Генотипическая изменчивость и методы ее изучения.

Изменчивость — свойство организмов приобретать новые при­знаки или утрачивать прежние, чем и обеспечивается многообразие жи­вой природы. Изменчивость противоположна наследственности. Различают обычно два типа изменчивости: генотипическую, или наследственную, и фенотипическую, или ненаследственную.

Генотипическая изменчивость — это изменения признаков орга­низма, обусловленные изменением генотипа и сохраняющиеся в ря­ду поколений. Она может возникать путем скачкообразных изме­нений признаков (мутационная изменчивость) или путем новых комбинаций уже существующих признаков в результате скрещива­ния (комбинативная изменчивость). По характеру изменения генотипа мутации можно разделить, по крайней мере, на четыре группы: генные (точковые), цитоплазматические, хромосомные и геномные.

Природа генных мутаций состоит в изменении последователь­ности нуклеотидов в ДНК за счет их выпадения, вставки или за­мены. Причина цитоплазматических мутаций заключена в измене­нии плазмогенов.

Две последние группы мутаций — хромосомные и геномные связаны с изменением структуры или числа хромосом. Изучение мутационной изменчивости удобно начать с рассмотре­ния генных мутаций.

Различные состояния одного гена, как уже неоднократно указывалось, называют аллеля­ми. Переход гена из одного аллельного со­стояния в другое обусловливается мутацией. Таких состояний для одного гена может быть очень много. Ряд состояний одного и того же гена называют серией множественных алле­лей, а само явление — множественным аллелизмом. Схематически возникновение серии множественных аллелей можно изобразить так (рис. 5): С-ген дикого типа (ген, типич­ный для диких форм вида) может мутировать в любую аллель серии: с¹, с², с³, так же как и другие аллели серии могут мутировать в различные состояния, в том чис­ле в состояние, определяющее дикий тип.

Рис. 5. Схема воз­никновения серии мно­жественных аллелей.

Причинами мутаций может быть действие как абиотических факторов внешней среды (экстремальная температура, влажность, давление и т. д.), так и биотических (вирусы). Изменение физио­логического состояния организма, накопление ненормальных про­дуктов обмена веществ также могут вызвать мутации.

Наследование членов серии множественных аллелей подчиня­ется менделевским закономерностям. Сочетание двух разных чле­нов серии в гетерозиготном состоянии называют компаундом (например Сс¹). В компаунде одна аллель ведет себя по отношению к другой ал­лели как доминантная к рецессивной, причем одна и та же аллель в различных сочетаниях может вести себя по-разному: то как до­минантная, то как рецессивная. Это позволяет составлять серию из ряда аллелей по степени доминирования. Изобра­зить это символически можно так: С>с¹>с²>с³. Явление множественного аллелизма очень широко распростра­нено в природе и имеет большое эволюционное значение: увеличи­вает резерв мутационной изменчивости.

Однако доминирование аллелей может быть и неполным. Примеры не­полного доминирования можно продемонстрировать при анализе характера наследования рисунка седых пятен на листьях белого клевера Trifolium repens.

По­казано, что разнообразие формы седого пятна у растений клевера обусловлено су­ществованием серии мно­жественных аллелей гена V. Фенотипы, обусловлен­ные наличием тех или иных аллелей, представлены на рисунке 6 и в таблице 2.

Рис. 6. Гомозиготы по различным аллелям гена V, определяющего рисунок седого пятна на листочках клевера.

Таблица 2. Генетическая детерминация разнообразия формы «седых» пятен на листьях клевера ползучего (см. рис. 6)

Аллель	Фенотип	Символ фенотипа (фен)
V v V^Н V^В V^ВН V^Р V^F   V^L	Полное пятно Пятно отсутствует Полное пятно, высокое Разорванное пятно Разорванное высокое Центральная верхняя точка Большое сплошное пятно у основания Низкое треугольное пятно у основания	А А" В В" С   Д   Е

Гистологические исследования показали, что пятна связа­ны с особой группой палисадных клеток, в которых хлоро­пласты отсутствуют или содержатся в меньшей концентра­ции. При этом палисадные клетки в районе пятна уменьшены в размерах, менее вытянуты, пространство между ними ока­зывается большим, чем в зеленой зоне листа. Сходные пят­на встречаются и у других видов клевера, например у крас­ного, где показано, что возникновение таких пятен связано с различной скоростью роста эпидермальных и палисад­ных клеток. Последние подвергаются более сильному дей­ствию света, ведущего к разрушению хлорофилла.

На рисунке 6 представлены наиболее часто встречающиеся у клевера аллели гена V (гомозиготы по соответствующим аллелям гена V). Однако сегодня исследователи насчитывают 11 или больше аллелей этого гена, и при тщательном анализе дифференцируют самые разные варианты, появляющиеся в результате взаимодействия аллелей в компаунде. Аллель v рецессивная по отношению ко всем остальным аллелям. Однако для большинства комбинаций аллелей характерно их проявле­ние совместно с образованием различных вариантов, представ­ленных на рисунке 7. В ряде случаев в компаунде наблюда­ется доминирование одной из аллелей, чаще — кодоминирование. Анализ популяционной структуры с использованием ча­стотных характеристик встречаемости всех аллелей, как в гомозиготном состоянии, так и в компаундах затруднен из-за нечеткого проявления ряда фенов (фенотипических вариантов) на разных этапах онтогенеза растения и листа. Трудность со­стоит еще и в том, что в одном побеге вегетативно размножаю­щегося растения — многолетнего, зимующего в фазе прикор­невой розетки листьев — нередко наблюдаются трудно объяс­нимые переходы фенов.

Рис. 7. Гомо- и гетерозиготы (компаунды) по аллелям гена V, определяющего рисунок

седого пятна на листочках клевера.

Работа 1. Исследование наследственного полиморфизма в различных популяциях клевера ползучего (Trifolium repens)

Оборудование: полевой дневник, карандаш для записей, гербарная папка.

Объект: различные популяции клевера ползучего.

Ход работы

Задание 1. Ознакомитесь с фенотипическим разнообразием Trifolium repens по признаку формы «седого пятна» на листочках клевера ползучего, используя выборку из 100 растений. Зарисуйте все обнаруженные вами разновидности формы «седого пятна», в соответствии с рис. 6 и 7 и табл. 2, определите их генотипы, руководствуясь тем, что это скорее всего компаунды (гетерозиготы). Определите их фен (фенотипический радикал). Составьте серию всех встретившихся аллелей. Подсчитайте процентное соотношение встретившихся фенов клевера. Сделайте гербарий всех обнаруженных вами фенокопий листьев клевера.

Задание 2. Проведите исследование разных популяций клевера, удаленных друг от друга, по наличию в их генофонде разных аллелей, для того чтобы убедиться в том, что часть аллелей часто встречается в одних популяциях, а часть чаще в других. Исследуемые популяции должны быть разобщены пространственно и разделены водоемами, большими дорогами и т.д.

Задание 3. Проведите анализ частоты встречаемости растений гомозиготных по аллели v (без пятна). Для анализа следует избрать различные простран­ственно разобщенные популяции, в разной мере подвергаю­щиеся антропогенному воздействию; оцените влияние антропогенных воздействий: вытаптывание, повышенное содержа­ние солей тяжелых металлов возле автострад, повышенное содержание органических примесей в месте выпаса скота и т. д. При оценке частот встречаемости генотипов фиксацию фенотипа растения проводите с учетом возможного вегетатив­ного размножения, т. е. фиксируйте фенотипы растений (с пятном и без пятна), которые отстоят друг от друга на расстоя­нии не менее 1 м. Подсчитайте соотношение на основании вы­борки не менее 500 растений.

Работа 2. Оценка жизнеспособности семян как критерий

Дата добавления: 2015-07-08