XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Наследование окраски тела у дрозофил
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Генетика – наука, изучающая гены, генетические вариации и наследственность. В настоящее время эта отрасль активно развивается, она тесно связана с молекулярной биологией.
Нами были выбраны дрозофилы, так как на этом классическом объекте генетики были открыты многие законы наследственности, за что впоследствии получены ряд нобелевских премий.
Цель работы:
В ходе скрещиваний определить генотип отловленных дрозофил
Задачи:
изучить литературные данные по дрозофиле
Получить особей дрозофил
Провести скрещивание
Провести анализ полученных данных
Актуальность работы:
С начала XX века генетика, изучающая законы наследственности, активно развивалась и к настоящему времени знания, полученные данной наукой, применяются во многих сферах: медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генной инженерии. Поэтому так важно ознакомиться с классической генетикой на дрозофиле, как модельном организме.
Обзор литературных данных
1.1 Основы наследственности
Грегор Мендель – выдающийся чешско-австрийский учёный, биолог-генетик (рис.1). Мендель являлся основоположником учения о наследственности. Он сделал большой шаг в изучении генетики, благодаря открытию закономерностей наследования мономерных признаков [1]. В последствии эти закономерности приобрели новое название – законы Менделя. Всего существует 3 закона Менделя: 1. Закон единообразия гибридов первого поколения; 2. Закон расщепления признаков; 3. Закон независимого наследования признаков.
Рисунок 1. Грегор Мендель
1.2 Дрозофилы
Дрозофилы (лат. Drosophila) – род мелких насекомых из семейства плодовых мушек отряда двукрылых. В роде дрозофил насчитывается 1529 видов. Многие виды дрозофил – синантропы, то есть организмы, образ жизни которых тесно связан с человеком, его жильём и образом жизни. Наиболее важным для науки, в особенности для генетики, организмом является Дрозофила фруктовая (лат. Drosophilamelanogaster). Несколько других видов дрозофил также являются не менее важными модельными организмами в генетике.
Домен: Эукариоты
Царство: Животные
Тип: Членистоногие
Класс: Насекомые
Отряд: Двукрылые
Семейство: Плодовые мушки
Род: Дрозофилы
Вид: Дрозофила фруктовая
Рисунок 2. Жизненный цикл дрозофилы
Онтогенез дрозофилы длится от 10 до 20 дней в зависимости от температуры (рис.2).
Представители рода дрозофил, в особенности Drosophilamelanogaster – важнейшие модельные организмы во многих исследованиях генетики. Так многие Нобелевские премии были получены, именно благодаря работам с дрозофилами [7].
1.3 Генетическая символика
Р — родители (от лат. parental — родитель);
F — потомство (от лат. filial — потомство):
F1 — гибриды первого поколения — прямые потомки родителей Р;
F2 — гибриды второго поколения — потомки от скрещивания между собой гибридов F1 и т. д.
♂ — мужская особь (щит и копьё — знак Марса);
♀ — женская особь (зеркало с ручкой — знак Венеры);
X — значок скрещивания;
: — расщепление гибридов, разделяет цифровые соотношения отличающихся (по фенотипу или генотипу) классов потомков.
1.4 Гены, ДНК
Генами называют строго определенные участки ДНК, которые состоят из определенного набора нуклеотидных оснований, комбинирующихся в определенном порядке. Гены располагаются в конкретном участке ДНК, соответственно, каждому гену отведено его место, и поменять его невозможно. В начале прошлого века доказано, что именно ДНК является носителем всех генов любого человека или животного, а также растений и одноклеточных организмов. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) (рис. 3) была открыта ученым Иоганном Фридрихом Мишером в 1869 году [1].
Рисунок 3. ДНК
Рисунок 4. Азотистые основания, входящие в состав ДНК и РНК
За расшифровку структуры ДНК (рис. 5) (в 1953 году) Джеймс Уотсон и Френсис Крик впоследствии получили нобелевскую премию.
Рисунок 5. Рентгенограмма ДНК.
Материалы и методы
Рисунок 6. Дрозофилы: линия дикого типа
Рисунок 7. Дрозофилы: линия yw
Для эксперимента были использованы дрозофилы дикого типа с темным телом и красными глазами (рис.6). и линия yw со светлым телом и белыми глазами (рис. 7).
Рисунок 8. Дрозофилы линии yw
С помощью бинокуляра отбирали дрозофил с определенной окраской тела (рис.9,10).
Рисунок 9. Бинокуляр и морилка с диэтиловым эфиром
Рисунок 10. Бинокуляр
Дрозофилы дикого типа были отловлены в домашних условиях в летний период с использованием самодельной ловушки [6] (рис.11).
Рисунок 11. Самодельная ловушка для дрозофил
Для статистической оценки отклонения применяли метод χ2 (хи-квадрат) [6].
Результаты
По результатам мы составили схемы проведенных скрещиваний:
А – темная окраска тела
а – светлая окраска тела
1 скрещивание
Р: ♀AA x ♂ aa
темная светлая
окраска тела окраска тела
G: A a
F1: Aa – доминантная гетерозигота (дикий тип)
темная окраска тела
2 скрещивание
P: ♀aa x ♂AA
светлая темная
окраска тела окраска тела
G: a A
F1: Aa – доминантная гетерозигота (дикий тип)
темная окраска тела
Скрещивание потомков F1
P: ♀Aa x ♂Aa
темная темная
окраска тела окраска тела
G: A, a A, a
F2: AA, Aa, Aa, aa
1 2 1
темная светлая
окраска тела окраска тела
3 : 1
3.1 Проверка полученных данных
Таблица 1. Схема количественного анализа наследования окраски тела дрозофил первого поколения
|
Расщепление |
Количество особей дрозофил |
||
|
♀ |
♂ |
Всего |
|
|
Первое поколение F1 |
|||
|
Фактическое (р) |
71 |
73 |
144 |
|
Формула расщепления |
1 |
1 |
2 |
|
Теоретически ожидаемое q |
72 |
72 |
144 |
|
Отклонение d |
+1 |
-1 |
|
|
d2 |
1 |
1 |
|
|
= 1:72 + 1:72 = 0,028 γ = 1, р < 0,8 |
|||
Таблица 2. Схема количественного анализа наследования окраски тела дрозофил первого поколения
|
Расщепление |
Количество особей дрозофил |
||
|
Темное тело |
Светлое тело |
Всего |
|
|
Второе поколение F2 |
|||
|
Фактическое (р) |
315 |
97 |
412 |
|
Формула расщепления |
3 |
1 |
4 |
|
Теоретически ожидаемое q |
309 |
103 |
412 |
|
Отклонение d |
-4 |
+4 |
|
|
d2 |
16 |
16 |
|
|
= 16:309 + 16:103 = 0.052 + 0,1553 = 0,2073 γ = 2, р < 0,8 |
|||
Выводы
В результате нашей работы мы пришли к следующим выводам:
Отловленные дрозофилы являются чистой линией, так как в ряду поколений не проявляется расщепление признаков.
Проведенное скрещивание линии дикого типа дрозофил с линией yw не выявило сцепления с полом наследования окраски тела.
Потомки первого поколения были единообразны, что доказывает полное доминирование темной окраски тела дрозофил над светлой.
При анализе потомков второго поколения выявили расщепление по фенотипу 3:1 с доминированием темной окраски тела дрозофил.
Методом χ2 доказана достоверность полученных результатов.
Заключение
Дрозофилы являются классическим объектом генетики, на которых было открыто множество особенностей наследования признаков. Скрещивания, проведенные с полученной нами чистой линией дрозофил не выявили сцепления с полом признака окраски тела и согласовывались с классическим наследованием по Менделю.
Список использованной литературы
1. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 3. Пер. С англ. / м.: Мир, 1988. 336 с.
2. Барабанова Л.В. Практикум по генетическому анализу дрозофилы: учебно-методическое пособие. СПб.: «Эко-вектор», 2018., 65 с.
3. Жимулев И. Ф. Как гены контролируют развитие пола у дрозофилы // Соросовский образовательный журнал, 1997, № 12, с. 17-22.
4. Жимулев И. Ф. ,Коряков Д. Е., Хромосомы. Структура и функции / Под ред.д.б.н. Л. В. Высоцкой./ Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 258 с. ISBN 978-8-7692-1045-7. С. 51—60.
5. Козак М.Ф. Дрозофила - модельный объект генетики / Издательский дом «Астраханский университет», 2007
6. Мандель, Б. Р. Основы современной генетики: учебное пособие для учащихся высших учебных заведений / Б. Р. Мандель. М.; Директ-Медиа, 2016. 334 с.
7. Юрченко Н.Н., Иванников А.В., История открытий на дрозофиле - этапы развития генетики // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015. №1. С. 39-49.
8. Морган (Morgan), Томас Хант // Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: М — Я. — М.: Прогресс, 1992. — С. 113—116.
9. Бернс Дж., Мошкин М. // Журн. общ. биологии. 1998. Т. 59, вып. 4. С. 377—399.
10. "The 2017 Nobel Prize in Physiology or Medicine jointly to Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash and Michael W. Young for their discoveries of molecular mechanisms controlling the circadian rhythm". Nobelprize.org. 2 October 2017. Retrieved 5 October 2017.
ПРИЛОЖЕНИЕ