Ветеринарная генетика

1. Предмет и задачи генетики. Связь генетики с другими науками. Ветеринарная генетика.

Генетика — наука о законах  наследственности и изменчивости организмов. Генетика изучает два свойства живых  организмов – наследственность и  изменчивость. Наследственность –  свойство родительских особей передавать свои признаки и особенности развития следующему поколению. Она обеспечивает материальную и функциональную приемственность  между поколениями родственных  организмов. Наряду с наследственностью организмам присуща изменчивость. Изменчивость -  свойство организмов изменяться под действием наследственных и ненаследственных факторов.

Основные задачи генетики:

• Изучение механизма изменения гена, контроль образования различных признаков и свойств организма;
• Разработка методов конструирования наследственной программы живых организмов, борьбы с наследственными болезнями, повышения продуктивности животных и урожайность растений.

Важнейшая задача ветеринарной генетики — разработка методов управления наследственностью и наследственной изменчивостью для получения нужных человеку форм  жизни.

2. Генетика – наука о наследственности и изменчивости. Ядерная и цитоплазматическая наследственность. Наследственная и ненаследственная изменчивость.

В зависимости от того, ядру или  цитоплазме пренадлежит ведущая  роль в передаче конкретного признака, различают ядерную (хромосомную) или  цитоплазматическую наследственность (внеядерную, внехромосомную). Практически  наследование всех признаков, за редким исключением, определяется ядерной  наследственностью; наследственная информация о развитии признака закодирована в  молекулах ДНК, находящихся в  хромосомах ядра клетки. Цитоплазматическая наследственность определяется генами, локализованными в ДНК соответствующих органоидов клетки – митохондрий, пластид и др. Я. и ц. изменчивость объединяют понятием «истинная наследственность»,т.к проявление признака контролируется собственными генами данной особи. Ложная – обусловлена генами, локализованными в ДНК возбудителей болезней (бактерий, вирусов).

Изменчивость может быть наследственной – онтогенетической (изменение в  процессе индивидуального развития), комбинативной (перекомбинация генов), мутационной, коррелятивной – и  не наследственной – модификационной.

3. Методы генетических исследований: цитологический, гибридологический, моносомный, генеалогический, близнецовый, мутационный, популяционно-статистический, феногенетический, биометрический, метод моделирования.
1. Цитологический – изуч. явления наследственности на клеточном уровне.
2. Гибридологический – изуч. Наследование признаков путем скрещивания заранее подобранных родительских особей, различающихся по 1-3 альтернативным признакам,наследование которых изучается.
3. Моносомный – изуч. в какой хромосоме локализованы соответствующие гены.
4. Генеалогический – изуч. наследование признаку по анализу родословной.
5. Близнецовый – изуч. влияние определенных факторов среды.
6. Мутационный – изуч. характер влияния мутагенных факторов на ген аппарат клетки.
7. Популяционно-статистический – изуч. явлений наследственности в популяциях.
8. Феногенетический – изуч. степень влияния генов и условий среды на развитие изучаемых свойств и признаков в онтогенезе.
9. Биометрический – опред. степень достоверности полученных данных.
10. Моделирование – применяется в области ген. инженерии и молек. генетике.

4. Основные этапы развития генетики

В истории генетики можно выделить три основных периода.

Два из них, продолжавшиеся с 1900 по 1953 г., составляют эпоху классической генетики. Третий период, начавшийся после 1953 Г.открыл эпоху молекулярной генетики.

• Первый период (1900-1910 гг.) в развитии генетики. связан с утверждением открытий Г. Менделя: В этот период закономерности наследования признаков изучают на уровне целостного организма и не связывают с какими-либо материальными структурами клетки.
• Второй период (1911-1953 гг.) связан с установлением материальных основ наследственности. В это время стали пользоваться цитологическими методами. Было установлено, что наследственные факторы находятся в клетке. Изучение наследственности поднялось на более высокий уровень.
• Третий период в развитии генетики, начавшийся после 1953 г., связан с использованием методов и принципов исследований точных наук; химии, физики, кибернетики и т. д. Стали широко применять электронную микроскопию рентгеноструктурный анализ, чистые препараты витаминов ферментов и аминокислот и т. д. В это время существенно изменились объекты генетических исследований. Стали изучать микроорганизмы - грибы и бактерии, а также вирусы, отличающиеся быстрым размножением, что позволило получать в эксперименте в короткие сроки сотни и тысячи поколений со многими миллионами и миллиардами особей в каждом. Это резко расширило возможности генетического анализа, создало условия для решения таких задач, которые раньше казались неразрешимыми.

5. Актуальные проблемы и практические достижения генетики

Достижения генетики:

1). Первое – это возможность работать с изолированными генами. Она получена благодаря выделению гена в чистом виде и синтезу его. Значение этого открытия трудно переоценить. Важно подчеркнуть, что для синтеза гена применяют разные методы, т.е. уже имеется выбор, когда речь пойдет о таком сложном механизме как человек.

2). Второе достижение – это доказательство включения чужеродной информации в геном, а также функционирования его в клетках высших животных и человека. Материалы для этого открытия накапливались из разных экспериментальных подходов. Прежде всего, это многочисленные исследования в области вирусогенетической теории возникновения злокачественных опухолей, включая обнаружение синтеза ДНК на РНК-матрице.

На основе генетических исследований возникли новые области знания (молекулярная биология, молекулярная генетика), соответствующие  биотехнологии (такие, как генная инженерия) и методы (например, полимеразная цепная реакция), позволяющие выделять и  синтезировать нуклеотидные последовательности, встраивать их в геном, получать гибридные  ДНК со свойствами, не существовавшими  в природе. Получены многие препараты, без которых уже немыслима  медицина. Разработаны принципы выведения  трансгенных растений и животных, обладающих признаками разных видов. Стало  возможным характеризовать особей по многим полиморфным ДНК-маркерам: микросателлитам, нуклеотидным последовательностям  и др. Большинство молекулярно-биологических  методов не требуют гибридологического анализа. Однако при исследовании признаков, анализе маркеров и картировании генов этот классический метод генетики все еще необходим.

Как и любая другая наука, генетика была и остается оружием недобросовестных ученых и политиков. Такая ее ветвь, как евгеника, согласно которой развитие человека полностью определяется его  генотипом, послужила основой для  создания в 1930–1960-е годы расовых  теорий и программ стерилизации. Напротив, отрицание роли генов и принятие идеи о доминирующей роли среды привело  к прекращению генетических исследований в СССР с конца 1940-х до середины 1960-х годов. Сейчас возникают экологические  и этические проблемы в связи  с работами по созданию «химер» –  трансгенных растений и животных, «копированию» животных путем пересадки  клеточного ядра в оплодотворенную  яйцеклетку, генетической «паспортизации»  людей и т.п. В ведущих державах мира принимаются законы, ставящие целью предотвратить нежелательные  последствия таких работ.

Современная генетика обеспечила новые  возможности для исследования деятельности организма: с помощью индуцированных мутаций можно выключать и  включать почти любые физиологические  процессы, прерывать биосинтез белков в клетке, изменять морфогенез, останавливать  развитие на определенной стадии. Мы теперь можем глубже исследовать популяционные  и эволюционные процессы, изучать  наследственные болезни, проблему раковых  заболеваний и многое другое. В  последние годы бурное развитие молекулярно-биологических  подходов и методов позволило  генетикам не только расшифровать геномы многих организмов, но и конструировать живые существа с заданными свойствами. Таким образом, генетика открывает  пути моделирования биологических  процессов и способствует тому, что  биология после длительного периода  дробления на отдельные дисциплины вступает в эпоху объединения  и синтеза знаний.

6. Клеточное строение живых организмов. Положения клеточной теории.

Прокариоты.

Этим клеткам свойственны малые  размеры. Они покрыты цитоплазматической мембраной. Вместо клеточного ядра в этих клетках имеется эквивалент  - нуклеоид, состоящий из одной молекулы ДНК в виде кольцевой хромосомы. В основном в-ве цитоплазмы прокариотов находятся многочисленные рибосомы, но у них нет митохондрий и некоторых других органелл,характерных для эукариотов.

Эукариоты.

Клетка организована сложнее.Покрыта  цитоплазматической мембраной, которая  играет важную роль в регулировании  состава клеточного содержимого. Имеется  ядро – небольшое шаровидное или  овальное тельце, содержащее  гены, определяющие признаки данного организма. В полужидком в-ве ядра (кариоплазме) имеется строго определенное число  вытянутых нитевидных образований  – хромосом. В ядре имеются сферические тельца – ядрышки, участвующие в синтезе рибосом. В эукариотической клетке имеются специфические органеллы:

1. Эндоплазматическая сеть ( гладкая и шероховатая) – синтез липидов и белков;
2. Рибосомы – синтез белка;
3. Митохондрии – синтез атф;
4. Аппарат Гольджи – синтез лизосом;
5. Лизосомы – пищеварение;
6. Вакуоли;
7. Центриоли – образуют  веретено деления;
8. Цитоскелет – форма клетки;
9. Пластиды – фотосинтез

Положения клеточной теории:

• Клетка является основной структурной и функциональной единицей жизни;
• Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям.
• Все новые клетки образуются при делении исходных клеток.

7. Митоз

Митоз обеспечивает равномерное распределение хроматина между дочерними клетками. Митоз состоит из кариогенеза – деление ядра, цитогенеза – деление цитоплазмы. Выделяют 2 основные стадии: интерфаза и собственный митоз. В интерфазе происходит накопление белка, РНК и других продуктов; синтезируется ДНК и происходит самоудвоение хромосом; продолжается синтез ДНК и белков и накапливается энергия. Профаза – хромосомы – клубок длинных тонких хроматиновых нитей, разрушается ядрышко, нити веретена прикрепляются к центриолям, которые разделились и находятся на противоположных полюсах клетки, ядерная оболочка клетки разрушаются. Метафаза (материнская звезда) – утолщение, спирализация хромосом, перемещение их в экваториальную полость клетки. Анафаза (дочерняя звезда) – разделение, удвоение хромосом на хроматиды, которые расходятся к противоположным полюсам клетки. Телофаза – сестринские хроматиды достигают противоположных полюсов и деспирализуются – 2 дочерних ядра, происходит деление цитоплазмы, образование оболочек клеток.

Значение: точное распределение хромосом между 2 дочерними клетками; сохраняется  преемственность хромосомного набора в ряду клеточных поколений и  полноценность генетической информации каждой клетки.

8. Мейоз

Мейоз (деления созревания, период созревания), этап в образовании  половых клеток; состоит из двух последовательных делений исходной диплоидной клетки (содержат два набора хромосом – 2n) и формирования четырёх  гаплоидных половых клеток, или гамет (содержат по одному набору хромосом – n). Уменьшение (редукция) числа хромосом (2nn) происходит за счёт того, что на два деления приходится лишь одно удвоение (репликация) хромосомного материала. При оплодотворении гаплоидные гаметы – яйцеклетка и сперматозоид –  сливаются и диплоидное число  хромосом, характерное для каждого  вида, восстанавливается (n + n2n).

В главных чертах мейоз прапотекает сходно у разных групп организмов и у особей женского и мужского пола. Два следующих друг за другом деления первичной половой клетки обозначаются как мейоз I и мейоз II. Подобно делению соматических клеток – митозу, и мейоз I, и мейоз II состоят из четырёх основных стадий – профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Вступающая в мейоз клетка диплоидна, а каждая хромосома содержит удвоенное количество ДНК. В первом мейотическом делении особенно сложна и длительна профаза I (у человека она занимает 22,5 сут). Важная особенность расхождения хромосом заключается в том, что любая, отцовская или материнская, хромосома из гомологичной пары может отойти к любому из полюсов независимо от того, как расходятся хромосомы других пар. Это означает, что число возможных сочетаний хромосом в дочерних клетках обычно очень велико: 2n, где n – число хромосомных пар (у человека – 223). Так происходит ещё одно перемешивание родительского генетического материала – рекомбинация хромосом.

После мейоза I обычно сразу или  после короткой интерфазы, во время  которой удвоение хромосом не происходит, следует мейоз II. Это деление аналогично митозу с той разницей, что делятся  гаплоидные клетки. В анафа-зе II сестринские  хроматиды разделяются и, став хромосомами, расходятся к полюсам. Число хромосом и количество ДНК приходят в соответствие, и мейоз II завершается образованием четырёх гаплоидных гамет, каждая из которых несёт уникальный генетический материал. У самок, однако, лишь одна из четырёх гамет – яйцеклетка, способная к оплодотворению.

Мейоз – один из ключевых биологических  процессов. Его значение состоит  в поддержании в поколениях постоянства  хромосомных наборов (кариотипов), т. е. в обеспечении наследственности, и в создании новых сочетаний  отцовских и материнских генов, т. е. в обеспечении генотипической изменчивости.

9. Гаметогенез

Гаметогенез - процесс образования  гамет. Гаметы - половые, или репродуктивные, клетки организмов, обеспечивающие при слиянии развитие новой особи и передачу наследственных признаков от родителей потомкам.

Гаметы у животных образуются в  особых органах – гонадах (половых  железах): яйца в яичнике, спермии  в семеннике.

Диплоидные клетки, из которых развиваются  гаметы, называют оогониями и смерматогониями. Их быстрое размножение приводит к образованию огромного кол-ва клеток. Клетки растут, причем так называемые ооциты I порядка значительно больше, чем сперматоциты I порядка. Затем одно за другим происходят два деления созревания: сначаларедукционное, в результате которого образуются сперматоциты и ооциты II порядка, а потом эквационное (редко употребляемый синоним митоза).