Методы исследования генетики человека
Методы исследования генетики человека
- Для генетических исследований человек является неудобным объектом, так как у человека невозможно экспериментальное скрещивание; большое количество хромосом; поздно наступает половая зрелость; малое число потомков в каждой семье; невозможно уравнивание условий жизни для потомства. В генетике человека используется ряд методов исследования, которые чаще используются для диагностики генетических заболеваний, но вместе с этим они дают ответы на многие академические вопросы.
Задачами генетики человека являются :
- определение полной нуклеотидной последовательности ДНК генома человека, локализации генов и создании их банка;
- ранняя диагностика наследственной патологии путем совершенствования методов пренатальной и экспресс - диагностики;
- широкое внедрение медико-генетического консультирования;
- разработка методов генной терапии наследственных заболеваний на основе генной инженерии;
- выявление генетически опасных факторов внешней среды и разработка методов их нейтрализации.
ЧЕЛОВЕК КАК ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ
- Сложный кариотип - много хромосом и групп сцепления
- Невозможно экспериментальное получение потомства
- Поздно наступает половая зрелость и редкая смена поколений
- Малое число потомков в каждой семье
- Невозможность создания одинаковых условий жизни.
Ф. Гальтон- автор многих методов исследования генетики челокека
- Сэр Фрэнсис Гальтон (англ. Francis Galton; 16 февраля 1822 — 17 января 1911) — английский исследователь, географ, антрополог и психолог; основатель дифференциальной психологии и психометрики. Родился в Бирмингеме, в Англии.
- Гальтон был двоюродным братом Чарльза Дарвина по их деду — Эразмусу (Эразму) Дарвину. Его отцом был Самюэль Тертиус Гальтон , сын Самюэля «Джона» Гальтона . Семья Гальтон была известной и весьма успешной в сфере изготовления оружия и банкирском деле, в то время как Дарвины отличались в медицине и науке.
Генеалогический метод
Вывод
- Генеалогический метод исследования основан на составлении родословной человека и изучении характера наследования признака.
- Суть его состоит в установлении родословных связей и определении доминантных и рецессивных признаков и характера их наследования.
- Особенно эффективен этот метод при исследовании генных мутаций. Этот метод используется для диагностики наследственных заболеваний и медико-генетического консультирования. По характеру наследования определяется вероятность рождения ребенка с генетическими аномалиями.
- Генетический метод чаще всего использовался для мониторинга таких генетических заболеваний, как гемофилия или эпилепсия. Он был наиболее актуален вплоть до молекулярно-биологических открытий ХХ века.
Пример генетического метода
Популяционный метод
- Популяционный метод основан на сборе и анализе статистических данных о частотах того или иного признака. На основании обработанных данных появляется информация о распространенности в популяции изменчивых признаков, их норме реакции, об особых группах риска генетических заболеваний или о летальности этих признаков.
- С помощью популяционного метода возможно прогнозировать количество средств, необходимых для лечения генетических больных.
Процент (частота аллелей) групп крови
Цитогенетический метод
- Цитогенетический метод – основан на анализе кариотипа клеток, то есть на изучении хромосом человека в норме и при патологии. В норме кариотип человека включает 46 хромосом – 22 пары аутосом и две половые хромосомы. Использование данного метода позволило выявить группу болезней, связанных либо с изменением числа хромосом, либо с изменениями их структуры, примером может служить диагностирование на эмбриональном этапе синдрома Дауна или синдрома кошачьего крика.
Кариотип человека с синдромом Дауна
Молекулярно-биологический метод
- Этот метод позволяет установить риск развития и негенетических заболеваний, таких как сахарный диабет, артериальная гипертензия, и заранее начать их профилактику.
- Молекулярно-биологический метод позволяет установить предрасположенность человека, его таланты, его родство и происхождение.
- Молекулярно-биологический метод позволяет изучать нуклеотидную последовательность ДНК и непосредственно исследовать генотип. Этот метод дает исчерпывающую информацию о генотипе человека и позволяет делать выводы о его признаках и возможных признаках его потомков.
- Это самый эффективный и быстроразвивающийся метод. Любой человек может произвести молекулярно-биологический анализ и узнать риск развития большинства генетических заболеваний.
Близнецовый метод
- Близнецовый метод заключается в изучении фенотипов однояйцевых близнецов, которые обладают одинаковым генотипом. Близнецовый метод позволяет определить степень проявления признака у пары, влияние наследственности и среды на развитие признаков. Все различия, которые проявляются у однояйцевых близнецов, имеющих одинаковый генотип, связаны с влиянием внешних условий. Таким образом, близнецовый метод позволяет выявить роль генотипа и факторов среды в формировании признака, для чего изучаются и сравниваются степени сходства (конкордантность) и различий (дискордантность) монозиготных и дизиготных близнецов
Некоторые темины
Аллельные гены - гены расположенные в одних и тех же метах (лопусах) гомологичных хромосом.
Альтернативные признаки - противоположные качества одного признака (карие или голубые глаза, светлые или тёмные волосы и т.д.)
Ген - участок молекулы ДНК ответственный за проявление одного признака и синтез определенной молекулы белка.
Генотип - совокупность наследственных признаков полученные от родителей.
Гомологичные хромосомы - парные хромосомы одинаковые по формы, величине и характеру наследственной информации.
Доминантный признак - преобладающий признак проявляющийся в потомстве в любом состоянии.
Рецессивный признак - подавляемый признак проявляющийся только в гомозиготном состоянии.
Фенотип - совокупность признаков и свойств организмов проявляющаяся при взаимодействия генотипа со средой и меняющаяся в процессе жизни в зависимости от среды обитания.
Примет из ЕГЭ Тестовая часть
1) Как называется метод, сущность которого составляет скрещивание родительских форм, различающихся по ряду признаков, анализ их проявления в ряде поколений?
А) гибридологическим Б) цитогенетическим В) близнецовым Г) биохимическим
2) С помощью какого метода выявляется влияние генотипа и среды на развитие ребенка?
А) генеалогического Б) близнецового В) цитогенетического Г) гибридологического
3) Хромосомные наборы здоровых и больных людей изучают, используя метод
А) генеалогический Б) цитогенетический В) близнецовый Г) гибридологический
4) Хромосомные наборы здоровых и больных людей изучают, используя метод
А) генеалогический Б) цитогенетический В) близнецовый Г) гибридологический
Пример из ЕГЭ Часть с развернутым ответом
Задача 28.1
По изображённой на рисунке родословной определите и объясните характер наследования признака (доминантный или рецессивный, сцеплен или нет с полом), выделенного чёрным цветом. Определите генотипы потомков, обозначенных на схеме цифрами 3, 4, 8, 11 и объясните формирование их генотипов.
Задача 28.2
Группа крови и резус-фактор — аутосомные несцепленные признаки. Группа крови
контролируется тремя аллелями одного гена: i 0 , 1 А , 1 В . Аллели I А и I В доминантны по
отношению к аллелю i 0 . Первую группу (0) определяют рецессивные аллели i 0 , вторую группу
(А) определяет доминантный аллель I А , третью группу (В) определяет доминантный аллель
I В , а четвёртую (АВ) — два доминантных аллеля — I А I В . Положительный резус-фактор (R)
доминирует над отрицательным (r).
У отца третья группа крови и положительный резус (дигетерозигота), у матери вторая
группа и положительный резус (дигомозигота). Определите генотипы родителей. Какую
группу крови и резус-фактор могут иметь дети в этой семье, каковы их возможные генотипы и
соотношение фенотипов? Составьте схему решения задачи. Какой закон наследственности
проявляется в данном случае?
Задача 28.3
У мышей гены окраски шерсти и длины хвоста не сцеплены. Длинный хвост (В) развивается только у гомозигот, короткий хвост развивается у гетерозигот. Рецессивные гены, определяющие длину хвоста, в гомозиготном состоянии вызывают гибель эмбрионов.
При скрещивании самок мышей с чёрной шерстью, коротким хвостом и самца с белой шерстью, длинным хвостом получено 50% особей с чёрной шерстью и длинным хвостом, 50% - с чёрной шерстью и коротким хвостом. Во втором случае скрестили полученную самку с чёрной шерстью, коротким хвостом и самца с белой шерстью, коротким хвостом. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей, генотипы и фенотипы потомства в двух скрещиваниях, соотношение фенотипов во втором скрещивании. Объясните причину полученного фенотипического расщепления во втором скрещивании.
Задача 28.4
У человека близорукость – доминантный признак, а нормальное зрение – рецессивный. Нормальный уровень глюкозы в крови – доминантный признак, а предрасположенность к сахарному диабету – рецессивный. Близорукий мужчина, не страдающий сахарным диабетом, женился на предрасположенной к сахарному диабету девушке с нормальным зрением. Определите генотипы родителей и вероятность рождения детей с нормальным зрением и предрасположенных к заболеванию сахарным диабетом, если известно, что отец гетерозиготен по обоим признакам. Какой закон наследования проявляется в данном случае?
Задача 28.1 Ключи
Признак, выделенный чёрным цветом является рецессивным, сцепленным с Х
хромосомой: Х а , т. к. наблюдается «проскок» через поколение. Мужчина с признаком (8)
у него дочь без признака (11), а внуки — один с признаком (12), второй без (13), то есть
от отца (10) они получают Y — хромосому, а от матери (11) один Х а , другой Х А .
Генотипы людей, обозначенных на схеме цифрами 3, 4, 8, 11:
3 — женщина-носитель — Х А Х а
4 — мужчина без признака — Х А Y
8 — мужчина с признаком — Х а Y
11 — женщина-носитель — Х А Х а
Задача 28.2 Ключи
1) Генотипы родителей матери (по условию дигомозигота) RR I А I А ; отца (по условию дигетерозигота) Rr I В i 0
2) т. к. у матери образуется один тип гамет, а у отца четыре, то при скрещивании получаем расщепление по генотипу 1:1:1:1 RRI А I В ; RRI А i 0 ; RrI А I В ; RrI А i 0
Фенотипы детей: 50% резус-положительные IV группа крови : 50% резус-положительные II группа крови
3) Закономерности: кодоминирование по признаку группы крови; независимое наследование признаков по (между)первому и второму признаку.
Задача 28.3 Ключи
Схема решения задачи включает:
первое скрещивание: Р ♀ ААВb — с чёрной шерстью, коротким хвостом; ♂ ааВВ — с белой шерстью, длинным хвостом
второе скрещивание: Р ♀ А?Вb — с чёрной шерстью, коротким хвостом; ♂ ааВb — с белой шерстью, коротким хвостом
1) первое скрещивание:
P: ♀ ААВb х ♂ ааВВ
G: ♀АВ, ♀Аb ♂аВ
F 1 : АаВВ – чёрная шерсть, длинный хвост;
АаВb – чёрная шерсть, короткий хвост;
2) второе скрещивание:
P: ♀ АаВb х ♂ ааВb
G: ♀АВ, ♀Аb, ♀аВ, ♀аb ♂аВ, ♂аb
F 2 : 1АаВВ – чёрная шерсть, длинный хвост;
2АаВb – чёрная шерсть, короткий хвост;
1ааВВ – белая шерсть, длинный хвост;
2ааВb – белая шерсть, короткий хвост;
Ааbb и ааbb погибают на эмбриональной стадии
3) во втором скрещивании фенотипическое расщепление особей:
1: 2 : 1 : 2, так как особи с генотипом Ааbb и ааbb погибают на эмбриональной стадии.
Задача 28.4 Ключи
Схема решения задачи включает:
Отец близорукий не страдающий диабетом (гетерозиготен по обоим признакам) — АаВв
мать с нормальным зрением и предрасположена к диабету — аавв
1)
Р ♀ аавв → ♂ АаВв
G ♀: ав
G ♂: АВ, Ав, аВ, ав
2) Вероятность рождения детей с указанными признаками 25 %.
3) Проявляется закон независимого наследования признаков
Проверка части с развернутым ответом
Критерии оценивания выполнения задания
Баллы
Ответ включает все названные выше элементы, не содержит биологических ошибок
3
Ответ включает 2 из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок,
Ответ включает 1 из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок,
2
ИЛИ
ИЛИ
1
ответ включает 3 названных выше элемента, но содержит негрубые биологические ошибки
Ответ неправильный
ответ включает 2 из названных выше элементов, но содержит негрубые биологические ошибки
0
Максимальный балл
3