Iššifruojant vabzdžių genomą buvo nustatyta, kad. Medicininė genetika

Šokinėjimo genai

Praėjusio amžiaus viduryje amerikiečių tyrinėtoja Barbara McClintock atrado nuostabius genus kukurūzuose, kurie gali savarankiškai pakeisti savo padėtį chromosomose. Dabar jie vadinami „šokinėjančiais genais“ arba perkeliamais (mobiliais) elementais. Atradimas ilgą laiką nebuvo pripažintas, mobiliuosius elementus laikant unikaliu reiškiniu, būdingu tik kukurūzams. Tačiau būtent už šį atradimą McClintock 1983 metais buvo apdovanotas Nobelio premija – šiandien šokinėjimo genai buvo rasti beveik visose tirtose gyvūnų ir augalų rūšyse.

Iš kur atsirado šokinėjimo genai, ką jie veikia ląstelėje, ar jie naudingi? Kodėl turėdami genetiškai sveikus tėvus Drosophila vaisinių muselių šeima dėl šokinėjančių genų gali dažnai susilaukti mutantų palikuonių ar net būti bevaikė? Koks yra šokinėjančių genų vaidmuo evoliucijoje?

Reikia pasakyti, kad genai, užtikrinantys ląstelių funkcionavimą, išsidėstę chromosomose tam tikra tvarka. Dėl to buvo galima sudaryti daugelio vienaląsčių ir daugialąsčių organizmų rūšių vadinamuosius genetinius žemėlapius. Tačiau tarp genų yra daug daugiau genetinės medžiagos nei juose! Kokį vaidmenį atlieka ši „balastinė“ DNR dalis, iki galo nenustatyta, tačiau būtent čia dažniausiai randami mobilūs elementai, kurie ne tik patys juda, bet ir gali su savimi pasiimti gretimus DNR fragmentus.

Iš kur atsiranda šokinėjimo genai? Daroma prielaida, kad bent dalis jų yra kilę iš virusų, nes kai kurie judrūs elementai gali sudaryti virusines daleles (pavyzdžiui, vaisinės muselės judrus elementas cipsy Drosophila melanogaster). Kai kurie mobilieji elementai genome atsiranda per vadinamuosius horizontalus perkėlimas iš kitų rūšių. Pavyzdžiui, nustatyta, kad mobilusis valkata-elementas (išvertus į rusų kalbą vadinamas valkata) Drosophila melanogaster pakartotinai įtrauktas į šios rūšies genomą. Yra versija, kad kai kurios DNR reguliavimo dalys taip pat gali turėti savarankiškumą ir polinkį į „valgyti“.

Naudingas balastas

Kita vertus, dauguma šokinėjančių genų, nepaisant pavadinimo, elgiasi tyliai, nors sudaro penktadalį visos genetinės medžiagos. Drosophila melanogaster arba beveik pusė žmogaus genomo.

Aukščiau minėtas DNR perteklius turi savo pranašumą: balastinė DNR (įskaitant pasyvius mobiliuosius elementus) nukenčia, jei į genomą patenka svetima DNR. Tikimybė, kad naujas elementas bus integruotas į naudingą geną ir taip sutrikdys jo funkciją, sumažėja, jei balastinės DNR yra daug daugiau nei reikšmingos DNR.

Tam tikras DNR perteklius naudingas taip pat, kaip ir raidžių „perteklius“ žodžiuose: rašome „Maria Ivanovna“, bet sakome „Marivan“. Kai kurios raidės neišvengiamai prarandamos, bet prasmė išlieka. Tas pats principas veikia ir atskirų aminorūgščių reikšmės lygmenyje baltymo-fermento molekulėje: griežtai išsaugoma tik aminorūgščių seka, kuri sudaro aktyvųjį centrą. Taigi, skirtinguose lygiuose atleidimas yra tam tikras buferis, suteikiantis sistemos stiprumo rezervą. Taip mobilieji elementai, praradę mobilumą, pasirodo, nėra nenaudingi genomui. Kaip sakoma, „iš plonos avies bent kuokštelis vilnos“, nors galbūt čia labiau tiktų kita patarlė – „kiekvienas basas iš eilės“.

Mobilieji elementai, išlaikę galimybę šokinėti, juda išilgai Drosophila chromosomų 10–2–10–5 dažniu vienam genui per kartą, priklausomai nuo elemento tipo, genetinio fono ir išorinių sąlygų. Tai reiškia, kad vienas iš šimto šokinėjančių genų ląstelėje gali pakeisti savo padėtį po kito ląstelės dalijimosi. Dėl to po kelių kartų judriųjų elementų pasiskirstymas išilgai chromosomos gali labai smarkiai pasikeisti.

Patogu tirti šį pasiskirstymą politeninėse (daugiagrandėse) chromosomose iš Drosophila lervų seilių liaukų. Šios chromosomos yra daug kartų storesnės nei įprastos, o tai labai supaprastina jų tyrimą mikroskopu. Kaip gaunamos tokios chromosomos? Seilių liaukų ląstelėse kiekvienos chromosomos DNR dauginasi, kaip ir normaliai dalijantis ląstelėms, tačiau pati ląstelė nesidalija. Dėl to ląstelių skaičius liaukoje nekinta, tačiau per 10-11 ciklų kiekvienoje chromosomoje susikaupia keli tūkstančiai vienodų DNR grandžių.

Iš dalies dėl politeno chromosomų Drosophila šokinėjimo genai yra geriau ištirti nei kitų daugialąsčių organizmų. Dėl šių tyrimų paaiškėjo, kad net toje pačioje Drosophila populiacijoje sunku rasti du individus, kurių chromosomos būtų vienodos perkeliamų elementų pasiskirstymo. Neatsitiktinai manoma, kad daugumą spontaniškų Drosophila mutacijų sukelia šių „šokėjų“ judėjimas.

Pasekmės gali būti įvairios...

Remiantis jų poveikiu genomui, aktyvius judrius elementus galima suskirstyti į kelias grupes. Kai kurie iš jų atlieka genomui itin svarbias ir naudingas funkcijas. Pavyzdžiui, telomerinis DNR, esanti Drosophila chromosomų galuose, susideda iš specialių mobiliųjų elementų. Ši DNR yra nepaprastai svarbi - jos praradimas reiškia visos chromosomos praradimą ląstelių dalijimosi metu, o tai lemia ląstelių mirtį.

Kiti mobilieji elementai yra tiesioginiai „kenkėjai“. Bent jau šiuo metu jie taip laikomi. Pavyzdžiui, mobilieji R2 klasės elementai gali būti specialiai įtraukti į nariuotakojų genus, koduojančius vieną iš ribosomų baltymų - ląstelių „gamykles“ baltymų sintezei. Tokių sutrikimų turintys asmenys išgyvena tik todėl, kad genome yra pažeista tik dalis daugelio šiuos baltymus koduojančių genų.

Taip pat yra mobiliųjų elementų, kurie juda tik reprodukciniuose audiniuose, gaminančiuose lytines ląsteles. Tai paaiškinama tuo, kad skirtinguose audiniuose tas pats judrus elementas gali pagaminti skirtingo ilgio ir skirtingos funkcijos judėjimui reikalingų fermento baltymų molekulių.

Pastarojo pavyzdys yra P elementas Drosophila melanogaster, kuris į savo natūralias populiacijas pateko horizontaliai pernešant iš kitos Drosophila rūšies ne daugiau kaip prieš šimtą metų. Tačiau dabar Žemėje beveik nėra gyventojų Drosophila melanogaster, kuriame P elementas nebūtų rastas. Pažymėtina, kad dauguma jo kopijų yra brokuotos, be to, beveik visur buvo rasta ta pati defekto versija. Pastarojo vaidmuo genome yra unikalus: jis „netoleruoja“ savo bendraminčių ir atlieka represoriaus vaidmenį, blokuodamas jų judėjimą. Taigi Drosophila genomo apsaugą nuo „svetimo“ šuolių iš dalies gali atlikti jo paties dariniai.

Svarbiausia pasirinkti tinkamus tėvus!

Dauguma mobiliųjų elementų šuolių neturi įtakos Drosophila išvaizdai, nes jie atsiranda ant balastinės DNR, tačiau yra ir kitų situacijų, kai jų aktyvumas smarkiai padidėja.

Keista, bet galingiausias veiksnys, skatinantis šokinėjančių genų judėjimą, yra prasta tėvų atranka. Pavyzdžiui, kas atsitiks, jei sukryžminsite pateles iš laboratorinės populiacijos? Drosophila melanogaster, kurie neturi P elemento (nes jų protėviai buvo pagauti iš gamtos maždaug prieš šimtą metų), o patinai neša P elementą? Hibriduose dėl greito judriojo elemento judėjimo gali atsirasti daug įvairių genetinių sutrikimų. Šį reiškinį, vadinamą hibridine disgeneze, sukelia tai, kad motinos citoplazmoje nėra represoriaus, kuris uždraustų perkeliamo elemento judėjimą.

Taigi, jei jaunikis iš populiacijos A ir nuotakos iš populiacijos B gali sukurti daugiavaikes šeimas, tai ne visada yra priešingai. Genetiškai sveikų tėvų šeima gali susilaukti daug mutantinių ar nevaisingų palikuonių ar net būti bevaikė, jei tėvo ir motinos genome yra skirtingas judriųjų elementų rinkinys. Ypač daug pažeidimų atsiranda, jei eksperimentas atliekamas 29° C temperatūroje. Išorinių veiksnių įtaka, esanti ant genetinio fono, sustiprina genomo neatitikimo efektą, nors patys vieni šie veiksniai (netgi jonizuojanti spinduliuotė) nėra pajėgūs. sukelti tokius didžiulius mobiliųjų elementų judesius.

Panašūs įvykiai Drosophila melanogaster gali atsirasti dalyvaujant kitoms mobiliųjų elementų šeimoms.

„Mobilioji“ evoliucija

Ląstelių genomą galima laikyti savotiška nuolatinių ir laikinų narių ekosistema, kurioje kaimynai ne tik sugyvena, bet ir sąveikauja tarpusavyje. Šeimininkų genų sąveika su judriais elementais vis dar menkai suprantama, tačiau galima duoti daug rezultatų – nuo ​​organizmo žūties svarbaus geno pažeidimo atveju iki anksčiau pažeistų funkcijų atkūrimo.

Pasitaiko, kad patys šokinėjantys genai sąveikauja tarpusavyje. Taigi žinomas imunitetą primenantis reiškinys, kai mobilusis elementas negali prasiskverbti arti jau esančio. Tačiau ne visi mobilieji elementai yra tokie subtilūs: pavyzdžiui, P elementai gali lengvai prasiskverbti vienas į kitą ir ištraukti kitus žaidėjus iš žaidimo.

Be to, genome yra tam tikra mobiliųjų elementų skaičiaus savireguliacija. Faktas yra tas, kad mobilieji elementai gali keistis homologiniais regionais vienas su kitu - šis procesas vadinamas rekombinacija. Dėl tokios sąveikos mobilieji elementai, priklausomai nuo jų orientacijos, gali prarasti ( ištrynimas) arba išplėsti ( inversija) tarp jų išsidėstę šeimininko DNR fragmentai. Jei prarandama reikšminga chromosomos dalis, genomas mirs. Inversijos ar nedidelės delecijos atveju sukuriama chromosomų įvairovė, kuri laikoma būtina evoliucijos sąlyga.

Jei vyksta rekombinacijos tarp judrių elementų, esančių skirtingose ​​chromosomose, susidaro chromosomų persitvarkymai, kurie vėlesnio ląstelių dalijimosi metu gali sukelti genomo disbalansą. O nesubalansuotas genomas, kaip ir nesubalansuotas biudžetas, yra padalintas labai prastai. Taigi nesėkmingų genomų mirtis yra viena iš priežasčių, kodėl aktyvūs judrūs elementai neužpildo chromosomų neribotą laiką.

Kyla natūralus klausimas: kiek reikšmingas mobiliųjų elementų indėlis į evoliuciją? Pirma, dauguma mobiliųjų elementų yra įvedami, grubiai tariant, visur, kur jie turi būti, todėl jie gali pažeisti arba pakeisti geno, į kurį jie yra įvesti, struktūrą ar reguliavimą. Tada natūrali atranka atmeta nesėkmingus variantus, o sėkmingi variantai su prisitaikančiomis savybėmis yra fiksuojami.

Jei mobiliojo elemento įvedimo pasekmės pasirodys neutralios, šis variantas gali išlikti populiacijoje, suteikdamas tam tikrą genų struktūros įvairovę. Tai gali praversti nepalankiomis sąlygomis. Teoriškai, masiškai judant mobiliesiems elementams, mutacijos vienu metu gali atsirasti daugelyje genų, kurios gali būti labai naudingos smarkiai pasikeitus gyvenimo sąlygoms.

Taigi, apibendrinant: genome yra daug mobiliųjų elementų ir jie yra skirtingi; jie gali sąveikauti tiek tarpusavyje, tiek su šeimininko genais; gali pakenkti ir būti nepakeičiamas. Genomo nestabilumas, kurį sukelia judrių elementų judėjimas, gali baigtis tragiškai individui, tačiau gebėjimas greitai keistis yra būtina sąlyga populiacijos ar rūšies išlikimui. To dėka sukuriama įvairovė, kuri yra natūralios atrankos ir vėlesnių evoliucinių transformacijų pagrindas.

Galima nubrėžti analogiją tarp šokinėjančių genų ir imigrantų: vieni imigrantai ar jų palikuonys tampa lygiaverčiais piliečiais, kitiems išduodami leidimai gyventi, o kiti – nesilaikantys įstatymų – ištremiami arba įkalinami. O masinės žmonių migracijos gali greitai pakeisti pačią valstybę.

Literatūra

Ratner V. A., Vasilyeva L. A. Mobiliųjų genetinių elementų transpozicijų indukcija streso įtaka. Rusiškas įrišimas. 2000 m.

Gvozdevas V. A. Mobili eukariotų DNR // Soroso edukacinis žurnalas. 1998. Nr.8.

) randama vaisinės muselės genome ( Drosophila ananassae) visa parazitinės bakterijos genomo kopija Volbachija.

Wolbachia bakterija gyvena šeimininkų ląstelių citoplazmoje ir yra žinoma, kad išmoko tiksliai reguliuoti savo šeimininkų dauginimąsi, vystymąsi ir net evoliuciją. Todėl jis dažnai vadinamas „mikrobų manipuliatoriumi“ arba „musių valdovu“ (nes gyvena vabzdžių ląstelėse).

Tyrimas prasidėjo, kai Julie Dunning-Hotopp iš JCVI atrado, kaip kai kurie Wolbachia genai „bendradarbiauja“ su Drosophila genais, tarsi jie būtų to paties genomo dalis.

Koloniją apgyvendino Ročesterio universiteto mokslininkas Michaelas Clarkas Drosophila ananassae laboratorijoje kartu su Vorenu suprasti, kokia yra paslaptis.

Wolbachia genas Drosophila genome (iliustracija iš Ročesterio universiteto).

„Mėnesius maniau, kad dėl kažko klystu, – sako Clarke’as, – net maniau, kad išsivystė atsparumas antibiotikams, nes kiekvieną Wolbachia geną radau vėl ir vėl. Kai pagaliau paėmiau audinius, kuriuos prieš kelis mėnesius palikau ramybėje, pačios Wolbachijos neradau.

Dabar Warrenas ir Clarkas bando suprasti, koks tokio didelio DNR gabalo įterpimo pranašumas yra Drosophila - galbūt „svetimi“ genai suteikia šeimininkui naujų galimybių.

Taigi Wolbachia genai pereina į šeimininko DNR (iliustracija Nicolle Rager Fuller, National Science).

Tyrimo rezultatai paskelbti žurnale Science. Jame autoriai teigia, kad horizontalus genų perdavimas (genų perkėlimas tarp nesusijusių rūšių) tarp bakterijų ir daugialąsčių organizmų mūsų pasaulyje vyksta daug dažniau, nei manyta anksčiau.

Molekulinių genetinių manipuliavimo mechanizmų, kuriuos atlieka Wolbachia su savo šeimininkais, iššifravimas suteiks žmonėms galingas naujas priemones, kurios gali daryti įtaką gyviems organizmams ir visai gamtai.

Tačiau ne visi vabzdžiai yra jautrūs blogai Wolbachia įtakai. Pavyzdžiui, drugeliai iš Samoa salų „išmoko“ apsaugoti savo patinus. Įdomu, ar maliariniai uodai, kuriuos nori užkrėsti šia bakterija, išmoks su ja kovoti?

Visos Rusijos biologijos testo pavyzdys

11 klasė

Darbo atlikimo instrukcijos

Testą sudaro 14 užduočių. Biologijos darbui atlikti skiriama 1 valanda 30 minučių (90 minučių).

Užduočių atsakymai – tai skaičių seka, skaičius, žodis (frazė) arba trumpas laisvas atsakymas, kuris užrašomas šiam darbui skirtoje vietoje. Jei užrašote neteisingą atsakymą, jį perbraukite ir šalia parašykite naują.

Atlikdami užduotis galite naudoti juodraštį. Vertinant darbus, į įrašus juodraštyje neatsižvelgiama. Patariame užduotis atlikti tokia tvarka, kokia jos pateikiamos. Norėdami sutaupyti laiko, praleiskite užduotį, kurios negalite atlikti iš karto, ir pereikite prie kitos. Jei atlikę visus darbus turite laiko, galite grįžti prie praleistų užduočių.

Taškai, kuriuos gaunate už atliktas užduotis, yra sumuojami.

Stenkitės atlikti kuo daugiau užduočių ir surinkti kuo daugiau taškų.

Visos Rusijos bandomojo darbo pavyzdžio paaiškinimai

Susipažindami su bandomojo darbo pavyzdžiu, turėtumėte nepamiršti, kad į pavyzdį įtrauktos užduotys neatspindi visų įgūdžių ir turinio klausimų, kurie bus tikrinami atliekant visos Rusijos bandomąjį darbą. Pilnas turinio elementų ir gebėjimų, kuriuos galima išbandyti darbe, sąrašas pateikiamas turinio elementų kodifikatoriuje ir absolventų parengimo lygiui keliamų reikalavimų biologijos kompaktiniam diskui kurti. Bandomojo darbo pavyzdinis tikslas – susidaryti idėją apie VPR struktūrą, užduočių skaičių ir formą bei sudėtingumo lygį.

1. Eksperimento metu eksperimentuotojas apšvietė dalį lašo su jame esančiomis amebomis. Po trumpo laiko pirmuonys pradėjo aktyviai judėti viena kryptimi.

1.1. Kokią organizmų savybę parodo eksperimentas?

Paaiškinimas: yra 7 gyvų organizmų savybės (būtent šiomis savybėmis gyvi daiktai skiriasi nuo negyvųjų): mityba, kvėpavimas, dirglumas, judrumas, išsiskyrimas, dauginimasis, augimas. Amebos juda iš šviesiosios lašo dalies į tamsiąją, nes reaguoja į šviesą, tai yra, mes pasirenkame savybę – dirglumą.

Atsakymas: dirglumas.

1.2. Pateikite panašaus reiškinio augaluose pavyzdį.

Paaiškinimas: čia galime parašyti bet kokį augalų reakcijos (dirglumo pasireiškimo) pavyzdį.

Atsakymas: gaudymo aparato uždarymas mėsėdžiuose augaluose ARBA lapų pasukimas į saulę arba saulėgrąžų judėjimas dienos metu po saulės ARBA stiebų lenkimas dėl kraštovaizdžio (aplinkos) pokyčių.

2. Miško pakraštyje gyvena ir sąveikauja daug augalų, gyvūnų, grybų ir mikroorganizmų. Apsvarstykite grupę, kurią sudaro angis, erelis, ežiukas, gyvas driežas ir žiogas. Atlikite užduotis.

2.1. Pažymėkite objektus, parodytus nuotraukose ir piešinyje, kurie yra įtraukti į aukščiau pateiktą grupę.

1 - gyvas driežas

2 - angis

3 - ežiuko komanda

4 - paprastasis amūras

5 - erelis

2.2. Klasifikuokite šiuos organizmus pagal jų padėtį maisto grandinėje. Kiekviename langelyje užrašykite vieno iš grupės objektų numerį arba pavadinimą.

Maisto grandinė: ežiukas – paprastasis amūras – gyvas driežas – angis – erelis.

Paaiškinimas: pradedame maisto grandinę nuo gamintojo (žaliasis augalas - organinių medžiagų gamintojas) - ežiukas, tada 1-os eilės vartotojas (vartotojai vartoja organines medžiagas ir turi keletą užsakymų) - paprastasis amūras, gyvasveislis (2 eilės vartotojas) , angis (3 eilės vartotojas), erelis (4 eilės vartotojas).

2.3. Kaip ežių skaičiaus mažinimas komandoje paveiks erelių skaičių? Pagrįskite savo atsakymą.

Atsakymas: mažėjant ežių skaičiui komandoje, mažėja visų vėlesnių komponentų ir galiausiai erelių, tai yra, mažėja erelių skaičius.

3. Pažiūrėkite į paveikslėlį, kuriame pavaizduota anglies ciklo gamtoje diagrama. Nurodykite medžiagos pavadinimą, nurodytą klaustuku.

Paaiškinimas: Klaustukas žymi anglies dioksidą (CO2), nes CO2 susidaro degant, kvėpuojant ir skaidant organines medžiagas, o fotosintezės metu susidaro (ir taip pat ištirpsta vandenyje).

Atsakymas: anglies dioksidas (CO2).

4. Petras sumaišė vienodus kiekius fermento ir jo substrato 25 mėgintuvėliuose. Mėgintuvėliai buvo palikti tam pačiam laikui skirtingose ​​temperatūrose ir išmatuotas reakcijos greitis. Remdamasis eksperimento rezultatais, Piteris sukonstravo grafiką (x ašis rodo temperatūrą (celsijaus laipsniais), y ašis – reakcijos greitį (savavališkais vienetais).

Apibūdinkite fermentinės reakcijos greičio priklausomybę nuo temperatūros.

Atsakymas: kai temperatūra pakyla iki 30C, reakcijos greitis didėja, vėliau pradeda mažėti. Optimali temperatūra yra 38 C.

5. Nustatyti biologinių sistemų elementų pavaldumo seką, pradedant nuo didžiausio.

Trūksta elementų:

1 asmuo

2. Bicepsas

3. Raumenų ląstelė

4. Ranka

5. Amino rūgštis

6. Aktino baltymas

Užrašykite atitinkamą skaičių seką.

Paaiškinimas: išdėstomi elementai pradedant aukščiausiu lygiu:

žmogus yra organizmas

ranka – vargonai

bicepsas – audinys

raumenų ląstelė – ląstelinė

aktino baltymas - molekulinis (baltymai susideda iš aminorūgščių)

aminorūgštis – molekulinė

Atsakymas: 142365.

6. Baltymai atlieka daug svarbių funkcijų žmogaus ir gyvūnų organizme: aprūpina organizmą statybine medžiaga, yra biologiniai katalizatoriai arba reguliatoriai, suteikia judėjimą, šiek tiek perneša deguonį. Kad organizmas nepatirtų problemų, žmogui per dieną reikia 100-120 g baltymų.

6.1. Naudodamiesi lentelės duomenimis, apskaičiuokite baltymų kiekį, kurį žmogus gavo per vakarienę, jei jo racione buvo: 20 g duonos, 50 g grietinės, 15 g sūrio ir 75 g menkės. Atsakymą suapvalinkite iki sveikų skaičių.

Paaiškinimas: 100 g duonos yra 7,8 g baltymų, tada 20 g duonos yra 5 kartus mažiau baltymų - 1,56 g grietinės, tada 50 g yra 2 kartus mažiau - 1,5 g g sūrio - 20 g baltymų, 15 g sūrio - 3 g, 100 g menkės - 17,4 g baltymų, 75 g menkės - 13,05 g.

Iš viso: 1,56 + 1,5 + 3 + 13,05 = 19,01 (tai yra maždaug lygus 19).

Atsakymas: 19

ARBA

6.1 Asmuo išgėrė puodelį stiprios kavos, kurioje buvo 120 mg kofeino, kuris visiškai pasisavino ir tolygiai pasiskirstė kraujyje ir kituose kūno skysčiuose. Tiriamo žmogaus kūno skysčių tūris gali būti lygus 40 litrų. Apskaičiuokite, kiek laiko po vartojimo (valandomis) kofeinas nustos veikti šį asmenį, jei kofeinas nustos veikti esant 2 mg/l koncentracijai, o jo koncentracija sumažėja 0,23 mg per valandą. Atsakymą suapvalinkite iki dešimtųjų.

Paaiškinimas: 120 mg kofeino žmogaus organizme pasiskirstė 40 litrų tūryje, tai yra koncentracija tapo 3 mg/l. Esant 2 mg/l koncentracijai kofeinas nustoja veikti, tai yra, veiksmingas tik 1 mg/l. Norėdami sužinoti valandų skaičių, 1 mg/l padalinkite iš 0,23 mg (koncentracijos sumažėjimas per valandą), gauname 4,3 val.

Atsakymas: 4,3 valandos.

6.2. Pavadinkite vieną iš virškinimo sistemos liaukų gaminamų fermentų:

Atsakymas: skrandžio sienelės gamina pepsiną, kuris rūgščioje aplinkoje skaido baltymus į dipeptidus. Lipazė skaido lipidus (riebalus). Nukleazės skaido nukleino rūgštis. Amilazė skaido krakmolą. Maltazė suskaido maltozę į gliukozę. Laktazė skaido laktozę į gliukozę ir galaktozę. Reikia parašyti vieną fermentą.

7. Nustatyti išvardytų ligų kilmę. Užrašykite kiekvienos ligos numerius sąraše atitinkamoje lentelės langelyje. Lentelės langeliuose galima įrašyti kelis skaičius.

Žmonių ligų sąrašas:

1. Hemofilija

2. Vėjaraupiai

3. Skorbutas

4. Miokardo infarktas

5. Cholera

Paaiškinimas: Žr. Žmonių ligos apie CDF

8. Medicininėje genetikoje plačiai taikomas genealoginis metodas. Jis pagrįstas asmens kilmės knygos sudarymu ir tam tikros savybės paveldėjimo tyrimu. Tokiuose tyrimuose naudojami tam tikri užrašai. Ištirkite vienos šeimos, kurios kai kurie nariai turi susiliejusią ausies spenelį, šeimos medžio fragmentą.

Naudodami siūlomą schemą nustatykite, ar šis požymis yra dominuojantis ar recesyvinis ir ar jis susijęs su lytinėmis chromosomomis.

Paaiškinimas: požymis yra recesyvinis, nes pirmoje kartoje jis visai nepasireiškia, o antroje kartoje pasireiškia tik 33% vaikų. Šis bruožas nėra susijęs su lytimi, nes pasireiškia tiek berniukams, tiek mergaitėms.

Atsakymas: recesyvinis, nesusijęs su lytimi.

9. Vladimiras visada norėjo turėti šiurkščius plaukus, kaip ir jo tėtis (dominuojanti savybė (A)). Bet jo plaukai buvo švelnūs, kaip ir mamos. Pagal plaukų kokybę nustatykite šeimos narių genotipus. Įveskite atsakymus į lentelę.

Paaiškinimas: švelnūs plaukai yra recesyvinis požymis (a), tėvas yra heterozigotinis šiam požymiui, nes sūnus yra homozigotinis recesyvas (aa), kaip ir motina. Tai yra:

R: Aa x aa

G: Ak, a x a

F1: Aa – 50% vaikų šiurkščiaplaukių

aa - 50% vaikų su švelniais plaukais.

Atsakymas:

Motina	tėvas	Sūnus
ahh	Ahh	ahh

10. Jekaterina nusprendė duoti kraujo kaip donorė. Paimant kraują paaiškėjo, kad Kotryna turi III grupę. Jekaterina žino, kad jos mama turi I kraujo grupę.

10.1. Kokio kraujo rūšį galėjo turėti Kotrynos tėvas?

Paaiškinimas: remiantis lentelės duomenimis, Kotrynos tėvas gali turėti III ar IV kraujo grupę.

Atsakymas: III arba IV.

10.2. Remdamiesi kraujo perpylimo taisyklėmis, nustatykite, ar Catherine gali būti savo tėvo kraujo donore.

Paaiškinimas: Jekaterina, turinti I kraujo grupę, yra universali donorė (jei sutampa Rh faktoriai), tai yra, iš jos galima perpilti kraują tėčiui.

Atsakymas: galbūt.

11. Paveiksle pavaizduoto organelio funkcija – organinių medžiagų oksidacija ir energijos kaupimas ATP sintezės metu. Šio organelio vidinė membrana vaidina svarbų vaidmenį šiuose procesuose.

11.1. Koks šios organelės pavadinimas?

Atsakymas: Nuotraukoje pavaizduota mitochondrija.

11.2. Paaiškinkite, kaip vidinės membranos sandarumas organelėje yra susijęs su jos atliekama funkcija.

Atsakymas: vidinės membranos klosčių pagalba padidina organelių vidinį paviršių ir gali oksiduotis didesnis kiekis organinių medžiagų, taip pat didesnį kiekį ATP gali pagaminti ATP sintazės – fermentiniai kompleksai, kurie gamina. energijos ATP (pagrindinės energijos molekulės) pavidalu.

12. MRNR fragmento seka yra tokia:

UGTSGAAUGUUUUGTSUG

Nustatykite DNR sekcijos, kuri buvo šios RNR molekulės sintezės šablonas, seką ir baltymo, kurį koduoja šis mRNR fragmentas, seką. Atlikdami užduotį naudokite komplementarumo taisyklę ir genetinio kodo lentelę.

Lentelės naudojimo taisyklės

Pirmasis tripleto nukleotidas paimtas iš kairės vertikalios eilės; antrasis – iš viršutinės horizontalios eilės ir trečias – iš dešinės vertikalios eilės. Ten, kur susikerta linijos, einančios iš visų trijų nukleotidų, yra norima aminorūgštis.

Paaiškinimas: padalykite seką į tripletus (kiekvienas po tris nukleotidus): UGC GAA UGU UUG TsUG. Įrašykime atitinkamą nukleotidų seką DNR (atvirkštinė komplementari nukleotidų seka, atsižvelgiant į tai, kad A-T (RNR U), G-C.

Tai yra, DNR grandinė: ACG CTT ACA AAU GAU.

Naudodamiesi RNR seka, randame atitinkamą aminorūgščių seką. Pirmoji aminorūgštis yra cis, tada glu, cis, leu, leu.

Baltymai: cis-glu-cis-ley-ley.

12.3. Iššifruojant pomidorų genomą buvo nustatyta, kad DNR molekulės fragmente timino dalis yra 20 proc. Naudodami Chargaff taisyklę, kuri apibūdina kiekybinius ryšius tarp skirtingų tipų azoto bazių DNR (G+T = A+C), apskaičiuokite nukleotidų su citozinu kiekį (%) šiame mėginyje.

Paaiškinimas: jei timino kiekis yra 20%, tai adenino kiekis taip pat yra 20% (nes jie papildo vienas kitą). 60% lieka guaninui ir citozinui (100 - (20 + 20)), tai yra, po 30%.

Atsakymas: citozinas sudaro 30 proc.

13. Šiuolaikinė evoliucijos teorija gali būti pavaizduota kaip tokia diagrama.

Atsakymas: tikriausiai žirafos protėviai turėjo skirtingą kaklo ilgį, bet kadangi žirafoms reikėjo pasiekti aukštai augančius žalius lapus, išliko tik žirafos ilgu kaklu, tai yra tinkamiausios (šis bruožas buvo siejamas iš kartos į kartą, tai lėmė genetinės populiacijos sudėties pokyčius). Taigi natūralios atrankos metu išliko tik ilgiausią kaklą turintys individai, o kaklo ilgis palaipsniui didėjo.

14. Paveikslėlyje pavaizduota kordaitė – išnykęs sumedėjęs gimnasėklių augalas, gyvenęs prieš 370–250 mln.

Naudodami geochronologinės lentelės fragmentą, nustatykite epochą ir laikotarpius, kuriais šis organizmas gyveno. Kokie augalai buvo galimi jų protėviai?

Geochronologinė lentelė

Paaiškinimas: Gimnosėkliai tikriausiai atsirado paleozojaus eroje. laikotarpiai: permas, karbonas (galbūt devonas). Jie atsirado iš medžių paparčių (paleozojaus epochoje klestėjo primityvesni augalai, o mezozojaus eroje plačiai paplito ir klestėjo gimnasėkliai).

Era: paleozojaus

Laikotarpiai: permas, karbonas, devonas

Galimi protėviai: medžių paparčiai

2 018 Rusijos Federacijos federalinė švietimo ir mokslo priežiūros tarnyba

2011-09-05, 09:36, Limarevas pasakė:

Limarevas V.N.

Žmogaus genomo dekodavimas.

Fragmentas iš L. G. knygos. Puchko: „Radietinis žmogaus pažinimas“

Genomo iššifravimo problemai išspręsti buvo surengtas tarptautinis projektas „žmogaus genomas“, kurio biudžetas siekė milijardus dolerių.

Iki 2000 m. žmogaus genomas buvo praktiškai suplanuotas. Genai buvo suskaičiuoti, identifikuoti ir įrašyti į duomenų bazes. Tai didžiuliai informacijos kiekiai.

Žmogaus genomo įrašymas skaitmenizuota forma užima apie 300 terabaitų kompiuterio atminties, o tai prilygsta 3 tūkstančiams 100 gigabaitų talpos kietųjų diskų.

Tai paaiškėjo. Kad žmogus turi ne šimtus tūkstančių, kaip manyta anksčiau, o kiek daugiau nei 30 tūkstančių genų. Musė turi vaisinių muselių, jų tik perpus mažiau – apie 13 tūkstančių, o pelės – beveik tiek pat, kiek ir žmogus. Iššifruotame genome yra tik apie 1% genų, būdingų tik žmogui. Didžiąją dalį DNR spiralės, kaip paaiškėjo, užima ne genai, o vadinamosios „tuščios sekcijos“, kuriose genai tiesiog nėra užkoduoti, taip pat vienas po kito kartojasi dvigubi fragmentai, prasmė ir prasmė. kas neaišku.

Žodžiu, genai pasirodė net ne gyvybės statybinės medžiagos, o tik plano, pagal kurį statomas kūno pastatas, elementai. Statybiniai blokai, kaip paprastai buvo manoma prieš genetikos iškilimą, yra baltymai.

Tapo visiškai akivaizdu, kad 1% genų, būdingų tik žmogui, negali užkoduoti tokio didžiulio informacijos kiekio, kuris skiria žmogų nuo pelės. Kur saugoma visa informacija? Daugeliui mokslininkų tampa nepaneigiamas faktas, kad be dieviškojo principo neįmanoma paaiškinti žmogaus prigimties. Nemažai mokslininkų teigia, kad, remiantis esamomis idėjomis apie žmogaus kūną, žmogaus genomo iššifruoti iš esmės neįmanoma.

Pasaulis nėra žinomas – jis pažįstamas (mano komentarai prie straipsnio).

1) Apsvarstykite fragmentą: „Be dieviškojo principo neįmanoma paaiškinti žmogaus prigimties“.

Aukščiau pateikta informacija jokiu būdu to nenurodo.

Genomas iš tikrųjų turi sudėtingesnę struktūrą, nei manyta anksčiau.

Bet juk straipsnyje minimas kompiuteris susideda ne tik iš atminties ląstelių.

Kompiuteris turi dvi atmintis: ilgalaikę ir veikiančią, taip pat procesorių, kuriame apdorojama informacija. Elektromagnetinis laukas taip pat dalyvauja apdorojant informaciją. Norint iššifruoti genomo informaciją, reikia suprasti, kaip ji vyksta, ne tik informacijos saugojimą, bet ir jos apdorojimą. Taip pat pripažįstu mintį, kad dalis informacijos saugoma įrašyta per elektromagnetinį lauką. Ir taip pat už žmogaus ribų, kaip jau rašiau, specialiuose Aukščiausiojo proto informacijos centruose.

Įsivaizduokite ištisinį tekstą, užkoduotą dvejetainiu kodu 0 arba 1 Morzės abėcėlėje, kol nežinote, kokia kalba jis parašytas (anglų ar prancūzų....) ir nežinote, kad šis tęstinis tekstas susideda iš žodžių, sakinių. , pastraipos, skyriai, tomai, lentynos, spintelės ir kt.

Biologijoje beveik tas pats, tik čia viskas užkoduota keturženkliu kodu ir mes iki šiol iššifravome elementariųjų genų tvarką + - / *, bet nemokame kalbos ir atitinkamai žodžiai, sakiniai, pastraipos, skyriai, tomai, lentynos, spintos ir kt. Mums iššifruotas genomas vis dar yra tvirtas 4 laipsnių kodo tekstas ir beveik neįmanoma viso to ištirti.

Bet pasirodo, kad tam tikrais laikotarpiais (tiek individe, tiek jo kartų kohortoje, tiek rūšyje, gentyje) kai kurie genai ir jų kompleksai (atsakingi už žodžius, sakinius, pastraipas, skyrius, tomus, lentynas, spinteles ir kt. .) yra aktyvūs , o kitais evoliucijos laikotarpiais yra pasyvūs, kuriuos netiesiogiai nulemiau įvairiomis poligeninėmis savybėmis (kaip parodyta temoje Bendrasis periodinis evoliucijos dėsnis).

Šiuo metu yra tik du metodai genams tirti, tai yra paprastas laboratorinis mėginio genų sumos (DNR) apskaičiavimas ir yra prietaisas, skaičiuojantis pagamintos baltymo RNR kiekį. prilipo prie pagaminto elektroninio lusto specifinės DNR, bet kadangi bet kuriuo metu yra aktyvus didžiulis DNR kiekis ir atitinkamai per RNR gaminamas didžiulis kiekis skirtingų baltymų, labai sunku atskirti „šiuos makaronus šaukštu, šakute ir japoniškomis lazdelėmis“. šią sriubą ir raskite tai, ko ieškote – raskite priežasties ir pasekmės ryšius tarp specifinės DNR (kaip DNR komplekso) ir jos įtakos poligeniniam bruožui.

Atrodo, radau paprastą metodą, kaip surūšiuoti visą šią DNR, RNR ir jų baltymų, lemiančių poligeniškumo laipsnį, sriubą.

Kaip paaiškėjo, kiekvienas poligeninis požymis individo evoliucijos tvarka (kartų grupė, rūšis ir gentis) yra periodiškas, todėl jis turi būti periodiškas RNR ir DNR veikloje, todėl tereikia rasti (pirmiausia). einant į genetines detales) koreliacija tarp metrinio poligeninio požymio pokyčio (individui, kartų kohortai, rūšiai, genčiai...) ir atitinkamo RNR, DNR aktyvumo, proporcingo šiems laikotarpiams.

DNR struktūros atradimo 50-mečiui

A.V. Zeleninas

AUGALŲ GENOMAS

A. V. Zeleninas

Zeleninas Aleksandras Vladimirovičius- biologijos mokslų daktaras,
vardo Molekulinės biologijos instituto laboratorijos vedėjas. V.A. Engelhardt RAS.

Įspūdingi Žmogaus genomo programos pasiekimai, taip pat sėkmingi darbai iššifruojant vadinamuosius itin mažus (virusai), mažus (bakterijos, mielės) ir vidutinio dydžio (apvaliosios kirmėlės, Drosophila) genomus leido pereiti prie didelio masto didelių ir ypač didelių augalų genomų tyrimo. 1997 m. JAV vykusiame augalų genomikos susitikime buvo pabrėžtas neatidėliotinas išsamaus ekonomiškai svarbiausių augalų genomo tyrimo poreikis [,]. Per daugelį metų šioje srityje buvo pasiekta neabejotinų sėkmių. 2000 metais pasirodė publikacija apie pilną mažųjų garstyčių – Arabidopsis – genomo sekos nustatymą (tiesinės nukleotidų sekos nustatymą visos branduolinės DNR), o 2001 metais – apie preliminarų (juodraštį) ryžių genomo sekos nustatymą. Ne kartą buvo pranešta apie didelių ir ypač didelių augalų genomų (kukurūzų, rugių, kviečių) sekos nustatymo darbus, tačiau šiuose pranešimuose nebuvo konkrečios informacijos, o tik ketinimų pareiškimai.

Tikimasi, kad augalų genomų iššifravimas atvers plačias mokslo ir praktikos perspektyvas. Visų pirma, naujų genų identifikavimas ir jų genetinio reguliavimo grandinė žymiai padidins augalų produktyvumą taikant biotechnologinius metodus. Su atsiradimu siejamas genų, atsakingų už tokias svarbias augalo organizmo funkcijas kaip dauginimasis ir produktyvumas, kintamumo procesai, atsparumas nepalankiems aplinkos veiksniams, taip pat homologinis chromosomų poravimasis, atradimas, išskyrimas, dauginimas (klonavimas) ir sekos nustatymas. naujų galimybių tobulinti atrankos procesą . Galiausiai, iš izoliuotų ir klonuotų genų galima gauti iš esmės naujų savybių turinčius transgeninius augalus ir analizuoti genų aktyvumo reguliavimo mechanizmus.

Augalų genomų tyrimo svarbą pabrėžia ir tai, kad iki šiol lokalizuotų, klonuotų ir sekvenuotų augalų genų skaičius yra nedidelis ir, įvairiais vertinimais, svyruoja nuo 800 iki 1200. Tai yra 10-15 kartų mažiau nei, pavyzdžiui, žmonėms.

JAV išlieka neabejotina didelio masto augalų genomų tyrimo lyderė, nors intensyvūs ryžių genomo tyrimai atliekami Japonijoje, o pastaraisiais metais – ir Kinijoje. Be JAV laboratorijų, iššifruojant Arabidopsis genomą aktyviai dalyvavo Europos tyrimų grupės. Akivaizdus JAV vadovavimas kelia rimtą Europos mokslininkų susirūpinimą, kurį jie aiškiai išreiškė 2000 m. pabaigoje Prancūzijoje vykusiame susitikime, prasmingai pavadintame „Genomikos perspektyvos postgenominėje eroje“. Amerikos mokslo pažanga tiriant žemės ūkio augalų genomus ir kuriant transgenines augalų formas, pasak Europos mokslininkų, kelia grėsmę, kad netolimoje ateityje (nuo dviejų iki penkių dešimtmečių), kai populiacijos augimas atsidurs žmonijos akivaizdoje. bendra maisto krizė, Europos ekonomika ir mokslas taps priklausomi nuo Amerikos technologijų. Šiuo atžvilgiu buvo paskelbta apie Prancūzijos ir Vokietijos mokslinės augalų genomų tyrimo programos (Plantgene) sukūrimą ir didelių lėšų investavimą į ją.

Akivaizdu, kad augalų genomikos problemos turėtų patraukti didelį Rusijos mokslininkų ir mokslo organizatorių bei valdymo organų dėmesį, nes kalbame ne tik apie mokslo prestižą, bet ir apie nacionalinį šalies saugumą. Po vieno ar dviejų dešimtmečių maistas taps svarbiausiu strateginiu ištekliu.

AUGALŲ GENOMŲ TYRIMO SUNKUMAI

Augalų genomų tyrimas yra daug sudėtingesnis uždavinys nei žmonių ir kitų gyvūnų genomo tyrimas. Taip yra dėl šių aplinkybių:

didžiuliai genomo dydžiai, siekiantys dešimtis ir net šimtus milijardų nukleotidų porų (bp) atskiroms augalų rūšims: pagrindinių ekonomiškai svarbių augalų (išskyrus ryžius, linus ir medvilnę) genomai yra arba artimi žmogaus genomui, arba jį viršija. daug kartų (lentelė);

Staigūs chromosomų skaičiaus svyravimai skirtinguose augaluose – nuo ​​dviejų vienose rūšyse iki kelių šimtų kitose, be to, neįmanoma nustatyti griežtos koreliacijos tarp genomo dydžio ir chromosomų skaičiaus;

Gausybė poliploidų (kurių vienoje ląstelėje yra daugiau nei du genomai) formuojasi su panašiais, bet ne identiškais genomais (alopoliploidija);

Ekstremalus augalų genomų praturtėjimas (iki 99%) „nereikšminga“ (nekoduojančia, tai yra, neturinčia genų) DNR, o tai labai apsunkina sekvenuotų fragmentų sujungimą (išdėstymą teisinga tvarka) į bendrą didelę. dydžio DNR sritis (contig);

Neišsamus (palyginti su Drosophila, žmogaus ir pelės genomais) morfologinis, genetinis ir fizinis chromosomų kartografavimas;

Praktiškai neįmanoma išskirti atskirų chromosomų gryna forma, naudojant metodus, kurie paprastai naudojami šiam tikslui žmonių ir gyvūnų chromosomoms (srauto rūšiavimas ir ląstelių hibridų naudojimas);

Atskirų genų chromosomų kartografavimo (vietos chromosomoje nustatymo) sunkumai naudojant hibridizaciją savo vietoje, tiek dėl didelio „nereikšmingos“ DNR kiekio augalų genomuose, tiek dėl augalų chromosomų struktūrinės organizavimo ypatumų;

Augalų evoliucinis atstumas nuo gyvūnų, o tai labai apsunkina informacijos, gautos nustatant žmonių ir kitų gyvūnų genomo seką, panaudojimą augalų genomams tirti;

Ilgas daugumos augalų dauginimosi procesas, kuris žymiai sulėtina jų genetinę analizę.

CHROMOSOMŲ GENOMŲ TYRIMAI

Genomų apskritai ir ypač augalų chromosominiai (citogenetiniai) tyrimai turi ilgą istoriją. Terminas „genomas“ buvo pasiūlytas žymėti haploidinį (vieną) chromosomų rinkinį su jose esančiais genais XX amžiaus pirmajame ketvirtyje, tai yra dar gerokai anksčiau, nei buvo nustatytas DNR, kaip genetinės informacijos nešėjos, vaidmuo.

Naujo, anksčiau netirto genetiškai daugialąsčio organizmo genomo aprašymas dažniausiai pradedamas tiriant ir aprašant visą jo chromosomų rinkinį (kariotipo). Tai, žinoma, taip pat taikoma augalams, kurių daugybė net nebuvo pradėta tirti.

Jau chromosomų tyrimų pradžioje buvo lyginami giminingų augalų rūšių genomai, remiantis mejotinės konjugacijos (homologinių chromosomų unifikacijos) analize tarprūšiniuose hibriduose. Per pastaruosius 100 metų chromosomų analizės galimybės smarkiai išsiplėtė. Šiais laikais augalų genomams charakterizuoti naudojamos pažangesnės technologijos: įvairūs vadinamojo diferencinio dažymo variantai, leidžiantys identifikuoti atskiras chromosomas pagal morfologines savybes; hibridizacija savo vietoje, leidžianti lokalizuoti specifinius genus chromosomose; biocheminiai ląstelių baltymų tyrimai (elektroforezė ir imunochemija) ir galiausiai metodų rinkinys, pagrįstas chromosomų DNR analize iki jos sekos nustatymo.

Ryžiai. 1. Grūdų kariotipai: a - rugiai (14 chromosomų), b - kietieji kviečiai (28 chromosomos), c - minkštieji kviečiai (42 chromosomos), d - miežiai (14 chromosomų)

Javų, pirmiausia kviečių ir rugių, kariotipai buvo tiriami daugelį metų. Įdomu tai, kad skirtingose ​​šių augalų rūšyse chromosomų skaičius yra skirtingas, bet visada septynių kartotinis. Atskiras javų rūšis galima patikimai identifikuoti pagal jų kariotipą. Pavyzdžiui, rugių genomą sudaro septynios poros didelių chromosomų, kurių galuose yra intensyvios spalvos heterochromatiniai blokai, dažnai vadinami segmentais arba juostomis (1a pav.). Kviečių genomai jau turi 14 ir 21 porą chromosomų (1 pav., b, c), heterochromatinių blokų pasiskirstymas juose nėra toks pat kaip rugių chromosomose. Atskiri kviečių genomai, pažymėti A, B ir D, taip pat skiriasi. arba makaronai, kviečiai ir minkšti, arba duona, kviečiai . D genas, kuriame yra glitimo baltymų genų, yra atsakingas už tai, kad minkštieji kviečiai įgytų aukštų kepimo savybių, o tai suteikia tešlai vadinamąjį daigumą. Būtent šiam genomui gerinant duonos kviečių selekciją skiriamas ypatingas dėmesys. Kiti 14 chromosomų grūdai – miežiai (1 pav., d) – dažniausiai nenaudojami duonai gaminti, tačiau jie yra pagrindinė žaliava gaminant tokius įprastus produktus kaip alus ir viskis.

Intensyviai tiriamos kai kurių laukinių augalų, naudojamų svarbiausių žemės ūkio rūšių kokybei pagerinti, pavyzdžiui, laukinių kviečių giminaičių Egilopsų, chromosomos. Naujos augalų formos sukuriamos kryžminant (2 pav.) ir atranka. Pastaraisiais metais reikšmingi tyrimų metodų patobulinimai leido pradėti tirti augalų, kurių kariotipo ypatybių (daugiausia mažų chromosomų dydžių) genomus anksčiau buvo neprieinami chromosomų analizei. Taigi tik neseniai pirmą kartą buvo nustatytos visos medvilnės, ramunėlių ir linų chromosomos.

Ryžiai. 2. Kviečių ir kviečių-Egilops hibrido kariotipai

a - heksaploidiniai paprastieji kviečiai ( Triticum astivum), susidedantis iš A, B ir O genomų; b - tetraploidiniai kviečiai ( Triticum timopheevi), susidedantis iš A ir G genomų. yra atsparumo daugumai kviečių ligų genų; c - hibridai Triticum astivum X Triticum timopheevi, atsparus miltligei ir rūdims, aiškiai matomas dalies chromosomų pakitimas

PIRMINĖ DNR STRUKTŪRA

Tobulėjant molekulinei genetikai, išsiplėtė pati genomo samprata. Dabar šis terminas aiškinamas ir klasikine chromosomų, ir šiuolaikine molekuline prasme: visa atskiro viruso, ląstelės ir organizmo genetinė medžiaga. Natūralu, kad ištyrus visą pirminę daugelio mikroorganizmų ir žmonių genomų struktūrą (taip dažnai vadinama visa tiesinė nukleorūgščių bazių seka), iškilo augalų genomų sekos nustatymo klausimas.

Iš daugelio augalų organizmų tyrimams buvo pasirinkti du – Arabidopsis, atstovaujantis dviskilčių klasei (genomo dydis 125 mln. bp), ir ryžiai iš vienakilčių klasės (420-470 mln. bp). Šie genomai yra maži, palyginti su kitų augalų genomais, ir juose yra palyginti nedaug pasikartojančių DNR dalių. Tokios ypatybės suteikė vilties, kad atrinkti genomai bus prieinami palyginti greitai nustatyti jų pirminę struktūrą.

Ryžiai. 3. Arabidopsis - mažos garstyčios - mažas augalas iš kryžmažiedžių šeimos ( Brassicaceae). Erdvėje, kurios plotas lygus vienam mūsų žurnalo puslapiui, gali būti auginama iki tūkstančio atskirų Arabidopsis organizmų

Pagrindas renkantis Arabidopsis buvo ne tik nedidelis jo genomo dydis, bet ir mažas organizmo dydis, todėl jį lengva auginti laboratorinėmis sąlygomis (3 pav.). Atsižvelgėme į jo trumpą dauginimosi ciklą, kurio dėka galima greitai atlikti kryžminimo ir selekcijos eksperimentus, detalią genetiką, lengvai manipuliuoti kintančiomis augimo sąlygomis (keičiant dirvožemio druskos sudėtį, pridedant įvairių maistinių medžiagų ir kt.) įvairių mutageninių veiksnių ir patogenų (virusų, bakterijų, grybelių) poveikio augalams tyrimas. Arabidopsis neturi ekonominės vertės, todėl jo genomas kartu su pelės genomu buvo vadinamas etaloniniu genomu arba, kiek ne taip tiksliai, modelio genomu.*

* Termino „modelio genomas“ atsiradimas rusų literatūroje yra netikslaus angliškos frazės model genome vertimo rezultatas. Žodis „modelis“ reiškia ne tik būdvardį „modelis“, bet ir daiktavardį „pavyzdys“, „standartas“, „modelis“. Teisingiau būtų kalbėti apie pavyzdinį genomą arba etaloninį genomą.

Intensyvų Arabidopsis genomo sekos nustatymo darbą pradėjo 1996 m. tarptautinis konsorciumas, kuriame dalyvavo JAV, Japonijos, Belgijos, Italijos, Didžiosios Britanijos ir Vokietijos mokslo institucijos ir tyrimų grupės. 2000 m. gruodžio mėn. tapo prieinama išsami informacija, apibendrinančia pirminės Arabidopsis genomo struktūros nustatymą. Sekvenavimui naudojome klasikinę, arba hierarchinę, technologiją: pirmiausia buvo tiriamos atskiros nedidelės genomo atkarpos, iš kurių daromos didesnės pjūviai (kontigai), o paskutiniame etape – atskirų chromosomų sandara. Arabidopsis genomo branduolinė DNR yra paskirstyta penkiose chromosomose. 1999 m. buvo paskelbti dviejų chromosomų sekos nustatymo rezultatai, o paskelbus informaciją apie likusių trijų pirminę struktūrą, buvo užbaigtas viso genomo sekos nustatymas.

Iš 125 milijonų nukleotidų porų buvo nustatyta 119 milijonų pirminė struktūra, kuri sudaro 92% viso genomo. Tik 8% Arabidopsis genomo, kuriame yra dideli pasikartojančių DNR sekcijų blokai, buvo neprieinami tyrimams. Kalbant apie eukariotų genomų sekos sudarymo išsamumą ir kruopštumą, Arabidopsis kartu su vienaląsčių mielių organizmu išlieka trijų geriausių čempionų sąraše. Saccharomyces cerevisiae ir daugialąsčių gyvūnų organizmų Caenorhabditis elegancija(žr. lentelę).

Arabidopsis genome rasta apie 15 tūkstančių atskirų genų, koduojančių baltymus. Maždaug 12 tūkstančių jų yra dviejose kopijose viename haploidiniame (viename) genome, taigi bendras genų skaičius yra 27 tūkst. Arabidopsis genų skaičius nedaug skiriasi nuo genų skaičiaus tokiuose organizmuose kaip žmonės ir pelės. bet jo genomo dydis 25-30 kartų mažesnis. Ši aplinkybė yra susijusi su svarbiomis atskirų Arabidopsis genų struktūros ir bendros jo genomo struktūros ypatybėmis.

Arabidopsis genai yra kompaktiški, juose yra tik keli egzonai (baltymus koduojančios sritys), atskirti trumpais (apie 250 bp) nekoduojančiais DNR ruožais (intronais). Tarpai tarp atskirų genų vidutiniškai siekia 4,6 tūkst. nukleotidų porų. Palyginimui nurodome, kad žmogaus genuose yra daug dešimčių ir net šimtų egzonų ir intronų, o tarpgeniniai regionai turi 10 tūkstančių ar daugiau nukleotidų porų. Manoma, kad nedidelio kompaktiško genomo buvimas prisidėjo prie Arabidopsis evoliucinio stabilumo, nes jo DNR tapo mažiau taikiniu įvairiems žalingiems agentams, ypač į virusą panašiems pasikartojantiems DNR fragmentams (transpozonams) patekti į genomo.

Kitos Arabidopsis genomo molekulinės savybės apima egzonų praturtinimą guaninu ir citozinu (44% egzonuose ir 32% intronų), palyginti su gyvūnų genais, taip pat du kartus pasikartojančių (dubliuojamų) genų buvimą. Manoma, kad šis padvigubėjimas įvyko dėl keturių vienu metu vykusių įvykių, kuriuos sudarė dalies Arabidopsis genų padvigubėjimas (pasikartojimas) arba susijusių genomų susiliejimas. Šie įvykiai, įvykę prieš 100-200 milijonų metų, yra bendros augalų genomams būdingos poliploidizacijos (daugkartinio genomų skaičiaus padidėjimo organizme) polinkio apraiška. Tačiau kai kurie faktai rodo, kad Arabidopsis dubliuoti genai nėra identiški ir veikia skirtingai, o tai gali būti dėl mutacijų jų reguliavimo regionuose.

Kitas visiško DNR sekos nustatymo objektas buvo ryžiai. Šio augalo genomas taip pat mažas (12 chromosomų, iš viso duoda 420-470 mln. bp), tik 3,5 karto didesnis nei Arabidopsis. Tačiau, skirtingai nei Arabidopsis, ryžiai turi didžiulę ekonominę reikšmę, yra daugiau nei pusės žmonijos mitybos pagrindas, todėl jų savybių gerinimu gyvybiškai suinteresuoti ne tik milijardai vartotojų, bet ir milijoninė žmonių armija, aktyviai dalyvaujanti labai daug darbo reikalaujantis jo auginimo procesas.

Kai kurie mokslininkai ryžių genomą pradėjo tyrinėti dar praėjusio amžiaus 80-aisiais, tačiau rimtą mastą šis darbas pasiekė tik 90-aisiais. 1991 metais Japonijoje buvo sukurta ryžių genomo struktūros iššifravimo programa, apjungusi daugelio tyrinėtojų grupių pastangas. 1997 m. šios programos pagrindu buvo organizuotas Tarptautinis ryžių genomo projektas. Jo dalyviai nusprendė sutelkti pastangas į vieno iš ryžių porūšių sekos nustatymą ( Oriza sativajaponica), kurį tiriant iki to laiko jau buvo pasiekta didelė pažanga. Žmogaus genomo programa tapo rimta paskata ir, vaizdžiai tariant, kelrode tokiam darbui.

Šios programos metu buvo išbandyta genomo „chromosominio“ hierarchinio padalijimo strategija, kurią tarptautinio konsorciumo dalyviai naudojo ryžių genomui iššifruoti. Tačiau jei tiriant žmogaus genomą įvairiomis technikomis buvo išskirtos atskirų chromosomų frakcijos, tai lazerine mikrodisekcija (išpjaunant mikroskopinius objektus) buvo gauta medžiaga, būdinga atskiroms ryžių chromosomoms ir atskiroms jų pjūviams. Mikroskopo stiklelyje, kuriame yra ryžių chromosomos, veikiant lazerio spinduliui, išdega viskas, išskyrus analizei skirtą chromosomą ar jos dalis. Likusi medžiaga naudojama klonavimui ir sekos nustatymui.

Buvo paskelbta daugybė ataskaitų apie atskirų ryžių genomo fragmentų sekos nustatymo rezultatus, atliktus dideliu tikslumu ir detalumu, būdingu hierarchinei technologijai. Buvo manoma, kad visa pirminė ryžių genomo struktūra bus nustatyta iki 2003 m. pabaigos – 2004 m. vidurio, o rezultatai, kartu su duomenimis apie pirminę Arabidopsis genomo struktūrą, bus plačiai naudojami lyginamojoje genomikoje. kitų augalų.

Tačiau 2002 m. pradžioje dvi tyrimų grupės – viena iš Kinijos, kita iš Šveicarijos ir JAV – paskelbė visiško grubios (grubios) ryžių genomo sekos nustatymo, atlikto naudojant totalinio klonavimo technologiją, rezultatus. Skirtingai nuo laipsniško (hierarchinio) tyrimo, bendras metodas yra pagrįstas tuo pačiu metu klonuojant visą genominę DNR viename iš virusinių ar bakterinių vektorių ir gaunant reikšmingą (didžiulį vidutinių ir didelių genomų) skaičių. atskiri klonai, turintys skirtingus DNR segmentus. Remiantis šių sekvenuotų sekcijų analize ir identiškų DNR galinių dalių sutapimu, susidaro kontigas – sujungtų DNR sekų grandinė. Bendras (bendras) kontigas reiškia pirminę viso genomo arba bent jau atskiros chromosomos struktūrą.

Tokiame schematiškame pristatyme visiško klonavimo strategija atrodo nesudėtinga. Tiesą sakant, ji susiduria su rimtais sunkumais, susijusiais su būtinybe gauti daugybę klonų (visuotinai pripažįstama, kad tiriamas genomas arba jo regionas turi būti bent 10 kartų perdengtas klonais), milžiniška sekos nustatymo apimtimi ir itin sudėtingas klonų sujungimo darbas, kuriam reikalingas bioinformatikos specialistų dalyvavimas. Rimta kliūtis visiškam klonavimui yra pasikartojančių DNR sričių įvairovė, kurių skaičius, kaip jau minėta, didėjant genomo dydžiui, smarkiai išauga. Todėl visuminės sekos nustatymo strategija pirmiausia naudojama tiriant virusų ir mikroorganizmų genomus, nors ji buvo sėkmingai pritaikyta tiriant daugialąsčio organizmo Drosophila genomą.

Viso šio genomo sekos nustatymo rezultatai buvo „uždedami“ ant daugybės informacijos apie jo chromosomų, genų ir molekulinę struktūrą, gautą per beveik 100 metų tiriant Drosophila. Ir vis dėlto, pagal sekos sudarymo laipsnį, Drosophila genomas (66% viso genomo dydžio) yra žymiai prastesnis už Arabidopsis genomą (92%), nepaisant jų gana panašių dydžių - atitinkamai 180 milijonų ir 125 milijonų nukleotidų porų. . Todėl neseniai buvo pasiūlyta Drosophila genomo sekvenavimo technologiją vadinti mišria.

Norėdami nustatyti ryžių genomą, minėtos tyrimų grupės paėmė du jo porūšius, plačiausiai auginamus Azijos šalyse - Oriza saliva L. ssp indicaj Ir Oriza saliva L. sspjaponica. Jų tyrimų rezultatai daugeliu atžvilgių sutampa, bet ir skiriasi. Taigi abiejų grupių atstovai teigė, kad jie pasiekė maždaug 92–93% genomo kontiginį sutapimą. Įrodyta, kad apie 42% ryžių genomo sudaro trumpi DNR pasikartojimai, susidedantys iš 20 nukleotidų porų, o dauguma mobiliųjų DNR elementų (transpozonų) yra tarpgeniniuose regionuose. Tačiau informacija apie ryžių genomo dydį labai skiriasi.

Japonijos porūšio genomo dydis yra 466 milijonai nukleotidų porų, o Indijos porūšio - 420 milijonų Šio neatitikimo priežastis nėra aiški. Tai gali būti skirtingų metodologinių metodų, skirtų nustatant nekoduojančios genomų dalies dydį, pasekmė, tai yra, ji gali neatspindėti tikrosios padėties. Tačiau gali būti, kad tirtų genomų dydžio skirtumas tikrai egzistuoja 15%.

Antrasis rimtas neatitikimas buvo atskleistas aptiktų genų skaičiuje: japonų porūšiui - nuo 46 022 iki 55 615 genų, o Indijos porūšiui - nuo 32 000 iki 50 000 Šio neatitikimo priežastis nėra aiški.

Apie gautos informacijos neišsamumą ir nenuoseklumą pažymima publikuotų straipsnių komentaruose. Taip pat tikimasi, kad žinių apie ryžių genomą spragos bus pašalintos palyginus „grubios sekos nustatymo“ duomenis su išsamios, hierarchinės sekos, kurią atliko Tarptautinio ryžių genomo projekto dalyviai, rezultatais.

AUGALŲ LYGINAMOJI IR FUNKCINĖ GENOMIKA

Gauti platūs duomenys, kurių pusė (Kinijos grupės rezultatai) yra viešai prieinami, neabejotinai atveria plačias perspektyvas tiek ryžių genomo tyrimams, tiek augalų genomikai apskritai. Palyginus Arabidopsis ir ryžių genomų savybes, paaiškėjo, kad dauguma Arabidopsis genome nustatytų genų (iki 80 %) randami ir ryžių genome, tačiau maždaug pusei ryžiuose randamų genų analogai ( ortologai) Arabidopsis genome dar nerasta. Tuo pačiu metu ryžių genome buvo identifikuoti 98% genų, kurių pirminė struktūra buvo nustatyta kitiems grūdams.

Didelis (beveik dvigubas) ryžių ir Arabidopsis genų skaičiaus neatitikimas glumina. Tuo pačiu metu duomenys iš neapdoroto ryžių genomo nuorašo, gauto naudojant bendrą sekos nustatymą, praktiškai nėra lyginami su plačiais ryžių genomo tyrimo rezultatais naudojant hierarchinio klonavimo ir sekos nustatymo metodą, tai yra, kas buvo padaryta. Drosophila genomas nebuvo pasiektas. Todėl lieka neaišku, ar Arabidopsis ir ryžių genų skaičiaus skirtumas atspindi tikrąją padėtį, ar yra paaiškinamas metodologinių požiūrių skirtumais.

Skirtingai nuo Arabidopsis genomo, informacija apie dvynius genus ryžių genome nepateikiama. Gali būti, kad jų santykinis gausumas ryžiuose gali būti didesnis nei Arabidopsis. Šią galimybę netiesiogiai patvirtina duomenys apie poliploidinių ryžių formų buvimą. Didesnio aiškumo šiuo klausimu galima tikėtis baigus tarptautinį ryžių genomo projektą ir gavus išsamų šio genomo pirminės DNR struktūros vaizdą. Tokios vilties rimto pagrindo suteikia tai, kad paskelbus darbus apie grubią ryžių genomo sekos nustatymą, labai padaugėjo publikacijų apie šio genomo struktūrą, ypač atsirado informacijos apie detalų jo chromosomų sekos nustatymą. 1 ir 4.

Žinojimas, bent apytikslis, genų skaičius augaluose yra labai svarbus lyginamajai augalų genomikai. Iš pradžių buvo manoma, kad kadangi visi žydintys augalai yra labai arti vienas kito savo fenotipinėmis savybėmis, jų genomai taip pat turėtų būti artimi. O jei tirsime Arabidopsis genomą, gausime informacijos apie daugumą kitų augalų genomų. Netiesioginį šios prielaidos patvirtinimą suteikia pelės genomo sekvenavimo rezultatai, stebėtinai artimi žmogaus genomui (apie 30 tūkst. genų, iš kurių tik 1 tūkst. pasirodė skirtingi).

Galima daryti prielaidą, kad Arabidopsis ir ryžių genomų skirtumų priežastis yra jų priklausymas skirtingoms augalų klasėms – dviskilčiams ir vienakilčiams. Norint išsiaiškinti šį klausimą, labai pageidautina žinoti bent apytikslę kai kurių kitų vienakilčių augalų pirminę struktūrą. Realiausias kandidatas gali būti kukurūzai, kurių genomas yra maždaug lygus žmogaus genomui, bet vis tiek žymiai mažesnis už kitų javų genomus. Kukurūzų maistinė vertė yra gerai žinoma.

Milžiniška medžiaga, gauta nustatant Arabidopsis ir ryžių genomų seką, palaipsniui tampa pagrindu didelio masto augalų genomų tyrimams, naudojant lyginamosios genomikos metodus. Tokie tyrimai turi bendrą biologinę reikšmę, nes leidžia nustatyti pagrindinius viso augalo genomo ir atskirų jų chromosomų organizavimo principus, nustatyti bendrus genų struktūros ir jų reguliavimo regionų bruožus bei atsižvelgti į ryšys tarp funkciškai aktyvios (geno) chromosomos dalies ir įvairių baltymų nekoduojančių tarpgeninių DNR sričių. Lyginamoji genetika taip pat tampa vis svarbesnė žmogaus funkcinės genomikos vystymuisi. Lyginamiesiems tyrimams buvo sekvenuoti žuvų ir pelių genomai.

Ne mažiau svarbus ir atskirų genų, atsakingų už atskirų baltymų, lemiančių specifines organizmo funkcijas, sintezę tyrimas. Praktinė, pirmiausia medicininė, Žmogaus genomo programos reikšmė yra atskirų genų aptikimas, išskyrimas, sekos nustatymas ir funkcijos nustatymas. Šią aplinkybę prieš keletą metų pastebėjo J. Watsonas, pabrėžęs, kad Žmogaus genomo programa bus baigta tik tada, kai bus nustatytos visų žmogaus genų funkcijos.

Ryžiai. 4. Klasifikacija pagal Arabidopsis genų funkciją

1 - augimo, dalijimosi ir DNR sintezės genai; 2 - RNR sintezės genai (transkripcija); 3 - baltymų sintezės ir modifikavimo genai; 4 - vystymosi, senėjimo ir ląstelių mirties genai; 5 - ląstelių metabolizmo ir energijos apykaitos genai; 6 - tarpląstelinės sąveikos ir signalo perdavimo genai; 7 - genai, skirti palaikyti kitus ląstelių procesus; 8 – nežinomos funkcijos genai

Kalbant apie augalų genų funkciją, mes žinome mažiau nei dešimtadalį to, ką žinome apie žmogaus genus. Netgi Arabidopsis, kurio genomas yra daug labiau ištirtas nei žmogaus genomas, beveik pusės jo genų funkcija lieka nežinoma (4 pav.). Tuo tarpu augalai, be bendrų gyvūnams genų, turi nemažai genų, būdingų tik jiems (ar bent jau daugiausia). Kalbame apie genus, dalyvaujančius vandens transporte ir ląstelių sienelių sintezėje, kurių gyvūnams nėra, apie genus, užtikrinančius chloroplastų susidarymą ir funkcionavimą, fotosintezę, azoto fiksavimą ir daugybės aromatinių produktų sintezę. Šį sąrašą galima tęsti, tačiau jau dabar aišku, kokia sunki užduotis tenka augalų funkcinei genomikai.

Pilnas genomo sekos nustatymas suteikia artimą tikrovei informaciją apie bendrą konkretaus organizmo genų skaičių, leidžia daugiau ar mažiau išsamią ir patikimą informaciją apie jų struktūrą talpinti į duomenų bankus, palengvina atskirų genų išskyrimo ir tyrimo darbus. Tačiau genomo sekos nustatymas nereiškia visų genų funkcijos nustatymo.

Vienas iš perspektyviausių funkcinės genomikos metodų yra pagrįstas veikiančių genų, kuriuose vyksta mRNR transkripcija (skaitymas), identifikavimu. Šis metodas, įskaitant šiuolaikinės mikrogardelių technologijos naudojimą, leidžia vienu metu identifikuoti iki dešimčių tūkstančių veikiančių genų. Neseniai, naudojant šį metodą, buvo pradėti augalų genomų tyrimai. Arabidopsiui pavyko gauti apie 26 tūkstančius atskirų nuorašų, o tai labai palengvina galimybę nustatyti beveik visų jos genų funkciją. Bulvėse pavyko nustatyti apie 20 000 tūkstančių veikiančių genų, svarbių suprasti tiek augimo ir gumbų formavimosi, tiek bulvių ligos procesus. Tikimasi, kad šios žinios pagerins vieno iš svarbiausių maisto produktų atsparumą ligų sukėlėjams.

Logiška funkcinės genomikos raida yra proteomika. Ši nauja mokslo sritis tiria proteomą, kuris paprastai reiškia visą baltymų rinkinį ląstelėje tam tikru metu. Šis baltymų rinkinys, atspindintis genomo funkcinę būseną, visą laiką kinta, o genomas išlieka nepakitęs.

Baltymų tyrimas jau seniai naudojamas priimant sprendimus apie augalų genomų aktyvumą. Kaip žinoma, visuose augaluose esantys fermentai skiriasi aminorūgščių seka atskirose rūšyse ir veislėse. Tokie fermentai, turintys tą pačią funkciją, bet skirtingos atskirų aminorūgščių sekos, vadinami izofermentais. Jie turi skirtingas fizikines, chemines ir imunologines savybes (molekulinę masę, krūvį), kurias galima nustatyti naudojant chromatografiją arba elektroforezę. Daugelį metų šie metodai buvo sėkmingai naudojami tiriant vadinamąjį genetinį polimorfizmą, tai yra skirtumus tarp organizmų, veislių, populiacijų, rūšių, ypač kviečių ir susijusių javų formų. Tačiau pastaruoju metu sparčiai tobulėjant DNR analizės metodams, įskaitant sekos nustatymą, baltymų polimorfizmo tyrimus pakeitė DNR polimorfizmo tyrimai. Tačiau tiesioginis kaupiamųjų baltymų (prolaminų, gliadinų ir kt.), lemiančių pagrindines javų maistines savybes, spektrų tyrimas išlieka svarbiu ir patikimu žemės ūkio augalų genetinės analizės, selekcijos ir sėklininkystės metodu.

Genų, jų raiškos ir reguliavimo mechanizmų išmanymas yra itin svarbus biotechnologijų plėtrai ir transgeninių augalų gamybai. Yra žinoma, kad įspūdingi laimėjimai šioje srityje sukelia įvairias aplinkos ir medicinos bendruomenių reakcijas. Tačiau yra augalų biotechnologijų sritis, kurioje šios baimės, jei ne visiškai nepagrįstos, tai bet kuriuo atveju atrodo nereikšmingos. Kalbame apie transgeninių pramoninių augalų, kurie nenaudojami kaip maisto produktai, kūrimą. Neseniai Indija nuėmė pirmąjį transgeninės medvilnės derlių, kuris yra atsparus daugeliui ligų. Yra informacijos apie specialių genų, koduojančių pigmentinius baltymus, įvedimą į medvilnės genomą ir medvilnės pluoštų, kuriems nereikia dirbtinio dažymo, gamybą. Kita pramoninė kultūra, kuriai gali būti taikoma veiksminga genų inžinerija, yra linai. Neseniai buvo kalbama apie jo, kaip alternatyvos medvilnei, naudojimą tekstilės žaliavoms gaminti. Ši problema itin aktuali mūsų šaliai, netekusiai savų medvilnės žaliavos šaltinių.

AUGALŲ GENOMŲ TYRIMO PERSPEKTYVOS

Akivaizdu, kad augalų genomų struktūriniai tyrimai bus pagrįsti lyginamosios genomikos metodais ir metodais, naudojant kaip pagrindinę medžiagą Arabidopsis ir ryžių genomų iššifravimo rezultatus. Didelį vaidmenį plėtojant lyginamąją augalų genomiką, be jokios abejonės, suvaidins informacija, kurią anksčiau ar vėliau pateiks totali (grubi) kitų augalų genomų seka. Šiuo atveju lyginamoji augalų genomika bus pagrįsta genetinių ryšių tarp atskirų lokusų ir chromosomų, priklausančių skirtingiems genomams, nustatymu. Kalbėsime ne tiek apie bendrą augalų genomiką, kiek apie atskirų chromosomų lokusų selektyviąją genomiką. Taigi neseniai buvo įrodyta, kad genas, atsakingas už vernalizaciją, yra heksaploidinių kviečių 5A chromosomos VRn-AI lokuse ir ryžių 3 chromosomos Hd-6 lokuse.

Šių tyrimų plėtra bus galingas postūmis identifikuoti, išskirti ir nustatyti daugelio funkciškai svarbių augalų genų, ypač genų, atsakingų už atsparumą ligoms, atsparumą sausrai ir prisitaikymą prie įvairių augimo sąlygų, seką. Vis plačiau bus naudojama funkcinė genomika, pagrįsta augaluose funkcionuojančių genų masiniu identifikavimu (atranka).

Galime numatyti tolesnius chromosomų technologijų patobulinimus, pirmiausia mikrodissekcijos metodą. Jo naudojimas labai išplečia genominių tyrimų galimybes nereikalaujant didelių išlaidų, tokių kaip viso genomo sekos nustatymas. Atskirų genų lokalizavimo augalų chromosomose metodas, naudojant hibridizaciją, taps plačiau paplitęs. savo vietoje.Šiuo metu jo naudojimą riboja didžiulis pasikartojančių sekų skaičius augalo genome ir galbūt augalų chromosomų struktūros ypatumai.

Artimiausioje ateityje chromosomų technologijos taip pat taps labai svarbios augalų evoliucinei genomikai. Šios palyginti nebrangios technologijos leidžia greitai įvertinti tarprūšinį ir tarprūšinį kintamumą bei ištirti kompleksinius alopoliploidinius tetraploidinių ir heksaploidinių kviečių bei kvietrugių genomus; analizuoti evoliucinius procesus chromosomų lygmeniu; tirti sintetinių genomų susidarymą ir svetimos genetinės medžiagos patekimą (introgresiją); nustatyti genetinius ryšius tarp atskirų skirtingų rūšių chromosomų.

Genomui charakterizuoti bus naudojamas augalų kariotipo tyrimas klasikiniais citogenetiniais metodais, praturtintas molekuline biologine analize ir kompiuterinėmis technologijomis. Tai ypač svarbu tiriant kariotipo stabilumą ir kintamumą ne tik atskirų organizmų, bet ir populiacijų, veislių ir rūšių lygmenyje. Galiausiai, sunku įsivaizduoti, kaip galima įvertinti chromosomų persitvarkymų (aberacijų, tiltelių) skaičių ir spektrus nenaudojant diferencinio dažymo metodų. Tokie tyrimai yra labai perspektyvūs stebint aplinką pagal augalo genomo būklę.

Šiuolaikinėje Rusijoje mažai tikėtina, kad bus atlikta tiesioginė augalų genomų seka. Toks didelių investicijų reikalaujantis darbas yra netvarus dabartinei mūsų ekonomikai. Tuo tarpu pasaulio mokslo gautos ir tarptautiniuose duomenų bankuose esančios informacijos apie Arabidopsis ir ryžių genomų sandarą pakanka vietinei augalų genomikai plėtoti. Galima numatyti augalų genomų tyrimų plėtrą, remiantis lyginamosios genomikos metodais, sprendžiant specifines veisimo ir augalininkystės problemas, taip pat tirti įvairių ekonominę reikšmę turinčių augalų rūšių kilmę.

Galima daryti prielaidą, kad vietinėje veislininkystės praktikoje ir augalų auginime bus plačiai naudojami genominiai metodai, tokie kaip genetinis tipavimas (RELF, RAPD, AFLP analizės ir kt.), kurie yra gana prieinami mūsų biudžetui. Lygiagrečiai su tiesioginiais DNR polimorfizmo nustatymo metodais, sprendžiant genetikos ir augalininkystės problemas, bus naudojami baltymų polimorfizmo, pirmiausia javų saugojimo baltymų, tyrimu. Chromosomų technologijos bus plačiai naudojamos. Jie yra palyginti nebrangūs, o jų kūrimas reikalauja gana saikingų investicijų. Chromosomų tyrimų srityje vidaus mokslas nenusileidžia pasauliui.

Reikia pabrėžti, kad mūsų mokslas labai prisidėjo prie augalų genomikos formavimosi ir raidos [,].

Pagrindinį vaidmenį atliko N.I. Vavilovas (1887-1943).

Molekulinėje biologijoje ir augalų genomikoje akivaizdus A.N. Belozerskis (1905-1972).

Chromosomų tyrimų srityje būtina atkreipti dėmesį į išskirtinio genetiko S.G. Navashinas (1857-1930), kuris pirmasis augaluose atrado palydovines chromosomas ir įrodė, kad atskiras chromosomas galima atskirti pagal jų morfologijos ypatybes.

Kitas Rusijos mokslo klasikas G.A. Levitsky (1878–1942) išsamiai aprašė rugių, kviečių, miežių, žirnių ir cukrinių runkelių chromosomas, įvedė į mokslą terminą „kariotipas“ ir sukūrė jo doktriną.

Šiuolaikiniai specialistai, remdamiesi pasaulio mokslo laimėjimais, gali svariai prisidėti prie tolesnės augalų genetikos ir genomikos raidos.

Autorius nuoširdžiai dėkoja akademikui Yu.P. Altuchovui už kritišką straipsnio aptarimą ir vertingus patarimus.

Straipsnio autoriaus vadovaujamos komandos darbą rėmė Rusijos fundamentinių tyrimų fondas (dotacijos Nr. 99-04-48832; 00-04-49036; 00-04-81086), prezidento programa. Rusijos Federacija už paramą mokslo mokykloms (stipendijos Nr. 00-115 -97833 ir NSh-1794.2003.4) ir Rusijos mokslų akademijos programa "Molekuliniai genetiniai ir chromosominiai žymenys kuriant šiuolaikinius selekcijos ir sėklų metodus gamyba."

LITERATŪRA

1. Zeleninas A.V., Badaeva E.D., Muravenko O.V.Įvadas į augalų genomiką // Molekulinė biologija. 2001. T. 35. 339-348 p.

2. Rašiklis E. Bonanza augalų genomikai // Mokslas. 1998. V. 282. P. 652-654.

3. Augalų genomika // Proc. Natl. Akad. Sci. JAV. 1998. V. 95. P. 1962-2032.

4. Kartel N.A. ir kt. Genetika. Enciklopedinis žodynas. Minskas: Technologia, 1999 m.

5. Badaeva E.D., Friebe B., Gill B.S. 1996. Genomo diferenciacija Aegilops. 1. Labai pasikartojančių DNR sekų pasiskirstymas diploidinių rūšių chromosomose // Genomas. 1996. V. 39. P. 293-306.

Chromosomų analizės istorija // Biol. membranos. 2001. T. 18. 164-172 p.