Основные положения хромосомной теории наследственности Т. Моргана

Загадка наследственности веками привлекала внимание ученых. Открытие генов и ДНК раскрыло многие секреты, но до сих пор есть неразгаданные тайны. Давайте узнаем, как хромосомная теория Моргана приоткрыла завесу наследственности.

Предпосылки создания теории

Первые сведения о существовании клетки как структурной единицы живых организмов были получены в XVII веке английским ученым Робертом Гуком с помощью изобретенного им микроскопа. Однако лишь в 30-40-х годах XIX века благодаря работам М. Шлейдена и Т. Шванна была сформулирована клеточная теория, согласно которой клетка является элементарной единицей строения и жизнедеятельности растений и животных.

В 1875 году О. Гертвиг описал процесс деления клеточного ядра, который впоследствии был назван митозом. А в 1883 году Э. Ван Бенеден выявил существование особого типа деления половых клеток — мейоза, в результате которого происходит редукция числа хромосом.

Однако природа наследственности оставалась загадкой вплоть до 1865 года, когда австрийский монах Грегор Мендель опубликовал результаты многолетних опытов по скрещиванию гороха и сформулировал основные закономерности наследования признаков. Он выдвинул гипотезу о существовании частиц наследственности, которые позже были названы генами.

В 1902-1903 годах основные положения хромосомной теории наследственности были предложены независимо друг от друга немецким эмбриологом Теодором Бовери и американским цитологом Уолтером Саттоном. Они выдвинули гипотезу о том, что именно хромосомы являются носителями наследственной информации.

Доказательство локализации генов в хромосомах

Решающий вклад в доказательство связи между генами и хромосомами внес американский генетик Томас Хант Морган в период с 1910 по 1915 год. Он проводил масштабные эксперименты по скрещиванию плодовых мушек дрозофил в своей лаборатории в Колумбийском университете.

Многочисленные мутации, проявившиеся при разведении дрозофил, позволили Моргану в 1910 году описать мутацию белого цвета глаз (w) и отметить ее сцепленное наследование с полом. Вскоре были выявлены и другие мутации, наследующиеся совместно с полом. Это позволило Моргану сделать вывод о линейном расположении генов в X-хромосоме дрозофилы.

В 1913 году ученик Моргана Альфред Стертевант построил первую генетическую карту хромосомы дрозофилы, на которой в линейном порядке были расположены 6 генов, проявляющих сцепленное наследование.

Чем больше расстояние между генами в хромосоме, тем чаще они разделяются во время кроссинговера и наследуются независимо.

Также было показано, что сцепленное наследование может нарушаться за счет кроссинговера – обмена участками между гомологичными хромосомами в профазе I мейоза. Частота кроссинговера между генами прямо пропорциональна расстоянию между ними в хромосоме.

Эти результаты позволили Моргану сформулировать основные положения хромосомной теории наследственности и опубликовать их в 1915 году в книге «Механизм менделевской наследственности».

Экспериментальные доказательства положений теории

Дальнейшие эксперименты по скрещиванию дрозофил в лаборатории Моргана позволили получить множество доказательств справедливости основных положений хромосомной теории наследственности.

Так, Альфред Стертевант продолжил картирование генов дрозофилы, располагая новые мутации на генетической карте в соответствии с частотой кроссинговера. К 1915 году им была составлена детальная карта, на которой в порядке линейного расположения было нанесено уже около 50 генов.

Одним из наиболее элегантных подтверждений локализации генов в хромосомах стал цитологический эксперимент, проведенный Келвином Бриджесом. Он показал, что у самок дрозофилы с нарушенным расхождением половых X-хромосом также нарушалось типичное наследование сцепленных с полом генов.

Основные положения теории Моргана

Подводя итог многолетним исследованиям в области генетики дрозофил, Томас Морган сформулировал основные положения хромосомной теории наследственности:

• Гены расположены в хромосомах линейно, в определенной последовательности;
• Аллельные гены находятся в одинаковых локусах гомологичных хромосом;
• Гены одной хромосомы наследуются совместно, проявляя сцепленное наследование;
• Гены разных хромосом наследуются независимо.

Эти положения были подтверждены в дальнейших экспериментах с дрозофилами и другими объектами, такими как кукуруза, пшеница, кошки, кролики и другие.

Основные положения хромосомной теории наследственности кратко

Итак, кратко обозначим основные положения хромосомной теории наследственности Томаса Моргана:

1. Гены локализованы в хромосомах в линейном порядке;
2. Сцепленные гены в одной хромосоме наследуются совместно;
3. Независимое наследование не сцепленных генов;
4. Кроссинговер нарушает полное сцепление генов.

Значение работ Моргана

За открытие роли хромосом в наследственности Томас Хант Морган был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1933 году. Это стало всеобщим признанием справедливости разработанной им хромосомной теории наследственности.

Работы Моргана и его школы положили начало бурному развитию генетики как самостоятельной научной дисциплины. В 1920-30-е годы были заложены основы популяционной генетики, возникли медицинская генетика, генетика развития, генетика поведения и многие другие направления.

Современное развитие теории

В дальнейшем хромосомная теория наследственности получила мощное развитие благодаря успехам молекулярной биологии и расшифровке структуры ДНК в 1953 году.

Было показано, что хромосомы состоят из ДНК и белков. Гены представляют собой участки ДНК, кодирующие определенные белки. Таким образом, хромосомы являются носителями генетической программы развития и функционирования организма.

Практическое применение теории

Понимание хромосомной природы наследственности позволило использовать явления сцепленного наследования и кроссинговера в практике селекции растений и животных для получения организмов с нужными признаками.

Также знание основ хромосомной теории легло в основу медицинской генетики, дав возможность проводить диагностику наследственных заболеваний человека по хромосомным аномалиям и дефектным генам.

Нерешенные вопросы теории

Несмотря на огромный прогресс генетики, до сих пор остается множество нерешенных вопросов в области молекулярных механизмов наследственности.

В частности, неизвестны точные причины возникновения мутаций, механизмы реализации перекомбинации генетического материала в процессе кроссинговера, а также остается неясным взаимодействие генома с факторами внешней среды.

Эпигенетические механизмы наследования

Помимо непосредственно генетических процессов, существуют и эпигенетические механизмы регуляции активности генов и наследования признаков.

К эпигенетическим факторам относят метилирование ДНК, модификации гистонов и некодирующие РНК. Эти процессы влияют на уровень экспрессии генов без изменения нуклеотидной последовательности.

Горизонтальный перенос генов

Кроме вертикального наследования генов от родителей к потомкам, существует и горизонтальный перенос генетического материала между особями одного поколения.

Такой обмен фрагментами ДНК может происходить с помощью плазмид, транспозонов, вирусов. Этот механизм играет важную роль в микроэволюции и адаптации бактерий и других прокариот.

Синтетическая биология и генная инженерия

Развитие хромосомной теории наследственности привело к возникновению таких перспективных направлений как синтетическая биология и генная инженерия.

Они позволяют не только изучать, но и конструировать новые биологические системы, создавая организмы с заданными свойствами путем внесения целевых изменений в геном.

Биоинформатика и вычислительная биология

Появление высокопроизводительных методов секвенирования ДНК привело к накоплению огромных массивов генетических данных.

Для их анализа и моделирования наследственных процессов служат междисциплинарные подходы биоинформатики и вычислительной биологии.