Суть хромосомной теории наследования: основные положения, кроссинговер и сцепленное наследование

Суть хромосомной теории наследования

Кроссинговер и сцепленное наследование

Биологическую роль хромосом сложно не заметить. Правила стабильности числа, парности, индивидуальности, сложное поведение мейоза и митоза укрепили биологов во мнении, что хромосомы значимы и напрямую связаны, в частности, с передачей наследственных признаков.

Если гены, определяющие комбинированные признаки, находятся в разных парах гомологических хромосом, то происходит независимое комбинирование признаков. Поэтому любой организм имеет количество генов, ограниченное числом пар хромосом, которые могут независимо комбинироваться в мейозе.

К примеру, у кукурузы насчитывается больше 500 генов, у мухи дрозофилы — свыше 1000. У человека больше 30 тысяч генов, при том, что хромосом — 10, 4 и 23 пары.

Находящиеся в одной хромосоме и образующие группу сцепления гены наследуются вместе.

Из этого положения следует, что специфика гаплоидного набора хромосом определяет количество групп сцепления.

Сцепление не всегда бывает абсолютным — к этому заключению пришел Томас Хант Морган в своих дальнейших исследованиях. Он проводил эксперименты на плодовых мушках дрозофилах и выяснил, что полное сцепление случается только в 83% случаев: у одной половины потомства были длинные крылья и серое тело (41,5%), у другой — короткие крылья и черное тело (признаки только родительских форм). 17% случаев связаны с перекомбинацией признаков: 8,5% имело короткие крылья и серое тело, а другие 8,5% — длинные крылья и черное тело.

Причина нарушения сцепления генов — в кроссинговере.

Что такое кроссинговер?

Чем больше расстояние между генами в хромосомах, тем выше вероятность перекреста и больше количество гамет, образованных в результате перекомбинации генов. Частота кроссинговера пропорциональна расстоянию, на котором находятся гены друг от друга. Основное биологическое значение кроссинговера — в увеличении комбинативной изменчивости, которая дает материал для естественного отбора.

Если говорить о количестве, то расстояние между генами коррелирует с частотой, с которой появляются кроссинговерные организмы. В примере выше этот показатель равен 17%. Это расстояние описывает силу сцепления и обозначается процентами рекомбинации кроссинговера или морганидами.

У одних генов наблюдается высокий процент сцепления, а у других — почти не выявляется. При этом в варианте сцепленного наследования максимальная величина кроссенговера — не больше 50%. Если этот показатель будет выше, то пары аллелей смогут беспрепятственно комбинироваться — в таком случае кросенговер невозможно будет отличить от независимого наследования.

Процент кроссинговера учитывается при составлении генетических карт хромосом, с нанесенным на них относительным расстоянием между генами.

Биологическое значение кроссинговера сложно переоценить. Благодаря генетической рекомбинации создаются условия для образования новых комбинаций генов и обеспечивается более высокая жизнеспособность организмов в ходе эволюции.

Основные положения хромосомной теории наследования

Впервые наблюдение хромосом в гаметах и зиготах стало возможно в конце 19 века, когда появились усовершенствованные микроскопы и цитологические методы. Важную роль ядра в регулировании развития признаков организма показал в 1902 году ученый Бовери. Еще ранее, в 1882 году, ученый Флемминг описал поведение хромосом во время митоза. А в 1900 году повторно были открыты законы Менделя. Независимо друг от друга, их оценили трое ученых: Фриз, Корренс и Чермак.

Американский цитолог У. Сеттон и немецкий эмбриолог Т. Бовери, взяв за основу описанные выше данные, предположили, что хромосомы — носители наследственной информации. Так была сформулирована хромосомная теория наследственности.

Согласно этой теории, каждая пара генов находится в паре гомологических хромосом, при этом, каждая хромосома является носителем одного гена. Поскольку у каждого организма признаков намного больше, чем хромосом, то в каждой хромосоме должно находиться большое количество генов.

Автором хромосомной теории наследования признан американский генетик Томас Хант Морган, который обнаружил линейный порядок расположения генов в хромосоме.

Вот главные положения этой теории:

• гены размещаются в хромосомах. Каждая пара хромосом — это группа сцепления генов, за счет которых осуществляется сцепленное наследование. У каждого вида число групп сцепления идентично гаплоидному числу хромосом (если речь идет о гомогаметной стати) и больше на 1 (если речь идет о гетерогаметной стати);
• у каждого гена в хромосоме своем место — локус. Отмечается линейный порядок расположения генов;
• диплоидное число хромосом сокращается вдвое (гаплоидное число) во время мейоза, который происходит при образовании гамет. Это подтверждает закон расщепления, который утверждает, что родительский генетический материал комбинируется в гаметах разным образом;
• исходя из закона независимого расщепления, расщепление материнских и отцовских наборов несцепленных генов происходит независимо друг от друга. При расположении несцепленных генов в разных хромосомах, отцовские и материнские хромосомы в ходе мейоза распределяться между гаметами случайно;
• между гомологическими хромосомами возможен перекрест (кроссинговер) или обмен генами. Об этом свидетельствует образование хиазм в процессе конъюгации гомологических хромосом в мейозе — генетический кроссинговер;
• частота кроссинговера напрямую зависит от расстояния между генами. Более частый перекрест наблюдается в случаях, если гена расположены далеко друг от друга. Для каждой конкретной пары генов частота кроссинговера — величина относительно постоянная. Один процент кроссинговера = одна морганида;
• сила сцепления между генами обратно пропорциональна расстоянию между ними;
• у каждого биологического вида свой кариотип — специфический набор хромосом.