родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе виды и 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.
Этот закон, как показали дальнейшие исследования ученных, имеет
универсальный характер. Обнаружено сходство мутаций не только у
растений, но и у животных. Так, были установлены аналогичные формы
аномалии у разных видов животных, что указывает на сходство строения
многих ферментов и белков и на сходство генотипов у них. Зная формы
аномалий у одного вида животных, следует предполагать, что они имеются
или могут возникнуть у другого вида, близкого с первым по происхождению.