Методы изучения генетики человека (стр. 5 )

Таблица 3

Параметры хромосом

№ пары гомоло-гичных хромосом	№ хромо-сомы в паре (1,2)	Длина, в мм	Lh длина гетерохрама-тина	Примеча-ния
общая, La	короткого плеча, Lp	длинного плеча, Lq
I	1 2	27,0

Число строк в таблице должно соответствовать числу хромосом изучаемого кариотипа плюс 1.

6.  Вычислите индекс спирализации Is и значения морфометрических показателей La, Ir, Ib, Ic, Ih и занесите их в таблицу 4.

Порядок выполнения.

Абсолютная длина самой хорошо заметной хромосомы (ее называют тестерная) измеряется при микрокопировании, с помощью окуляр-микрометра и выражается в мкм. Затем вычисляется коэффициент увеличения К хромосом на фотографии метафазной пластинки, а затем – через коэффициент увеличения – вычисляется абсолютная длина каждой хромосомы кариотипа. Например, длина тестерной хромосомы La΄1.1 на фотографии равна 27 мм, или 27×1000, мкм, физическая или абсолютная длина этой же хромосомы на метафазной пластинке La1.1 составляет 11,0 мкм, тогда коэффициент увеличения .

В нашем примере К = (27·1000): 11 = 2454,5 раза. Далее, La1.2 вычисляют делением ее длины на фотографии, выраженной в мкм, на коэффициент увеличения К. Выраженную в мкм абсолютную длину хромосом заносим в таблицу.

Плечевой индекс .

Центромерный индекс .

Относительная длина хромосомы .

Процент гетерохроматиновой зоны

.

Индекс спирализации Is вычисляется как отношение суммы двух самых коротких хромосом к сумме двух самых длинных хромосом, выраженное в %.

Таблица 4

Морфометрические параметры хромосом, при Is = .. ..., % .

Группа, № пары гомоло-гичных хромосом	№ хромо-сомы в паре	La, мкм	Ir, %	Ib	Ic	Ih, %
I	1 2	11,0

Число строк в таблице должно соответствовать числу хромосом изучаемого кариотипа.

7.  Проанализируйте данные кариограммы и таблиц, используя представления о морфологическом подобии гомологичных хромосом и их числе в кариотипе. Сделайте обоснованный вывод.

8.  Сделайте расшифровку кариотипов больных людей: 1) 47,ХХУ,9qh+; 2) 47,ХXY, Yqh-; 3) 46,XX,5r; 4) 47,XХХ,21pstk; 5) 45,X0,15pss.

9.  Сколько телец полового хроматина можно обнаружить в большинстве интерфазных клеток людей с кариотипами: 1) 46,XX; 2) 46,XY; 3) 47,XXY; 4) 48,XXXY; 5) 45,X; 6) 47,XXX; 7) 48,XXXX; 8) 49,XXXXУ?

10.  Объясните хромосомный механизм появления индивидуумов с отклонениями числа аутосом и половых хромосом.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Раскройте понятия кариотип, кариограмма, идиограмма.

2. Каковы химический состав, строение и морфология хромосом.

3. В чем заключается содержание цитогенетического метода.

4. Охарактеризуйте методы дифференцированной окраски хромосом.

5. Опишите степени упаковки ДНК в метафазную хромосому (нуклеосома, нуклеосомная нить, хромонема).

6. Охарактеризуйте различные типы хромосом.

7. Приведите примеры хромосомных и геномных мутаций у человека.

Форма отчета

1.  Представление на проверку оформленной тетради и устная защита работы. Работа по изучению кариотипа оформляется как отдельное задание.

2.  Выполнение проверочного теста на сайте i-exam.

3. ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Методы, используемые для установления частот генов и генотипов в популяции, демонстрирующие характер их изменения под влиянием окружающей среды и различных факторов популяционной динамики, называются популяционно-статистические.

С помощью этих методов можно:

- определить частоты генов и генотипов;

- установить, как под действием отбора меняются частоты генов;

- выявить, как влияют факторы популяционной динамики на частоты тех или иных фенотипов и генотипов;

- установить влияние факторов окружающей среды на экспрессию генов;

- определить степень межпопуляционного генетического разнообразия и вычислить расстояние между популяциями.

При изучении генетики популяций человека необходимо знание их демографических характеристик (размер популяций, рождаемость, смертность, возрастная структура, национальный состав), географические и климатические условия жизни, религиозные убеждения и др., так как при сочетании некоторых характеристик популяции человека могут быть панмиксными (случайные браки) и инбредными (высокая частота кровнородственных браков).

В популяции человека формирование субпопуляций связано с формами изоляции, которые свойственны только человеку: расовая, социальная (специальное положение, экономические, этнические, языковые, административные особенности), религиозно-конфессиональная и идеологическая.

Популяции человека разделяют на крупные, численность которых > 4000 человек, малые ( субпопуляции, или демы), численность которых 1500–4000 человек, и изоляты, численность которых < 1500 человек.

Для получения достоверных результатов выбирают достаточно большую популяцию. Для генетических исследований оптимальным является размер популяции от 0,5 до 5,0 млн. человек. Для сбора материала используется обзорный метод и его различные модификации.

Совокупность генов в популяции называют генофондом. Генофонд отражается в значениях частот различных генотипов в ней. Наследственные заболевания распределены по различным регионам земного шара, среди разных рас и народностей неравномерно, а знания о распространении частот заболеваний и количестве гетерозиготных носителей в регионе имеет большое значение, т. к. способствует организации профилактических мероприятий.

При статистической обработке материала основой для определения генетической структуры популяции является закон генетического равновесия Харди-Вайнберга, 1908 г, который сформулировали, независимо друг от друга, математик Г. Харди в Англии и врач В. Вайнберг в Германии. Закон отражает закономерность, в соответствии с которой: «В популяции из бесконечно большого числа свободно скрещивающихся особей, в отсутствии мутаций, избирательной миграции организмов с различными генотипами и давления естественного отбора, первоначальные частоты аллелей сохраняются из поколения в поколение». В основе сохранения частот аллелей лежат статистические закономерности случайных событий в больших выборках.

Важнейшей характеристикой популяции являются частоты аллелей (генов) и генотипов.

Для расчета частот генотипов, фенотипов и аллелей в диаллельной системе применяются формулы:

pA+qa = 1

(pA+qa)2 = 1

p2AA+2p·qAa+q2aa = 1,

где pA – частота доминантной аллели,

qa – частота рецессивной аллели,

p2 – частота гомозиготного генотипа АА,

2p·q – частота гетерозигот Аа,

q2 – частота генотипа аа (рецессивной гомозиготы).

Закон Харди – Вайнберга описывает условия генетической стабильности популяции. Популяцию, генофонд которой не меняется в ряду поколений, называют Менделевской. В природе эти популяции не встречаются, но их выделение имеет чисто теоретическое значение. В строгом смысле закон Харди – Вайнберга демонстрируется в бесконечно больших популяциях, в которых осуществляется панмиксия и на которые не действуют никакие внешние факторы, изменяющие ее генетическую и генотипическую структуру.

Одно из важнейших применений закона Харди – Вайнберга состоит в том, что с применением его формул моно рассчитать частоты генов и генотипов в популяции.

Пример: частота фенилкетонурии (ФКУ) в популяции составляет 1:10000, ФКУ – аутосомно-рецессивное заболевание, следовательно, индивидуумы с генотипами АА и Аа – здоровы, с генотипами аа – больны ФКУ.

Популяция, следовательно, представлена генотипами в следующем соотношении: p2AA+2p·qAa+q2aa=1

? + ? + 1 = 10000.

Исходя их этих условий:

q2aa=1/10000=0,0001.

pA = 1 – qa = 1 – 0,01 = 0,99

p2AA = 0,992 = 0,9801

2p · q Aa = 2×0,99×0,01 = 0,0198, или ~1,98% (2%)

Следовательно, в данной популяции частота гетерозигот по гену ФКУ по изучаемой популяции составляет приблизительно 2%.

Количество индивидуумов с генотипом АА составляет 10000×0,9801=9801, количество индивидуумов с генотипом Аа (носителей) составляет 10000×0,0198=198 человек.

В том случае, если ген в генофонде представлен несколькими аллелями, например, ген I группы крови системы АВ0, то соотношение различных генотипов выражается формулой и принцип Харди – Вайнберга остается в силе.

Например: среди египтян встречаются группы крови в системе АВ0 в следующем процентном соотношении: 0(I) - 27,3%, A(II) - 38,5%, B(III) - 25,5%, AB(IV) - 8,7%

Определить частоту аллелей I0, IA, IB и разных генотипов в этой популяции.

При решении задачи можно воспользоваться формулами:

;