Основы генетики

Что изучает генетика

Генетика является одной из самых главных областей биологии. Она служит фундаментальной основой для разработки практических методов, с помощью которых создаются новые виды растений, породы животных, культуры микроорганизмов, имеющих необходимые для человека признаки. То есть, генетика является основой селекции.

Генетические методы использовались человеком с древних времен, на протяжении тысяч лет, когда он улучшал домашних животных и сорта растений. Однако человек использовал генетические методы, не зная при этом, какие механизмы лежат в основе. По мнению ученых, люди уже 6 тыс. лет назад имели небольшое представление о том, что некоторые признаки могут передаваться из поколения в поколение. Об этом свидетельствуют археологические данные. Уже тогда человек создавал улучшенные виды растений и породы животных, имевшие необходимые свойства, путем отбора организмов из популяций и скрещивания их между собой.

Возникновение генетики

Основателем генетики как науки считается Грегор Мендель, чешский монах. Мендель преподавал физику и естествознание в средней школе, а в свободное время занимался выращиванием растений в саду монастыря. Следует отметить, что выращиванием растений он занимался с целью изучения закономерности наследования признаков. Подобные опыты проводились и другими учеными, однако только Мендель проанализировал обобщил результаты своих экспериментов.

Для опытов Мендель использовал семена гороха с белыми цветками и семена с пурпурными цветками. Затем, когда растения зацвели, он из пурпурного цветка удалил тычинки и перенес на его пестик пыльцу с белого цветка. Через время образовались семена, которые он снова посадил. В результате, все взошедшие растения оказались с пурпурным цветками. Этот опыт Мендель повторял несколько раз и результат всегда оказывался одинаковым. Таким образом, он сделал вывод, что гибриды всегда наследуют один из признаков родителя.

То есть, результат опытов Менделя выражается в следующем: в полученных при скрещивании растений с разными признаками гибридах не возникает растворения признаков и один признак, доминантный, подавляет другой, рецессивный.

В дальнейших опытах Мендель скрестил между собой полученные пурпурные растения. В результате, выросшие растения имели пурпурные и белые цветки. То есть, признак белой окраски, который исчез в результате первого скрещивания, снова появился. Растений с пурпурными цветками оказалось больше в 3 раза, чем растений с белыми цветками.

Далее, Мендель повторил опыт еще четыре раза, и все время отношение доминантных и рецессивных признаков было 3:1.

Основные положения генетики

Знания, полученные Менделем в ходе этих опытов, были небольшими в мерках современной науки, однако знания науки его времени эти выводы намного опережали. Мендель предположил, что половые клетки – гаметы – несут по одному задатку каждого из признаков и свободны от других задатков того же признака. Это предположение стало важнейшим законом, открытым им. Закон чистоты гамет имеет значение и в современной генетике.

В 1866 г. Менделем было сформулировано предположение, согласно которому признаки организмов определяются наследуемыми единицами – генами. Было выявлено, что гены находятся в хромосомах. Передача генов от одного поколения к другому происходит с хромосомами.

В современной науке накоплено достаточно знаний о хромосомах и структуре ДНК. Однако, несмотря на это, дать точное определение гена достаточно сложно, поэтому существует три формулировки:

• ген как единица рекомбинации. Это означает, что ген представляет собой крупную единицу, является областью хромосомы, которая определяет какой-либо признак организма
• ген как единица мутирования. Это определение означает, что ген является одной парой комплиментарных оснований в нуклеотидной последовательности ДНК. То ест, ген – это наименьший участок хромосомы, способный к мутации
• ген как единица функции. Это определение означает, что ген является наименьшим участком хромосомы, который обусловливает синтез определенного продукта.

Таким образом, генетика основывается на следующих положениях:

• наследственность – важнейшее свойство всех организмов, обусловленное наличием генов, расположенных в хромосомах. Характер индивидуального развития организма определяется наследственностью
• наследственная изменчивость обусловила возникновение многообразия форм. Благодаря наследственной изменчивости стала возможной биологическая эволюция
• основу индивидуального развития организмов составляют биохимические процессы, запрограммированные в молекулах РНК и ДНК.
• передача наследственной информации происходит при помощи генов, участков молекулы ДНК, которые определяют характер биохимических реакций, определяющих проявление одного признака
• наследственная информация содержится в ядре клетки, а также в малых количествах в хлоропластах и митохондриях.

Задачи и методы исследования генетики

Генетика решает следующие задачи:

• изучение способов хранения генетической информации у разных организмов
• анализ способов передачи наследственной информации
• выявление механизмов и закономерностей процесса реализации генетической информации, происходящей в ходе индивидуального развития
• исследование закономерностей и механизмов изменчивости
• изучение роли изменчивости в эволюционном процесса
• поиск способов исправления генетической информации.

Методами исследования генетики являются следующие:

1. Метод гибридологического анализа, который дает возможность выявить закономерности наследования отдельных признаков в процессе полового размножения организмов.
2. При помощи цитогенетического метода исследуется кариотип клеток организма, а также выявляются хромосомные и геномные мутации
3. Генеалогический метод необходим для исследования родословных человека и животных. При помощи этого метода устанавливается тип наследования какого-либо признака, а также зиготность организмов и степень вероятности проявления признаков в следующих поколениях
4. Близнецовый метод основывается на исследовании проявления признаков у однояйцевых и двуяйцевых близнецов. Этот метод позволяет значение наследственности и внешней среды в процессе формирования конкретных признаков.
5. Биохимические методы основываются на исследовании степени активности ферментов и химического состава клеток, определяемых наследственностью.
6. С помощью популяционно-статистического метода вычисляется частота встречаемости генов и генотипов в популяциях.