МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
Кафедра лесных культур, селекции и лесомелиорации
«УТВЕРЖДАЮ» Проректор по учебной работе ВГЛТА,
____________________
«__» __________20___г.
Методические указания для самостоятельной работы студентов
по дисциплине «Генетика»
по направлению подготовки специалиста
260201 «Лесное хозяйство», 260203 «Садово-парковое и ландшафтное
строительство»
Воронеж 2013
Введение
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Самостоятельная работа студентов
Поскольку аудиторно лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов дисциплины.
Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам.
Самостоятельно студенты в компьютерном классе кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации дорабатывают лабораторно-практические работы, готовят отчеты по каждой из них, решают задачи.
Тема 1. История развития и связь с другими науками.
Генетика, ее связь с другими дисциплинами, краткая история развития науки. Доисторические времена: домашние животные и культурные растения. Влияние греческой культуры: Гиппократ и Аристотель. 1600-1850-е годы: на заре современной биологии. Чарльз Дарвин и эволюция. Генетика, технология и общество. Генетика и общество: евгеника и эуфеника. Генетика и биотехнология: теоретические и практические аспекты. Теория преформации. Теория случайного зарождения организмов из неживых компонентов. Карл Линней и его теория постоянства видов.Достижения генетики в сельском хозяйстве. Место в практике лесного хозяйства. Генетика лесных растений как часть лесного ресурсоведения.Основные разделы фундаментальной генетики: классическая (формальная) генетика, цитогенетика, молекулярная генетика, генетика ферментов и иммуногенетика, генетика мутагенеза, радиационная и химическая генетика, эволюционная генетика, геномика и эпигеномика, генетика индивидуального развития и эпигенетика, генетика поведения, генетика популяций, экологическая генетика и генетическая токсикология, математическая генетика.
Цель: дать обзор исторического развития генетики.
Тесты для самоконтроля.
Сравните теорию эпигенеза и преформации.
Какие идеи положены Дарвином в основу его теории В чем суть центральной догмы молекулярной генетики и почему она лежит в основе этой науки.
Назовите четыре основных метода исследований в генетике.
Расскажите о генетических исследованиях в области сельского хозяйства и медицины.
2
Основная и дополнительная литература:
1.Царев, А. П. Генетика лесных древесных пород [Текст]: учеб. для вузов / А. П. Царев, С. П. Погиба, В. В. Тренин, - Петрозаводск, 2000. - 339 с.
2.Любавская, А. Я. Лесная селекция и генетика [Текст]: учебник / А.Я.
3.3. Любавская. - М.: Лесная пром-сть, 1982.- 285 с.
Тема 2. Неменделевская генетика.
Альтернативные (неменделевские) типы наследования признаков. Неполное, или частичное доминирование. Кодоминирование — у гетерозиготы одновременно экспрессируется два аллеля. Множественный аллелизм, когда диплоидный организм обычно несет только два аллеля данного гена, а в популяции этот ген представлен разными аллелями. Эпистаз, когда на один признак действуют два или несколько генов, экспрессия одного гена маскирует или подавляет экспрессию другого гена. Начало экспрессии генов в организме варьирует и зависит от потребности генных продуктов в период развития, роста и старения организма. Проявление признаков в фенотипе не всегда напрямую зависит от генотипа. Пенетрантность признака отражает процент особей с выраженным мутантным фенотипом. Экспрессивность — мера проявления данного генотипа в фенотипе.
Цель — дать объяснение неменделевскому наследованию признаков. Тесты для самоконтроля.
Дать определение множественному аллелизму. Привести примеры неполного доминирования. Привести примеры кодоминирования.
Показать примеры аллельного и неаллельного взаимодействия генов. Основная и дополнительная литература:
1.Царев, А. П. Генетика лесных древесных пород [Текст]: учеб. для вузов / А. П. Царев, С. П. Погиба, В. В. Тренин, - Петрозаводск, 2000. - 339 с. 2.Любавская, А. Я. Лесная селекция и генетика [Текст]: учебник / А.Я. 3.Любавская. - М.: Лесная пром-сть, 1982.- 285 с.
4.Клаг С., Каммингс Р. Основы генетики / М.: Техносфера, 2007.-896 с.
Тема 3. Цитогенетика.
Основы клеточной теории. Клетка как элементарная биологическая система, обладающая всеми свойствами и признаками жизни. Клетка как единица структуры, функции и развития организмов. Морфология клетки. Прокариотические и эукариотические клетки.
Ядерная теория наследственности. Строение ядра. Хроматин и его организация. Эухроматин и гетерохроматин.
3
Энуклеированные клетки; пересадка ядер. Работы Т. Бовери, Р. Гаммерлинга. Клонирование животных. Работы Г.В. Лопашова, Дж. Гердона, Я. Вильмута. Значение работ по клонированию млекопитающих.
Передача наследственной информации при делении клеток.
Организация эукариотических хромосом. Гаплотип. Гомологичные хромосомы. Кариотип. Морфологические типы хромосом (метацентрические, субметацентрические, акроцентрические, голоцентрические, сателлитные). Продольная дифференцировка хромосом. Внутрихромосомные диски. Политенные хромосомы как модель интерфазной хромосомы.
Тесты для самоконтроля. Дайте основные положения клеточной теории Т. Шванна.
Объясните основные отличия в строении клетки эукариот и прокариот.
Тема 4. Молекулярная генетика.
Объекты молекулярной генетики – уникальные носители генетической информации (семантиды). Связь молекулярной генетики с биохимией и молекулярной биологией, физиологией, цитологией.
Нуклеиновые кислоты. История открытия и изучения нуклеиновых кислот. Работы Ф. Мишера, В. Флемминга, А.Н. Белозерского, Ф. Гриффита, О. Эйвери, А. Херши, М. Уилкинса, Дж. Уотсона, Ф. Крика, Г.А. Гамова.
Строение нуклеиновых кислот: общие принципы организации нуклеиновых кислот.
ДНК – основной носитель наследственной информации. Связь структуры ДНК с еѐ функциями. Устойчивость ДНК; дорепликативная репарация. Электростатические взаимодействия ДНК–белок. РНК: разнообразие типов и функций. Особенности строения мРНК (иРНК), тРНК, рРНК. Низкомолекулярные РНК.
Генезис нуклеиновых кислот. Реакции матричного синтеза. Энзимология реакций матричного типа. Репликация ДНК. Пострепликативная репарация ДНК. Обратная транскрипция.
Основные этапы биосинтеза белков: транскрипция, процессинг (сплайсинг) мРНК, трансляция (инициация, элонгация, терминация), модификация белков. Энергетика биосинтеза белков.
Структура гена. Экзоны и интроны. Генетический код, его основные свойства.
Тема 5. Генные мутации.
Основные типы генных мутаций. Мутации без сдвига рамки считывания: миссенс–мутации (с изменением структуры белка), нонсенс– мутации (с появлением стоп-кодонов), сеймсенс–мутации (без изменения структуры белка). Мутации со сдвигом рамки считывания (фреймшифты):
4
инсерции и эксцизии. Обратные мутации (реверсии, внутригенные и межгенные супрессии).
Биохимические последствия генных мутаций. Появление новых генопродуктов. Ликовые мутации. Нуль–аллели. Множественный аллелизм. Генокопии. Критерии аллелизма.
Причины возникновения мутаций. Спонтанные мутации. Индуцированный мутагенез. Мутагены. Основные типы мутагенов (физические, химические, биологические; аутомутагены). Молекулярные механизмы мутагенеза. Генетический контроль мутагенеза. Использование мутагенов в селекции. Опасность загрязнения окружающей среды мутагенами. Побочные действия мутагенов. Антимутагены.
Гибридологические и биохимические методы выявления генных
мутаций.
Тема 6. Геномные мутации.
Полиплоидия. Цитогенетическое определение генома. Основное и гаплоидное число хромосом. Элементарные и комплексные геномы. Полиплоидные ряды. Сбалансированные и несбалансированные полиплоиды. Хозяйственное значение полиплоидов.
Автополиплоидия. Примеры автополиплоидии. Механизмы образования автополиплоидов. Митотические и мейотические полиплоиды. Особенности мейоза у автополиплоидов. Распространение автополиплоидов в природе. Искусственное получение и репродукция автополиплоидов.
Аллополиплоидия. Примеры аллополиплоидии. Механизмы образования аллополиплоидов. Спонтанная аллополиплоидия. Искусственное получение и репродукция аллополиплоидов.
Анеуплоидия. Примеры анеуплоидии. Гипоплоидия и гиперплоидия. Механизмы образования анеуплодов.
Гаплоидия. Использование гаплоидии в селекции.
Сложные случаи геномных мутаций. Ложная полиплоидия. Анеуплоидия у аллополиплоидов; еѐ практическое значение.
Генетические заболевания человека, связанные с геномными мутациями. Их причины и меры профилактики.
Значение геномных мутаций в эволюционном процессе. Гибридогенное происхождение видов. Паралогичные хромосомы.
Тесты для контроля. Покажите различия между аллополиплоидами и аутополиплоидами.
Дайте определение кариотипа растения.
5