Размещено на http: //www. allbest. ru/
«Влияние рациона на выживаемость плодовых мушек с различным фенотипом»
автор: Чернова И.А.
Руководитель: Кудряшова Е.Е.
Москва 2013
Оглавление
Введение
1. Теоретическая часть
1.1 Генетика как наука
1.2 Популяционная генетика
1.3 Эволюционная генетика
1.4 Геронтология
2. Практическая часть
2.1 Цели, задачи и методы эксперимента
2.2 Приготовление питательной среды
2.3 Пересаживание дрозофил
2.4 Определение пола дрозофил
2.5 Изменение концентрации питательных веществ
2.6 Результаты
Заключение
Введение
Актуальность. В современной науке особо остро стоит вопрос об экспрессии генов и влиянии окружающей среды на проявление тех или иных признаков. Современная генетика выявила основные закономерности наследования признаков, однако вопрос их проявления стоит особенно остро. Как влияют различные условия среды на фенотип организма? Почему генетически однородные однояйцовые близнецы в разных условиях выглядят неодинаково? Проблема экспрессии генов и влияния условий среды сейчас активно разрабатывается современной генетикой. Как известно, с точки зрения генетики, признаки, содержащиеся в виде наследственной информации, хранятся в виде последовательностей нуклеотидов в молекуле ДНК. Однако реализация записанной информации зависит не только от внутренних условий, но и от внешних условий. Понятия генотип и фенотип связаны через условия окружающей среды.
Также современная генетика занимается изучением влияния условий среды на признаки не одного-единственного организма, а популяции в целом, проявляющиеся в результате различных мутаций - дикие и мутантные, их выживаемостью и приспособленностью, а также значением для образования новых систематических категорий. Этими проблемами занимается популяционная генетика.
Последнее время появились исследования отечественных и иностранных генетиков совместно с экологами, направленные на изучение влияния состава и количества питательных веществ на продолжительность жизни и способность к размножению разных групп животных. Мы привыкли, что нехватка питательных веществ негативно сказывается на жизни организмов всех систематических групп - дробянок, растений, грибов, и особенно животных. В экологии считается, что количество питательных веществ часто является одним из основных ограничивающих факторов. Изучая популяционную генетику, мы столкнулись с несколькими статьями, в которых говорится о негативном влиянии избытка питательных веществ на животных и положительном эффекте при его небольшом дефиците. Эти исследования показали, что снижение питательных веществ для дрозофил на 25 % увеличивает продолжительность жизни испытуемых животных (Mair et al., Demography of dietary restriction and death in Drosophila. Science 301, 1731-1733 (2003)). Также доказано, что излишнее питание снижает длительность жизни живых существ.
Попытки понять механизм проявления генов в виде признаков совершаются постоянно, и заканчиваются вполне успешно: выявлено влияние алкоголя на проявление признаков (plosgenetics: Maternal Ethanol Consumption Alters the Epigenotype and the Phenotype of Offspring in a Mouse Model), влиянии естественного отбора на фенотип (известно, что отбору подвергаются не гены, а их проявление), у некоторых грибов выявлены гены, которые запускают экспрессию определенных генов в стрессовых условиях (стрессовые условия с точки зрения экологии те, которые сильно отличаются от оптимальных и приближаются к критическим).
Исходя из этих сведений, мы предположили, что ограниченный и нормальный (привычный) рацион по-разному влияет на длительность жизни, выживаемость и плодовитость дрозофил (нормальных и с некоторыми мутациями). Мы хотим повторить эксперимент и показать влияние количества питательных веществ на продолжительность жизни, скорость развития и количества потомков у плодовых мушек Drosophila Virieis (универсальном объекте исследований в экспериментальной генетике). В качестве контроля мы используем дикий тип дрозофил и одну мутацию - белые глаза (White). На первом этапе будут выведены несколько поколений обоих мутаций в стандартном количестве питательных веществ и стандартных условиях развития (температура, освещенность и т. д.). Далее планируется снижать количество питательных веществ в среде и параллельно увеличивать для всех мутаций.
Цель. Изучить влияние количества питательных веществ в среде на продолжительность жизни, выживаемость и плодовитость дрозофил дикого типа и мутантного (белые глаза).
Объект исследования: продолжительность жизни, выживаемость и плодовитость дрозофил Drosophila Virieis дикого типа и мутации «белые глаза». плодовый мушка фенотип генетик
Предмет исследования: связь рациона и продолжительности жизни, плодовитости дрозофил.
Задачи.
1. Изучить литературные источники по вопросу исследования
2. Научиться готовить различные питательные среды для выращивания дрозофил
3. Научиться различать самок и самцов дрозофил, проводить скрещивание
4. Наблюдать за ростом, развитием и количеством выживших особей в питательных средах с разной концентрацией питательных веществ.
5. Регистрировать результаты о количестве потомков, продолжительности жизни и выживаемости дрозофил.
6. Сделать выводы о влиянии количества питательных веществ в среде на продолжительность жизни дрозофил, количеству потомства и их выживаемости.
Для реализации поставленных задач мы выбрали следующие литературные источники:
1. Генетика / Бартон Гуттман, Энтони Гриффитс, Дэвид Сузуки, Тара Куллис. - Пер. с англ. О. Перфильева. - М.:ФАИР-ПРЕСС, 2004. - 448 с.:ил. - (Наука & Жизнь). Эта книга раскрывает основные закономерности наследования и изменчивости признаков, показывает роль мутаций на процессы видообразования, иллюстрирует возможности экспрессии генов. Этот источник информации стал для нас основным в понимании классических методов и подходов к изучению генетики как науки.
2. Биология старения / А. М. Вайсерман, Е. А. Федоренко*, Н. М. Кошель, Л. В. Мехова, А. В. Писарук, А. И. Бажинова, А. К. Коляда, О. Г. Забуга, В. П. Войтенко Государственное учреждение "Институт геронтологии им. Д. Ф. Чеботарева НАМН Украины", 04114 Киев *Институт физиологии им. А. А. Богомольца НАН Украины, 01024 Киев. Эта статья является основным для экспериментальной части нашей работы. На неё мы опирались при планировании и постановке эксперимента, ориентировались на опубликованные в данной статье результаты.
А так же мы использовали небольшую часть материала из нашей исследовательской работы прошлого года.
1. Теоретическая часть
1.1 Генетика как наука
Генетика является одной из самых современных и развивающихся наук. Она имеет широкий спектр исследований. Для этого она была разделена на науки с более узким кругом изучений:
* Классическая генетика
* Популяционная генетика
* Археогенетика
* Молекулярная генетика
* Геномика
* Медицинская генетика
* Генная инженерия
* Спортивная генетика
* Судебно-медицинская генетика
* Криминалистическая генетика
* Биохимическая генетика
* Генетика человека
* Генетика микроорганизмов
* Генетика растений
* Эволюционная генетика
* Биометрическая генетика
* Экологическая генетика
* Генетика количественных признаков
* Физиологическая генетика
* Психиатрическая генетика
* Генетика соматических клеток
* Генетика вирусов
* Генетика пола
* Радиационная генетика
* Генетика развития
* Функциональная генетика
Далее будут раскрыты наиболее распространенные направления современной генетики:
Археогенетика - область науки, применяющая методы молекулярной генетики к изучению прошлого человечества.
К методам археогенетики относятся:
* анализ ДНК, полученный из археологических останков (древняя ДНК);
* анализ ДНК современных популяций (людей, домашних растений и животных) с целью изучения человеческого прошлого и генетического наследия взаимодействия человека с биосферой;
* применение статистических методов молекулярной генетики к археологическим данным.
Молекулярная генетика -- область биологии, соединяющая собой молекулярную биологию и генетику. В области генетики молекулярная биология показала химическую природу вещества наследственности, физико-химические условия хранения в клетке информации и точного копирования её для передачи в ряде поколений.
Геномика -- раздел молекулярной генетики, исследующий геном (все одинарные ДНК организма) и гены живых организмов.
Медицинская генетика (генетика человека, клиническая генетика) - область медицины, которая изучает явления наследственности и изменчивости в различных популяциях людей, особенности проявления и развития нормальных и патологических (с отклонениями от нормы) признаков, зависимость заболеваний от генетической предрасположенности к ним и условий окружающей среды. Задачей является выявлять, изучать и лечить наследственные болезни, предотвращать воздействие негативных факторов окружающей среды на наследственность человека.
Генная инженерия - совокупность методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из клеток, осуществления с ними различных действий и введения их в другие организмы.
Генетика человека (микроорганизмов, растений, вирусология) - разделы генетики, изучающие закономерности наследования и изменчивости признаков у человека (микроорганизмов, растений, вирусов).
В теоретической части нашей исследовательской работы более подробно будут рассмотрены такие науки как популяционная генетика, эволюционная генетика и генетика старения.
1.2 Популяционная генетика
Популяционная генетика - раздел генетики, изучающий распределение частот аллелей и их изменения за счёт движущих сил эволюции: мутагенеза, естественного отбора, дрейфа генов. Разнообразие форм генов поддерживается за счёт мутаций, которые с низкой частотой происходят в популяции постоянно. Некоторые изменения генотипа оказываются полезными, поэтому особи с генетическими изменениями получают больше шансов оставить потомство. Со временем количество особей с полезной мутацией увеличивается. Естественный отбор предполагает такое репродуктивное преимущество некоторых особей. Генотип имеет проявление в фенотипе в виде признаков, на которые действует естественный отбор. Каждый фенотип в свою очередь имеет свою степень приспособленности, измеряемую с частотой репродукции. Если у определённого фенотипа организма высокая приспособленность, это означает, что особи с таким генотипом имеют больше возможностей передать свои гены потомству. Однако для образования нового вида или более крупной таксономической единицы (рода, класса) необходимы более масштабные изменения в генофонде (совокупность всех генов популяции). Мутации обычно происходят независимо друг от друга, в разное время и у разных особей, а конечный изменённый генофонд образуется посредством рекомбинаций. Популяционная генетика описывает эти процессы статистическими методами. Можно определить частоты аллелей, подсчитав количество из носителей, как гомозигот, так и гетерозигот. Для этого существует формула Харди - Вайнберга, основа популяционной генетики. Выглядит она так: P = p2+2pq + q2, где Р - равновесие, р - частота генотипа р, q - частота генотипа q. По формуле Харди-Вайнберга частоты, с которыми встречается доминантный ген А и его рецессивный аллель а, обозначаются буквами р и q и выражается в долях единицы, а сумма их р + q = 1. Соотношение генотипов АА, Аа и аа в диаллельной популяции выражается формулой (р + q) 2 = p2+ 2pq + q2. Taким образом, генотип АА встречается с частотой р2, частота генотипа Аа (гетерозиготы) будет равна 2pq, а частота генотипа аа - q2.
Значение данного закона заключается в том, что при случайном скрещивании по данному гену, частоты аллелей будут постоянными. Однако необходимо соблюдение условий, необходимых для того, чтобы популяция была устойчивой и не возникали процессы, связанные с появлением эффекта «бутылочного горлышка» и «эффекта основателя». При данных процессах соотношение частот аллелей резко меняется. Это связано с резким сокращением численности популяции и соответственно случайной элиминации аллелей.
1.3 Эволюционная генетика
Эволюционная генетика - раздел генетики, изучающий наследственность и изменчивость организмов, влияние факторов на эти процессы, выявляющий ход развития отдельных организмов путём сравнивания их онтогенезов (индивидуального развития). Как говорил советский генетик Феодосий Добржанский: «Всё в биологии имеет смысл только в свете эволюции». За последние 150 лет было экспериментально доказано, что все виды произошли от других, предковых. Существует несколько свидетельств эволюции. Одно из самых весомых - гомология на всех уровнях биологической организации, в особенности молекулярном. С помощью современных технологий можно секвенировать белки и молекулы ДНК (секвенирование - определение последовательности аминокислот в белках и нуклеотидов в ДНК), что позволяет точно определять родство организмов. Сам процесс эволюции можно разделить на макроэволюцию (процесс формирования новых систематических единиц, таких как род, вид и т.д.) и микроэволюцию (внутривидовые и внутрипопуляционные изменения в генотипе). Макроэволюция в свою очередь происходит в трёх направлениях: специализация (приспособление организмов к более узкой среде обитания, чем та, в которой жили их предки), филетическая эволюция (развитие и приобретение новых признаков видами вследствие долгого проживания на определённой территории) и вымирание (исчезновение или смерть таксономических единиц). В микроэволюции происходят два процесса: дивергенция (расхождение признаков и свойств у первоначально близких групп организмов в результате обитания в разных условиях и неодинаково направленного естественного или искусственного отбора) и конвергенция (схождение признаков в процессе эволюции неблизкородственных групп организмов, приобретение ими сходного строения в результате существования в сходных условиях и одинаково направленного естественного отбора).
1.4 Геронтология
Геронтология, или генетика старения - раздел генетики, изучающий наследуемость продолжительности жизни, зависимость проявления старения от генотипа и внешнего воздействия. Наука изучена ещё не окончательно, так как появилась она сравнительно недавно.