История открытия мейоза

Мейоз

Мейоз – особый способ клеточного деления, результатом которого является рекомбинация генетического материала и получение гаплоидных клеток.

Анализ существенных признаков определения

Рекомбинация – образование новых комбинаций из имеющегося. То есть – имеющийся генетический материал в мейозе перемешивается с образованием новых сочетаний между генами.

Рассмотрим биологический смысл рекомбинации генетического материала на примере двух популяций цветковых растений. Одна из них размножается вегетативно (например, корневыми отпрысками), а другая исключительно половым путем при перекрестном опылении.

Вопросы:

Какая из двух популяций при относительном постоянстве условий среды будет иметь преимущество?

Что произойдет, если условия среды резко изменятся, и вступит в силу очень неблагоприятный фактор?

Резюме:

Рекомбинация генетического материала приводит к проявлению генетической изменчивости, которая является материалом для естественного отбора.

Разбираем механизм генетической рекомбинации между парой генов, расположенных в гомологичных хромосом.

Что такое гомологичные хромосомы?

Гомологичные хромосомы – диплоидный набор хромосом, полученных при слиянии гаплоидных наборов отца и матери.

В гомологичных хромосомах гены расположены друг напротив друга. Эти пары аллельных генов – отвечающих за альтернативные признаки, если находятся в гетерозиготном состоянии.

Моделируем ситуацию обмена участками хромосомы на примере рукавов пиджака. Приходим к заключению, что для того чтобы обменяться рукавами, необходимо их отрезать, поменять местами и пришить на соответствующее место.

Если перенести ситуацию на уровень хромосом, то рекомбинация генетического материала связана со сближением сестринских хроматид, вырезанием из них одинаковых фрагментов, обменом и пришиванием этих фрагментов на новом месте.

Цикл полового размножения включает чередование гаплоидных поколений клеток (n), с диплоидными (2n). Смешивание геномов происходит в результате слияния двух гплоидных клеток, из которых образуется одна диплоидная зигота. После развития организма из зиготы наступает черед образования гаплоидных клеток (в случае полового размножения с гаметическим мейозом) в ходе процессов оогенеза и сперматогенеза. При мейозе происходит рекомбинация генетического материала, когда парные гомологичные хромосомы обмениваются фрагментами ДНК, после чего новые их комбинации расходятся в разные клетки, которые теперь содержат одинарные наборы хромосом. В результате каждая клетка нового гаплоидного поколения получает новое сочетание генов, происходящее частично от одной родительской клетки предыдущего гаплоидного поколения и частично от другой.

Таким образом, благодаря циклам, включающим гаплоидную фазу, слияние гамет, диплоидную фазу и мейоз, распадаются старые комбинации генов и создаются новые.

Моделирование ситуации для получения клеток с набором n2c

Для этого необходимо, чтобы к полюсам клетки при работе митотического аппарата разошлись не сестринские хроматиды (как это происходит в митозе), а целые (состоящие из двух хроматид) гомологичные хромосомы.

Этот процесс называется редукцией (уменьшением) количества хромосом до гаплоидного числа (из 2n получается n).

Типы мейоза

(по его положению в жизненном цикле организмов)

1. Зиготический мейоз

Мейоз происходит сразу после образования зиготы. Зигота – единственная стадия, когда организм находится в диплоидном состоянии. Следствием зиготического мейоза является дальнейшее существование организма в гаплобионтном состоянии. Пример: коловратки, дрожжи.

1. Гаметическая редукция

Мейоз связан с образованием гамет. Только гаметы гаплоидны. Организм состоит из диплоидных соматических клеток. Гаметы образуются в результате гаметогенеза из особых клеток.

1. Промежуточный мейоз

Мейоз происходит в середине жизненного цикла или на промежуточных стадиях онтогенеза, поэтому организм существует в двух состояниях: гаплоидном и диплоидном. Примеры: мохообразные, зеленый гаметофит и коробочка на ножке – спорофит; Папоротникообразные: спорофит – вегетирующее растение, гаметофит – заросток. Морфология мейоза

Резюме

У большинства многоклеточных организмов, диплоидная фаза бывает сложной и продолжительной, а гаплоидная – простой и кратковременной.

В ходе онтогенеза клетки тела у диплобионтов размножаются преимущественно митозом. Исключение составляют некоторые просто устроенные организмы, например дрожжи, у которых зигота, образовавшаяся после оплодотворения, сразу приступает к мейозу, и дальше эти одноклеточные грибы размножаются в гаплоидном состоянии также митозом (до наступления этапа полового размножения).

У многоклеточных организмов стадия гаплобионта сокращается до минимума. Достаточно вспомнить время, приходящееся на долю гаметофита в разных отделах царства растений. Чем выше организация растений (от мохообразных папоротникообразных к голосеменным и цветковым), тем короче время жизни гаметофита.

Половое размножение идет «рука об руку» с диплоидностью, так как свойство диплоидности обеспечивает особо благоприятные условия для создания более крупного, более сложного и более гибкого генома. Диплоидность – гарантия того, что благодаря наличию второй копии ДНК, сглаживаются вредные последствия мутаций. А ведь у гаплобионтов (из-за отсутствия второй копии ДНК) возникшая мутация сразу должна проявиться в фенотипе!

История открытия мейоза

История открытия мейоза тесно связана с изучением закономерностей гаметогенеза и процесса оплодотворения. В 1883 г. было обнаружено, что в яйцеклетках и сперматозоидах определенного вида червей содержится по две хромосомы, тогда как в зиготе – 4! Хромосомная теория наследственности объясняет это явление так, что вклад отца и матери в определении признаков потомства одинакова, несмотря на огромную разницу в размерах сперматозоидов и яйцеклеток.

Изучение закономерностей гаметогенеза привело к открытию нового типа клеточных делений – мейоза (по греч. – уменьшение).

Поведение хромосом во время мейоза оказалось достаточно сложным, чем казалось первоначально, поэтому закономерности мейоза были окончательно установлены только к началу 30-х годов

Мейоз происходит в два этапа клеточных делений (то есть за два клеточных цикла, между которыми не происходит редубликации ДНК).

Диплоидные ядра содержат по две копии каждой хромосомы (это не относится к половым хромосомам). Одна копия происходит от отцовского набора сперматозоида, а другая от женского набора яйцеклетки. Эти две копии называются гомологичными наборами хромосом и в большинстве клеток они ведут себя как совершенно независимые хромосомы. В S фазе жизненного цикл клетки, когда происходит редубликация ДНК, в структуре интерфазной хромосомы появляются две одинаковые молекулы ДНК, которые называют сестринскими хроматидами. При митозе, в метафазе сестринские хроматиды выстраиваются в экваториальной плоскости веретена так, что их кинетохорные волокна направлены к противоположным полюсам. В результате расщепления сестринских хроматид и анафазного движения их к полюсам, каждая дочерняя клетка получает по одной копии каждого гомолога.

Для получения гаплоидных клеток при мейозе в редукционном делении гомологи должны узнавать друг друга и соединяться в пары, перед тем, как они выстроятся на экваторе веретена. Такое спаривание или конъюгация гомологичных хромосом происходит только в мейозе. Специфические особенности мейоза проявляются только после окончания редубликации ДНК. Вместо того чтобы отделиться друг от друга, сестринские хроматиды ведут себя как единое целое (как будто дупликация хромосом не произошла): каждый дуплицированный гомолог конъюгирует с партнером, образуя структуру, называемую бивалентом. Бивалент располагается на экваторе веретена, и в анафазе дуплицированные гомологи (каждый из которых состоит из двух сестринских хроматид) расходятся к полюсам веретена, при этом сестринские хроматиды остаются соединенными друг с другом.

Таким образом, при первом делении мейоза каждая дочерняя клетка наследует две копии одного из двух гомологов и поэтому содержит диплоидное количество ДНК.

Однако она отличается от обычных диплоидных клеток в двух отношениях:

- обе копии ДНК каждой хромосомы происходят от одной из двух гомологичных хромосом, имевшихся в исходной клетке (хотя, в результате генетической рекомбинации, происходит некототорое перемешивание материнских и отцовских ДНК)

- эти две копии клетка получает в виде тесно связанных сестринских хроматид, составляющих единую хромосому.

Иногда процесс мейоза происходит аномально, так как некоторые гомологи не могут разъединится и попадают в одну из клеток целиком. Тогда количестов хромосом в таких клетках будет отличаться на единицу: в одной клетке единица прибавляется, в другой – отнимается (например, при синдроме Дауна у человека происходит образование гамет с 22 и 24 хромосомами). В гаметах с 24 хромосомами наблюдается трисомия по 21 паре гомологов, и именно при слиянии такой яйцеклетки с нормальным сперматозоидом в геноме зиготы будет не 46 хромосом, а 47.

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 2234; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!