Понятие о фенотипе и генотипе – Понятие о генотипе и фенотипе.

Понятие о генотипе и фенотипе.

Генотип— вся совокупность имеющихся у организма генов.

Фенотип— совокупность реализованных (т.е. внешних) генетически детерминированных признаков, т.е. индивидуальное (в определенных условиях внешней среды) проявление генотипа. При изменении условий существования фенотип бактерий изменяется при сохранении генотипа.

Изменчивость у бактерий может быть ненаследуемой (модификационной) и генотипической (мутации, рекомбинации).

Временные, наследственно не закрепленные изменения, возникающие как адаптивные реакции бактерий на изменения окружающей среды, называются модификациями (чаще — морфологические и биохимические модификации). После устранения причины бактерии реверсируют к исходному фенотипу.

Стандартное проявление модификации — распределение однородной популяции на две или более двух типов- диссоциация. Пример- характер роста на питательных средах: S- (гладкие) колонии, R- (шероховатые) колонии, M- (мукоидные, слизистые) колонии, D- (карликовые) колонии. Диссоциация протекает обычно в направлении S-R. Диссоциация сопровождается изменениями биохимических, морфологических, антигенных и вирулентных свойств возбудителей.

Мутации — скачкообразные изменения наследственного признака. Могут быть спонтанные и индуцированные, генные (изменения одного гена) и хромосомные (изменения двух или более двух участков хромосомы).

Одновременно у бактерий имеются различные механизмы репарации мутаций, в том числе с использованием ферментов — эндонуклеаз, лигаз, ДНК- полимеразы.

Генетические рекомбинации — изменчивость, связанная с обменом генетической информации. Генетические рекомбинации могут осуществляться путем трансформации, трансдукции, конъюгации, слияния протопластов.

1.Трансформация — захват и поглощение фрагментов чужой ДНК и образование на этой основе рекомбинанта.

2.Трансдукция — перенос генетического материала фагами (умеренными фагами — специфическая трансдукция).

3.Конъюгация — при непосредственном контакте клеток. Контролируется tra (transfer) опероном. Главную роль играют конъюгативные F- плазмиды.

Схема бактериальной трансформации и трансдукции

Трансформация — перенос генетического материала, заключающийся в том, что бактерия-реципиент захватывает (поглощает) из внешней среды фрагменты чужеродной ДНК.

Трансдукция — перенос генетического

материала от клетки-донора клетке-реципиенту

с помощью бактериофагов.

Схема бактериальной конъюгации

1. клетка-донор образует F-пили.

2. 2— F-пили прикрепляются к клетке-реципиенту.

3. 3— Мобильная плазмида разрывается и одна цепь ДНК перемещается в клетку-реципиент.

4. 4— В обеих клетках синтезируется вторая цепь ДНК и образуются F-пили. Обе клетки могут быть донорами.

Генетика вирусов

Геном вирусов содержит или РНК, или ДНК (РНК- и ДНК- вирусы соответственно). Выделяют позитивную (+) РНК, обладающую матричной активностью и соответственно- инфекционными свойствами, и негативную ( — ) РНК, не проявляющую инфекционные свойства, которая для воспроизводства должна транскрибироваться (превращаться) в + РНК. Механизмы репродукции различных вирусов очень сложные и существенно отличаются. Основные их схематические варианты представлены ниже:

1. вирионная (матричная) +РНК комплементарная -РНК (в рибосомах) вирионная +РНК.

2. — РНК вирусная (информационная) +РНК — РНК (формируется на геноме зараженной клетки).

3. однонитевая ДНК: +ДНК +ДНК -ДНК +ДНК -ДНК +ДНК +ДНК.

4. ретровирусная однонитевая РНК: РНК ДНК (провирус) РНК.

5. двунитевая ДНК: разделение нитей ДНК и формирование на каждой комплементарной нити ДНК.

Генофонд вирусов создается и пополняется из четырех основных источников:

двух внутренних (мутации, рекомбинации) и двух внешних (включение в геном генетического материала клетки хозяина, поток генов из других вирусных популяций).

Комплементация

— функциональное взаимодействие двух дефектных вирусов, способствующее их репликации и горизонтальной передаче.

Фенотипическое смешивание — при заражении клетки близкородственными вирусами с образованием вирионов с гибридными капсидами, кодируемыми геномами двух вирусов.

Популяционная изменчивость вирусов связана с двумя разнонаправленными процессами — мутациями и селекцией, связанными с внешней средой как индуктором мутаций и фактором стабилизирующего отбора. Гетерогенность вирусных популяций — адаптационный генетический механизм, способствующий пластичности (устойчивости, приспособляемости) популяций, фактор эволюции и сохранения видов во внешней среде.

Генофонд вирусных популяций сохраняется за счет нескольких механизмов:

— восстановления изменчивости за счет мутаций;

— резервирующих механизмов (возможность перехода любых, даже негативных мутаций в следующую генерацию)- комплементация, рекомбинация;

— буферных механизмов (образование дефектных вирусных частиц, иммунных комплексов и др.), способствующие сохранению вируса в изменяющихся внешних условиях.

studfiles.net

Понятие о генотипе и фенотипе микроорганизмов

Генотип — совокупность генов бактериальной клетки; фено­тип — совокупность всех признаков и свойств, проявляемых данной культурой. В отличие от особей высших организмов, у которых исследуются признаки и свойства каждой особи, у мик­роорганизмов изучаются признаки и свойства в целом всей куль­туры (штамма), т. е. совокупности клеток, включающих миллио­ны и миллиарды особей. Культуры микробов могут отличаться морфологическими, физиологическими и биохимическими при­знаками. К морфологическим признакам относятся окраска, раз­мер, форма, характер края и поверхности отдельно растущих колоний и т. д.; к физиологическим и биохимическим — способ­ность или неспособность расти при пониженной или повышен­ной температуре, устойчивость к антибиотикам, различным ядам, облучению, отношение к питательным средам.

Пй способу питания бактерии делятся на прототрофные и аук-сотрофные. Прототрофные могут жить на минимальной питатель­ной среде (содержащей минеральные соли и углеводы) и необхо­димые им вещества способны синтезировать сами. В то же время получено много штаммов грибов и бактерий, которые в отличие от исходного штамма (так называемого дикого типа) лишены способ­ности синтезировать одну или несколько аминокислот или другие факторы роста из более простых предшественников. Такие штам­мы называют ауксотрофными. Ауксотрофный штамм можно иден­тифицировать по его неспособности расти и размножаться на син­тетической среде, которая не содержит какого-то специфического фактора роста. Но если в синтетическую среду добавить компо­нент, который ауксотрофный штамм не способен самостоятельно синтезировать, то он начинает расти так, что его уже невозможно отличить от прототрофного. Таким образом, культура микроорга­низма может быть изучена в отношении многих признаков.

Гены, ответственные за синтез определенного соединения, обозначают тремя строчными буквами, соответствующими на­чальным буквам этого соединения. Гены исходного дикого типа обозначают со знаком «+», например, his»¹» — гистидиновый ген, leu»¹» — лейциновый ген, aig⁺ — аргининовый ген и т. д. Гены чув­ствительности или резистентности к лекарственным препаратам, фагам и ядам обозначают буквами s (sensitive — чувствительный) и г (resistant — резистентный). Например, чувствительность к стреп­томицину обозначают str⁵, а резистентность — str^r. Фенотип бак­терий обозначают теми же символами, что и генотип, но с про­писной буквы. Так, генотипам his»

1«, leu⁺, arg⁺, str^r соответствуют фенотипы His⁺, Leu⁺, Arg⁺, Str^r. Символы His⁺, Leu⁺, Arg⁺ указы­вают на способность синтезировать гистидин, лейцин, аргинин, а символ Str^r — на резистентность к стрептомицину. Альтернатив­ные им признаки обозначают символами His~, Leir~, Arg»~, Str*.

Генотип микроорганизмов представлен совокупностью генов, обусловливающих потенциальную возможность формирования любого их признака. Но формирование признака происходит в определенных условиях окружающей среды, которые не всегда способствуют проявлению генотипа. Так, два штамма Е. coli с генотипами 1ас^ и 1ас»~ на среде с лактозой будут иметь разные фенотипы: бактерии с генотипом 1ас+ образуют колонии красного цвета, а бактерии с генотипом 1ас~ образуют бесцветные колонии, так как они не ферментируют лактозу. При выращивании этих штаммов на среде без лактозы фенотип их будет одинаковым. Патогенный генотип одного штамма бактерий можно отличить от другого непатогенного штамма только при заражении восприим­чивого животного. В организме невосприимчивого животного ге­нотип патогенного штамма не появится.

Исследования по генетике микроорганизмов показывают, что им присуща большая изменчивость. Изменения, возникающие под влиянием окружающей среды и не сохраняющиеся при пере­носе клеток в исходные условия, носят название модификацион-ных. Модификации не наследственны, они не затрагивают геноти­па микроба и исчезают в первом или последующих поколениях. Микроорганизмам, как и всем прочим живым организмам, свойст­венно проявление комбинативной изменчивости, которая является наследственной. В силу того что прокариоты имеют гаплоидный набор хромосом и им несвойственно половое размножение, гене­тические рекомбинации у них имеют свои особенности. Рекомби­нация у бактерий происходит путем переноса генетического мате­риала из клетки донора в клетку реципиента при помощи конъ­югации, трансдукции и трансформации. Эти процессы отличаются главным образом способом переноса генетического материала.

studfiles.net

2.Строение генома бактерий. Понятие о генотипе и фенотипе. Виды изменчивости.

Бактериальный геном состоит из генети­ческих элементов, способных к самостоятель­ной репликации, т. е. репликонов. Репликонами являются бактери­альная хромосома и плазмиды.

Наследственная инф-ция хранится у бактерий в форме послед-ти нуклеотидов ДНК, которые опр-т после­д-ть АК в белке. Каждому белку соответствует свой ген, т. е. дискретный участок на ДНК, отличаю­щийся числом и специфичностью послед-ти нуклеотидов. Бактериальная хромосома представлена одной двухцепочечной мол. ДНК кольцевой фор­мы. БХ формиру­ет компактный нуклеоид бактериальной кл, им. гаплоидный на­бор генов. Она кодирует жизненно важные для бактер. кл. функции. Плазмиды бактерий — двухцепочечные молекулы ДНК. Они кодируют не основные для жизнед-ти бактер.кл. функции, но придающие бактерии преиму­щества при попадании в неблагоприятные условия существования.

В состав БГ, как в бак­т.хромосому, в плазмиды, входят подвижные генетические элементы: вставочные послед-ти и транспозоны. Вставочные (инсерционные) посл-ти IS-элементы — это участки ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка репликона в др, а также между репликонами. Они содержат лишь те гены, которые необходимы для их собственного перемещения — транс­позиции: ген, кодирующий фермент транспозазу, обеспечивающую процесс исключения IS-элемента из ДНК и его интеграцию в но­вый локус, и ген, детерминирующий синтез репрессора, который регулирует весь процесс перемещения. Отличительной особенностью IS-элементов является наличие на концах вставочной посл-ти инвертированных повто­ров. Эти инвертированные повторы узнает фермент транспозазу. Перемещение ПГЭ принято называть репликативной или незаконной рекомбинацией. Однако в отличие от бакт.хр-мы и плазмид подвижные генетич. элементы не являются самост-ми репликонами, т.к. их репликация -составной элемент репликации ДНК репликона, в составе кото­рого они находятся.

Перемещаясь по репликону или между реп­ликонами, подвижные генетические элемен­ты вызывают:

1. Инактивацию генов тех участков ДНК, куда они, переместившись, встраиваются.

2. Образование повреждений генетического материала.

3. Слияние репликонов, т. е. встраивание плазмиды в хромосому.

4. Распространение генов в популяции бак­терий, что может приводить к изменению биологических свойств популяции, смене возбудителей инфекционных заболеваний, а также способствует эволюционным процес­сам среди микробов.

Св-ва м/о опр-ся их генотипом, т.е. сов-тью генов данной особи. Фенотип — результат взаимодействия меж­ду генотипом и окр.средой, т. е. проявление генотипа в конкретных условиях обитания. Фенотип м/о хотя и зависит от окр.среды, но контролируется генотипом.. В основе изменчивости лежит либо изменение реакции гено­типа на факторы окр.среды, либо изменение самого генотипа в рез. мутации генов или их рекомбинации. В свя­зи с этим фенотипическую изменчивость подразделяют на на­следственную и ненаследственную. Ненаследственная (средовая, модификационная) изменчивость обусловлена влиянием внутри- и внеклеточных факторов на про­явление генотипа. При устранении фактора, вызвавшего моди­фикацию, данные изменения исчезают. Наследственная (генотипическая) изменчивость — мутационная изменчивость. Основу мутации со­ставляют изменения последовательности нуклеотидов в ДНК, полная или частичная их утрата.

Насл.изм-ть, связанная с рекомбинациями, называется рекомбинационной изменчивостью.

studfiles.net

Генотип и фенотип. | Биология

Генотип – совокупность наследственных признаков и свойств, полученных особью от родителей. А также новых свойств, появившихся в результате мутаций генов, которых не было у родителей. Генотип складывается при взаимодействии двух геномов (яйцеклетки и сперматозоида) и представляет собой наследственную программу развития, являясь целостной системой, а не простой суммой отдельных генов. Целостность генотипа – результат эволюционного развития, в ходе которого все гены находились в тесном взаимодействии друг с другом и способствовали сохранению вида, действуя в пользу стабилизирующего отбора. Так, генотип человека определяет (детерминирует) рождение ребенка, у зайца – беляка потомство будет представлено зайчатами, из семян подсолнечника вырастет только подсолнечник.

Генотип – это не просто сумма генов. Возможность и форма проявления гена зависят от условий среды. В понятие среды входят не только условия, окружающие клетку, но и присутствие других генов. Гены взаимодействуют друг с другом и, оказавшись в одном генотипе, могут сильно влиять на проявление действия соседних генов.

Фенотип – совокупность всех признаков и свойств организма, сложившихся в процессе индивидуального развития генотипа. Сюда относятся не только внешние признаки (цвет кожи, волос, форма уха или нома, окраска цветков), но и внутренние: анатомические (строение тела и взаимное расположение органов), физиологические (форма и размеры клеток, строение тканей и органов), биохимические (структура белка, активность фермента, концентрация гормонов в крови). Каждая особь имеет свои особенности внешнего вида, внутреннего строения, характера обмена веществ, функционирования органов, т.е. свой фенотип, который сформировался в определенных условиях среды.

Если рассмотреть результаты самоопыления гибридов F2, можно обнаружить, что растения, выросшие из желтых семян, будучи внешне сходными, имеющие одинаковый фенотип, обладают различной комбинацией генов, т.е. разный генотип.

Понятия генотип и фенотип – очень важные в генетике. Фенотип формируется под влиянием генотипа и условий внешней среды.

Известно, что генотип отражается в фенотипе, а фенотип наиболее полно проявляется в определенных условиях среды. Таким образом, проявление генофонда породы (сорта) зависит от окружающей среды, т.е. условий содержания (климатические факторы, уход). Часто сорта, созданные в одних районах, мало пригодны к разведению в других.

ebiology.ru

31. Строение генома бактерий. Понятие о генотипе и фенотипе. Виды изменчивости.

Генетическая система бактерий состоит из ядерных и внеядерных структур. Аналог ядра прокариотов значительно отличается от ядра эукариотических клеток. Он представлен нуклеоидом, лишенным оболочки и включающем в себя почти всю ДНК бактерии.

Хотя бактерии являются гаплоидными организмами, т.е. имеют один набор генов, содержание ДНК у них непостоянно, оно может при благоприятных условиях достигать значений, эквивалентных по массе 2, 4, 6 и даже 8 хромосомам.

Бактериальная хромосома состоит из одной двунитевой молекулы ДНК кольцевой формы. Молекула ДНК построена из двух полинуклеотидных цепочек. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара дезоксирибозы и фосфатной группы. Азотистые основания представлены пуринами (аденин, гуанин) и пиримидинами (тимин, цитозин). Каждый нуклеотид обладает полярностью. У него имеются дезоксирибозный 3′ -конец и фосфатный 5′ -конец. Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепочку фосфодиэфирными связями между 5′ -концом одного нуклеотида и 3′ -концом другого. Соединение между двумя цепочками обеспечивается водородными связями комплементарных азотистых оснований: аденина с тимином, гуанина с цитозином.

Нуклеотидные цепи антипараллельны: на каждом конце линейной молекулы ДНК расположены 5′ -конец одной цепи и 3′ -конец другой цепи.

Наследственная информация у бактерий хранится в форме последовательности нуклеотидов ДНК, которая определяет последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка. Каждому белку соответствует свой ген, т.е., дискретный участок на ДНК, отличающийся числом и специфичностью последовательности нуклеотидов. Бактериальная хромосома содержит до 4000 отдельных генов.

Совокупность всех генов называется геномом. Внешнее проявление генома называется фенотипом .

У бактерий очень часто помимо хромосомного генома имеется дополнительный плазмидный геном, наделяющий их важными биологическими свойствами, специфическим (приобретенным) иммунитетом к различным антибиотикам и другим химиопрепаратам.

Большая роль в изменчивости бактерий и других организмов принадлежит так называемым транспонируемым генетическим элементам, т.е. генетическим структурам, способным в интактной форме перемещаться внутри данного генома или переходить от одного генома к другому, например от плазмидного генома к бактериальному и наоборот.

Различают четыре класса транспонируемых элементов:

1) IS-последовательности;

2) транспозоны;

3) эписомы

4) плазмиды.

IS-(инсерционные) последовательности(англ. insertion-вставка) – это короткие фрагменты ДНК, мигрирующие от одной хромосомы к другой, или между хромосомой и плазмидой. Фенотипических признаков не кодируют, самостоятельно не реплицируются.

Функции IS-элементов:

1. Координировать взаимодействие транспозонов, плазмид и умеренных фагов как между собой, так и с хромосомой бактериальной клетки и обеспечивать их рекомбинацию.

2. Вызывать инактивацию гена, в котором произошла интеграция IS-последовательности («выключение гена»), либо, будучи встроенными в определенном положении в бактериальную хромосому, служить промотором (участками ДНК, регулирующих экспрессию подлежащих структурных генов бактерий – реципиентов), который включает транскрипцию соответствующих генов, выполняя регуляторную функцию.

3. Индуцировать мутации типа делеций или инверсий при перемещении и дупликации в 5-9 парах нуклеотидов при включении в бактериальную хромосому.

Транспозоны – это более крупные молекулы ДНК. Так же как IS-последовательности являются мигрирующими генетическими элементами. Представляют собой нуклеотидные последовательности, включающие от 2000 до 20500 пар нуклеотидов, которые несут генетическую информацию, необходимую для транспозиции. При включении в бактериальную ДНК они вызывают в ней дупликации, а при перемещении – делеции и инверсии. Они реплицируются только в составе бактериальной хромосомы. При этом новые копии транспозонов могут мигрировать в некоторые плазмиды и ДНК фагов, которые, проникая в бактериальные клетки, способствуют их распространению в популяции. Т.о. важнейшим свойством транспозонов является их способность к перемещению с одного репликона (хромосомная ДНК) на другой (плазмида) и наоборот. Помимо генов, ответственных за транспози­цию, они содержат и структурный ген, кодирующий тот или иной признак.

Кроме того некоторые транспозоны, так же как плазмиды, выполняют регуляторную и кодирующую функцию. В частности, они могут нести информацию для синтеза бактериальных токсинов, а также ферментов разрушающих или модифицирующих антибиотики.

Эписомы (умеренные лизогенные и дефектные фаги). Встраиваясь в хромосому, эти фаги вызывают лизогению бактерий, которые могут приобретать новые признаки. Собственно эписомы – это вирусы, обладающие, подобно другим транспонируемым элементам, способностью в интактной форме переходить из одного генома в другой.

Различают два вида изменчивости – фенотипическую и генотипическую.

Ненаследственная, фенотипическая изменчивость, или модификация, микроорганизмов возникает как ответ клетки на неблагоприятные условия ее существования. Эта адаптивная реакция на внешние раздражители не сопровождается изменением генотипа и поэтому не передается по наследству

Модификации затрагивают большинство особей в популяции. С течением времени наблюдается реверсия, т. е. возвращение к исходному фенотипу после устранения действия фактора, вызвавшего их образование, поскольку исчезает потребность в сохранении данной модификации.

Могут измениться морфология (удлиняется), культуральные свойства (стафилококки без пигмента при недостатке кислорода) биохимические или ферментативные свойства, вырабатываются адаптивные ферменты Е. coli, фермент лактаза на среде — с лактозой.

Генотипическая изменчивость затрагивает генотип. В основе ее лежат мутации и рекомбинации.

Мутации (от лат. mutatio — изменять) — это передаваемые по наследству структурные изменения генов. При мутациях изменяются участки геномов (т.е. наследственного аппарата).

studfiles.net

2. Понятие генотипа и фенотипа.

Как мы видели, существуют признаки, которые имеют простое однозначное соответствие генам (группы крови, например), и среда не оказывает никакого влияния на проявление таких признаков. Человек, обладающий аллелями группы крови А, при любых обстоятельствах будет иметь эту группу крови, в какой бы среде он ни находился. Но такие полностью генетически детерминированные признаки являются скорее исключением, чем правилом. Большинство же признаков человека есть результат взаимодействия генов с факторами среды. Признаки, для которых характерна непрерывная изменчивость, как правило, обусловлены совместным действием многих генов и факторов среды. Наследуемость таких признаков называют полигенной.

В генетике существуют два очень важных понятия. Это понятия генотип и фенотип. Мы уже знаем, что наследственная конституция складывается из большого числа различных генов. Вся совокупность генов данного организма называется его генотипом, то есть понятие генотипа идентично понятию генетической конституции. Свой генотип (набор генов) каждый человек получает в момент зачатия и несет его без всяких изменений через всю свою жизнь. Активность генов может меняться, но их состав остается неизменным.

От понятия генотип следует отличать другое сходное понятие — геном. Геномом называется совокупность генов, характерная для гаплоидного набора хромосом особи данного вида. В отличие от генотипа геном является характеристикой вида, а не отдельной особи.

Фенотип же представляет собой любые проявления организма в каждый момент его жизни. Фенотип включает в себя и внешний вид, и внутреннее строение, и физиологические реакции, и любые формы поведения, наблюдаемые в текущий момент. Например, уже упоминавшиеся группы крови системы АВ0 — это пример фенотипа на физиолого-биохимическом уровне. Хотя на первый взгляд многим кажется, что группа крови — это генотип, поскольку она четко определяется действием генов и не зависит от среды, однако это лишь проявление действия генов, и поэтому должно быть отнесено к категории фенотипов. Вспомним, что представители групп крови А или В могут иметь разные генотипы (гомозиготные и гетерозиготные). Сложными фенотипами являются все поведенческие проявления. Например, почерк, который отличает данного индивида, является его поведенческим проявлением и также относится к категории фенотипов. Если группа крови в течение жизни не меняется, то почерк по мере тренировки навыка письма претерпевает значительные изменения.

Если генотипы наследуются и остаются неизменными в течение жизни индивида, то фенотипы большей частью не наследуются — они развиваются и являются следствием наших генотипов лишь в определенной мере, поскольку большую роль в становлении фенотипов играют условия внешней среды.

Весь процесс развития от оплодотворенной яйцеклетки до взрослого организма происходит не только под непрерывным регулирующим влиянием генотипа, но и под влиянием множества различных условий среды, в которых находится растущий организм. Поэтому необычайная изменчивость, свойственная живым организмам, обусловлена не только огромным разнообразием генотипов, возникающим вследствие рекомбинации генов и мутационного процесса, но в значительной степени объясняется и тем, что отдельные индивиды развиваются в различающихся условиях среды.

С давних пор идет полемика о том, что важнее для формирования организма – среда или генетическая конституция. Особенно острые споры разгораются там, где дело касается поведения человека, его психологических характеристик — темперамента, умственных способностей, черт личности. Не случайно, что именно с вопроса о природе умственной одаренности начались исследования в области генетики человека. Ф. Гальтон первым в научном трактате поставил рядом два понятия, которые в той или иной форме не сходят со страниц научной литературы до наших дней. Это понятия — «nature and nurture», то есть «природа и условия воспитания».

Генетиков, и генетиков поведения в частности, часто упрекают в отрицании роли среды. Однако такой упрек совершенно необоснован. Одним из основных постулатов генетики является тезис о том, что фенотип представляет собой результат взаимодействия генотипа и среды. В процессе этого взаимодействия и возникает то многообразие фенотипических проявлений, которое характерно для большинства признаков человека, относящихся к категории количественных и образующих непрерывный ряд изменчивости.

studfiles.net

24. Строение генома бактерий. Подвижные генетические элементы, их роль в эволюции бактерий. Понятие о генотипе и фенотипе. Виды изменчивости: фенотипическая и генотипическая.

Бактериальный геном состоит из генети­ческих элементов, способных к самостоятель­ной репликации, т. е. репликонов. Репликонами являются бактери­альная хромосома и плазмиды.

Наследственная информация хранится у бактерий в форме последовательности нуклеотидов ДНК, которые определяют после­довательность аминокислот в белке. Каждому белку соответствует свой ген, т. е. дискретный участок на ДНК, отличаю­щийся числом и специфичностью последова­тельности нуклеотидов.

Бактериальная хромосома представлена одной двухцепочечной молекулой ДНК кольцевой фор­мы. Размеры бактериальной хромосомы у различ­ных представителей царства Procaryotae варьируют. Бактериальная хромосома формиру­ет компактный нуклеоид бактериальной клетки. Бактериальная хромосома имеет гаплоидный на­бор генов. Она кодирует жизненно важные для бактериальной клетки функции.

Плазмиды бактерий представляют собой двухцепочечные молекулы ДНК. Они кодируют не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но придающие бактерии преиму­щества при попадании в неблагоприятные условия существования.

Свойства микроор­ганизмов, как и любых других организмов, определяются их генотипом, т.е. совокупностью генов данной особи. Термин «геном» в отношении микроорганизмов — почти синоним по­нятия «генотип».

Фенотип представляет собой результат взаимодействия меж­ду генотипом и окружающей средой, т. е. проявление генотипа в конкретных условиях обитания. Фенотип микроорганизмов хотя и зависит от окружающей среды, но контролируется генотипом, так как характер и степень возможных для данной клетки сте­нотипических изменений определяются набором генов, каждый из которых представлен определенным участком молекулы ДНК.

В основе изменчивости лежит либо изменение реакции гено­типа на факторы окружающей среды, либо изменение самого генотипа в результате мутации генов или их рекомбинации. В свя­зи с этим фенотипическую изменчивость подразделяют на на­следственную и ненаследственную.

Ненаследственная (средовая, модификационная) изменчивость обусловлена влиянием внутри- и внеклеточных факторов на про­явление генотипа. При устранении фактора, вызвавшего моди­фикацию, данные изменения исчезают.

Наследственная (генотипическая) изменчивость, связанная с мутациями, — мутационная изменчивость. Основу мутации со­ставляют изменения последовательности нуклеотидов в ДНК, полная или частичная их утрата, т. е. происходит структурная пе­рестройка генов, проявляющаяся фенотипически в виде изме­ненного признака.

Наследственная изменчивость, связанная с рекомбинациями, называется рекомбинационной изменчивостью.

Подвижные генетические элементы.

В состав бактериального генома, как в бак­териальную хромосому, так и в плазмиды, входят подвижные генетические элементы. К подвижным генетическим элементам от­носятся вставочные последовательности и транспозоны.

Вставочные (инсерционные) последова­тельности IS-элементы — это участки ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка репликона в другой, а также между репликонами. Они содержат лишь те гены, которые необходимы для их собственного перемещения — транс­позиции: ген, кодирующий фермент транспозазу, обеспечивающую процесс исключения IS-элемента из ДНК и его интеграцию в но­вый локус, и ген, детерминирующий синтез репрессора, который регулирует весь процесс перемещения.

Отличительной особенностью IS-элементов является наличие на концах вставочной последовательности инвертированных повто­ров. Эти инвертированные повторы узнает фермент транспозаза. Транспозаза осуществляет одноцепочечные разрывы це­пей ДНК, расположенных по обе стороны от подвижного элемента. Оригинальная копия IS-элемента остается на прежнем месте, а ее реплицированный дупликат перемещается на новый участок.

Перемещение подвижных генетических элементов принято называть репликативной или незаконной рекомбинацией. Однако в отличие от бактериальной хромосомы и плазмид подвижные генетические элементы не являются самостоятельными репликонами, так как их репликация — составной элемент репликации ДНК репликона, в составе кото­рого они находятся.

Известно несколько разновидностей IS-элементов, которые различаются по раз­мерам и по типам и количеству инвертиро­ванных повторов.

Транспозоны — это сегменты ДНК, облада­ющие теми же свойствами, что и IS-элементы, но имеющие структурные гены, т. е. гены, обеспечивающие синтез молекул, обладаю­щих специфическим биологическим свойс­твом, например токсичностью, или обеспечи­вающих устойчивость к антибиотикам.

Перемещаясь по репликону или между реп­ликонами, подвижные генетические элемен­ты вызывают:

1. Инактивацию генов тех участков ДНК, куда они, переместившись, встраиваются.

2. Образование повреждений генетического материала.

3. Слияние репликонов, т. е. встраивание плазмиды в хромосому.

4. Распространение генов в популяции бак­терий, что может приводить к изменению биологических свойств популяции, смене возбудителей инфекционных заболеваний, а также способствует эволюционным процес­сам среди микробов.

Изменения бактериального генома, а следо­вательно, и свойств бактерий могут происхо­дить в результате мутаций и рекомбинаций.

studfiles.net