Программа по курсу дисциплины «Генетика» Направление подготовки

По завершении изучения курса Генетики студент должен:

• 
  знать основные закономерности реализации генетического материала,
  
• 
  знать современные данные о строении и функционировании хромосом: различные степени укладки ДНК-белковой нити, нуклеосомы и их модификации, гистоновый код, кариотипы и идиограммы, различные типы интерфазных и митотических хромосом, гетерохроматин, эффект положения гена и диминуцию хроматина.
  
• 
  знать генетический контроль определения и развития пола,
  
• 
  знать закономерности реализации генетического материала на популяционом и эволюционном уровнях, иметь представление об инбридинге и гетерозисе.
  
• 
  иметь представление о возможностях, которые дает знание предмета «Генетика», методов генетического анализа в классическом (гибридологическом) и молекулярно-генетическом аспектах для выработки правильного научного общебиологического мировоззрения и для корректной и правильной постановки экспериментов материала.
  
• 
  иметь представление о структуре гена и генома в целом, о природе наследственной и ненаследственной изменчивости, о мутациях, о структуре ДНК и методах ее изучения, о методах клонирования и молекулярно-генетического анализа генов, методах получения трансгенных растений и животных, методов клонирования клеток и целых организмов.
  

Курс Общая генетика представляет собой изложение современных представлений генетики, представленных в недавно вышедшем учебном пособии И. Ф. Жимулева «Общая и молекулярная генетика», вышедшем вторым изданим в 2003 году в Сибирском Университетском издательстве (Новосибирск). Оно содержит основные главы современной генетики и отвечает всем современным требованиям к знанию генетики, принятым в России и за рубежом.

1. Биология развития дрозофилы. Разведение в культуре. Приёмы работы с дрозофилой.

2. Рассмотреть мух дикого типа, научиться различать самцов и самок.

3. Ознакомиться с различными линиями дрозофилы. Определить мутантный фенотип.

1. Постановка скрещиваний по теме «Наследование признаков, сцепленных с полом». Реципрокные скрещивания:

Задача 1. белоглазые самки х красноглазые самцы

Задача 2. красноглазые самки х белоглазые самцы

2. Понятия: аллель, доминирование, неполное доминирование, кодоминирование.

3. Решение задач по теме «Законы Менделя, моно- и дигибридное скрещивание». Проверка соответствия расщепления теоретическому с помощью критерия χ².

1. Постановка задачи «Функциональный тест на аллелизм»

Задача 3. белоглазые самки х самцы с абрикосовыми глазами;

Задача 4. белоглазые самки х самцы со стекловидными глазами.

3. В двух линиях подсчитать пенетрантность мутации dumpy. Объяснить различия.

4. Условия, при которых выполняются законы Менделя. Понятия пенетрантности и экспрессивности. Плейотропия, летали, субвитали.

5. Число гамет, генотипов, фенотипов при полном и неполном доминировании. Вывести формулу числа возможных комбинаций аллелей при множественном аллелизме.
Занятие 4.

1. Постановка задачи «Построение генетических карт. Кроссинговер».

2. Анализ F1 задач 1 и 2 на сцепление с полом. Подсчитать число самок и самцов, определить их генотип. Объединить данные по подгруппе, используя критерий χ², проверить соответствие расщеплению 1:1.

3. Задача на определение вероятности признака в родословных.

Понятия эпистаза, комплементарного взаимодействия, полимерии. Решение задач по теме «Полигибридное скрещивание. Взаимодействие между генами»
Занятие 5.

1. Понятия: мозаики, гинандроморфы. Линии с повышенной частотой потери хромосом. Постановка задачи 6 «Получение гинандроморфов».

2. Анализ F1 задач 3 и 4. Проанализировать расщепление по фенотипу. На основании фенотипа самок сделать выводы об аллелизме и доминировании или о комплементации до дикого типа.

3. Решение задач на взаимодействие генов, аллелизм, сцепление с полом.

1. Анализ F1 задачи 5. Поставить второе скрещивание.

2. Анализ F2 в задачах 1 и 2 «Наследование признаков, сцепленных с полом».

4. Контрольная по теме «Законы Менделя. Полигибридное скрещивание. Взаимодействие между генами»

2. Поставить новую задачу №7 «Мутагенез, метод Меллер 5».

3. Анализировать F1 в задаче на получение гинандроморфов. Всех гинандроморфов сдать преподавателю, культуру оставить на следующее занятие. Сфотографировать полученных мух.

4. Решение задач по теме «Признаки, сцепленные с полом, зависимые от пола, ограниченные полом. Генетическое определение пола».

2. Анализ F2 задачи «Кроссинговер. Построение генетических карт». Обработать и сравнить данные, полученные в паре и в подгруппе, с расстояниями генетической карты дрозофилы. Объяснить причины различий. Посчитать коэффициент коинциденции.

1. Поставить F2 в задаче на мутагенез – по 20 стаканов индивидуального анализа.

2. Коллоквиум по темам: менделизм, морганизм, системы определения пола.

3. Решение задач на рекомбинацию и сцепление. Понятия: частота рекомбинации, расстояние по генетической карте, рекомбинационные классы, реципрокные типы рекомбинантов, фазы притяжения и отталкивания. Рекомбинация у дрозофилы.

1. Поставить задачи «Эффект положения»- 2 скрещивания.

2. Коллоквиум «Генетика определения пола у дрозофилы и млекопитающих. Дозовая компенсация у дрозофилы и млекопитающих»

3. Решение задач по теме «Тетрадный анализ», «Количественные признаки» «Аллелизм».

2. Новая задача «Направленная экспрессия Gal4-UAS»

3. Анализ задачи на мутагенез. Собрать линии с леталями.

4. Решение задач по теме «Хромосомные перестройки», «Картирование генов с помощью хромосомных перестроек».

1. Соматический кроссинговер. Тест-система генетических мозаиков. Анализ препаратов крыльев с мозаичными пятнами.

3. Анализ задач «эффект положения»

4. Решение задач по теме «Полиплоидия, анэуплоидия. Хромосомные перестройки», «Картирование летальных мутаций, определение группы сцепления с помощью доминантных и рецессивных маркеров».

1. Анализ задачи «Направленная экспрессия Gal4-UAS»

2. Коллоквиум 2.

3. Решение задач по теме «Полиплоидия, анэуплоидия. Хромосомные перестройки», «Картирование летальных мутаций, определение группы сцепления с помощью доминантных и рецессивных маркеров».

1. Генетика развития дрозофилы. Посмотреть мутации Antennapedia, Bithorax.

2. Коллоквиум 3.

3. Решение задач по теме «Полиплоидия, анэуплоидия, картирование генов с помощью моносомных линий»

1. 
   Решение задач по теме «Генетика популяций. Соотношение Харди-Вайнберга».
   

1. 
   Наследование признаков, сцепленных с полом (2 задачи)
   
2. 
   Функциональный тест на аллелизм (2 задачи)
   
3. 
   Построение генетической карты Х-хромосомы по трем локусам.
   
4. 
   Учёт летальных мутаций в Х-хромосоме (метод «Меллер-5»)
   
5. 
   Получение генетических мозаиков и гинандроморфов.
   
6. 
   Изучение модификаторов эффекта положения мозаичного типа (2 задачи).
   
7. 
   Направленная экспрессия генов в системе GAL4-UAS
   

1. Классическая и молекулярная генетика, основные понятия:

Классическая и молекулярная генетика. Понятия признак, фенотип, генотип, ген, локус, аллель, гомозигота, гетерозигота, гемизигота.

2. Половой процесс.

Значение перекомбинации генов. Половой процесс, жизненные циклы и мейоз. Рекомбинация на цитологическом уровне. Различия между мужским и женским мейозом. Мейоз и образование гамет у простейших, человека и высших растений. Жизненный цикл нейроспоры. Тетрадный анализ.

3. Фенотип диплоидного организма.

Гомо-, гетеро- и гемизигота, доминантность, рецессивность, неполное доминирование, кодоминирование, сверхдоминирование. Тест на аллелизм. Множественный аллелизм, ступенчатый аллелизм, внутриаллельная комплиментация, мейотический сайленсинг.

4. Генетическое расщепление, моногибридное, дигибридное. Анализирующее скрещивание.

5. Создание генетики Грегором Менделем. Горох как объект. "Законы Менделя". Работа Менделя с горохом и ястребинкой. Апомиксис. Переоткрытие Менделя.

6. Взаимодействие генов. Влияние мутаций на фенотип. "Экспрессивность и пенетрантность", плейотропия. Взаимодействие генов. Эпистаз, криптомерия, комплементарность, равнозначность, полимерия.

7. Летали. Природа летальных мутаций. Условные летали, синтетические летали. Классы и природа мутаций и аллелей. "Гомологические ряды". Хромосомные перестройки

8. Наследование, сцепленное с полом. Крисс-кросс наследование. Нерасхождение половых хромосом у дрозофилы. Гинандроморфы. Мозаики и химеры. Карты судьбы эмбриональной бластодермы дрозофилы.

9. Определение пола. Эпигамное, прогамное, сингамное определение пола. Разные системы сингамного определения. Возникновение половых хромосом.

10. Молекулярные механизмы определения пола и дозовая компенсация.

Механизмы определения пола у дрозофилы и человека. Дозовая компенсация у дрозофилы. Дозовая компенсация у человека.
Коллоквиум 2.

11. Генетическое сцепление. Рекомбинация. Методы оценки частоты рекомбинации на основании анализирующего скрещивания и дигибридного расщепления: метод произведений, метод максимального правдоподобия. Рекомбинантные инбредные линии (формулы Холдейна).

12. Генетические карты. Сколько и какие хроматиды участвуют в кроссинговере. Пуассоновский процесс. Связь частоты рекомбинации между маркерами и частоты обменов (формула Холдейна). Интерференция. Картирующие функции. Рекомбинация генетические карты.

13. Интенсивность рекомбинации. Факторы, влияющие на интенсивность рекомбинации. Рекомбинационная дифференциация хромосом. Супергены. Неравный кроссинговер. Сопоставление мейотических и митотических рекомбинационных и цитологических карт. Митотический кроссинговер и сестринский обмен.

14. Механизм кроссинговера и генная конверсия.

Спаривание, двунитевые разрывы, инвазия, Д-петля, миграция ветви. Разрешение структур Холлидея. Модели интерференции. Генная конверсия с мейотической мисмач-репарацией и без. Альтернативный неинтерферирующий тип кроссинговера у грибов.

15. Судьба одиночного двуцепочечного разрыва ДНК – цикл «разрыв, слияние, мост»; хромосомные перестройки, основанные на двух разрывах ДНК; Мейоз гетерозигот по инверсиям и транслокациям; Робертсоновские транслокации.

16. Хромосомные перестройки на службе генетики; картирование генов с помощью делеций; балансеры и их использовние.; сегментальная анэуплоидия; В-А-транслокации у кукурузы и их использование в картировании генов.

17. Полиплоидия, свойства полиплоидов; особенности наследования у полиплоидов; аллополиплоидия; ресинтез гибридогенных видов; анеуплоидия. ; особенности наследования у трисомиков и его использование в картировании генов; моносомные, замещенные и дополненные линии злаков.

Коллоквиум 3.

18. Мобильные генетические элементы; ; классификация мобильных элементов.; транспозоны кукурузы; гибридный дисгенез дрозофилы; РНК-интерференция; роль мобильных элементов в геноме; оптимизация соматического генома у инфузорий.

19. Генетическая трансформация эукариот в целом и растений в частности; генетическая трансформация у дрозофилы; дискуссии о генно-модифицированных продуктах.

20. Генетика популяций. Классическая популяционная генетика для бесконечной популяции. Правило Харди-Вайнберга. Влияние отбора на популяционную динамику. Генетический дрейф. Теория нейтральности Кимуры. Обнаружение эффектов позитивной селекции для некоторых генов. Инбридинг и гетерозис.

21. Цитоплазматическая наследственность; конфликт ядра и цитоплазмы; цитолпазматическая мужская стерильность.
В течение семестра выполняются контрольные работы:
Контрольная работа №1

1. У морских свинок грубый мех (R) доминантен над гладким мехом (r). Морская свинка с грубым мехом скрещивается с гладкошерстной, что дает в результате потомство из 8 особей с грубым мехом и 7-ми с гладким в F₁.

a. Каковы генотипы родителей и их потомства?

b. Если одна из особей F₁ с грубым мехом скрещивается с ее родителем с грубым мехом, то какое потомство можно ожидать?
2. Растения бобов при заражении некоторым вирусом могут проявлять различные симптомы. У некоторых появляются локальные повреждения, не приносящие серьезного вреда растению. У других растений наблюдается общая системная инфекция. Был сделан следующий генетический анализ:

P локальные повреждения × системные повреждения

F₁ локальные повреждения у всех

F₂ 785 с локальными повреждениями : 269 с системными повреждениями

Какое предположение можно сделать о генетической основе этого различия у бобов? Присвойте генные символы всем генотипам, фигурирующим в описанном выше эксперименте. Придумайте тестовое скрещивание для подтверждения ваших предположений.

Фермер хочет разводить кроликов для продажи. Гомозиготные белые (bb) самки кроликов размножаются плохо. Фермер покупает пару черных кроликов, они скрещиваются и дают потомство из шести черных и двух белых особей. Фермер сразу же продает белых кроликов и приходит к Вам с вопросом о том, какую стратегию разведения избрать, чтобы получить побольше белых кроликов.

Приведите не только ответ, но и ход вычислений.

1. Гены a и b находятся на одной хромосоме на расстоянии 20 сМ друг от друга. Гены c и d на другой хромосоме на расстоянии 10 сМ, гены e и f находятся на третьей хромосоме на расстоянии 30 сМ друг от друга. Гомозиготная особь ABCDEF скрещивается с особью abcdef затем F1 беккроссируется с abcdef. Каковы шансы получить в потомстве особи со следующими фенотипами:

2. У арабидопсиса гены a, b, c, d, e, f составляют одну группу сцепления. В результате скрещивания гомозиготного по рецессивным аллелям и гомозиготного по аллелям дикого типа растений получено потомство, половина которого имеет нормальный фенотип, а половина – мутантный по b и c. Объясните полученные результаты.

3. В двух линиях пшеницы между генами А и В, расположенными в одной хромосоме, наблюдаются разные частоты рекомбинаций. В линии 1 (нормальной) она составляет 35%, а в линии 2 - всего 10%. При скрещивании линий 1 и 2 между собой формируются гибриды с пониженной плодовитостью.

В чём причина различий в частотах кроссинговера?

Какой вид хромосомных перестроек может содержаться в аномальной линии?

Как расположена перестройка по отношению к генам А и В?

Почему у гибридов снижена фертильность?

4. Растения некоторого вида в течение длительного времени подвергались воздействию радиации с целью получить хромосомные мутации. Потом проводился инбридинг (самоопыление) на протяжении многих поколений. Одно из них было скрещено с исходной формой, изучался мейоз гибридов F1. Было замечено, что в анафазе 1 с небольшой частотой встречались следующие структуры:

А – клетка с дицентрической хромосомой (мост) и ацентрическим фрагментом;

Б – клетка с двумя мостами и двумя ацентрическими фрагментами.

Какой тип хромосомной перестройки произошел в облученном растении, как расположена центромера относительно перестройки?

Нарисуйте, как возникли хромосомы клетки А.

Как возникли дицентрики в клетке Б?
3.4. Список основной и дополнительной литературы

1. 
   Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. В 3-х т. М.: Мир, 1987.
   
2. 
   Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. – М.: Н.-Л., 2010.
   
3. 
   Гершензон С.М. Основы современной генетики. – Киев: Наукова думка, 1983.
   
4. 
   Жимулев И.Ф., Коряков Д.Е. Хромосомы. Структура и функции. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2009. 258 с.
   
5. 
   Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. – Новосибирск, Сибирское университетское издательство, 2003.
   
6. 
   Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика pdf-версия учебника – url: http://www.nsu.ru/education/biology/genetics/
   
7. 
   Захаров И.А. Генетические карты высших организмов. Л.: Наука. 1989. 156 с.
   
8. 
   Клаг У., Каммингс М. Основы генетики. – М.: Техносфера, 2007.
   
9. 
   Костерин О.Ф. Слайды и программа лекций «Генетика» 2011– url: http://pisum.bionet.nsc.ru/kosterin/genetics/
   
10. 
    Люин Б. Гены. М.: Мир, 1987.
    

Авторы: Костерин Олег Энгельсович,

канд. биол. наук, ассистент КЦГ ФЕН НГУ,

с.н.с. ИЦиГ СО РАН

Омельянчук Леогид Владимирович,

д.б.н., доцент КЦГ, с.н.с. ИМКБ СО РАН

Гусаченко Анна Михайловна,

канд. биол. наук, доцент КЦГ ФЕН НГУ

Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры цитологии и генетики ФЕН НГУ