Жалпы және молекулалық генетика пәні бойынша 11 семинар

1.Тұқым қуалаудың хромосомалық теориясы дегеніміз не? 2. Тұқым қуалаудың хромосомалық теориясын кім, қашан ашты? 3. Гендер тіркесі деген не? 4. Кроссинговерге анықтама бер. 5. Хромосомалардың айқасуын қалай түсінесің? 6. Интерференцияға анықтама бер. 7. Хромосомалардың генетикалық картасы қалай құрылады? 8. Жыныспен тіркескен белгілер деп нені атайды? 9. Крис-кросс тұқым қуу дегеніміз не? 10. Жыныс хромосомалары жүйесіндегі ауытқулар қалай анықталады? 11. Белгілердің толық тіркесуі дегеніміз не? 12. Белгілердің толымсыз тіркесуі дегеніміз не? 13. Кроссоверлік бірлік. Морганида. 14. Гендердің хромосомада орналасуы

1.Тұқым қуалаудың хромосомалық теориясы дегеніміз не?

Тұқымқуалаушылықтың хромосомалық теориясы – ядрода орналасқан хромосомалар гендерінің тасымалдаушысы болатындығын және олардың тұқымқуалау негізі екендігін дәлелдейтін теория. Т. х. т. 20 ғ-дың басында клетка теориясы негізінде қалыптасты. 1902 – 07 ж. неміс ғалымы Т.Бовери және 1902 – 03 ж. АҚШ ғалымы У.Сеттон мендельдік тұқымқуалау факторы (қазір ол «ген» деп аталады) хромосомада локализденген (орналасқан) деген тұқымқуалаушылықтың хромосомалық гипотезасын ұсынды. Бұл гипотезаның алғашқы дәлелі жануарларда жынысты анықтаудың генетикалық механизмдерін зерттеу кезінде алынды. Теорияны тәжірибе арқылы американдық ғалым Т. Морган (1866 – 1945) дәлелдеді. Ол кейбір гендердің ұрпақтан-ұрпаққа берілуі жыныс хромосомаларына байланысты болатындығын, яғни, жыныспен тіркесіп тұқымқуалайтындығын байқады. Тұқымқуалаушылық хромосомалық теориясының дамуы арқасында бір хромосомада орналасқан гендер бір тіркесу тобын құрайтындығы және келесі ұрпаққа бірге берілетіндігі, яғни, тіркесу тобының саны клеткадағы жұп хромосомалар санына тең болатындығы анықталды (мыс., адамда, 23 жұп хромосома болса, тіркесу тобының саны да 23-ке тең). Морган және оның қызметкерлері (А.Стертевант, т.б.) гендердің толық емес тіркесу құбылысын зерттеп, соның нәтижесінде гендердің хромосомада бір түзу сызық бойында орналасатындығын анықтады. Гомологты хромосомаларда тіркескен гендер гетерозиготалы жағдайда мейоз кезінде жаңа комбинациялы гаметалар береді. Мұндай хромосомалық қайта құрылулар немесе кроссинговер құбылысын (қ. Кроссинговер) дрозофила шыбынына жасалған тәжірибелер арқылы К.Штерн, жүгеріде Х.Критон және Б.Мак-Клиток дәлелдеп берді (1933). Хромосомада гендер бір-бірінен қаншалықты қашықта (алыс) орналасса, онда олардың арасында кроссинговердің жүруі соғұрлым жиілей түседі. Осы құбылыс, яғни, тіркескен гендер арасындағы қашықтық пен кроссинговер жиілігінің бір-біріне тәуелділігі хромосомалардың генет. картасын жасауға мүмкіндік берді. Тұқымқуалаушылық хромосомалық теориясы өсімдіктер мен жануарлар организміндегі белгілердің тұқымқуалау заңдылықтарын түсіндіре отырып, а. ш. ғылымы мен тәжірибесінде маңызды рөл атқарады. Сондай-ақ хромосомалардың қайта құрылу заңдылықтарын білу адамдағы тұқымқуалайтын ауруларды жан-жақты зерттеуге негіз болады.

2. Тұқым қуалаудың хромосомалық теориясын кім, қашан ашты?

Морган және оның қызметкерлері (А.Стертевант, т.б.) гендердің толық емес тіркесу құбылысын зерттеп, соның нәтижесінде гендердің хромосомада бір түзу сызық бойында орналасатындығын анықтады. Гомологты хромосомаларда тіркескен гендер гетерозиготалы жағдайда мейоз кезінде жаңа комбинациялы гаметалар береді. Мұндай хромосомалық қайта құрылулар немесе кроссинговер құбылысын (қ. Кроссинговер) дрозофила шыбынына жасалған тәжірибелер арқылы К.Штерн, жүгеріде Х.Критон және Б.Мак-Клиток дәлелдеп берді (1933). Хромосомада гендер бір-бірінен қаншалықты қашықта (алыс) орналасса, онда олардың арасында кроссинговердің жүруі соғұрлым жиілей түседі. Осы құбылыс, яғни, тіркескен гендер арасындағы қашықтық пен кроссинговер жиілігінің бір-біріне тәуелділігі хромосомалардың генет. картасын жасауға мүмкіндік берді. Тұқымқуалаушылық хромосомалық теориясы өсімдіктер мен жануарлар организміндегі белгілердің тұқымқуалау заңдылықтарын түсіндіре отырып, а. ш. ғылымы мен тәжірибесінде маңызды рөл атқарады. Сондай-ақ хромосомалардың қайта құрылу заңдылықтарын білу адамдағы тұқымқуалайтын ауруларды жан-жақты зерттеуге негіз болады.

3.Гендер тіркесі деген не?

Бір хромосомада орналасқан гендердің айқаса алмай, бірігіп тұқым қуалауын гендердің тіркесуі деп атайды. Яғни, олар бір-бірінен тәуелсіз ажырап кетпей, бірге тұқым қуалайды. Алғаш рет бұл құбылысты 1905 жылы У. Бэтсон және Р. Пеннет хош иісті бұршақ өсімдігіне жасаған тәжірибелерінде ашқан болатын. Бұл заңдылықтың теориялық тұжырымдамасын жасаған және терең зерттеген ғалым Т. Морган болды. Кез келген жоғары сатыдағы организмдерде гендердің саны хромосомалардың санынан артық болады. Мысалы, адамның 46 хромосомасында соңғы деректерге сүйенсек, 26 мыңнан 40 мыңға жуық гендер, ал дрозофила шыбынының 4 жұп хромосомасында 7000 ген бар деген болжам бар.

Бір жұп хромосомада бірнеше мың ген болады. Бір хромосомада орналасқан гендерді тіркескен гендер деп атайды. Ол гендер тіркесу тобын құрайды. Жасушаның мейоздың бөлінуі кезінде тіркескен гендер бір гаметаға түседі. Т. Морган тіркесу құбылысын анықтау мақсатында зерттеу нысаны ретінде жеміс шыбынын — дрозофила меланогастерді алады. Себебі оның мынадай ерекшеліктері бар. Олар:

Дрозофила меланогастер

аз уакыт ішінде ұрпақ береді. 8—10 күн

ұрпақтарының саны көп, 2-3 аналық, бір аталықтан 500— 600 ұрпақ шыбын алады

өзгерген түрлері көп

хромосома саны аз. 4 жұп — 8. Денесінің түсі сұр, қалыпты қанатты шыбынды денесінің түсі қара, жетілмеген қанатты аталырымен будандастырады.

Бірінші ұрпақ будандарының барлығы денесінің түсі сұр, жетілген қанатты болады. Бірінші ұрпақ будандарын өз-өзімен будандастырғанда, Ф2 ұрпақта белгілердің фенотипі бойынша ажырауы тәуелсіз тұқым қуалау заңына сәйкес болмай (9:3:3:1), ата-анасының белгілері бойынша 3:1 сан қатынасында ажырайды.

Белгілердің 3:1 қатынасында ажырауын, дененің түсін, қанатының пішінін анықтайтын гендер бір жұп хромосомада орналасатынын көрсетеді. Бұл бір хромосомада орналасқан гендердің бірігіп, тіркесіп тұқым қуалайтынын дәлелдейді. Тіркесудің екі түрі болады. Толық тіркесу және толық емес тіркесу.

Толык тіркесу — сирек кездесетін құбылыс. Мысалы, денесінің түсі қара, жетілмеген қанатты аналық дрозофила шыбынын, денесінің түсі сұр, жетілген қанатты аталығымен будандастырғанда, ұрпақтарында белгілердің фенотипі бойынша ажырауы 1:1 сан қатынасында немесе 50%—50% болып, бір хромосомада болғандықтан, толық тіркесу байқалады. Мұнда аналық шыбында 4 гаметаның орнына екі типті б+Вг және бВг+, ал аталықта бір типті бВг гаметалар түзіледі, гаметалардағы гендердің қосылу комбинациясы ата-аналық дараларға сәйкес келеді. Сондықтан да ұрпақтары ата-аналық дараларға (денесі кара, жетілген қанат және денесі сұр, жетілмеген қанат) ұқсас болады. Талдаушы шағылыстыруда Ф2-ұрпақтар 50% (қара дене, жетілмеген қанат) және 50% (сұр дене, жетілген канат) болады. Сонда б+ гені Вг+ генімен, ал б гені Вг генімен тіркескен. Бұл гендер бір-бірінен ажырамайтындықтан, гомологті хромосомалардың учаскелерінде алмасу жүрмейді. Жынысына қарамай, бірдей сан қатынасында ата-аналық белгілері бар ұрпақтар түзіледі. Сонымен Т. Морган зерттеген белгілердің тіркес тұқым қуалауы Морганның тіркесу заңы немесе генетиканың төртінші заңы деп аталады.

4. Кроссинговерге анықтама бер.

Табиғатта толық емес тіркесу гендердің бірге тұқым қуалау сипатына байланысты кейде жиі, кейде сирек көрініл отырады. Т. Морган гомологтік хромосомалар жұбында гендер үнемі алмасып отыратындығын көрсетті. Мысалы, денесінің түсі сұр, жетілген қанатты дрозофила шыбынының аналығын, денесінің түсі қара, жетілмеген қанатты аталығымен будандастырғанда, ұрпақтарында белгілердің фенотип бойынша ажырауы мынадай қатынаста болады.

Сұр дене	Сұр дене	Қара дене	Қара дене
Жетілген қанат	Жетілмеген қанат	Жетілген қанат	Жетілмеген қанат
41,5%	8,5%	8,5%	41,5%

Былай болу себебі, тиісті гендері бар гомологтік хромосомалардағы сәйкес бөліктердің алмасу процесі хромосомалардың айқасуы немесе кроссинговер деп аталады. Осы кұбылыстың нәтижесінде гомологтік хромосоманың біреуінде орналасқан ген баска хромосомаға өтіп, гендердің басқа үйлесуі түзіліп, жаңа белгілер пайда болады. Тәжірибеден алынған шыбындардың 17%-ында кроссинговер жүрген. Кроссинговерге ұшыраған хромосомалары бар гаметаларды кроссоверлі деп, кроссинговерге ұшырамаған гаметаларды кроссоверлі емес гаметалар деп атайды.

Кроссинговердің жиілігі бір хромосомада орналасқан гендердің арақашықтығын және гендердің өзара орналасқан орнын көрсетеді. Хромосомада гендер бір-бірінен неғұрлым алшақ болса, кроссинговердің жиілігі артады, ал гендер хромосомада жақын орналасса, олардың арасындағы тіркесу күші мықты болғандыктан, кроссинговердің жиілігі кемиді.

Кроссинговердің мөлшері пайызбен көрсетіледі. Кроссинговердің бір пайызы гендер арақашықтығының бірлігі болып табылады. Оны сантиморган (сМ) деп атайды.

Кроссинговердің жиілігі = кроссоверлік ұрпақтың саны * 100/ұрпақтың жалпы саны

Мысалы, егер ұрпактың жалпы саны 1000, жаңа кроссоверлі ұрпактың саны 200 болса, кроссинговердің жиілігі 20 % болады. Кроссинговердің жиілігі =200 * 100/1000= 20 % немесе 10 сМ.

5. Хромосомалардың айқасуын қалай түсінесің?

Гомологты хромосомалардың бойында аллельді гендердің бір емес, бірнешеуі орналасатындығы белгілі. Кейде сол жұп хромосомалар айқасып, нәтижесінде Х тәрізді фигуралар-хиазмдер пайда болады. 1911 жылы Морган ашқан бұл құбылыс хромосомалардың айқасуы немесе кроссинговер деп аталады. Екі жұп хромосомалар айқасуының нәтижесінде бір-бірімен бөлім алмастырады.

6. Интерференцияға анықтама бер.

Егер кроссингер бір уақытта екі көршілес хромосома учаскелерінде жүрсе, онда қос қиылыстардың жиілігі бір жақты қиылыстардың жиілігінің негізінде есептеуге болатыннан төмен болады. Әсіресе, гендердің өте жақын орналасуында байқалады. Бұл жағдайда кроссингер бір учаскеде басқа учаскеде кроссинговерге механикалық түрде кедергі жасайды. Бұл құбылыс интерференция атауын алды.

7. Хромосомалардың генетикалық картасы қалай құрылады?

Генетикалық карталар деп — хромосомада болатын тіркес гендердің орналасу сызбанұсқасын айтады. Қазіргі кезде, әсіресе, генетикалық тұрғыдан толық зерттелген объектілердің, атап айтқанда, дрозофиланың, жүгері және қызан өсімдіктерінің, тышқанның, пішен таяқшасының, т.б. генетикалық карталары жасалған.

Генетикалық карталар ұқсас хромосомалардың әр жұбы бойынша жеке-жеке жасалады. Хромосомалардың жұптарын тіркестік топтар деп атайды. Олардың саны хромосомалардың гаплоидты жиынтығына тең болатындығы бұрын айтылған болатын. Мысалы, дрозофилада 8 хромосома болса, ол 4 тіркестік топты, жүгерідегі 20 хромосома 10 тіркестік топты құрайды. Тіркестік топтар рим цифрларымен І, ІІ, ІІІ, ІV және т.б. болып белгіленеді.

Картаны дұрыс құрастыру үшін гендердің тұқым қуалау заңдылықтарын толық зерттеп, білу қажет. Мысалы, дрозофиланың  4 тіркестік топта шоғырланған 7000-ға жуық гені, сол сияқты жүгерінің 10 тіркестік тобында болатын 10000-ға жуық гені зерттелген және т.б.

Генетикалық картаны құрастыру кезінде тіркесу тобы, гендердің толық немесе қысқартылып алынған атаулары көрсетіледі және хромосомада орналасқан гендердің ара қашықтығын көрсететін цифрлар жазылады. Гендер арасындағы ара қашықтықтың өлшем бірлігі 1% кроссинговерге тең болады. Оны Т.Морганның құрметіне сантиморган (сМ) немесе морганида деп атайтынын білесіңдер. Мысалыға, дрозофиланың бір ғана хромосомасында болатын гендер тобының орналасу ретін қарастырайық. Олар үш түрлі гендерден тұрады: 1) қанатының бүріскендігін анықтайтын — (jantһy) гені; 2) көзінің қара қошқыл түсін анықтайтын — (purple) гені; 3) көзінің қызыл түсін анықтайтын — (cіnnabar) гені. Бұл гендер дрозофиланың ІІ жұп хромосомасында орналасқан. Сонда j мен pr гендерінің ара қашықтығы кроссинговер пайызымен есептегенде 5,8; pr мен c гендері 3; ал j мен с гендерінікі — 8,8 сантиморганға тең болады.

8. Жыныспен тіркескен белгілер деп нені атайды?

Жыныс хромосомаларында жинақталып орналаскан гендер бақылайтын белгілер жыныспен тіркескен гендер деп аталады. Олар өзіндік ерекшеліктермен тұқым қуалайды, бұл У-хромосома құрылымының ерекшеліктеріне байланысты. Қөптеген түрлердің У-хромосомасыңда жұмыс істейтін гендер өте аз. Сондықтан аталық жыныста Х-хромосоманың көптеген локустары гомизиготалы күйде болады. Осыған байланысты кейбір түрлердің У-хромосоманы жоғалтуын түсіну оңай.

Бұл қойылған сүрақты дрозофиланың "кезінің түсі" белгісінщ мысалында карастырайық. Тиісті локус Х-хромосомада бар да, У-хромосомада жоқ. Бұл локустың доминантты аллелі көзге қызыл түс, ал рецессивті аллелі ақтүс береді.

Кызыл көзді аналықтарды ақ көзді аталықтармен будаңцастыру гендік формулалармен былай жазылады:

генотип WW + wO

фенотип (қызыл) (ак)

w-дан кейінгі ноль (0) зерттелетін локустьщ У-хромосомада жоқ екенін, яғни аталықтың көздің түсі локусының рецессивті аллелі бойынша гомизиготалы екенін білдіреді.

Гаметалар РР - WW w, О

F, генотип W w + wO

фенотип (қызыл) (қызыл)

Енді осы будандасуды кері будандасумен салыстырайық:

F1 генотип ww + Wo

фенотип (ақ) (қызыл)

Гаметалар РР - w wO

F, генотип w w + wO

фенотип (қызыл) (ақ)

9. Крис-кросс тұқым қуу дегеніміз не?

Егер ген X хромосомада орналасқан болса, онда ген әкесінен қыздарына, шешесінен қыздарына және ұлдарына белгілер теңдей беріледі. Белгілердің шешесінен ұлдарына, ал әкесінен кыздарына берілуі Крисс-кросс тұқым қуалау деп аталады. 

Белгілерді бақылайтын гендер Ү хромосомада орналасса, онда X хромосомада оған сәйкес бөлік болмағандықтан, әкеден тек ұлдарына беріледі. Себебі қыздарына Ү хромосома берілмейді. Мысал ретінде адамда аяқ саусақтарының арасында жарғактық болуы, құлақтың ішінде шоқ жүннің болуы, тек әкеден ұлдарына берілетін белгілер. Құстарда, кейбір балықтардың түрлерінде және көбелектерде көптеген белгілер жыныспен тіркесіп берілетіні анықталған. Бұл жағдайда белгілерді анықтайтын гендер X хромосомада орналасқан. Бірақ аналық гетерогаметалы да, аталық гомогаметалы болады.

10. Жыныс хромосомалары жүйесіндегі ауытқулар қалай анықталады?

Көптеген хромосомалық аурулардың пайда болуының басты себебі - тарихи, эволюциялық қалыптасқан жүйенің — кариотиптің, өзгеруі, яғни хромосома сандарының не хромосомалардың құрылымының бұзылуы болып табылады.

Ағзалардың хромосома сандарының ауытқуы жасушаның дұрыс бөлінбеуінің не әр түрлі мутагендік факторлардың әсерінен жасуша бөлінуінде хромосомалардың бір-бірінен ажыраспауының салдарынан болады. Бұл хромосома санының еселеп өсуіне (полисомия — Зп, 4п, 5п т.с.с), не калыпты кариотиптің бір немесе бірнеше хромосомаға көбейіп не кемуіне алып келеді (анеуплоидия) — моносомия 2п-1; трисомия 2п+1.

1-12 жұп ірі хромосомалардын ауытқулары бар ұрықтар әдетте өте ерте кезде-ақ өліп калады, яғни летальды болады. 13-18 жұп хромосомалардың трисомиялары (13+; 18+) жартылай летальды (сублетальды) болады да нәрестелер не өлі туылады, не балалық шағында-ақ өліп қалады. Жыныс хромосомаларының ауытқуларының (ХО, XXV, XXXV, т.с.с) және кейбір аутосомды трисомиялардың (13+, 18+, 21+) тіршілік қабілеті айтарлықтай дәрежеде болуы мүмкін.

Қазіргі кездегі сипатталған 100-ге жуық хромосомалық аурулардың 95-і негізінен 5 хромосомалық ауытқу нысандарына тең болады: 13, 18, 21 хромосома трисомиялары, Шерешевский-Тернер сиңдромы (45, ХО), Клайнфельтер синдромы (47, XXV).

11. Белгілердің толық тіркесуі дегеніміз не?

12. Белгілердің толымсыз тіркесуі дегеніміз не?

: