Гибридологический метод, його сутність і значення

Для початку варто дати визначення генетики - це наука про мінливість і спадковість організмів. Відмітна особливість біології ХХ століття - її розвиток. Генетика (біологія) вивчає закони мінливості і спадковості, які лежать в основі процесу еволюції людської діяльності стосовно створення нових порід тварин (домашніх) і сортів культурних рослин (це встановив Ч. Дарвін).

Інтерпретація спадковості і мінливості за Дарвіном

Згідно з його твердженням, перше - це певна властивість організму, яке виступає визначальним в передачі його ознак, особливостей розвитку наступних поколінь. Саме тому всі особини одного виду схожі. Спадковість дозволяє рослинам, мікроорганізмам і тваринам зберігати характерні риси породи (сорту, виду) з покоління в покоління.

Успадкування ознак протікає через розмноження. У процесі статевого розмноження нові покоління з`являються після запліднення. Основи спадковості (матеріальні) знаходяться в статевих клітинах. Якщо розмноження безстатеве або вегетативне, то нове покоління «дозріває» або з простих одноклітинних спор, або зі складних багатоклітинних утворень. Зв`язок поколінь при даних формах розмноження також здійснюється за допомогою клітин, що мають матеріальні основи даної спадковості.

Мінливість - це, точно так само як і спадковість, властивість організму, але яке дозволяє йому набувати зовсім нові ознаки в ході індивідуального розвитку. Саме через неї особини одного виду розрізняються.

Таким чином, мінливість і спадковість - протилежні, проте взаємопов`язані властивості певного організму (завдяки спадковості забезпечується однорідність виду, а мінливості - його неоднорідність).

генетичні методи

Як і будь-яка інша наука, генетика (біологія) має свої специфічні методи дослідження. Їх всього дев`ять, а саме:

1. генеалогічний (за допомогою аналізу родоводів дає можливість визначити конкретний тип успадкування ознаки: рецесивний, або домінантний, або аутосомний, або зчеплений з підлогою, а також його полі- або моногенность). З його допомогою можна спрогнозувати ступінь ймовірності прояви досліджуваної ознаки у нащадків (попередження спадкових захворювань).

2. Близнюковий (дослідження закономірностей процесу успадкування ознак у одно-, двуяйцових близнюків). Даний метод дозволяє визначити спадковий характер конкретної ознаки, встановити пенетрантность алелі, виявити ступінь ефективності впливу на організм ряду зовнішній чинників (навчання, лікарських препаратів, виховання).

3. дерматогліфічний (вивчення гребішковою візерунків на шкірі долонь і пальців і згинальних борозен перших). Він найчастіше застосовується для встановлення батьківства.

4. Популяційно-статистичний (аналіз спадкових ознак великих груп населення в рамках одного або декількох поколінь). За допомогою нього розраховується частота прояву в популяції різноманітних алелів гена, а також генотипів цих алелей, і визначається ступінь поширення різного роду спадкових ознак, включаючи захворювання.

5. Біохімічний (визначається структура зміненого білка або його кількість, виявляється наявність дефектних ферментів або проміжних продуктів процесу обміну речовин в таких позаклітинних рідинах, як кров, сеча, піт і ін.). Завдяки цьому методу можна діагностувати спадкові обмінні дефекти.

6. Цитогенетичний (вивчення нормального людського каріотипу, діагностика спадкових захворювань, які пов`язані з хромосомними і геномних мутаціями, дослідження мутагенного дії різного роду хімічних засобів, інсектицидів, лікарських препаратів, пестицидів та ін.).

7. Метод моделювання (дослідження людських хвороб на тварин). Основа - закон Вавилова щодо гомологічних рядів спадкової мінливості. За допомогою даного методу стає можливим моделювання біологічних функцій, процесів, структур на різних рівнях організації організму: субклітинному, органо-системному, для популяції биоценотическом, молекулярному, клітинному, організмовому. Моделювання дозволяє експериментально вивчати механізми появи певного стану або захворювання, то, як воно протікає, його результат, а також надає можливість впливати на нього.

8. Імунологічний (вивчення сироватки крові та інших біологічних субстратів, що дозволяє виявити антитіла і антигени). При ВІЛ-інфекції, гепатитах, екзотичних інфекційних захворюваннях сам факт виявлення антитіл говорить про інфікування пацієнта, тобто цей метод має діагностичним значенням.

9. Гибридологический метод генетики (вивчення спадковості і мінливості соматичних клітин). Основа - їх розмноження в штучно створених умовах. Тут аналізуються генетичні процеси окремих клітин, а з урахуванням повноцінності генматеріала їх можна використовувати згодом для дослідження генетичних закономірностей всього організму в цілому. Застосування даного методу дозволило точно діагностувати ряд спадкових захворювань в рамках пренатального періоду.

Вище були перераховані основні методи генетики. У цій статті докладно буде розглянуто тільки останній.

Сутність гибридологического методу

Він був розроблений австрійським ботаніком і біологом Грегором Менделем. Даний метод дозволяє встановити закономірності успадкування окремого набору ознак при такому розмноженні організмів, як статеве.

Його сутність - проведення аналізу спадкування за окремим автономним ознаками, які передаються декільком поколінням, і точного кількісного обліку успадкування всіх альтернативних ознак і характеру потомства кожного окремо взятого гібрида. Він є основою сучасної генетики.

Перший закон Грегора Менделя

Він проводив свої досліди з таким самозапильних рослиною сімейства бобових, як горох. Для експерименту Мендель Грегор вибрав його жовті й зелені насіння. З огляду на те що горох розмножується самозапиленням, мінливість забарвлення не спостерігається в межах одного сорту. Прийнявши до уваги дане властивість, Мендель Грегор справив штучне запилення експериментального рослини за допомогою схрещування сортів, насіння яких відрізняються забарвленням.

Після закінчення експерименту було виявлено, що сорт материнської рослини не грає основної ролі. Гібриди рослин (насіння, отримані в результаті схрещування) першого покоління (F1) мали виключно жовтий окрас. Це говорило про те, що у них проявляється лише одна ознака (інший батьківський ознака відсутня). У зв`язку з цим непроявівшіеся ознаки у гібридів 1-го покоління біолог назвав рецесивними, а проявилися - домінантними (жовтий окрас насіння домінував над зеленим).

Мендель виявив так зване однаковість забарвлення гібридів 1-го покоління (вони мали ідентичну забарвлення).

Другий закон Грегора Менделя

Серед гібридів були і жовті, і зелені насіння (6022 шт. Жовтих, 2001. шт. Зелених, тобто 3/4 всіх гібридів мали жовте забарвлення). Таким чином, ставлення домінантної ознаки до рецесивним - 3: 1. Дане явище Мендель назвав розщеплення ознак.

Переваги даного методу

Питання стосовно подібності батьків і нащадків, а також природи постійно з`являються змін хвилювало не одне покоління людей. Першим почав пізнавати спадковість вже згаданий раніше знаменитий дослідник Г. Мендель. Саме він зміг окреслити значущі закони спадковості. Біолог виявив, що ознаки організмів встановлюються дискретними спадковими факторами. Його робота відрізнялася математичною точністю, але все ж вона була невідома 35 років.

знову відкриті закони Менделя стали поштовхом до стрімкого розвитку науки в області спадковості, мінливості організмів, яка отримала назву "генетика". У зв`язку з цим примітивні одиниці спадковості, які розташовуються в хромосомах, отримали назву "ген". Кожен окремий з них кодує тільки одну ланцюг (полипептидную). Комбінації одного гена називаються алелями. У процесі статевого розмноження гаплоидная клітина - гамета - містить лише одну варіацію генома (по 1-му аллелю кожного окремого гена). Вона має 2-ий набір хромосом (2 алелі кожного окремого гена).

Гибридологический метод вивчення спадковості має важливі особливості: спостереження відбувається за успадкуванням контрастних (альтернативних, взаємовиключних) ознак. Наприклад, зростання рослин: високі і низькі.

Друга особливість - точний кількісний облік пар альтернативних ознак у низці поколінь. Саме математична обробка отриманих даних дала можливість дослідникові визначити кількісні закономірності стосовно передачі аналізованих ознак. Як уже було згадано раніше, розглядається гибридологический метод ліг в основу сучасної генетики. Далі опишемо його особливості.

Гибридологический метод дослідження спадковості: відмінні риси

Їх три:

1. Ретельний підбір батьків, які повинні відрізнятися по 1-ої, 2-розум, 3-м і т. П. Парам альтернативних (контрастних) стабільних ознак.
2. Строгий (точний) кількісний облік закономірностей успадкування ознак серед гібридів.
3. Індивідуальна оцінка кожного потомства (від 2-х батьків) в ряду поколінь.

генетична символіка

Це перелік умовних термінів і назв, що застосовуються в певній галузі науки, в даному випадку генетики. Основи даної символіки були закладені всі тим же Г. Менделем (літерна символіка, що позначає ознаки).

Домінантні ознаки - великі літери латинського алфавіту (A, B та ін.), А рецесивні - малими (a, b і ін.). По суті, буквена символіка Менделя - алгебраїчна форма представлення його законів щодо успадкування ознак.

Дана символіка представлена в таблиці нижче.

Методи виведення другого покоління

Вони такі:

1. Метод з використанням решітки Паннета (двомірної таблиці, призначеної для встановлення сполучуваності алелів, які відбуваються з генотипів батьків і з`єднуються в процесі злиття батьківської та материнської гамет). Дана решітка була запропонована англійським біологом Реджинальдом Кранделлом Паннета в 1906 році.

З метою отримання всіляких комбінацій гамет і подальшого аналізу і фенотипів, і генотипів формується таблиця. По вертикалі (в її рядках) найчастіше розміщуються різновиди жіночих гамет разом з їх можливостями, а по горизонталі (в її шпальтах) - різновиди чоловічих гамет також разом з їх можливостями. Отримані значення в місцях перетину стовпців і рядків разом з перемноження перед цим можливостями гамет фіксують все генотипи, їх ймовірності появи.

2. Дихотомический метод (застосовується розщеплення 1: 2: 1 за генотипом в ситуації моногибридного схрещування гетерозигот по гену B і по гену A).

3. Математичний метод (алгебраїчний) - найзручніший. Він заснований на тому, що ймовірність виникнення будь-якого генотипу (в умовах моногибридного схрещування) - твір ймовірностей формування гамет, які беруть участь в заплідненні.

Третій закон Грегора Менделя

В результаті схрещування особин, які відрізняються за кількома альтернативними парам ознак, їх гени і відповідні ознаки успадковуються незалежно один від одного, а також комбінуються у всіляких поєднаннях.

Гибридологический метод вивчення спадковості в рамках дигибридного схрещування застосовувався Менделем до гомозиготних рослин гороху, які відрізнялися відразу по 2-розум парам ознак. Як уже було згадано раніше, у однієї рослини були гладкі насіння жовтого кольору, а в іншого - зелені зморшкуваті.

Як пам`ятається, все гібриди 1-го покоління вийшли жовтими і гладкими. Таким чином, цей колір виявився домінуючим щодо зеленого, а гладка форма - домінуючою над зморшкуватою.

Якщо позначити аллели жовтого забарвлення як A, а зеленого - a, гладку форму - B, а зморшкувату - b, то гени, які є визначальними для розвитку різних пар ознак, називаються неалельних і умовно позначаються латинськими літерами. Виходячи з цього, батьківські рослини мають генотипами aa bb і AA BB, а генотип відповідних гібридів F1 тоді буде Aa Bb (дігетерозіготним).

Гибридологический метод аналізу спадковості щодо другого покоління проявляється в наступному: після процесу самозапилення у гібридів F1 (відповідно до закону розщеплення) знову з`являться зелені зморшкуваті насіння. При ньому спостерігалися такі комбінації ознак, як 101 екземпляр жовтих зморшкуватих насіння, 315 - жовтих гладких, 32 - зелених зморшкуватих.

Гибридологический аналіз також застосовується з метою з`ясування поведінки кожної пари алелей в рамках потомства дигетерозиготи. Для цього доцільно проведення роздільного обліку по кожній парі ознак: за забарвленням і формою насіння. Серед 556 примірників насіння біологом отримано 133 шт. зморшкуватих, 433 шт. гладких, а також 140 шт. зелених насіння і 416 шт. жовтих. Отже, співвідношення рецесивних і домінантних форм по кожній окремій парі ознак говорить про моногибридном вигляді розщеплення за фенотипом 3: 1. Виходячи з цього, дигибридное розщеплення - два незалежно протікають моногібрідних розщеплення (вони ніби як накладаються один на одного).

Результат спостереження: окремі альтернативні пари відповідних ознак незалежно поводяться в рамках спадкування - третій закон Грегора Менделя.

Фізіологічні умови втілення законів Грегора Менделя

Вони такі:

1. Гибридологический метод (схрещування) здійснюється на диплоидном рівні.
2. Повинно бути відсутнім зчеплення (різні гени обов`язково повинні розміщуватися в хромосомах негомологічних).
3. Гибридологический метод. Досліджувані організми повинні мати непорушений процес мейозу і, як наслідок, еквівалентно ймовірне утворення гамет різних типів.
4. Чоловічі і жіночі статеві клітини всіх типів повинні дозрівати одночасно, що забезпечує еквівалентно ймовірне їх з`єднання в процесі запліднення.
5. Гибридологический метод повинен протікати у відсутності селективності процесу запліднення гамет всіх існуючих типів.
6. Повинна забезпечуватися рівноймовірної виживання жіночих і чоловічих гамет всіх можливих типів.
7. В процесі виживання всіляких генотипів зигот необхідно не допускати селективності.
8. Варто простежити за еквівалентно імовірною виживанням дорослих представників організмів.
9. Експерименти повинні обов`язково здійснюватися в умовах, що не перешкоджають нормальному розвитку досліджуваних ознак.
10. Необхідно забезпечити отримання щодо великої кількості особин в проведеному експерименті.

Наостанок варто відзначити, що методи генетики численні, однак центральне місце відводиться саме гибридологического. Його суть - гібридизація (схрещування) організмів, які відрізняються по 1-му або декільком ознаками, і подальший аналіз потомства. Гибридологический метод Менделя дозволяє проаналізувати закономірності мінливості і успадкування окремих властивостей і ознак організму в ході статевого розмноження, генів, їх комбінування.