Apabila mentafsir genom serangga, didapati bahawa. Genetik perubatan
Melompat gen
Pada pertengahan abad yang lalu, penyelidik Amerika Barbara McClintock menemui gen yang menakjubkan dalam jagung yang secara bebas boleh mengubah kedudukan mereka pada kromosom. Kini mereka dipanggil "gen melompat" atau unsur transposable (mudah alih). Penemuan itu tidak diiktiraf untuk masa yang lama, memandangkan elemen mudah alih sebagai ciri fenomena unik hanya jagung. Walau bagaimanapun, untuk penemuan ini McClintock telah dianugerahkan Hadiah Nobel pada tahun 1983 - hari ini gen melompat telah ditemui dalam hampir semua spesies haiwan dan tumbuhan yang dikaji.
Di manakah gen melompat berasal, apa yang mereka lakukan dalam sel, adakah ia berguna? Mengapa, dengan ibu bapa yang sihat secara genetik, bolehkah keluarga lalat buah Drosophila, disebabkan gen melompat, menghasilkan anak mutan dengan frekuensi tinggi atau bahkan tidak mempunyai anak? Apakah peranan lompat gen dalam evolusi?
Ia mesti dikatakan bahawa gen yang memastikan fungsi sel terletak pada kromosom dalam susunan tertentu. Terima kasih kepada ini, adalah mungkin untuk membina peta genetik yang dipanggil untuk banyak spesies organisma unisel dan multisel. Walau bagaimanapun, terdapat susunan magnitud lebih banyak bahan genetik antara gen daripada dalam mereka! Apa peranan yang dimainkan oleh bahagian "balast" DNA ini belum sepenuhnya ditubuhkan, tetapi di sinilah unsur mudah alih paling kerap dijumpai, yang bukan sahaja bergerak sendiri, tetapi juga boleh membawa serpihan DNA jiran bersamanya.
Dari mana datangnya gen melompat? Diandaikan bahawa sekurang-kurangnya sebahagian daripadanya berasal daripada virus, kerana beberapa unsur mudah alih mampu membentuk zarah virus (seperti unsur mudah alih gipsi dalam lalat buah. Drosophila melanogaster). Beberapa elemen mudah alih muncul dalam genom melalui apa yang dipanggil pemindahan mendatar daripada spesies lain. Sebagai contoh, ia telah ditubuhkan bahawa mudah alih batak-elemen (diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia ia dipanggil gelandangan) Drosophila melanogaster berulang kali dimasukkan semula ke dalam genom spesies ini. Terdapat versi bahawa beberapa bahagian pengawalseliaan DNA juga mungkin mempunyai autonomi dan kecenderungan untuk "bergelandangan".
Balast yang berguna
Sebaliknya, kebanyakan gen melompat, walaupun namanya, berkelakuan senyap, walaupun mereka membentuk satu perlima daripada jumlah bahan genetik. Drosophila melanogaster atau hampir separuh daripada genom manusia.
Lebihan DNA, yang disebutkan di atas, mempunyai kelebihannya: DNA balast (termasuk unsur mudah alih pasif) akan terjejas jika DNA asing dimasukkan ke dalam genom. Kemungkinan unsur baharu akan diintegrasikan ke dalam gen yang berguna dan dengan itu mengganggu fungsinya berkurangan jika terdapat lebih banyak DNA balast daripada DNA penting.
Beberapa redundansi DNA berguna dengan cara yang sama seperti "kelebihan" huruf dalam perkataan: kita menulis "Maria Ivanovna", tetapi menyebut "Marivan". Beberapa huruf sudah pasti hilang, tetapi maknanya tetap ada. Prinsip yang sama berfungsi pada tahap kepentingan asid amino individu dalam molekul protein-enzim: hanya urutan asid amino yang membentuk pusat aktif dipelihara dengan ketat. Oleh itu, pada tahap yang berbeza, redundansi ternyata menjadi sejenis penimbal yang menyediakan rizab kekuatan sistem. Beginilah cara elemen mudah alih yang telah hilang mobiliti ternyata tidak berguna untuk genom. Seperti yang mereka katakan, "dari kambing biri-biri yang kurus sekurang-kurangnya sehelai bulu," walaupun mungkin peribahasa lain akan lebih sesuai di sini - "setiap bulu dalam barisan."
Elemen mudah alih yang telah mengekalkan keupayaan untuk melompat bergerak di sepanjang kromosom Drosophila dengan kekerapan 10–2–10–5 setiap gen setiap generasi, bergantung pada jenis unsur, latar belakang genetik dan keadaan luaran. Ini bermakna bahawa satu daripada seratus gen lompat dalam sel boleh menukar kedudukannya selepas pembahagian sel seterusnya. Akibatnya, selepas beberapa generasi, pengedaran unsur mudah alih di sepanjang kromosom boleh berubah dengan sangat ketara.
Adalah mudah untuk mengkaji taburan ini pada kromosom politena (berbilang untaian) daripada kelenjar air liur larva Drosophila. Kromosom ini banyak kali lebih tebal daripada biasa, yang sangat memudahkan pemeriksaan mereka di bawah mikroskop. Bagaimanakah kromosom tersebut diperolehi? Dalam sel-sel kelenjar air liur, DNA setiap kromosom didarab, seperti semasa pembahagian sel normal, tetapi sel itu sendiri tidak membahagi. Akibatnya, bilangan sel dalam kelenjar tidak berubah, tetapi dalam 10-11 kitaran, beberapa ribu helai DNA yang sama terkumpul dalam setiap kromosom.
Sebahagiannya disebabkan oleh kromosom politena bahawa gen melompat dalam Drosophila lebih baik dikaji berbanding organisma multiselular lain. Hasil daripada kajian ini, ternyata walaupun dalam populasi Drosophila yang sama sukar untuk mencari dua individu yang mempunyai kromosom dengan taburan unsur transposable yang sama. Bukan kebetulan bahawa dipercayai bahawa kebanyakan mutasi spontan dalam Drosophila disebabkan oleh pergerakan "pelompat" ini.
Akibatnya mungkin berbeza...
Berdasarkan kesannya terhadap genom, unsur mudah alih aktif boleh dibahagikan kepada beberapa kumpulan. Sebahagian daripada mereka melaksanakan fungsi yang sangat penting dan berguna untuk genom. Sebagai contoh, telomerik DNA yang terletak di hujung kromosom dalam Drosophila terdiri daripada unsur mudah alih khas. DNA ini amat penting - kehilangannya melibatkan kehilangan seluruh kromosom semasa pembahagian sel, yang membawa kepada kematian sel.
Elemen mudah alih lain adalah "perosak" langsung. Sekurang-kurangnya itulah yang mereka anggap pada masa ini. Sebagai contoh, unsur mudah alih kelas R2 boleh dimasukkan secara khusus ke dalam gen arthropod yang mengekod salah satu protein ribosom, "kilang" selular untuk sintesis protein. Individu yang mengalami gangguan sedemikian bertahan hanya kerana hanya sebahagian daripada banyak gen yang mengekod protein ini rosak dalam genom.
Terdapat juga unsur mudah alih yang bergerak hanya dalam tisu pembiakan yang menghasilkan sel kuman. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa dalam tisu yang berbeza unsur mudah alih yang sama boleh menghasilkan molekul protein enzim yang diperlukan untuk pergerakan yang berbeza dari segi panjang dan fungsi.
Contoh yang terakhir ialah elemen P Drosophila melanogaster, yang memasuki populasi semula jadinya melalui pemindahan mendatar dari spesies lain Drosophila tidak lebih daripada seratus tahun yang lalu. Walau bagaimanapun, hampir tidak ada populasi di Bumi sekarang Drosophila melanogaster, di mana elemen P tidak akan ditemui. Perlu diingatkan bahawa kebanyakan salinannya rosak, lebih-lebih lagi, versi kecacatan yang sama ditemui hampir di mana-mana. Peranan yang terakhir dalam genom adalah unik: ia "tidak bertoleransi" terhadap rakan-rakannya dan memainkan peranan penindas, menghalang pergerakan mereka. Jadi perlindungan genom Drosophila daripada lompatan "orang asing" mungkin sebahagiannya dilakukan oleh derivatifnya sendiri.
Perkara utama ialah memilih ibu bapa yang betul!
Kebanyakan lompatan unsur mudah alih tidak menjejaskan penampilan Drosophila, kerana ia berlaku pada DNA balast, tetapi terdapat situasi lain apabila aktiviti mereka meningkat secara mendadak.
Yang menghairankan, faktor paling berkuasa yang mendorong pergerakan gen melompat adalah pemilihan ibu bapa yang lemah. Sebagai contoh, apa yang berlaku jika anda menyeberangi betina daripada populasi makmal? Drosophila melanogaster, yang tidak mempunyai unsur P (kerana nenek moyang mereka ditangkap dari alam sekitar seratus tahun yang lalu), dengan lelaki membawa unsur P? Dalam kacukan, disebabkan pergerakan pantas unsur mudah alih, sejumlah besar gangguan genetik yang berbeza boleh muncul. Fenomena ini, yang dipanggil disgenesis hibrid, disebabkan oleh fakta bahawa tiada penindas dalam sitoplasma ibu yang melarang pergerakan unsur transposable.
Oleh itu, jika pengantin lelaki dari populasi A dan pengantin perempuan dari populasi B boleh mewujudkan keluarga besar, maka sebaliknya tidak selalu benar. Keluarga ibu bapa yang sihat secara genetik boleh menghasilkan sejumlah besar anak mutan atau tidak subur, atau bahkan tidak mempunyai anak jika bapa dan ibu mempunyai set unsur mudah alih yang berbeza dalam genom mereka. Terutamanya banyak pelanggaran muncul jika eksperimen dijalankan pada suhu 29° C. Pengaruh faktor luaran, yang ditindih pada latar belakang genetik, meningkatkan kesan ketidakpadanan genom, walaupun faktor ini sendiri (walaupun sinaran mengion) sahaja tidak mampu menyebabkan pergerakan besar-besaran unsur mudah alih.
Peristiwa serupa di Drosophila melanogaster mungkin berlaku dengan penyertaan keluarga elemen mudah alih yang lain.
Evolusi "mudah alih".
Genom selular boleh dianggap sebagai sejenis ekosistem ahli kekal dan sementara, di mana jiran bukan sahaja wujud bersama, tetapi juga berinteraksi antara satu sama lain. Interaksi gen tuan rumah dengan unsur mudah alih masih kurang difahami, tetapi banyak keputusan boleh diberikan - daripada kematian organisma sekiranya berlaku kerosakan pada gen penting kepada pemulihan fungsi yang rosak sebelum ini.
Ia berlaku bahawa gen melompat itu sendiri berinteraksi antara satu sama lain. Oleh itu, fenomena yang menyerupai imuniti diketahui, apabila elemen mudah alih tidak dapat menembusi berdekatan dengan yang sedia ada. Walau bagaimanapun, tidak semua elemen mudah alih begitu halus: sebagai contoh, elemen P dengan mudah boleh menembusi satu sama lain dan membawa pemain lain keluar dari permainan.
Di samping itu, terdapat sejenis peraturan kendiri dalam bilangan unsur mudah alih dalam genom. Hakikatnya ialah elemen mudah alih boleh bertukar kawasan homolog antara satu sama lain - proses ini dipanggil penggabungan semula. Akibat interaksi sedemikian, elemen mudah alih mungkin, bergantung pada orientasinya, kehilangan ( pemadaman) atau kembangkan ( penyongsangan) serpihan DNA perumah yang terletak di antara mereka. Jika sekeping kromosom yang ketara hilang, genom akan mati. Dalam kes penyongsangan atau pemadaman kecil, kepelbagaian kromosom dicipta, yang dianggap sebagai syarat perlu untuk evolusi.
Jika penggabungan semula berlaku antara unsur mudah alih yang terletak pada kromosom yang berbeza, hasilnya ialah pembentukan penyusunan semula kromosom, yang semasa pembahagian sel seterusnya boleh menyebabkan ketidakseimbangan genom. Dan genom yang tidak seimbang, seperti belanjawan tidak seimbang, dibahagikan dengan sangat teruk. Jadi kematian genom yang tidak berjaya adalah salah satu sebab mengapa unsur mudah alih aktif tidak mengisi kromosom selama-lamanya.
Persoalan semula jadi timbul: sejauh manakah sumbangan unsur mudah alih kepada evolusi? Pertama, kebanyakan elemen mudah alih diperkenalkan, secara kasarnya, di mana-mana perlu, akibatnya ia boleh merosakkan atau mengubah struktur atau peraturan gen di mana ia dimasukkan. Kemudian pemilihan semula jadi menolak pilihan yang tidak berjaya, dan pilihan yang berjaya dengan sifat penyesuaian ditetapkan.
Jika akibat daripada pengenalan unsur mudah alih ternyata neutral, maka varian ini boleh berterusan dalam populasi, memberikan beberapa kepelbagaian dalam struktur gen. Ini boleh berguna dalam keadaan yang tidak menguntungkan. Secara teorinya, dengan pergerakan besar-besaran unsur mudah alih, mutasi boleh muncul dalam banyak gen secara serentak, yang boleh menjadi sangat berguna sekiranya berlaku perubahan mendadak dalam keadaan hidup.
Jadi, untuk meringkaskan: terdapat banyak unsur mudah alih dalam genom dan ia berbeza; mereka boleh berinteraksi antara satu sama lain dan dengan gen perumah; boleh memudaratkan dan tidak boleh ditukar ganti. Ketidakstabilan genom yang disebabkan oleh pergerakan unsur mudah alih boleh berakhir dengan tragedi bagi individu, tetapi keupayaan untuk berubah dengan cepat adalah syarat yang diperlukan untuk kemandirian populasi atau spesies. Terima kasih kepada ini, kepelbagaian dicipta, yang merupakan asas untuk pemilihan semula jadi dan transformasi evolusi seterusnya.
Analogi boleh dibuat antara gen melompat dan pendatang: sesetengah pendatang atau keturunan mereka menjadi warganegara yang sama, yang lain diberi permit kediaman, dan yang lain - mereka yang tidak mematuhi undang-undang - dihantar pulang atau dipenjarakan. Dan penghijrahan besar-besaran orang boleh dengan cepat mengubah keadaan itu sendiri.
kesusasteraan
Ratner V. A., Vasilyeva L. A. Induksi transposisi unsur genetik mudah alih oleh pengaruh tekanan. mengikat Rusia. 2000.
Gvozdev V. A. DNA mudah alih eukariota // Jurnal pendidikan Soros. 1998. No. 8.
) yang terdapat dalam genom lalat buah ( Drosophila ananassae) salinan lengkap genom bakteria parasit Wolbachia.
Bakteria Wolbachia hidup dalam sitoplasma sel perumah dan dikenali kerana telah belajar mengawal selia pembiakan, perkembangan dan juga evolusi perumahnya dengan baik. Oleh itu, ia sering dipanggil "manipulator mikrob" atau "tuan lalat" (kerana ia hidup dalam sel serangga).
Penyelidikan bermula apabila Julie Dunning-Hotopp dari JCVI menemui bagaimana beberapa gen Wolbachia "bekerjasama" dengan gen Drosophila, seolah-olah ia adalah sebahagian daripada genom yang sama.
Michael Clark, seorang penyelidik di Universiti Rochester, menyelesaikan tanah jajahan Drosophila ananassae di makmal untuk memahami, bersama-sama dengan Warren, apakah rahsianya.
Gen Wolbachia dalam genom Drosophila (ilustrasi dari Universiti Rochester).
"Selama berbulan-bulan, saya fikir saya salah tentang sesuatu," kata Clarke "Saya juga menganggap bahawa rintangan antibiotik telah berkembang, kerana saya mendapati setiap gen Wolbachia berulang kali. Apabila saya akhirnya mengambil tisu yang saya tinggalkan beberapa bulan lalu, saya tidak menemui Wolbachia sendiri.”
Kini Warren dan Clark cuba memahami kelebihan memasukkan sekeping DNA yang begitu besar untuk Drosophila - mungkin gen "asing" memberikan hos dengan beberapa keupayaan baharu.
Oleh itu, gen Wolbachia masuk ke dalam DNA hos (ilustrasi oleh Nicolle Rager Fuller, Sains Kebangsaan).
Hasil kajian itu diterbitkan dalam artikel dalam jurnal Science. Di dalamnya, penulis mencadangkan bahawa pemindahan gen mendatar (pemindahan gen antara spesies yang tidak berkaitan) berlaku lebih kerap antara bakteria dan organisma multiselular di dunia kita daripada yang difikirkan sebelumnya.
Mentafsir mekanisme genetik molekul manipulasi yang dijalankan oleh Wolbachia dengan tuan rumahnya akan memberi manusia cara baharu yang berkuasa untuk mempengaruhi organisma hidup dan alam semula jadi secara keseluruhan.
Walau bagaimanapun, tidak semua serangga terdedah kepada pengaruh buruk Wolbachia. Sebagai contoh, rama-rama dari kepulauan Samoa "belajar" untuk melindungi jantan mereka. Saya tertanya-tanya adakah nyamuk malaria yang ingin dijangkiti bakteria ini akan belajar melawannya?
Contoh Ujian All-Russian dalam Biologi
Darjah 11
Arahan untuk melaksanakan kerja
Ujian ini merangkumi 14 tugasan. 1 jam 30 minit (90 minit) diperuntukkan untuk menyiapkan kerja biologi.
Jawapan kepada tugasan ialah urutan nombor, nombor, perkataan (frasa) atau jawapan percuma pendek, yang ditulis dalam ruang yang disediakan untuk ini. Jika anda menulis jawapan yang salah, potong dan tulis jawapan baharu di sebelahnya.
Apabila menyelesaikan tugasan, anda boleh menggunakan draf. Catatan dalam draf tidak diambil kira semasa menggredkan kerja. Kami menasihati anda untuk menyelesaikan tugasan mengikut urutan yang diberikan. Untuk menjimatkan masa, langkau tugas yang tidak dapat anda selesaikan dengan segera dan teruskan ke tugasan seterusnya. Jika anda mempunyai masa yang tinggal selepas menyelesaikan semua kerja, anda boleh kembali kepada tugas yang terlepas.
Mata yang anda terima untuk tugasan yang telah selesai disimpulkan.
Cuba selesaikan seberapa banyak tugas yang mungkin dan dapatkan mata terbanyak.
Penjelasan untuk sampel kerja ujian All-Russian
Apabila membiasakan diri dengan kerja ujian sampel, anda harus ingat bahawa tugasan yang disertakan dalam sampel tidak menggambarkan semua isu kemahiran dan kandungan yang akan diuji sebagai sebahagian daripada kerja ujian semua-Rusia. Senarai lengkap elemen kandungan dan kemahiran yang boleh diuji dalam kerja diberikan dalam pengekod elemen kandungan dan keperluan untuk tahap latihan graduan untuk pembangunan CD dalam biologi. Tujuan kerja ujian sampel adalah untuk memberi gambaran tentang struktur VPR, bilangan dan bentuk tugas, dan tahap kerumitannya.
1. Dalam eksperimen, penguji menyinari bahagian titisan dengan amuba di dalamnya. Selepas masa yang singkat, protozoa mula aktif bergerak ke satu arah.
1.1. Apakah sifat organisma yang ditunjukkan oleh eksperimen?
Penjelasan: terdapat 7 sifat organisma hidup (dengan ciri-ciri inilah benda hidup berbeza daripada benda bukan hidup): pemakanan, pernafasan, kerengsaan, mobiliti, perkumuhan, pembiakan, pertumbuhan. Amuba bergerak dari bahagian cahaya penurunan ke bahagian gelap, kerana mereka bertindak balas terhadap cahaya, iaitu, kami memilih harta - kerengsaan.
Jawapan: cepat marah.
1.2. Berikan satu contoh fenomena yang serupa dalam tumbuhan.
Penjelasan: di sini kita boleh menulis sebarang contoh tindak balas (manifestasi kerengsaan) dalam tumbuhan.
Jawapan: penutupan radas perangkap dalam tumbuhan karnivor ATAU membelokkan daun ke arah matahari atau pergerakan bunga matahari pada siang hari selepas matahari ATAU melenturkan batang akibat perubahan landskap (persekitaran).
2. Di pinggir hutan, banyak tumbuhan, haiwan, kulat dan mikroorganisma hidup dan berinteraksi. Pertimbangkan kumpulan yang termasuk ular berbisa, helang, landak, biawak vivipar dan belalang. Selesaikan tugasan.
2.1. Labelkan objek yang ditunjukkan dalam gambar dan lukisan yang termasuk dalam kumpulan di atas.
1 - cicak vivipar
2 - ular berbisa
3 - pasukan landak
4 - belalang biasa
5 - helang
2.2. Kelaskan organisma ini mengikut kedudukannya dalam rantai makanan. Dalam setiap sel, tulis nombor atau nama salah satu objek dalam kumpulan.
Rantai makanan: landak - belalang biasa - biawak vivipar - ular beludak - helang.
Penjelasan: kita memulakan rantai makanan dengan pengeluar (tumbuhan hijau - pengeluar bahan organik) - landak, kemudian pengguna pesanan pertama (pengguna mengambil bahan organik dan mempunyai beberapa pesanan) - belalang biasa, biawak viviparous (pengguna pesanan kedua) , viper (pengguna pesanan ke-3), helang (pengguna pesanan ke-4).
2.3. Bagaimanakah pengurangan bilangan landak dalam pasukan akan menjejaskan bilangan helang? Wajarkan jawapan anda.
Jawapan: apabila bilangan landak dalam pasukan berkurangan, bilangan semua komponen seterusnya dan, akhirnya, helang berkurangan, iaitu bilangan helang berkurangan.
3. Lihat gambar, yang menunjukkan gambar rajah kitar karbon dalam alam semula jadi. Nyatakan nama bahan yang ditunjukkan oleh tanda soal.
Penjelasan: Tanda soal menandakan karbon dioksida (CO2), kerana CO2 terbentuk semasa pembakaran, respirasi dan penguraian bahan organik, dan semasa fotosintesis ia terbentuk (dan juga larut dalam air).
Jawapan: karbon dioksida (CO2).
4. Peter mencampurkan jumlah enzim yang sama dan substratnya dalam 25 tabung uji. Tiub dibiarkan pada masa yang sama pada suhu yang berbeza, dan kadar tindak balas diukur. Berdasarkan keputusan eksperimen, Peter membina graf (paksi-x menunjukkan suhu (dalam darjah Celsius), dan paksi-y menunjukkan kadar tindak balas (dalam unit arbitrari).
Huraikan pergantungan kadar tindak balas enzimatik pada suhu.
Jawapan: apabila suhu meningkat kepada 30C, kadar tindak balas meningkat, kemudian mula menurun. Suhu optimum ialah 38C.
5. Wujudkan urutan subordinasi unsur-unsur sistem biologi, bermula dengan yang terbesar.
Elemen yang tiada:
1 orang
2. Bisep
3. Sel otot
4. Tangan
5. Asid amino
6. Protein aktin
Tuliskan urutan nombor yang sepadan.
Penjelasan: Menyusun elemen bermula dengan tahap tertinggi:
manusia adalah organisma
tangan - organ
bisep - kain
sel otot - selular
protein aktin - molekul (protein terdiri daripada asid amino)
asid amino - molekul
Jawapan: 142365.
6. Protein melakukan banyak fungsi penting dalam badan manusia dan haiwan: ia menyediakan badan dengan bahan binaan, adalah pemangkin atau pengawal selia biologi, menyediakan pergerakan, dan beberapa pengangkutan oksigen. Agar badan tidak mengalami masalah, seseorang memerlukan 100-120 g protein setiap hari.
6.1. Menggunakan data jadual, kirakan jumlah protein yang diterima oleh seseorang semasa makan malam jika dietnya termasuk: 20 g roti, 50 g krim masam, 15 g keju dan 75 g ikan kod. Bundarkan jawapan anda kepada nombor bulat.
Penjelasan: 100 g roti mengandungi 7.8 g protein, kemudian 20 g roti mengandungi 5 kali lebih sedikit protein - 1.56 g krim masam mengandungi 3 g protein, kemudian 50 g mengandungi 2 kali kurang - 1.5 g g keju - 20 g protein, dalam 15 g keju - 3 g, dalam 100 g ikan kod - 17.4 g protein, dalam 75 g ikan kod - 13.05 g.
Jumlah: 1.56 + 1.5 + 3 + 13.05 = 19.01 (iaitu lebih kurang sama dengan 19).
Jawapan: 19
ATAU
6.1. Seseorang minum secawan kopi pekat yang mengandungi 120 mg kafein, yang diserap sepenuhnya dan diedarkan secara merata ke seluruh darah dan cecair badan yang lain. Pada orang yang dikaji, jumlah cecair badan boleh dianggap sama dengan 40 liter. Kira berapa lama selepas pengambilan (dalam jam) kafein akan berhenti bertindak ke atas orang ini jika kafein berhenti bertindak pada kepekatan 2 mg/l, dan kepekatannya berkurangan sebanyak 0.23 mg sejam. Bundarkan jawapan anda kepada persepuluh.
Penjelasan: 120 mg kafein diedarkan ke seluruh tubuh manusia dalam jumlah 40 liter, iaitu, kepekatan menjadi 3 mg/l. Pada kepekatan 2 mg/l, kafein berhenti bertindak, iaitu, hanya 1 mg/l berkesan. Untuk mengetahui bilangan jam, bahagikan 1 mg/l dengan 0.23 mg (penurunan kepekatan sejam), kita mendapat 4.3 jam.
Jawapan: 4.3 jam.
6.2. Namakan salah satu enzim yang dihasilkan oleh kelenjar sistem pencernaan:
Jawapan: dinding perut menghasilkan pepsin, yang dalam persekitaran berasid memecahkan protein menjadi dipeptida. Lipase memecah lipid (lemak). Nuklease memecahkan asid nukleik. Amilase memecah kanji. Maltase menguraikan maltosa kepada glukosa. Laktase menguraikan laktosa kepada glukosa dan galaktosa. Anda perlu menulis satu enzim.
7. Tentukan asal usul penyakit yang disenaraikan. Tuliskan nombor bagi setiap penyakit pada senarai dalam sel jadual yang sesuai. Beberapa nombor boleh ditulis dalam sel jadual.
Senarai penyakit manusia:
1. Hemofilia
2. Cacar air
3. Skurvi
4. Infarksi miokardium
5. Taun
Penjelasan: Lihat Penyakit Manusia untuk CDF
8. Kaedah genealogi digunakan secara meluas dalam genetik perubatan. Ia berdasarkan penyusunan silsilah seseorang dan mengkaji pewarisan sifat tertentu. Dalam kajian sedemikian, notasi tertentu digunakan. Kaji serpihan salasilah keluarga satu keluarga, yang sebahagian ahlinya mempunyai cuping telinga bercantum.
Menggunakan skema yang dicadangkan, tentukan sama ada sifat ini dominan atau resesif dan sama ada ia dikaitkan dengan kromosom seks.
Penjelasan: sifat itu resesif, kerana pada generasi pertama ia tidak muncul sama sekali, dan pada generasi kedua ia hanya muncul pada 33% kanak-kanak. Sifat ini tidak dikaitkan dengan jantina, kerana ia kelihatan pada lelaki dan perempuan.
Jawapan: resesif, tidak berkaitan seks.
9. Vladimir sentiasa mahu mempunyai rambut kasar seperti ayahnya (sifat dominan (A)). Tetapi rambutnya lembut, seperti ibunya. Tentukan genotip ahli keluarga berdasarkan kualiti rambut. Masukkan jawapan anda dalam jadual.
Penjelasan: rambut lembut adalah sifat resesif (a), bapa adalah heterozigot untuk sifat ini, kerana anak lelaki adalah homozigot resesif (aa), seperti ibu. Itu dia:
R: Aa x aa
G: Ah, a x a
F1: Aa - 50% kanak-kanak dengan rambut kasar
aa - 50% kanak-kanak dengan rambut lembut.
Jawapan:
| ibu | Bapa | Anak lelaki |
| ahh | Ahh | ahh |
10. Ekaterina memutuskan untuk menderma darah sebagai penderma. Apabila mengambil darah, ternyata Catherine mempunyai kumpulan III. Ekaterina tahu bahawa ibunya mempunyai golongan darah I.
10.1. Apakah jenis darah yang boleh dimiliki bapa Catherine?
Penjelasan: berdasarkan data dalam jadual, bapa Catherine mungkin mempunyai golongan darah III atau IV.
Jawapan: III atau IV.
10.2. Berdasarkan peraturan pemindahan darah, tentukan sama ada Catherine boleh menjadi penderma darah untuk bapanya.
Penjelasan: Ekaterina, dengan jenis darah I, adalah penderma sejagat (dengan syarat padanan faktor Rh), iaitu darah boleh dipindahkan daripadanya kepada bapanya.
Jawapan: mungkin.
11. Fungsi organel yang ditunjukkan dalam rajah ialah pengoksidaan bahan organik dan penyimpanan tenaga semasa sintesis ATP. Membran dalaman organel ini memainkan peranan penting dalam proses ini.
11.1. Apakah nama organel ini?
Jawapan: Gambar menunjukkan mitokondria.
11.2. Terangkan bagaimana pembungkusan membran dalam dalam organel berkaitan dengan fungsi yang dilakukannya.
Jawapan: dengan bantuan lipatan membran dalam, ia meningkatkan permukaan dalaman organel dan sejumlah besar bahan organik boleh teroksida, serta jumlah ATP yang lebih besar boleh dihasilkan oleh sintase ATP - kompleks enzim yang menghasilkan tenaga dalam bentuk ATP (molekul tenaga utama).
12. Serpihan mRNA mempunyai urutan berikut:
UGTSGAAUGUUUUGTSUG
Tentukan jujukan bahagian DNA yang berfungsi sebagai templat untuk sintesis molekul RNA ini, dan jujukan protein yang dikodkan oleh serpihan mRNA ini. Apabila menyelesaikan tugas, gunakan peraturan saling melengkapi dan jadual kod genetik.
Peraturan untuk menggunakan jadual
Nukleotida pertama dalam triplet diambil dari baris menegak kiri; yang kedua - dari baris mendatar atas dan yang ketiga - dari baris menegak kanan. Di mana garis-garis yang datang dari ketiga-tiga nukleotida bersilang, asid amino yang dikehendaki terletak.
Penjelasan: bahagikan jujukan kepada triplet (tiga nukleotida setiap satu): UG GAA UGU UUG TsUG. Mari kita tulis urutan nukleotida yang sepadan dalam DNA (jujukan pelengkap nukleotida terbalik, dengan mengambil kira bahawa A-T (dalam RNA U), G-C.
Iaitu, rantai DNA: ACG CTT ACA AAU GAU.
Menggunakan jujukan RNA, kami mencari jujukan asid amino yang sepadan. Asid amino pertama ialah cis, kemudian glu, cis, leu, leu.
Protein: cis-glu-cis-ley-ley.
12.3. Apabila mentafsir genom tomato, didapati bahawa dalam serpihan molekul DNA bahagian timin adalah 20%. Menggunakan peraturan Chargaff, yang menerangkan hubungan kuantitatif antara pelbagai jenis bes nitrogen dalam DNA (G+T = A+C), hitung jumlah (dalam%) nukleotida dengan sitosin dalam sampel ini.
Penjelasan: jika jumlah timin ialah 20%, maka jumlah adenin juga adalah 20% (kerana ia saling melengkapi). 60% kekal untuk guanin dan sitosin (100 - (20 + 20)), iaitu 30% setiap satu.
Jawapan: sitosin menyumbang 30%.
13. Teori evolusi moden boleh diwakili sebagai rajah berikut.
Jawapan: mungkin nenek moyang zirafah mempunyai panjang leher yang berbeza, tetapi kerana zirafah perlu mencapai daun hijau yang tumbuh tinggi, hanya zirafah dengan leher panjang yang terselamat, iaitu, yang paling sesuai (sifat ini dilampirkan dari generasi ke generasi, ini membawa kepada perubahan dalam komposisi genetik populasi). Oleh itu, semasa pemilihan semula jadi, hanya individu dengan leher terpanjang yang terselamat, dan panjang leher secara beransur-ansur meningkat.
14. Gambar menunjukkan cordaite, tumbuhan gimnosperma berkayu yang telah pupus yang hidup 370-250 juta tahun dahulu.
Menggunakan serpihan jadual geokronologi, tentukan era dan tempoh di mana organisma ini hidup. Tumbuhan apakah yang mungkin nenek moyang mereka?
Jadual geokronologi
Penjelasan: Gimnosperma mungkin muncul semasa era Paleozoik. tempoh: Permian, Carboniferous (mungkin Devonian). Mereka timbul daripada pakis pokok (tumbuhan yang lebih primitif berkembang pada era Paleozoik, dan gimnosperma tersebar luas dan berkembang pada era Mesozoik).
Era: Paleozoik
Tempoh: Permian, Carboniferous, Devonian
Nenek moyang yang mungkin: pakis pokok
2 018 Perkhidmatan Persekutuan untuk Penyeliaan dalam Pendidikan dan Sains Persekutuan Rusia
Pada 05.09.2011 pada 09:36, Limarev berkata:
Limarev V.N.
Menyahkod genom manusia.
Serpihan daripada buku oleh L.G. Puchko: "Kognisi radietetik manusia"
Untuk menyelesaikan masalah pentafsiran genom, projek antarabangsa "genom manusia" telah dianjurkan dengan bajet berbilion dolar.
Menjelang tahun 2000, genom manusia hampir dipetakan. Gen dikira, dikenal pasti dan direkodkan dalam pangkalan data. Ini adalah sejumlah besar maklumat.
Merakam genom manusia dalam bentuk digital mengambil kira-kira 300 terabait memori komputer, yang bersamaan dengan 3 ribu cakera keras dengan kapasiti 100 gigabait.
Ternyata. Bahawa seseorang tidak mempunyai ratusan ribu, seperti yang difikirkan sebelum ini, tetapi hanya lebih 30 ribu gen. Lalat itu mempunyai lalat buah, hanya terdapat separuh daripadanya - kira-kira 13 ribu, dan tetikus mempunyai bilangan yang hampir sama dengan seseorang. Terdapat hanya kira-kira 1% daripada gen yang unik kepada manusia dalam genom yang diuraikan. Kebanyakan heliks DNA, ternyata, tidak diduduki oleh gen, tetapi oleh apa yang dipanggil "bahagian kosong", di mana gen tidak dikodkan, serta serpihan berganda diulang satu demi satu, makna dan makna yang tidak jelas.
Dalam satu perkataan, gen ternyata bukan juga blok bangunan kehidupan, tetapi hanya unsur-unsur cetak biru mengikut mana bangunan badan dibina. Bahan binaan, seperti yang dipercayai sebelum kebangkitan genetik, adalah protein.
Ia telah menjadi sangat jelas bahawa 1% daripada gen yang unik kepada manusia tidak boleh mengekodkan sejumlah besar maklumat yang membezakan seseorang daripada tetikus. Di manakah semua maklumat disimpan? Bagi kebanyakan saintis, hakikatnya tidak dapat dinafikan bahawa tanpa prinsip Ilahi adalah mustahil untuk menjelaskan sifat manusia. Sebilangan saintis mencadangkan bahawa, dalam kerangka idea sedia ada tentang tubuh manusia, pada dasarnya mustahil untuk menguraikan genom manusia.
Dunia tidak diketahui - ia boleh diketahui (komen saya pada artikel itu).
1) Pertimbangkan serpihan: "Tanpa prinsip Ilahi, adalah mustahil untuk menjelaskan sifat manusia."
Maklumat yang dibentangkan di atas tidak sama sekali menunjukkan ini.
Genom sememangnya mempunyai struktur yang lebih kompleks daripada yang difikirkan sebelumnya.
Tetapi, selepas semua, komputer yang disebutkan dalam artikel itu tidak hanya terdiri daripada sel memori.
Komputer mempunyai dua ingatan: jangka panjang dan operasi, serta pemproses di mana maklumat diproses. Medan elektromagnet juga terlibat dalam pemprosesan maklumat. Untuk menguraikan maklumat genom, adalah perlu untuk memahami bagaimana ia berlaku, bukan sahaja penyimpanan maklumat, tetapi juga pemprosesannya. Saya juga mengakui idea bahawa beberapa maklumat disimpan dirakam melalui medan elektromagnet. Dan juga di luar seseorang, seperti yang telah saya tulis, di pusat maklumat khas Minda Tertinggi.
Bayangkan sahaja teks berterusan yang dikodkan dalam kod binari 0 atau 1 dalam kod Morse, sementara anda tidak tahu bahasa apa yang ditulis dalam (Bahasa Inggeris atau Perancis....) dan anda tidak tahu bahawa teks berterusan ini terdiri daripada perkataan, ayat , perenggan, bab, jilid, rak, kabinet, dsb.
Ia hampir sama dalam biologi, hanya segala-galanya di sini dikodkan dengan kod empat digit dan setakat ini kami telah menguraikan susunan gen asas + - / *, tetapi kami tidak tahu bahasa dan sewajarnya perkataan, ayat, perenggan, bab, jilid, rak, kabinet, dsb. Bagi kami, genom yang diuraikan masih merupakan teks pepejal kod 4 gred dan hampir mustahil untuk mengkaji semuanya secara langsung.
Tetapi ternyata pada tempoh masa tertentu (baik dalam individu dan kohort generasinya dan dalam spesies, genus) beberapa gen dan kompleksnya (bertanggungjawab untuk perkataan, ayat, perenggan, bab, jilid, rak, kabinet, dll. .) adalah aktif , dan dalam tempoh evolusi lain ia adalah pasif, yang secara tidak langsung saya tentukan oleh pelbagai ciri poligenik (seperti yang ditunjukkan dalam topik Undang-undang Berkala Umum Evolusi).
Pada masa ini hanya terdapat dua kaedah untuk mengkaji gen, ini adalah pengiraan makmal mudah jumlah gen (DNA) dalam sampel dan terdapat peranti yang mengira jumlah RNA protein yang dihasilkan melekat pada cip elektronik yang dihasilkan DNA tertentu, tetapi oleh kerana pada bila-bila masa sejumlah besar DNA aktif dan, oleh itu, sejumlah besar protein berbeza dihasilkan melalui RNA, adalah sangat sukar untuk memisahkan "mi ini dengan sudu, garpu dan penyepit Jepun" dalam sup ini dan cari apa yang anda cari - cari hubungan sebab-akibat antara DNA tertentu (sebagai kompleks DNA) dan pengaruhnya pada sifat poligenik.
Nampaknya saya telah menemui kaedah mudah bagaimana untuk menyusun keseluruhan sup DNA, RNA dan protein mereka yang menentukan tahap sifat poligenik.
Ternyata, setiap sifat poligenik dalam urutan evolusi individu (kohort generasi, spesies dan genus) adalah berkala oleh itu, ia mesti berkala dalam aktiviti RNA dan DNA dan oleh itu anda hanya perlu mencari (pertama pergi ke butiran genetik) korelasi antara perubahan metrik dalam sifat poligenik (dalam individu, kohort generasi, spesies, genus...) dan aktiviti sepadan RNA, DNA, berkadar dengan tempoh ini.
Untuk ulang tahun ke-50 penemuan struktur DNA
A.V. Zelenin
GENOME TUMBUHAN
A. V. Zelenin
Zelenin Alexander Vladimirovich- Doktor Sains Biologi,
Ketua Makmal, Institut Biologi Molekul dinamakan sempena. V.A. Engelhardt RAS.
Pencapaian mengagumkan program Genom Manusia, serta kejayaan kerja untuk mentafsir genom yang dipanggil ultra-kecil (virus), kecil (bakteria, yis) dan sederhana (cacing gelang, Drosophila), memungkinkan untuk beralih kepada kajian berskala besar genom tumbuhan besar dan lebih besar. Keperluan mendesak untuk kajian terperinci tentang genom tumbuhan yang paling penting dari segi ekonomi telah ditekankan pada mesyuarat mengenai genomik tumbuhan yang diadakan pada tahun 1997 di Amerika Syarikat [,]. Selama bertahun-tahun sejak itu, kejayaan yang tidak diragukan telah dicapai dalam bidang ini. Pada tahun 2000, penerbitan muncul mengenai penjujukan lengkap (penubuhan jujukan nukleotida linear semua DNA nuklear) genom mustard kecil - Arabidopsis, dan pada tahun 2001 - pada penjujukan awal (draf) genom beras. Kerja untuk penjujukan genom tumbuhan yang besar dan sangat besar (jagung, rai, gandum) telah berulang kali dilaporkan, tetapi mesej ini tidak mengandungi maklumat khusus dan lebih merupakan pengisytiharan niat.
Penghuraian genom tumbuhan dijangka akan membuka prospek yang luas untuk sains dan amalan. Pertama sekali, pengenalpastian gen baharu dan rantaian peraturan genetiknya akan meningkatkan produktiviti tumbuhan dengan ketara melalui penggunaan pendekatan bioteknologi. Penemuan, pengasingan, pembiakan (pengklonan) dan penjujukan gen yang bertanggungjawab terhadap fungsi penting organisma tumbuhan seperti pembiakan dan produktiviti, proses kebolehubahan, penentangan terhadap faktor persekitaran yang buruk, serta pasangan homolog kromosom, dikaitkan dengan kemunculan. peluang baharu untuk menambah baik proses pemilihan. Akhirnya, gen terpencil dan klon boleh digunakan untuk mendapatkan tumbuhan transgenik dengan sifat asas baru dan menganalisis mekanisme pengawalseliaan aktiviti gen.
Kepentingan mengkaji genom tumbuhan juga ditekankan oleh fakta bahawa setakat ini bilangan gen tumbuhan setempat, diklon dan terjujukan adalah kecil dan, mengikut pelbagai anggaran, berbeza antara 800 dan 1200. Ini adalah 10-15 kali kurang daripada, untuk contoh, pada manusia.
Amerika Syarikat kekal sebagai pemimpin yang tidak diragui dalam kajian berskala besar genom tumbuhan, walaupun penyelidikan intensif mengenai genom padi sedang dijalankan di Jepun, dan dalam beberapa tahun kebelakangan ini di China. Sebagai tambahan kepada makmal AS, kumpulan penyelidikan Eropah mengambil bahagian aktif dalam mentafsir genom Arabidopsis. Kepimpinan Amerika Syarikat yang jelas menyebabkan kebimbangan serius di kalangan saintis Eropah, yang mereka nyatakan dengan jelas pada mesyuarat yang bertajuk "Prospek Genomik dalam Era Postgenomik," yang diadakan di Perancis pada akhir 2000. Kemajuan sains Amerika dalam mengkaji genom tumbuhan pertanian dan mencipta bentuk tumbuhan transgenik, menurut saintis Eropah, mengancam bahawa dalam masa yang tidak terlalu lama (dari dua hingga lima dekad), apabila pertumbuhan populasi akan meletakkan manusia dalam menghadapi krisis makanan umum, ekonomi dan sains Eropah akan menjadi bergantung kepada teknologi Amerika. Dalam hal ini, telah diumumkan penciptaan program saintifik Franco-Jerman untuk kajian genom tumbuhan (Plantgene) dan pelaburan dana yang besar di dalamnya.
Jelas sekali, masalah genomik tumbuhan harus menarik perhatian saintis Rusia dan penganjur sains, serta badan pentadbir, kerana kita bercakap bukan sahaja tentang prestij saintifik, tetapi juga tentang keselamatan negara negara. Dalam satu atau dua dekad, makanan akan menjadi sumber strategik yang paling penting.
KESUKARAN MENGKAJI GEnom TUMBUHAN
Mempelajari genom tumbuhan adalah tugas yang lebih kompleks daripada mengkaji genom manusia dan haiwan lain. Ini disebabkan oleh keadaan berikut:
saiz genom yang besar, mencecah puluhan malah ratusan bilion pasangan nukleotida (bp) untuk spesies tumbuhan individu: genom tumbuhan penting dari segi ekonomi utama (kecuali beras, rami dan kapas) sama ada saiznya hampir dengan genom manusia atau melebihinya berkali-kali (jadual);KAJIAN GENOME KROMOSOMTurun naik mendadak dalam bilangan kromosom dalam tumbuhan yang berbeza - daripada dua dalam beberapa spesies kepada beberapa ratus dalam yang lain, dan tidak mungkin untuk mengenal pasti korelasi yang ketat antara saiz genom dan bilangan kromosom;
Banyaknya poliploid (mengandungi lebih daripada dua genom setiap sel) terbentuk dengan genom yang serupa tetapi tidak serupa (allopoliploidi);
Pengayaan melampau genom tumbuhan (sehingga 99%) dengan DNA "tidak penting" (bukan pengekodan, iaitu, tidak mengandungi gen), yang sangat merumitkan penyambungan (susunan dalam susunan yang betul) serpihan terjujukan ke dalam satu besar- rantau DNA bersaiz (contig);
Tidak lengkap (berbanding dengan genom Drosophila, manusia dan tetikus) pemetaan morfologi, genetik dan fizikal kromosom;
Kemustahilan praktikal untuk mengasingkan kromosom individu dalam bentuk tulen menggunakan kaedah yang biasanya digunakan untuk tujuan ini untuk kromosom manusia dan haiwan (pengisihan aliran dan penggunaan hibrid sel);
Kesukaran pemetaan kromosom (menentukan lokasi pada kromosom) gen individu menggunakan hibridisasi in situ, kerana kedua-dua kandungan DNA "tidak penting" yang tinggi dalam genom tumbuhan dan keanehan organisasi struktur kromosom tumbuhan;
Jarak evolusi tumbuhan daripada haiwan, yang secara serius merumitkan penggunaan maklumat yang diperoleh daripada penjujukan genom manusia dan haiwan lain untuk mengkaji genom tumbuhan;
Proses panjang pembiakan kebanyakan tumbuhan, yang memperlahankan analisis genetik mereka dengan ketara.
Kajian kromosom (sitogenetik) genom secara umum dan tumbuhan khususnya mempunyai sejarah yang panjang. Istilah "genom" telah dicadangkan untuk menunjukkan set haploid (tunggal) kromosom dengan gen yang terkandung pada suku pertama abad ke-20, iaitu, jauh sebelum peranan DNA sebagai pembawa maklumat genetik ditubuhkan.
Penerangan tentang genom organisma multiselular genetik baru yang belum dipelajari sebelum ini biasanya bermula dengan kajian dan penerangan set lengkap kromosomnya (karyotype). Ini, tentu saja, juga terpakai kepada tumbuhan, sebilangan besar daripadanya belum mula dipelajari.
Sudah pada awal kajian kromosom, genom spesies tumbuhan yang berkaitan telah dibandingkan berdasarkan analisis konjugasi meiotik (penyatuan kromosom homolog) dalam hibrid interspesifik. Sepanjang 100 tahun yang lalu, keupayaan analisis kromosom telah berkembang secara mendadak. Pada masa kini, teknologi yang lebih maju digunakan untuk mencirikan genom tumbuhan: pelbagai varian pewarnaan pembezaan yang dipanggil, yang memungkinkan untuk mengenal pasti kromosom individu berdasarkan ciri morfologi; penghibridan in situ, memungkinkan untuk menyetempatkan gen tertentu pada kromosom; kajian biokimia protein selular (elektroforesis dan imunokimia) dan, akhirnya, satu set kaedah berdasarkan analisis DNA kromosom sehingga penjujukannya.
nasi. 1. Kariotip bijirin: a - rai (14 kromosom), b - gandum durum (28 kromosom), c - gandum lembut (42 kromosom), d - barli (14 kromosom)Karyotip bijirin, terutamanya gandum dan rai, telah dikaji selama bertahun-tahun. Adalah menarik bahawa dalam spesies tumbuhan yang berbeza bilangan kromosom adalah berbeza, tetapi sentiasa gandaan tujuh. Spesies bijirin individu boleh dikenal pasti dengan pasti melalui karyotype mereka. Sebagai contoh, genom rai terdiri daripada tujuh pasang kromosom besar dengan blok heterokromatik berwarna pekat di hujungnya, selalunya dipanggil segmen atau jalur (Rajah 1a). Genom gandum sudah mempunyai 14 dan 21 pasang kromosom (Rajah 1, b, c), dan taburan blok heterokromatik di dalamnya tidak sama seperti dalam kromosom rai. Genom individu gandum, yang ditetapkan A, B dan D, juga berbeza antara satu sama lain Peningkatan bilangan kromosom dari 14 hingga 21 membawa kepada perubahan mendadak dalam sifat gandum, yang ditunjukkan dalam nama mereka: durum, atau makaroni, gandum dan lembut, atau roti, gandum . Gen D, yang mengandungi gen untuk protein gluten, bertanggungjawab untuk pemerolehan sifat penaik yang tinggi oleh gandum lembut, yang memberikan doh yang dipanggil percambahan. Genom inilah yang diberi perhatian khusus dalam penambahbaikan pemilihan roti gandum. Satu lagi bijirin 14 kromosom, barli (Rajah 1, d), biasanya tidak digunakan untuk membuat roti, tetapi ia berfungsi sebagai bahan mentah utama untuk pengeluaran produk biasa seperti bir dan wiski.
Kromosom beberapa tumbuhan liar yang digunakan untuk meningkatkan kualiti spesies pertanian yang paling penting, contohnya kerabat liar gandum - Aegilops, sedang dikaji secara intensif. Bentuk tumbuhan baru dicipta melalui persilangan (Rajah 2) dan pemilihan. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, penambahbaikan yang ketara dalam kaedah penyelidikan telah memungkinkan untuk mula mengkaji genom tumbuhan yang ciri karyotypenya (terutamanya saiz kromosom kecil) menjadikannya tidak boleh diakses sebelum ini untuk analisis kromosom. Oleh itu, baru-baru ini semua kromosom kapas, chamomile dan flaks dikenal pasti buat kali pertama.
nasi. 2. Kariotaip gandum dan gandum-Aegilops hibrid
a - gandum biasa heksaploid ( Triticum astivum), terdiri daripada genom A, B dan O; b - gandum tetraploid ( Triticum timoheevi), yang terdiri daripada genom A dan G. mengandungi gen untuk ketahanan terhadap kebanyakan penyakit gandum; c - kacukan Triticum astivum X Triticum timoheevi, tahan cendawan serbuk dan karat, penggantian sebahagian kromosom jelas kelihatanSTRUKTUR DNA UTAMA
Apabila genetik molekul berkembang, konsep genom berkembang. Sekarang istilah ini ditafsirkan dalam kromosom klasik dan dalam pengertian molekul moden: keseluruhan bahan genetik virus, sel dan organisma individu. Sememangnya, selepas mengkaji struktur utama lengkap genom (sebagai jujukan linear lengkap asas asid nukleik sering dipanggil) beberapa mikroorganisma dan manusia, persoalan penjujukan genom tumbuhan muncul.
Daripada banyak organisma tumbuhan, dua dipilih untuk kajian - Arabidopsis, mewakili kelas dikotiledon (saiz genom 125 juta bp), dan beras dari kelas monokotiledon (420-470 juta bp). Genom ini adalah kecil berbanding dengan genom tumbuhan lain dan mengandungi bahagian DNA berulang yang agak sedikit. Ciri-ciri sedemikian memberi harapan bahawa genom yang dipilih akan dapat diakses untuk penentuan struktur utamanya yang agak cepat.
nasi. 3. Arabidopsis - mustard kecil - tumbuhan kecil dari keluarga cruciferous ( Brassicaceae). Dalam ruang yang sama luasnya dengan satu halaman majalah kami, sehingga seribu organisma Arabidopsis individu boleh ditanamAsas untuk memilih Arabidopsis bukan sahaja saiz genomnya yang kecil, tetapi juga saiz organisma yang kecil, yang menjadikannya mudah untuk berkembang dalam keadaan makmal (Rajah 3). Kami mengambil kira kitaran pembiakan yang singkat, berkat yang memungkinkan untuk menjalankan eksperimen silang dan pemilihan dengan cepat, genetik terperinci, kemudahan manipulasi dengan perubahan keadaan pertumbuhan (mengubah komposisi garam tanah, menambah nutrien yang berbeza, dll.) dan menguji kesan ke atas tumbuhan pelbagai faktor mutagen dan patogen (virus, bakteria, kulat). Arabidopsis tidak mempunyai nilai ekonomi, oleh itu genomnya, bersama-sama dengan genom tikus, dipanggil genom rujukan, atau, kurang tepat, genom model.*
* Kemunculan istilah "genom model" dalam kesusasteraan Rusia adalah hasil terjemahan yang tidak tepat bagi genom model frasa bahasa Inggeris. Perkataan "model" bermaksud bukan sahaja kata sifat "model", tetapi juga kata nama "sampel", "standard", "model". Adalah lebih tepat untuk bercakap tentang genom sampel, atau genom rujukan.Kerja intensif untuk penjujukan genom Arabidopsis bermula pada tahun 1996 oleh konsortium antarabangsa yang merangkumi institusi saintifik dan kumpulan penyelidikan dari Amerika Syarikat, Jepun, Belgium, Itali, Great Britain dan Jerman. Pada Disember 2000, maklumat yang luas telah tersedia yang meringkaskan penentuan struktur utama genom Arabidopsis. Untuk penjujukan, kami menggunakan teknologi klasik, atau hierarki: pertama, bahagian kecil individu genom telah dikaji, dari mana bahagian yang lebih besar (contigs) dibuat, dan pada peringkat akhir, struktur kromosom individu. DNA nuklear genom Arabidopsis diedarkan di antara lima kromosom. Pada tahun 1999, hasil penjujukan dua kromosom telah diterbitkan, dan penerbitan maklumat mengenai struktur utama tiga baki yang tinggal menyelesaikan penjujukan keseluruhan genom.
Daripada 125 juta pasangan nukleotida, struktur utama 119 juta telah ditentukan, iaitu 92% daripada keseluruhan genom. Hanya 8% daripada genom Arabidopsis, yang mengandungi blok besar bahagian DNA berulang, ternyata tidak boleh diakses untuk kajian. Dari segi kesempurnaan dan ketelitian penjujukan genom eukariotik, Arabidopsis kekal dalam tiga juara teratas bersama-sama dengan organisma yis unisel. Saccharomyces cerevisiae dan organisma haiwan multisel Keanggunan Caenorhabditis(lihat jadual).
Kira-kira 15 ribu gen pengekodan protein individu ditemui dalam genom Arabidopsis. Kira-kira 12 ribu daripada ini terkandung dalam dua salinan setiap genom haploid (tunggal), jadi jumlah keseluruhan gen ialah 27 ribu Bilangan gen dalam Arabidopsis tidak jauh berbeza dengan bilangan gen dalam organisma seperti manusia dan tikus. tetapi saiz genomnya 25-30 kali lebih kecil. Keadaan ini dikaitkan dengan ciri penting dalam struktur gen Arabidopsis individu dan struktur keseluruhan genomnya.
Gen Arabidopsis adalah padat, mengandungi hanya beberapa ekson (kawasan pengekodan protein), dipisahkan oleh regangan DNA bukan pengekodan pendek (kira-kira 250 bp) (intron). Jurang antara gen individu purata 4.6 ribu pasangan nukleotida. Sebagai perbandingan, kami menunjukkan bahawa gen manusia mengandungi berpuluh-puluh malah ratusan ekson dan intron, dan kawasan intergenik mempunyai saiz 10 ribu pasangan nukleotida atau lebih. Adalah dipercayai bahawa kehadiran genom padat kecil menyumbang kepada kestabilan evolusi Arabidopsis, kerana DNAnya menjadi kurang sasaran untuk pelbagai agen merosakkan, khususnya, untuk pengenalan serpihan DNA berulang (transposon) seperti virus ke dalam genom.
Ciri-ciri molekul lain genom Arabidopsis termasuk pengayaan ekson dengan guanin dan sitosin (44% dalam ekson dan 32% dalam intron) berbanding dengan gen haiwan, serta kehadiran dua kali berulang (pendua) gen. Adalah dipercayai bahawa penggandaan ini berlaku akibat daripada empat peristiwa serentak, yang terdiri daripada penggandaan (pengulangan) sebahagian daripada gen Arabidopsis, atau gabungan genom yang berkaitan. Peristiwa-peristiwa ini, yang berlaku 100-200 juta tahun yang lalu, adalah manifestasi kecenderungan umum ke arah poliploidisasi (peningkatan berganda dalam bilangan genom dalam organisma), ciri genom tumbuhan. Walau bagaimanapun, beberapa fakta menunjukkan bahawa dalam Arabidopsis gen pendua adalah tidak serupa dan berfungsi secara berbeza, yang mungkin disebabkan oleh mutasi di kawasan pengawalseliaan mereka.
Objek lain penjujukan DNA lengkap ialah beras. Genom tumbuhan ini juga kecil (12 kromosom, memberikan jumlah 420-470 juta bp), hanya 3.5 kali lebih besar daripada Arabidopsis. Walau bagaimanapun, tidak seperti Arabidopsis, beras mempunyai kepentingan ekonomi yang sangat besar, menjadi asas pemakanan untuk lebih daripada separuh manusia, oleh itu bukan sahaja berbilion pengguna sangat berminat untuk meningkatkan sifatnya, tetapi juga tentera berjuta-juta dolar yang terlibat secara aktif dalam proses yang sangat intensif buruh untuk mengembangkannya.
Sesetengah penyelidik mula mengkaji genom beras pada tahun 80-an abad yang lalu, tetapi kerja ini mencapai skala yang serius hanya pada tahun 90-an. Pada tahun 1991, satu program untuk menguraikan struktur genom beras telah dicipta di Jepun, menggabungkan usaha banyak kumpulan penyelidikan. Pada tahun 1997, atas dasar program ini, Projek Genom Beras Antarabangsa telah dianjurkan. Pesertanya memutuskan untuk menumpukan usaha mereka pada penjujukan salah satu subspesies beras ( Oriza sativajaponica), dalam kajian yang mana kemajuan ketara telah dicapai pada masa itu. Program Genom Manusia menjadi insentif yang serius dan, secara kiasan, bintang panduan untuk kerja sedemikian.
Sebagai sebahagian daripada program ini, strategi pembahagian hierarki "kromosomal" genom, yang digunakan oleh peserta dalam konsortium antarabangsa untuk menguraikan genom beras, telah diuji. Walau bagaimanapun, jika, apabila mengkaji genom manusia, pecahan kromosom individu telah diasingkan menggunakan pelbagai teknik, maka bahan khusus untuk kromosom beras individu dan bahagian individunya diperolehi dengan laser microdissection (memotong objek mikroskopik). Pada slaid mikroskop tempat kromosom beras terletak, di bawah pengaruh pancaran laser, segala-galanya kecuali kromosom atau bahagiannya yang bertujuan untuk analisis terbakar. Bahan selebihnya digunakan untuk pengklonan dan penjujukan.
Banyak laporan telah diterbitkan mengenai hasil penjujukan serpihan individu genom beras, yang dijalankan dengan ketepatan tinggi dan ciri terperinci teknologi hierarki. Adalah dipercayai bahawa penentuan struktur utama lengkap genom beras akan disiapkan pada penghujung 2003-pertengahan 2004 dan hasilnya, bersama-sama dengan data mengenai struktur utama genom Arabidopsis, akan digunakan secara meluas dalam genomik perbandingan daripada tumbuhan lain.
Walau bagaimanapun, pada awal tahun 2002, dua kumpulan penyelidikan - satu dari China, satu lagi dari Switzerland dan Amerika Syarikat - menerbitkan hasil penjujukan penuh kasar (kasar) genom beras, yang dilakukan menggunakan teknologi pengklonan total. Berbeza dengan kajian langkah demi langkah (hierarki), jumlah pendekatan adalah berdasarkan pengklonan serentak seluruh DNA genom dalam salah satu vektor virus atau bakteria dan memperoleh bilangan yang signifikan (besar untuk genom sederhana dan besar) klon individu yang mengandungi segmen DNA yang berbeza. Berdasarkan analisis bahagian jujukan ini dan pertindihan bahagian hujung DNA yang sama, satu contig terbentuk - rantai jujukan DNA yang dicantumkan. Kontig umum (jumlah) mewakili struktur utama keseluruhan genom atau, sekurang-kurangnya, kromosom individu.
Dalam persembahan skematik sedemikian, strategi pengklonan total nampaknya tidak rumit. Malah, ia menghadapi kesukaran serius yang berkaitan dengan keperluan untuk mendapatkan sejumlah besar klon (secara umum diterima bahawa genom atau rantaunya yang sedang dikaji mesti bertindih oleh klon sekurang-kurangnya 10 kali), volum penjujukan yang sangat besar dan kerja kompleks untuk menyertai klon, yang memerlukan penyertaan pakar bioinformatik. Halangan serius kepada pengklonan total ialah kepelbagaian kawasan DNA berulang, bilangan yang, seperti yang telah disebutkan, meningkat dengan mendadak apabila saiz genom meningkat. Oleh itu, strategi penjujukan jumlah digunakan terutamanya dalam mengkaji genom virus dan mikroorganisma, walaupun ia berjaya digunakan untuk mengkaji genom organisma multiselular, Drosophila.
Keputusan jumlah penjujukan genom ini "ditumpangkan" pada pelbagai maklumat tentang kromosom, gen dan struktur molekulnya yang diperolehi dalam tempoh hampir 100 tahun mengkaji Drosophila. Namun, dari segi tahap penjujukan, genom Drosophila (66% daripada jumlah saiz genom) adalah jauh lebih rendah daripada genom Arabidopsis (92%), walaupun saiznya agak serupa - masing-masing 180 juta dan 125 juta pasangan nukleotida. . Oleh itu, baru-baru ini telah dicadangkan untuk memanggil teknologi yang digunakan untuk menyusun genom Drosophila bercampur.
Untuk menyusun genom padi, kumpulan penyelidikan yang disebutkan di atas mengambil dua daripada subspesiesnya, yang paling banyak ditanam di negara Asia - Oriza air liur L. ssp indicaj Dan Oriza air liur L. sspjaponica. Hasil penyelidikan mereka bertepatan dalam banyak cara, tetapi juga berbeza dalam banyak cara. Oleh itu, wakil kedua-dua kumpulan menyatakan bahawa mereka mencapai pertindihan contig kira-kira 92-93% daripada genom. Telah ditunjukkan bahawa kira-kira 42% daripada genom beras diwakili oleh ulangan DNA pendek yang terdiri daripada 20 pasangan nukleotida, dan majoriti unsur DNA mudah alih (transposon) terletak di kawasan intergenik. Walau bagaimanapun, maklumat tentang saiz genom beras berbeza dengan ketara.
Bagi subspesies Jepun, saiz genom ditentukan sebagai 466 juta pasangan nukleotida, dan untuk subspesies India - 420 juta sebab percanggahan ini tidak jelas. Ia mungkin akibat daripada pendekatan metodologi yang berbeza untuk menentukan saiz bahagian bukan pengekodan genom, iaitu, ia mungkin tidak mencerminkan keadaan sebenar. Tetapi ada kemungkinan perbezaan 15% dalam saiz genom yang dikaji benar-benar wujud.
Percanggahan serius kedua didedahkan dalam bilangan gen yang dikesan: untuk subspesies Jepun - dari 46,022 hingga 55,615 gen setiap genom, dan untuk subspesies India - dari 32,000 hingga 50,000 Sebab percanggahan ini tidak jelas.
Ketidaklengkapan dan ketidakkonsistenan maklumat yang diterima dicatatkan dalam ulasan kepada artikel yang diterbitkan. Juga diharapkan jurang dalam pengetahuan tentang genom beras akan dihapuskan dengan membandingkan data daripada "jujukan kasar" dengan hasil penjujukan hierarki terperinci yang dijalankan oleh peserta dalam Projek Genom Beras Antarabangsa.
GENOMIK PERBANDINGAN DAN FUNGSI TUMBUHAN
Data meluas yang diperolehi, separuh daripadanya (hasil kumpulan Cina) tersedia untuk umum, sudah pasti membuka prospek yang luas untuk kajian genom padi dan untuk genomik tumbuhan secara umum. Perbandingan sifat Arabidopsis dan genom beras menunjukkan bahawa kebanyakan gen (sehingga 80%) yang dikenal pasti dalam genom Arabidopsis juga terdapat dalam genom beras, bagaimanapun, untuk kira-kira separuh daripada gen yang terdapat dalam beras, analog ( ortolog) masih belum ditemui dalam genom Arabidopsis . Pada masa yang sama, 98% gen yang struktur utamanya telah ditubuhkan untuk bijirin lain telah dikenal pasti dalam genom beras.
Percanggahan ketara (hampir dua kali ganda) dalam bilangan gen dalam beras dan Arabidopsis adalah membingungkan. Pada masa yang sama, data daripada transkrip kasar genom padi, yang diperoleh menggunakan penjujukan jumlah, secara praktikal tidak dibandingkan dengan hasil kajian yang meluas mengenai genom padi menggunakan kaedah pengklonan dan penjujukan hierarki, iaitu apa yang telah dilakukan. kerana genom Drosophila belum tercapai. Oleh itu, masih tidak jelas sama ada perbezaan dalam bilangan gen dalam Arabidopsis dan beras mencerminkan keadaan sebenar atau dijelaskan oleh perbezaan dalam pendekatan metodologi.
Tidak seperti genom Arabidopsis, maklumat tentang gen kembar dalam genom beras tidak disediakan. Ada kemungkinan bahawa kelimpahan relatif mereka mungkin lebih besar dalam beras daripada Arabidopsis. Kemungkinan ini secara tidak langsung disokong oleh data mengenai kehadiran bentuk poliploid beras. Kejelasan yang lebih besar mengenai isu ini boleh dijangkakan selepas selesai Projek Genom Beras Antarabangsa dan mendapatkan gambaran terperinci tentang struktur DNA utama genom ini. Alasan serius untuk harapan sedemikian diberikan oleh fakta bahawa selepas penerbitan karya mengenai penjujukan kasar genom beras, bilangan penerbitan mengenai struktur genom ini meningkat dengan mendadak, khususnya, maklumat muncul mengenai penjujukan terperinci kromosomnya. 1 dan 4.
Mengetahui, sekurang-kurangnya lebih kurang, bilangan gen dalam tumbuhan adalah kepentingan asas untuk genomik tumbuhan perbandingan. Pada mulanya dipercayai bahawa kerana semua tumbuhan berbunga sangat rapat antara satu sama lain dalam ciri fenotipnya, genom mereka juga harus rapat. Dan jika kita mengkaji genom Arabidopsis, kita akan mendapat maklumat tentang kebanyakan genom tumbuhan lain. Pengesahan tidak langsung andaian ini disediakan oleh hasil penjujukan genom tetikus, yang menghairankan dekat dengan genom manusia (kira-kira 30 ribu gen, yang mana hanya 1 ribu yang berbeza).
Ia boleh diandaikan bahawa sebab perbezaan dalam genom Arabidopsis dan beras terletak pada kepunyaan mereka dalam kelas tumbuhan yang berbeza - dicotyledon dan monocotyledons. Untuk menjelaskan isu ini, adalah sangat wajar untuk mengetahui sekurang-kurangnya struktur utama kasar beberapa tumbuhan monokot lain. Calon yang paling realistik mungkin jagung, yang genomnya lebih kurang sama dengan genom manusia, tetapi masih jauh lebih kecil daripada genom bijirin lain. Nilai makanan jagung diketahui umum.
Bahan besar yang diperoleh daripada penjujukan genom Arabidopsis dan beras secara beransur-ansur menjadi asas untuk kajian besar-besaran genom tumbuhan menggunakan kaedah genomik perbandingan. Kajian sedemikian mempunyai kepentingan biologi umum, kerana ia memungkinkan untuk menubuhkan prinsip utama organisasi genom tumbuhan secara keseluruhan dan kromosom individu mereka, untuk mengenal pasti ciri umum struktur gen dan kawasan pengawalseliaannya, dan untuk mempertimbangkan hubungan antara bahagian kromosom (gen) yang aktif secara berfungsi dan pelbagai kawasan DNA intergenik bukan pengekodan protein. Genetik perbandingan juga menjadi semakin penting untuk pembangunan genomik berfungsi manusia. Ia adalah untuk kajian perbandingan bahawa genom ikan buntal dan tikus telah dijujukan.
Tidak kurang pentingnya ialah kajian gen individu yang bertanggungjawab untuk sintesis protein individu yang menentukan fungsi tertentu badan. Dalam pengesanan, pengasingan, penjujukan dan penubuhan fungsi gen individu terletaknya kepentingan praktikal, terutamanya perubatan, program Genom Manusia. Keadaan ini telah dinyatakan beberapa tahun lalu oleh J. Watson, yang menekankan bahawa program Genom Manusia akan selesai hanya apabila fungsi semua gen manusia ditentukan.
nasi. 4. Pengelasan mengikut fungsi gen Arabidopsis
1 - gen untuk pertumbuhan, pembahagian dan sintesis DNA; 2 - gen sintesis RNA (transkripsi); 3 - gen untuk sintesis dan pengubahsuaian protein; 4 - gen untuk pembangunan, penuaan dan kematian sel; 5 - gen metabolisme selular dan metabolisme tenaga; 6 - gen untuk interaksi antara sel dan penghantaran isyarat; 7 - gen untuk menyokong proses selular lain; 8 - gen dengan fungsi yang tidak diketahuiApabila bercakap tentang fungsi gen tumbuhan, kita tahu kurang daripada satu persepuluh daripada apa yang kita tahu tentang gen manusia. Malah dalam Arabidopsis, yang genomnya lebih banyak dikaji daripada genom manusia, fungsi hampir separuh daripada gennya masih tidak diketahui (Rajah 4). Sementara itu, tumbuhan, sebagai tambahan kepada gen yang biasa kepada haiwan, mempunyai sejumlah besar gen yang khusus sahaja (atau sekurang-kurangnya sebahagian besarnya) kepada mereka. Kita bercakap tentang gen yang terlibat dalam pengangkutan air dan sintesis dinding sel, yang tidak terdapat pada haiwan, tentang gen yang memastikan pembentukan dan fungsi kloroplas, fotosintesis, penetapan nitrogen dan sintesis pelbagai produk aromatik. Senarai ini boleh diteruskan, tetapi sudah jelas betapa sukarnya tugas yang dihadapi genomik berfungsi tumbuhan.
Penjujukan genom yang lengkap memberikan maklumat yang hampir benar tentang jumlah bilangan gen organisma tertentu, membolehkan maklumat yang lebih atau kurang terperinci dan boleh dipercayai tentang strukturnya diletakkan dalam bank data, dan memudahkan kerja mengasingkan dan mengkaji gen individu. Walau bagaimanapun, penjujukan genom tidak bermakna mewujudkan fungsi semua gen.
Salah satu pendekatan genomik berfungsi yang paling menjanjikan adalah berdasarkan mengenal pasti gen kerja di mana transkripsi (pembacaan) mRNA berlaku. Pendekatan ini, termasuk penggunaan teknologi microarray moden, memungkinkan untuk mengenal pasti secara serentak sehingga puluhan ribu gen yang berfungsi. Baru-baru ini, menggunakan pendekatan ini, kajian genom tumbuhan telah bermula. Untuk Arabidopsis, adalah mungkin untuk mendapatkan kira-kira 26 ribu transkrip individu, yang sangat memudahkan kemungkinan menentukan fungsi hampir semua gennya. Dalam kentang, adalah mungkin untuk mengenal pasti kira-kira 20,000 ribu gen kerja yang penting untuk memahami kedua-dua proses pertumbuhan dan pembentukan ubi, dan proses penyakit kentang. Pengetahuan ini diharapkan dapat meningkatkan daya tahan salah satu produk makanan terpenting terhadap patogen.
Perkembangan logik genomik berfungsi ialah proteomik. Bidang sains baharu ini mengkaji proteom, yang biasanya merujuk kepada set lengkap protein dalam sel pada masa tertentu. Set protein ini, mencerminkan keadaan fungsi genom, berubah sepanjang masa, manakala genom kekal tidak berubah.
Kajian protein telah lama digunakan untuk membuat pertimbangan tentang aktiviti genom tumbuhan. Seperti yang diketahui, enzim yang terdapat dalam semua tumbuhan berbeza dalam spesies dan varieti individu dalam urutan asid amino. Enzim sedemikian, dengan fungsi yang sama, tetapi urutan asid amino individu yang berbeza, dipanggil isoenzim. Mereka mempunyai sifat fizikokimia dan imunologi yang berbeza (berat molekul, caj), yang boleh dikesan menggunakan kromatografi atau elektroforesis. Selama bertahun-tahun, kaedah ini telah berjaya digunakan untuk mengkaji apa yang dipanggil polimorfisme genetik, iaitu, perbezaan antara organisma, varieti, populasi, spesies, khususnya gandum dan bentuk bijirin yang berkaitan. Walau bagaimanapun, baru-baru ini, disebabkan oleh perkembangan pesat kaedah analisis DNA, termasuk penjujukan, kajian polimorfisme protein telah digantikan dengan kajian polimorfisme DNA. Walau bagaimanapun, kajian langsung spektrum protein simpanan (prolamin, gliadin, dll.), yang menentukan sifat pemakanan asas bijirin, kekal sebagai kaedah yang penting dan boleh dipercayai untuk analisis genetik, pemilihan dan pengeluaran benih tumbuhan pertanian.
Pengetahuan tentang gen, mekanisme ekspresi dan peraturannya sangat penting untuk pembangunan bioteknologi dan pengeluaran tumbuhan transgenik. Adalah diketahui bahawa kejayaan yang mengagumkan dalam bidang ini menyebabkan reaksi bercampur-campur daripada komuniti alam sekitar dan perubatan. Walau bagaimanapun, terdapat kawasan bioteknologi tumbuhan di mana ketakutan ini, jika tidak sepenuhnya tidak berasas, maka, dalam apa jua keadaan, kelihatan tidak penting. Kami bercakap tentang mewujudkan kilang industri transgenik yang tidak digunakan sebagai produk makanan. India baru-baru ini menuai tanaman pertama kapas transgenik yang tahan terhadap beberapa penyakit. Terdapat maklumat tentang pengenalan gen khas yang mengekod protein pigmen ke dalam genom kapas dan penghasilan gentian kapas yang tidak memerlukan pewarna tiruan. Satu lagi tanaman perindustrian yang mungkin tertakluk kepada kejuruteraan genetik yang berkesan ialah rami. Penggunaannya sebagai alternatif kepada kapas untuk bahan mentah tekstil telah dibincangkan baru-baru ini. Masalah ini amat penting bagi negara kita yang telah kehilangan sumber bahan mentah kapasnya sendiri.
PROSPEK UNTUK MENGKAJI GEnom TUMBUHAN
Jelas sekali bahawa kajian struktur genom tumbuhan akan berdasarkan pendekatan dan kaedah genomik perbandingan menggunakan hasil pentafsiran genom Arabidopsis dan beras sebagai bahan utama. Peranan penting dalam pembangunan genomik tumbuhan perbandingan akan, tanpa ragu-ragu, dimainkan oleh maklumat yang lambat laun akan disediakan oleh penjujukan jumlah (kasar) genom tumbuhan lain. Dalam kes ini, genomik tumbuhan perbandingan akan berdasarkan kepada mewujudkan hubungan genetik antara lokus individu dan kromosom kepunyaan genom yang berbeza. Kami tidak akan bercakap banyak tentang genomik umum tumbuhan, tetapi mengenai genomik terpilih lokus kromosom individu. Oleh itu, baru-baru ini ditunjukkan bahawa gen yang bertanggungjawab untuk vernalisasi terletak di lokus VRn-AI kromosom 5A gandum heksaploid dan lokus Hd-6 kromosom 3 beras.
Perkembangan kajian ini akan menjadi dorongan yang kuat untuk mengenal pasti, pengasingan dan penjujukan banyak gen tumbuhan yang penting dari segi fungsi, khususnya gen yang bertanggungjawab terhadap rintangan penyakit, rintangan kemarau, dan kebolehsuaian kepada pelbagai keadaan pertumbuhan. Genomik fungsional, berdasarkan pengenalpastian jisim (penyaringan) gen yang berfungsi dalam tumbuhan, akan semakin digunakan.
Kita boleh meramalkan peningkatan selanjutnya dalam teknologi kromosom, terutamanya kaedah microdissection. Penggunaannya secara dramatik memperluaskan kemungkinan penyelidikan genom tanpa memerlukan kos yang besar, seperti jumlah penjujukan genom. Kaedah penyetempatan gen individu pada kromosom tumbuhan menggunakan hibridisasi akan menjadi lebih meluas. in situ. Pada masa ini, penggunaannya dihadkan oleh sejumlah besar urutan berulang dalam genom tumbuhan, dan mungkin oleh keanehan organisasi struktur kromosom tumbuhan.
Pada masa hadapan yang boleh dijangka, teknologi kromosom juga akan menjadi sangat penting untuk genomik evolusi tumbuhan. Teknologi ini, yang agak murah, memungkinkan untuk menilai kebolehubahan intra dan interspesifik dengan cepat dan mengkaji genom alopoliploid kompleks gandum tetraploid dan heksaploid dan triticale; menganalisis proses evolusi pada tahap kromosom; menyiasat pembentukan genom sintetik dan pengenalan (introgression) bahan genetik asing; mengenal pasti hubungan genetik antara kromosom individu spesies yang berbeza.
Kajian karyotype tumbuhan menggunakan kaedah sitogenetik klasik, diperkaya dengan analisis biologi molekul dan teknologi komputer, akan digunakan untuk mencirikan genom. Ini amat penting untuk mengkaji kestabilan dan kebolehubahan karyotype pada tahap bukan sahaja organisma individu, tetapi juga populasi, varieti dan spesies. Akhirnya, sukar untuk membayangkan bagaimana seseorang boleh menganggarkan bilangan dan spektrum penyusunan semula kromosom (penyimpangan, jambatan) tanpa menggunakan kaedah pewarnaan pembezaan. Kajian sedemikian amat menjanjikan untuk memantau alam sekitar berdasarkan keadaan genom tumbuhan.
Di Rusia moden, tidak mungkin penjujukan langsung genom tumbuhan akan dijalankan. Kerja sedemikian, yang memerlukan pelaburan besar, adalah tidak mampan untuk ekonomi semasa kita. Sementara itu, maklumat tentang struktur genom Arabidopsis dan beras, yang diperolehi oleh sains dunia dan tersedia di bank data antarabangsa, adalah mencukupi untuk pembangunan genomik tumbuhan domestik. Adalah mungkin untuk meramalkan pengembangan penyelidikan ke dalam genom tumbuhan berdasarkan pendekatan genomik perbandingan untuk menyelesaikan masalah khusus pembiakan dan pengeluaran tanaman, serta untuk mengkaji asal usul pelbagai spesies tumbuhan yang mempunyai kepentingan ekonomi.
Ia boleh diandaikan bahawa dalam amalan pembiakan domestik dan penanaman tumbuhan, pendekatan genomik seperti penaipan genetik (RELF, RAPD, analisis AFLP, dll.), yang agak berpatutan untuk bajet kami, akan digunakan secara meluas. Selari dengan kaedah langsung untuk menentukan polimorfisme DNA, pendekatan berdasarkan kajian polimorfisme protein, terutamanya penyimpanan protein bijirin, akan digunakan untuk menyelesaikan masalah genetik dan pembiakan tumbuhan. Teknologi kromosom akan digunakan secara meluas. Ia agak murah, dan pembangunannya memerlukan pelaburan yang agak sederhana. Dalam bidang penyelidikan kromosom, sains domestik tidak kalah dengan dunia.
Perlu ditekankan bahawa sains kita telah memberikan sumbangan yang besar kepada pembentukan dan perkembangan genomik tumbuhan [,].
Peranan asas dimainkan oleh N.I. Vavilov (1887-1943).
Dalam biologi molekul dan genomik tumbuhan, sumbangan perintis A.N. Belozersky (1905-1972).
Dalam bidang penyelidikan kromosom, perlu diperhatikan kerja ahli genetik cemerlang S.G. Navashin (1857-1930), yang pertama kali menemui kromosom satelit dalam tumbuhan dan membuktikan bahawa adalah mungkin untuk membezakan kromosom individu dengan ciri-ciri morfologi mereka.
Satu lagi klasik sains Rusia G.A. Levitsky (1878-1942) menerangkan secara terperinci kromosom rai, gandum, barli, kacang polong dan bit gula, memperkenalkan istilah "karyotype" ke dalam sains dan mengembangkan doktrinnya.
Pakar moden, bergantung pada pencapaian sains dunia, boleh memberi sumbangan penting kepada perkembangan selanjutnya genetik tumbuhan dan genomik.
Penulis merakamkan setinggi-tinggi penghargaan kepada Ahli Akademik Yu.P. Altukhov untuk perbincangan kritis artikel dan nasihat berharga.Kerja pasukan yang diketuai oleh pengarang artikel itu disokong oleh Yayasan Penyelidikan Asas Rusia (geran No. 99-04-48832; 00-04-49036; 00-04-81086), Program Presiden Persekutuan Rusia untuk sokongan sekolah saintifik (geran No. 00-115 -97833 dan NSh-1794.2003.4) dan Program Akademi Sains Rusia "penanda genetik dan kromosom molekul dalam pembangunan kaedah pemilihan dan benih moden pengeluaran."
KESUSASTERAAN
1. Zelenin A.V., Badaeva E.D., Muravenko O.V. Pengenalan kepada genomik tumbuhan // Biologi molekul. 2001. T. 35. ms 339-348. 2. Pen E. Bonanza untuk Genomik Tumbuhan // Sains. 1998. V. 282. P. 652-654. 3. Genomik tumbuhan // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95. P. 1962-2032. 4. Kartel N.A. dan lain-lain. Genetik. Kamus Ensiklopedia. Minsk: Technologia, 1999. 5. Badaeva E.D., Friebe B., Gill B.S. 1996. Pembezaan genom dalam Aegilops. 1. Taburan jujukan DNA yang sangat berulang pada kromosom spesies diploid // Genom. 1996. V. 39. P. 293-306. Sejarah analisis kromosom // Biol. selaput. 2001. T. 18. ms 164-172.
