Тұқымқуалаушылықты зерттеудің деңгейлері және әдістері

Организмдердегі тұқымқуалаушылықты зерттеудің негізгі және бірегей әдісі классикалық генетикалық (гибридологиялық) талдау немесе оны формальды генетикалық талдау деп те атайды. Бұл әдістің негізін Г. Мендель қалаған. Бұл әдіс талданатын организм геномын тізбекті түрде тіркескен гендерді топқа біріктіру, әрі қарай тіркесу топтарын хромосомада орналасқан ген локустарын және ген тізбегін және геннің нәзік құрылымын анықтауға негізделген. Генетикалық талдау күрделі химиялық қосылыстардың қарапайым заттарға айналуын қарастыратын химиялық талдауға ұқсас болады. Бірақ-та химиялық талдаудан айырмашылығы, мысалы, гидролизге негізделген нуклеопротеидтердің ажырауы, генетикалық талдау мейоз процесінде гендердің ажырауына және рекомбинациясына негізделген жэне дараларды әртүрлі белгілеріне байланысты шағылыстыруға бағытталған.

Организмдерді генетикалық талдау бірнеше тізбекті кезеңдерден, оның ішінде:

1. Гендерді сәйкестендіруден (идентификациялаудан);

2. Хромосома жұптарында геннің орналасқан жерін (локусын) анықтаудан;

3. Хромосома жұбы бойында ген локусы тізбегін анықтаудан;

4. Геннің нәзік құрылымын айқындаудан тұрады. Генетикалық талдаудың, нәтижелерін генетикалық карта құру арқылы дайындайды.

Генетикалық талдаудың маңызды әрі тиімді жағына оның оптикалық зерттеу әдістерінің айыру қабілетін айтуға болады. Мысалы, оптикалық құралдардың (микроскоптар) айыру қабілеті жарықтың толқындық табиғатына тікелей байланысты болса, генетикалық талдаулардың айыру қабілеті шағылыстыру нэтижесінде алынатын ұрпақтардың санының шектелуіне тікелей байланысты болады. Яғни, зерттеуге алған ұрпақтар саны көп болған сайын олардың арасында сирек кездесетін рекомбинанттарды кездестіру жиілігі, келесі ретте кроссинговер жиілігін анықтау жағдайы да артады.

1910 жылдан бастап генетика саласында тәжірибе үлгісі ретінде жеміс шыбыны Drosophila melanogaster кеңінен қолданыла бастады. Дифференцияацияланған ұлпасы бар эукариотты организм болғандақтан дрозофила шыбынын көптеген тұқымқуалаушылыққа байланысты сұрақтарды зерттеуде өте қолайлы объект етеді. Соның ішінде бұл организмде гендік және хромосомалық мутацияның типтері анықталды және хромосомалық мутацияның сілекей без клеткаларындағы үлкен көлеміне байланысты оны қарапайым микроскоп арқылы да зерттеуге болатыны табылды.

Бұл организмде генетикалық талдаудың «күші» көрсетілді. Бірақ-та генетикалық талдаудың айыру қабілеті көптеген ұрпақ алу мүмкіндігінің белгілі бір шегіне дейін алуға болатындығына байланысты шектеледі. Дрозофила шыбынында бір жұптан 100-ден аса ұрпақ алуға болады, бірақ мұның өзі жеткіліксіз. Сондықтан жыныспен көбейетін көптеген организмдерде, оның ішінде дрозофила шыбынында да, генетикалық талдаудың тек үш кезеңі ғана мүмкін.

Бірақ-та басқа да генетикалық жүйелерді зерттеу, соның ішінде микроорганизмдерді, жыныстық жағынан жетілу бастапқы организмдерден пайда болатын генетикалық құрылымдардың бірігуі, ажырауы және рекомбинациясының негізгі жол емес екендігін көрсетті. Бұл процестер генетикалық алмасудың басқа да формаларында өтуі мүмкін. Микроорганизмдерде бактерия вирустарында (фагтар) және микроскопиялық саңырауқұлақтарда генетикалық алмасудың мұндай формасы ретінде трансформацияны, конъюгацияны және трансдукцияны келтіруге болады. Жоғары сатыдағы организмдермен салыстырғанда бұл организмдерде ата-ана гендері бір клеткада бірігеді де әрі қарай оларда ажырау және рекомбинация жүреді.

Сондықтан генетикалық талдаулар рекомбинацияның осындай жүйелеріне де негізделеді. Рекомбинацияның бұл типін қолдану генетикалық талдаудың аумағын кеңейтті. Организмдер ұрпақтарының көптеген санымен жұмыс істеуге, әртүрлі тәжірибелерді жүзеге асыруға мүмкіндік берді. Бұл тек организмдердің генетикалық картасын ғана құрып қоймай (E.coli, B.subtilis, фагтар, төменгі сатыдағы саңырауқұлақтар), олардың гендерінің нәзік құрылымын да зерттеуге жол ашты. Зерттеуде тәжірибелік үлгі материалы ретінде ашытқы саңырауқұлақтары да кеңінен қолданылады. Қарапайым эукариотты организмдер бола отырып, олар бактерияға тән барлық белгілерге ие. Онан басқа, оларда митохондрияның генетикасын, РНҚ молекуласының сплайсинг процесін, гаплоидия жэне диплоидияны зерттеуге болатыны анықталды.

Классикалық генетикалық талдау жануарлар және өсімдіктер генетикасында олардың егілетін клеткаларын да қолданады. Бірақта клеткалардың генерациясы ұзақтығының және бір жұпқа аз ұрпақтан келетін организмдерде бұл әдіс мүмкін емес, немесе өте көп қиындықтарды тудырады. Кейбір организмдерде классикалық генетикалық талдаулардың мүмкіндігінің шектелуіне байланысты олардың тұқымқуалаушылық қасиеттерін зерттеуде басқа да әдістерді қолданады. Мысалы, адамдағы тұқымқуалаушылықты зерттеуде шежіре әдісін (генеалогиялық талдау), цитогенетикалық, популяциялық, егіздік және басқа да қазіргі заманғы әдістерді қолданады.

Жануар организмдерінің дамуының генетикалық бақылануында ұзақ жылдар бойына D. melanogaster шыбынын қолданып келді. Бірақ-та 60 жылдардан бастап, даму генетикасында зерттеу объектісі ретінде құрттарды (Caenorhabditis) да қолдана бастады. Ұзындығы 1 мм бұл нематода шамамен, 1000 клеткадан тұрады. Оның генетикалық аппараты 6 жұп гомологиялық хромосомалармен сипатталады және онда шамамен, 3000 гендер орналасқан. Гаплоидты жағдайда нематодтың геномы 8×107 жұп нуклеотидтерден тұрады. Өсімдіктерге келетін болсақ, мұнда даму генетикасын зерттеуде негізінен шөптесін өсімдік Arabidopsis thaliana қолданылады. Бұл өсімдіктің үлгі объект ретіндегі артықшылығы, зертхана жағдайында өте оңай өсетінінде және вегетациялық кезеңі өте қысқа (бар-жоғы 5 апта ғана). Онан басқа, бұл өсімдіктің геномы 7×107 нуклеотидтік жұптан тұрады.

Бұл организмдердің барлығында әртүрлі мутациялар табылған, олардың геномдық ақпараттары құрылған және көптеген гендері секвенирленген. Секвенирлеу көптеген организмдердің гендерінің нәзік құрылымын зерттеуде қолданылатын әдіс. Молекулалық биологияның дамуы мал және өсімдік шаруашылықтарында кеңінен қолданылатын, сонымен қатар адамның қалыпты және патологиялық тұқымқуалаушылық қасиеттерін зерттеуде қолданылатын генетикалық инженерияның әдістерін жете зерттеуге әкелді.

Әлеуметтік желілерде бөлісіңіз: