Таырып. Генетикалы инженерия, оны теориялы жне
практикалы маызы. Генетикалы инженерияны
даму тарихы. Ген нженериясы.
Лекция жоспары:
1. Генетикалы инженерияны масаты мен зерттеу дістері.
2. Генетикалы инженерияны даму тарихы.
3. Гендік инженерияны алыптасуы.
4. Гендік инженерияны дістері.
5. Клеткалы инженерия.
Лекция масаты:студенттерге генетикалы инженерияны масаты, зерттеу дістері, даму тарихы, гендік инженерия жне оны дістері, клеткалы инженерия туралы тсініктер беру.
Лекция мтіні:
1.Молекулалы генетика мен молекулалы биологияны ол жеткен табыстарыны негізінде биология ылымыны жаа бір саласы - генетикалы инженерия алыптасты.
Бл ылымны масаты практика мен теория шін ажетті генетикалы программаны жобасын жасап, оны тірі организмге енгізу. Мндай тсіл тіршілікті мегеруде жаа ммкіндіктер туызады.
Генетикалы инженерияны кздеген масаты мен зерттеу дістеріне байланысты мынадай дегейлерін ажыратуа болады: 1) молекулалы; 2) гендік; 3) хромосомалы; 4) клеткалы; 5) лпалы; 6) организмдік; 7) популяциялы.
2. Баса биологиялы ылымдар сияты генетикалы инженерияны да даму тарихы бар. Бл саладаы алашы зерттеулерді атарына Н.Дубининні 1934 ж. дрозофила шыбындарыны хромосома санын рентген сулелерімен згерту баытында жргізген жмыстары жатады.
1956 ж. Е.Сирс рентген сулесіні кмегімен жабайы этилопс сімдігі жапыраыны сары да ауруына тзімділігін анытайтын генді жмса бидайды хромосомасына апарып салан. Нтижесінде жмса бидайды сары да ауруына тзімді формасы алынан.
1971 ж. В.Струнников ген жне хромосома дегейіндегі генетикалы инженерия дістерін жібек ртында пайдаланды.
Клетка дегейінде жргізілетін жмыстарды ішінде сомалы клеткаларды гибридизациялау дісі кеінен олданылады. 1960 ж. Ж.Барский жануарларды сомалы клеткаларыны бір-бірімен осылып, екі клеткадаы генетикалы информацияны біріктіруге абілетті екендігін крсетті.
1973 ж. К.Гржешин кп жыл бойы лабораторияда жргізілген зерттеулеріні нтижесінде сомалы клеткаларды трішілік жне тр аралы гибридтерін алды. Сомалы клеткаларды гибридизациялау сімдіктермен де жргізілді.
Генетикалы инженерияны клеткалы жне организмдікдегейлері бір-бірімен тыыз байланысты. Жануар клеткаларымен жргізілген тжірибелер бір клетканы ядросын екіншісімен алмастыруа, екі немесе бірнеше эмбриондарды осып біріктіруге, оларды бірнеше блікке блшектеуге болатындыын анытады. Мысалы: генотиптері ртрлі лпаларды клеткаларын біріктіру арылы тышанны аллофенді особьтары алынды. Ол шін дамуды бастапы бластомерлі кезеіндегі эмбриондар алынады жне оларды бліп алан со проноза ферментіні кмегімен жеке-жеке бластомерлера блшектейді. Содан со екі немесе бірнеше рыты бластомерлерін осып, соны негізінде ттас бір комплексті эмбрион жасалынады. Сйтіп а жне ара тышандарды бластомерлеріні бірігуі нтижеде аллофенді ры дамиды. Гаструла стадиясында ры пробиркадан алынып аналы тышана жіберіледі. Одан туатын рпа екі трлі ата-ана фенотиптерін біріктіретін аллофенді болып шыады.
3. Соы кездерде нуклеин ышылдарын алмастыруды тбегейлі дістері жасалды. Соны негізінде молекулалы биология мен генетиканы жаа бір саласы - гендік инженерия алыптасып дамуда. Гендік инженерия одан брыныра алыптасан хромосоманы, генотипті згертуге араанда ДН-ны рекомбинациялау арылы ген ызметіне араласуа мол ммкіндіктер туызады. Гендік жне генетикалы инженерия дегендер егіз ымдар, дегенмен соысыны жеке гендерден грі геномны ірі блшектеріне атысы кбірек.
Гендік инженерияны алыптасуы 1972 жылдан басталады деуге болады, себебі сол жылы америка оымыстысы П.Берг тыш рет маймылды онкогенді вирусыны, яни
бактериофагты жне Е.сoli бактериясыны геномдарыны трлі бліктерін біріктіру арылы рекомбинантты ДН алды. Біра мндай растырмалы ДН-ны функциональды активтілігі рі арай зерттелген жо, себебі мндай жолмен адам міріне ауіпті бактериялар алынуы ммкін деген кдік туды. Кейінірек зиянды зардаптары жо рекомбинантты ДН алуды жаа тсілдері табылды.
ызмет жаынан активті гибридті ДН молекуласын е бірінші болып 1974 жылы С.Коэн, Д.Хелинский, Г.Бойер алды. Сондай- а кейін осындай ДН-ны совет алымдары С.И.Алиханян, мен А.А.Баев растырды.
4. Гендік инженерия дістерімен рекомбинантты ДН рамына енетін жекелеген гендерді мынадай жолдармен алуа болады: 1) табии ортадан (клетка, организм) тікелей бліп алу; 2) химиялы жолмен синтездеу арылы; 3) белгілі бір генге сйкес келетін и-РН-ны кшірмесін алу.
Бірінші діс гендік инженерия дамуыны бастапы кезеінде кеінен олданылды. Трлі организмдерді клеткаларынан блініп алынан ттас ДН молекулалары рестриктаза ферменттеріні кмегімен блшектелді, реципиент-клеткалара жіберілді жне гибрид молекулалардан тратын иондар алынды. Бл діс осы кнге дейін з мнін жойан жо (мысалы азір гендерді банкаларын жасау шін пайдаланылуда).
Екінші діспен генді химиялы жолмен олдан синтездеу тыш рет 1969 жылы Г.Корананы лабораториясында жзеге асырылды. Корана зіні ызметтестерімен бірге ашыту бактериясыны аланинді т-РН генін синтездеп алды. Ол ген бар-жоы 77 нуклеотидтен тран жне реттеуші механизмі жо боландытан активті ызмет атара алмаан. Кейіннен олар функционалды жаынан активті 200 нуклеотидтен тратын тирозинді т-РН генін синтездеді. азіргі кезде олдан синтезделген гендерді ішіндегі е зыны адамны су гормоны, ол 584 нуклеотидтен трады.
шінші діспен генді жасанды жолмен алу кері транскрипция арылы жретін ферментативті синтезге негізделген. Бл е алаш онкогенді вирус РН-сыны репликациясын зерттеу барысында аныталды. Сонда кері транскриптаза ферментіні кмегімен и-РН матриксіні негізінде ген синтезделген.
Осындай жолмен адамны, жануарларды жне старды глобулиндерін, жмырта белогын т.б. кодалайтын гендер алынды. Бл діс адам интерфероныны генін бліп алып бактерия клеткасына жіберу шін де олданылды. Интерферон – вирусты инфекциямен жне баса аурулармен, соны ішінде атерлі ісікпен кресу шін олданылатын тиімді дрілік препарат. Интерферон жануарлар мен адам клеткасында жасалады. Ю.А.Овчинников пен В.Г.Дебабов адам интерферонын синтездейтін микроорганизмді алды. Алдымен олар адам интерферонын синтездеуге абілетті рекомбинантты ДН-ны растырып алды да, содан со оны бактерия клеткасына жіберді. Ондай бактериялар 1литр суспензияа шаанда 5 мг интерферон синтездей алады. Бл 1 литр анны рамындаыдан 5000 есе кп.
Гендік инженерияны аса крнекті жетістіктеріні бірі В.Г.Дебабовты басшылыымен треонин амин ышылын бліп шыаратын бактерия штаммын жасау болды. Треонинді лизин сияты мал азыын, асты даылдарын байытуа олданады, себебі бидайды, слыны, крішті т.б. даылдарды белогында осы амин ышылы жетіспейді.
5. Клеткалы инженерия сома (дене) клеткаларын будандастыруа, яни жыныса атысы жо клеткаларды осылып, бірттас бірлік беруіне негізделген. Клеткаларды осылуы толы немесе жартылай, яни реципиент-клетка донор-клетканы цитоплазмасын, митохондрияларын, хлоропласттарын, ядроны геномын немесе оны кесек блшектерін абылдауы ммкін.
Генетикалы информацияны аз ана бліктерін беру генетикалы инженерия дістері арылы жзеге асырылады. Жынысты шаылыстыруа араанда сомалы будандастыру филогенездік жаынан бір-бірінен алыс трлерді осуа ке ммкіншілік береді. Осы діспен р трлі сімдіктерді клеткасын бір-бірімен осып алыпты будандар, мысалы темекі мен картопты, капуста мен турнексті т.с.с. будандар алынды.
Будан клеткалар за уаыт бойы сіп неді, біра оларда тр аралы сиымсызды кездеседі. Яни біраз уаыт ткеннен кейін клеткалар культурасында екінші трді хромосомаларын жоалтан клондар пайда болады. Мысалы адам мен тышан клеткаларыны буданы клетканы жз рет блінуінен кейін адамны хромосомаларын млдем жоалтады.
Сомалы будандастыруды негізінде антиденелер шыаратын гибридомалы технологиясы жасалды. Бл технология бір клонды (моноклонды) антиденелер алуа ммкіндік берді.
Баылау сратары:
1. Генетикалы инженерияны масаты андай?
2. Генетикалы инженерияны зерттеу дістері андай?
3. Генетикалы инженерияны даму тарихы ай кезден басталады?
4. Гендік инженерия жне оны зерттеу дістері андай?
5. Клеткалы инженерияны жетістіктері андай?
Таырып. Онтогенезді генетикалы негіздері. Жіктелуді (дифференцировканы) генетикалы негіздері. Онтогенездегі хромосомдарды функциональды згерісі. Онтогенезді мегеру. Онтогенезді дискреттілігі.
Лекция жоспары:
1. Онтогенезді генетикалы негіздері.
2. Дифференцировканы генетикалы негіздері.
3. Алашы жіктелу.
4. Жіктелуді генетикалы механизмдері.
5. Генні рекеті.
6. Онтогенетикалы адаптация.
7. Онтогенездін дискреттілігі (ошаулыы).
Лекция масаты:студенттерге онтогенез жне ондаы жіктелуді генетикалы негіздері жне генетикалы механизмдері, генні рекеті, онтогенетикалы адаптация, онтогенезді дискреттілігі туралы тсініктер беру.
Лекция мтіні:
1. Организмні жеке дамуы, яни онтогенез – биология ылымыны негізгі мселелеріні бірі болып табылады Диаметрі небары 130–140 микрон, ал салмаы 0,0015 мг адамны жмыра клеткасынан рытананнан кейін салмаы шамамен 3 кг–дай адам баласы дамиды. Содан біраз кндер, айлар, жылдар ткеннен кейін адам зін оршаан дниені танып, оны згерте алу абілетіне ие болады. Табиатты бл ажайып жмбаын шешу шін алымдар организмні даму процесіні генетикалы задылытарын зерттеуде.
Жеке организмні дамуы рашан рытанан жмырта жасушасынан басталады. Сонда жмырта жасушасында немесе сперматозоидта болаша азаны белгілері дайын кйінде саталып трмайды. Оларда тек оны дамуыны бадарламасы болып жне ол бадарлама белгілі олайлы бір ішкі жне сырты орта жадайларында ана жзеге асады.
Сйтіп, онтогенез деген ыма жмырта клеткасыны рытануынан бастап, аза з тіршілігін жойана дейінгі даму процесі жатады. Онтогенезді тым уалау негіздерін зерттейтін генетиканы саласын онтогенетика деп атайды.
2. Кп клеткалы азаны жеке дамуыны жне суіні негізінде клеткаларды митозды блінуі жатады. Азаны ртрлі лпаларыны, атап айтанда блшыетті, теріні, бауырды таы баса мшелерді жасушаларыны бліну жолдары бірдей, яни митозды жолмен блінеді, соан байланысты оларды генотиптері де сас болуы керек. Ол блай болан жадайда онтогенез барысында лпалар мен жасушаларды жіктелуіні генетикалы механизмі андай деген сра туады? Мндай крделі сраа жауап бере алатын тек онтогенетика.
Онтогенезді генетикалы трыдан зерттеу белгіні алыптасуына генні тигізетін серіне талдау жасаудан басталады. Ол бір ген бір белгі деген принципте жргізіледі. Бл мселені соы деректер трысынан былайша жазуа болады: ген - ДН (РН) - ауыз -.....белгі.
3. Азаларды онтогенезі кезінде су, лпаларды жіктелуі жне морфогенез, яни мшелерді алыптасуы сияты процестер жреді.
Жануарларда алашы морфологиялы жіктелу жмырта жасушаны цитоплазмасы мен оны стігі абатыны (кортексті) рылымына байланысты болады.
Мны длелі ретінде, мысалы кейбір омыртасыздар мен осмекенділерді ядросыз жмыраларыны зі бластула сатысына дейін даму абілетін сатай алады. Кортексті зі дискретті (ошау) трде ызмет атара алады. Оны эктодерма, мезодерма жне гаструляция процесі басталатын зоналары болады. Сонымен жмырта жасушасы рытануа дейін де жіктеледі. Жмырта рытананнан кейін одан рі таы да жіктеледі, соны негізінде ры дамиды. Сйтіп жмырта жасушасыны алыптасуына аналы диплоидты азадаы барлы гендерді жиынтыы атысады. Ал мейоздік блінуден кейін онда хромосомаларды гаплоидты жиынтыы ана саталады. Сонымен атар диплоидты аналы азада тзілген гендік німдер цитоплазмада да болады жне олар жмырта жасушасыны дамуыны алашы кезеін амтамасыз етеді. Себебі, цитоплазмада аналы аза алдын-ала зірленген, рыты дамуына ажетті ауызды синтезіне матрица болып есептелетін ДН мен апаратты РН болады. Сйтіп, жасушаны кейбір цитоплазмалы органоидтарыны зінде тым уалайтын апаратты алып жре алатын, ядролы нуклеин ышылдары сияты ДН , РН–лар кездеседі.
Наыз онтогенез рытанудан басталады, аталы азадан келген гендер де сол сттен бастап ызмет атара бастайды.
Егер гендер бкіл онтогенезді, яни азаны барлы белгілері мен асиеттеріні алыптасуын баылап отырады десек, дамуды ртрлі кезедерінде бір мезгілде бкіл гендер ме, не болмаса оларды кейбіреулері ана ызмет атара ма жне ол немен аяталады деген сратар туады? Бл сратара жауап беру шін мынадай тжірибелерді нтижесін келтіруге болады. Бааны жмырта жасушасыны ядросын алып тастап, оны орнына микропипетканы кмегімен дамуды соы сатысындаы (бластула, гаструла сияты) ры жасушасыны ядросы салынан жадайда егер донор жасушасыны ядросы жіктелу процесін ткерген болса, онда оны алмастырып саланда реципиент (абылдап алушы) – жмыртадан алыпты ры дамымайды. Ал егер донор жасушасыны ядросы жіктелмеген болса, онда реципиент жмырта жасушасынан алыпты ры дами алады. Бдан гаструляция кезінде ядроны жіктелетіндігін жне оны айтымсыз процесс екендігін креміз. Ал мнан шыатын орытынды: дамуды р кезеінде белгілі бір арнаулы гендер ана ызмет атара алады.
Одан рі арай паларды арасында индукциялы байланыс туады, яни бір лпа екінші лпаны дамуына сер етеді. Мысалы: омырталыларда хорданы бастамасы гастуляцияны барысында эктодермоны белгілі бір блімімен байланысады, соны нтижесінде эпидермалды жасушалар эктодерманы баса блімдері сияты тері эпителиясына жіктелмейді, жйке жйесіне жіктеледі.
4. азіргі кезде генетиктерді алдында тран маызды бір мселе жасушаны жіктелуіні генетикалы механизмдерін анытау. Митоз процесіні нтижесінде азадаы
барлы жасушалар хромосомаларды барлы жиынтыын ала алатындыы белгілі. Біра ересек аза жасушасыны рылымдары мен ызметтері бірдей болмайды. Оан длел, мысалы сімдік жапыратарында хлорофилл, ал клте жапыра жасушаларында антоцион т.б. пигменттер синтезделеді. Ал осы жасушалардаы заттарды синтезделу белсенділігіні жіктелуі алай реттеледі дейтін болса, ол ртрлі жасушалардаы трлі гендерді белсенділігіне байланысты.
Бактерия жасушаларында бірдей мезгілде белсеніп, ажетті ферменттерді комплексін жасап шыара алатын гендер тобы бар хромосома табылан. Бл сол бактерия сетін ортада белгілі бір оректік зат, мысалы ант боланда ана пайда болады.
Осы тжірибені негізінде 50-ші жылдарды аяында француз алымдары Жакоб пен Моно клеткадаы гендер активтілігіні реттелу механизміні схемасын жасады. Ол схема ш трлі гендерден трады. Олар: ауыз ферменттерді синтездеріне жауап беретін рылымды гендер, ген оператор жне реттеуші ген. Ген оператор жне онымен тыыз байланысты болып келген рылымды гендерді бірге осып оперон деп атайды. Индукция жадайында реттеуші ген ауыз–репрессор жасап шыарады. Ол ген оператора келіп, оперонны ызметін бгейді. Біра жасушада белгілі бір метаболит (зат алмасу німі) жинаталып, ауыз-репрессора осылып, оны ген оператордан ажыратып алады, сйтіп оперона жмыс істеуге ммкіндік туады. Ал репрессия жадайында ауыз–репрессор бос кйінде здігінен ген оператора сер ете алмайды. Оан белгілі бір метаболит осыланда барып оперонны жмысына бгет бола алады, соны салдарынан синтез тоталады.
5. Онтогенетиканы негізгі проблемасы белгіні алыптасуына генні тигізетін серіне талдау жасау жне ген-белгі тізбегіндегі аралы звеноларды тауып фенотип згереді. Мны микроорганизмдермен жргізілген тжірибеден круге болады. Мысалы, нейроспорада болатын никотин ышылыны синтезделуіне зерттеу жргізгенде оны кейбір мутантты формаларыны бл ышылды синтездеуге абілетіні болмайтындыы аныталан. Ал никотин ышылы синтезіні зі бірнеше кезенен трады. Содан мутацияны серінен соны біреуінде генетикалы кедергі болан.
Биохимиялы жіктелу рашанда морфологиялы жіктелуді алдында жреді. Сондытан рекетіні бастапы биохимиялы кезеін зерттеу те крделі боланымен ген ызметіні механизмін тсіндіруді бірден-бір дрыс жолы болып есептеледі.
Морфогенез жне рбір лпалар мен органдарды жіктелуі бірттас жйе болып организмні баса лпаларымен байланысты болады. Сондытан кез-келген лпаны жіктелуін оны баса лпалармен крделі арым-атынаста болуыны нтижесі деп арастыруа болады. Мысалы, тышандарда тапалды (карлик) мутация кездеседі. Зерттей келгенде оларды тапал болуыны себебі гипофизді су гормоны питуитринді жасап шыара алмайтындыына байланысты екендігі аныталан.
Сонда бл жадайда тапалдыты анытайтын генні серінен алдымен гипофизды секторлы клеткалары дрыс дамымайды. Соны салдарынан бойды су арыны баяулайды. Егер жаа туан тапал тышанны баласына гипофизді экстрактын жіберсе, онда оны бойы алыпты болып седі. Сйтіп онтогенезді олдан реттеп отыруа болады. Мысалы, трлі витаминдерді кмегімен жануарды, сол сияты трлі препараттарды кмегімен сімдіктерді сіп дамуын реттеуге болады.
Мутантты генні зі ртрлі организмде трліше эффект крсетуі ммкін. Ол онтогенез процесі жретін сырты орта жадайларына жне генотипке байланысты нрсе. Генні фенотиптік крінісі, яни белгіні айын кріну дрежесі ртрлі болып келеді. Бл былысты экспрессивтілік деп атайды. Мысалы, тауытарда рецессивті “алшылдауы” (дрожанка) мутация кездеседі.
Осы мутация бойынша гомозиготалы балапандарды арасынан алшылдауыты аз білінетінін немесе айын білінетінін кездестіруге болады. Жне осы белгі біреулерінде бар боланымен басаларында млдем болмауы ммкін. Бл былыс пенетранттылы деп аталады. Экспрессивтілік пен пенетранттылы генотип рамындаы гендерді зара рекеттесуіне жне генотипті сырты орта факторларына ртрлі жауап беруіне байланысты.
6. Ортаа бейімделу - тіршілікті барлы формаларына тн асиет. Бейімделу барысында организмні болсын, клетканы болсын функциональды асиеті згереді. Организмні жеке дамуы барысында зін оршаан сырты орта жадайларына бейімделу абілетін онтогенетикалы адаптация дейді. Организм онтогенез барысында траты болып тратын жне згеріп отыратын факторлара да бейімделе алады. Онтогенетикалы адаптацияны зін лпалы, клеткалы жне организмдік деп бледі. Клеткалы немесе лпалы адаптацияа мысалы, бааны блшы етін жеке бліп алып, жоары температураа апарып ойса оны клеткаларында белокты денатурациясына тзімділік асиеті пайда болады. Сол сияты инфузорияны улы ертінділерде немесе жоары температурада сірсе кейін соан тзімділігі артады.
Онтогенетикалы адаптацияны кп клеткалардан, соны ішінде жануардан аныыра байауа болады. Оны е алдымен организмні ішкі ортасыны тратылыын амтамасыз етіп тратын физиологиялы кйі басарып отырады. Кп клеткалы организмде баса да бейімделу механизмдері бар.
Мысалы иммунитет, яни организмні зінде бар иммунологиялы асиетті инфекцияа арсы жмсауы да онтогенездегі аса маызды адаптациялы механизмге жатады. Жануарды мінез-лыны да оларды ортаа бейімделуіне атысы бар. Сондытан мінез-лыа генетикалы, физиологиялы трыдан анализ жасауды онтогенезді зерттеуге тікелей атысы бар.
Эволюция процесінде жануарларда да сырты шартты рефлекстер арылы бейімделу механизмі пайда болан. Жануарларда шартты рефлекстерді пайда болу ммкіндігіні зі генотип арылы аныталады. Ол жануарларда туаннан бастап-а алыптаса бастайды, яни олар зі абылдай алатын сырты тітіргендіргіштерді бріне де жауап береді. Мысалы, араларда сімдікті тсіне, иісіне шартты рефлекс жасалады. Егер оларды бір кк тсті татайшаны асына оректенуге дадыландырса, олар адаспай сол жерге келіп трады, ал татайшаны баса бір жерге ауыстырып ойса, олар оны тез арада тауып алады.
Белгілі бір шартты рефлексті бірнеше буын бойы айталап отыру арылы сондай шартты рефлекске тн генотипті срыптап алуа болады. Мысалы, тышандарда за уаыт бойы алыптасан оа брылып озалу шартты рефлексін срыптап алу арылы генотипі трысынан тек гені анотомиялы, физиологиялы жаынан да сйкес келетін линиясын алуа болады. Соны нтижесінде оларда оа брылып озалу тым уалайтын асиетке айналады.
Жануарларда шартты рефлекспен атар туа пайда болан шартсыз рефлекс те бар. Мысалы: барлы жануарлар ешбір йретусіз-а з рпатарына аморлы жасайды, оректендіреді. Сол сияты таы да баса рекеттер жасайды. Блар ата-анадан тым уалап алан мінез-лы типіне жатады, оны “инстинкт” дейді.
Онтогенетикалы адаптацияны механизмін тсіндіру шін сигналды тым уалауды алуа болады. Мысалы, жмыртадан жаа шыан балапандар з енесіні берген сигналдарын абыл алады. Ал егер инкубатордан шыан балапандарды тауыа ертсе, олар оны сигналын абыл алмайды. Бл жадайда енесі мен оны рпаыны арасында сигналды байланыс жо екенін креміз. Сол сияты егер кейбір нші старды балапандары баса старды ясында ссе оларды дауысы сол кейінгі гей ата-енелерді дауысына сап кетеді.
Ататы генетик М.Е.Лобашев ата-анадан рпаа берілетін информацияны бл формасы, яни сигналды информация тым уалаушылыа жатпайды, себебі ол ген арылы аныталмайды. Біра организмні сигналды абылдау абілеті тым уалайтын асиет, соан байланысты шартты трде сигналды тым уалайды деуге де болады. Мны жануарлар эволюциясында маызы зор деген.
Сигналды тым уалауды жас рпаты оытып трбиелеудегі ролі де жоары бааланады.
7. Онтогенез барысында организм бірттас система болып тіршілік етеді. Сондытан андай болмасын рылым мен функциялар бір-біріне тыыз байланысты. Дегенмен онтогенез барысында ошаулылы, яни дискреттілігі байалады. Бл жадайда жеке даму процесі бір алыпты тпей су мен дамуды сипаты згеріп отырады. Мысалы, сімдіктердегі даму стадияларын алуа болады.
Бірінші яровизация стадиясы - ол тым не бастааннан басталады. Бл кезде организм шін ажетті негізгі фактор температура болып есептеледі. Мысалы, жазды бидай бл стадиядан 5-12 температурада 7-15 кнге, ал кздік бидай 0-10 температурада 30-70 кнге теді.
Келесі жары стадиясы. Бл стадияда дамуды анытайтын басты фактор жары, яни кн затыы. Мысалы, жгері, мата сияты сімдіктер ысы кнде сетін, ал ара бидай, брюква т.б. за кн сімдіктеріне жатады. Егер сімдік яровизация стадиясында тиісті температура алмай, белгілі бір жары режимінде ссе, ол зіні дамуын толы аятай алмайды. Стадиялы згерістер міндетті трде бірінен-со бірі кезектесіп келеді, жары стадиясы тек яровизация стадиясынан со жреді.
Онтогенезді дискреттілігі дамуды кейбір былмалы кезедерінде де (критический период) байалады. “былмалы кезе” деген ым ттас организмге емес белгілі бір органдар мен лпалара тн. Кез-келген орган бл кезеге морфогенез процесі арынды трде жріп жатан кезде кезігеді. Жне дл сол кезде ол сол сияты орта факторларына сезімтал келеді. Сондытан сырты факторлар былмалы кезеде трін оп-оай фенотиптік згеріске шырата алады.
Жеке дамуды белгілі бір кезеінде организмге сырты орта факторыны сер етуінен пайда болатын тым уалайтын фенотиптік згерістерді морфоз деп атайды. Кейбір морфоздар мутацияа те сас болып келеді, оны фенокопия дейді.
Мысалы, дрозофила шыбындары личинкаларыны дамуыны былмалы кезеінде химиялы мутагенмен не температурамен сер ету арылы анаттарыны тілігі бар, яни морфоза шыраан рпатар алуа болады.
Кзді кнгі температураны тмендеуіне байланысты табиатта фенокопиялы згерістер байалады. Мысалы, сімдіктерді жапыратары сараяды.
Баылау сратары:
1. Онтогенез деген не?
2.Онтогенезді генетикалы негіздерін андай биология саласы зерттейді?
3. Жіктелуді генетикалы негіздері андай?
4. Алашы жіктелу алай жреді?
5. Жіктелуді генетикалы механиздері алай теді?
6. Экспрессивтілік былысы.
7. Пенетранттылы былысы.
8. Онтогенетикалы адаптация деген не?
9. Дискреттілік деген не?
10.Морфоз жне фенокопия деген не?
12-таырып. Популяциялар генетикасы жне эволюцияны генетикалы негіздері. Популяция жне оны генетикалы рылымы. Популяциялардаы генетикалы эволюцияны негізгі факторлары. Генофонд жнінде ым.
Лекция жоспары:
1. Популяциялы генетика жне эволюцияны генетикалы негіздері.
2. Популяция жне оны генетикалы рылымы.
3. Популяциялардаы генетикалы эволюцияны негізгі факторлары.
4. Генофонд жнінде ым.
Лекция масаты:студенттерге популяция жне оны генетикалы рылымы, популяциялардаы генетикалы эволюцияны негізгі факторлары, генофонд туралы тсініктер беру.
Лекция мтіні:
Популяциялы генетика – тым уалаушылы былысын даратарда, яни популяцияда зерттейтін генетиканы блімі. Генетик-популяционистер популяцияны генетикалы рылымын жне осы рылымны рпатан рпаа згеруін зерттейді.
Эволюция процесін зерттегенде, біз популяцияда жретін генетикалы процестерді арастырамыз. Генетикалы трыдан эволюция дегеніміз – белгілі популяциядаы гендер жиілігіні згеруі. Сондытан да популяциялы генетиканы эволюциялы генетиканы бір блігі ретінде де арауа болады. Біра бл екі блімді йтсе де жеке блу ажет, йткені популяциялар генетикасыны зерттеу таырыбы наты трді популяциялары болса, ал эволюциялы генетиканы таырыбы болып бір немесе р алуан трлерге жататын кез келген популяция саналады.
Тр дегеніміз морфологиялы жаынан те сас, шыан тегі бір жне табии жадайда бір-бірімен шаылысатын, белгілі бір ареала тараан, сырты орта жадайларына да бейімделуі сас азаларды тарихи алыптасан жиынтыы.
Бір трге жататын азаларды зіне тн фенотипі жне генотипі болады. Кейбір трлерді таралу ареалы ке, оан бірнеше географиялы нсілдер немесе тр тарматары енеді, оларды политипті деп атайды. Ал енді біреулеріні ареалы шектеулі болып келеді де, географиялы нсілдер рай алмайды, ондай трлерді монотипті деп атайды. Белгілі бір трге жататын рбір азаны сол трге тн жалпы асиеттерімен атар зіндік жеке генотиптік ерекшеліктері болады. Бір трге жататын кілдер бір-бірімен жаын немесе бірге жруі шарт емес. Олар бір-бірінен ошауланып, жекеленген топтар – популяциялар рауы ммкін.
Жеке алынан дара эволюциялы процесті бірлігі бола алмайды, себебі оны генотипі мір бойы згермейді жне де оны мір сру уаытысы шектелген. Сонымен эволюциялы процесті арапайым бірлігіні негізін жеке организм емес, популяция райды. Популяция дегеніміз белгілі бір ареалды мекендейтін, зара еркін будандаса алу абілеті бар бір тр ішіндегі организмдер тобы болып саналады. Мысалы, Колгуев аралындаы былар иыр Солтстік материктегі былардан теізбен блінген. Осыны нтижесінде Колгуев быларыны ерекше популяциясы пайда болан, олар осы трді алан быларымен салыстыранда генотипі де, фенотипі де згеше, ірі жне мір сргіштігі жоары. Популяция - трді бір блігі. Популяция сонымен бірге мдени сімдіктерде жне й жануарларында кездеседі. Популяциялар здіксіз рпатарды атары болып табылады. Бдан баса, популяцияны генетикалы рылымы згеруі ммкін, яни рпатан рпаа эволюция жолымен дами алады.
Мал шаруашылыында популяция деп белгілі санымен жне наты ареалда таралумен сипатталатын мал тобын тсінеді. Мндай популяция баса популяциялардан генетикалы рылымы, німділік сапасы жне т.б. белгілері бойынша айырмашылы жасайды. Егер мал шаруашылыы малды белгілі бір тымымен айналысса, популяция малды сол бір тымынан ана ралуы ммкін. Сондай-а популяцияны рамына р трлі тымдар кіруі ммкін. детте популяция – тйыталан топ, себебі малды баса популяциядан, шеттен келу жне шетке шыару шектелген, йткені кпшілік жадайда популяциядаы малдарды кбеюі, сол популяциядаы аналы жне аталы малды жптау арылы іске асады.
Популяцияларды екі трін – табии жне жасанды популяцияларды ажыратады. Табии популяцияны генетикалы рамы негізінен табии срыпталуды нтижесінде аныталса, ал жасанды популяцияны алыптасуы адам арылы жретін олдан срыптау арылы іске асады. Осыан байланысты ауыл шаруашылыында сірілетін малдар тымын алуан трлі жасанды популяциялар ретінде арауа болады.
здігінен рытанатын организмдер популяциясыны генетикалы рылымы.Популяцияны рылымын генетикалы жне статистикалы дістермен зерттеуді алашы рет 1903 жылы В.Иоганнсен олданды.
Иоганнсен зерттеу обьектісі ретінде жекелеген сімдіктерді рпатарын топа оай блуге келетін, яни таза линияларды бліп алуа болатын здігінен тозаданатын сімдіктер популяциясын алды. Полигенді аныталатын жне сырты орта факторларыны серіне кшті шырайтын брша тымыны (Phasealus vulgaris) массасын зерттеді.
Иоганнсен бршаты бір сортыны тымын лшеп, ол крсеткіш бойынша вариациялы атар жасады. Массасы 150-ден 750 мг-а дейін болды. Онан рі массасы 250-350 жне 550-650 мг болан тымдар блек себілді. сірілген р сімдікті тымы айта лшенілді. Популяция жасап отыран сорттан тадап алынан ауыр (550-650 мг) жне жеіл (250-350 мг) тымдар блек егілді, олардан массасы ртрлі сімдіктер алынды. Ауыр тымдардан скен сімдіктер тымыны орташа массасы 518,7 мг, ал жеіл тымнан скендерінікі – 443,4 мг болды. Осы арылы бршаты сорты – популяциясы райсысы таза линияны басы бола алатын генетикалы р трлі сімдіктерден тратындыы крсетілді.
Иоганнсен 6-7 рпа бойында рбір сімдіктен ауыр жне жеіл тымды блек жинап отырды. Бірде-бір линияда тым массасыны айтарлытай згерісі болмады. Таза линияны ішіндегі тым клемдеріні згеруі тым уаламайтын, модификациялы згергіштік болып табылады.
Сонымен, здігінен тозаданатын сімдіктерді популяциясы генотиптік жаынан аланда р трлі линиялардан трады, йткені мндай популяцияны сімдіктері зара будандаспайды.
Жеке организм здігінен рытананда жаа нсілді, сондай-а сортты немесе тымны басы бола алады. Мысалы, популяциядан тадап алынан бір дннен бидайды жаа сорты шыарылуы ммкін.
Айас рытанатын организмдер популяциясыны рылымы.Табиатта айас рытанатын организмдерді популяциясы генотипі р трлі особьтарды еркін будандасуы жолымен, яни панмиксия негізінде алыптасады. Панмиксия популяциясыны рылымын ашып крсету шін Д.Джонс жне Е.Ист сынан олдан жасалан будан популяциясыны модельді тжірибесін арастырып крейік. Олар клтесіні биіктігі (ыса жне зын) р трлі болатын темекіні екі трін зара будандастырды. Бірінші рпа сімдіктері зара будандастырылды, ал екінші рпаты осы белгі бойынша згергіштігі сас болан А жне В линиялары алынды. Клтені зындыын кп гендер анытайды, ол екінші рпата (F2) 52-ден 88 мм-ге дейінгі млшерде. Алынан линиялар рпатарында бес рпа бойы срыптау жргізілді: срыптау А линиясында ыса клтеге, В линиясында зын клтеге жргізілді. Екі линияны ішінде рбір рпата іріктеп алынан формалар зара будандастырылды. Зерттеу нтижесі бойынша, бесінші рпаты зінде А жне В линиялары арасындаы айырмашылы орасан зор болды. А линиясындаы клтені е биігіні зындыы В линиясындаы клтені е аласасыны зындыынан кем тсті, бларды арасында бірін-бірі басу (трансгрессия) болмады.
Демек, іріктеп алынан формаларды срыптау жне будандастыру арылы бастапы популяцияа араанда басаша белгілері бар линиялар жасауа болады. Бл оны гетерогендігін крсетеді. Бл тжірибеде олдан срыптау бір белгі бойынша жргізілді. Ал табиатта табии срыптау кптеген белгілер бойынша жргізіледі.
Популяциялардаы генетикалы эволюцияны негізгі факторларынамиграция жне гендер дрейфі жатады.Миграциянемесе гендер аыны деп бір популяция даратарыны екінші популяцияа еніп, ондаы даратармен шаылысуын айтады. Гендер аыны тгел трді аллельдер жиілігін згерте алмайды, алайда, бл жиілік жергілікті популяцияда згеруі ммкін, кірме жне жергілікті даратарды аллельдер жиілігі ртрлі болса.
Популяция гені жиілігіні згеру дрежесіні екінші себебі иммиграция жылдымдыына байланысты. Ген аыныны жылдымдыы (m) 0-ден 1-ге дейін ауытиды. Егер m 0 болса, онда иммиграциялы аллельді жо екенін, ал m 1 болса, онда ол жергілікті популяция аллеліні бір рпа аралыында иммиграциялы аллельге толы ауысанын білдіреді. Ген аыныны жылдамдыын мына формула арылы анытайды:
бір рпатаы кірме даратар саны
m -----------------------------------------------
популяцияны жалпы саны
Жергілікті популяцияны айсыбір аллеліні жиілігін q0 деп, ал кірме даратарды аллеліні жиілігін qm деп белгілейік. Онда бл аллельді аралас популяциядаы жиілігі мынадай болуы керек:
q m (qm - q0 )
Мысалы, жергілікті популяцияда бір аллельді жиілігі q0 0,5-ке, ал кірме даратар арасында qm 0,6-а те болсын дейік. Ген аыныны жылдамдыы - m 0,002. Миграция нтижесінде бір рпа аралыындаы аллельді згеруі жиілігін есептеу керек:
q 0,002 (0,6-0,5) 0,0002
Мал шаруашылыында гендер аынымен селекционерлер жиі кездеседі, йткені жергілікті мал тымыны сапасын жасарту шін баса популяциядан (кейде шет елден) келінген асыл нсілді баса мал тымын немесе рыын олдану мал тымын асылдандыру жмысыны ажетті тармаы болып саналады.
ртрлі популяцияларда мутацияны таралуы осы миграция арылы жруі ммкін. сіресе мал шаруашылыында бл баса жерлерден, мемлекеттерден мал келу, сіресе аталы малды (ба, ошар, айыр жне т.б.) немесе оларды спермаларын келіп пайдаланумен байланысты. Мысалы, голштинофриз тымын АШ-тан ФРГ-ге келу, немісті арала тымына кіндіктен болатын жары кемістігін таратты. Бізді елде бір асыл тымды мал зауытында 1/29 хромосомыны транслокациясы бар баларды баса жерлерге сатылуын айтуа болады. Бл уаытында ескертілмегенде зиянды мутацияны таралуына себеп болушы еді.
Гендер дрейфідеп аллельдер жиілігіні кездейсо себептерге, мысалы, популяция саныны аз болуына байланысты згеруін тсінеді. Популяцияны саны туралы жйелі тсінікті популяция даратарыны жалпы саны емес, келесі рпаты беретін даратар саны береді, йткені келесі рпаты генофондына барлы популяция емес, зара шаылысатын даралар ана лесін оса алады.
Популяцияны рбір келесі рпаыны генофонды оларды бастамасын берген ата-аналы рпаты іріктемесі болып саналады. Сондытан мутация, срыптау жне миграцияны сері болмаанны зінде популяцияны генетикалы рылымы іріктеме ателігі арылы згеруі ммкін. Мндай згерісті ауытуы іріктеме (популяциядаы зара шаылысатын даратар саны) кеміген сайын арта тседі. Демек, гендер дрейфіні сері шаын популяцияда жиі байалады.
Айталы айсыбір аллельді жиілігі р 0,5-ке те ата-аналы популяциядан 5000 рпа алынатын болса, онда осы аллельді кездейсо себептерді серінен (бл аллельге срыптауды сері жо) ауытуы 0,48-0,52 аралыынан аспайды. Егерде ата-аналы популяция аз болып, 50 ана рпа беретін болса, онда аллельді рпатаы ауыту жиілігі 0,30-0,70 аралыында болады.
Шаын популяцияда іріктеме ателігі крт артады да ген жиілігі ке клемде ауытиды. Аыр аяында бл аллельді тгелдей жойылуына (р 0) немесе генні баса аллеліні толы ыысуына (р 1) келуі ммкін. Сондытан гендер дрейфі шаын популяцияларды генофондысыны алыптасуында лкен роль атарады.
Гендерді кездейсо дрейфі арылы пайда болан згеріс популяцияны бейімділігін едуір дегейде тмендететін болса, онда мндай популяция жойылып кетуі де ммкін. Сондытан кездейсо дрейф арылы пайда болан барлы згерістер сатала алмайды.
Гендер дрейфіні шегі болып бірнеше ана даралардан тратын жаа популяцияны пайда болуы саналады. Мндай популяция санаулы ана дараларды иммиграциясы нтижесінде пайда болады да, онда бастапы популяцияны кптеген гендері жоалып кетеді. Бл процесс Э.Майрды сынысы бойынша “негізін салушыны сері” деп аталады жне ол эволюцияда маызды роль атаруы ммкін. детте гендер дрейфі популяцияны генетикалы згергіштігін азайтады. Шаын популяция ішіндегі за уаыт аралыындаы шаылысу гетерозиготаларды блігін азайтып, гомозиготаларды блігін кбейтеді.
3. Табии мутациялы процесті жне срыптауды нтижесінде рбір популяция зіне тн нсілдік асиеттерімен, хромосома рылымымен сипатталады. Осы тым уалайтын бірліктерді (гендерді) популяциядаы жиынтыын генофонддеп атайды. Генофонд деген теориялы ана емес, практикалы маызы бар ым.
Малды рбір тымы баса тымдардан е бірінші генофонды арылы ерекшеленеді. р тымны нім дрежелері, сырты пішіні, физиологиялы ерекшеліктері жне анатомиялы рылысы осы гендер жиынтыымен аныталады. Егер тымны генофондында баалы нсілдік бастама болмаса немесе нды гендер шоыры те аз болса, онда бл тымды ажетті баытта жетілдіру те иына тседі. Мысалы, сттілігі, сырт пішіні жне салмаы те жасы ара ала тымды сиырларды сті те сйы, жоары майлылыы сирек болады. Ал осы белгі бойынша тымды жасарту шін ст майлылыы жоары баса тыммен шаылыстыру керек. Бл жмыс зоотехникті кп ойландырады, себебі жаа тым шыару шін ажетті бастапы материалды (тымды) дрыс алу ажет.
Баылау сратары:
1. Тр дегеніміз не?
2. Генофонд деген не?
3. Популяция деген не?
4. здігінен рытанатын организмдер популяциясыны генетикалы рылымы.
5. Айас рытанатын организмдер популяциясыны рылымы.
6. Панмиксия деген не? Трансгрессия деген не?
7. Миграция немесе гендер аыны дегеніміз не?
8. Популяция рылымыны згеруіне миграцияны сері андай?
9. Гендер дрейфі деген не?