Разнообразие окраски и форм цветка

Разнообразие окрасок цветка у примулы

Формы цветка у тюльпана

Формы цветка у петунии

Количество лепестков у колокольчика

Возрастные изменения окраски цветка у ибериса

Возрастные изменения размера листа у герани

Пестролистность у хосты и живучки

Осенние изменения окраски листьев

Тема лекции
Изменчивость
Брест, 2010
Учреждение образования
«Брестский государственный университет имени А.С. Пушкина»
Автор:
к.б.н., доцент Климец Е.П.

Изменчивость - это свойство живых организмов изменяться: приобретать новые черты;
утрачивать старые;
варьировать степень выраженности признака.
Типовая учебная программа по Генетике предусматривает изучение следующих вопросов:
1. классификация изменчивости: наследственная и ненаследственная изменчивость;
2. комбинативная изменчивость;
3. мутационная изменчивость;
4. модификационная изменчивость.

1 Генетика с основами селекции. Лобашов М. Е. и др., 1979.
Изменчивость
генотипическая фенотипическая
(наследственная) (ненаследственная)
мутации комбинативная онтогенетическая
Отдельная глава: Изменчивость
мутационная модификационная

2 Общая генетика. Алихонян и др., 1985.
Изменчивость
наследственная ненаследственная
(паратипическая или модификационная)
комбинативная мутационная

3 Генетика с основами селекции. Инге-Вечтомов С.Г., -1989.

4 Общая генетика. Каминская Э.А., 1992.
Изменчивость
ненаследственная наследственная
(модификационная)

Сезонные изменения
Сезонные изменения – это изменения признака или свойства организма в разные сезонны года
Пример: сезонные изменения зайца-беляка
изменения окраски шерсти в зависимости от сезона года у зайца беляка;
изменения структуры волосяного покрова в разные сезоны года;
аналогичные изменения наблюдаются у других животных, обитающих в условия суровой зимы.
Это изменение связано с понижение температуры.

Реакция организмов с одинаковым генотипом на разные условия
Доказательство температурного воздействия на примере изменения окраски шерсти у гималайских кроликов.

Реакция организмов с разными генотипами на одинаковые условия
альбинос гималайский кролик заяц беляк

Доказательством того, что изменение температуры приводит к реакции генотипа служат эксперименты Ф. Ритосса по воздействию температурного шока на личинок дрозофилы. Реакция – появление специфического набора пуфов (5-10), которые возникают в течение первой минуты после воздействия.
Реакция организма на температурные изменения

Характеристика сезонных изменений:
1 медленное проявление изменения – варьирование степени выраженности;
2 вызвано изменением внешних условий;
3 изменения фенотипа в пределах нормы реакции;
4 определяющий фактор температура в других случаях – фотопериод;
5 характерно для постэмбрионального периода;
6 подтверждается экспериментально;
7 среагировал генотип (изменение экспрессии генов одной генетической программы);
8 адаптивность;
9 изменение массовое;
10 обратимость;
11 свойство наследуется, а изменения фенопипа не предается;
12 изменения у особей с одинаковым генотипом (ненаследственная).

Экологические изменения
Экологические изменения – это изменения признака или свойства организма в ответ на изменение условий среды (попадание организма в новое гиперпространство в пределах экологической ниши)

Вывод: условия среды влияют на реализацию генотипа

Опыты Г. Боннье с одуванчиком.
Разделение корневища на две части
и выращивание в разных условиях .
Экоморфы.
Вывод: условия среды влияют на
реализацию генотипа.
Реакция организмов с одинаковым генотипом на разные условия

Эксперименты Дж. Клаусена (1948)
1 Однотипные изменения условий вызывают различную реакции у генетически разнородных особей одного вида
2 Генотип контролирует:
возможность организма изменятся
пределы изменений
Реакция организмов с разными генотипами на одинаковые условия

Характеристика экологических изменений:
1 медленное проявление изменения – варьирование степени выраженности;
2 вызвано изменением комплекса внешних условий;
3 изменения фенотипа в пределах нормы реакции;
4 вызвано имением комплекса факторов: температура, давление и др;
5 характерно для постэмбрионального периода;
6 подтверждается наблюдениями;
7 среагировал генотип (изменение экспрессии генов одной генетической программы);
8 адаптивность;
9 изменение массовое;
10 обратимость;
11 свойство наследуется, а изменения фенопипа не предается;
12 изменения у особей с одинаковым генотипом (ненаследственная).

Модификации – это фенотипические изменения у генетически однородных особей, обусловленные изменением экспрессии генов в пределах нормы реакции и вызванные изменением условий среды в пределах экологической ниши
Основные свойства модификаций:
1 массовость;
2 адаптивность;
3 адекватность;
4 обратимость
5 ненаследуемость.

Значение модификаций
«Адаптивная модификация является первой пробой реакции, при помощи которой организм как бы проверяет возможность замены или более успешного использования окружающей среды»
И.И. Шмальгаузен «Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии», 1982.
1 Роль для эволюции;
2 Для практики сельского хозяйства – максимальное использование возможностей каждой породы, сорта, штамма;
3 Медицины – поддержание и развитие человеческого организма в пределах нормы реакции;
4 Педагогики и психологии – взаимодействие генотипа и среды является ведущим в формировании психологических и психофизиологических особенностей человека, а так же развитии его интеллектуальных способностей.

Онтогенетическая изменчивость
Онтогенетические изменения – это изменения происходящие в процессе индивидуального развития
Онтогенетические изменения
непрерывные прерывистые
Непрепывные онтогенетические изменения типичны для живых организмов развивающихся без метаморфоза
Прерывистые онтогенетические изменения типичны для живых организмов развивающихся с метаморфозом.

Непрерывные онтогенетические изменения, связанные с реализацией одной генетической программы
Проявление седины
волос у человека

Характеристика непрерывных онтогенетических изменений, связанных с реализацией одной генетической программы:
1 постепенное изменение признака (иногда внезапное);
2 вызвано изменением внутренней среды (иногда внешней);
3 изменения фенотипа в рамках программы;
4 определенно возрастом, или комплексом факторов;
5 характерно для постэмбрионального периода;
6 наблюдение за изменением признаков в постэмбриональный период;
7 среагировал генотип (изменение экспрессии генов одной программы развития);
8 адаптивность;
9 изменение массовое;
10 изменение чаше необратимо;
11 свойство наследуется, а изменения фенотипа не предается;
12 изменения у особей как с одинаковым, так и разным генотипом (ненаследственная).

Непрерывные онтогенетические изменения с реализацией разных генетических программ развития
Изменение пропорций тела у человека.
Аллометрический рост связан с непрерывным, но с разной скоростью ростом отдельных частей тела. Рост головы наиболее интенсивный в эмбриональный, а конечностей в постэмбриональный период.

Характеристика непрерывных онтогенетических изменений, связанных с реализацией разных генетических программ:
1 постепенное изменение признака;
2 вызвано генетическим контролям развития;
3 изменения фенотипа в рамках реализуемых программы;
4 определенно возрастом;
5 характерно для постэмбрионального периода;
6 наблюдение за изменением признаков в постэмбриональный период;
7 среагировал генотип - переключение реализации генетических программ;
8 адаптивность;
9 изменение массовое;
10 изменение необратимо;
11 свойство наследуется, а изменения фенотипа, контролируемого одной программой не предается;
12 изменения у особей как с одинаковым, так и разным генотипом (ненаследственная).

Прерывистые онтогенетические изменения
Стадии метаморфоза.
Этапы метаморфоза обусловлены переключением в реализации разных генетических программ
Экспериментальные доказательства:
Образование и максимальная активность пуфов у Drosophila melanogaster в период превращения личинки в куколку.

Характеристика прерывистых онтогенетических изменений, связанных с реализацией разных генетических программ:
1 скачкообразное изменение признака;
2 вызвано генетическим контролем развития;
3 изменения фенотипа в рамках реализуемых программы;
4 определено этапом онтогенеза;
5 характерно для постэмбрионального периода;
6 наблюдение и эксперимент;
7 среагировал генотип - переключение реализации генетических программ;
8 адаптивность;
9 изменение массовое;
10 изменение необратимо;
11 свойство наследуется, а изменения фенотипа, контролируемого одной программой - не предается;
12 изменения у особей как с одинаковым, так и разным генотипом (ненаследственная).

Гомеозисные гены
Гомеозисные гены (Gomeo-box) – гены, осушествляющие переключение реализации одной генетической программы на другую
Повторы грудного отдела bithorax

Развитие конечностей вместо антенн аntennapedia

Тератогенезы (уродства развития)
Тератогенезы – это аномалии развития, связанные с воздействием экстремальных факторов на развивающийся организм
Морфозы – это резкие отклонения фенотипа от его нормального проявления.
Фенокопии - это морфозы фенотипически сходные с мутациями
Морфозы клевера белого

Большинство живых организмов наиболее чувствительны к экстремальным факторам в критические периоды. В критические периоды обычный путь развития зачатка изменяется т.к. при этом происходит индуцирование либо ингибирование экспрессии генов приводящие к нарушению морфогенеза.
Морфозы сирени обыкновенной (Sуringa vulgaris L)

Фенокопии
Фенокопии - это морфозы фенотипически сходные с мутациями
Фенокопии колорадского жука:
а) расходящиеся надкрылья,
б) волнообразные надкрылья
Мутации крыльев у дрозофилы

Тератогенный эффект талидомида
Талидомид транквилизатор, который широко рекомендовали как успокоительное средство индуцирует недоразвитие конечностей и оказывает тератогенное действие в период от 20 до 36 суток после оплодотворения (Новак, 1965).
Морфоз Мутация

Характеристика тератогенезов:
1 скачкообразное изменение признака;
2 вызвано действием экстремальных факторов;
3 изменения фенотипа за пределами нормы реакции;
4 определено резким изменением температуры, хим. воздействие и др;
5 характерно для постэмбрионального периода;
6 наблюдение и эксперимент;
7 среагировал генотип – сбой в программе матричного синтеза, либо нарушение целостности органа или организма;
8 не адаптивны;
9 изменение индивидуальное;
10 изменение необратимо;
11 свойство наследуется, а изменения фенотипа не предается;
12 изменения у особей как с одинаковым, так и разным генотипом (ненаследственная).

Комбинативная изменчивость
Комбинативная изменчивость – это изменчивость, связанная с перекомбинаций наследственного материла родительских организмов
P
Х
F1

Наследование окраски плода у перца

Перекомбинация наследственного материала при межвидовой гибридизации
Зиброид - гибриды зебры и лошади
Зуброн – гибрид зубра и домашнего скота

Причины возникновения комбинативной изменчивости
1. Кроссинговер;
2. независимое расхождение не гомологичных хромосом в мейозе;
3. случайное сочетание наследственного материала при оплодотворении;
4. взаимодействие генов.

Характеристика комбинативных изменений:
1 внезапное проявление изменения;
2 зависит от факторов внутренней и внешней среды;
3 изменения фенотипа в пределах нормы реакции нового генотипа;
4 перекомбинация наследственного материала;
5 характерно для постэмбрионального периода;
6 подтверждается экспериментально;
7 среагировал геном - произошла перекомбинация наследственно материала;
8 адаптивны, не адаптивны;
9 изменение индивидуальное;
10 не обратимы;
11 свойство наследуется, а фенотип нет;
12 - ??????

Мутационные изменения
Мутационная изменения – это внезапные изменения обусловленные перестройкой наследственных структур
(без скрещивания). Проявляется в виде мутаций.
Мутации
генные хромосомные геномные
Возникновение: в половых и соматических клетках.

Мутационные изменения – полидактилия у человека

Характеристика мутационных изменений:
1 внезапное изменение признака;
2 зависит от факторов внешней и внутренней среды;
3 проявление фенотипа в пределах нормы реакции нового генотипа;
4 действие мутагенов на родительский организм;
5 характерно для постэмбрионального периода;
6 подтверждено экспериментально;
7 ген-хромосома-геном-измения структуры;
8 не адаптивны и адаптивны;
9 изменение индивидуальное;
10 изменение необратимо для особей у которых проявляется;
11 свойство наследуется и фенотипическое изменение наследуется;
12 наследственная.

Цитоплазматические изменения
Цитоплазматические изменения – это изменения, обусловленные изменением наследственной информации органоидов клетки
Цитоплазматические изменения
пластидные митохондриальные

Особенности цитоплазматических изменений:
1 соматическое мозаичное проявление;
2 в новом поколении нет четкого закономерного проявления;
3 преобладание наследования по материнской линии.

Мозаичность окраски стебля кактуса рода Gumnacalicium, обусловленная цитоплазматическими изменениями