Что такое генетика: определение, задачи и методы исследования, типы наследования признаков

Из всех современных биологических дисциплин генетика — наиболее интенсивно развивающаяся наука, потому что только новейшие генетические открытия могут обеспечить дальнейшее прогрессивное развитие в области сельского и лесного хозяйства, в микробиологии, здравоохранении и экологии.

По определению генетика означает научное изучение наследственности, понятие изменчивости живых организмов и методов управления этими факторами.

В XXI веке стремительно развивается массовое клонирование животных, создаются генетически модифицированные продукты питания и лекарственные препараты. Медицина осуществляет попытки исправления наследственных и врожденных дефектов у человека. Биологи стремятся получить трансгенные растения и семена. Все эти стремления могут быть осуществлены только на основе генетических законов.

альтернативные признаки

Что такое генетика

Генетика — наука о наследственности и изменчивости всего живого на Земле. Разработка методов практического применения этих закономерностей является основной задачей генетики.

Перечень основных проблем, стоящих перед исследованием основ генетической информации:

  • изучение ответственных материальных структур за ее хранение;
  • механизм и закономерности передачи от поколения к поколению;
  • реализация в конкретные свойства и признаки организма;
  • причины изменения на разных этапах развития особи.

Только на основе результатов генетических исследований могут быть достоверно расшифрованы и разъяснены биологические явления, свойственные окружающей природе.

Методы исследования:

  • генетический анализ;
  • цитогенетические способы;
  • исследование действия генов в онтогенезе;
  • молекулярная методология.

Результаты, полученные с помощью этих методов, позволяют понять основы видового и внутривидового разнообразия живых существ, населяющих нашу планету.

генетика учебник

Основоположник

Основоположником действенной теории наследственности считается монах Августинского монастыря в австрийском городе Брюнне (ныне Брно, Чехия) — Г. Мендель (1822—1884). Он скрещивал различные сорта гороха, результаты своих опытов опубликовал в 1865 году под названием «Опыты над растительными гибридами».

Фактически эта работа открыла новую эпоху в изучении наследственности и заложила фундамент современной генетики. Однако она оставалась неизвестной мировой научной общественности до 1900 года, когда Х. Де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак вторично открыли законы Менделя.

альтернативные признаки

История развития

В начале 80-х гг. XIX века В. Ру, О. Гертвиг, Э. Страсбургер и А. Вейсман сформулировали ядерную гипотезу наследственности, которая в дальнейшем переросла в хромосомную теорию. Т. Морганом были заложены основы теории гена, которые получили развитие в трудах советских ученых школы А.С. Серебровского, сформулировавших в 1929—1931 гг. представления о сложной структуре гена.

Эти представления были развиты и конкретизированы в исследованиях по биохимической и молекулярной генетике, приведших после создания Дж. Уотсоном и Ф. Криком модели ДНК к расшифровке генетического кода, определяющего синтез белка.

Важнейшую роль в дальнейшем развитии сыграло открытие факторов мутагенеза — ионизирующих излучений (Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов, Г. Меллер) и химических мутагенов (В. В. Сахаров, М. Е. Лобашев), что способствовало увеличению разрешающей способности генетического анализа и представило селекционерам метод расширения наследственной изменчивости исходного материала.

Важное значение имели работы Н. И Вавилова, сформулировавшего закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Работами С. Райта, Дж. Б. С. Холдейна и Р. Фишера были заложены основы генетико-математических методов изучения процессов, происходящих в популяциях. С. С. Четвериков объединил в единой концепции закономерности менделизма и дарвинизма.

Презентация на тему: Вводная лекция Предмет и задачи медицинской ...

Законы Менделя

Г. Мендель представлял «вещество наследственности» как совокупность множества независимых и постоянных факторов, которые передаются от одного поколения к другому, могут перегруппировываться и создавать комбинативную изменчивость.

Он разработал свою методологию проведения экспериментов, которая заключалась в следующем:

  • в скрещивание нужно брать растения, различающиеся по одному или очень немногим признакам;
  • важно учитывать наследование каждого отдельного признака;
  • при анализе рассматривать в отдельности каждое из растений;
  • отдельно высевать семена каждого гибрида;
  • применять математический анализ изучения частоты проявления альтернативных признаков (семена: гладкие и морщинистые, желтые и зеленые).

Особенностью исследований был точный подсчет результатов каждого опыта, что позволило установить количественный характер расщепления и сформулировать закономерности.

Описанные явления получили названия — законы Менделя:

  • доминирования или единообразия гибридов первого поколения;
  • расщепления;
  • независимого распределения.

Рассмотренные проявления правильнее считать законами наследования.

К ним относятся законы:

  • дискретной (генной) наследственной детерминации признаков;
  • относительного постоянства единицы;
  • аллельного состояния гена.

Помимо случаев наследования признаков полного доминирования, были открыты случаи неполной доминанты или ее отсутствия.

предмет задачи и методы

Классическая генетика

Датский ботаник В. Йогансен примерно в 1909 году ввел в употребление слово — ген. Ученые стали задаваться вопросом — если полученные результаты эксперимента отличаются от теоретически ожидаемых, то как можно установить, что полученное отклонение случайно? Исследования расширялись и углублялись, детальное изучение отклонений позволило доказать взаимодействие неаллельных генов.

Классическая генетика изучает:

  • наследственность — свойство организма воспроизводить потомство;
  • наследование — отражает наличие процесса передачи генных знаков информации;
  • наследуемость — генотипическая обусловленность изменчивости признака для популяции.

За более полувековой срок исследования было доказано, что наследственная информация хранится в генах, которые находятся в хромосомах.

современная генетика

Молекулярная генетика

Молекулярная генетика начала развиваться в 50-х годах прошлого столетия, когда ученые подошли вплотную к изучению молекулярной структуры гена. Были получены доказательства генетической роли дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) кислот.

Также получила подтверждение центровая теория, предполагавшая, что ген:

  • дробим, состоит из отдельных частей;
  • не единица рекомбинации (перераспределения);
  • единица функции, но действие гена обусловливается объединением функций его некоторых частей.

В результате непрекращающихся экспериментов было сделано подробное описание процесса биосинтеза белка и произведена расшифровка триплетного кода (системы записи наследственной информации).

ученые генетики

Разделы

В современной генетике существует около тридцати разделов, перечень которых постоянно расширяется. После досконального теоретического изучения вопроса происходит его внедрение в практическое применение, и процесс этот постоянно развивается.

К основным разделам относятся:

  • классическая;
  • молекулярная;
  • медицинская;
  • генная инженерия.

Медицинский раздел изучает проявления наследственности — способности передавать свои характерные признаки потомству и различные изменения в виде патологий.

Главной задачей является изучение наследственных болезней, их:

  • выявление;
  • лечение;
  • профилактика.

Помимо этого, разрабатываются практические предложения по предотвращению вредных воздействий окружающей среды на наследственность людей.

Генная инженерия — это целая технологическая система, которая осуществляет:

  • получение гибридных РНК и ДНК;
  • выделение генов из клеток;
  • генные манипуляции;
  • выведение искусственных организмов.

Генный инжиниринг наукой не является, он относится к инструментам научной дисциплины — биотехнологии. С помощью новейших биотехнологий человечество получило возможность изменять растения и животных, улучшать продукты и повышать продуктивность.

альтернативные признаки

Исследования и открытия

В настоящее время генетические исследования ведутся по многим направлениям, в них получены уникальные результаты на всех уровнях.

Основные четыре уровня исследований:

  • молекулярный;
  • клеточный;
  • организменный;
  • популяционный.

Начиная с 1865 года ежегодно происходят значимые научные открытия, многие ученые стали Нобелевскими лауреатами.

Номинально все важные достижения можно подразделить на временные периоды в следующих датах:

  • классический — 1865 по 1944 г.;
  • молекулярный — 1944 по 1977 г.;
  • геномный — с 1977 по настоящее время.

Грегора Менделя называют отцом генетики, Джеймса Уотсона — первооткрывателем структуры ДНК, Крейга Вентера — геномным колдуном.

наследование биология

Хромосомная теория наследственности

Сторонники этой концепции утверждали, что наследственная информация передается хромосомами, внутри которых в линейной последовательности соединены в группы сцепления гены. В каждой паре хромосом локализованы сотни и тысячи аллелей, было установлено полное соответствие между числом групп сцепления и парами хромосом.

Американский ученый Томас Морган с группой сотрудников Колумбийского университета опытным путем подтвердили теорию, все доказательства были приведены в книге «Механизм менделевской наследственности». В 1933 году Т. Моргану была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.

Хромосомная теория наследственности - Презентации по биологии

Закон гомологических рядов

Николай Иванович Вавилов, советский ученый-генетик и селекционер, в своих исследованиях заметил, что наследственные изменения растений похожи у ближайших видов злаковых культур. Чем ближе особи по происхождению, тем ярче проявлялись идентичные признаки.

Второе название — закон Вавилова, который определил правила формообразования и предоставил возможность предугадывать у конкретного вида еще не открытые, но возможные признаки. Свои выводы он изложил в докладе «Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости», его открытие считалось одним из значимых событий в мировой биологии.

Презентация к уроку по теме Закон гомологических рядов

Эра ДНК

Летоисчисление этого важнейшего открытия началось в 1944 году, когда американский ученый Освальд Эвери вместе с Колином Маклеодом и Маклином Маккарти установили, что молекула ДНК является носителем генетической информации. Годом позже русский и советский иммунолог-вирусолог Лев Зильбер создал вирусную теорию происхождения рака.

В 1953 году Джеймс Уотсон в сообществе с Фрэнсисом Криком и Морисом Уилкинсом открыл молекулярную структуру нуклеиновых кислот, она была представлена в форме двойной спирали. В 1962 году ученые стали лауреатами Нобелевской премии.

типы наследования признаков у человека

Примеры генетического наследования

У разных особей передача генетических признаков зависит от особенностей процессов, по которым они передаются и распределяются.

Характер наследования зависит от следующих течений:

  • удвоения;
  • объединения;
  • распределения.

В зависимости от сосредоточения генов в клетке наследование подразделяется на ядерное и цитоплазматическое.

Существуют три вида наследования:

  • хромосомное;
  • цитоплазматическое;
  • митохондриальное.

Одноклеточные и вирусы подчиняются другим законам.

предмет задачи и методы

У человека

Человек имеет 23 пары хромосом, в которых расположены тысячи генов, поэтому вероятность появления двух совершенно одинаковых людей равна нулю, за исключением однояйцевых близнецов.

У человека могут проявляться следующие типы наследования признаков:

  1. Аутосомно-доминантный, при котором характерные свойства обнаруживаются в каждом поколении, а редкие — примерно у половины детей. Потомство мужского и женского пола наследуют одинаково, причем оба родителя передают детям свойства в равной мере.
  2. Аутосомно-рецессивный может передаваться через поколение, проявляется у детей в 25 % случаев даже при отсутствии у родителей. Если больны оба родителя, то болезнь передается всем детям, при наличии у одного предка — развивается у 50 % наследников. Потомки мужского и женского пола наследуют в равных долях.
  3. Сцепление с X-хромосомой при рецессивном случае — у мужчин передается чаще, к девочкам переходит только от отца. В браке, где родители здоровы, могут родиться 50 % больных сыновей и 100 % здоровых дочек.
  4. Если же ген доминантный, то, наоборот, у мужчин наследуется реже, но наследуют все дочери. От супруги передается всем детям (мать гомозиготная) или половине (гетерозиготная).
  5. Наследование, сцепленное с Y-хромосомой — от больного отца передается сыновьям в каждом поколении.

Детям передаются от родителей физические параметры, умственные способности и привычки.

X-сцепленное рецессивное наследование — Википедия

У животных

Достоинства животных оцениваются по количественным и качественным признакам, которые формируются под влиянием естественного или искусственного отбора.

Изучение наследования количественных признаков основывается на трех методах:

  • скрещивании разных пород;
  • анализе племенного чистопородного разведения;
  • эксперименты и исследования близнецов.

Качество продуктивности повышается при искусственном оплодотворении.

альтернативные признаки в генетике

Общечеловеческое значение науки

Генетические законы играют важную роль в жизни каждого человека.

Гены отвечают за наш генотип:

  • телосложение;
  • цвет глаз;
  • волос;
  • кожи.

Полученные от родителей болезни влияют на характер, привычки и поведение. С помощью достижений генетики ученым удается решать важнейшие человеческие задачи.

Благодаря непрерывным исследованиям генетиков ежегодно происходят наиважнейшие научные открытия, результаты которых направляются на сохранение и поддержание человеческого генофонда. Было достоверно доказано, что все расы равны, независимо от цвета кожи, обладают одинаковыми возможностями для дальнейшего развития.

альтернативные признаки

В медицине

В настоящее время уже никто не сомневается, что большинство заболеваний имеют генетическую основу. Ученым удалось отождествить свыше 1400 генов, передающих наследственные недуги, и разработать новейшие лекарственные препараты и многие методы лечения.

В данный перечень входят:

  • гемофилия;
  • серповидноклеточная анемия;
  • болезнь Гентингтона;
  • диабет;
  • гипертония.

При диагностировании заболеваний докторам помогают не ошибиться механизмы наследственности.

В сельском хозяйстве

На сегодняшний день почти все сельскохозяйственные растения и животные претерпели искусственные генетические изменения.

В результате повысились:

  • урожайность;
  • питательные качества;
  • устойчивость к болезням;
  • продуктивность.

В ходе так называемой «зеленой революции XX века» удалось повысить урожайность зерновых культур в сотни раз.

Видео

Просмотрев это видео, вы узнаете предмет, задачи и методы генетики.

Просмотрев этот ролик, вы ознакомитесь с методами селекции и скрещивания различных объектов, проводимых Г. Менделем.

В фильме рассказывается об опытах по созданию живых человекоподобных особей, которые должны иметь предрасположенность к физическим сверхвозможностям.

Отзывы и комментарии