Закон Харди-Вайнберга

Закон Харди-Вайнберга описывает:

 1) эволюционную популяцию
 2) идеальную популяцию
 3) малочисленную популяцию
 4) популяцию неограниченной численности

+ Правильный ответ:

Повторы в ДНК

Как может возникнуть повторение идентичных участков ДНК и какое биологическое значение может быть у такого повторения?

Разберем возможные способы возникновения повторов в ДНК. Сначала рассмотрим случай, когда у какого-то организма в ДНК некий участок присутствует в удвоенном виде. Или такое строение данный участок имел всегда (тогда вопрос о его происхождении теряет смысл), или он возник из единичной копии. Понятно, что, придумав способ удвоения участка ДНК, мы открываем дорогу к дальнейшему увеличению числа сегментов.
Логично предположить, что вторая копия нашего сегмента не возникла из ничего, а сначала была в составе другой молекулы ДНК. Обмен участками ДНК между двумя молекулами называется рекомбинацией. Как известно, у эукариот это «событие» происходит в мейозе. Вспомним известные из учебника схемы перекреста хромосом.
Обычно хромосомы рекомбинируют точно, и в составе получившихся хромосом сохраняется порядок и число генов. Но не так уж редко перекрест бывает неравным. В результате в одной из получившихся хромосом данного гена нет вовсе, а в другой хромосоме этот ген удвоен. Если точка перекреста будет не между генами, а внутри гена, то удвоится не весь ген, а участок ДНК в составе этого гена. Хромосома, из которой ген утрачен, скорее всего, не будет воспроизводиться в череде поколений (если ген важный, то ближайшие потомки, получившие такую хромосому, погибнут или не оставят потомства). Хромосома же с удвоенным участком может и не оказывать отрицательного влияния на своего обладателя. Такие же обмены участками между хромосомами могут происходить и во время митоза и даже между митозами, когда клетка не делится.
Другой путь умножения генов — повторное начало репликации. В ДНК содержатся участки, в которых начинается репликация. Здесь две нити ДНК в определенных условиях расходятся, и специальные ферменты начинают синтез дочерних цепей. Структуру удваивающейся ДНК представляют следующей схемой.

Подробнее...

Значение делеций

Среди различных мутаций выделяют делеции — утраты разного количества нуклеотидов из ДНК. Есть ли случаи, когда делеции не вредны, а безразличны или даже полезны для их обладателя?

Прежде всего необходимо различать делеции, происходящие в генеративных клетках (т. е. половых и их предшественницах), и делеции в соматических (всех остальных) клетках. Первые практически всегда безвредны для организма, но могут влиять на приспособленность его потомков. Вторые влияют на приспособленность самого организма. Некоторые белки могут выполнять свои функции даже в том случае, если удалить небольшую часть молекулы. Делеции в генах таких белков будут практически безразличны. Если белок синтезируется и работает не при любых, а лишь при определенных условиях (например, только у одного пола), то делеция по гену этого белка будет безразлична в других условиях (у другого пола).
У эукариот большинство генов имеется не в единственном экземпляре, а во многих копиях. Некоторые из них могут утрачиваться без ущерба.
Существуют большие зоны ДНК, которые ничего не кодируют. Внутри многих генов эукариот располагаются некодирующие области — интроны. Некоторые интроны могут быть утрачены из ДНК без большого вреда для организма, поскольку их наличие или отсутствие не влияет на работу белка (правда, некоторые интроны имеют особые функции и их удаление вредно).

Подробнее...

Частота генотипов

На далекой Амазонке было открыто большое племя, полностью изолированное от внешнего мира. Исследователь определил группы крови системы MN (М и N — два кодоминантных аллеля одного гена) у 100 членов племени. У него получилось: с генотипом ММ — 80 человек, MN — 20 человек и NN — 0 человек. Исследователь решил, что на далекой Амазонке люди с генотипом NN не выживают. А что скажете Вы?

Начнем решать эту задачу от противного. Пусть никакого отбора нет и гаметы каждого из родительских аллелей беспрепятственно принимают участие в формировании следующего поколения. У 100 человек имеются 200 аллелей гена, определяющего эту группу крови. Поэтому частота аллеля М — 0,9; частота аллеля N — 0,1. Можно предположить, что образование родительских пар не зависит от этой группы крови. Тогда, поскольку племя большое и случайные колебания не должны сильно влиять на частоты разных аллелей и типов скрещивания, частота встреч двух гамет с аллелем N и образования генотипа NN — 0,01. Это один человек из 100, в выборку из 100 человек такой генотип мог не попасть по случайным причинам. Те, кто знаком с законом Харди — Вайнберга, могут доказать, что оговоренные выше условия совпадают с теми, при которых выполняется этот закон. Частоты аллелей и генотипов в следующем поколении при этом не меняются. Выразить частоты всех генотипов через частоты аллелей можно, исходя из сказанного ранее.

Биологическое значение повторов генов в хромосоме

Какое биологическое значение имеет повторение идентичных генов в одной хромосоме? Как такое повторение может возникнуть?

Продукты довольно многих генов нужны в клетке в большом количестве, но обычно при этом вполне достаточно одной копии такого гена. Ведь с нее можно «списать» много копий информационной РНК, а по каждой из этих РНК построить много молекул белка. Для тех генов, которые кодируют не белок, а РНК (рибосомную, транспортную), такой механизм «усиления» в полной мере не работает, поэтому они представлены в клетке большим количеством копий. Иногда какого-то белка нужно не только много, но и к определенному сроку.
Так, белки, участвующие в укладке ДНК, срочно необходимы к началу репликации ДНК, а до этого будут только «мешать». В этом случае такие способы «усиления» оказываются слишком медленными, поскольку с одного гена одновременно можно «списать» лишь ограниченное количество информационных РНК, а по одной информационной PHK можно одновременно строить лишь ограниченное количество молекул белка. В этом случае тоже потребуется иметь несколько копий гена.

Подробнее...

Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК

Как сказывается изменение последовательности нуклеотидов в ДНК на структуре и функциях белков?

Участками ДНК, изменение которых не вызвало бы изменения структуры и функций белка, могут быть так называемые «некодирующие последовательности». Например, такие последовательности составляют около 90% генома человека, и их функции пока остаются неизвестными — они не кодируют ни один белок.
Другой пример таких участков — гены, кодирующие не белки, а рибосомные или транспортные РНК. Изменение в кодирующей последовательности таких генов не вызовет каких-либо изменений в структуре белка. При этом, если т-РНК утратит способность переноса соответствующей аминокислоты, это в конечном счете скажется на структуре и функциях белка.
Возможен еще один случай: изменение могло произойти во внутренних, некодирующих последовательностях генов эукариот (так называемых интронах). При транскрипции интроны вырезаются из РНК — в этом состоит процесс сплайсинга. Матричная РНК, прошедшая сплайсинг, содержит только кодирующие последовательности. Изменения в интронах, следовательно, могут не повлиять на структуру и функции белка.
Учитывая особенности генетического кода, можно найти еще одну возможность осуществления данных условий: некоторые аминокислоты кодируются несколькими триплетами, и часто третий нуклеотид не имеет существенного значения при узнавании триплета транспортной РНК (например, замена А–Г в триплете АГА на АГГ не изменит кодируемую аминокислоту — аргинин).
В некоторых случаях аминокислотные замены могут и происходить, но не приводить к существенному изменению структуры и функций белка. Случаем, когда такое изменение все же происходит, является серповидноклеточная анемия.

Генетические опыты

Какие свойства растений необходимы или полезны для проведения над ними генетических экспериментов. Среди каких систематических и экологических групп нужно искать растения с этими свойствами?

Сразу же отметим, что речь идет о растениях, на которых наиболее удобно изучать научные закономерности, а не о хозяйственно важных объектах, работать с которыми приходится независимо от их удобств. Понятно, что лучше всего работать с растениями с коротким жизненным циклом и большим количеством потомства, легко разводимыми в лабораторных условиях. Подходящие объекты у низших растений можно обнаружить среди одноклеточных водорослей, а у высших — среди эфемеров. (Зато высшие растения, способные многократно цвести и плодоносить, можно использовать для анализирующего скрещивания родителей с потомством.) Особенности полового размножения очень важны при работе с объектом. Так, горох оказался удобен тем, что строение его цветка защищает пестик от посторонней пыльцы, а самоопыление легко предотвратить, удаляя тычинки с незрелыми пыльниками. Цветковые растения нередко способны также к апомиксису — размножению без оплодотворения. Неучет апомиксиса способен полностью исказить анализ. (Так произошло с ястребинкой, на которой пытался подтвердить свои законы Мендель.) А вот переход к апомиксису, наступающий в определенных условиях, дает генетику дополнительные возможности. Способность к вегетативному, или бесполому, размножению также очень ценна, поскольку позволяет получить генетически однородные клоны.

Подробнее...

Развитие хромосомной теории наследственности

Существовала гипотеза, согласно которой хромосомы — это временные образования, собирающиеся из отдельных генов для обеспечения митоза и мейоза, а потом вновь распадающиеся. Какие известные Вам факты прямо или косвенно опровергают эту гипотезу?

Доказательством существования хромосом как структур, где расположены связанные друг с другом гены, может служить сцепление генов. Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются сцепленно. При определении расстояния между ними методами генетического картирования получены однозначные результаты, повторяющиеся в разных опытах (картирование осуществляется на основе анализа результатов скрещиваний). Вряд ли хромосома перед каждым делением собирается заново из отдельных генов, а затем распадается вновь. Маловероятно, чтобы гены при каждой «сборке» располагались в строго закрепленной последовательности. Но даже если это происходит, то все равно возникают другие аргументы.
Пример — «эффект положения», когда проявление признака зависит не только от соответствующего гена, но и от расположения этого гена в хромосоме (он может быть перенесен в другой участок хромосомы) и от состояния соседних с ним участков генома. А ведь данный ген «работает» именно в интерфазе, между клеточными делениями, когда хромосома должна быть «разобрана». (У бактерий ДНК уложена по другому принципу, чем у эукариот, и нет хромосом, видимых в оптический микроскоп. Но, скорее всего, столь универсальное явление, как «сборка» и «разборка» на отдельные гены, должно происходить или не происходить для всех организмов. А у бактерий группа генов, управляемых одним регуляторным элементом, может считываться на общую т-РНК, хотя это происходит между делениями клеток. Это знали еще в 60-х годах.) Длина уложенной в хромосому ДНК весьма значительна, а в интерфазе она сильно расплетается, поэтому проследить непрерывность нити ДНК по всей длине с помощью электронного микроскопа сложно. Но на отдельных участках эта непрерывность видна вполне хорошо. (В некоторых тканях животных и растений, например в клетках слюнных желез дрозофилы, интерфазные хромосомы многократно удваиваются, не входя в митоз и не расходясь. Благодаря увеличивающейся толщине их можно наблюдать в световой микроскоп и убедиться в их видимой непрерывности.)

Подробнее...

Гипотеза «присутствия-отсутствия»

На заре развития генетики существовала гипотеза, согласно которой любая мутация является результатом «выпадения» гена из хромосомы (так называемая гипотеза «присутствия-отсутствия»). Какие известные Вам факты прямо или косвенно ее опровергают и почему в свое время все же были разделявшие эту гипотезу ученые?

Аргументом в пользу гипотезы «присутствия- отсутствия» могло быть исчезновение какой-либо функции при появлении мутации (например, утеря синтеза пигмента у альбиносов). Довод против этого аргумента — существование мутантов с ослабленным или усиленным проявлением какого-либо признака. Другой довод — восстановление дикого типа у мутантных особей (реверсии) в результате новой мутации. Вряд ли можно предположить, что ген «вернулся» на то же место, откуда был исключен. Представляется, что эти доводы не абсолютны. На проявление признака может влиять несколько генов, способных как усиливать его проявление, так и ослаблять или подавлять. В этом случае к подобным результатам может приводить и полное «выпадение» одного из этих генов. Но в ходе скрещиваний обычно можно установить, произошла ли, скажем, реверсия за счет мутации в том же гене или в новом.

Подробнее...

Полиплоидия

Почему полиплоидия встречается чаше у растений, чем у животных?

Для недавно образовавшегося полиплоида основная проблема — это размножение, так как в мейозе спариваются не две, а больше гомологичных хромосом и, как правило, нормально спариваться и разойтись к полюсам они не могут. Возникает и проблема нахождения полиплоидного партнера. Растения же обладают естественными механизмами сохранения полиплоидии: это вегетативное размножение и апомиксис. При апомиксисе образование зиготы происходит без оплодотворения (лишь иногда сперматозоиды служат для стимуляции деления зиготы). Названные механизмы способствуют сохранению полиплоидии в ряде поколений; не происходит «разрушения полиплоидов» из-за неправильного расхождения хромосом; у постоянных апомиксов мейоз практически выпадает. После образования полиплоидной популяции путем вегетативного размножения или апомиксиса возможны скрещивания внутри нее, если будут заново отрегулированы механизмы мейоза.

Полиплоидия у животных чаще искажает нормальный путь эмбрионального развития, не дает ему завершиться. Видимо, это связано с тем, что процессы развития и дифференцировки, отношения зародыша с материнским организмом у животных иные, чем у растений.

Кроме того, у полиплоидных организмов может быть нарушено определение пола, особенно для гетерогаметного пола. А разделение на два пола, особенно определенных генетически, чаще встречается у животных, чем у растений.