ГЕНЕТИКА И ЕЕ МЕСТО В СИСТЕМЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК. ПРЕДМЕТ ГЕНЕТИКИ. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ. МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ.

Впервые термин «генетика» был введен У. Бэтсоном в 1906 г.

Генетика изучает два неразрывных свойства живых организмов: наследственность и изменчивость, а также методы управления ими. Наследственность и изменчивость являются предметом генетики. Законы генетики применимы ко всем без исключения организмам, а ее методы широко используются различными биологическими науками: биохимией, зоологией, ботаникой, микробиологией, вирусологией, иммунологией, физиологией, экологией и т. д.

Наследственность – это свойство живых организмов передавать свои признаки и особенности развития в неизменном виде следующему поколению. Наследственность неразрывно связана с процессом размножения, а размножение с делением клетки и воспроизведением ее структур и функций.

Наследственность обеспечивает организму не только передачу признаков потомству, но и точное сохранение характерного для данного организма типа развития, т. е. проявление в ходе онтогенеза запрограммированных признаков и особенностей организма, сохранение постоянного типа обмена веществ.

Изменчивость – это разнообразие в проявлении признаков. Изменчивость заключается в изменении наследственных задатков в процессе их передачи потомству и последующего развития организма.

Существует несколько типов изменчивости: наследственная, ненаследственная и онтогенетическая.

Наследственная изменчивость (или генотипическая) обусловлена наследственно закрепленным изменением одного или нескольких генов. В основе наследственной изменчивости лежит либо возникновение мутаций (мутационная изменчивость), либо перекомбинация генетического материала в процессе мейоза (комбинативная изменчивость).

Ненаследственная изменчивость (или модификационная) отражает изменение признака под влиянием определенных факторов внешней среды. Гены при этом остаются в неизменном виде, и поэтому модифицированный признак потомству не передается. Например, человек загорел, однако коричневый цвет кожи не передается потомству.

Онтогенетическая изменчивость отражает появление новых признаков в ходе индивидуального развития организма. Причиной онтогенетической изменчивости является функционирование различных наборов генов в ходе онтогенеза.

Методы:

Генетический анализ – комплекс методов исследования генотипа и фенотипа. Генотип – совокупность генов, а фенотип – совокупность признаков конкретного организма. Особенностью генетического анализа является то, что изучение генов осуществляется через контролируемые ими признаки. В связи с этим предметом генетического анализа является фенотип организма и его отдельные признаки.

Признаком в генетике называют любое свойство, особенность, по которым организмы могут отличаться друг от друга. Это могут быть морфологические, биохимические, физиологические, анатомические и другие отличия.

Подобно тому, как генотип можно разложить на элементарные наследственные единицы – гены, фенотип особи можно представить как совокупность элементарных единиц – фенов. Каждый фен контролируется одним конкретным геном. Фен – есть простой элементарный признак. Сложный признак контролируется несколькими генами, представляя собой сочетание фенов или фенотип.

Задачами генетического анализа являются: изучение характера наследования отдельных признаков (ядерное или неядерное наследование), идентификация гена (установление его функции), изучение его взаимодействия с другими генами, определение его локализации на конкретной хромосоме, а также местоположения в пределах группы сцепления, изучение генотипа изучаемого организма. Кроме того, в задачу генетического анализа входит выяснение структуры и функции гена, его молекулярной организации.

Методы генетического анализа. Генетический анализ – это комплексный генетический метод, включающий следующие частные методы: гибридологический, мутационный, цитологический и т. д. В последнее время генетический анализ пополнился рядом новых современных методов: гибридизацией соматических клеток, молекулярно-генетическими методами, а также методами смежных наук: биохимии, иммунологии, зоологии, ботаники, микробиологии, вирусологии, физиологии, а также  химии и физики.

Гибридологический метод является основным. Он заключается в создании системы скрещивания двух организмов с последующим учетом характера наследования признаков в потомстве. Гибридологический анализ может производиться только при наличии определенных различий между родителями. Для того чтобы увеличить разнообразие признаков у родительских форм получают дополнительные мутации. Характер наследования признаков анализируется с помощью математического метода. Основоположником гибридологического метода является Грегор Иоганн Мендель (1822 – 1884), который сформулировал основные его положения:

•  скрещиваемые организмы должны принадлежать к одному виду;

•  организмы должны четко различаться по отдельным признакам;

• анализируемые признаки должны быть наследственно закрепленными;

• необходим количественный учет всех типов расщеплений в потомстве.

Мутационный метод используется для направленной индукции мутаций с целью, как указывалось выше, создания различий между родителями при гибридологическом анализе, а также в биохимической генетике для выяснения функции гена.

Цитологический метод используется для изучения строения генетического аппарата клетки, поведения хромосом в процессе деления (митоза и мейоза), при слиянии гамет, а также для идентификации хромосомных и геномных мутаций.

Кроме того, в генетический анализ входит математический метод, который  позволяет проводить математический и статистический анализ результатов скрещивания.

Популяционный метод  позволяет изучать генетические процессы, происходящие на уровне популяций.

Большой вклад в развитие и совершенствование генетического анализа внес метод гибридизации соматических клеток in vitro. По сравнению с классическим гибридологическим анализом преимуществом  этого метода является то, что он позволил начать эффективное картирование генов человека, устранил барьер нескрещиваемости некоторых организмов, а также значительно сократил время проведения анализа.

В настоящее время генетический анализ выходит на новый современный уровень, благодаря развитию таких методов, как молекулярная гибридизация (дот-, блот-, слот-гибридизация, гибридизация in situ), рестрикционный анализ, фингерпринт и футпринт, клонирование генов (включая позиционное и функциональное), метод «прогулки по хромосоме», ПЦР, секвенирование и др. Использование этих методов в генетическом анализе значительно увеличило его разрешающую способность, позволило выйти на молекулярный уровень изучения организации генов и геномов у различных организмов, разработать  новые ДНК-технологии для решения ряда теоретических и прикладных задач современной генетики.

Задачи генетики. Генетика решает ряд фундаментальных и прикладных задач. Она ставит своей целью познание закономерностей наследственности и изменчивости, а также изыскание путей практического использования этих закономерностей.

Решение этих задач осуществляется на разных уровнях организации живой материи:

молекулярном

хромосомном                       молекулярно-генетический подход

клеточном

организменном               классический подход.

популяционном

Первый этап (1900-1912).

• Это период триумфального развития менделизма, подтверждение законов Г. Менделя на различных культурах (лабораторных грызунах, курах, бабочках и др.), в результате чего выяснилось, что законы наследственности носят универсальный характер.

•          Создание мутационной теории г. де Фризом (1901-1902 г).

•          Исследования У. Сэттона и Т. Бовери (1902) – начало рождения хромосомной теории наследственности.

•          Доказательство сцепления генов У. Бэтсоном и

         Р. Пеннетом

Второй этап (с 1912 до 1925) создание и развитие хромосомной теории наследственности. Ведущую роль в этом сыграли американские ученые Т. Морган (1861–1945) и три его ученика   

А. Стертевант (1891–1970),  К. Бриджес (1889–1938) и Г. Меллер (1890–1967).

Третий этап (1925 – 1944)  ознаменован открытием индуцирован-ного мутагенеза.

В 1925 г. советский микробиолог и генетик Г. А. Надсон совместно с  Г. С. Филипповым продемонстрировали появление мутантов у низших грибов под влиянием рентгеновских лучей.  Г. Меллер доказал мутагенное действие рентгеновских лучей на дрозофиле (Нобелевская премия).

Четвертый этап развития генетики (1944–1960 гг.)  переход на новый молекулярный уровень изучения структуры генетического материала и закономерностей передачи наследственных признаков. О. Эвери, Ч. Мак Леод и М. Мак Карти - 1944 г. А. Астбери, М. Уилкинс и Р. Франклин (1950–1952) получили данные о пространственной организации молекулы ДНК.

Э. Чаргафф (1950) установил закономерности ее химического строения.  

В 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик показали, что молекула ДНК является двухспиральной.

Пятый этап развития генетики  (1960–1990 гг.)  можно охарактеризовать как период развития молекулярной генетики на основе накопленных ранее данных и появления новых основополагающих открытий в области расшифровки механизмов работы генов.

Шестой этап развития генетики  (1990– настоящее время)  Создание высоко-технологичных методологий исследования генетического аппарата различных организмов послужило базой для начала новой эры развития генетики, характерной чертой которой является решение глобальных генетических задач, в том числе связанных с происхождением и здоровьем человека.