Основные этапы развития классической и молекулярной генетики.

Предмет генетики. Место генетики в системе биологических наук. Основные разделы современной генетики. Значение генетики для решения задач селекции, медицины, биотехнологии, экологии, педагогики.

Термин генетика введён в 1906 году. Термин предложил в 1906 г. У. Бэтсон.

Генетика – наука, которая изучает два неразрывных свойства живых организмов: наследственность и изменчивость, а также методы управления ими.Для изучения явлений наследственности и изменчивости используют биохимический, физиологическийи другие методы.

Разделы генетики: Классическая, молекулярная, популяционная.

Место генетики в системе биологических наук.Цитология (наука о клетке) позволяет исследовать природу хромосомы и гена, особенности передачи наследственной информации. Биохимия – исследует молекулярные основы наследственности: химическое строение ДНК и гена, биохимические процессы, происходящие при реализации механизма передачи наследственной информации. Микробиология и вирусология – представили генетики объекты исследований – бактерии и вирусы. Многие вопросы молекулярной генетики были решены, благодаря связи генетики с этими науками. Процессы реализации наследственной информации в онтогенезе исследуются на основе использовании методов эмбриологии и физиологии. Математика – генетика одна из наиболее математизированных биологических дисциплин и используется на всех этапах исследований, от опытов Менделя до сложных моделей в генетике популяций.

Современная генетика представлена множеством разделов, представляющих как теоретический, так и практический интерес. Среди разделов общей, или «классической», генетики основными являются: генетический анализ, основы хромосомной теории наследственности, цитогенетика, цитоплазматическая (внеядерная) наследственность, мутации, модификации.Разделы генетики:● Популяционная генетика● Археогенетика ● Молекулярная генетика ● Геномика ● Медицинская ● Генная инженерия ● Криминалистическая генетика ● Биохимическая генетика ● Генетика человека ● Генетика микроорганизмов ● Эволюционная генетика ● Биометрическая генетика●Генетика пола ● Радиационная генетика ● Генетика развития ● Функциональная генетика и т.д.

Генетика служит теоретической основой селекции.Зная закономерности наследования отдельных признаков, можно сочетать их (путем скрещивания) у потомков. Так, например, у пшеницы можно добиться сочетания типа колоса и характера развития (яровой или озимый).Генетика в медицинезанимается выявлением, изучением, профилактикой и лечением наследственных болезней, а также разработкой путей предотвращения вредного воздействия факторов среды на наследственность человека. Используя методы генной инженерии, современная биотехнологияосуществляет широкое конструирование генетически модифицированных организмов (ГМО), в том числе микроорганизмов, растений и животных. В экологии генетика изучает генетические аспекты взаимодействия организмов, а также изменения организмов под воздействием среды обитания (экологических факторов), исследует взаимовлияние генетических процессов и экологических отношений. Генетика в педагогике помогает выявить совокупность сведений, необходимых педагогам любых специальностей для работы с разными учениками.

Объекты и методы генетики. Гибридологический анализ – основной метод генетики.

1. Молекулярный ─ основными объектами, которого являются нуклеиновые кислоты ДНК и РНК, которые обеспечивают сохранение, передачу и реализацию наследственной информации.

2. Цитогенетический ─ это исследование явлений наследственности на клеточном уровне. Метод изучает число, размеры, формы, физико-химические свойства и причины изменений хромосом, цитоплазматических органоидов клетки, выявляет генетические причины различных наследственных болезней, позволяет оценить мутационную опасность факторов, воздействующих на организм.

3. Гибридологический метод – Гибридологический анализ, способ изучения наследственных свойств организма путём скрещивания (гибридизации) его с родственной формой и последующим анализом признаков потомства. Гибридологический анализ впервые применил Г. Мендель (1865) для изучения механизма передачи наследственных задатков (генов) от родителей потомкам и для изучения взаимодействия генов у одного и того же организма. В основе гибридологического анализа лежит способность к рекомбинации, т. е. перераспределению генов при образовании гамет, что приводит к возникновению новых сочетаний генов. По этим сочетаниям, которые проявляются в потомстве гибридной особи с определённой частотой, можно судить о генотипе родительской формы, а по генотипу родительской формы можно предсказывать генотип потомства. С помощью различных видов скрещивания можно выявить, сколько типов гамет по данному гену формирует организм, и определить его генотип.и оценку полученного потомства по характеру проявления изучаемых признаков.

4. Моносомный ─ это определение местонахождения того или иного гена в определенной хромосоме, который отвечает за какой– либо признак.

5. Рекомбинационный ─ это изучение эффекта новых генных сочетаний, появляющихся в результате обмена между разными участками нити ДНК или хромосом за счет явления кроссинговера.

6. Генеалогический метод- один из вариантов гибридологического, который позволяет изучить наследование признаков в поколениях групп людей, животных или других организмов, связанных определенной степенью родства. Основой данного метода является составление родословных, выявление и учет заболеваний в поколениях, и характер их наследования.

7. Близнецовый метод ─ применяют при изучении влияния определенных факторов внешней среды и их взаимодействия с генотипом особи, а также для выявления относительной роли генотипической и модификационной изменчивости в общей изменчивости признака.

8. Мутационный метод (мутагенез) позволяет установить характер влияния мутагенных факторов на генетический аппарат клетки, ДНК, хромосомы, на изменения признаков или свойств.

9. Популяционно-статистический метод используют при изучении явлений наследственности в популяциях для установления изменений структуры последних под влиянием мутаций и отбора. Метод является теоретической основой современной селекции животных.

10. Феногенетический метод дает возможность установить степень влияния генов и условий среды (кормление и содержание) на развитие изучаемых свойств и признаков в онтогенезе животных.

Основой каждого метода является статистический анализ - биометрический метод. Он представляет собой ряд математических приемов, позволяющих определить степень достоверности полученных данных.

Основные этапы развития классической и молекулярной генетики.

В развитии генетики можно выделить 3 этапа:

1 Этап (с 1900 по 1925 г.) – этап классической генетики.

В этот период были переоткрыты и подтверждены на многих видах растений и животных законы Г.Менделя, создана хромосомная теория наследственности (Т.Г.Морган).

2 Этап (с1926 по 1953) – этап широкого развёртывания работ по искусственному мутагенезу (Г.Меллер и др.)

В это время было показано сложное строение и дробимость гена, заложены основы биохимической, популяционной и эволюционной генетики, доказано, что молекула ДНК является носителем наследственной информации (О.Эвери), были заложены основы ветеринарной генетики.

3 Этап (начинается с 1953 г.) – этап современной генетики, для которого характерны исследования явлений наследственности на молекулярном уровне.

Была открыта структура ДНК (Дж. Утсон), расшифрован генетический код (Ф.Крик), химическим путём синтезирован ген (Г. Корана). Большой вклад в развитие генетики внесли отечественные учёные. Научные генетические школы созданы Вавиловым и др. Получили искусственным путём мутации – Филиппов. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Карпеченко предложил метод преодоления бесплодия у некоторых гибридов. Четвериков – основатель учения о генетике популяций. Серебровский – показал сложное строение и дробимость гена.

Молекулярная генетика выделилась из биохимии и сформировалась как самостоятельная наука в 50-х годах прошлого столетия:

1). В 20-40 гг. ХХ века было установлено, что носителем наследственной информации в клетке является молекула ДНК, а не белок, как считали раньше. Были получены прямые доказательства роли ДНК в наследственности. Это явления трансформации, трансдукции, половой процесс у бактерий, строение вируса, а также обнаружение почти полной идентичности химического состава ДНК (но не белков) у всех представителей данного биологического вида.

2).Следующий этап развития молекулярной генетики связан с таким важным открытием, как установление структурной организации молекулы ДНК– в 1953 году. Крик и Уотсон установили, что ДНК состоит из двух спирально-закрученных цепей.

3).Определение направления передачи информации – «один ген – один фермент» - Бидл и Татум – 50-е годы. (В настоящее время – один ген – один полипептид).

4).Расшифровка генетического кода – Ниренберг, Очоа (К 1964 году расшифрованы коды для всех аминокислот). Выяснение механизма экспрессии генов упрокариот и ее регуляции – Франсуа Жакоб и Жан Моно – 50-е годы.

5).70-е годы и до настоящего времени – выявление особенностей экспрессии генов у эукариот. Развитие генетической инженерии.