Реферат. Хромосомы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ    2
Хромосомы    3
Строение хромосом    3
Связь между генами и хромосомами    6
Рекомбинация    7
Связь между генами и белками    8
Гены и ДНК    10
Перенос генетической информации в клетке    12
Молекулярные основы организации, наследования и функционирования хромосом    13
Молекулярная цитогенетика    15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ    18
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ    19


ВВЕДЕНИЕ

Систематическое изучение наследственности начиналось со сложных в генетическом отношении объектов - растений и животных. Благодаря этим ранним исследованиям была сформулирована концепция неделимого гена как функциональной единицы наследственности и принято положение, что перенос генов от одного поколения к другому подвержен действию разных случайных факторов. Однако до понимания химической природы генов и механизма их функционирования было еще далеко. Исследование генетических молекул и тонких механизмов регуляции наследственности стало возможным лишь тогда, когда в качестве экспериментальных моделей начали использоваться бактерии и вирусы, о существовании которых первые генетики даже не подозревали. Только благодаря этим организмам впервые было показано, что дезоксирибонуклеиновая кислота, рибонуклеиновая кислота и белок - универсальные детерминанты генетического поведения. Стремительность дальнейшего прогресса в этой области и убедительность полученных результатов стали реальными благодаря особым биологическим свойствам микроорганизмов, которые позволяли проводить манипуляции, необходимые для анализа генетических структур. Аналогичные аналитические исследования более сложных генетических систем тогда были невозможны, поэтому на животных и растения этот прогресс не распространялся. Развитие технологии рекомбинантных ДНК разрушило труднопреодолимые технические и концептуальные барьеры на пути расшифровки и понимания сложных генетических систем. Неудивительно, что наши взгляды на структуру и функцию генов значительно изменились, а новое мышление в свою очередь радикально изменило перспективы биологии.

Хромосомы

Во второй половине XIX в. продолжалось детальное изучение морфологии и поведения хромосом. Оказалось, что во всех клетках любого организма, за одним лишь существенным исключением, содержится одно и то же, вполне определенное число хромосом. Например, плодовая мушка Dro-sophila melanogaster имеет 8 хромосом, человек и летучая мышь-46, пшеница-20, носорог - 84. Хромосомы на основе сходства их морфологии могут быть разделены на гомологичные пары: 4 пары у D. melanogaster, 23 - у человека и т.д. Микроскопическое исследование фиксированных и окрашенных клеток дает лишь статическую картинку, но эти картинки можно расположить во временной последовательности, начиная с момента образования клетки при делении и кончая ее делением на две себе подобные. И тогда становится очевидным, что дупликация каждой хромосомы, происходящая в цикле клеточного деления, приводит к удвоению числа хромосом. При делении этот удвоенный набор распределяется таким образом, что каждая из двух дочерних клеток получает такое же число и тип хромосом, что и родительская клетка. Весь процесс в целом называется митозом.

Строение хромосом
Легче всего наблюдать метафазные хромосомы. Под микроскопом их фотографируют или зарисовывают. В этой стадии хромосомы наиболее сконденсированы и образуют дискретные структуры. У многих организмов индивидуальные хромосомы и их гомологи легко различимы по размеру и форме. Каждая метафазная хромосома действительно состоит из двух идентичных частей, называемых сестринскими хроматидами, поскольку дупликация хромосомной ДНК протекает как раз перед метафазой, в S-фазе клеточного цикла.
У хромосомы имеется перетяжка, называемая центромерой. Положение центромеры для каждой хромосомы строго определено. С центромерой связаны специфические хромосомные функции; это последняя точка, соединяющая плечи сестринских хроматид перед полным расхождением при митотическом или II мейотическом делении. Сами плечи имеют вид отдельных образований задолго до расхождения центромер в анафазе.
Образование гаплоидных гамет при мейозе и слияние двух гамет с образованием диплоидной клетки при оплодотворении. Обратите внимание на то, что у D. melanogaster, рассмотренной здесь в качестве примера, как и у других организмов, включая млекопитающих, две половые хромосомы у самца не гомологичны друг другу. При мейозе формируются два типа сперматозоидов, из которых один несет Х-, а другой - Y-хромосому. У самок, несущих пару Х-хромосом, в результате мейоза образуются гаметы одного типа. Пол потомков зависит от того, какую из хромосом - X или Y - несут оплодотворяющие сперматозоиды. У некоторых организмов негомологичную, определяющую пол хромосому несет самка.
Различие между областью центромеры и плечами хромосом становится очевидным после обработки определенными красителями. После окрашивания центромеры выглядят более плотными и компактными по сравнению с плечами. Такие плотные, интенсивно окрашиваемые хромосомные области называются гетерохроматиновыми. Гетерохроматин центромеры можно наблюдать после окрашивания даже в плохо различимых интерфазных хромосомах. Другие, негетерохроматиновые области хромосом принято называть эухроматиновыми. Эухроматиновые области окрашиваются гораздо менее интенсивно, чем гетерохроматиновые.
Концевые участки хромосом называются теломерами. Часто они тоже гетерохроматиновые. Нередко в митотических хромосомах можно наблюдать небольшие перетяжки, называемые районом ядрышкового организатора. В мейотических хромосомах они имеют вид утолщений. В пределах данного вида районы ядрышковых организаторов встречаются на одной или нескольких специфических хромосомах, и если они есть, то всегда находятся в одном и том же месте. В G1-фазе клеточного цикла некоторые ядрышковые организаторы начинают разрастаться; если их больше, чем один, то такие разросшиеся области объединяются в одну или несколько больших, почти сферических структур - нуклеолей. Этот рисунок достоверно воспроизводится, и каждую хромосому в наборе можно идентифицировать. На рис. I.9 представлен полный набор прометафазных хромосом в клетке человека. На этом изображении, называемом кариотипом человека, отражены относительный размер и форма хромосом наряду с положением центромеры и характерным видом полос.
В интерфазе хромосомы сильно растягиваются и, как правило, не видны. Встречаются, однако, и существенные исключения, которые уже много лет интенсивно исследуются. Секреторные клетки личинок некоторых насекомых разрастаются до огромных размеров и проходят несколько S-фаз без митоза и клеточного деления. В результате формируется комплекс из множества, иногда вплоть до тысячи, хроматид, которые остаются сцепленными и лежат рядом друг с другом, образуя толстые нити, называемые политенными хромосомами. Так же как и все интерфазные хромосомы, политенные хромосомы растянуты значительно сильнее, чем конденсированные метафазные хромосомы. При окрашивании политенных хромосом специальными красителями выявляется определенный рисунок чередования темных и светлых полос. В отличие от того, что наблюдается в высококонденсированных метафазных хромосомах, число полос огромно. Например, на четырех политенных хромосомах D. me-lanogaster можно насчитать почти 5000 темных полос, а в полном наборе из 23 метафазных хромосом человека видны по крайней мере 2000 полос.
Четко различимые морфологические признаки индивидуальных прометафазных и политенных хромосом стабильно воспроизводятся из поколения в поколение у данного вида. Необычная форма хромосом или характер полос наряду с атипичным числом хромосом сигнализируют о повреждении хромосомного материала. Наличие таких измененных хромосом часто связано с наследственными заболеваниями. Например, сегмент одной хромосомы иногда перемещается на совершенно неродственную хромосому, и такие перестройки сразу выявляются по необычному размеру или характеру полос. Подобные транслокации иногда бывают реципрокными, т.е. две неродственные хромосомы могут обменяться фрагментами. Другим примером изменений, или аберраций, хромосом служат делеции части нормальной хромосомы, дупликации некоторых областей и даже инверсии сегментов. Иногда наблюдаются потери хромосом или, напротив, появление лишних. Например, заболевание человека, известное как синдром Дауна, обусловлено присутствием трех копий 21-й хромосомы вместо обычных двух. Успехи в изучении структуры хромосом определялись выбором подходящих экспериментальных объектов. Так, огромные политенные хромосомы D. melanogaster стали излюбленной экспериментальной системой еще на заре развития области биологии, именуемой теперь цитогенетикой; систематическое изучение небольших по размеру хромосом человека и других млекопитающих могло начаться лишь с усовершенствованием экспериментальной техники в начале 50-х годов. Хромосомы прокариот не видны в световом микроскопе; недоступны для анализа с помощью светового микроскопа и мелкие, диффузные хромосомы таких низших эукариот, как дрожжи и трипаносомы.

Связь между генами и хромосомами
В начале XX в. была обнаружена корреляция между физическим поведением хромосом и положениями менделевской генетики. Каждый член аллельной пары генов мог быть ассоциирован с одной из хромосом пары, а независимое распределение аллелей можно было объяснить, если считать, что различные аллельные пары находятся на разных хромосомах. Томас Гент Морган и его коллеги доказали, что у D. melanogaster гены ассоциированы с хромосомами. Они выбрали этот организм для генетических исследований, поскольку короткое время генерации и большое число особей в потомстве, получаемом от каждого скрещивания, делает генетический анализ удобным и точным; кроме того, хромосомы D. melanogaster легкоразличимы в световом микроскопе. В ходе экспериментов было установлено, что наследование аллеля, приводящего к появлению у потомства белых, а не обычных красных глаз, всегда сцеплено с наследованием Х-хромосом и никогда-Y-хромосомы. Были обнаружены и другие аллели, коррелирующие с разными признаками, также связанные с наследованием Х-хромосом, и аллели, наследуемые совместно, сцепленными группами, но независимо от Х-хромосомы. Таким образом, стало очевидным, что число групп совместно наследуемых аллелей соответствует числу хромосомных пар. В ходе исследования было установлено, что аллели, ассоциируемые с различными хромосомами, распределяются в потомстве независимо, а группы аллелей, связанные с определенной хромосомой, остаются сцепленными и в потомстве.

Рекомбинация
Почти одновременно с выявлением групп сцепления были обнаружены и неожиданные исключения. Например, такие аллели, как а1 и b1 или а2 и b2, как правило, наследовались сцепленно, но иногда появлялись новые сочетания, a1b2 и а2^, которые наследовались в последующих поколениях. С помощью цитогенетического анализа было установлено, что при мейозе гомологичные хромосомы обвиваются друг вокруг друга, поэтому Морган предположил, что они могут обмениваться между собой частями, давая тем самым новые комбинации сцепленных аллелей. Этот процесс получил название кроссинговера или рекомбинации. Совершенно не зная химической природы этого явления, генетики использовали феномен рекомбинации в качестве основного инструмента генетических исследований. Определение частот рекомбинации между сцепленными парами аллелей у D. melanogaster позволило сделать три важных заключения: гены расположены в линейном порядке, и члены аллельных пар обычно занимают одинаковое относительное положение на гомологичных хромосомах; рекомбинация происходит только внутри одной группы сцепления; частота, с которой два разных сцепленных аллеля перекрещиваются, зависит от расстояния между ними на хромосоме. Относительное положение различных генов на хромосоме D. melanogaster, а в дальнейшем и других организмов было установлено именно исходя из этих принципов. К 1922 г. Морган и его коллеги смогли картировать несколько сотен генов на четырех хромосомах D. melanogaster.

Связь между генами и белками
Одно из первых предположений о том, как информация, заключенная в генах, проявляется в специфических свойствах клетки и целого организма, было высказано еще до того, как изобрели слово "ген". В первом десятилетии XX в. английский врач Арчибальд Гаррод заметил, что наследование некоторых метаболических идиосинкразий и других расстройств у людей происходит в соответствии с правилами Менделя. Он предположил, что причиной подобных наследственных расстройств служит недостаток или отсутствие особых ферментов, необходимых для нормального метаболизма.
Тогда же Гаррод высказал гипотезу, что детерминанты наследственности контролируют образование ферментов. Таким образом, способность к синтезу особых ферментов или даже их свойства связывались с генами. Предположение казалось очень заманчивым даже при отсутствии экспериментальных доказательств, потому что оно связывало имеющиеся в то время генетические данные, полученные для мух и растений, с биологией человека.
Дальнейшее развитие идеи Гаррода могли получить лишь с появлением новых экспериментальных подходов. В конце 1930-х годов такие подходы появились благодаря использованию в качестве экспериментальных объектов микроорганизмов. Вначале в центре внимания исследователей оказались низшие грибы из родов Aspergillus и Neurospora. Эти организмы хорошо росли в определенных условиях культивирования и достаточно быстро размножались. К середине 40-х годов было накоплено и проанализировано достаточно генетических и биохимических данных для того, чтобы прийти к выводу, что наличие или отсутствие фермента наследуемо и зависит от экспрессии одного гена. Джордж Бидл и Эдвард Татум обобщили связь между ферментом и геном в виде постулата один фермент - один ген. Поскольку ферменты - это белки, а многие белки состоят из более чем одного типа полипептидных цепей, постулат в дальнейшем стал формулироваться как "один полипептид - один ген". Проведенные исследования показали, что некоторые гены кодируют белки, не являющиеся ферментами, а другие гены контролируют образование молекул РНК, которые необходимы для синтеза белков.
Для обоих компонентов этой информационной цепочки часто используются такие термины, как генотип и фенотип, относящиеся соответственно к гену и признаку, который им кодируется. В общем виде генотип иногда трактуется как вся генетическая информация отдельной клетки или организма. Аналогично и термин фенотип применяется более широко для описания видимых свойств клетки или организма, будь то особые белки или функции либо морфологические и даже поведенческие признаки. Фенотип, как правило, является результатом взаимодействия между генетической информацией и условиями окружающей среды, в которой она реализуется. Термин геном применяется к совокупности хромосом, свойственных отдельному организму, в отличие от термина генотип, который относится к информации, заключенной в этих хромосомах.
К 1950 г. была обнаружена еще более заманчивая и многообещающая экспериментальная система для исследования связей между генами и функциями клетки. Обычная кишечная бактерия Escherichia coli имеет примитивные питательные потребности и делится каждые 20-60 мин, давая в потомстве огромное число клеток. У нее было обнаружено множество легко выявляемых генетически контролируемых физиологических признаков. Кроме того, использование мутантов, которые достаточно просто выделить и охарактеризовать, позволило идентифицировать гены, кодирующие специфические функции клетки. Таким образом был открыт путь для более формального генетического анализа и создания генетической карты единственной хромосомы E. coli. Еще одним преимуществом E. coli оказалось то, что эта бактерия является хозяином для нескольких вирусов, для которых в свою очередь характерно значительное генетическое разнообразие инфекционных свойств.
Бактериофаги, или, для краткости, фаги, оказались еще более удобной системой для генетических исследований. Два или даже больше фагов могут обмениваться фрагментами своих гомологичных геномов, порождая фаговое потомство с новыми генетическими свойствами. Фаговые геномы даже способны к обратимой интеграции с бактериальной хромосомой. При выщеплении из хромосомы фаг может включить в свой геном часть бактериального генома и, таким образом, стать носителем бактериальных генов. Анализ подобного обмена генетическим материалом показал, что даже такие примитивные организмы обладают упорядоченным геномом и индивидуальные гены могут составить генетическую карту.

Гены и ДНК
Современная биохимическая генетика ведет свое начало от открытия ДНК в 1869 г. Фридрихом Мишером. Он установил, что вещество, экстрагируемое из гнойной массы и клеточных ядер, химически отличается от белков как по содержанию органического фосфора, так и по устойчивости к расщеплению протеолитическими ферментами. В течение последующих 85 лет были разработаны разные методы выделения ДНК с целью исследования природы ее химических составляющих и связи между ними. Кульминацией этих исследований стало установление основной структурной единицы ДНК: она состоит из фосфорилированного сахара, дезоксирибозофосфата, соединенного с азотистым основанием-либо с одним из пуринов, либо с одним из пиримидинов. Кроме того, с помощью биофизических методов было становлено, что молекула ДНК-это очень длинная цепочка, остов которой построен из дезоксирибозофосфатных единиц, соединенных друг с другом фосфодиэфирными мостиками; к каждой дезоксирибозной единице цепи присоединено либо пуриновое, либо пиримидиновое основание. В 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик обобщили накопленные к тому времени данные о составе и структуре ДНК, построив ставшую теперь классической теорию двойной спирали ДНК. Импульсом к ее созданию послужило обогатившее науку открытие Освальда Эвери и его коллег, а также Альфреда Херши и Маргарет Чейз, состоявшее в том, что только ДНК является носителем генетической информации. Центральная роль в наследственности, приписываемая хромосомам, могла быть теперь отнесена к ДНК, которую они содержат.
ДНК - не единственная нуклеиновая кислота, обнаруживаемая в клетке. Близкородственные молекулы - рибонуклеиновые кислоты - отличаются от ДНК в основном тем, что вместо дезоксирибозы содержат рибозу и чаще имеют одноцепочечную структуру.
Расшифровка структуры ДНК и установление ее центральной роли в наследственности увенчали накопленные наукой данные и позволили генетике из статистической и феноменологической науки превратиться в науку с преобладанием химических и молекулярных направлений развития. Незамедлительная бурная реакция ученых на открытие двойной спирали свидетельствовала об ее адекватности. Модель структуры ДНК не только соответствовала химическим и физическим данным, но и полностью отвечала функциям, присущим генетическому материалу. В линейной последовательности четырех пуринов и пиримидинов могло быть закодировано огромное количество информации, и в принципе эта структура могла обеспечить свою собственную репликацию. Расшифровка структуры ДНК проливала свет на самые разные аспекты биологии и создавала основу для объяснения многих разноречивых данных, полученных ранее. Она обеспечила фундаментальную целостность при интерпретации огромного многообразия жизненных форм. Раз и навсегда наследственность связывалась с определенной молекулярной структурой.
Проблемы механизмов переноса, перераспределения и экспрессии генетических признаков, долгое время не находившие решения, с начала 50-х годов перешли на молекулярный и химический уровни. Как реплицируются и рекомбинируют молекулы ДНК? Каким образом они сохраняются в последующих поколениях? Каким способом информация, закодированная в ДНК, обеспечивает образование фенотипических продуктов - белков? Как регулируется считывание информации, закодированной в ДНК, в процессе роста клеток или развития организма и при других физиологических состояниях? Как нарушаются эти процессы при заболеваниях? Эти и еще многие другие вопросы стояли в центре молекулярно-генетических исследований в течение последних 35 лет. Бурный прогресс в первые 20 из них был достигнут благодаря использованию систем прокариот и связан с идентификацией молекулярных структур, участвующих в процессах хранения, поддержания, передачи и использования генетической информации.

Перенос генетической информации в клетке
Информационные взаимоотношения между ДНК, РНК и белками теперь точно установлены. Репликация, с помощью которой создаются идентичные копии родительской молекулы ДНК, обеспечивает генетическую непрерывность в ряду поколений. Транскрипция ДНК с образованием РНК опосредует трансляцию этой информации на уровень белков. Итак, ДНК выполняет две основополагающие функции. Первая-это осуществление своей собственной репликации. Вторая - это формирование фенотипа через образование молекул РНК, участвующих в трансляции информации, содержащейся в ДНК, на язык белков. И, насколько это известно, только у эукариот информация может передаваться в обратном направлении, от РНК к ДНК, посредством процесса, именуемого обратной транскрипцией.
В основе переноса информации от ДНК к РНК или от РНК к ДНК лежит универсальная способность нуклеиновых кислот служить матрицей. Нуклеиновые кислоты направляют сборку идентичных или родственных молекул и непосредственно участвуют в процессе синтеза белка. Насколько известно, информация не передается от белков к нуклеиновым кислотам. Однако белки помимо самосборки осуществляют важнейшую функцию катализа и информационного переноса между нуклеиновыми кислотами.
Далее мы рассмотрим вкратце ключевые характеристики генетического аппарата и его функционирования: структурные особенности важнейших компонентов молекул - ДНК, РНК и белков - и то, как они работают, обеспечивая сохранение целостности генома и трансляцию генотипа организма в его фенотип. Эти вопросы детально рассматриваются в гл.1, 2 и 3, составляющих первую часть книги.

Молекулярные основы организации, наследования и функционирования хромосом
Проблема репликации хромосом, впервые сформулированная как проблема авторепродукции высокополимерных молекулярных матриц Н. К. Кольцовым в 1924, получила экспериментальное решение благодаря доказательствам генетической роли ДНК (О. Эйвери и др., 1944) и постоянства количества ДНК в хроматидах в цикле митоза и мейоза (Р. Вандрели и К. Вандрели, 1948, Франция; А. Мирский и Г. Рис, 1948, США), и открытию молекулярной организации ДНК (Ф.Крик и Дж.Уотсон,1953, Великобритания). В 1957 Г.Тейлор и др. (США) доказали полуконсервативный характер репликации хромосом, аналогичный репликации молекул ДНК (М. Мезельсон и Ф Сталь, 1957, США) и тем решили загадку точного продольного копирования хромосом в клеточном цикле (в митозе). В той же работе было открыто явление сестринских хроматидных обменов.
Важное место в цитогенетике занимают исследования хромосомных механизмов мейоза и генетической рекомбинации, поскольку явления, происходящие с хромосомами в мейозе, определяют основные закономерности наследования хромосом в ряду поколений организмов и в формировании генотипа потомства. Исследуются закономерности редукции числа хромосом в мейозе и сегрегации аллелей генов. Они определяются предварительным спариванием (конъюгацией) гомологичных хромосом, обменом участками этих хромосом (кроссинговером), приводящим к образованию хиазм - физических перекрестов между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом и неспособностью сестринских хроматид разъединяться так как это происходит в митозе. Вследствие этого в первом делении мейоза расходятся не хроматиды, а гомологичные хромосомы. Важным для решении этих проблем было открытие генов мейоза, управляющих этими явлениями (Дж. Гоуен, 1922, Дж. Бидл, 1930, США.) и цитологические доказательства обмена сегментам хроматид при кроссинговере (К. Штерн, Германия; Б. Мак-Клинток, США, 1931). В 1956 г. М. Мозес (США) открыл синаптонемный комплекс - белковую «скелетную» структуру, формирующуюся между спаренными гомологичными хромосомами в профазе первого деления мейоза, Эта структура обеспечивает регулярность и точность этого спаривания и кроссиговера гомологичных хромосом в ходе мейоза.
Проблема дифференциальной активности генов в хромосомах сформулированная Дж. Бидлом (США) и Б. Эфрусси в 30-е годы, была решена в 60-е годы после того, как В. Беерман (1961, Германия) установил, что пуфы в политенных хромосомах личинок комаров являются локусами активных генов, транскрибирующих РНК, а Дж. Голл (США) и Г. Кэллан (Великобритиания) установили, что боковые петли хромосом типа ламповых щеток транскрибируют РНК, и было сформулировано положение о том, что активизация генов связана с декоденсацией их локусов. Развитие этих работ позволило изучать регуляцию активности генов в ходе онтогенеза.
Проблемы молекулярной организации, репродукции и функционирования хромосом, тесно связанные с цитогенетикой, иногда выделяют в самостоятельный раздел клеточной биологии - биологию хромосом (хромосомистику), выходящий за рамки задач собственно цитогенетики, однако их решение создало основу современной молекулярной цитогенетики.

Молекулярная цитогенетика
В 1970-х гг. в практику цитогенетики вошел метод определения локализации генов в хромосомах с помощью РНК-ДНК и ДНК-ДНК «гибридизации» in situ. Этим методом выявляют с какими участками (сайтами) хромосом «гибридизуется» (связывается по матричному принципу с «расплетенной» спиралью ДНК) известный фрагмент ДНК, выбранный в качестве «молекулярного зонда». Зондом может быть повторяющаяся последовательность ДНК, специфичная для данной хромосомы, или уникальный ген. Зонд несет специальную метку. В первых работах (Ф. Ритосса и С. Спигельман, 1966, США; М. Пардью, Дж. Голл, (США); В. Хенниг и другие, 1969-75 гг., ФРГ) и вплоть до конца 1980-х годов использовали радиоактивную метку, в частности 3Н-тимидин, которую выявляли с помощью авторадиографии. В 1990-е годы в качестве метки начали применять цветные флюорохромы, выявляемые с помощью флюоресцентной микроскопии с компьютерным усилением и компьютерной регистрацией «сигнала» (флюоресцирующей метки) в местах «гибридизации» зонда на хромосомах. Метод назван флюоресцентной in situ гибридизацией (FISH). Он существенно облегчил картирование и исследование хромосомных перестроек и решение других задач.
Для анализа происхождения гибридных или аллополиплоидых геномов в качестве молекулярного зонда используют меченую тотальную ДНК всех хромосом предполагаемого родственного вида. При этом на цветном цитологическом препарате выявляются хромосомы полученные видом «реципиентом» от вида «донора» (метод геномной in situ гибридизации - GISH).
Разработка новых подходов к исследованию молекулярной и ультраструктурной организации хромосом привела к созданию нового направления - молекулярной цитогенетики, решающей вопросы молекулярной организации («молекулярной анатомии») специфичесских хромосомных структур: центромерных и теломерных районов, ядрышкового организатора, индивидуальных хромомер, гетерохроматических районов, не несущих структурных генов, но обладающих набором повторяющихся последовательностей ДНК, которые служат специфическими молекулярными маркерами индивидуальных хромосом. Методические основы молекулярной цитогенетики состоят в сочетании микроскопического и субмикроскопического исследования хромосом с изучением генов методами молекулярной биологии и молекулярной генетики. Так, клонирование мобильных генетических элементов (Д. Хоггнес и др. 1976, США, Г. П. Георгиев и др., 1977, СССР) и доказательство мутаций генов в результате внедрения этих элементов в геном (Дж. Рубин и другие, 1982, США) позволили использовать мобильные элементы в качестве ДНК-зондов для обнаружения мест локализации мутантных генов в хромосомах. Цитогенетические карты хромосом послужили основой для локализации всех выявленных к середине 2000 г. генов дрозофилы (13600 генов, кодирующих белки) и человека (около 60 тыс. генов и молекулярных маркеров). Методы работы с таким количеством генов выходят за рамки цитогенетики и основаны на методах геномики.
Цитогенетические исследования, связанные, прежде всего, с визуальными (микроскопическими) методами наблюдения наследственных структур клетки, сыграли важную роль в развитии и обосновании основных теоретических положений современной генетики. Закономерности цитогенетики широко используются при анализе путей эволюции растений и животных, позволяют контролировать генетические явления в ходе селекционного процесса в растениеводстве и животноводстве, осуществлять диагностику наследственных болезней человека, используются для выявления мутагенного действия факторов окружающей среды на живые организмы.
Наиболее активные исследования в области цитогенетики в настоящее время ведутся в США, Великобритании, Германии, Испании. В России они осуществляются в Институте цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) Институте биологии развития им. Н. К. Кольцова, Институте молекулярной биологии им. В. М. Энгельгардта, Институте молекулярной генетики, Институте общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН (Москва), Всесоюзном медико-генетическом научном центре РАМН (Москва), Санкт-Петербургсом государственном университете (Санкт-Петербург), и других.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Все типы изменения числа хромосом объединяются понятием геномные перестройки. Помимо них существуют и играют важную роль в наследственности хромосомные перестройки. В 1916 г. В.Робертсон (Великобритания), цитологически, обнаружил у насекомых частный тип транслокаций хромосом, названный его именем. Аналогичные транслокации были выявлены позднее у растений и млекопитающих. При анализе генетических карт хромосом дрозофилы К. Бриджесом в 1917-23 гг. были обнаружены другие типы транслокаций и делеции хромосом, а в 1926 г. А.Стертевантом (США) - инверсии.
Первое детальное микроскопическое и генетическое исследование хромосомных перестроек провела на профазных хромосомах в мейозе у кукурузы Б. Мак-Клинток (1929-31, США), но особенно успешно проблема возникновения и наследования хромосомных перестроек и их влияния на фенотип организмов стала разрабатываться после открытия Г. Меллером (1927, США) мутагенного действия рентгеновских лучей на дрозофилу. Помимо редко возникающих спонтанных перестроек хромосом, появилась возможность индуцировать их искусственно с большой частотой у любых удобных для исследования объектов. Удобным материалом для одновременного цитологического и генетического исследования хромосомных перестроек стали политенные хромосомы дрозофилы.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Сойфер В. Н., Э.Р. Пилле, О. Г. Газенко, Л.В. Крушинский, С. Я. Залкинд и др. "История биологии с начала XX века до наших дней" М. 1975.
2.    Босток К., Самнер Э. Хромосома эукариотической клетки: Пер. с англ. М., 1981.
3.    Основы цитогенетики человека. М., 1969.
4.    Смирнов В. Г. Цитогенетика. М., 1991.
5.    Цитология и генетика мейоза. М.. 1975.
6.    Эллиот Ф. Селекция растений и цитогенетика: Пер. с англ. М., 1961.
7.    Ворсанова С. Г. Медицинская цитогенетика. - Москва: Медпрактика-М, 2006.
8.    Пухальский В. А.Цитология и цитогенетика растений. - М.: Изд-во МСХА, 2004.