Генетика - основные понятия, виды и законы

История зарождения

Генетика — это довольно молодая наука, которая постоянно совершенствуется и в наши дни, хотя еще в V веке до н. э. были известны две основные концепции наследования. Первое учение, сторонником которого был Гиппократ, описывало появление репродуктивных клеток от всех органов тела. Просуществовало оно в течение многих веков.

Только в середине XIX века Мендель основал научный метод — генетический анализ. На опытах с горохом он открыл закон косвенного наследования характерных черт путем дискретных задатков, которые сегодня называют генами.

Но его открытие не поддержали другие ученые, поэтому появление генетики датируется 1900 годом, когда три научных специалиста подтвердили открытие законов Менделя. Историю развития науки разделяют на три стадии:

1. Первая связана с открытием Менделем законов наследственности. Множество экспериментальных скрещиваний растений и животных, проведенных в начале XX века, полностью подтвердили выводы биолога. Через некоторое время датский ученый Иоганнсен предложил назвать менделевский наследственный задаток геном и описал термины «генотип», «фенотип» и «популяция».
2. Начало второго этапа связано с генетическими исследованиями на клеточном уровне. Ученые, изучая клетки, пришли к выводу, что гены входят в гомологичные хромосомы, которые во время размножения распределяются между дочерними клетками. На этой стадии биолог из Америки Т. Морган открыл, что во время размножения клеток между гомологичными хромосомами происходит обмен. Этот факт имел важное значение в механизме наследственной изменчивости.
3. Передовыми результатами в области молекулярных наук характеризуется третья стадия. С новыми достижениями появилась вероятность изучать генетические закономерности на уровне бактерий и вирусов. В этот период возникла теория, которая гласила, что один ген отвечает за один фермент. Последний ускоряет конкретную реакцию, которая приводит к образованию признака.

В середине XX века американский психолог Д. Уотсон и английский биолог Ф. Крик создали спиральную модель ДНК, по которой им удалось проследить за копированием ее молекул. В современной генетике широко развивается научная инженерия, которая позволяет создавать собственные генетические системы.

Законы и основные понятия

Основные законы генетики сформулировал Мендель после ряда экспериментов и исследований на растениях. Правда, при жизни его научные открытия были малоизвестны и оценивались довольно критично. Законы Менделя:

1. Единообразие гибридов первого поколения. При скрещивании двух гомозиготных организмов, которые отличаются друг от друга парой альтернативных признаков, все новое поколение станет единообразным. Появившийся аллель считается доминантным и подавляет рецессивный признак. К примеру, Мендель провел эксперимент по скрещиванию гороха с белыми и пурпурными цветами. В итоге потомство получилось только с пурпурными цветами.
2. Расщепление признаков. Это закон, доказывающий, что при скрещивании гетерозиготных организмов рецессивные признаки первого поколения не исчезают, а просто никак не обнаруживаются в связке с доминантным геном. Они могут проявиться во втором гибридном поколении.
3. Независимое наследование признаков. При гибридизации пары гетерозигот, которые отличаются по двум и более признакам, потомство получается с разнообразной комбинацией генов.

Первые эксперименты осуществлялись на многих организмах, но затем биологи стали проводить процесс моделирования. Появились особи, по которым удалось накопить много научных результатов. С ними легче было работать в лабораторных условиях. В итоге несколько модельных видов стали основными. Кроме того, были упорядочены генетические термины. Из таблицы можно узнать основные понятия генетики:

Виды скрещиваний

Для проведения скрещиваний за основу принимаются родительские формы плодовых деревьев, у которых довольно высокая гетерозиготность. Во время селекционных опытов специалисты ограничиваются выведением гибридов, при отборе которых удается улучшить их свойства и получить планируемый результат. Типы скрещиваний в генетике:

• простые;
• реципрокные;
• циклические;
• топ-кроссы;
• диаллельные;
• самоопыление;
• неконтролируемое опыление.

Самые простые эксперименты отличаются тем, что родительские формы принимают участие только в одном сочетании. Такие опыты невозможно связать в систему, поэтому их часто называют несвязными скрещиваниями.

Если кратко проанализировать появление многих сортов, то можно прийти к выводу, что это итог скрещивания одного сорта с другим, а любая система представляет собой набор простых процессов.

Проведение системных экспериментов важно в трех случаях:

1. Когда необходимо получить ценный генотип для дальнейших селекционных функций.
2. Для выведения потомства с генотипической изменчивостью из ограниченного наличия сортов.
3. При необходимости проведения генетических анализов наследования признаков.

Чтобы подтвердить или опровергнуть, что доминирование генов связано с нахождением их в цитоплазме, специалисты проводят реципрокные скрещивания. Они представляют собой прямые и обратные эксперименты. Иногда при неудовлетворительном прямом скрещивании обратное приводит к положительным результатам.

Циклическая селекция проводится по замкнутой схеме, которая позволяет при малом количестве скрещиваний получить довольно разнообразную помесь. К топ-кроссу относятся опыты, проводимые между некоторыми исходными видами и конкретным рядом других сортов. Этот тип скрещиваний обладает популярностью и дает довольно много важных генотипов.

К диаллельным относятся генетические процессы между начальными формами в попарных комбинациях, в том числе сюда включены прямые и обратные скрещивания. Такие системы контролируют довольно полную комбинаторику генов и доказывают их плейотропность.

При самоопылении растение принудительно опыляют собственной пыльцой. Такой вид используется для генетического анализа наследования признаков. Свободное опыление является видом бесконтрольного скрещивания, которое относится к архаичному способу выведения потомства.

Значение науки

Сейчас все чаще дети рождаются с наследственными изменениями развития и патологическими отклонениями в функционировании важных органов. К этому приводят вредные привычки родителей и негативная экология.

Открытые учеными новые результаты в области генетики позволяют оказывать влияние на наследственность и предотвращают мутационные процессы. Большинство патологий носит генетическую природу, а именно:

• увеличение или уменьшение числа хромосом;
• нарушение обмена веществ;
• заболевания, связанные с хромосомами.

Такими симптомами обладают гемофилия, дальтонизм, галактоземия, синдром Клайнфельтера. Зная источники заболеваний, ученым легче разрабатывать методы предотвращения мутаций. Селекционные работы на животных и растениях уже давно стали самостоятельной наукой, но ее основу составляют генетические закономерности наследования.

Благодаря законам наследственности и изменчивости удалось вывести сорта растений с высокой урожайностью и получить редкие породы животных. Генетическая инженерия усиленно и успешно работает для фармацевтической промышленности. Выпуск большинства антибиотиков стало возможным с применением генетической модификации микроорганизмов-продуцентов.