ПРОГРАММЫ УЧЕБНЫХ КУРСОВ

рисунок

ГЕНЕТИКА
(программа курса для студентов биологических специальностей университетов)

(Биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, 2012 г.)

Составители: проф. МГУ С.В.Шестаков и проф. МГУ М.М.Асланян.

ВВЕДЕНИЕ

Предмет генетики. Понятие о наследственности и изменчивости, Место генетики среди биологических наук. Истоки генетики. Понятия: ген, генотип и фенотип. Фенотипическая и генотипическая изменчивость, мутации. Основные этапы развития генетики. Роль отечественных ученых в развитии генетики и селекции (Н. И. Вавилов, А. С. Серебровский, Н.К.Кольцов, Ю.А.Филипченко, С.С.Четвериков и др.).

Значение генетики для решения задач селекции, медицины, биотехнологии, экологии.

МАТЕРИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Понятие о генетической информации. Доказательства роли ядра и хромосом и явлениях наследственности. Локализация генов в хромосомах. Роль цитоплазматических факторов в передаче наследственной информации. Деление клетки и воспроизведение. Митотический цикл и фазы митоза. Мейоз и образование гамет. Конъюгация хромосом. Редукция числа хромосом. Генетическая роль митоза и мейоза. Кариотип. Парность хромосом в соматических клетках. Гомологичные хромосомы. Специфичность морфологии и числа хромосом.

Молекулярные основы наследственности. Истоки биохимической генетики. Концепция "один ген - один полипептид". Белок как элементарный признак.

Доказательства генетической роли  нуклеиновых  кислот (трансформация у бактерий, опыты с вирусами). Структура ДНК и РНК. Модель ДНК Уотсона и Крика. Функции нуклеиновых кислот в реализации генетической информации: репликация, транскрипция и трансляция. Методологическое значение принципа передачи генетической информации: ДНК—РНК—белок.

Свойства генетического кода. Доказательства триплетности кода. Расшифровка кодонов. Вырожденность кода. Терминирующие кодоны. Понятие о генетической супрессии. Универсальность кода. Строение хромосом: хроматида, хромомеры, эухроматические и гетерохроматические районы хромосом. Изменения в организации морфологии хромосом в ходе митоза и мейоза. Репликация хромосом. Политения. Онтогенетическая изменчивость хромосом.

Молекулярная организация хромосом прокариот и эукариот. Компоненты хроматина: ДНК, РНК, гистоны, другие белки. Уровни упаковки хроматина, нуклеосомы.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Основные закономерности наследования. Цели и принципы генетического анализа. Методы: гибридологический, мутационный, цитогенетический, генеалогический, популяционный, близнецовый, биохимический.

Основы гибридологического метода: выбор объекта, отбор материала для скрещиваний, анализ признаков, применение статистического метода. Разрешающая способность гибридологического метода. Генетическая символика.

Моногибридные и полигибридные скрещивания.

Закономерности наследования при моногибридном скрещивании, открытые Г.Менделем: единообразие гибридов первого поколения, расщепление во втором поколении. Представление Г.Менделя о дискретной наследственности (факториальная гипотеза).

Представление об аллелях и их взаимодействиях: полное и неполное доминирование, кодоминирование. Закон "чистоты гамет". Гомозиготность и гетерозиготность. Анализирующее скрещивание, анализ типов и соотношения гамет у гибридов. Расщепление по фенотипу и генотипу во втором поколении и анализирующем скрещивании при моногенном контроле признака и разных типах аллельных взаимодействий (3:1, 1:2, 1:1). Относительный характер доминирования. Возможные биохимические механизмы доминирования.

Закономерности наследования в ди- и полигибридных скрещиваниях при моногенном контроле каждого признака: единообразие первого поколения и расщепление во втором поколении. Закон независимого наследования генов. Статистический характер расщеплений Общая формула расщеплений при независимом наследовании. Значение мейоза в осуществлении законов "чистоты гамет" и независимого наследования. Условия осуществления "менделевских" расщеплений.

Отклонения от менделевских расщеплений при ди- и полигенном контроле признаков. Неаллельные взаимодействия: комплементарность, эпистаз, полимерия. Биохимические основы неаллельных взаимодействий. Особенности наследования количественных признаков (полигенное наследование). Использование статистических методов при изучении количественных признаков.

Представление о генотипе как сложной системе аллельных и не аллельных взаимодействий генов. Плейотропное действие генов. Пенентрантность и экспрессивность.

Хромосомное определение пола и наследование признаков, сцепленных с полом.

Половые хромосомы, гомо- и гетерогаметный пол; типы хромосомного определения пола. Наследование признаков, сцепленных с полом. Значение реципрокных скрещиваний для изучения сцепленных с полом признаков. Наследование при нерасхождении половых хромосом. Балансовая теория определения пола. Гинандроморфизм.

Сцепленное наследование и кроссинговер.

Значение работ школы Т.Моргана в изучении сцепленною наследования признаков. Особенности наследования при сцеплении. Группы сцепления.

Кроссинговер. Доказательства происхождения кроссинговера в мейозе и митозе на стадии четырех нитей. Значение анализирующего скрещивания и тетрадного анализа при изучении кроссинговера. Цито&логические доказательства кроссинговера.

Множественные перекресты. Интерференция. Линейное расположение генов в хромосомах. Основные положения хромосомной теории наследственности по Т.Моргану. Генетические карты, принцип их построения у эукариот. Использование данных цитогенетического анализа для локализации генов. Цитологические карты хромосом. Митотический кроссинговер и его использование для картирования хромосом. Построение физических карт хромосом с помощью методов молекулярной биологии.

Генетический анализ у прокариот.

Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация генетического аппарата у бактерий. Представление о плазмидах, эписомах и мигрирующих генетических элементах (инсерционные последовательности, транспозоны).

Методы, применяемые в генетическом анализе у бактерий и бактериофагов: клональный анализ, метод селективных сред, метод отпечатков и др.

Особенности процессов, ведущих к рекомбинации у прокариот. Конъюгация у бактерий: половой фактор кишечной палочки. Методы генетического картирования при конъюгации. Кольцевая карта хромосом прокариот.

Генетическая рекомбинация при трансформации. Трансдукция у бактерий. Общая и специфическая трансдукция. Использование трансформации и трансдукции для картирования генов. Сопоставление методов генетического анализа у прокариот и эукариот.

ВНЕЯДЕРНОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ

Закономерности нехромосомного наследования, отличие от хромосомного наследования. Методы изучения: реципрокные, возвратные и поглощающие скрещивания, метод трансплантации, биохимические методы.

Материнский эффект цитоплазмы. Наследование завитка у моллюсков. Пластидная наследственность. Наследование пестролистности у растений. Наследование устойчивости к антибиотикам у хламидомонады. Митохондриальная наследственность. Наследование дыхательной недостаточности у дрожжей и нейроспоры.

Взаимодействие ядерных и внеядерных генов. Цитоплазматическая мужская стерильность у растений. Инфекционные факторы внеядерной наследственности. Наследование каппа-частиц у парамеций при разных способах размножения (при нормальной и продленной конъюгации, при аутогамии). Наследование сигма-фактора у дрозофилы. Плазмидное наследование. Свойства плазмид: трансмиссивность, несовместимость, детерминирование признаков устойчивости к антибиотикам и другим лекарственным препаратам, образование колицинов и др. Использование плазмид в генетических исследованиях.

Значение изучения нехромосомного наследования в понимании проблем эволюции клеток высших организмов, происхождения клеточных органелл - пластид и митохондрий. Эндосимбиоз.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Понятие о наследственной и ненаследственной (модификационной) изменчивости. Формирование признаков как результат взаимодействия генотипа и факторов среды. Норма реакции генотипа. Адаптивный характер модификаций. Использование математических методов при анализе изменчивости организмов. Комбинативная изменчивость, механизм ее возникновения, роль в эволюции и селекции.

Геномные изменения: полиплоидия, анеуплоидия. Автополиплоиды, особенности мейоза и характер наследования. Аллополиплоиды. Амфидиплоидия как механизм возникновения плодовитых аллополиплоидов. Роль полиплоидии в эволюции и селекции. Анеуплоидия: нуллисомики, моносомики, полисомики, их использование в генетическом анализе. Особенности мейоза и образования гамет у анеуплоидов, их жизнеспособность и плодовитость.

Хромосомные перестройки. Внутри- и межхромосомные перестройки: делении, дупликации, инверсии, транслокации, транспозиции. Механизмы их возникновения, использование в генетическом анализе для локализации отдельных генов и составления генетических карт, Особенности мейоза при различных типах перестроек.

Классификация генных мутаций. Представление о прямых и обратных, генеративных и соматических, адаптивных и нейтральных летальных и условно летальных, ядерных и неядерных, спонтанных и индуцированных мутациях. Общая характеристика молекулярной природы возникновения генных мутаций: замена оснований, выпадение или вставка оснований (нонсенс, миссенс и фрэймшифт типа).

Роль мобильных генетических элементов в возникновении генных мутаций и хромосомных перестроек. Спонтанный и индуцированный мутационный процесс. Количественная оценка частот возникновения мутаций. Многоэтапность и генетический контроль мутационного процесса. Радиационный мутагенез: генетические эффекты ионизирующего излучения и УФ-лучей. Закономерности "доза- эффект". Химический мутагенез. Особенности мутаген-ного действия химических агентов. Факторы, модифицирующие мутационный процесс. Антимутагены. Мутагены окружающей среды и методы их тестирования.

ТЕОРИЯ ГЕНА. СТРУКТУРА ГЕНОМА

Представление школы Моргана о строении и функции гена. Функциональный и рекомбинационный критерии аллелизма. Множественный аллелизм. Мутационная и рекомбинационная делимость гена. Работы школы Серебровского по ступенчатому аллелизму. Псевдоаллелизм. Функциональный тест на аллелизм (цис-транс-тест).

Исследование тонкой структуры гена на примере фага Т4 (Бензер). Сопоставление физических и генетических размеров единиц карты для установления размеров гена и минимальной единицы мутирования и рекомбинации. Ген как единица функции (цистрон). Явление межаллель-ной комплементации, относительность критериев аллелизма. Молеку-лярно генетические подходы в исследовании тонкого строения генов. Перекрывание генов в одном участке ДНК. Интрон-экзонная организация генов эукариот, сплайсинг. Структурная организация генома эукариот.

Классификация повторяющихся элементов генома. Семейства генов. Псевдогены. Регуляторные элементы генома. Молекулярно-генетические методы картирования генома. Проблемы происхождения и молекулярной эволюции генов.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Преемственность проблем "классической" и молекулярной генетики. Мутационные модели. Генетический контроль и молекулярные механизмы репликации. Полуконсервативный способ репликации ДНК. Полигенный контроль процесса репликации. Схема событий в вилке репликации. Понятие о репликоне. Особенности организации и репликации хромосом эукариот. Системы рестрикции и модификации. Рестрикционные эндонуклеазы.

Проблемы стабильности генетического материала. Типы структурных повреждений в ДНК и репарационные процессы. Генетический контроль и механизмы эксцизионной и пострепликативной репарации, репарация неспаренных оснований, репаративный синтез ДНК. Роль репарационных систем в обеспечении генетических процессов. Нарушения в процессах репарации как причина наследственных молекулярных болезней.

Рекомбинация: гомологический кроссинговер, сайт-специфическая рекомбинация, транспозиции. Доказательство механизма общей рекомбинации по схеме "разрыв-воссоединение". Молекулярная модель рекомбинации по Холлидею. Генная конверсия. Сайт-специфическая рекомбинация: схема интеграции и исключения ДНК фага лямбда. Генетический контроль и механизмы процессов транспозиции.

Генетический контроль мутационного процесса. Связь мутабильности с функциями аппарата репликации. Механизмы спонтанного мутагенеза; гены мутаторы и антимутаторы. Механизмы действия аналогов оснований, азотистой кислоты, акридиновых красителей, алкилирую-щих агентов. Понятие о мутагенных индуцибельных путях репарации; УФ-мутагелез. Мутагенез, опосредованный через процессы рекомбинации. Механизмы автономной нестабильности генома, роль мобильных генетических элементов.

Молекулярные механизмы регуляции действия генов. Регуляция транскрипции на уровне промотора, функций РНК-полимеразы. Принципы негативного и позитивного контроля. Системная регуляция; роль циклической АМФигуанозинтрифосфата. Оперонные системы регуляции (теория Жакоба и Моно). Генетический анализ лактозного оперона. Регуляция транскрипции на уровне терминации на примере триптофанового оперона.

Принципы регуляции действия генов у эукариот. Транскрипционно активный хроматин. Регуляторная роль гистонов, негистоновых белков, гормонов. Особенности организации промоторной области у эукариот. Посттранскрипционный уровень регуляции синтеза белков. Роль мигрирующих генетических элементов в регуляции генного действия.

ГЕНЕТИКА РАЗВИТИЯ

Онтогенез как реализация наследственно детерминированной программы развития. Стабильность генома и дифференциальная активность генов в ходе индивидуального развития. Первичная дифференцировка цитоплазмы, действие генов в раннем эмбриогенезе, амплификация генов. Роль гомейозисных генов в онтогенезе. Опыты по трансплантации ядер. Методы клонирования генетически идентичных организмов.

Тканеспецифическая активность генов. Функциональные изменения хромосом в онтогенезе (пуффы, "ламповые щетки"); роль гормонов, эмбриональных индукторов.

Факторы, определяющие становление признаков в онтогенезе: плейотропное действие генов, взаимодействие генов и клеток, детерминация. Компенсация дозы генов. Взаимоотношения клеток в морфогенезе.

Генетика соматических клеток. Гетерокарионы. Применение метода соматической гибридизации для изучения процессов дифференцировки и для генетического картирования. Химерные (аллофенные) животные. Совместимость и несовместимость тканей. Генетика иммунитета. Онкогены, онкобелки. Генетический контроль дифференцировки пола. Роль генов У-хромосомы в определении мужского пола у млекопитающих. Мутации, переопределяющие пол в ходе онтогенеза. Гормонально переопределение пола.

ОСНОВЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Задачи и методология генетической инженерии. Методы выделения и синтеза генов. Понятие о векторах. Векторы на основе плазмид и ДНК фагов. Геномные библиотеки. Способы получения рекомбинантных молекул ДНК, методы клонирования генов. Проблема экспрессии гетерологических генов. Получение с помощью генетической инженерии трансгенных организмов.

Векторы эукариот. Дрожжи как объекты генетической инженерии. Основы генетической инженерии растений и животных: трансформация клеток высших организмов, введение генов в зародышевые и соматические клетки животных. Проблемы генотерапии. Значение генетической инженерии для решения задач биотехнологии, сельского хозяйства, медицины и различных отраслей народного хозяйства. Использование методов генетической инженерии для изучения фундаментальных проблем генетики и других биологических наук. Социальные аспекты генетической инженерии.

ПОПУЛЯЦИОННАЯ И ЭВОЛЮЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА

Понятие о виде и популяции. Популяция как естественно-историческая структура. Понятие о частотах генов и генотипов. Математические модели в популяционной генетике. Закон Харди-Вайнберга, возможности его применения. С.С.Четвериков - основоположник экспериментальной популяционной генетики.

Генетическая гетерогенность популяций. Методы изучения природных популяций. Факторы динамики генетического состава популяции дрейф генов), мутационный процесс, межпопуляционные миграции, действие отбора. Взаимодействие факторов динамики генетической структуры в природных популяциях. Понятие о внутрипопуляционном генетическом полиморфизме и генетическом грузе. Естественный отбор как направляющий фактор эволюции популяций. Понятие о приспособленности и коэффициенте отбора. Формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный. Роль генетических факторов в эволюции.

Молекулярно-генетические основы эволюции. Задачи геносистематики. Значение генетики популяций для медицинской генетики, селекции, решения проблем сохранения генофонда и биологического разнообразия.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ

Предмет и методология селекции. Генетика как теоретическая основа селекции. Учение об исходном материале. Центры происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову, Понятие о породе, сорте, штамме. Сохранение генофонда ценных культурных и диких форм растений и животных.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости (Н.И. Вавилов). Значение наследственной изменчивости организмов для селекционного процесса и эволюции.

Роль частной генетики отдельных видов организмов в селекции. Использование индуцированных мутаций и комбинативной изменчивости в селекции растений, животных и микроорганизмов. Роль полиплоидии в повышении продуктивности растений.

Системы скрещиваний в селекции растений и животных. Аутбридинг. Инбридинг. Коэффициент инбридинга - показатель степени гомозиготности организмов. Линейная селекция. Отдаленная гибридизация. Особенности межвидовой и межродовой гибридизации; скрещиваемость, фертильность и особенности расщепления у гибридов. Пути преодоления нескрещиваемости. Работы отечественных ученых: И.В. Мичурина, Г.Д. Карпеченко и др.

Явление гетерозиса и его генетические механизмы. Использование простых и двойных межлинейных гибридов в растениеводстве и животноводстве. Производство гибридных семян на основе цитоплазмати-ческой мужской стерильности. Коэффициенты наследуемости и повторяемости и их использование в селекционном процессе. Методы отбора: индивидуальный и массовый отбор. Отбор по фенотипу и генотипу (оценка по родословной и качеству потомства). Сибселекция. Влияние условий внешней среды на эффективность отбора. Перспективы методов генетической и клеточной инженерии в селекции и биотехнологии.

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

Особенности человека как объекта генетических исследований. Методы изучения генетики человека: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимический,  онтогенетический, популяционный. Использование метода гибридизации соматических клеток для генетического картирования. Изучение структуры и активности генома человека с помощью методов молекулярной генетики. Программа "Геном Человека".

Проблемы медицинской генетики. Врожденные и наследственные болезни, их распространение в человеческих популяциях. Хромосомные и генные болезни. Болезни с наследственной предрасположенностью. Скрининг генных дефектов. Использование биохимических методов для выявления гетерозиготных носителей и диагностики наследственных заболеваний. Причины возникновения наследственных и врожденных заболеваний. Генетическая опасность радиации и химических веществ. Генотоксикология. Перспективы лечения наследственных болезней. Задачи медико-генетических консультаций.

Роль генетических и социальных факторов в эволюции человека.


Вернуться в меню

 

рисунок

Генетика с основами селекции
(примерная программа курса для педагогических вузов)

ВВЕДЕНИЕ

Генетика – наука о закономерностях наследственности, наследования и изменчивости, ее место в системе естественных наук. Предмет генетики. Понятие о наследственности и изменчивости. Основные подходы исследования наследственности и изменчивости организмов (молекулярный, хромосомный, клеточный, организменный, популяционный).

Объекты генетики. Генетический анализ и его составляющие (гибридологический, цитологический, математический, мутационный, молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционный и т.д.). основные положения гибридологического анализа. Связь генетики с другими науками и отраслями биологии, сельского хозяйства и медицины.

Основные этапы развития классической генетики (теория пангенезиса Ч. Дарвина, открытие законов наследственности Г. Менделем, ядерная гипотеза наследственности Т.Моргана, открытие закона гомологических рядов Н.И. Вавиловым, разработка методов популяционной генетики С.С.Четвериковым, теория индуцированного мутагенеза Г.А. Надсона, Г.С. Филиппова и Г.Меллера, доказательство сложной структуры гена А.С. Серебровским); основные этапы развития молекулярной генетики (создание концепции "один ген – один фермент"), установление генетической роли нуклеиновых кислот, открытие обмена генетической информацией у бактерий. Основные разделы современной генетики: молекулярная генетика, цитогенетика, иммуногенетика, биохимическая и физиологическая генетика. Радиационная генетика, генетика популяций, онтогенетика, математическая генетика, экологическая генетика. Генетика микроорганизмов, растений, животных и человека.

Практическое значение генетики для сельского хозяйства, биохимической промышленности, для медицины и педагогики. Значение генетики в развитии диалектико-материалистической философии. Мировоззренческое значение генетики и ее место в курсе общей биологии  в средней школе.

ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Клеточное строение организмов. Современные представления о клетке, как системе, включающей вещество, энергию и информацию (наследственность). Общие представления о цитоскелете. Представления о растениях, как эволюционно продвинутой экосистеме (надклеточная организация). Форма и размеры клеток. Центральная компонента клетки, содержащая наследственный материал – ядро.

Прокариоты и эукариоты, особенности строения и общая организация наследственного материала. Дополнительный генетический материал клеток – эписомы и плазмиды. Эписомы вирусного и невирусного происхождения. Плазмиды (плазмагены) – не связывающиеся с геномом клетки хозяина цитоплазматические гены.

Хромосомы. Кариотип. Химический состав хромосом. Плоидность клеток (гаплоиды, диплоиды). Парные (гомологичные) и негомологичные хромосомы. Строение хромосом. Специфичность морфологии и числа хромосом. Хромосомы с вторичной перетяжкой и "спутником". Гигантские (политенные) хромосомы. Дифференциальная  окраска  хромосом и ее значение в анализе кариотипа.

Деление клетки. Митоз. Клеточный цикл: интерфаза и митоз. Пресинтетический, синтетический и постсинтетический периоды. Митоз – главный способ деления клетки. Фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Изменения в структуре хромосом (степень упаковки). Распределение дочерних молекул ДНК при делении клетки. Особенности воспроизведения и распределения цитоплазматических  органоидов в процессе деления клетки. Другие виды деления клетки. Амитоз – прямое деление клетки и его последствия. Эндомитоз и его частный случай – политения. Гигантские хромосомы.

Образование и развитие половых клеток. Мейоз – способ уменьшения числа хромосом в половых клетках. Два последовательных деления клетки при мейозе: редукционное и эквационное. Фазы делений. Длительность профазы мейотического деления клетки. Конъюгация гомологичных хромосом в диакинезе мейоза. Биологическое значение этого периода. Расхождение гомологичных и негомологичных  хромосом в мейозе.  Принципиальное различие поведения хромосом в мейозе и митозе.  Генетическое значение мейоза. 

Спорогенез и гаметогенез у растений. Смена полового и бесполого поколений. Мужские и женские генеративные органы. Плоидность гамет, зародыша, эндосперма Гаметогенез у животных. Овогенез и сперматогенез. Продолжительность периодов и принципиальные различия в результатах мейотического деления клеток при овогенезе и сперматогенезе.

Нерегулярные типы размножения. Партеногенез (соматический и генеративный (апомиксис)), псевдогамия, гиногенез, андрогенез.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ

Особенности наследования при бесполом размножении клеток и организмов. Наследование в клонах.

Гибридологический метод как основа  генетического анализа. Принципиальное значение метода генетического анализа разработанного Г.Менделем, - анализ наследования отдельных альтернативных пар признаков, использование константных чистолинейных родительских форм, индивидуальный анализ потомства гибридов, количественная оценка результатов скрещивания.

Генетическая символы, термины (ген, аллель, признак, аллели дикого типа и мутантные и их обозначение, гаметы, гомозигота и гетерозигота, фенотип и генотип). Правила записи скрещивания.

Первый закон Г.Менделя. Особенности методических подходов. Доминантные и рецессивные признаки. Явление гомозиготности и гетерозиготности. Реципрокное скрещивание.

Второй закон Г.Менделя. Характер расщепления признаков во втором поколении по генотипу и фенотипам. Полное и неполное доминирование. Представление об аллелях. Множественный аллелизм. Генетическая основа множественного аллелизма. Правило "чистоты" гамет. Цитологические механизмы расщепления. Условия выполнения 2-го закона Г.Менделя. Проверка закона методом хи-квадрат. Анализирующее скрещивание и его значение для генетического анализа. Возвратное скрещивание. Генетические символы и термины.

Дигибридное и полигибридное скрещиванияОсобенности наследования признаков при ди- и полигибридном скрещивании. Принципы независимого наследования. Третий закон Менделя. Расщепление по генотипу и фенотипу. Математические формулы расщепления (определение возможного числа гамет, генотипов, фенотипов, генотипических классов) при полигибридном скрещивании. Расчет частоты появления определенных генотипов потомства при ди- и тригибридном скрещивании. Наследование при дигибридном, полигибридном и анализирующем скрещиваниях.

Наследование и наследственность. Принципы наследственности, вытекающие из законов наследования, открытых Менделем.

Аллельные и неаллельные взаимодействия генов. Типы аллельных взаимодействий (доминантно-рецессивное, неполное доминирование, кодоминирование, межаллельная комплементация).

Доминантно-рецессивное взаимодействие и его генетическая основа. Характер расщепления по генотипу и фенотипу. Примеры. Доминантно-рецессивное состояние генов и наследственные заболевания человека (альбинизм, фенилкетонурия, ахондроплазия, полидактилия и брахидактилия).

Неполное доминирование. Особенности расщепления по генотипу и фенотипу при моно- и дигибридном скрещивании. Кодоминирование. Особенности расщепления признаков. Характер наследования группы крови у человека. Летальное действие гена и особенности расщепления признаков.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕАЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ

Типы неаллельного взаимодействия генов (комплементарность, эпистаз, полимерия, действие генов  модификаторов, плейотропия).Комплементарное действие гена и его генетическая основа. Характер расщепления признаков;примеры.

Эпистаз. Типы эпистаза (доминантный и рецессивный) и особенности наследования признаков; примеры.

Полимерия (кумулятивная и некумулятивная). Характер расщепления признаков. Распространенность в природе. Генетическая основа процесса.

Действие генов модификаторов. Особенности проявления признаков. Плейотропное действие генов, а рецессивном и доминантном состоянии. Влияние внешней среды на действие генов. Пенетрантность, экспрессивность и норма реакции.

ГЕНЕТИКА ПОЛА И СЦЕПЛЕННОЕ С ПОЛОМ НАСЛЕДОВАНИЕ

Биология пола у животных и растений, первичные и вторичные половые признаки. Относительная сексуальность у одноклеточных организмов.

Хромосомная теория определения пола. Гомо- и гетерогаметный пол. Генетические и цитологические  особенности половых хромосом. Гинандроморфизм.

Балансовая теория определения пола. Половой хроматин. Генетическая бисексуальность организмов. Проявление признаков пола при изменении баланса половых хромосом и аутосом. Интерсексуальность.

Дифференциация и переопределение  пола в онтогенезе. Гены , ответственные за дифференциацию признаков пола. Естественное и искусственное (гормональное) переопределение пола.

Соотношение полов в природе и проблемы его искусственного регуляции. Практическое значение регуляции соотношения полов в шелководстве и др.

Наследование признаков, сцепленных с полом  при гетерогаметности мужского и женского пола в реципрокных скрещиваниях. Наследование "крест-накрест" ("крисс-кросс"). Характер наследования признаков при нерасхождении половых хромосом как доказательство роли хромосом в передаче наследственной информации.

ЯВЛЕНИЕ СЦЕПЛЕНИЯ ГЕНОВ. КРОССИНГОВЕР

Расщепление в потомстве гибрида при сцепленном наследовании и отличие его от наследования при плейотропном действии гена.

Основные положения хромосомной теории наследственности Т.Моргана. генетическое доказательство перекреста хромосом. Величина перекреста и линейная генетическая дискретность хромосом. Одинарный и множественный перекресты хромосом. Понятие об интерференции и коинциденции. Определение групп сцепления. Соответствие   числа групп сцепления гаплоидному числу хромосом. Локализация гена. Генетические карты растений, животных и микроорганизмов.

Цитологическое доказательство кроссинговера. Учет кроссинговера при тетрадном анализе. Перекрест на хроматидном уровне. Гипотетические механизмы перекреста. Мейотический и митотический кроссинговер. Соматический мозаицизм. Неравный кроссинговер. Сравнение цитологических и генетических карт хромосом.

Влияние структуры хромосом пола и функционального состояния организма на частоту кроссинговера. Генетический контроль конъюгации хромосом и частоты кроссинговера. Влияние факторов внешней среды на кроссинговер. Роль перекреста хромосом и рекомбинации генов в эволюции и селекции растений, животных и микроорганизмов.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ СЛЕДСТВЕННОСТИ

Структура и функция гена. Представления школы Т.Моргана о строении и функции гена: ген как единица мутации, рекомбинации, функции. Рекомбинационный, мутационный и функциональный критерий аллелизма.

Формирование современных представлений о структуре гена. Работы А.С.Серебровского (1929) по ступенчатому аллеломорфизму на дрозофиле. Концепция псевдоаллелизма. Кризис «теории гена». Работа Дж. Бидла и Е.Тейтума (1941) над созданием концепции «один ген - один фермент» на Neurospora crassa.

Рекомбинационный анализ гена. Опыты С.Бензера (1961) на фаге Т4, доказывающие мутационную и рекомбинационную делимость генов. Функциональный тест на аллелизм (цис-транс-тест).

Генетическая роль ДНК и РНК  и ее доказательство. Опыты Ф.Гриффита (1928), О.Эйвери, К.Мак-Леод и М.Мак-Карти (1944) на пневмококках, А.Херши и М.Чейз (1952) – на бактериофаге Т2.

Строение ДНК и РНК. Видовая специфичность нуклеотидного состава ДНК. Типы молекул ДНК и РНК у эукариот, прокариот и вирусов (линейные двухцепочечные ДНК, кольцевые двухцепочечные и одноцепочечные ДНК, линейные двухцепочечные и одноцепочечные РНК).

Генетический код и его характеристика. Свойства генетического кода (триплетность, универсальность, неперекрываемость, отсутствие разделительных знаков, линейность, колинеарность, вырожденность, наличие инициирующих и терминирующих кодонов. Доказательство триплетности кода Ф.Криком (1961). Работы М.Ниренберга, Дж.Маттеи (1961) и С.Очоа (1962) по изучению генетического кода. Окончательная расшифровка генетического кода М.Ниренбергом и П.Ледером (1965). Биологическое значение генетического кода.

Экспрессия генов.  Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции (индукция, репрессия, катаболитная репрессия). Оперонная организация генов. строение оперонов. Структурные и регуляторные гены. Регуляция транскрипции путем индукции на примере Lac-оперона (модель Жакоба-Моно). Катаболитная репрессия. Ретроингибирование. Регуляция экспрессии генов у эукариот. Экзонно-интронное строение генов. особенности организации генов у эукариот. Активация транскрипции регуляторными белками как основной механизм регуляции экспрессии генов у эукариот.

Искусственный синтез гена и перспективы исследований в этой области.

НЕХРОМОСОМНОЕ (ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЕ) НАСЛЕДОВАНИЕ

Относительная роль саморепродуцирующихся органоидов цитоплазмы и ядра в наследовании. Особенности нехромосомного  (цитоплазматического) наследования и методы его изучения. Плазмидное наследование. Содержащие   ДНК цитоплазматические органоиды клетки. Наследование через пластиды и митохондрии. Особенности организации генома митохондрий.  Плазмогены. Цитоплазматическая мужская стерильность. Эндосимбиоз. Понятие о плазмоне. Генотип как система.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТРИАЛА

Классификация изменчивости. Понятие о наследственной генотипической изменчивости (комбинативная и мутационная) и ненаследственной фенотипической (модификационная, онтогенетическая) изменчивости. Наследственная изменчивость организмов как основа эволюции. Роль модификационной изменчивости в адаптации организмов  значение ее для эволюции и селекции.

Мутационная изменчивость. Принципы классификации мутаций. Генеративные и соматические мутации. Классификация мутаций по изменению фенотипа – морфологические, биохимические, физиологические. Различие мутаций по их адаптивному значению: летальные и полулетальные, нейтральные и полезные мутации; относительный характер различий мутаций  по  их адаптивному  значению. Понятие о биологической и хозяйственной полезности мутационного изменения признака. Генетические коллекции мутантных форм и их использование в частной генетике растений, животных и микроорганизмов. Значение мутаций для  генетического анализа различных биологических процессов.

Классификация мутаций по характеру изменений  генотипа: генные, хромосомные, геномные, цитоплазматические. Генные мутации, прямые и обратные. Множественный аллелизм. Механизм возникновения серий и множественных аллелей. Наследование при множественном аллелизме.

Хромосомные перестройки. Внутрихромосомные перестройки: нехватки (дефишенси и делеции), умножение идентичных участков (дупликации), инверсии. Межхромосомные перестройки – транслокации. Особенности мейоза  при различных типах внутри и межхромосомных перестроек. Цитологические методы обнаружения хромосомных перестроек, механизмы возникновения.  Дискретность и непрерывность в организации наследственного материала. Значение хромосомных перестроек в эволюции.

Геномные мутации. Умножение гаплоидного набора хромосом – полиплоидия. Фенотипические эффекты полиплоидии. Искусственное получение полиплоидов. Автополиплоидия. Расщепление по генотипу и фенотипу при скрещивании автополиплоидов. Аллополиплоидия. Мейоз и наследование у аллополиплоидов. Амфиполиплоидия как механизм получения плодовитых аллополиплоидов (Г.Д.Карпеченко). Ресинтез видов и синтез новых видовых форм. Полиплоидные ряды. Значение полиплоидов и эволюция в селекции растений. Естественная и экспериментальная полиплоидия у животных.

Анеуполиплоидия (гетероплоидия): нулисомики и моносомики, полисомики. Особенности мейоза и образования гамет у анеупдоидов. Жизнеспособность и плодовитость анеуплоидных форм. Цитоплазматические мутации, их природа и особенности.

Спонтанный мутационный процесс и его причины. Закон гомологических рядов и наследственной изменчивости Н.И.Вавилова.

Индуцированный мутационный процесс. Влияние ультрафиолетовых лучей, ионизирующих излучений, температуры, химических и биологических агентов на мутационный процесс. Основные характеристики радиационного и химического мутагенеза.

Молекулярные механизмы мутагенеза. Мутации как ошибки в осуществлении процессов репликации, репарации и рекомбинации. Молекулярная природа генных мутаций – замены нуклеотидных пар, сдвиги рамки считывания. Специфичность действия мутагенов и проблема направленного мутагенеза.

Модификационная изменчивость. Генетическая однородность материала как необходимое условие изучения модификационной изменчивости. Ненаследственная изменчивость как изменение проявления действия генов при реализации генотипа в различных условиях среды. Понятие о норме реакции.

Математический метод как основной при изучении модификационной изменчивости. Нормальное распределение – ее главная закономерность. Константы вариационного ряда и их использование для выявления роли генотипа в определении нормы реакции.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Генетические последствия загрязнения окружающей среды физическими и химическими мутагенами. Количественные методы учета мутаций на разных объектах. Чувствительные  тест-системы для выявления мутагенов среды и оценки степени генетического риска.

Роль физиологических и генетических факторов в определении скорости спонтанного и индуцированного мутационного процесса.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОНТОГЕНЕЗА

Онтогенез как реализация программы развития в определенных условиях внешней и внутренней среды.

Генетические основы дифференцировки. Первичная дифференциация цитоплазмы яйцеклетки до оплодотворения.

Регуляция активности генов в связи с деятельностью желез внутренней секреции.

Генотип и фенотип. Управление онтогенезом. Роль витаминов, гормонов и других биологически активных соединений в индивидуальном развитии и их значение для повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и растений. Понятие об экспрессивности и пенетрантности гена. Значение единства внутренней и внешней среды в развитии организма.

Онтогенетическая изменчивость. Онтогенетическая адаптация, значение генотипа в обеспечении пластичности организма на разных стадиях развития. Поведение животных как один из механизмов онтогенетической адаптации. Генетика поведения. Сигнальная наследственность, ее значение в процессе обучения и воспитания в человеческом обществе.

Дискретность онтогенеза. Стадии и критические периоды в развитии. Влияние экстремальных факторов внешней среды на процесс развития. Тератогенез, морфозы и фенокопии. Системный контроль генетических процессов.

ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

Вирусы, бактериофаги как объекты генетики. Механизмы вирусной инфекции. Мутации у бактериофагов и вирусов. Анализ рекомбинации у фагов.

Явления трансформации и трансдукции  у бактерий – прямые доказательства роли ДНК в наследственности и наследственной изменчивости. Роль фагов и вирусов в процессе трансдукции. Плазмиды. Эписомы и их участие в переносе наследственной информации  при конъюгации бактерий.

Практическое использование достижений молекулярной генетики. Генная инженерия. Значение плазмид, эписом, профагов  в генной инженерии. Ферменты, разрезающие и сшивающие ДНК (рестриктазы, лигазы). Преодоление эволюционных барьеров несовместимости при переносе наследственной информации путем генной инженерии.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

Генная инженерия бактерий, животных и растений. Методические подходы. Искусственный синтез генов. методы выделения генов и включения их в состав векторов. Ферменты генной инженерии (лигазы, рестриктазы, полимеразы и др.).

ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ ЭВОЛЮЦИИ

Популяции, ее генетическая структура. Популяции организмов с перекрестным размножением и самооплодотворением. Учение В. Иогансена о популяциях и чистых линиях. Наследование в популяциях. Генетическое равновесие в панмиктической, менделевской популяции и его теоретический расчет в соответствии с законом Харди-Вайнберга.

Факторы генетической динамики популяций. Роль инбридинга в динамике популяций. Процесс гомозиготизации. Роль мутационного  процесса  в генетической динамике популяций (С.С.Четвериков). Мутационный груз в популяциях. Возрастание мутационного груза в популяциях в связи с загрязнением окружающей среды физическими и химическими мутагенами. Ненаправленность мутационного процесса.

Популяционные волны (дрейф генов), их специфичность и роль в динамике генных частот. Действие отбора как направляющего фактора эволюции популяций. Понятие об адаптивной (селективной) ценности генотипов и о коэффициенте отбора. Гетерозиготность в популяциях. Наследственный полиморфизм популяций. Значение генетики в развитии эволюционной теории.

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

Человек как объект генетических исследований. Методы изучения генетики человека. Генеалогический, цитогенетический, биохимический, близнецовый, онтогенетический и популяционный методы. Генеалогический метод изучения характера наследования признаков. Анализ родословных.

Кариотип человека. Идеограмма хромосом человека, номенклатура. Хромосомные болезни человека и методы их диагностики.

Биохимический метод в генетике человека. Значение комбинации цитогенетического и биохимического методов. Гибридизация соматических клеток как метод определения групп сцепления и локализации генов у человека.

Использование близнецового метода для разработки проблемы "Генотип и среда". Выявление гетерозиготного носительства с помощью онтогенетического метода и значение его для медико-генетических консультаций.

Популяционный метод как метод определения частоты встречаемости и распределения отдельных генов среди населения. Изоляты.

Проблемы медицинской генетики. Наследственные болезни и их распространение в популяциях человека. Понятие о наследственных и врожденных аномалиях. Генетическая концепция канцерогенеза. Иммуногенетика человека. Гемолитические аномалии. Болезни обмена веществ. Причины возникновения врожденных и наследственных заболеваний. Генетическая опасность радиации, химических мутагенов и канцерогенов. Задачи медико-генетических консультаций. Евгеника.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ

Генетика как теоретическая основа селекции. Значение частной и сравнительной генетики растений, животных и микроорганизмов в селекции.

Селекция как наука и как технология. Предмет и методы исследования. Учение об исходном материале в селекции. Центры происхождения культурных растений по Н.И.Вавилову. Понятие о породе, сорте, штамме.

Источник изменчивости для отбора. Комбинативная изменчивость. Принципы подбора пар для скрещивания. Мутационная изменчивость. Использование индуцированной мутационной изменчивости в селекции растений и микроорганизмов (продуцентов, антибиотиков, витаминов,  аминокислот). Роль полиплоидии в повышении продуктивности сельскохозяйственных растений.

Системы скрещивания в селекции растений и животных. Инбридинг (инцухт). Линейная селекция. Аутбридинг. Отдаленная гибридизация. Явление гетерозиса. Генетические механизмы гетерозиса, использование простых и двойных гибридов в растениеводстве и животноводстве. Производство гибридных семян на основе цитоплазматической мужской стерильности.

Наследуемость. Коэффициент наследуемости и его использование в выборе методов селекции. Методы отбора. Индивидуальный и массовый отборы и их значение. Индивидуальный отбор как основа селекции. Сибселекция. Значение условий внешней среды для эффективности отбора.

Роль наследственности, изменчивости и отбора в создании пород животных и сортов растений. Роль агротехнических и зоотехнических мероприятий в реализации потенциальной продуктивности сортов растений и пород животных. Основные достижения селекции растений, животных и микроорганизмов. Перспективы достижения селекции  в связи с успехами молекулярной генетики и цитогенетики.


Вернуться в меню

 

рисунок

ГЕНЕТИКА И БИОМЕТРИЯ
программа курса для студентов зооинженерных специальностей

(Последовательность разделов изменена в соответствии с представлением автора сайта о последовательности изложения материала. Содержание разделов не изменялось).


 

ВВЕДЕНИЕ

Предмет генетики. Генетика – одна из основополагающих наук современной биологии. Основные этапы развития генетики. Роль отечественных ученых в развитии генетики. Генетика как теоретическая основа селекции с.-х. животных. Сущность явлений наследственности и изменчивости на молекулярном, субклеточном, клеточном, организменном, популяционном уровнях.

Основные виды наследственности: ядерная и цитоплазматическая наследственность. Истинная, ложная и переходная наследственность. Виды изменчивости: онтогенетическая, модификационная, комбинативная и мутационная. Значение модификационной изменчивости для практики животноводства. Использование других видов изменчивости в селекционной работе. Коррелятивная изменчивость. Творческая роль человека в формировании наследственности и изменчивости организмов.

Методы генетики: гибридологический, генеалогический, феногенетический, популяционный, мутационный, рекомбинационный, биометрический анализ, методы биохимической генетики, методы иммуногенетики и др.

Современное состояние и проблемы генетики в связи с актуальными проблемами человечества (пищевых ресурсов, роста народонаселения, здоровья человека, охраны окружающей среды и т. д.). Достижения современной генетики и пути ее дальнейшего развития.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Доказательства хранения и передачи генетической информации нуклеиновыми кислотами. Генетическая трансдукция как доказательство ведущей роли ДНК в передачи наследственности (эксперименты Н. Циндлера и Дж. Ледерберга). Химическая структура нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Пиримидиновые и пуриновые основания. Модель структуры ДНК по Уотсону и Крику. Правило комплементарности. Видовая специфичность молекул ДНК. Репликация молекулы ДНК. Вилка репликации. Реализация наследственной информации. Химическая структура и биосинтез белков. Транскрипция. Интроны и экзоны. Сплайсинг. Трансляция: инициация, элонгация и терминация синтеза белка. Генетический код и его свойства: триплетность, неперекрываемость, вырожденность и универсальность. Колинеарность гена и кодируемого им белка. Объем генетической информации, хранящейся в генах и передаваемой ими.

Регуляция активности генов. Теория Ф. Жакоба и Ж. Моно о механизме регуляции действия генов. Адаптивный синтез ферментов. Оперон. Структурные и регуляторные гены. Негативная и позитивная индукция и репрессия.

ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Клетка как генетическая система. Строение клеток эукариот и прокариот. Роль ядра и других органелл клетки в передаче, сохранении и реализации наследственной информации. Доказательства роли ядра в наследственности. Хромосомы, их химический состав и морфологическое строение. Гаплоидный и диплоидный наборы хромосом. Аутосомы и половые хромосомы. Геном и кариотип. Видовая специфичность кариотипа. Методы изучения кариотипа. Принципы номенклатуры хромосом человека и сельскохозяйственных животных. Организация хромосом на разных стадиях жизни клетки и деления ядра.

Митоз, его генетическая сущность и значение в жизни клетки и организма. Митотический цикл и жизненный цикл клетки.

Мейоз, его генетическая и биологическая сущность. Гаметогенез. Оплодотворение. Половой процесс как средство реализации комбинативной изменчивости и обеспечения жизненности организма. Патологии при гаметогенезе и оплодотворении.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ

Менделизм как основа генетики. Особенности экспериментального метода Менделя. Значение выбора стабильных альтернативных признаков родительских пар, обеспечение надежности скрещивания, жизнеспособности и плодовитости гибридов. Моногибридное, дигибридное и полигибридное скрещивание. Аллельность, понятие о множественном аллелизме. Понятие о гомо- и гетерозиготности. Правила наследования признаков: единообразие гибридов первого поколения, расщепления, независимого наследования признаков. Правило «чистоты гамет».

Доминантность и рецессивность. Виды доминирования: полное, неполное, кодоминирование, сверхдоминирование. Статистический характер расщепления. Факторы, влияющие на характер расщепления признаков у гибридов: значение объема выборки, влияние внешней среды, жизнеспособность разных фенотипов (гамет, зигот, эмбрионов и особей) к моменту анализа. Летальное действие некоторых генов у сельскохозяйственных животных. Плейотропное действие генов.

Наследование признаков при взаимодействии неаллельных генов: комплементарное, эпистатическое, полимерное, модифицирующее действие. Виды полимерии, их значение в практике животноводства. Супрессия как основа неаллельного взаимодействия генов. Гены-модификаторы. Наследственность и среда. Экспрессивность и пенетрантность генов.

ГЕНЕТИКА ПОЛА

Пол как совокупность признаков, обеспечивающих воспроизводство потомства. Прогамное, эпигамное и сингамное определение пола. Типы хромосомного определения пола. Кариотипы мужского и женского пола у разных видов. Гомогаметный и гетерогаметный пол. Потенциальная бисексуальность организмов. Интерсексуальность. Фримартинизм, гермафродитизм, гинандроморфизм, их теоретическое и практическое значение. Хромосомная теория определения пола. Балансовая теория определения пола. Общая генная природа этих явлений. Экспериментальное переопределение пола у птиц, рыб и других животных. Опыты по регуляции соотношения полов и возможность получения животных только одного пола. Практическое значение сдвига в соотношении полов в различных отраслях животноводства. Партеногенез, гиногенез и андрогенез, их значение для понимания наследственности и перспектива практического использования.

Признаки, ограниченные полом, контролируемые полом и сцепленные с полом. Особенности сцепленного с полом наследования. Зависимость признака от локализации гена в одной из половых хромосом. Примеры генетически обусловленных болезней, наследуемых сцепленно с полом. Практическое использование сцепленного с полом наследования.

ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Сцепленное наследование признаков и его объяснение. Группы сцепления. Характер расщепления при независимом и сцепленном наследовании. Кроссинговер как причина неполного сцепления генов. Генетическое и цитологическое доказательство кроссинговера. Закон сцепления Моргана. Величина кроссинговера. Одинарный и множественный перекресты хромосом, явление интерференции. Хромосомная теория наследственности Моргана. Закон линейного расположения генов в хромосоме. Использование частоты кроссинговера для генетического картирования. Генетические карты. Сравнение генетических и цитологических карт. Влияние генетических и внешних факторов на частоту кроссинговера. Общебиологическая роль кроссинговера как средства усиления комбинативной изменчивости. Перспективы использования генетических карт в практике. Значение сцепления и кроссинговера в эволюции.

МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Понятие о мутации и мутагенезе. Роль Г. де Фриза в развитии теории мутаций. Классификация мутаций: спонтанные и индуцированные; геномные, хромосомные, генные (точковые); генеративные и соматические; рецессивные и доминантные; прямые и обратные; полезные, нейтральные и вредные (летальные). Проявление мутаций в зависимости от генотипа и внешней среды. Полиплоидия. Типы полиплоидии. Причины возникновения, распространение, практическое и эволюционное значение полиплоидии. Примеры полиплоидных форм, в том числе полезных для сельского хозяйства и ветеринарной медицины. Гетероплоидия как одна из причин наследственных аномалий (синдромы Дауна, Эдварса, Патау, Клайнфельтера и др.). Хромосомные аберрации (перестройки), их классификация, механизмы образования.

Робертсоновские транслокации, их практическая ценность и значение в эволюции. Влияние хромосомных перестроек на продуктивность, жизнеспособность и воспроизводительную способность животных. Генные мутации, молекулярно-биологический механизм и причины возникновения. Аморфные, гипоморфные и неоморфные мутации.

Роль ферментных систем репарации клеточного ядра в поддержании активного состояния ДНК и возникновении мутаций. Фотореактивация и темновая репарации. Мутагенез как следствие аномальной работы репарационных систем.

Понятие о мутабильности генов. Частота мутаций. Физические, химические и биологические мутагены. Значение индуцированных мутаций в селекции вирусов, микроорганизмов, растений и животных. Закон Н.И. Вавилова о гомологических рядах в наследственной изменчивости и его использование при изучении наследственных болезней. Генетические последствия загрязнений внешней среды. Проблема направленного мутагенеза.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА КОЛИЧЕСТВЕННЫХ И КАЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ

Понятие о биометрии и основных ее направлениях. Средний уровень варьирующего признака в выборочной или генеральной совокупности особей. Величины средних значений признака – средняя арифметическая, геометрическая, квадратическая, гармоническая, мода, медиана. Классификация и особенности типов изменчивости – комбинационная, мутационная, модификационная, коррелятивная. Показатели, характеризующие степень изменчивости признака у животных.

Типы распределения варьирующих признаков (нормальное, биномиальное, асимметрическое, эксцессивное, трансгрессивное). Биометрические показатели связи между признаками. Определение статистических ошибок и достоверности разности между средними арифметическими двух выборок. Использование критерия «хи-квадрат».

Основы корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов. Полимерное и полигенное действие генов. Понятие об аддитивных генах. Понятие о коэффициентах наследуемости (h2) и повторяемости (rw) и методы их вычисления с помощью коэффициентов связи и дисперсионного анализа. Практическое значение этих коэффициентов для селекционной работы при прогнозировании эффективности отбора. Влияние на коэффициенты наследуемости и повторяемости генотипических и паратипических факторов и взаимодействие генотипа и среды.

ГЕНЕТИКА ИММУНИТЕТА, АНОМАЛИЙ И БОЛЕЗНЕЙ

Понятие об иммунитете и иммунной системе организма. Неспецифические факторы защиты. Специфический иммунитет. Клеточная и гуморальная системы иммунитета. Роль В-лимфоцитов и Т-лимфоцитов. Генетический контроль иммунного ответа. Теории иммунитета.

Учение об уродствах и врожденных аномалиях. Понятие о генетических, наследственно-средовых и экзогенных аномалиях. Определение типа наследования аномалий. Распространение генетических аномалий в популяциях животных разных видов и их профилактика.

Генетическая устойчивость и восприимчивость к заболеваниям; к бактериальным и протозойным болезням, к гельминтозам, к вирусным инфекциям. Роль наследственности в проявлении незаразных болезней. Моногенный и полигенный характер устойчивости. Влияние факторов среды на проявление устойчивости к заболеваниям. Методы и мероприятия по повышению устойчивости животных к заболеваниям. Примеры успешной селекции в этом направлении.

ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ И БИОХИМИЧЕСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Иммуногенетика – наука о генетическом полиморфизме антигенного состава клеток животных. Особенности эритроцитарных антигенов животных и методы их определения. Иммуногенетический контроль за структурой популяции.

Генетический полиморфизм белков и ферментов крови, молока, яйца, спермы и его использование в селекции. Генетико-математический анализ полиморфных генетических систем. Понятие о системах гистосовместимости у сельскохозяйственных животных.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОНТОГЕНЕЗА

Сложная структура и биологическая сущность гена. Влияние гена на развитие признака. Опыты Д. Гердона по доказательству сохранения генетической информации в соматических клетках при индивидуальном развитии животных. Роль генетической информации на ранних и последующих этапах онтогенеза. Понятия неравномерности, неоднородности, необратимости и обратимости процессов дифференциации и роста животных. Взаимодействие ядра и цитоплазмы в развитии. Проявление генетической нормы реакции организма в различных условиях внешней среды. Критические периоды развития. Целостность и дискретность организма в онтогенезе. Значение активности ферментов и уровня обмена веществ, а также факторов внешней среды в реализации генетической потенции животных. Фенокопии и морфозы,их значение в практике животноводства. Перспективы использования биологически активных соединений (гормоны, витамины, микроэлементы, микродозы супермутагенов) для реализации наследственных возможностей организма и получения желательной модификационной изменчивости.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

Строение вирусов и бактерий. Особенности размножения вирусов Вирулентные и умеренные фаги. Понятие о профаге и лизогении бактерий. Лизогенное состояние клеток как возможная причина заболевания животных. Обмен генетическим материалом у прокариот: конъюгация, трансформация, трансдукция.

Генетическая инженерия – целенаправленное изменение генотипа органических форм. Клеточная, геномная и хромосомная инженерия. Генная инженерия. Истоки генетической инженерии. Ферменты – главные инструменты генетической инженерии. Переносчики генетической информации (векторы). Схема встройки чужеродного гена в вектор. Генетическая инженерия и ветеринария. Синтез эукариотического гена в бактериях, искусственный синтез генов. Принципиальная схема введения чужеродного гена в организм животных.

Клеточная инженерия. Современные методики биотехнологии воспроизводства с.-х. животных. Трансплантация эмбрионов. Получение зигот и эмбрионов в организме донора и их оценка по пригодности к пересадке в организм реципиента. Отбор и подготовка реципиентов, пригодных для использования и приема трансплантантов. Биотехнология оплодотворения в условиях in vitro. Методы получения химерных организмов (генетических мозаиков или аллофенов). Получение трансгенных животных.

ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ ПОВЕДЕНИЯ

Основы этологии с.-х. животных. Основные формы поведения животных. Влияние факторов среды и материнского организма на поведение и адаптацию организма животных. Генетические основы высшей нервной деятельности и поведения. Учение И.П. Павлова и И.М. Сеченова об условно-рефлекторной деятельности как реакции на внешние раздражения. Факторы, влияющие на поведение животных: доместикация, селекция, стабилизирующий отбор, стресс и др. Использование генетически обусловленного поведения животных в селекционной практике.

ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ

Понятие о популяции и чистой линии. Методы их изучения. Панмиктическая, исходная, гетерогенная и контрольная популяции. Характеристика генетической структуры популяций по соотношению генных частот гомозиготных и гетерозиготных генотипов. Закон Харди-Вайнберга и его практическое использование при анализе структуры популяции. Основные факторы, влияющие на генетическую структуру популяции: генные и хромосомные мутации; миграция особей; способ размножения; отбор; случайный генетический тренд (дрейф генов). Влияние инбридинга и случайных скрещиваний на структуру популяции. Типы искусственного отбора – направленный, стабилизирующий, дивергентный, технологический, косвенный. Влияние внешней среды на эффективность отбора.

Понятие о генофонде вида, популяции, породы. Численность генофонда основных видов с.-х. животных. Методы и приемы сохранения генофонда промышленного животноводства и резервы его увеличения. Практические примеры использования новых видов животных для получения продуктов питания и сырья для промышленности. Генетический груз как резерв наследственной изменчивости вида. Возникновение популяций как следствие географической, сезонной и репродуктивной изоляций. Значение изоляции для дивергенции и эволюции видов. Генетическая адаптация животных. Генетический гомеостаз популяции.

ИНБРИДИНГ, ИНБРЕДНАЯ ДЕПРЕССИЯ И ГЕТЕРОЗИС

Понятие об инбридинге и инбредной депрессии, их биологические особенности и генетические основы. Способы ослабления инбредной депрессии. Влияние инбридинга на генетическую структуру популяций. Использование инбридинга в животноводстве при выведении инбредных линий. Генетическая сущность коэффициента инбридинга и коэффициента генетического сходства. Методы оценки степени инбридинга. Гетерозис, его биологические особенности и генетические причины. Гипотезы, объясняющие эффект гетерозиса. Возникновение гетерозиса при разных типах скрещивания: межвидовом, межпородном, межлинейном. Истинный и гипотетический гетерозис. Ослабление эффекта гетерозиса в поколениях. Перспективы закрепления гетерозиса. Роль явления гетерозиса в практике различных отраслей животноводства.

ГЕНЕТИКА И ЭВОЛЮЦИОННОЕ УЧЕНИЕ

Генетика как одна из основ эволюционного учения. Роль Ч. Дарвина в формировании материалистического мировоззрения в биологии. Значение открытия нуклеиновых кислот и универсального кода наследственности для понимания эволюции жизни на единой генетической основе. Происхождение и развитие жизни, генетическая основа становления доклеточных и клеточных форм жизни. Значение мутационной изменчивости в эволюционном процессе. Популяция как единица эволюции. Значение работ С. Четверикова и П. Шмальгаузена для развития современной теории эволюции. Факторы видообразования. Формы воздействия естественного отбора на генотип.


Вернуться в меню

 

рисунок

ВЕТЕРИНАРНАЯ ГЕНЕТИКА,
программа курса для студентов ветеринарных специальностей, 2011

Составители:
профессор СПбГАВМ А.И.Жигачев;
профессор ФГОУ ВПО МГАВМиБ А.В. Бакай.
Титульный лист программы.

ВВЕДЕНИЕ В ВЕТЕРИНАРНУЮ ГЕНЕТИКУ

Генетика – одна из важнейших наук современной биологии. Предмет генетики. Сущность явлений наследственности и изменчивости.

Ветеринарная генетика – наука, изучающая роль наследственности в этиологии и патогенезе болезней и методы их профилактики, мониторинг скрытых генетических дефектов, выявление гетерозиготных носителей, элиминация вредных генов в популяциях, анализ племенных животных для выявления носителей аберраций хромосом и их выбраковки, изучение генетики иммунитета, патогенности и вирулентности микроорганизмов и их взаимодействия с макроорганизмами, разработка методов раннего выявления устойчивости к болезням. Контроль мутагенов среды, анализ наследственных структур клеток, признаков и функции организмов, объяснение генетически детерминированных реакций организма на лекарственные препараты, создание устойчивых к болезням пород, типов и линий животных на основе использования методов ветеринарной селекции и биотехнологии. Связь генетики с другими науками.

Методы генетики: гибридологический, генеалогический, биохимический, цитогенетический, феногенетический,иммуногенетический,онтогенетический, популяционно-статистический, молекулярно-генетический и др. Изучение явлений наследственности на молекулярном, субклеточном, организменном и популяционном уровнях.

Основные этапы развития генетики. Вклад отечественных ученых в развитии генетики (Н. И. Вавилов, А. С. Серебровский, Г. А. Надсон, Г. С. Филиппов, Ю. А. Филипченко, Г. Д. Карпеченко, С. С. Четвериков, Б. Л. Астауров, Н. П. Дубинин, Д. К. Беляев, О. А. Иванова и др.). Значение генетики для формирования научного мировоззрения.

Генетика и благосостояние человечества. Роль генетики в ветеринарии, животноводстве, медицине. Исторические аспекты ветеринарной генетики. Перспективы развития генетики.

ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Клетка как генетическая система. Роль ядра и цитоплазмы в наследственности. Морфологическое строение и химический состав хромосом. Типы хромосом. Дифференциальная окраска хромосом. Гетерохроматин и эухроматин. Понятие о кариотипе, гаплоидном и диплоидном наборе хромосом. Особенности кариотипов разных видов сельскохозяйственных животных.

Деление соматических клеток. Митоз. Периоды интерфазы и их значение в жизнедеятельности клетки. Митотический цикл. Профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Значение митоза для поддержания в соматических клетка диплоидного набора хромосом. Классификация и общая характеристика различных форм патологии митоза. Механизмы патологии митоза.

Гаметогенез и мейоз. Стадии образования половых клеток. Сперматогенез и овогенез, их особенности. Мейоз, редукционное деление. Кроссинговер, интеркинез. Эквационное деление. Патология мейоза (нерасхождение хромосом). Синаптонемный комплекс.

Оплодотворение. Патология при оплодотворении (полиандрия, полигения). Генетическое значение митоза, мейоза и оплодотворения.

ЗАКОНЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Открытие законов наследственности(1866) Грегором Иоганном Менделем (1822-1884). Методы, использованные Г. Менделем для изучения закономерностей наследования признаков.

Моногибридное скрещивание. Правила наследования признаков: единообразие гибридов первого поколения, правило расщепления, правило чистоты гамет. Генотип и фенотип. Доминантность и рецессивность. Гомозиготность и гетерозиготность. Понятие об аллельных генах и множественном аллеизме.

Типы доминирования (взаимодействие аллельных генов): полное, неполное (промежуточное), кодоминирование, сверхдоминирование. Реципрокное, возвратное и анализирующее скрещивания. Значение анализирующего скрещивания для определения генотипа особей.

Летальные, полулетальные и субвитальные гены и их влияние на характер расщепления признаков.

Дигибридное и полигибридное скрещивания. Расщепление по фенотипу и генотипу во втором поколении дигибридного скрещивания. Закон независимого комбинирование аллелей (признаков).

Взаимодействие неаллельных генов. Новообразование, комплементарное действие генов, эпистаз (гены-супрессоры), полимерия. Расщепление по фенотипу во втором поколении при взаимодействии неаллельных генов. Понятие об аддитивных генах.

Основные особенности наследования количественных признаков. Понятие о генах-модификаторах. Экспрессивность пенетрантность. Плейотропное действие генов. Генный баланс и генотипическая среда.

ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Понятие о сцепленном наследовании. Генетический анализ полного и неполного сцепления.

Кроссинговер как механизм рекомбинации в группах сцепления и его значение. Одинарный и множественный перекрест хромосом. Явление интерференции. Процент перекреста (морганида) как единица расстояния между генами и способ его определения. Линейное расположение генов в хромосоме. Мобильные генетические элементы МГЭ). Соматический (митотический) кроссинговер (радиация, химические мутагены, гормоны, лекарства).

Хромосомные группы сцепления. Карты хромосом. Значение сцепления и кроссинговера в эволюции. Основные положения хромосомной теории наследственности.

ГЕНЕТИКА ПОЛА

Хромосомное определение пола. Сцепление с полом. Гомогаметный и гетерогаметный пол. Кариотипы мужского и женского пола у разных видов. Нарушения в развитии пола. Интерсексуальность у животных. Нерасхождение половых хромосом. Синдром Клайнфельтера (XXV) и Шерешевского-Тернера (XO) у человека и аналогичные им у животных. Фримартинизм, гермафродитизм, псевдогермафродитизм, гинандроморфизм. Роль генетических факторов в их возникновении. Использование полового хроматина для экспресс диагностики нерасхождения половых хромосом.

Наследование признаков, сцепленных с полом. Практическое использование сцепленного с полом наследования признаков.наследования гемофилии и дальтонизма. Наследование артрогрипоза передних конечностей, антимаскулинного летального фактора, зональной бесшерстности крупного рогатого скота, бесшерстности, бескрылости и других аномалий у кур, наследственные аномалии животных, сцепленные с полом. Наследование признаков, ограниченных полом (крипторхизм, гипоплазия семенников у производителей, нарушение развития мюллеровых протоков – болезнь белых телок, сегментная аплазия вольфова протока, дефекты акросом сперматозоидов, деформация хвоста сперматозоидов и др.)

Численное соотношение полов в популяциях. Проблема регуляции пола и возможность получения животных только одного пола, практическое значение сдвига в соотношении полов в различных отраслях животноводства. Партеногенез, гиногенез, андрогенез. Влияние среды на определение и переопределение пола. Генное переопределение пола (адреногенитальный синдром, текстикулярная феминизация). Генетические методы раннего распознавания пола

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА

Нуклеиновые кислоты ДНК, РНК, их биологическая роль. Доказательства роли ДНК в наследственности. Модель структуры ДНК. Пиримидиновые (цитозин, тимин, в РНК-урацил) и пуриновые (аденин, гуанин) основания, нуклеотиды (дезоксиадениловая, дезоксигуаниловая, дезоксицитидиловая, тимидиловая кислоты, РНК-уридиловая кислота) и нуклеотиды ДНК и РНК. Генетическая роль ДНК. Трансформация, трансдукция у микроорганизмов. Размножение у бактериофагов. Сопоставление плоидности и содержания ДНК в клетке. Видовая специфичность нуклеотидного состава ДНК. РНК как генетический материал. Комплементарность нуклеотидов, правила Чаргаффа (А=Т, Г=Ц), видовая специфичность, коэффициент видовой специфичности, соотношение А+Т/Г+Ц. типы РНК: матричная – мРНК (или информационная), транспортная – тРНК, рибосомная - рРНК. Синтез ДНК и РНК. Уникальные и повторяющиеся последовательности в ДНК. Мини- и микросаттелиты ДНК, их роль и значение в оценке генофондов и маркерной селекции животных.

Генетический код. Свойства генетического кода (М.Ниренберг, Дж. Матеи, С. Очоа): триплетность, универсальность, вырожденность, неперекрываемость, колинеарность.

Синтез белка. Рибосомы как фабрика синтеза белка. Структура рибосомальной РНК. Понятие о кодоне и антикодоне. Кодон – антикодонное узнавание. Транскрипция и трансляция. Инициация, элонгация и терминация. Понятие о репликонах. РНК-полимераза как основной транскрипционный аппарат клетки. Процессинг, сплайсинг РНК. Регуляция процессинга РНК. Ингибиторы синтеза белка. Репарация ДНК. Система репараций.

ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

Микроорганизмы как объект исследования молекулярной генетики. Строение и функции генетического материала и бактерий. Ядерный аппарат бактерий, особенности структуры ДНК нуклеотида. Репликация бактериального генома. Внехромосомные факторы наследственности.транспозоны – мобильные генетические элементы бактерий. Плазмиды, их роль в определении у бактерий свойств устойчивости к антибиотикам и другим лекарствам.

Строение и функции вирусного генома. Особенности репликации генетического материала вирусов. Взаимодействие фага с бактериальной клеткой. Верулентные и умеренные (профаги) фаги. Лизогения у бактерий. Генетические карты вирусов.

Понятие о генотипе и фенотипе микроорганизмов. Обмен генетическим материалом у микроорганизмов. Конъюгация, половой фактор F, сексдукция. Трансдукция. Мутационный процесс у микроорганизмов.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ

Классификация типов изменчивости: мутационная, комбинативная, коррелятивная, модификационная. Количественные и качественные признаки, особенности их изменчивости и методы изучения. Пороговые признаки. Генеральная и выборочная совокупности.

Типы распределения варьирующих признаков: биноминальное, нормальное. Понятие об асимметрии, эксцессе и трансгрессии. Средняя арифметическая, средняя геометрическая, средняя гармоническая. Измерение степени изменчивости признака: лимиты, среднее квадратическое отклонение, варианса, коэффициент вариации.

Понятие о статистических ошибках. Уровень вероятности и значимости. Определение достоверности разности между средними двух выборок. Метод хи-квадрат и его использование для определения соответствия теоретического и фактического распределения. Число степеней свободы.

Коэффициент корреляции. Определение связи между количественными, качественными, количественными и качественными признаками. Основы дисперсионного анализа. Показатель силы влияния.

МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Понятие о мутациях и мутагенезе. Роль Г. Де Фриза и С. И. Коржинского в развитии теории мутаций. Классификация мутаций.

Структурные изменения хромосом и их номенклатура. Механизмы образования числовых и структурных аномалий хромосом. Хромосомная нестабильность. Транслокация хромосом и их типы (робертсоновские, реципрокные и нереципрокные, тандемные), механизмы и причины возникновения. Инверсии. Пара- и перицентрические. Деление и дефишенси. Механизм и причины возникновения. Хромосомные и хроматидные разрывы. Фрагментация хромосом, кольцевые хромосомы. Изохромосомы.

Генные мутации. Молекулярный механизм и причины возникновения. Полезные, нейтральные и вредные мутации. Понятие мутабильности генов. Гены-мутаторы, причины и факторы спонтанного мутагенеза. Характер влияния на биосинтез белка, изменение признаков, жизнеспособность, воспроизводительную функцию организма и знание в эволюции. Летальные и полулетальные мутации. Ранние летали. Мутации, затрагивающие органогенез. Мутации, изменяющие обмен веществ. Методы учета генных мутаций.

Геномные мутации. Полиплоидия. Особенности полиплоидов, причины возникновения, распространение у животных и их связь с патологией. Анеуплоидия. Гиперплоидия и гипоплоидия. Трисомия, моносомия, полисомия, нуллисомия, механизмы и причины возникновения. Влияние на жизнеспособность, плодовитость и другие фенотипические признаки.

Особенности мейоза у гетерозиготных носителей структурных перестроек хромосом. Влияние аберраций на воспроизводительную функцию и другие признаки животных. Методы учета хромосомных мутаций.

ОСНОВЫ ЭКОЛОГО-ВЕТЕРИНАРНОЙ ГЕНЕТИКИ

Индуцированные мутации. Мутагены, тератогены и канцерогены. Классификация мутагенов. Физические мутагены. Влияние пестицидов и других химических веществ, используемых в сельскохозяйственном производстве, на возникновение генных и хромосомных мутаций. Мутагенность промышленных отходов. Лекарственные соединения, вакцины, гормональные препараты, стимуляторы роста как факторы мутагенеза. Биологические мутагены. Вирусы инфекций как существенный фактор индуцированного мутагенеза.

Культура клеток млекопитающих (одноценочечные разрывы ДНК, внеплановый синтез ДНК, образование микроядер), в т.ч. в костном мозге, частота сестринских хроматидных обменов), генами.

Антимутагены. Классификация и особенности действия..Ветеринарная фармакогенетика. Генетическая резистентность патогенов к лекарствам.

Проблемы эколого-ветеринарной генетики. Генетическая токсикология. Генетические последствия загрязнения окружающей среды. Методы проверки на мутагенность факторов среды . Методы анализа геномных и хромосомных аномалий в гаметогенезе.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОНТОГЕНЕЗА

Понятие об онтогенезе и филогенезе. Современные представления о сложной структуре гена. Ступенчатый аллеломорфизм. Центровая теория гена. Цистрон, сайт, экзоны, интроны. Организация генома высших организмов. Мобильные гены. Влияние генов на развитие признаков у низших и высших организмов. Гипотеза один ген-один фермент.

Дифференциальная активность генов на разных этапах онтогенеза. Роль генов материнского ядра на ранних этапах эмбриогенеза. Тотипотентность клеток. Опыт Дж.Гердона, доказывающие тотипотетность ядер соматических клеток.

Взаимодействие ядра и цитоплазмы в онтогенезе. Регуляция синтеза и РНК и биосинтеза белка. Дифференциальная трансляция. Теория Жакобо и Моно о регуляции белкового синтеза у бактерий. Оперон,структурные гены,ген-регулятор. Каскадная регуляция генов. Дифференциация и особенности клеточной пролиферации. Критические периоды развития. Роль цитоплазмы и нервной системы в активации действия генов.

Влияние среды на развитие признаков. Критические периоды развития. Фенокопии и морфозы. Норма реакции. Взаимодействие генов в развитии. Эпигенетический контроль. Геномный импритинг.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВОЛЮЦИИ. ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ

Понятие о популяции и чистой линии. Эффективность отбора в популяции и чистой линии. Чистота аллелей и генотипов как параметры популяции. Генофонд популяций. Закон Харди-Вайнберга. Основные факторы генетической эволюции в популяциях: мутации, отбор, миграции, дрейф генов. Влияние иноридинга на выщепление рецессивных летальных и полулетальных генов. Стабилизирующий и дестабилизирующий отборы. Значение миграции и дрейфа генов в распространении мутаций.

Генетический груз в популяции животных. Генетическая адаптация и генетический гомеостаз популяций.

ОСНОВЫ ИММУНОГЕНЕТИКИ И БИОХИМИЧЕСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Понятие об иммуногенетике и история ее развития. Группы крови. Основные понятия: антигенность, иммуногенность, специфичность, валентность, дерминанта (эпитоп), гаптен, аллоантигены, генетическая система групп крови, тип крови. Номенклатура антигенов и систем крови. Наследование групп крови. Получение реагентов для определения групп крови. Система групп крови сельскохозяйственных животных.

Значение групп для животноводства и ветеринарии: контроль достоверности происхождения животных, иммуногенетический анализ моно- и дизиготных близнецов, межпородная и внутрипородная дифференциация, построение генетических карт хромосом, связь групп крови с устойчивостью к болезням и продуктивностью. Гемолитическая болезнь новорожденных.

ПОЛИМОРФИЗМ БЕЛКОВ И УЧАСТКОВ ДНК

Понятия полиморфизма, полиморфный ген, изофермент. Номенклатура полиморфных систем белков и ферментов. Основные биохимические полиморфные системы у сельскохозяйственных животных. Сущность явления сбалансированного полиморфизма.

Значение биохимического полиморфизмаи и микросаттелитов ДНК, мини для теории и практики: изучение причин и динамики генотипической изменчивости, геногеографии различных видов и пород, описание межпородной и внутрипородной дифференциации, изучение филогенеза и аллелофонда пород, линий, семейств, уточнение происхождения животных, связь с продуктивностью и резистентностью к болезням; использование в качестве генетических маркеров в селекции животных, подбор по гетерозисной сочетаемости и т.д.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИММУНИТЕТА

Понятие об иммунитете и иммунной системе организма. Центральные (тимус, сумка Фабриция у птиц, костный мозг, пейеровы бляшки, миндалины) и периферические (лимфатические узлы, селезенка, кровь) органы иммунной системы. Факторы защиты: кожа и слизистая, физиологические, клеточные (интерфероны, натуральные антитела, лизоцим, система комплемента, макрофаги и др.).

Специфический иммунитет. Клеточная и гуморальная система иммунитета. Роль В и Т-лимфоцитов (Т-хелперов, Т-супрессоров, Т-киллеров).

Структура иммуноглобулинов (G ,A ,M ,D ,E). Реакция антиген-антител: Эпитоп, паратоп. Генетический контроль синтеза иммуноглобулинов. Гены легких (V-ген, J-сегмент, C-ген) и тяжелых цепей (V-ген, D-, J-сегмент, C-ген). и тяжелых цепей (V-ген, D, J-сегменты, C-ген). Аллотипы иммуноглобулинов. Изотипы, идиотипы. Факторы, обеспечивающие разнообразие антител. Генетический контроль иммунного ответа. Гены иммунного ответа (Ir-гены). Аллельное исключение. Межпородные и межлинейные различия антителогенеза. Теории иммунитета, селекционная теория Ф. Бернета, сетевая и др.).

Главный комплекс гистосовместимости (МНС) и его регуляторная роль в иммунных процессах. Главный комплекс гистосовместимости крупного рогатого скота (BoLA), свиней(SLA), овец (OLA), лошадей (ELA)и кур (В). Связь МНС и других антигенов гистосовместимости с болезнями.

Первичные (врожденные) дефекты иммунной системы (агаммаглобулинемия, летальный фактор А-46, комбинированный иммунодефицит, селективный дефицит Ig M, дефицит адгезии лейкоцитов - БЛАД-синдром и др.)

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ БОЛЕЗНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

Понятие о генетических, наследственно - средовых и экзогенных болезнях и аномалиях. Генетический анализ в изучении этиологии врожденных аномалий. Методы генетического анализа: генеологический, популяционный, цитогенетический, молекулярно-генетический и др. Определение типа наследования аномалий. Простой аутосомно рецессивный тип наследования. Аутосомный доминантный тип наследования. Сцепленный с Х-хромосомой тип наследования.Мультифакториальное наследование. Пенентрантность и экспрессивность при насследовании аномалий гена и фенокопии. Гетерегенность и гетероморфность аномалий.Классификация аномалий по анатомо-физиологическому принципу и группам(болезни обмена).Классификация аномалий( молекулярные, хромосомные) и патогенез и типы наследования.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ БОЛЕЗНЕЙ В ПОПУЛЯЦИЯХ ЖИВОТНЫХ

Аномалии крупного рогатого скота, свиней, лошадей, овец, коз и птиц. Распространение аномалий хромосом в популяциях животных. Числовые и структурные мутации кариотипа и фенотипические аномалии крупного рогатого скота, свиней, овец, птиц и лошадей.

Ветеринарная цитогенетика и её роль в изучении аберраций хромосом у животных. Номенкулатура аберраций хромосом, зарегестрированных у крупного рогатого скота, свиней, овец, лошадей, птиц. Робертсоновские транслокации у крупного рогатого скота и их влияние на воспроизводительную способность. Распространение транслокации 1:29 хромосом в отдельных породах крупного рогатого скота. Другие типы структурных перестроек хромосом крупного рогатого скота. Хромосомная нестабильность и нарушение воспроизводительной функции животных.

Реципрокные транслокации - основная форма обераций хромосом, снижающих воспроизводительные способности свиней. Аберации хромосом, встречающихся у овец, и их связь с нарушениями воспроизводительных функций животных. Нарушение в расхождении половых хромосом - одна из причин бесплодия лошадей. Количественные и структурные изменения хромосом у птиц и их связь с нарушениями эмбрионального развития. Профилактика распространения аберраций хромосом в популяциях животных. Цитогенетический мониторинг. Элиминация из интенсивного воспроизводства производителей - носителей аберраций хромосом.

БОЛЕЗНИ С НАСЛЕДСТВЕННОЙ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬЮ

Влияние факторов среды на устойчивость и восприимчивость к заболеваниям у разных видов животных. Генетическая устойчивость и восприимчивость к заболеваниям у животных. Основные понятия: резистентность, восприимчивость, заболевание, заболеваемость, патогенность, вирулентность. Наследование резистентности и восприимчивости. Пороговые признаки.

Методы изучения наследования устойчивости и восприимчивости: клинико-генеалогический, близнецовый, селекционный эксперимент, популяционно - статистический. Моногенный и полигенный характер наследования устойчивости. Простое наследование устойчивости к вирусам, бактериям и нематодам.

Генетическая устойчивость и восприимчивость к вирусным инфекциям (скрепи овец, миксоматоз кроликов, ящур, болезнь Марека и др.). Наследственная утойчивость и восприимчивость к лейкозам. Теории, объясняющие этиологию лейкозов. Хромосомные аномалии при заболевании лейкозом.

Генетическая устойчивость и восприимчивость к бактериальным (мастит, туберкулез, бруцеллез, лептоспироз и др.), протозойным (трипаносомоз, бабезиоз, анаплазмоз и др.) заболеваниям и гельминтозам (фасциолез, стронгилез, диктиокаулез и др.). Генетическая устойчивость и восприимчивость к клещам.

Популяционно-генетические механизмы взаимодействия хозяина и паразита. Генетическая устойчивость к заболеваниям желудочно-кишечного тракта (диарея, типмания рубца), органов дыхания (пневмония, плеврит, атрофический ринит и др.). Роль наследственности в проявлении незаразных болезней (кетоз, родильный парез и т.д.).Роль наследственности в заболеваниях конечностей. Стрессоустойчивость у животных. Генетическая обусловленность предрасположенности к бесплодию (гипоплазия яичников и семенников, крипторхизм, гермафродитизм).

МЕТОДЫ ПРОФИЛАКТИКИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ В ПОПУЛЯЦИЯХ ЖИВОТНЫХ

Профилактика распространения генетических аномалий в популяциях животных. Влияние генотипов отдельных производителей на повышение частот летальных и полулетальных генов в популяциях. Мониторинг генных мутаций. Проверка производителей на носительство вредных рецессивных мутаций:
а) спаривание проверяемого производителя с самками носительницами рецессивного признака (анализирующие скрещивание);
б) спаривание проверяемого производителя с собственными дочерями;
в) спаривание проверяемого производителя с дочерями других производителей - известных, гетерозиготных носителей мутаций;
г) спаривание проверяемого производителей с гетерозиготными носительницами рецессивной мутации;
д) метод "автоматической" проверки;
е) молекулярно-генетическое тестирование производителей на гетерозиготное носительство скрытых генетических дефектов (ПЦР - диагностика и др.).
Элиминация носителей вредных рецессивных мутаций из интенсивного воспроизводства. Биохимические и другие маркеры генных мутаций и их использование в селекции.

ПОВЫШЕНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ К БОЛЕЗНЯМ

Оценка генофонда пород, линий, семейств и потомства производителей по устойчивости и предласположенности к заболеваниям. Факторы, затрудняющие селекцию животных на резистентность к заболеваниям. Наследуемость и повторяемость устойчивости к болезням. Показатели отбора при селекции на устойчивость к заболеваниям.

Методы повышения устойчивости животных к заболеваниям: массовый отбор, отбор семейств и производителей, скрещивание. Комплексная оценка генофонда семейств и производителей по признакам продуктивности и устойчивости к заболеваниям. Повышение устойчивости животных к инфекционным и вирусным болезням. Значение изменчивости микроорганизмов при селекции на устойчивость к заболеваниям. Селекция на стресс-устойчивость, длительность продуктивного использования и приспособленность к промышленной технологии.

Непрямая селекция на устойчивость к заболеваниям. Маркеры генетической устойчивости и восприимчивости к некоторым болезням.

Перспективы использования трансплантации эмбрионов, генетической инженерии и генокопирования при селекции животных на устойчивость к заболеваниям.

Импульсно-циклический способ разведения по линиям. Мероприятия по повышению устойчивости животных к заболеваниям (диагностика и учет болезней, генеалогический анализ популяций, оценка семейств и производителей, непрямой отбор и т.д.).

БИОТЕХНОЛОГИЯ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И ВЕТЕРИНАРИИ

Понятие о биотехнологии и ее роль в ветеринарии, животноводстве. Генная инженерия и ее задачи. Получение генов путем их синтеза (Г. Корана , 1976) или выделение из клеток, Обратная транскриптаза (ревертаза). Рестриктирующие эндонуклеазы (рестриктазы). Получение рекомбинантных ДНК. Введение в клетку рекомбинантных молекул и синтез чужеродного белка. Принцип конструирования микроорганизмов-продуцентов гормонов, лекарственных веществ и т.д.

Клеточная инженерия. Культура клеток. Соматическая гибридизация. Гибридомная технология получения моноклональных антител и ее этапы:
а) подбор доноров, иммунизация, подготовка миеломного партнера;
б) отбор селекция гибридов на селективной среде;
в) скрининг полученных гибридов, отбор продуцентов специфических антител;
г) клонирование гибридных клеток, выделение стабильно продуцирующих клонов;
д) накопление клеточной массы для наработки необходимого количества антител;
е) очистка, гибриданных антител;
ж) криоконсерсервация гибридных клеток).

Применение биолотических тест-препаратов на гибридомной основе для генетичекской экспертизы достоверности происхождения животных, изучения генетических особенностей пород, для диагностики болезней животных.

Эмбриогенетическая инженерия. Стимулирование суперэвуляции, извлечение эмбрионов, хранение эмбрионов, пересадка эмбрионов. Значение трансплантации эмбрионов для размножения генетически ценных особей, сохранение генофонда редких пород и видов, повышение устойчивости животных к болезням, получение животных определенного пола, межвидовых пересадок и т.д. Клонирование эмбрионов млекопитающих. Искусственное (агрегационный и инъекционный методы) получение химерных (аллофенных) животных.

Трансгенные животные. Принципы получения трансгенных животных. Производство биологически активных протеинов. Экспрессия трансгенов в крови и молоке. Использование микроорганизмов для получения новых веществ. Генно-инженерные диагностикумы и вакцины. Перспективы и проблемы генокопирования животных.


Вернуться в меню

 

рисунок

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ
(программа курса для студентов биологических специальностей)

(Биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, 2012 г.)

Составитель программы: профессор М.М. Асланян

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАЗВИТИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА

Значение селекционно-племенных мероприятий для повышения продуктивности сельскохозяйственных животных. Использование Ч. Дарвиным фактов успешной селекции животных для обоснования теории естественного отбора. Успехи животноводства в XVIII-XIX в.в. Становление генетических основ селекции животных. Роль отечественных ученых в развитии селекционной и зоотехнической науки (П.Н.Кулешов, М.Ф.Иванов, Е.А.Богданов, Н.А.Юрасов и др.).

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ

Сопоставление современных культурных пород с родственными дикими формами. Проблемы и достижения отдаленной гибридизации животных. Доместикационные признаки. Экспериментальное моделирование процесса доместикации на серебристо-черных лисах, на антилопах канна и др. Отбор по поведенческой реакции (отсутствие агрессивности и сопутствующие морфофизиологические изменения организма животных: ускорение мутационного процесса, активация нефункционирующих генов, изменение гормонального статуса, полового цикла. Роль дестабилизирующего отбора по Д.К.Беляеву.

ПОНЯТИЕ ОБ ИСХОДНОМ МАТЕРИАЛЕ

Аборигенные породы, заводские породы и линии, инбредные линии, мутантные формы, родственные домашним животным дикие виды. Сохранение генофонда ценных, но малопродуктивных пород крупного рогатого скота, овец, лошадей, свиней, птицы и других видов. Создание коллекционных стад в Аскания-Нова, ВНИТИН, сектора акклиматизации и гибридизации животных (п. Черга, Алтайский край).

РАЗВИТИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ЧАСТНОЙ ГЕНЕТИКЕ ЖИВОТНЫХ

Мутационная и комбинативная изменчивость и их роль в селекционном процессе. Иллюстрация закона гомологических рядов наследственной изменчивости у животных. Признаки качественные и количественные. Генетический анализ сложных признаков. Принцип сигнальных генов А.С.Серебровского. Генетические карты сельскохозяйственных животных, методы их построения с помощью гибридологического анализа, гибридизации соматических клеток. Генетика пигментообразования у животных. Схемы биосинтеза меланина. Наследование признака окраски у норок, каракульских овец, лошадей, птицы. Пенетрантность и экспрессивность проявления признаков. Характеристика кариотипов видов и пород с\х животных с помощью метода дифференциального окрашивания хромосом. Гены дефектов развития, летальные, условно летальные. Характер их проявления. Выявление особей-носителей леталей в стаде. Схема гетерогенного разведения каракульских овец ширази. Примеры получения мутаций, индуцированных радиацией и химическими агентами у с\х животных.

СЕЛЕКЦИЯ ЖИВОТНЫХ ПО ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫМ КОЛИЧЕСТВЕННЫМ ПРИЗНАКАМ

Использование популяционно-генетических и математических методов (h2) – показатель степени генетического разнообразия популяции (стада) по определенному селекционируемому признаку. Повторяемость (R) – показатель степени сходства в проявлении признаков у одной и то же группы животных в разные периоды их жизни. Зависимость показателей наследуемости и повторяемости от условий кормления, содержания животных и уровня селекции.

МЕТОДЫ РАЗВЕДЕНИЯ ЖИВОТНЫХ

Чистопородное разведение (аутбридинг, инбридинг, топкроссинг). Племенные книги. Система записи родословных. Методы учета инбридинга: коэффициент инбридинга по Райту, система Шапоружа. Инбредная депрессия и ее проявление у разных видов животных. Создание инбредных линий животных и птицы. Межпородные и межлинейные скрещивания и отдаленная гибридизация животных. Типы скрещиваний: вводное, поглотительное, воспроизводительное, переменное. Промышленное скрещивание в товарном животноводстве.

ГЕТЕРОЗИС И ФОРМЫ ЕГО ПРОЯВЛЕНИЯ

Адаптационный, соматический, репродуктивный гетерозис. Генетические основы гетерозиса. Гипотезы доминирования, сверхдоминирования, гетерозисности. Явление моногибридного гетерозиса. Общая и специфическая комбинационная способность на гетерозис. Компенсационный гетерозис по В.А. Струнникову. Возможность получения 100%-ой гетерозисности животных по определенным хромосомам и блокам генов.

ОТБОР И ПОДБОР ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ

Оценка животных по фенотипу и генотипу. Учение об экстерьере и конституции животных. Принцип бонитировки. Контрольный откорм и другие виды сравнительных испытаний. Экспресс-методы ранней оценки продуктивности животных. Селекционный эффект и селекционный дифференциал. Оценка производителей по родословной и качеству потомства. Диаллельные и полиаллельные скрещивания. Сибселекция. Схемы оценки производителей по качеству потомства. Использование ЭВМ в крупномасштабной селекции.

МЕТОДЫ ВЫВЕДЕНИЯ ПОРОД И КРОССОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦЫ

Понятие о породе. Методика М.Ф.Иванова по выведению пород украинской степной белой свиньи и асканийской тонкорунной овцы. Схемы выведения многоплодного каракуля, ландрас-кабаньих гибридов, зебувидного скота и других пород. Создание высокопродуктивных кроссов кур. Разведение по линиям. Отличия заводских линий от инбредных. Генетическая структура породы. Апробация пород, породных групп, линий и кроссов.

РОЛЬ ИСКУССТВЕННОГО ОСЕМЕНЕНИЯ В ПЛЕМЕННОМ И ПОЛЬЗОВАТЕЛЬНОМ ЖИВОТНОВОДСТВЕ

История создания методов, роль русских ученых (И.И.Иванов, В.К. Милованов и др.). Максимальное использование выдающихся производителей. Глубокое замораживание семени. Неограниченно длительное хранение семени, дальняя транспортировка. Использование производителей, проверенных по качеству потомства. Необходимость проверки производителей на носительство леталей, дефектных генов, аномальных хромосом.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИММУНОГЕНЕТИЧЕСКИХ, БИОХИМИЧЕСКИХ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАРКЕРОВ В СЕЛЕКЦИИ

Характер наследования. Основные методы иммунологии. Определение происхождения животных, генетического родства пород, поиски коррелятивных связей с продуктивностью. Группы крови, полиморфные системы белков и ДНК.

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

Регуляция пола у животных. Искусственный андрогенез и гиногенез у тутового шелкопряда. Экспериментальная полиплоидия у животных. Использование методов трансплантации и клонирования зигот в племенном животноводстве. Возможности получения большого числа потомков от выдающихся коров-рекордисток, неограниченного числа копий генотипов выдающихся производителей с целью быстрейшего размножения ценных генотипов, закрепления гетерозиса и т.д. Замораживание спермы, яйцеклеток и зигот как способ сохранения генофонда исчезающих пород и видов животных.

ЗАДАЧИ И НЕРЕШЁННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СЕЛЕКЦИИ ЖИВОТНЫХ В ПРОМЫШЛЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ

Отбор по поведенческим реакциям, по крепости конституции, технологичности признаков – форме вымени, выравненности молокоотдачи, оплаты корма, устойчивости к заболеваниям, стрессовым нагрузкам и т.д.


Вернуться в меню

 

Эмблема ИОГен

ГЕНЕТИКА,
программа для подготовки к вступительному экзамену в аспирантуру ИОГен РАН

Составитель: проф. В.А. Пухальский

1. ВВЕДЕНИЕ

Понятие о наследственности и изменчивости. История развития генетики. Ч.Дарвин и гипотеза пангенезиса. Основные положения, обосновывающие эту гипотезу. Теория эволюции Ж.Б.Ламарка. Теория зародышевой плазмы А.Вейсмана. Значение работы Г.Менделя в становлении генетики как науки. Методы генетики: гибридологический, цитологический, физико-химический, онтогенетический, математический и др. Предмет генетики и его место в системе биологических наук. Значение генетики для решения задач селекции, медицины, биотехнологии и экологии.

2. ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Клеточное строение организмов. Строение клетки. Хромосомы их типы и строение. Деление клетки. Митоз. Биологическое значение митоза. Мейоз. Генетический контроль мейоза. Генетическое значение мейоза. Микро- и макроспорогенез.

3. МЕНДЕЛИЗМ. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Методология работ Менделя. Наследование признаков при моногибридном скрещивании. Доминантность. Рецессивность. Кодоминантность. Единообразие первого гибридного поколения. Расщепление гибридов второго поколения. Анализирующее скрещивание. Закон "чистоты гамет". Закономерности наследования признаков при дигибридном скрещивании. Закономерности наследования признаков при тригибридном скрещивании. Общие формулы расщепления при независимом наследовании. Контроль за расщеплением. Статистический характер расщепления. Сравнение теоретически ожидаемого и фактически наблюдаемого расщепления. Оценка получаемых отклонений по методу хи-квадрат. Условия осуществления менделевских законов. Генетическая символика. Запись скрещиваний и их результатов. Множественный аллелизм.

4. НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ГЕНОВ

Взаимодействие генов, не мешающих проявлению друг друга. Различия между взаимодействием доминантных и рецессивных генов. Комплементарное взаимодействие генов. Супрессия. Доминантный эпистаз. Криптомерия (рецессивный эпистаз). Полимерия. Особенности наследования количественных признаков. Трансгрессия. Плейотропия. Гены модификаторы. Пенетрантность и экспрессивность генов. Влияние внешних условий на проявление действия гена. Норма реакции генотипа.

5. ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Хромосомное определение пола. Половые хромосомы. Соотношение полов в природе. Влияние факторов внутренней и внешней среды на развитие признаков пола. Наследование признаков, сцепленных с полом. Наследование признаков, сцепленных с полом у человека. Нерасхождение X-хромосом.Балансовая теория определения пола. Нерасхождение хромосом у человека. Наследование признаков, ограниченных полом и зависимых от пола. Практическое использование признаков, сцепленных с полом (тутовый шелкопряд, хмель и т.д.). Кроссинговер. Механизм кроссинговера. Величина перекреста и линейное расположение генов в хромосоме. Одинарный и множественный перекрест. Интерференция. Коэффициент совпадения. Локализация генов. Сцепленное наследование генов и кроссинговер. Линейное расположение генов в хромосоме. Генетические карты хромосом. Цитологические доказательства кроссинговера. Факторы, влияющие на перекрест хромосом. Типы мейотической рекомбинации: равный и неравный кроссинговер. Молекулярные основы кроссинговера. Построение генетических карт. Сопоставление генетических и цитологических карт у дрозофилы.

6. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот. ДНК- трансформирующий фактор пневмококка. Нуклеиновые кислоты – наследственный материал вирусов. Феномен бактериальной трансдукции. Строение нуклеиновых кислот. Химический состав и видовая специфичность ДНК. Правило Чаргаффа. Модель структуры ДНК Уотсона - Крика. Общие особенности репликации ДНК. Синтез ДНК у эукариот. РНК как генетический материал и ее репликация. Типы РНК в полипептидном синтезе. Матричная РНК. Рибосомная РНК. Транспортная РНК. Транскрипция ДНК на матрице РНК (обратная транскрипция). Генетический код и его свойства. Доказательства триплетности кода. Работы Ниренберга, Очоа и других по расшифровке кодонов. Вырожденность кода. Универсальность кода. Биосинтез белка. Регуляция белкового синтеза. Схема генетического контроля синтеза ферментов у бактерий. Ген-регулятор, оперон, структурные гены. Центровая теория гена. Уникальные и повторяющиеся последовательности нуклеотидов в ДНК эукариот. Строение гена эукариот: экзоны, интроны. Посттранскрипционные преобразования мРНК у эукариот (процессинг, сплайсинг).

Особенности организации промоторной области эукариот. Проблемы генной инженерии. Методы выделения и синтеза генов. Характеристика рестриктаз. Понятие о генных векторах (плазмиды, вирусы). Способы получения рекомбинантной ДНК, методы клонирования генов. Прямые методы переноса генов (микроинъекция, электропорация, биобаллистика, с помощью липосом и т. д.). Использование Ti-плазмид A. tumephaciens, вирусов и вироидов в качестве векторов в генной инженерии растений. Доказательства интеграции чужеродных генов. Достижения в области трансгеноза у растений. Мобильные генетические элементы.

Молекулярное маркирование. Полимеразная цепная реакция. Создание молекулярных маркеров. Геномные библиотеки.

7. НЕХРОМОСОМНАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ

Нехромосомная наследственность генетического материала клетки по схеме Джинкса. Особенности цитоплазматического наследования, отличия от ядерного. Методы изучения: реципрокные, возвратные скрещивания, биохимические методы. Пластидная наследственность. Исследования пестролистности у растений.

Митохондриальная наследственность. Исследования дыхательной недостаточности у дрожжей. Генетические карты органелл.

Цитоплазматическая мужская стерильность у растений. Влияние ядерных генов на проявление ЦМС. Использование ЦМС для получения гибридных семян. Молекулярные основы цитоплазматической наследственности. Особенности воспроизведения органелл в клетке. Значение нехромосомного наследования в понимании проблем эволюции клеток эукариот, происхождения клеточных органелл - пластид и митохондрий.

8. МОДИФИКАЦИОННАЯ И МУТАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Модификационная изменчивость. Наследственная изменчивость. Комбинативная изменчивость. Мутационная изменчивость. Основные положения мутационной теории Де Фриза. Спонтанные мутации. Прямые и обратные мутации. Геномные мутации Жизнеспособность мутантов. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И.Вавилова. Индуцированные мутации. Физические мутагенные факторы. Дозы облучения и поглощения. Летальные и сублетальные дозы мутагенов. Химические мутагены. Классифиеация мутаций. Изменения структуры хромосом под действием мутагенов. Изменение положения и порядка генов на хромосомах. Изменение структуры гена. Точковые мутации. Транзиции и трансверсии. Сдвиг рамки считования. Репарации поврежденной ДНК. Темновая репарация и фотореактивация. Ферменты репарации. Инсерционный мутагенез. Антимутагены.

9. ПОЛИПЛОИДИЯ И ДРУГИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧИСЛА ХРОМОСОМ

Понятие о полиплоидии. Полиплоидные ряды в природе. Роль полиплоидии в эволюции. Механизмы изменения числа хромосом. Митотическая, зиготическая и мейотическая полиплоидизация.

Автополиплоидия. Особенности мейоза и характер расщепления у тетраплоидных форм при моно- и дигибридном скрещивании. Физиологические особенности автополиплоидов. Триплоиды. Использование автополиплоидов в селекции растений.

Аллополиплоидия. Типы аллополиплоидов. Работы Г. Д. Карпеченко по созданию Raphanobrassica. Роль амфиплоидии в восстановлении плодовитости отдаленных гибридов. Получение и использование пшенично- ржаных гибридов Triticale. Синтез и ресинтез видов. Роль аллополиплоидии в эволюции и селекции растений.

Анеуплоидия. Типы анеуплоидов. Механизм возникновения анеуплоидов. Особенности мейоза и образования гамет у анеуплоидов, их жизнеспособность. Экспериментальное получение анеуплоидных растений. Значение анеуплоидов для генетических исследований. Получение дополненных и замещенных линий и их практическое использование. Метод моносомного анализа.

Гаплоидия. Морфологические особенности и идентификация гаплоидных растений. Характер мейоза у гаплоидов. Частота спонтанного возникновения гаплоидов. Методы экспериментального получения гаплоидов. Использование гаплоидии в генетике и селекции.

10. ОТДАЛЕННАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ

Понятие об отдаленной гибридизации. Типы гибридов, получаемых при отдаленной гибридизации растений и животных. Барьеры нескрещиваемости при отдаленной гибридизации. Способы преодоления нескрещиваемости при отдаленной гибридизации. Работы И.В.Мичурина по преодолению нескрещиваемости у плодовых культур (метод посредника, опыление смесью пыльцы, метод предварительного вегетативного сближения). Особенности отдаленных гибридов в первом и последующих гибридных поколениях. Преодоление бесплодия отдаленных гибридов. Особенности формообразовательных процессов у отдаленных гибридов. Интрогрессия генов при отдаленной гибридизации. Геномный анализ. Культура протопластов.

11. ИНБРИДИНГ И ГЕТЕРОЗИС

Понятие об аутобридинге и инбридинге. Генетическая сущность инбридинга. Кэффициент инбридинга как мера степени инбридинга. Увеличение кэффициента инбридинга в ряду поколений при различных типах родственных скрещиваний. Инбридинг у перекрестноопыляющихся культур. Инбредный минимум. Инцухт линии растений. Инбридинг у человека. Факторы, определяющие высокие частоты родственных браков.

Понятие о гетерозисе. Генетические гипотезы гетерозиса (гипотеза доминирования, гипотеза сверхдоминирования, гипотеза генетического баланса, гипотеза компенсационного комплекса генов ) Гипотеза доминирования и ее генетическое обоснование. Закономерности проявления гетерозиса во втором гибридном поколении. Гипотеза сверхдоминирования и ее генетическое обоснование. Примеры моногенного гетерозиса: дополнительное действие аллелей, альтернативные пути синтеза, синтез оптимального количества определенного вещества. Использование явлений инбридинга и гетерозиса в практике.

12. ГЕНЕТИКА ОНТОГЕНЕЗА

Онтогенез – наследственно детерминированная программа развития особи. Стабильность генома и дифференциальная активность генов в процессе индивидуального развития. Эффекты экспрессии генов на стадии эмбриогенеза. Амплификация генов. Тканеспецифическая активность генов. Плейотропное действие генов в онтогенезе. Взаимодействие генов , определяющее становление признаков в онтогенезе. Взаимоотношения клеток в морфогенезе. Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции. Изменение транскрипции в онтогенезе. Механизмы дифференциальной транскрипции.Контроль экспрессии генов на уровне процессинга РНК, трансляции. Альтернативные пути сплайсинга. Механизмы трансляционной регуляции. Посттрансляционная активация и инактивация белков. Генетический контроль мейоза. Апоптоз.

13. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОПУЛЯЦИЯХ

Понятие о популяциях.Определение частот генов и соотношений генотипов в популяциях. Установление доли гетерозигот. Вычисление частот генов на основе формулы Харди-Вайнбергера. Соотношения в популяциях по генам, сцепленным с полом. Элементарные процессы эволюции. Изменение генетической структуры популяции в результате отбора. Изменение частот гена при полном доминировании. Изменение частот гена при отсутствии доминирования. Изменение частот гена при сверхдоминировании. Генетико-автоматические процессы в популяции (случайный дрейф генов). Миграции и их влияние на структуру популяции. Факторы изоляции популяции. Понятие о генетическом грузе. Генетический гомеостаз популяций.


Вернуться в меню

 

Эмблема СПбГУ

ОБЩАЯ ГЕНЕТИКА,
программа вступительного экзамена в аспирантуру
по кафедре генетики и селекции Санкт-Петербургского государственного университета

Составитель: академик РАН, проф. С.Г. Инге-Вечтомов

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и методы генетики. Предмет генетики: наследственность и изменчивость как двуединое свойство живых систем. Представление о "конвариантной редупликации" (Н.В.Тимофеев-Ресовский). Признаки и гены. Влияние среды на реализацию наследственной информации: представление о модификациях.

Место генетики в биологии и системе естественных наук как дисциплины исследующей универсальные биологические свойства (наследственность, изменчивость) и оперирующей дискретными единицами наследственности - генами. Генетика как точная наука. ДНК - носитель наследственной информации.

Методы генетики. Метод генетического (гибридологического) анализа и Г.Мендель как его создатель. Математический метод, применяемый для построения и доказательства гипотез Цитологический, химический (биохимический), физические и физико-химические методы в изучении материальной природы генов, хромосом и экспрессии генетической информации. Методы смежных биологических дисциплин. Гибридологический, цитологический методы и мутационная теория как основы генетики. Структура генетики. Представление о методологии генной инженерии и биотехнологии. Модельные объекты генетики.

Применение генетики в селекции, медицине, рациональном использовании природных ресурсов, охране среды обитания человека и других живых существ. Представление о генетических ресурсах.

НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ

Принципы гибридологического анализа, сформулированные Г.Менделем. Законы Менделя. Единообразие гибридов первого поколения (правило доминирования). Закон расщепления Закон независимого наследования. Генетическая символика. Понятия: признак, фенотип, генотип, зигота, гамета, гомо- и гетерозигота, доминантность, рецессивность, ген, фен, аллеломорфы (аллели).

Моногибридное скрещивание. Расщепление по генотипу и фенотипу при полном и неполном доминировании. Анализирующее скрещивание. Статистический характер расщепления на зиготическом и гаметическом уровнях. Необходимые методы вариационной статистики. Тетрадный анализ и доказательство реальности мейотического расщепления 2А:2а.

Полигибридное скрещивание. Закон независимого наследования на примере дигибридного скрещивания. Расщепление во втором поколении гибридов и в анализирующем скрещивании. Представление о комбинативной изменчивости. Число типов гамет, классов в расщеплении по генотипу и фенотипу в полигибридных скрещиваниях. Необходимость генетического анализа для определения степени гибридности скрещивания. Необходимые и достаточные условия реализации законов Менделя.

Принципы У. Бэтсона как вариант обобщения менделевской феноменологии, принцип присутствия-отсутствия и правило чистоты гамет.

Механизмы, лежащие в основе законов Менделя. Законы наследования и действия генов. Мейоз и оплодотворение как основа законов расщепления и независимого наследования. Концепция элементарных признаков – фенов - моногибридное расщепление, проявление на молекулярном уровне.

Закон единообразия гибридов первого поколения как закон действия гена. Проблема механизмов доминирования. Полное и неполное доминирование, кодоминирование, взаимодействие аллелей. Множественный аллелизм. Межаллельная комплементация Действие и взаимодействие белков - генных продуктов. Взаимодействие доменов и принцип присутствия-отсутствия сегодня.

Взаимодействие генов. Комплементарность. Использование комплементарности in vivo и in vitro для изучения молекулярных механизмов биологических процессов. Эпистаз (супрессия). Полимерия (кумулятивная и некумулятивная). Генетика количественных признаков. Относительность классификации генных взаимодействий. Возможные механизмы взаимодействия генов и что же взаимодействует в действительности. Модификации дигибридного расщепления в зависимости от характера взаимодействия генов. Плейотропное действие гена. Гены-модификаторы. Экспрессивность, пенетрантность. Геном как система взаимодействующих генов. Генотип и норма реакции. Использование мутантов с суженной нормой реакции для изучения незаменимых генов.

МАТЕРИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Цитологические основы наследственности

Митоз и мейоз как основные типы клеточных делений у эукариот. Непрерывный ряд воспроизведения клеток, хромосом, макромолекул (Р. Вирхов, Л. Мастер, Н.К. Кольцов и др. ) Параллелизм поведения менделевских факторов (генов) и хромосом в мейозе и при оплодотворении (У. Сэттон).

Митоз, фазы митоза. Строение метафазных хромосом. Центромера (первичная перетяжка), ядрышковый организатор (вторичная перетяжка), теломера, эухроматин, гетерохроматин. Спутничные хромосомы. А- и В-хромосомы. Гигантские хромосомы двукрылых. Кариотип.

Клеточный цикл. Цикл спирализации-деспирализации хромосом. Хроматин. Нуклеосомы. Компактизация хроматина Генетический контроль клеточного цикла и митоза.

Мейоз и его значение в сохранении стабильности кариотипа Фазы мейоза. Особенности профазы I. Синапсис. Генетический контроль мейоза Сравнение митоза и мейоза. Их значение в вегетативном и половом размножении.

Химические основы наследственности.

Химический состав хромосом. Доказательства роли ДНК в наследственности Трансформация и природа трансформирующего агента. Размножение бактериофагов. Правило Чаргаффа и коэффициент видовой специфичности ДНК. Мутагенез под действием ультрафиолетового света и аналогов оснований. Содержание ДНК на клетку и плоидность. Строение ДНК. Модель Уотсона-Крика как основа репликации, мутагенеза и специфичности генов. РНК как генетический материал некоторых вирусов.

ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Сцепление и кроссинговер. Ядерная теория и хромосомная гипотеза наследственности. Пророчество У. Сэттона. Первые примеры частичного сцепления Исследования школы Т.Х.Моргана и обоснование хромосомной теории хромосомный механизм определения пола, сцепление с полом, крисс-кросс наследование, нерасхождение хромосом в мейозе и митозе, гинандроморфы и мозаики, сцепление и кроссинговер у дрозофилы.

Картирование генов в группах сцепления (хромосомах). Зависимость частот кроссинговера от пола и способа его определения. Картирование по трем точкам. Рекомбинантные и нерекомбинантные классы. Аддитивность частот кроссинговера и построение карт групп сцепления. Линейность групп сцепления и совпадение их числа с гаплоидным числом хромосом. Колинеарность групп сцепления и цитологических карт хромосом

Хромосомный механизм рекомбинации. Гипотезы разрыв-слияние, конверсия, копии по выбору. Цитологическая демонстрация кроссинговера у дрозофилы (К.Штерн) и кукурузы (Б.МакКлинток). Доказательство физических обменов при рекомбинации у бактериофага ?, (М. Мезельсон и Дж. Уэйгл). Взаимодействие обменов. Положительная хромосомная (хиазменная) интерференция. Понятие коинциденции. Учет множественных обменов и картирующая функция. Хиазмы. Значение синапсиса хромосом. Роль синаптонемного комплекса в гомологичной рекомбинации и хромосомной интерференции.

Кроссинговер на стадии четырех хроматид в тетрадном анализе моногибридного скрещивания у Neurospora crassa. Кроссинговер на участке ген-центромера. Тетрадный анализ кроссинговера в тригибридном скрещивании. Отсутствие хроматидной интерференции Проблема сестринских обменов.

Влияние внешних факторов и генотипа на частоту кроссинговера Изменчивость частот рекомбинации и относительное постоянство расположения генов в хромосомах и группах сцепления Понятие синтении и эволюционная консервативность некоторых блоков хромосом

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Репликация. Доказательство полуконсервативного механизма репликации (М. Мезельсон и Ф.Сталь). Физический принцип равновесного центрифугирования в градиенте плотности. Репликация однонитевых вирусов и другие вариации на тему полуконсервативной репликации. Полуконсервативная репликация хромосом. Репликация in vitro открытие бактериальной ДНК-полимеразы I (А. Корнберг) Проблема истинной репликазы. ДНК-полимеразы II и III Еsherichia coli. Понятие матрицы и затравки Проблема инициации репликации РНК-затравки (праймеры). Значение генетических методов в исследовании репликации in vitro и in vivo. Что происходит в вилке репликации. Физические, топологические и химические проблемы Двунаправленность репликонов. Понятие реплисомы (Б. Альбертc) и сложность белковых комплексов репликации Лидирующая и отстающая нити ДНК. Фрагменты Оказаки. Репликативная и корректорская функции аппарата репликации. Сравнение репликации у про- и эукариот. Множественность ДНК-полимераз. Разная точность репликации.

Необходимые и достаточные свойства хромосомы. Нуклеотидная последовательность центромер, теломер, репликаторов. Искусственные хромосомы Их использование в геномных проектах.

Репарация. Проблема стабильности генетического материала. Двойная спираль ДНК как резерв обеспечения ее стабильности Основные типы повреждений и репарации ДНК. Контрольные точки (checkpoints) клеточного цикла. "Лицензирование" однократной репликации. Координированный ответ на повреждение клетки ("стресс"-реакция) и ее генетического материала (репарация) Значение окислительного стресса и путь сигнальной трансдукции. Апоптоз у млекопитающих. Белок Р53. Действие ультрафиолетового света и образование циклобутановых димеров. Фотореактивация. Эксцизионная репарация. Эксцизия оснований и нуклеотидов Апуриновые и апиримидиновые сайты. ДНК-гликозилазы. Репарация по механизму "режь-латай" ("cut-n-patch"). Репаративный синтез ДНК. Связь репарации и транскрипции.

Репарация ДНК, несущей неспаренные основания (mismatch repair). Плейотропия генов, контролирующих этот процесс.

SOS-репарация, или репарация, склонная к ошибкам как источник мутаций Репликация в обход повреждений. Связь репарации и рекомбинации. Репарация ДНК с двойными разрывами.

Молекулярный механизм гомологичной рекомбинации. Явление конверсии у дрожжей (К. Линдегрен) и нейроспоры (М. Митчелл). Соотношения 3:1 и 1:3; 2:6, 6:2, 5:3, 3:5 в тетрадах. Характеристики конверсии, молекулярная точность, конверсия участка, корреляция конверсии и реципрокной рекомбинации. Соотношение конверсии, ко-конверсии и реципрокной рекомбинации на коротких участках. Разрешение парадокса "высокой отрицательной интерференции" Гипотеза копий по выбору, объясняющая нереципрокные продукты рекомбинации у бактериофагов.

Молекулярная модель рекомбинации Р. Холлидэя и др. Роль одно- и двунитевых разрывов в ДНК Образование гетеродуплексов Миграция ветвей и изомеризация полухиазмы. Разрешение полухиазмы. Два типа разрывов и конверсия без кроссинговера и с кроссинговером. Коррекция гетеродуплексов до и после репликации продуктов мейоза у нейроспоры. Постмейотическое расщепление и гены pms.

Энзимология рекомбинации у бактерии Е. coli. Белки RecA, Ssb, RecBCD и др. Связь с репликацией и репарацией. Значение хи-сайта. Сопоставление с эукариотическими системами.

Рекомбинация в широком смысле. Митотический кроссинговер между геном и центромерой у дрозофилы (К. Штерн). Стадия четырех нитей и два варианта расхождения кроссоверных хроматид.

Сайт-специфическая рекомбинация у бактериофага. Линейная структура генома фаговой частицы и его циклизация в клетке Липкие концы. Инфекционный цикл и лизогения. Понятие плазмиды. Структура att-сайта в геномах фага и бактерии Рекомбинация-интеграция и эксцизия Их генетический контроль. Понятие профага. Аналогичные процессы при инверсиях в геноме бактериофага ?u и 2мкм плазмиде дрожжей, вариации жгутиковых антигенов у Salmonella typhimurium и др. Сайт-специфическая рекомбинация генов иммуноглобулинов.

Транспозиции. Контролирующие элементы кукурузы (Б. МакКлинток), мигрирующие генетические элементы дрозофилы. Структура транспозонов и механизмы транспозиции Ретротранспозоны.

Рекомбинационные перестройки генома гомеологическая рекомбинация и незаконная рекомбинация без гомологии.

РАЗНООБРАЗИЕ И ЕДИНСТВО ГЕНЕТИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ

Процессы, ведущие к рекомбинации.
Генетический смысл жизненных циклов - процессы ведущие к рекомбинации. Типы жизненных циклов Смена гапло- и диплофазы. Детерминация половых различий и типов несовместимости. Связанные с этим особенности генетического анализа.

Высшие эукариоты. Животные. Типы определения пола: хромосомный, гапло-диплоидный, эпигенетический. Балансовая теория определения пола на примере дрозофилы. Дозовая компенсация. Пол-определяющая роль Y-хромосомы у человека. Соматический мозаицизм женского пола у человека и животных. Сперматогенез и овогенез в сравнительном аспекте. Оплодотворение у разных объектов. Роль цитоплазмы Анизогамия. Геномный импринтинг.

Растения. Стадии спорофита и гаметофита. Двудомность, однодомность, гермафродитизм. Половые хромосомы. Макроспорогенез. Развитие зародышевого мешка. Микроспорогенез. Макро- и микрогаметогенез. Двойное оплодотворение. Ксении. Системы несовместимости.

Нерегулярные типы полового размножения. Амфимиксис и апомиксис. Партеногенез (гаплоидный и диплоидный), гиногенез, андрогенез. Объяснение результатов Г.Менделя в экспериментах с ястребинками. Проблема однородительского размножения и клонирование млекопитающих Проблема геномного импринтинга. Низшие эукариоты. Признаки у микроорганизмов (низших эукариот). Жизненные циклы, типы спаривания и типы несовместимости у грибов на примере S.cerevisiae, N.crassa и др. Анизо- и изогамия у грибов. Цитогамия и кариогамия. Гетерокарионы. Тетрадный анализ моно- и дигибридное скрещивания. Типы тетрад. Кроссинговер между геном и центромерой как условие появления тетратипа. Понятия редукции по центромерам и по факторам при первом и втором делении мейоза. Картирующие функции в тетрадном анализе. Определение сцепления генов с центромерами и между собой.

Парасексуальный цикл: слияние вегетативных гиф и гетерокариоз, слияние ядер и диплоидизация, митотический кроссинговер и гаплоидизация. Цитодукция. Картирование генов по отношению к центромерам. Определение групп сцепления. Идентификация нехромосомных детерминант.

Жизненные циклы зеленых водорослей на примере Chlamydomonas reinhardtii. Изогамия и функциональная анизогамия. Наследование пластид. Возможности тетрадного анализа. Конъюгация простейших.

Прокариоты. Проблема гибридизации у бактерий. Конъюгация, E. coli (Дж.Ледерберг и Э.Тейтем) Принципы планирования эксперимента. Характеристика процесса и продуктов конъюгации: половые типы, фактор F, гаплоидность продуктов конъюгации, инфекционность фактора F, полярность переноса генетического материала, последовательность переноса генов, отношения эписомы - фактора F и. бактериальной "хромосомы" Доноры с высокой частотой рекомбинации – Hfr. Круговая группа сцепления. Кольцевая "хромосома". Конъюгация и репликация. Картирование генов по частотам рекомбинации и по времени переноса при конъюгации. Сексдукция.

Трансформация. Компетентность. Размер трансформирующего фрагмента.

Трансформация в природе и эксперименте у разных видов бактерий Картирование на коротких расстояниях.

Трансдукция. Типы трансдукции: общая, или неспецифическая, специфическая, или профагосцепленная, абортивная. Специфическая трансдукция на примере бактериофага X и E.coli. Соотношение и генетический контроль литического и лизогенного путей. Аберрантная эксцизия профага и образование трансдуцирующих частиц. Размеры трансдуцируемого фрагмента. Возможности генетического анализа при конъюгации, трансформации и трансдукции.

Рекомбинация бактериофагов. Классификация и строение бактериофагов. Признаки. Совместная инфекция бактериальной клетки частицами фагов разного генотипа: доминирование, комплементарность и рекомбинация

НЕХРОМОСОМНОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ

Пластидная наследственность. Открытие "цитоплазматического" наследования пестролистности у растений (К.Корренс, Э.Бауэр). Разные результаты реципрокных скрещиваний Материнский и отцовский типы наследования Передача пластид при оплодотворении. Структура пластидного генома.

Митохондриальная наследственность Цитоплазматическая мужская стерильность у растений. Наследование через митохондрии. Ядерные гены -восстановители фертильности. Практическое значение. Вегетативные (митохондриальные) и генеративные (ядерные) мутанты дрожжей неспособные к дыханию, сравнение наследования признака в тетрадном анализе. Структура и мутации митохондриального генома дрожжей и других объектов.

Клеточные органеллы, содержащие ДНК как носители наследственной информации. Симбиогенетическая гипотеза происхождения эукариотической клетки (А.С.Фаминцын): pro и contra. Инфекционная наследственность: бактерии и вирусы-симбионты эукариотических клеток. Парамеции-убийцы, дрожжи-убийцы, дрозофила, чувствительная к углекислоте и т. д. Между хромосомным и нехромосомным наследованием: ретровирусы (на примере ВИЧ) и ретротранспозоны. Критерии нехромосомного наследования

Цитоплазматическая наследственность: предетерминация цитоплазмы, прионы.

Единство генетической организации. Генная и клеточная инженерия. Разнообразие проявления основных генетических закономерностей. Моно- и полигибридные расщепления на гаметическом и зиготическом уровнях, в случайной выборке гамет и в тетрадном анализе, у эукариот, прокариот и вирусов. Универсальные свойства генетического материала: относительная стабильность, дискретность, линейность, непрерывность. ДНК как универсальный носитель генетической информации.

Клеточная инженерия

Элементы парасексуального цикла у разных объектов. Культура соматических клеток растений и животных. Реконструкция клеток. Возможность регенерации растений из отдельных клеток Внутривидовая и межвидовая гибридизация соматических клеток растений и животных. Гибридизация соматических клеток в генетике человека.

Генная инженерия

Векторная трансформация про- и эукариот. Типы векторов Генная инженерия в природе система генетической колонизации почвенные бактерии - высшие растения. Получение генов: синтез, выделение и клонирование. Эндонуклеазы рестрикции Банки (библиотеки) генов. Количественные и качественные характеристики: вероятность клонирования всего генома, идентификация искомого гена по экспрессии, гибридизации с ДНК-зондом, иммунологическая идентификация белков-генных продуктов, сайт-направленный мутагенез и т.д. Основные приемы генной инженерии, полимеразная цепная реакция, рестрикционное картирование, секвенирование ДНК, слияние генов и репортерные гены, обратная транскрипция и банки генов на основе к-ДНК, двугибридные системы, ДНК-фингерпринт. Биотехнология и практическое применение генной инженерии. Трансгеноз, создание продуцентов, «генетически модифицированные» организмы, генодиагностика и генотерапия, криминалистика, установление родства. Проект «Геном человека» и другие геномные проекты. Геномика.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Типы изменчивости: наследственная, ненаследственная (модификационная), комбинативная, мутационная, онтогенетическая, эпигенетическая. Их значение в эволюции и обеспечении адаптивной стратегии видов. Условность классификации типов изменчивости. Типы изменчивости генетического материала (типы мутаций).

Изменчивость кариотипа

Полиплоидия и анеуплоидия. Понятие генома прежде и теперь. Кариотип и идеограмма. Стабильность и изменчивость числа хромосом в эволюции и онтогенезе. Эндомитотическая полиллоидизация. Автополиплоидия. Полиплоидные ряды. Методы полиплоидизации: индуцированная полиплоидия у растений, получение полиплоидных серий у дрожжей путем гибридизации. Проблема полиплоидии у животных Фенотипические характеристики полиплоидов. Оптимальная плоидность. Сбалансированные и несбалансированные полиплоиды. Мейоз и генетический анализ у автополиплоидов. Конъюгация и расхождение хромосом Представление о двойной редукции. Картирование генов к центромерам. Аллополиплоидия. Объединение геномов, стерильность и восстановление фертильности при автополиплоидизации на примере Raphanobrassica (Г.Д.Карпеченко) Природные аллополиплоиды. Гомология и гомеология. Геномный анализ.

Анеуплоидия, или гетероплоидия. Полисомия, моносомия, нуллисомия. В-хромосомы. Фенотипическое проявление Генетический анализ анеуплоидов. Линии с дополненными и замешенными хромосомами. Использование в селекции. Ржано-пшеничные гибриды. Triticale. Гаплоидия.

Хромосомные перестройки: внутрихромосомные (дефишенси, делеции, дупликации, инверсии), межхромосомные (транслокации, транспозиции). Хромосомный полиморфизм Фенотипический эффект перестроек. Использование нехваток в генетическом анализе. Дупликации и эффект дозы (Ваr). Неравный кроссинговер Амплификация генов как путь адаптации. Инверсии: парацентрические и перицентрические. Множественные инверсии. Конъюгация инвертированных и нормальных хромосом Кроссинговер в инверсиях и его последствия. Транслокации Конъюгация и варианты расхождения хромосом в мейозе. Совместимые и несовместимые транслокационные комплексы. Робертсоновские транслокации. Транспозиции. Роль мигрирующих элементов в транспозиции генов Эффект положения в результате перестроек. Рекомбинационный механизм хромосомных перестроек. Хромосомные перестройки и видообразование

Мутационный процесс

Мутационная теория Коржинского-де Фриза. Теория мутационного процесса. Проблема определения мутации. Генные мутации: транзиции, трансверсии, вставки и выпадения нуклеотидов, внутригенные перестройки. Спонтанные и индуцированные мутации Открытие индуцированного мутационного процесса (Г.А.Надсон и Г С Филиппов, Г.Дж. Меллер). Принцип попадания (К. Циммер, М. Дельбрюк, Н.В. Тимофеев-Ресовский) и физиологическая гипотеза мутационного процесса - мутации и репарация (М.Е. Лобашев). Химический мутагенез (М.Н. Мейссель, В.В. Сахаров, М.Е. Лобашев, И.А. Рапопорт, Ш. Ауэрбах). Методы учета мутаций в половых хромосомах и аутосомах у дрозофилы. Учет мутаций у самонесовместимых видов растений Учет индуцированных и спонтанных мутаций у микроорганизмов. Флуктуационный тест. Мутации как ошибки репликации, репарации и рекомбинации. Связь с транскрипцией Проблема первичных и пред мутационных изменений генетического материала. Генетический контроль мутационного процесса: гены (мутации)-мутаторы и антимутаторы. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И.Вавилова. Проблема относительного постоянства частоты спонтанных мутаций у гаплоидных микроорганизмов (Дж. Дрейк). Проблема адаптивного мутагенеза.

ГЕН

Структура и функция гена

Теория гена Формирование представлений о гене (В.Л. Иоганссен). Теория гена Т.Х.Моргана: ген как единица мутации, рекомбинации и функции Критерии аллелизма. Представление о гене в зависимости от разрешающей способности генетического анализа. Ступенчатый аллелизм у дрозофилы и центровая теория гена (А.С.Серебровский, Н.П.Дубинин). Псевдоаллелизм. Один ген - один фермент (Дж.Бидл и Э.Тейтем) Тонкая структура гена у бактериофага. Метод перекрывающихся делеций для внутригенного картирования. Сопоставление молекулярной и генетической размерности гена (С Бензер). Современные представления о критериях аллелизма и их относительность. Матричные процессы: репликация, транскрипция, трансляция как основа воспроизведения и действия гена. Матричный принцип и Центральная догма молекулярной биологии. Перекрывающиеся гены бактериофагов. Мозаичные и разорванные гены эукариот. Интроны, экзоны, сплайсинг. Молекулярная биология гена.

Генетический код. Колинеарность структур: гена и кодируемого им белка. Теоретическая постановка проблемы кода. Экспериментальное определение свойств кода (Ф.Крик и др.). Использование мутационной системы фага Т4. Мутагенез под действием профлавина. Взаимодействие вставок и выпадений пар оснований. Расшифровка кодонов in vitro (М.Ниренберг и Дж-Маттей, С. Очоа, Г.Корана). Таблица кода и реальные кодоны в структурных генах Квазиуниверсальность кода: вариации в митохондриях и цитоплазме некоторых эукариот.

Действие гена. Транскрипция. Ее основные этапы. м-РНК как переносчик генетической информации к рибосомам. Время жизни м-РНК, структура. Трансляция (синтез белка) как основной этап выражения генной дискретности. Основные этапы и молекулы - участники трансляции Роль тРНК и правила взаимодействия кодонов и антикодонов Рибосомы. Сигналы инициации и терминации трансляции. Генетический контроль транскрипции и трансляции.

Регуляция действия гена

Уровни регуляции экспрессии генов. Адаптивные и конститутивные ферменты Регуляция транскрипции: теория оперона прокариот (Ф.Жакоб и Ж.Моно). Компоненты системы негативной регуляции на примере индуцибельной системы 1ас-оперона E.coli: промотор, оператор и др. Структурные гены Ген-регулятор. Репрессоры и эффекторы. Репрессибельная система His-оперона S.typhimurium. Позитивная регуляция оперонов. Роль циклического АМФ. Акцепторная зона. Механизм аттенюации. Регуляция транскрипции у эукариот, отсутствие оперонов. Консенсус-последовательности ДНК для сложной системы взаимодействия регуляторных белков Определение жизни мРНК. Полиаденилирование. Регуляция на уровне структуры хроматина: энхансеры (усилители) и сайленсеры (глушители). Интерференция. Регуляция экспрессии стабильных мРНК на уровне трансляции. Пост-транскрипционная регуляция.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ В ОНТОГЕНЕЗЕ

Онтогенетическая изменчивость. Детерминация и дифференцировка. Проблема тотипотентности соматических клеток и вопрос об онтогенетической изменчивости генетического материала. Трансплантация ядер на ранних стадиях эмбриогенеза (Г.Дриш). Пересадка ядер соматических клеток в энуклеированные яйцеклетки амфибий (Дж.Гердон). Детерминация имагинальных дисков дрозофилы. Пересадки и культивирование имагинальных дисков. Трансдетерминация. Гомеозисные мутанты Гомеодомены. Позиционная информация.

Картирование бластодермы с использованием мозаиков. Генетический контроль пространственной детерминации эмбриона.

Проблема элементарного признака в онтогенезе. Генетические модели индивидуального развития Каскадный механизм регуляции развития. Эпигенетическая наследственность и изменчивость. Запрограммированная гибель клеток (апоптоз).

Перестройки генов в онтогенезе. Дифференцировка иммуноглобулинов млекопитающих. Трансформация типов спаривания у гомоталличных дрожжей S.cerevisiae. Поверхностные антигены трипаносом.

Модификационная изменчивость

Модификации - ненаследуемые изменения. Модификации как выражение нормы реакции Типы модификаций: адаптивные модификации, морфозы, фенокопии и фенотипическая супрессия. Длительные модификации.

Механизмы модификаций Стресс и неспецифические адаптации. Тепловой шок SOS-репарация Случайные флуктуации в экспрессии гена: проявление мутации (tetraptera у дрозофилы (Б.Л. Астауров). Фенотипическое проявление ненаследуемых первичных повреждений генов как источник модификаций. Прионные заболевания как результат модификаций вторичной и третичной структуры белка. Парадокс"белковой наследственности" и механизм эпигенетической наследственности/изменчивости. Взаимосвязь модификационной и наследственной изменчивости.

Мутагенный и рекомбиногенный эффект стресса у мышей. Онтогенетические адаптации и мутагенез. Значение модификаций в медицине и сельском хозяйстве. Эволюционная роль модификаций как проба адаптивной нормы реакции и мутации-генокопии (Е.И. Лукин).

ГЕНЕТИКА И ЭВОЛЮЦИЯ

Генетические основы эволюции

Основы синтетической теории эволюции. Эволюционные теории Ж.Б. Ламарка и Ч. Дарвина. Определенная и неопределенная изменчивость. Учение В.Л. Иоганнсена о чистых линиях и доказательство неэффективности отбора модификаций. Дарвинизм и менделизм: от противопоставления к синтезу. Макро- и микроэволюция (Ю.А. Филипченко). Генетика популяций. Популяция - единица эволюционного процесса. Генофонд, частоты генотипов и частоты аллелей. Закон Харди -Вайнберга. Генетическая гетерогенность популяций: полиморфизм и средняя гетерозиготность. Элементарное эволюционное событие - изменение частот аллелей в популяции Факторы динамики популяций: отбор (типы отбора), мутационный процесс, поток генов, волны жизни и дрейф генов, инбридинг, изоляция.

Эволюция генетического материала

Сравнительная молекулярная биология гена Разнообразие генов: "простые" и сложные, автономные и собранные в опероны, перекрывающиеся и неперекрывающиеся, сплошные и мозаичные Сопоставление про- и эукариот. Основные тенденции в эволюции гена; автономизация, олигомеризация, появление мозаичной структуры. Перекрывающиеся гены и паразитическая специализация вирусов. Эволюция регуляторных систем. Возможная роль транспозонов Появление хроматина, митоза, мейоза.

Молекулярные основы эволюции. Замены нуклеотидов и аминокислот в эволюции гомологичных генов и белков Синонимическая эволюция. Коварионы (У.Фитч, Е.Марголиаш) Концепция нейтральной эволюции (М. Кимура, Дж.Кинг, Т. Джукс) или как не возникают новые гены. Молекулярные часы эволюции (Э. Цукеркандл и Л. Полинг). Эволюция путем дупликаций и дивергенции копий или как возникают новые гены (С. Оно). Псевдогены. Модульный принцип молекулярной эволюции. Молекулярная филогенетика. Организация и эволюция генома. Концепция «минимального генома» Геном и образ жизни (свободноживущие организмы, паразиты). Механизмы эволюции генов.

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

Методы генетики человека. Биосоциальная сущность человека. Человек как объект генетики Признаки, гены и условные обозначения в родословных. Генеалогический метод. Наследование доминантных, рецессивных, аутосомных и сцепленных с полом признаков. Близнецовый метод (Ф Гальтон). Однояйцевые и разнояйцевые близнецы (ОБ и РБ). Проблема наследственности и среды в проявлении признаков. Конкордантность и дискордантность Цитогенетический метод. Кариотип человека. Дифференциальная окраска хромосом. Половой хроматин Гибридизация соматических клеток. Геном человека. Цитологический метод в криминалистике, медицине и спорте. Популяционный метод. Полиморфизм человеческих популяций. Частоты аллелей. Генетические последствия близкородственных браков Мутационный процесс Оценка частот мутирования. Проблема отбора. Методы смежных биологических наук в генетике человека. Генетика народонаселения. Геногеография и пространственная структура генофонда человека. Человеческие расы и этнические группы. Биологическая и сигнальная (М.Е.Лобашев) наследственность.

Медицинская генетика. Генетический груз Генетическая компонента заболеваний. Факторы риска Наследственные болезни метаболизма. Молекулярные болезни. Моногенные и полигенные заболевания. Хромосомные болезни. Аномалии половых хромосом Синдромы Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера Аномалии аутосом. Синдром Дауна и др. Диагностика наследственных заболеваний. Пренатальная диагностика. Выявление гетерозиготного носительства. Генодиагностика. Проблема лечения наследственных заболеваний. Генотерапия. Евгеника Медико-генетическое консультирование. Проблема генетической паспортизации.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ

Предмет селекции, ее цели и задачи. Селекционные принципы в использовании биологических ресурсов рыболовство, охотничье и лесное хозяйство. Сорт, порода, штамм. Модели пород и сортов. Значение исходного материала и использование мировых генетических ресурсов. Генетические коллекции. Селекция на приспособленность к промышленной технологии. Генетическое конструирование хозяйственно ценных признаков. Качественные и количественные признаки Наследуемость. Типы отбора: на провокационном фоне, массовый, индивидуальный, сиб-селекция Типы скрещиваний: инбридинг и аутбридинг. Инбредная депрессия и гетерозис Механизмы гетерозиса и проблема его закрепления Двойные межлинейные гибриды кукурузы Использование ЦМС. Синтетические популяции. Значение генетических методов в селекции растений, животных и микроорганизмов. Клонирование, мутагенез, гибридизация, гетерозис, гаплоидия и полиплоидия, отдаленная гибридизация. Сигнальные маркеры. Перспективные методы селекции Культура соматических клеток и тканей растений Методы клеточной и генной инженерии. Трансплантация эмбрионов животных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Заключительный обзор всего курса, подчеркивающий логику изложения материала, соподчинение разделов и акценты на ключевых явлениях, методах и механизмах генетических процессов.


Вернуться в меню

 

рисунок

ПРОГРАММА-МИНИМУМ
кандидатского экзамена по специальности 03.02.07 - «Генетика»
по биологическим и медицинским наукам

ВВЕДЕНИЕ

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии по биологическим наукам при участии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.
Основу программы составляют как ставшие классическими наблюдения ученых конца XIX начала XX вв. по наследованию признаков и их молекулярному детерминированию, так и современные сведения о природе генов и механизмах их функционирования.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Предмет генетики. Истоки генетики. Понятия: ген, генотип, фенотип, мутации. Место генетики среди биологических наук. Истоки генетики. Роль отечественных ученых в развитии генетики и селекции (Н.И. Вавилов, А.С. Серебровский, Н.К. Кольцов, Ю. А. Филипченко, С.С. Четвериков и др.).

Место генетики среди биологических наук. Значение генетики для решения задач селекции, медицины, биотехнологии, экологии.

2. МАТЕРИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Понятие о генетической информации. Доказательства роли ядра и хромосом в явлениях наследственности. Локализация генов в хромосомах. Роль цитоплазматических факторов в передаче наследственной ин формации.

Деление клетки и воспроизведение. Митотический цикл и фазы митоза. Мейоз и образование гамет. Конъюгация хромосом. Редукция числа хромосом. Генетическая роль митоза и мейоза, Кариотип. Парность хромосом в соматических клетках. Гомологичные хромосомы. Специфичность морфологии и числа хромосом.

Молекулярные основы наследственности. Истоки биохимической генетики. Концепция «один ген - один полипептид». Белок как элементарный признак.

Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот (трансформация у бактерий, опыты с вирусами). Структура ДНК и РНК. Модель ДНК Уотсона и Крика. Функции нуклеиновых кислот в реализации генетической информации: репликация, транскрипция и трансляция. Методологическое значение принципа передачи генетической информации: ДНК-РНК-белок. Свойства генетического кода. Доказательства триплетности кода. Расшифровка кодонов. Вырожденность кода. Терминирующие кодоны. Понятие о генетической супрессии. Универсальность кода.

Строение хромосом: хроматида, хромомеры, эухроматические и гетерохроматические районы хромосом. Изменения в организации морфологии хромосом в ходе митоза и мейоза. Репликация хромосом. Политения. Онтогенетическая изменчивость хромосом. Молекулярная организация хромосом прокариот и эукариот. Компоненты хроматина: ДНК, РНК, гистоны, другие белки. Уровни упаковки хроматина, нуклеосомы.

3. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Основные закономерности наследования. Цели и принципы генетического анализа. Методы: гибридологический, мутационный, цитогенетический, генеалогический, популяционный, близнецовый, биохимический.

Основы гибридологического метода: выбор объекта, отбор материала для скрещиваний, анализ признаков, применение статистического метода. Разрешающая способность гибридологического метода. Генетическая символика.

3.1. МОНОГИБРИДНЫЕ И ПОЛИГИБРИДНЫЕ СКРЕЩИВАНИЯ

Закономерности наследования при моногибридном скрещивании, открытые Г. Менделем: единообразие гибридов первого поколения, расщепление во втором поколении. Представление Г. Менделя о дискретной наследственности (факториальная гипотеза).

Представление об аллелях и их взаимодействиях: полное и неполное доминирование, кодоминирование. Закон «чистоты гамет». Гомозиготность и гетерозиготность. Анализирующее скрещивание, анализ типов и анализ соотношения гамет у гибридов. Расщепление по фенотипу и генотипу во втором поколении и анализирующем скрещивании при моногенном контроле признака и разных типах аллельных взаимодействий (3:1, 1:2, 1:1).

Относительный характер доминирования. Возможные биохимические механизмы доминирования.

Закономерности наследования в ди- и полигибридных скрещиваниях при моногенном контроле каждого признака: единообразие первого поколения и расщепление во втором поколении. Закон независимого наследования генов. Статистический характер расщеплений. Общая формула расщеплений при независимом наследовании. Значение мейоза и независимого наследования. Условия осуществления «менделевских» расщеплений.

Отклонения от «менделевских» расщеплений при ди- и полигенном контроле признаков. Неаллельные взаимодействия: комплементарность, эпистаз, полимерия. Биохимические основы неаллельных взаимодействий.

Особенности наследования количественных признаков (полигенное наследование). Использование статистических методов при изучении количественных признаков.

Представление о генотипе как сложной системе аллельных и неаллельных взаимодействий генов. Плейотропное действие генов. Пенетрантность и экспрессивность.

 

3.2. ХРОМОСОМНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛА И
НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ, СЦЕПЛЕННЫХ С ПОЛОМ

Половые хромосомы, гомо- и гетерогаметный пол; типы хромо сомного определения пола. Наследование признаков, сцепленных с по лом. Значение реципрокных скрещиваний для изучения сцепленных с полом признаков. Наследование при нерасхождении половых хромосом. Балансовая теория определения пола. Гинандроморфизм.

3.3. СЦЕПЛЕННОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ И КРОССИНГОВЕР

Значение работ школы Т. Моргана в изучении сцепленного наследования признаков. Особенности наследования при сцеплении. Группы сцепления.

Кроссинговер. Доказательства происхождения кроссинговера в мейозе и митозе на стадии четырех нитей. Значение анализирующего скрещивания и тетрадного анализа при изучении кроссинговера. Цитологические доказательства кроссинговера.

Множественные перекресты. Интерференция. Линейное расположение генов в хромосомах. Основные положения хромосомной теории наследственности по Т. Моргану.

Генетические карты, принцип их построения у эукариот. Использование данных цитогенетического анализа для локализации генов. Цитологические карты хромосом. Митотический кроссинговер и его использование для картирования хромосом. Построение физических карт хромосом с помощью методов молекулярной биологии.

3.4. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ У ПРОКАРИОТ

Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация генетического аппарата у бактерий. Представление о плазмидах, эписомах и мигрирующих генетических элементах (инсерционные последовательности, транспозоны).

Методы, применяемые в генетическом анализе у бактерий и бактериофагов: клональный анализ, метод селективных сред, метод отпечатков и др. Особенности процессов, ведущих к рекомбинации у прокариот. Конъюгация у бактерий: половой фактор кишечной палочки. Методы генетического картирования при конъюгации. Кольцевая карта хромосом прокариот. Генетическая рекомбинация при трансформации. Трансдукция у бактерий. Общая и специфическая трансдукция. Использование транс формации и трансдукции для картирования генов.

4. ВНЕЯДЕРНОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ

Закономерности нехромосомного наследования, отличие от хромосомного наследования. Методы изучения: реципрокные, возвратные и поглощающие скрещивания, метод трансплантации, биохимические методы.

Материнский аффект цитоплазмы. Наследование завитка у моллюсков. Пластидная наследственность. Наследование пестролистности у растений. Наследование устойчивости к антибиотикам у хламидомонады. Митохондриальная наследственность. Наследование дыхательной недостаточности у дрожжей.

Взаимодействие ядерных и внеядерных генов. Цитоплазматическая мужская стерильность у растений.

Инфекционные факторы в неядерной наследственности. Наследование каппа-частиц у парамеций при разных способах размножения (при нормальной и продленной конъюгации, при аутогамии). Наследование сигма-фактора у дрозофилы.

Плазмидное наследование. Свойства плазмид: трансмиссивность, несовместимость, детерминирование признаков устойчивости к антибиотикам и другим лекарственным препаратам, образование колицинов и др. Использование плазмид в генетических исследованиях.

Значение изучения нехромосомного наследования в понимании проблем эволюции клеток высших организмов, происхождения клеточных органелл (пластид и митохондрий). Эндосимбиоз.

5. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Понятие о наследственной и ненаследственной (модификационной) изменчивости. Формирование признаков как результат взаимодействия генотипа и факторов среды. Норма реакции генотипа. Адаптивный характер модификаций. Комбинативная изменчивость, механизм ее возникновения, роль в эволюции и селекции.

Геномные изменения: полиплоидия, анеуплоидия. Автополиплоиды, особенности мейоза и характер наследования. Аллополиплоиды. Амфидиплоидия как механизм возникновения плодовитых аллополиплоидов. Роль полиплоидии в эволюции и селекции. Анеуплоидия: нуллисомики, моносомики, полисомики, их использование в генетическом анализе. Особенности мейоза и образования гамет у анеуплоидов, их жизнеспособность и плодовитость.

Хромосомные перестройки. Внутри- и межхромосомные перестройки; делеции, дупликации, инверсии, транслокации, транспозиции. Механизмы их возникновения, использование в генетическом анализе для локализации отдельных генов и составления генетических карт. Особенности мейоза при различных типах перестроек.

Классификация генных мутаций. Представление о прямых и обратных, генеративных и соматических, адаптивных и нейтральных, летальных и условно летальных, ядерных и неядерных, спонтанных и индуцированных мутациях. Общая характеристика молекулярной природы возникновения генных мутаций: замена оснований; выпадение или вставка оснований (нонсенс, миссенс и фрэймшифт типа). Роль мобильных генетических элементов в возникновении генных мутаций и хромосомных перестроек.

Спонтанный и индуцированный мутационный процесс. Количественная оценка частот возникновения мутаций. Многоэтапность и генетический контроль мутационного процесса. Радиационный мутагенез: генетические эффекты ионизирующего излучения и УФ-лучей. Закономерности «доза–эффект». Химический мутагенез. Особенности мутагенного действия химических агентов. Факторы, модифицирующие мутационный процесс. Антимутагены. Мутагены окружающей среды и методы их тестирования

6. ТЕОРИЯ ГЕНА. СТРУКТУРА ГЕНОМА

Представление школы Моргана о строении и функции гена. Функциональный и рекомбинационный критерии аллелизма. Множественный аллелизм. Мутационная и рекомбинационная делимость гена. Работы школы Серебровского по ступенчатому аллелизму. Псевдоаллелизм. Функциональный тест на аллелизм (цис-транс-тест).

Исследование тонкой структуры гена на примере фага Т4 (Бензер). Сопоставление физических и генетических размеров единиц карты для установления размеров гена и минимальной единицы мутирования и рекомбинации. Ген как единица функции (цистрон). Явление межаллельной комплементации, относительность критериев аллелизма. Молекулярно-генетические подходы в исследовании тонкого строения генов. Перекрывание генов в одном участке ДНК. Интрон-экзонная организация генов эукариот, сплайсинг. Структурная организация генома эукариот. Классификация повторяющихся элементов генома. Семейства генов. Псевдогены. Регуляторные элементы генома. Молекулярно-генетические методы картирования генома. Проблемы происхождения и молекулярной эволюции генов. Понятие о структурной, функциональной и эволюционной геномике.

7. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Преемственность проблем «классической» и молекулярной генетики. Мутационные модели.

Генетический контроль и молекулярные механизмы репликации. Полуконсервативный способ репликации ДНК. Полигенный контроль процесса репликации. Схема событий в вилке репликации. Понятие о репликоне. Особенности организации и репликации хромосом эукариот. Системы рестрикции и модификации. Рестрикционные эндонуклеазы.

Проблемы стабильности генетического материала. Типы структурных повреждений в ДНК и репарационные процессы. Генетический контроль и механизмы эксцизионной и пострепликативной репарации, репарация неспаренных оснований, репаративный синтез ДНК. Роль репарационных систем в обеспечении генетических процессов. Нарушения в процессах репарации как причина наследственных молекулярных болезней.

Рекомбинация: гомологический кроссинговер, сайт-специфическая рекомбинация, транспозиции. Доказательство механизма общей рекомбинации по схеме «разрыв - воссоединение». Молекулярная модель рекомбинации по Холлидею. Генная конверсия. Сайт-специфическая рекомбинация: схема интеграции и исключения ДНК фага 1. Генетический контроль и механизмы процессов транспозиции.

Генетический контроль мутационного процесса. Связь мутабильности с функциями аппарата репликации. Механизмы спонтанного мутагенеза; гены мутаторы и антимутаторы. Механизмы действия аналогов оснований, азотистой кислоты, акридиновых красителей, алкилирующих агентов. Понятие о мутагенных индуцибельных путях репарации; УФ-мутагенез. Мутагенез, опосредованный через процессы рекомбинации. Механизмы автономной нестабильности генома, роль мобильных генетических элементов.

Молекулярные механизмы регуляции действия генов. Регуляция транскрипции на уровне промотора, функций РНК-полимеразы. Принципы негативного и позитивного контроля. Системная регуляция; роль циклической АМФ и гуанозинтрифосфата. Оперонные системы регуляции (теория Жакоба и Моно). Генетический анализ лактозного оперона. Регуляция транскрипции на уровне терминации на примере триптофанового оперона.

Принципы регуляции действия генов у эукариот. Транскрипционно активный хроматин. Регуляторная роль гистонов, негистоновых белков, гормонов. Особенности организации промоторной области у эукариот. Посттранскрипционный уровень регуляции синтеза белков. Роль мигрирующих генетических элементов в регуляции генного действия.

8. ГЕНЕТИКА РАЗВИТИЯ

Онтогенез как реализация наследственно детерминированной про граммы развития. Стабильность генома и дифференциальная активность генов в ходе индивидуального развития. Первичная дифференцировка цитоплазмы, действие генов в раннем эмбриогенезе, амплификация генов. Роль гомейозисных генов в онтогенезе. Опыты по трансплантации ядер. Методы клонирования генетически идентичных организмов.

Тканеспецифическая активность генов. Функциональные изменения хромосом в онтогенезе (пуффы, «ламповые щетки»); роль гормонов, эмбриональных индукторов.

Факторы, определяющие становление признаков в онтогенезе: плейотропное действие генов, взаимодействие генов и клеток, детерминация. Компенсация дозы генов. Взаимоотношения клеток в морфогенезе.

Генетика соматических клеток. Гетерокарионы. Применение метода соматической гибридизации для изучения процессов дифференцировки и для генетического картирования. Химерные (аллофенные) животные. Совместимость и несовместимость тканей. Генетика иммунитета. Онкогены, онкобелки. Генетический контроль дифференцировки пола. Роль генов Y -хромосомы в определении мужского пола у млекопитающих. Мутации, переопределяющие пол в ходе онтогенеза. Гормональное переопределение пола.

9. ОСНОВЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Задачи и методология генетической инженерии. Методы выделения и синтеза генов. Понятие о векторах. Векторы на основе плазмид и ДНК фагов. Геномные библиотеки. Способы получения рекомбинантных молекул ДНК, методы клонирования генов. Проблема экспрессии гетерологических генов. Получение с помощью генетической инженерии транс генных организмов.

Векторы эукариот. Дрожжи как объекты генетической инженерии. Основы генетической инженерии растений и животных: трансформация клеток высших организмов, введение генов в зародышевые и соматические клетки животных. Проблемы генотерапии. Значение генетической инженерии для решения задач биотехнологии, сельского хозяйства, медицины и различных отраслей народного хозяйства. Использование методов генетической инженерии для изучения фундаментальных проблем генетики и других биологических наук. Социальные аспекты генетической инженерии.

10. ПОПУЛЯЦИОННАЯ И ЭВОЛЮЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА

Понятие о виде и популяции. Популяция как естественно - историческая структура. Понятие о частотах генов и генотипов. Математические модели в популяционной генетике. Закон Харди-Вайнберга, возможности его применения. С.С. Четвериков - основоположник экспериментальной популяционной генетики.

Генетическая гетерогенность популяций. Методы изучения при родных популяций. Факторы динамики генетического состава популяции (дрейф генов), мутационный процесс, межпопуляционные миграции, действие отбора. Взаимодействие факторов динамики генетической структуры в природных популяциях. Понятие о внутрипопуляционном генетическом полиморфизме и генетическом грузе. Естественный отбор как направляющий фактор эволюции популяций. Понятие о приспособленности и коэффициенте отбора. Формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный. Роль генетических факторов в эволюции.

Молекулярно-генетические основы эволюции. Задачи геносистематики. Значение генетики популяций для медицинской генетики, селекции, решения проблем сохранения генофонда и биологического разнообразия.

11. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ

Предмет и методология селекции. Генетика как теоретическая ос нова селекции. Учение об исходном материале. Центры происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову. Понятие о породе, сорте, штамме. Сохранение генофонда ценных культурных и диких форм растений и животных.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости (Н.И. Вавилова). Значение наследственной изменчивости организмов для селекционного процесса и эволюции.

Роль частной генетики отдельных видов организмов в селекции. Использование индуцированных мутаций и комбинативной изменчивости в селекции растений, животных и микроорганизмов. Роль полиплоидии в повышении продуктивности растений.

Системы скрещиваний в селекции растений и животных. Аутбридинг. Инбридинг. Коэффициент инбридинга – показатель степени гомозиготности организмов. Линейная селекция. Отдаленная гибридизация. Особенности межвидовой и межродовой гибридизации; скрещиваемость, фертильность и особенности расщепления у гибридов. Пути преодоления нескрещиваемости.

Явление гетерозиса и его генетические механизмы. Использование простых и двойных межлинейных гибридов в растениеводстве и животноводстве. Производство гибридных семян на основе цитоплазматической мужской стерильности. Коэффициенты наследуемости и повторяемости и их использование в селекционном процессе. Методы отбора: индивидуальный и массовый отбор. Отбор по фенотипу и генотипу (оценка по родословной и качеству потомства). Сибселекция. Влияние условий внешней среды на эффективность отбора. Перспективы методов генетической и клеточной инженерии в селекции и биотехнологии.

12. ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

Особенности человека как объекта генетических исследований. Методы изучения генетики человека: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимический, онтогенетический, популяционный. Использование метода гибридизации соматических клеток для генетического картирования. Изучение структуры и активности генома человека с помощью методов молекулярной генетики. Программа «Геном человека». Проблемы геногеографии.

Проблемы медицинской генетики. Врожденные и наследственные болезни, их распространение в человеческих популяциях. Хромосомные и генные болезни. Болезни с наследственной предрасположенностью. Скрининг генных дефектов. Использование биохимических методов для выявления гетерозиготных носителей и диагностики наследственных заболеваний. Причины возникновения наследственных и врожденных заболеваний. Генетическая опасность радиации и химических веществ. Генотоксикология. Перспективы лечения наследственных болезней. Задачи медико - генетических консультаций. Роль генетических и социальных факторов в эволюции человека.


 

СПИСОК ПРОГРАММ

 

Система Orphus

 

Это не генетика.
Но знать нужно.

 

Счётчик посещений RevolverMaps удалён по причине некорректной работы