Հիմնական նյութ

9-րդ դասարան. կենսաբանություն

Դասընթաց․ (9-րդ դասարան. կենսաբանություն) > Բաժին 2

Դաս 3: Քրոմոսոմը որպես գենետիկայի հիմնաքար

Ժառանգման քրոմոսոմային հիմքը

«Google Classroom»

Թոմաս Հանթ Մորգանի փորձերը։ Պտղաճանճը (Drosophila melanogaster) որպես մոդելային համակարգ։

Հիմնական դրույթներ

Բովերի և Սյութոնի ժառանգականության քրոմոսոմային տեսությունը ներկայացնում է, որ գեները տեղակայված են քրոմոսոմների հատուկ դիրքերում և մեյոզի ժամանակ դրանց վարքը կարող ենք բացատրել Մենդելի ժառանգականության օրենքներով։
Թոմաս Հունտ Մորգանը, ով ուսումնասիրեց պտղաճանճերին, տրամադրեց քրոմոսոմների տեսության առաջին հիմնավոր վավերացումը։
Մորգանը հայտնաբերեց մուտացիան, որը ազդում է աչքի գույնի վրա։ Նա տեսավ, որ արու և էգ ճանճերի շրջանում այդ մուտացիան տարբեր կերպ էր ժառանգվում։
Հիմնվելով ժառանգման օրինաչափությունների վրա՝ Մորգանը եզրակացրեց, որ աչքի գույնի գենը պետք է տեղակայված լինի X քրոմոսոմի վրա։

Ներածություն

Բջջում որտե՞ղ են գտնվում գեները։ Հավանական է, որ դու արդեն լսել ես հարցի պատասխանի կարևորագույն կետի մասին՝ գեները տեղակայաված են քրոմոսոմների վրա։ Միգուցե նաև լսել ես երկրորդ կարևոր կետի մասին, որը ավելի շատ կապված է արդի ժամանակների գենետիկայի հետ․ գեները ԴՆԹ-ի հատվածներ են, որոնք կոդավորում են սպիտակուցներ։

Բայց նախկինում այս ամենը չէիր կարող պարզապես փնտրել և ուսումնասիրել Քան ակադեմիայով։ Երբ Գրեգորի Մենդելը 1843 թվականին սկսեց ուսումնասիրել ժառանգականությունը, քրոմոսոմները դեռևս մանրադիտակների միջոցով չէին ուսումնասիրվել և հայտնաբերվել։ Միայն 1800-ականների վերջում ավելի զարգացած մանրադիտակների և տեխնիկաների միջոցով կենսաբանները սկսեցին ներկել և ուսումնասիրել բջիջների բաղադրիչները՝ ուսումնասիրելով դրանց վարքը բջջի բաժանման (միտոզի և մեյոզի) ժամանակ։

Ի վերջո, որոշ գիտնականներ սկսեցին ուսումնասիրել Մենդելի երկար ժամանակ անտեսված աշխատանքը և վերարժեվորեցին քրոմսոմների վարքի պայմանները ներկայացնող մոդելը։ 20-րդ դարի սկզբում, կենսաբանները սկսեցին առաջին փորձնական կապերը կառուցել քրոմոսոմների, մեյոզի և գեների ժառանգման միջև

^{1}

Ժառանգականության քրոմոսոմային տեսությունը

Իսկ ո՞վ եզրակացրեց, որ գեները տեղակայված են քրոմոսոմների վրա։ Այս հայտնագործության հեղինակները Ուոլթեր Սյութոնն ու Թեոդոր Բովերին են։ Ամերիկացի կենսաբան Սյութոնը ուսումնասիրեց քրոմոսոմներն ու մեյոզը մորեխների օրգանիզմում, իսկ գերմանացի Բովերին՝ ծովոզնիների շրջանում։

1902 և 1903 թվականներին Սյութոնն ու Բովերին միմյանցից անկախ հրապարակեցին երկու թղթեր, որոնցում առաջարկվում էր այսօր մեզ հայտնի ժառանգման քրոմոսոմային տեսությունը։ Այս տեսությունը ներկայացնում է, որ առանձին գեները տեղակայված են տվյալ կոնկրետ քրոմոսոմի հստակ դիրքերում, և մեյոզի ժամանակ քրոմոսոմների վարքը կարող է բացատրել՝ ինչու են գեները ժառանգվում Մենդելի օրենքների համաձայն

^{2, 3}

Ժառանգականության քրոմոսոմային տեսությանը նպաստող դիտարկումներն են

^{4}

․

Քրոմոսոմները, ինչպես Մենդելի ուսումնասիրած գեները, օրգանիզմում հանդիպում են միմանց համապատասխանող զույգերով։ Եվ՛ այդ գեների, և՛ քրոմոսոմների պարագայում, զույգի անդամներից մեկը օրգանիզմը ստանում է մորից, իսկ մյուսը՝ հորից։
[Տես գծապատկերը]
Մեյոզի արդյունքում հոմոլոգ զույգի անդամները առանձնանում են, հետևաբար յուրաքանչյուր սերմնաբջիջ կամ ձվաբջիջ ստանում է զույգի միայն մեկ անդամ։ Այս գործընթացը ներկայացնում է գամետներում ալելների բաշխումը՝ համաձայն Մենդելի ճեղքավորման օրենքի։
[Տես գծապատկերը]
Տարբեր քրոմոսոմային զույգերի անդամները գամետներում մեյոզի ժամանակ միմյանցից անկախ են բաշխվում՝ Մենդելի անկախ բաշխման օրենքի նման, ըստ որի՝ տարբեր գեների ալելները միմյանցից անկախ են բաշխվում։
[Տես գծապատկերը]

Ժառանգականության քրոմոսոմային տեսությունը առաջարկվել է դեռևս այն ժամանակ, երբ չկային հստակ ապացույցներ, որ հատկանիշները պայմանավորող գեները քրոմոսոմների վրա են տեղակայված։ Այդ իսկ պատճառով այս տեսությունը սկզբում հակասական էր թվում։ Ի վերջո գենետիկ Թոմաս Հունտ Մորգանը և իր ուսանողները, ովքեր ուսումնասիրեցին պտղաճանճի գենետիկան, իրենց աշխատությամբ ապացուցեցին այն։

Տ․ Հ․ Մորգան․ զվարճանք պտղաճանճերի հետ

Մորգանը իր գենետիկական հետազոտությունների համար ընտրեց Drosophila melanogaster պտղաճանճին։ Միգուցե պտղաճանճերը լավագույն տեսքը չունեն (սա կախված է նրանից, թե ինչ միջատների ես սիրում), բայց փորձարկումների իրականացման համար դրանք շատ հարմար են․ էժան, հեշտ և արագ են աճում։ Կարող ես հարյուրավոր պտղաճանճեր մեծացնել՝ շշի վերևում միայն շաքարի կտոր ունենալով։ Շատ գենետիկներ անում են սա մինչ օրս։

Մորգանը սկսեց իր վճռորոշ, քրոմոսոմային տեսությունը վավերացնող փորձերը, երբ աչքի գույնը պայմանավորող գենում գտավ մուտացիա։ Այս մուտացիայի արդյունքում ճանճի աչքը դառնում էր սպիտակ, այլ ոչ թե նորմալ՝ կարմիր։

Անսպասելի կերպով Մորգանը հայտնաբերեց, որ էգերի և արուների շրջանում աչքի գույնը պայմանավորող գենը տարբեր օրինաչափություններով էր ժառանգվում։ Արու ճանճերը ունեն մեկ X և մեկ Y քրոմոսոմներ (XY), իսկ էգերը՝ երկու X քրոմոսոմներ (XX)։ Մորգանը շատ արագ հասկացավ, որ աչքի գույնը պայմանավորող և X քրոմոսոմները նույն օրինաչափությամբ են ժառանգվում։

Սա ամենայն հավանականությամբ անակնկալ էր Մորգանի համար, ով քրոմոսոմային տեսության քննադատներից մեկն էր

^{7}

<<Սեռով սահմանափակված>> ժառանգման օրինաչափություն

Ինչը ստիպեց Մորգանին մտածել, որ աչքի գույնը պայմանավորող գենը X քրոմոսոմի վրա է։ Արի՛ ուսումնասիրենք նրա մի քանի տվյալներ։ Նրա գտած առաջին արու ճանճը սպիտակ աչքեր ուներ, և երբ այն խաչասերվեց նորմալ, կարմիր աչքերով էգի հետ, առաջացած

F_{1}

սերնդի բոլոր առանձնյակները կարմիր աչքեր ունեին

^{*}

ինչը հուշեց Մորգանին, որ սպիտակ աչքերի ալելը ռեցեսիվ էր։ Դեռևս ոչինչ անակնկալ չէր մեզ համար։

_Նկարը ձևափոխված է ըստ "Drosophila melanogaster," ըստ Madboy74 (CC0/public domain)._

Բայց երբ

F_{1}

սերնդի ճանճերը խաչասերվեցին միմյանց հետ, տարօրինակ բան նկատվեց․

F_{2}

սերնդի բոլոր էգերը ունեին կարմիր աչքեր, իսկ արուների կեսը՝ սպիտակ աչքեր։ Ակնհայտ է, որ էգերն ու արուները հատկանիշը տարբեր օրինաչափություններով էին ժառանգում։ Իրականում դրանք նույն օրինաչափությամբ էին ժառանգում այն՝ X քրոմոսոմների վրա։

X-ը նշում է տեղը

Արի տեսնենք՝ ինչպես կարող է X քրոմոսոմի ժառանգումը բացատրել այն՝ ինչ տեսավ Մորգանը։ Ավելի վաղ նշեցինք, որ էգ ճանճերը ունեն XX գենոտիպը, իսկ արուները՝ XY գենոտիպը։ Եթե աչքի գույնը պայմանավորող գենը կապենք X քրոմոսոմի հետ (գրելով այն որպես ինդեքս՝

w +

կարմիրի դեպքում և

w

՝ սպիտակի)։ Մորգանի առաջին խաչասերումը ներկայացնելու համար կարող ենք օգտագործել Պանետի աղյուսակ։

Սպիտակ աչքերով արու ճանճի (

X^{w} Y

) և կարմիր աչքերով էգի (

X^{w +} X^{w +}

) խաչասերումը ներկայացնող պանետի աղյուսակը։

		$X^{w}$ ‍	$Y$ ‍
$X^{w +}$ ‍		$X^{w +} X^{w}$ ‍	$X^{w +} Y$ ‍
$X^{w +}$ ‍		$X^{w +} X^{w}$ ‍	$X^{w +} Y$ ‍

X^{w +} X^{w}

- կարմիր աչքերով F1 էգեր

X^{w +} Y

- ապիտակ աչքերով F1 արուներ

_Նկարը ձևափոխված է ըստ "Drosophila melanogaster," ըստ Madboy74 (CC0/public domain)._

Կանխատեսումները համապատասխանում են

F_{1}

սերնդի առանձնյակների ֆենոտիպերին, բայց ֆենտիպերի այս հավաքականը կարող ենք բացատրել նաև X քրոմոսոմի վրա չգտնվող գենով, քանի որ անկախ սեռից բոլոր ճանճերը ունեին կարմիր աչքեր։ Իրական թեստը

F_{1}

սերնդի խաչասերման արդյունքում

F_{2}

սերնդի առաջացումն է։

Կարմիր աչքերով F1 արու ճանճի (

X^{w +} Y

) և կարմիր աչքերով, հետերոզիգոտ F1 էգի (

X^{w +} X^{w}

) խաչասերումը ներկայացնող պանետի աղյուսակը։

		$X^{w +}$ ‍	$Y$ ‍
$X^{w +}$ ‍		$X^{w +} X^{w +}$ ‍	$X^{w +} Y$ ‍
$X^{w}$ ‍		$X^{w +} X^{w}$ ‍	$X^{w} Y$ ‍

X^{w +} X^{w +}

X^{w +} X^{w}

- կարմիր աչքերով F2 էգեր

X^{w} Y

- սպիտակ աչքերով F2 արուներ

X^{w +} Y

- սպիտակ աչքերով F2 արուներ

_Նկարը ձևափոխված է ըստ "Drosophila melanogaster," ըստ Madboy74 (CC0/public domain)._

Ահա թե որտեղ է X-ը առաջացնում տարբերություն։X քրոմոսոմի վրա տեղակայված աչքի գույնը պայմանավորող գենի պանետի աղյուսակը ճիշտ կանխատեսում է, որ բոլոր էգերը կունենան կարմիր աչքեր, իսկ արուների կեսը՝ սպիտակ աչքեր։ Արու ճանճերը իրենց միակ X քրոմոսոմը ստանում են մորից, ով հետերոզիգոտ էր (

X^{w +} X^{w}

)՝ հանգեցնելով ֆենոտիպի 50/50 հարաբերության։

Մոդելի հաստատում

X քրոմոսոմի վրա աչքի գենի տեղակայումը ապացուցելու Մորգանը համար շատ այլ փորձեր ևս կատարեց։ Նա զգուշությամբ դիտարկում էր նաև այլընտարանքային հավանականություններ (օրինակ՝ որ պարզապես հավանական է, որ կստացվեն սպիտակ աչքերով էգ ճանճեր)

^{6}

[Տես Մորգանի մեկ այլ փորձ]

Այս բոլոր դիտարկումները միավորելով՝ Մորգանը եզրակացրեց (և նա ճիշտ էր), որ գենը պետք է տեղակայված լինի կա՛մ X քրոմոսոմի վրա, կա՛մ դրան շատ մոտ

^{7, 9}

։ Այս եզրահանգման լավագույն ապացույցը ավելի ուշ ի հայտ եկավ։ Դա բացահայտեց Մորգանի ուսանող Կելվին Բրիդջսը, ով ցույց տվեց, որ շատ հազվադեպ առաջանում են և՛ էգ, և՛ արու ճանճեր՝ աչքերի անսպասելի գույնով, որը պայմանավորված էր մեյոզի ժամանակ սեռական քրոմոսոմների չառանձնացմամբ։ Կարճ ասած այս պարագայում բացառությունը ապացուցեց կանոնը

^{10, 11}

Մորգանը նաև հայտնաբերեց մուտացիաներ այլ գեներում, որոնք սեռին շղթայակցված չէին ժառանգվում։ Այժմ մենք գիտենք, որ պտղաճանճերից մինչև մարդկանց շրջանում գեները կարող են տեղակայված լինել և՛ սեռական, և՛ ոչ սեռական քրոմոսոմների վրա։

[Մեջբերումներ և հղումներ]

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: