Презентация "ГЕННЫЙ БАЛАНС" по химии – проект, доклад

Генетика. Лекция 5

Генотип. Геном. Кариотип. Геномные мутации. Генный баланс. Компенсация доз генов. Эволюция генома.

Геном – набор генов, характерный для данного биологического вида (в гаплоидном наборе). Например, геном человека. Генотип – набор генов (аллелей) данного организма (в диплоидном наборе). Например, генотип пациента. Кариотип – набор хромосом (в диплоидном наборе). Используется как для вида, так и для организма

Механизмы поддержания постоянства кариотипа в ряду поколений

клеток – митоз oрганизмов – мейоз и последующее оплодотворение

2n2c n2c nc

Нерасхождение хромосом в мейозе дает нарушение во всех клетках потомка (генеративная мутация). Нерасхождение при митозе дает нарушение только в потомстве данной клетки (соматическая мутация). Такой организм называется «мозаик».

Нарушения расхождения хромосом в анафазе митоза или мейоза

Нарушения количества хромосом в кариотипе называют геномными мутациями

Геномные мутации

Полиплоидия k n – кратное n увеличение или уменьшение числа хромосом k = 1 - гаплоидия k = 2 – норма k = 3 - триплоидия k = 4 - тетраплоидия и так далее

Анеуплоидия (гетероплоидии) 2n+k, где k=n – некратное n изменение числа хромосом 2n + 1 - трисомия 2n + 2 - тетрасомия 2n – 1- моносомия 2n – 2 - нулисомия

_

Полиплоидия

у растений приводит к увеличению размеров всех частей тела

У животных и человека приводит к гибели плода

При триплоидии (3n) характер нарушения зависит от того, чьих хромосомных набора два, а чьих один

2 от матери + 1 от отца – плод выглядит нормально, но плацента недоразвита

2 набора от отца + 1 от матери – маленький плод, но очень большая плацента, возможен пузырный занос

Пузырный занос

Анеуплоидия

Анеуплоидии – изменение количества отдельных хромосом

Абсолютное большинство эмбрионов с анеуплоидией погибает на ранних сроках беременности. Чем меньше генов в хромосоме, тем вероятнее, что плод с анеуплоидией доживет до рождения. Нарушения развития всегда затрагивают многие органы и ткани

Примерное количество генов в хромосомах человека

Есть связь между частотой анеуплоидии и возрастом матери

Возраст матери, годы

Риск рождения ребенка с синдромом Дауна %

Синдром Дауна- трисомия 21

Объяснил синдром Дауна как хромосомную аномалию. Также описал синдром кошачьего крика — иногда его называют «синдромом Лежена».

Жером Лежен

рекомендую

Синдром Патау, трисомия 13

Трисомия 13 – синдром Патау

Трисомия 18 – синдром Эдвардса

Синдром Эдвардса, трисомия 18

Стопа-качалка

Кисты в головном мозге

Анеуплоидии по половым хромосомам не приводят к тяжелым нарушениям развития благодаря способности Х хромосомы образовывать тельце Барра

Женщины ХХХ или мужчины ХYY здоровы и не отличаются от обычных людей. Х0 – синдром Шерешевского-Тернера ХХY – синдром Клайнфелтера

Синдром Шерешевского-Тернера, 45,ХО

Плод с синдромом Шерешевского-Тёрнера

Синдром Клайнфелтера (более одной Х при наличии У)

Женский тип оволосения и гинекомастия

Проявление синдромов может быть связано с:

полной трисомией/моносомией во всех клетках. Пример записи кариотипа: 47,ХY, +13 (синдром Патау); мозаичной формой. Например, 50% 46,ХХ: 25%47,ХХХ 25%:25%45,Х0 транслокационной формой. Например, 46, ХХ, rob14/21 (транслокационная форма синдрома Дауна)

15 15/21

Понятие о геноме и генном балансе

Размеры генома разных видов

3,3 109 пар нуклеотидов в гаплоидном наборе

Кишечная палочка (бактерия)

дрожжи дрозофила курица лягушка человек

Классификация последовательностей и генов в геноме

Последовательности ДНК Уникальные – одна копия на геном Умеренно повторяющиеся – десятки – сотни копий. 20% генома (в основном, некодирующие повторы, но и некоторые гены) Высокоповторяющиеся – тысячи – сотни тысяч копий (сателлитная ДНК) – более 10% генома (генов не содержит)

Гены Уникальные («гены роскоши») – одна копия на геном. Например, ген группы крови АВО и все прочие (см. задачи на законы Менделя.) Повторяющиеся («гены домашнего хозяйства») –Например, гены т-, рРНК, гены гистонов, тубулинов.

Виды повторов: а. тандемные б. диспергированные

а б

Роль повторов не вполне ясна – возможно, структурная. Они обычно локализуются в центромерных и теломерных районах хромосом. Выявляются при С-окраске (на структурный гетерохроматин)

Организация кластера рибосомальных генов и синтез рРНК, видимый в электронный микроскоп

Транскрибируемые гены Спейсер

Повторяющиеся гены на примере генов рРНК

Доза гена – число копий в геноме или генотипе. Одно из свойств гена – дозированность действия: признак выражен тем сильнее, чем больше генов в генотипе

а1а1а2а2 А1а1а2а2 А1А1а2а2 А1А1А2а2 А1А1А2А2

Так, кожа тем темнее, чем больше доза аллеля А

Генный баланс – наличие в генотипе строго определенного числа доз каждого гена. (Особенно важен для уникальных генов – «генов роскоши»). Это можно сравнить с

еще парой роялей в маленькой квартире

отсутствием или сразу тремя начальниками (регуляторными генами)

Поэтому нарушение генного баланса приводит к порокам развития, которые мы видим при несбалансированных хромосомных и геномных мутациях, а также при точковых мутациях важных уникальных генов.

Однако анеуплоидии по Х или У хромосомам не приводят к грубым нарушениям. Y– слишком мала, а Х способна выключаться, образуя тельце Барра. Это пример компенсации нарушений генного баланса

Схема мозаичной инактивации Х-хромосомы у самок млекопитающих

зигота бластоциста

инактивация одной из Х-хромосом на 16 сутки развития –случайная и необратимая

Аллельное исключение на примере генов Х хромосомы

Распределение потовых желез у монозиготных близнецов, гетерозиготных по гену эктодермальной дисплазии

Х-сцепленная рецессивная мутация – ангидротическая эктодермальная дисплазия OMIM 305100, Xq12-q13

Эволюция генома

В основе - генные, хромосомные и геномные мутации

Новые гены возникают в результате мутаций исходного гена

Б. Появление новых генов путем перетасовки экзонов

А. Появление новых генов путем дупликации предкового гена и последующих точковых мутаций

Предковый ген

Ген с новыми функциями

Часть гена 1 Часть гена 2 Часть гена 3 дупликация

Ген А1 с исходной функцией Неработающий псевдоген Ген А2 с другой, но близкой функцией

Эволюция глобиновых генов шла путем дупликаций, транслокаций и точковых мутаций

Хромосома 22

Хромосома 11 Хромосома 16

Хромосома 16 Хромосома 11

Миоглобин хромосома 22

В результате возникли генные семейства (кластеры) на разных хромосомах

Эволюция генов, отвечающих за синтез зрительных пигментов шла также путем дупликаций и точковых мутаций, приведших к замене аминокислот в белках-ферментах

Эволюция генов, отвечающих за синтез зрительных пигментов

Черным показаны различия по аминокислотам

На предыдущем слайде было видно, что красный и зеленый гены дивергировали совсем недавно, поэтому красно-зеленая слепота встречается часто

Нормальные варианты числа копий генов на Х хромосоме

Неравный кроссинговер как внутри, так и между генами

Различные формы дальтонизма

Эволюция хромосом приматов – видны робертсоновская транслокация и инверсия

Конец

Спасибо за внимание!