Мутационная изменчивость. Мутационная теория хуго де фриза

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

Мутационная теория, или, правильнее, теория мутаций, составляет одну из основ генетики. Она зародилась вскоре после переоткрытия законов Г. Менделя в трудах Г. Де Фриза (1901 -1903). Еще раньше к представлениям о скачкообразном изменении наследственных свойств пришел русский ботаник С. И. Коржинский (1899) в своем труде «Гетерогенезис и эволюция». Так что справедливо говорить о мутационной теории Коржинского - Де Фриза. Гораздо обстоятельнее мутационная теория изложена в трудах Г. Де Фриза, посвятившего большую часть жизни изучению проблемы мутационной изменчивости растений.

На первых порах мутационная теория всецело сосредоточилась на фенотипическом проявлении наследственных изменений, практически не занимаясь механизмом их возникновения. В соответствии с определением Г. Де Фриза мутация представляет собой явление скачкообразного, прерывистого изменения наследственного признака. Как будет показано в дальнейшем, само определение понятия «мутация» вызывает трудности. До сих пор, несмотря на многочисленные попытки, не существует краткого определения мутации, лучшего, чем дал Г. Де Фриз, хотя и оно не свободно от недостатков.

Мутации (от лат. mutatio - изменение, перемена) внезапно возникающие естественные (спонтанные) или вызываемые искусственно (индуцированные) стойкие изменения наследственных структур живой материи, ответственных за хранение и передачу генетической информации. Способность давать М. - мутировать - универсальное свойство всех форм жизни от вирусов и микроорганизмов до высших растений, животных и человека; оно лежит в основе наследственной изменчивости (См. Изменчивость) в живой природе. М., возникающие в половых клетках или спорах (генеративные М.), передаются по наследству; М., возникающие в клетках, не участвующих в половом размножении (Соматические мутации), приводят к генетическому мозаицизму: часть организма состоит из мутантных клеток, другая - из немутантных. В этих случаях М. могут наследоваться только при вегетативном размножении с участием мутантных соматических частей организма (почек, черенков, клубней и т. п.).

Внезапное возникновение наследственных изменений отмечалось многими учёными 18 и 19 вв., было хорошо известно Ч. Дарвину, но углублённое изучение М. началось лишь с зарождением на пороге 20 в. экспериментальной генетики. Термин «М.» ввёл в генетику в 1901 Х. Де Фриз.

Типы мутаций . По характеру изменения генетического аппарата М. делят на геномные, хромосомные и генные, или точковые. Геномные М. заключаются в изменении числа хромосом в клетках организма. К ним относятся: Полиплоидия - увеличение числа наборов хромосом, когда вместо обычных для диплоидных организмов 2 наборов хромосом их может быть 3, 4 и т. д.; Гаплоидия - вместо 2 наборов хромосом имеется лишь один; Анеуплоидия - одна или несколько пар гомологических хромосом отсутствуют (нуллисомия) или представлены не парой, а лишь одной хромосомой (моносомия) либо, напротив, 3 или более гомологичными партнёрами (трисомия, тетрасомия и т. д.). К хромосомным М., или хромосомным перестройкам (См. Хромосомные перестройки), относятся: инверсии - участок хромосомы перевёрнут на 180°, так что содержащиеся в нём гены расположены в обратном порядке по сравнению с нормальным; транслокации - обмен участками двух или более негомологичных хромосом; делеции - выпадение значительного участка хромосомы; нехватки (малые делеции) - выпадение небольшого участка хромосомы; дупликации - удвоение участка хромосомы; фрагментации - разрыв хромосомы на 2 части или более. Генные М. представляют собой стойкие изменения химического строения отдельных Генов и, как правило, не отражаются на наблюдаемой в микроскоп морфологии хромосом. Известны также М. генов, локализованных не только в хромосомах, но и в некоторых самовоспроизводящихся органеллах цитоплазмы (например, в митохондриях, пластидах; см. Наследственность цитоплазматическая).

Мутационная теория , или, правильнее, теория мутаций, составляет одну из основ генетики. Она зародилась вскоре после переоткрытия законов Г. Менделя в трудах Г. де Фриза (1901-1903). Еще раньше к представлениям о скачкообразном изменении наследственных свойств пришел русский ботаник С.И. Коржинский (1899) в своем труде «Гетерогенезис и эволюция». Так что справедливо говорить о мутационной теории Коржинско- го-де Фриза. Гораздо обстоятельнее мутационная теория изложена в трудах Г. де Фриза, посвятившего большую часть жизни изучению проблемы (нутационной изменчивости растений.

На первых порах мутационная теория всецело сосредоточилась на фенотипическом проявлении наследственных изменений, практически не занимаясь механизмом их возникновения. В соответствии с определением Г. де Фриза мутация представляет собой явление скачкообразного, прерывистого изменения наследственного признака Определение понятия «мутация» вызывает трудности. До сих пор, несмотря на многочисленные попытки, не существует краткого определения мутации, лучшего, чем дал Г. де Фриз, хотя и оно не свободно от недостатков.

Основные положения мутационной теории Г. де Фриза сводятся к следующему:

• 1. Мутации возникают внезапно как дискрегные изменения признаков.
• 2. Новые формы устойчивы.
• 3. В отличие от ненаследственных изменений мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они представляют собой качественные изменения.
• 4. Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными.
• 5. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.
• 6. Сходные мутации могут возникать неоднократно.

Как и многие генетики раннего периода, Г. де Фриз ошибочно считал, что мутации могут сразу давать начало новым видам, т. е. минуя естественный отбор. Г. де Фриз создал свою мутационную теорию на основе экспериментов с различными видами Oenothera. Парадокс заключался в том, что в действительности он не получил мутаций, а наблюдал результат комби нативной изменчивости, поскольку формы, с которыми он работал, оказались сложными гетерозиготами по транслокациям.

Строгое доказательство возникновения мутаций принадлежит В. Иоганнсену, изучавшему наследование в чистых (самоопыляющихся) линиях фасоли и ячменя. Полученный им результат касался количественного признака - массы семян. Мерные значения таких признаков обязательно варьируют, распределяясь вокруг некоей средней величины. Мутационное изменение подобных признаков и обнаружил В. Иоганнсен (1908-1913).

Так или иначе, но гипотеза о возможности скачкообразных наследственных изменений - мутаций, которую на рубеже столетий обсуждали многие генетики, получила экспериментальное подтверждение.

Крупнейшим обобщением работ по изучению изменчивости в начале XX в. стал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова (1920). Согласно этому закону близким видам и родам организмов свойственны сходные ряды наследственной изменчивости. Чем ближе таксономически рассматриваемые организмы, тем большее сходство наблюдается в ряду (спектре) их изменчивости. Справедливость этого закона Н.И. Вавилов проиллюстрировал на огромном ботаническом материале.

Закон Н.И. Вавилова находит подтверждение в изучении изменчивости животных и микроорганизмов не только на уровне целых организмов, но и отдельных их структур. Достаточно вспомнить эволюционный принцип параллелизма в развитии тканей, сформулированный А.А. Заварзиным.

Закон Н.И. Вавилова имеет большое значение для селекционной практики, поскольку прогнозирует поиск определенных форм культурных растений и животных. Зная характер изменчивости одного или нескольких близких видов, можно целенаправленно искать формы, еще не известные у данного организма, но уже открытые у его таксономических родственников. Своим законом гомологических рядов Н.И. Вавилов фактически заложил основы нового направления - сравнительной генетики.

Генные мутации

1. Изменчивость, ее причины и методы изучения. Классификация форм изменчивости. Фенотипическая изменчивость и ее компоненты. Наследуемость признаков

2. Мутационная изменчивость. Основные положения мутационной теории. Общие свойства мутаций.

3. Генные мутации. Последствия мутаций. Методы выявления генных мутаций.

4. Общие закономерности мутационного процесса. Механизмы возникновения генных мутаций.

Изменчивость, ее причины и методы изучения. Классификация форм изменчивости. Фенотипическая изменчивость и ее компоненты. Наследуемость признаков

Самовоспроизведение с изменением – это одно из основных свойств жизни. Термин «изменчивость» служит для обозначения различных понятий; как и большинство других терминов, он полисемантичен (многозначен). Юрий Александрович Филипченко различал два основных подхода к определению изменчивости.

1. Изменчивость как состояние. В этом значении термин «изменчивость» служит для обозначения отличий биологических объектов друг от друга в данный момент времени. Всегда существуют различия между частями одного организма, между разными организмами в популяции, между разными внутрипопуляционными группировками, между популяциями.

2. Изменчивость как процесс. В этом значении термин «изменчивость» служит для обозначения изменения биологического объекта во времени. В этом случае изменчивость отражает развитие особи, отличие потомков от родителей.

Любая наблюдаемая изменчивость является фенотипической. В свою очередь, фенотипическая, или общая изменчивость включает три компонента:

– Наследственная (генетическая , или генотипическая изменчивость ) – в значительной мере обусловлена влиянием генетических факторов. Например, в сходных условиях выращивается несколько сортов одного вида растений. Тогда различия между результатами эксперимента (например, урожайность) обусловлены генетическими особенностями каждого сорта. В основе генетической изменчивости лежит мутационная и комбинативная изменчивость.

– Ненаследственная (модификационная ) изменчивость – в значительной мере обусловлена действием негенетических (экзогенных ) факторов. Например, один сорт растений выращивается в разных условиях. Тогда различия между результатами эксперимента (например, урожайность) обусловлены влиянием условий выращивания растений.

– Неконтролируемая (остаточная изменчивость ) – обусловлена неконтролируемыми (по крайней мере, в данном эксперименте) факторами.

Для разных признаков влияние генотипа и условий среды на общую фенотипическую изменчивость неодинаково. Например, окраска шерсти, жирномолочность у крупного рогатого скота, масса яиц у кур зависят, в основном, от особенностей породы (т.е. от генотипа) – эти признаки обладают высокой наследуемостью. Другие признаки: качество шерсти, общая удойность у КРС, яйценоскость у кур – зависят, в основном, от условий выращивания и содержания – эти признаки обладают низкой наследуемостью.

Мутационная изменчивость. Основные положения мутационной теории. Общие свойства мутаций

Термин «мутация» (от лат. mutatio – изменение) долгое время использовался в биологии для обозначения любых скачкообразных изменений. Например, немецкий палеонтолог В. Вааген называл мутацией переход от одних ископаемых форм к другим. Мутацией называли также появление редких признаков, в частности,меланистических форм среди бабочек.

Современные представления о мутациях сложились к началу XX столетия. Например, российский ботаник Сергей Иванович Коржинский в 1899 г. разработал эволюционную теорию гетерогенезиса, основанную на представлениях о ведущей эволюционной роли дискретных (прерывистых) изменений.

Однако наиболее известной стала мутационная теория голландского ботаника Хьюго (Гуго) Де Фриза (1901 г.), который ввел современное, генетическое понятие мутации для обозначения редких вариантов признаков в потомстве родителей, которые не имели этого признака.

Де Фриз разработал мутационную теорию на основе наблюдений за широко распространенным сорным растением – ослинником двулетним, или энотерой (Oenothera biennis ). У этого растения существует несколько форм: крупноцветковые и мелкоцветковые, карликовые и гигантские. Де Фриз собирал семена с растения определенной формы, высевал их и получал в потомстве 1…2% растений другой формы. В дальнейшем было установлено, что появление редких вариантов признака у энотеры не является мутацией; данный эффект обусловлен особенностями организацией хромосомного аппарата этого растения. Кроме того, редкие варианты признаков могут быть обусловлены редкими сочетаниями аллелей (например, белая окраска оперения у волнистых попугайчиков определяется редким сочетаниемaabb ).

Основные положения мутационной теории Де Фриза остаются справедливыми и по сей день (разумеется, с некоторыми современными уточнениями):

В настоящее время принято следующее определение мутаций:

Мутации – это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Организм, во всех клетках которого обнаруживается мутация, называется мутантом . Это происходит в том случае, если данный организм развивается из мутантной клетки (гаметы, зиготы, споры). В ряде случаев мутация обнаруживается не во всех соматических клетках организма; такой организм называют генетической мозаикой . Это происходит, если мутации появляются в ходе онтогенеза – индивидуального развития. И, наконец, мутации могут происходить только в генеративных клетках (в гаметах, спорах и в клетках зародышевого пути – клетках-предшественницах спор и гамет). В последнем случае организм не является мутантом, но часть его потомков будет мутантами.

Различают «новые» мутации (возникающие de novo) и «старые» мутации. Старые мутации – это мутации, появившиеся в популяции задолго до начала их изучения; обычно о старых мутациях едет речь в генетике популяций и в эволюционной теории. Новые мутации – это мутации, появляющиеся в потомстве немутантных организмов (♀АА × ♂ АА → Аа ); обычно именно о таких мутациях идет речь в генетике мутагенеза.

Мутация – это случайное явление, т.е. невозможно предсказать: где, когда и какое изменение произойдет. Можно только оценить вероятность мутации в популяциях, зная фактические частоты определенных мутаций. Например, вероятность появления у кишечной палочки устойчивости к тетрациклину равна 10 –10 (одна десятимиллиардная), поскольку лишь одна из 10 миллиардов клеток обнаруживает устойчивость к этому антибиотику (зато все потомство этой бактерии будет устойчивым к тетрациклину).

Установлено, что мутабильность гена (т.е. частота появления определенной мутации) зависит от природы гена: существуют гены, склонные к мутированию, и относительно стабильные гены.

Вероятность события – это математическая абстракция, математическое ожидание того, или иного события. Вероятность случайного события лежит в пределах от 0 до 1. Математическое ожидание определяется вне опыта (априорно), на основании дедуктивных рассуждений. Например, при подбрасывании монеты вероятность выпадения «орла» равна вероятности выпадения «решки» и равна 50% или 0,5: Р О =Р Р =0,5.

Однако в биологии вероятность многих событий не может быть найдена вне опыта, например, вероятность рождения ребенка с синдромом Дауна. Тогда понятие математической вероятности подменяется понятиемстатистической вероятности . Статистическая вероятность определяется опытным путем (апостериорно). Численно статистическая , или апостериорная вероятность события равна относительной частоте этого события. Например, на 700 новорожденных приходится один ребенок с болезнью Дауна. Тогда статистическая вероятность рождения ребенка с этим заболеванием равна 1/700 ≈ 0,0014.

Относительная частота колеблется около некоторого постоянного числа, которое и является математическим ожиданием события. Чем больше проведено наблюдений, тем больше апостериорная вероятность приближается к математическому ожиданию данного события.

В одной и той же клетке может произойти несколько мутаций. Однако единичная мутация – это редкое событие. Поэтому для нахождения вероятности одновременного появления двух, трех и более мутаций нельзя использовать правило перемножения вероятностей. Вероятность того, что в клетке не произойдет ни одной мутации, произойдет одна мутация или более рассчитывается по закону Пуассона (чем выше вероятность одиночной мутации, тем более симметричной становится кривая распределения).

Мутационная теория составляет одну из основ генетики. Она зародилась вскоре после переоткрытия Т. Морганом законов Менделя в начале 20 столетия. Можно считать, что она почти одновременно зародилась в умах голландца Хуго Де Фриза (1903) и отечественного ученого-ботаника С. И. Коржинского (1899). Однако приоритет в первенстве и в большем совпадении изначальных положений принадлежит российскому ученому. Признание основного эволюционного значения за дискретной изменчивостью и отрицание роли естественного отбора в теориях Коржинского и Де Фриза было связано с неразрешимостью в то время противоречия в эволюционном учении Ч. Дарвина между важной ролью мелких уклонений и их «поглощением» при скрещиваниях (см. кошмар Дженкина).

Основные положения мутационной теории Коржинского-Де Фриза можно свести к следующим пунктам:

1.Мутации внезапны, как дискретные изменения признаков

2.Новые формы устойчивы

3.В отличие от наследственных изменений, мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они являют собой качественные скачки изменений

4.Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными

5.Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследуемых особей

6.Сходные мутации могут возникать неоднократно

ГЕНОМНЫЕ МУТАЦИИ:

Мутация – это случайное явление, т.е. невозможно предсказать: где, когда и какое изменение произойдет. Можно только оценить вероятность мутации в популяциях, зная фактические частоты определенных мутаций.

Генные мутации выражаются в изменении структуры отдельных участков ДНК. По своим последствиям генные мутации делятся на две группы: мутации без сдвига рамки считывания и мутации со сдвигом рамки считывания.

Мутации без сдвига рамки считывания происходят в результате замены нуклеотидных пар, при этом общая длина ДНК не изменяется. В результате возможна замена аминокислот, однако из-за вырожденности генетического кода возможно и сохранение структуры белка.

Мутации со сдвигом рамки считывания (фреймшифты) происходят в результате вставки или потери нуклеотидных пар, при этом общая длина ДНК изменяется. В результате происходит полное изменение структуры белка.

Однако если после вставки пары нуклеотидов происходит потеря пары нуклеотидов (или наоборот), то аминокислотный состав белков может восстановиться. Тогда две мутации хотя бы частично компенсируют друг друга. Это явление называется внутригенной супрессией.

Нонсенс–мутации. Особую группу генных мутаций составляют нонсенс-мутации с появлением стоп-кодонов (замена смыслового кодона на стоп-кодон). Нонсенс-мутации могут возникать как вследствие замен нуклеотидных пар, так и с потерями или вставками. С появление стоп-кодонов синтез полипептида вообще обрывается. В результате могут возникать нуль-аллели, которым не соответствует ни один белок. Соответственно, возможно и обратное явление: замена нонсенс-кодона на смысловой кодон. Тогда длина полипептида может увеличиваться.

Методы выявления генных мутаций

Сложность выявления генных мутаций связана, во-первых, с рецессивностью большинства мутаций (вероятность их фенотипического проявления ничтожно мала), а во вторых с летальностью многих из них (мутанты не выживают).

Все множество методов выявления генных мутаций можно разделить на две группы: методы генетического анализа и биохимические методы.

1. Методы генетического анализа основаны на скрещивании возможных носителей мутации с тестерными линиями (линиями-анализаторами). Самый простой метод – это скрещивание носителей предполагаемой мутации с соответствующей рецессивно-гомозиготной линией, т.е. обычное анализирующее скрещивание.

Однако этот метод не позволяет выявить неизвестные мутации, а также летальные мутации. Поэтому создаются специальные тестерные линии для учета летальных мутаций.

2. Биохимические методы выявления мутаций исключительно разнообразны и основаны на применении различных методик.

а). Методики, основанные на выявлении определенных биохимических продуктов мутантных генов. Легче всего выявлять мутации по изменению активности ферментов или по утрате какого-либо биохимического признака. Например, у микроорганизмов на селективных питательных средах выявляются ауксотрофные формы, не способные синтезировать определенные вещества (по сравнению с нормальными, прототрофными формами).

б). Методики, основанные на непосредственном выявлении измененных нуклеиновых кислот и белков с помощью гель-электрофореза в сочетании с другими методиками (блот-гибридизации, авторадиографии).

Причины возникновения мутаций

По причинам возникновения различают спонтанные и индуцированные мутации.

Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают без видимых причин. Эти мутации иногда рассматривают как ошибки трех Р: процессов репликации, репарации и рекомбинации ДНК. Это означает, что процесс возникновения новых мутаций находится под генетическим контролем организма. Например, известны мутации, которые повышают или понижают частоту других мутаций; следовательно, существуют гены-мутаторы и гены-антимутаторы.

В то же время, частота спонтанных мутаций зависит и от состояния клетки (организма). Например, в условиях стресса частота мутаций может повышаться.

Индуцированные мутации возникают под действием мутагенов.

Мутагены – это разнообразные факторы, которые повышают частоту мутаций.

Впервые индуцированные мутации были получены отечественными генетиками Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в 1925 г. при облучении дрожжей излучением радия.

Различают несколько классов мутагенов:

– Физические мутагены: ионизирующие излучения, тепловое излучение, ультрафиолетовое излучение.

– Химические мутагены: аналоги азотистых оснований (например, 5-бромурацил), альдегиды, нитриты, метилирующие агенты, гидроксиламин, ионы тяжелых металлов, некоторые лекарственные препараты и средства защиты растений.

– Биологические мутагены: чистая ДНК, вирусы, антивирусные вакцины.

– Аутомутагены – промежуточные продукты обмена веществ (интермедиаты). Например, этиловый спирт сам по себе мутагеном не является. Однако в организме человека он окисляется до ацетальдегида, а это вещество уже является мутагеном.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Тип урока: изучение новой темы.

Цель урока:

• раскрыть сущность мутационной изменчивости, проблемы биологической безопасности продуктов питания и показать роль мутаций в природе и жизни человека;

Задачи урока:

• Образовательные : на основе знаний учащихся определить особенности мутационной изменчивости, формировать умения по выявлению мутагенных факторов в окружающей среде, углубить знания о сущности процессов, происходящих при мутационной изменчивости.
• Развивающие : развивать умение сравнивать, анализировать, делать выводы.
• Воспитательные : воспитывать бережное отношение к своему здоровью и здоровью будущих поколений; понимание необходимости исследования своей родословной с целью предотвращения заболеваний в случае существования предрасположенности к ним.

Оборудование: мультимедийный проектор или интерактивная доска с подготовленными схемами, компьютерная презентация “Мутационная изменчивость. Проблемы биобезопасности”; муляжи полиплоидных плодов.

Цели урока (для учащихся):

• Узнать о видах наследственной изменчивости, причинах возникновения мутаций их материальной основе.
• Определить значение мутаций для эволюции, селекции и медицины.
• Понять, как можно избежать возникновения мутаций.

Методы обучения: репродуктивные (рассказ, эвристическая беседа), проблемные задания, технология развития критического мышления, метод сравнения, становления связи, анализа, синтеза и классификации, здоровьесберегающие технологии.

Ход урока

I. Организационный момент

Учитель объявляет тему урока.

План урока:

1. Понятие “Мутация”.
2. Основные положения мутационной теории.
3. Классификация мутаций.
4. Факторы возникновения мутаций – мутагены.
5. Проблемы биобезопасности.
6. Значение мутаций.

II. Актуализация опорных знаний учащихся

Давайте вспомним, какое свойство живых организмов дает возможность приобретать им новые свойства и признаки? (Изменчивость).

Какие формы изменчивости вам известны? (Ненаследственная, или модификационная, наследственная).

Чем отличаются эти формы изменчивости? (Модификационная изменчивость не передается из поколения в поколение, она не затрагивает генотип организма, мутационная изменчивость является наследственной и затрагивает генотип организма).

III. Активизация познавательного интереса

Когда мы проходим мимо экспонатов Кунсткамеры, сердце замирает от вида мутантов с лишними или недостающими частями тела (двухголовый ягнёнок, сиамские близнецы, сиреномелия). Уроды человеческие и животные собирались по указу Петра со всех концов России, поскольку “во всех государствах они ценились как диковинки”. Мутанты вызывают у народа смесь интереса и брезгливости: голубые лобстеры, мыши с ушами человека на спинах, мухи с ногами вместо антенн, двуглавые змеи….

IV. Постановка проблемного вопроса

За время своего развития человечество накопило величайшее достояние – ГЕНОФОНД, определяющий состояние вида HOMO SAPIENS, в котором заложено все, что, есть в нас животного и человеческого. Но наш генофонд в целом и генотип конкретного человека – хрупкая система. Химизация сельского хозяйства, современная косметика, отходы промышленного производства, генно-модифицированные объекты, лекарственные препараты – причины генетических изменений организма - мутаций.

Каковы последствия мутаций?

Не подвергает ли человечество себя серьезному риску непредвиденных генетических изменений?

V. Изучение нового материала

Сегодня на уроке мы подробно рассмотрим одну из форм наследственной изменчивости, а именно - мутационную изменчивость.

Мутационная изменчивость основывается на возникновении мутаций. Мутации (от лат. “mutation – изменение, перемена) – внезапно возникающие стойкие изменения генотипа, передающиеся по наследству. Термин “мутация” был введен голландским биологом Гуго де Фризом в 1901 г. Проводя опыты с растением ослинник (энотера), он случайно обнаружил экземпляры, отличающиеся рядом признаков от остальных (большой рост, гладкие, узкие длинные листья, красные жилки листьев и широкая красная полоса на чашечке цветка…). Причем при семенном размножении растения из поколения в поколение стойко сохраняли эти признаки. В результате обобщения своих наблюдений, Де Фриз создал мутационную теорию. Дальнейшие исследования показали, что подобные отклонения характерны для всех живых организмов: растений, животных, микроорганизмов. На основе этих исследований де Фризом была создана мутационная теория. Процесс возникновения мутаций называют мутагенез , организмы, у которых произошли мутации, – мутантами , а факторы среды, вызывающие появление мутаций, – мутагенами . Мутации генов возникают у всех классов и типов животных, высших и низших растений, многоклеточных и одноклеточных организмов, у бактерий и вирусов. Мутационная изменчивость как процесс качественных скачкообразных изменений является общим свойством всех органических форм.

Основные положения мутационной теории

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно.

2. Мутации наследуются, то есть передаются из поколения в поколение.

3. Мутации не направлены: мутировать может ген в любом локусе, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков.

4. Сходные мутации могут возникать повторно.

5. Мутации по характеру проявления могут быть доминантными и рецессивными.

6. Мутации носят индивидуальный характер.

Классификация мутаций

I. По характеру изменения генома

Цитоплазматические мутации - результат изменения ДНК клеточных органоидов – пластид, митохондрий. Передаются только по женской линии, т.к. митохондрии и пластиды из сперматозоидов в зиготу не попадают. Пример у растений – пестролистность.

Генные мутации

Наиболее часто встречающиеся мутации – генные, их ещё называют точечными – изменения нуклеотидной последовательности молекулы ДНК в определенном участке хромосомы. Генные мутации выражаются в выпадении, добавлении или перестановке нуклеотидов в гене. Эффекты генных мутаций разнообразны. Большая часть из них в фенотипе не проявляется, так как они рецессивные. Это позволяет им длительное время сохраняться у особей в гетерозиготном состоянии без вреда для организма и проявиться в будущем при переходе в гомозиготное состояние.

Однако известны случаи, когда замена даже одного азотистого основания в нуклеотиде влияет на фенотип . Примером нарушения, вызванного такой мутацией, служит серповидно-клеточная анемия. При этом заболевании эритроциты под микроскопом имеют характерную серпообразную форму и обладают пониженной стойкостью и пониженной кислород-транспортирующей способностью, поэтому у больных с серповидноклеточной анемией повышено разрушение эритроцитов в селезенке, укорочен срок их жизни, повышен гемолиз и часто имеются признаки хронической гипоксии (кислородной недостаточности). Развивающаяся анемия вызывает физическую слабость, нарушение деятельности сердца, почек и может привести к ранней смерти людей, гомозиготных по мутантному аллелю.

Хромосомные мутации - изменения структуры хромосом.

Самостоятельная работа с учебником.

Задание: Изучив материал параграф 47 на с. 167-168 “Хромосомные мутации” и рис. 66 на с. 168, заполнить таблицу “Виды хромосомных мутаций”:

Геномные мутации приводят к изменению числа хромосом. Это может происходить в процессе мейоза из-за нерасхождения хромосом.

При кратном увеличении набора хромосом образуются полиплоиды. Они называются: 3n – триплоид, 4n – тетраплоид, 5n – пентаплоид, 6n – гексаплоид и т.д.

Большая часть сельскохозяйственных растений являются полиплоидами, они обладают высокой урожайностью, лучшей приспособленностью к неблагоприятным условиям, имеют крупные плоды, запасающие органы, цветки, листья. Академик П. М. Жуковский сказал: “Человечество питается и одевается преимущественно продуктами полиплоидии”. Полиплоидия у животных встречается очень редко. Как вы думаете, почему?

(Полиплоидные животные нежизнеспособны, поэтому полиплоидия в селекции животных не используется).

Единственное полиплоидное животное, которое использовалось человеком, которое использовалось человеком, это тутовый шелкопряд.

Геномные мутации, при которых кратно уменьшается количество хромосом, дают мутантов, которые называются гаплоидами.

Если в результате мутации появляется или исчезает одна хромосома, такие мутанты называют анэуплоидами (2n+1, 2n-1, 2n+2, 2n – 2…).

У человека анэуплоидия приводит к наследственным болезням. Например, когда в хромосомном наборе оказывается одна лишняя хромосома и в диплоидном наборе их будет 47, вместо 46, то это вызовет геномную мутацию, которую называют синдром Дауна (трисомия – 21). Клинически была описана в 1866 г. Английским педиатром Л. Дауном. По его имени и названа эта болезнь - синдром (или болезнь) Дауна. Болезнь Дауна проявляется в значительном снижении жизнеспособности, недостаточном умственном развитии. Дети - Дауны обучаемы, но значительно отстают в развитии от своих сверстников и требуют к себе более повышенного внимания. Кроме того, у них короткое коренастое туловище, наблюдается снижение сопротивляемости болезням, врожденные сердечные аномалии и т.д.Одна из наиболее распространенных хромосомных болезней, встречается в среднем с частотой 1 на 700 новорожденных. У мальчиков и девочек болезнь встречается одинаково часто. Дети с синдромом Дауна чаще рождаются у пожилых родителей. Если возраст матери 35 - 46 лет, то вероятность рождения больного ребенка возрастает до 4,1 %, с возрастом матери риск увеличивается. Возможность возникновения повторного случая заболевания в семье с трисомией 21 составляет 1 - 2 %.

II. По месту возникновения:

По исходу для организма какие могут быть мутации?

Летальные, полулетальные, нейтральные.

Летальные – не совместимые с жизнью;

- полулетальные – снижающие жизнеспособность.

- нейтральные – повышают приспособленность и жизнеспособность организмов. Они являются материалом для эволюционного процесса, используются человеком для выведения новых сортов растений, пород животных.

Факторы возникновения мутаций:

Учитель: Давайте рассмотрим факторы, которые вызывают мутации – мутагены.

Распределите понятия по данным факторам: радиоактивное излучение, ГМО, соли тяжелых металлов, температура, лекарства, вирусы, аналоги азотистых оснований, бактерии, пищевые консерванты, рентгеновские лучи, кофеин, формальдегид, стрессы.

С какой группой мутагенов мы встречаемся чаще всего?

В повседневной жизни мы сталкиваемся с продуктами питания, производители которых используют ГМО. Порой, балуем себя шоколадками, варим супы быстрого приготовления, заходим перекусить в рестораны быстрого питания и никогда не задумываемся, к каким последствиям это может привести в дальнейшем.

Что такое ГМО?

Расшифровывается ГМО - генно-модифицированные организмы, это живые организмы, созданные при помощи генной инженерии. Данные технологии очень широко применяются в сельском хозяйстве, потому что растения, выращенные при помощи генной инженерии, устойчивы к вредителям и имеют повышенную урожайность.

Генетически модифицированные организмы - это организмы в генетический код которых при помощи генной инженерии внедрены чужеродные гены. Например, в ген картофеля добавляют ген скорпиона - его не едят никакие насекомые! Или в помидоры внедрили ген полярной камбалы - они перестали бояться морозов.

Проблемы биобезопасности

Вопросы использования и контроля за ГМО затрагивают права граждан на получение своевременной, полной и достоверной информации о состоянии окружающей среды, рисках и угрозах для здоровья, а широкомасштабное неконтролируемое распространение на пищевом рынке России ГМ продуктов питания может негативно отразиться на здоровье населения и будущем нации.

“Население России необходимо шире информировать о вреде генетически модифицированных (ГМ) продуктов . Чем больше вы будете говорить об этой проблеме, тем лучше для граждан и сельхозпроизводителей ”, – считает Владимир Путин . "Надо использовать европейский опыт, где работа в этом направлении сводится к тому, чтобы как можно больше улучшить информирование населения о вреде таких продуктов ", – подчеркнул он.

Генный инженер, создавая ГМО, нарушает один из основных запретов эволюции – запрет на обмен генетической информацией между далеко отстоящими видами (например, между растениями и человеком, между растением и рыбой или медузой). Опасность ГМО состоит в нарушении стабильности генома или встроенного в него чужеродного фрагмента ДНК, в проявлении возможных аллергических или токсических эффектов чужеродного белка, в изменении “работы” генетического аппарата и клеточного метаболизма с непредсказуемыми биологическими последствиями. Одним из основных недостатков современных генных технологий является наличие во встроенном фрагменте ДНК помимо так называемого “целевого гена”, изменяющего то или иное свойство организма, “технологического мусора”, в том числе генов устойчивости к антибиотикам и вирусных промоторов, которые небезопасны для природы и человека.

Значение мутаций

Мутации часто вредны, так как меняют приспособительные признаки организмов, вызывают врожденные заболевания человека и животных, часто несовместимые с жизнью (около 2 тыс. генетических дефектов, в соматических клетках – рак). Однако именно мутации создают резерв наследственной изменчивости и играют важную роль в эволюции.

Итак, мы закончили рассмотрение материала по теме “Мутационная изменчивость”. Вы узнали о сущности мутационной изменчивости и значениях мутаций. А теперь закрепим полученные знания, решив 2 задачи. Я предлагаю вам условия, а вы должны дать развернутый ответ.

VI. Закрепление изученного материала

Ответьте на вопросы:

1. У одного котенка возникла мутация в хромосомах половых клеток, а у другого - в аутосомах. Как повлияют эти мутации на каждый организм? В каком случае мутация проявится у котенка фенотипически?

2. Особенности строения и жизнедеятельности любого организма определяют белки, входящие в состав клетки. Почему же считают, что формирование признаков организма происходит под воздействием генов? В чем проявляется связь между генами, белками и признаками организма?

VII. Подведение итогов урока

Учитель: Урок подходит к концу, подведем итоги.

Ответьте пожалуйста мне на вопрос, который мы поставили в начале урока:

Можем ли мы снизить вероятность появления мутаций?

(Ответы учащихся)

Безусловно, ДА! Один из самых действенных методов - это знания. Необходимо знать свои особенности, знать – что может вызвать генетические нарушения еще не родившегося ребенка… Вероятность трагедии можно снизить. ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ и ПРАВИЛЬНОЕ ПИТАНИЕ - пути снижения этого риска.

Продукты питания, в которых ГМО в принципе не может быть

ГМО не может быть практически в большинстве овощей и фруктов: сливы, персики, дыни… Соки, вода, молоко и молочные продукты из натурального молока. Несомненно, не может быть ГМО в минеральной воде.

Не может быть ГМО в?надкушенном? картофеле, который имеет разные размеры и неправильную форму. Не будет ГМО в яблоках с червячком. Гречка не поддается генной инженерии.

Продукты питания, в которых могут содержаться ГМО

ГМО может содержаться в таких продуктах питания, в состав которых входят в основном соя, кукуруза, рапс. Это наши всеми любимые колбаски, сосиски, сардельки, пельмени… Растительное масла, маргарин, майонез, хлебобулочные изделия. Конфетки, шоколад, мороженное, детское питание… Около 30% рынка чая и кофе содержит ГМО. Внимательно читайте, что написано на кетчупах, сгущенке.

Призываю вас, прежде чем покупать вышеперечисленные продукты, задать себе следующий вопрос: “Что такое ГМО?” Содержатся генно-модифицированные организмы в том наборе, которые Вы несете в дом и которыми кормите своих близких. Может быть, иногда можно отказаться от определенных продуктов питания? Колбаску заменить натуральным мясом, например.

Оценка деятельности учащихся на уроке:

За проверку домашнего задания

За устную работу на уроке

За ответы на вопросы по новой теме

VIII. Рефлексия

Учащимся дается индивидуальная карточка, в которой нужно подчеркнуть фразы, характеризующие работу ученика на уроке по трем направлениям.

Домашнее задание по программе В. В. Пасечника: параграфы 47, 48 ответить на вопросы в конце параграфа, выучить мутационную теорию наизусть, ответить письменно на вопрос: Что имеют общего и чем отличаются комбинативная и мутационная изменчивость?

Список используемых источников.

1. Гаврилова А. Ю. Биология. 10 класс: поурочные планы по учебнику Д. К. Беляева, П. М, Бородина, Н. Н. Воронцова II ч. / - Волгоград: Учитель, 2006 – 125 с.
2. Лысенко И. В. Биология. 10 класс: поурочные планы по учебнику А. А. Каменского, Е. А. Криксунова, В. В. Пасечника / - Волгоград: Учитель, 2009. – 217 с.