Биогенетический закон. Онтогенез

Август 5, 2022

Главная
Биология
Биогенетический закон. Онтогенез

Содержание

2. Карл фон Бэр 17 февраля 1792 — 28 ноября 1876) 1.Наиболее общие признаки любой крупной группы
3. Теория зародышевых листков Зародышевые листки рекапитулируют в онтогенезе первичные органы общего предка всех Metazoa и потому
4. «Modern Synthesis» vs «Unmodern Synthesis» Бэйтсон: эмбриология предоставляет нам фактические данные о эволюции, но не даёт
5. Conrad Hal Waddington 1905 — 1975 Проблемы СТЭ по Уоддингтону: При рассмотрении изменчивости только на уровне
6. Эпигенетический ландшафт Канализация развития биологических систем: небольшие возмущения (как генетические — мутации, так и средовые) не
7. Талидомид «Children of Thalydomide” Существуют фенотипы, вызываемые как мутациями, так и внешними воздействиями (морфозы) Одинаковый фенотип
8. Канализация Rutherford, Susan Lindquist, 1998 Hsp90 связывается с неправильно уложенными или с мутантными сигнальными белками и
9. Генетическая ассимиляция Мутации в гене crossveinless вызывает исчезновение поперечной жилки в крыльях. Такой же эффект даём
10. Геном должен быть восприимчив для средовых воздействий Должна быть возможность преобразования средовых воздействий в генетические, внешнего
11. Цвет гусениц зависит от температуры. Или от мутации.
12. Эпигенетическая теория эволюции Иван Иванович Шмальгаузен Конрад Уоддигтон (Conrad Hal Waddington) Первичность фенотипических изменений и их
13. В норме степень проявления мутации сильно зависит от влажности корма. Отбором М.И. Камшилов смог сделать этот
14. Эволюция доминантности Березовая пяденица (Biston betularia) Смородинная пяденица (Abraxas grossulariata) Отбором можно усилить или ослабить отдельные
15. 13% - в пораженных районах Вьетнама 8% в непораженных 1,3% - в России Голубые склеры 33%
16. Флуктуирующая асимметрия – мера стабильности развития. Несимметричные организмы обычно имеют меньшую приспособленность по сравнению с нормальными.
17. Разница (лево – право) числа щетинок: на лобной полоске; на внешнем краю крыла; жилке R4+5 А
18. Гомеозисные мутации bithorax – появление второй пары крыльев antennapedia – превращение антенн в ноги Hox-гены –
19. Hox-гены «размечают» тело в разных животных разными способами Разные гены – в разных сегментах. В разных
20. Мозаичная плейотропия Многие гены, регулирующие развитие, участвуют во многих независимых процессах разметки и формирования морфологически несопоставимых
21. Мозаичная плейотропия Поскольку изменения в таких генах вызовут множественный эффект, который с большой вероятностью скажется на
22. Некоторые сигнальные пути лучше представлены (больше генов) у более «простых» организмов
23. Оно (1970) и вслед за ним Кимура и Ота (1974) предполагали, что дупликации — основной источник
24. Дупликации генов, кодирующих морфогены, возникали в ходе эволюции животных, но они не были настолько частыми, чтобы
25. Гетеротопия Изменения в пространственном распределении экспрессии генов, кодирующих морфогены, ассоциированы с различиями в морфологии и анатомии
26. Гетеротопия Таким образом, причины отличий в анатомии и морфологии нужно искать в генетических и молекулярных механизмах,
27. Модульность цис-регуляторных элементов Отдельная черта генов, кодирующих морфогены, — большие и сложные модульные цис-регуляторные регионы.
28. Модульность цис-регуляторных элементов Наличие большого числа цис-регуляторных элементов у генов, кодирующих морфогены, открывает несколько важных для
29. Большие генные сети Каждые регуляторные белки могут влиять на многие сотни ЦРЭ белков-мишеней
30. Классическая генетика популяций: отбор вредных и полезных аллелей одного гена Теория нейтральности Нейтральная популяционная генетика: дрейф
31. Работа Toll-like рецепторов Wnt-сигнальный путь Эти белки участвуют в регуляции. Но регулировать могут разные гены
33. Скачать презентацию

Слайд 2

Карл фон Бэр
17 февраля 1792 — 28 ноября 1876)
1.Наиболее общие признаки

любой крупной группы животных появляются у зародыша раньше, чем менее общие признаки;
2. После формирования самых общих признаков появляются менее общие и так до появления особых признаков, свойственных данной группе;
3. Зародыш любого вида животных по мере развития становится все менее похожим на зародышей других видов и не проходит через поздние стадии их развития;
4. Зародыш высокоорганизованного вида может обладать сходством с зародышем более примитивного вида, но никогда не бывает похож на взрослую форму этого вида.

Закон зародышевого сходства- ок

Слайд 3

Теория зародышевых листков
Зародышевые листки рекапитулируют в онтогенезе первичные органы общего предка

всех Metazoa и потому гомологичны.
Онтогенетическое развитие органа из того или иного зародышевого листка указывает на его эволюционное происхождение из соответствующего первичного органа предка.

Александр
Онуфиревич
Ковалевский

Илья Ильич
Мечников

Слайд 4

«Modern Synthesis» vs «Unmodern Synthesis»
Бэйтсон: эмбриология предоставляет нам фактические данные о

эволюции, но не даёт представления о механизмах эволюции. Эмбриология слепа, поскольку не видит изменчивости.
Седжвик: Эволюционная эмбриология не в состоянии сказать нам, возникли ли похожие структуры в результате конвергенции или имели общее происхождение

Adam Sedgwick
1854 — 1913

Уильям Бейтсон
William Bateson
1854 — 1913

Слайд 5

Conrad Hal Waddington
1905 — 1975
Проблемы СТЭ по Уоддингтону:
При рассмотрении изменчивости только

на уровне генов мы теряем из рассмотрения негенетическую изменчивость, которая может носить адаптивный характер, т.е. оказывать влияние на приспособленность.
Накопление небольших мутаций не могло привести к различиям на уровне таксонов

Слайд 6

Эпигенетический ландшафт
Канализация развития биологических систем: небольшие возмущения (как генетические — мутации,

так и средовые) не вызывают отклонения в развитии

Онтогенез

Слайд 7

Талидомид
«Children of Thalydomide”
Существуют фенотипы, вызываемые как мутациями, так и внешними воздействиями

(морфозы)

Одинаковый фенотип вызывает как применение талидомида, так и мутация фокомелия в VIII хромосоме.

Одинаковый фенотип вызывает как применение эфира и повышенной температуры, так и гомеозисная мутация ubx.

Слайд 8

Канализация
Rutherford, Susan Lindquist, 1998
Hsp90 связывается с неправильно уложенными или с мутантными

сигнальными белками и нормализует их структуру для связи с другими сигнальными белками.

Слайд 9

Генетическая ассимиляция
Мутации в гене crossveinless вызывает исчезновение поперечной жилки в крыльях.

Такой же эффект даём нагревание куколок мух.
Уоддингтон нагревал куколки мух в течение 4-5 поколений. После этого стали появляться мухи без поперечных жилок даже без теплового стресса

Слайд 10

Геном должен быть восприимчив для средовых воздействий
Должна быть возможность преобразования средовых

воздействий в генетические, внешнего индуктора во внутренний
Должна быть скрытая (не проявляющаяся изменчивость), чтобы физиологическая индукция была подхвачена эмбриональной
Должен быть отбор по фенотипам

Условия для генетической ассимиляции

Слайд 11

Цвет гусениц зависит от температуры. Или от мутации.

Слайд 12

Эпигенетическая теория эволюции
Иван Иванович
Шмальгаузен
Конрад Уоддигтон
(Conrad Hal
Waddington)
Первичность фенотипических изменений и их обратное

влияние на генотип
От предков к потомкам передаётся общая организация эпигенетической системы, которая и формирует организм в ходе его индивидуального развития, причём отбор ведёт к стабилизации ряда последовательных онтогенезов, устраняя отклонения от нормы (морфозы) и формируя устойчивую траекторию развития (креод)

Слайд 13

В норме степень проявления мутации сильно зависит от влажности корма. Отбором

М.И. Камшилов смог сделать этот признак независимым от влажности, а также изменить характер зависимости на противоположный.

Мутация eyeless у дрозофилы

Слайд 14

Эволюция доминантности
Березовая пяденица (Biston betularia)
Смородинная пяденица
(Abraxas grossulariata)
Отбором можно усилить или ослабить

отдельные проявления мутаций

При этом, однако произошло не только изменение частот этих мутаций. Исходно черная окраска была полудоминантным признаком, а сейчас этот признак у европейских популяций является полностью доминантным. Самое интересное, что при скрещивании со светлыми бабочками из Канады этот признак снова становится полудоминантным. Это явно свидетельствует о том, что в ходе эволюции изменился не сам ген, определяющий темную окраску, а комплекс генов, модифицирующих проявление это признака, т. е. генная среда.

У этой бабочки имеются белая и желтая формы, причем признак этот полудоминантен и гетерозиготы имеют промежуточную окраску. В одной из линий Форд в каждом поколении элиминировал желтых бабочек, оставляя белых и промежуточных. В результате через несколько поколений белая окраска стала полностью доминантной. Обратный результат был получен в другой линии, где элиминировались белые бабочки.

Слайд 15

13% - в пораженных районах Вьетнама
8% в непораженных
1,3% - в России
Голубые

склеры 33%
Гипертелоризм сосков 28%
Кожная синдактилия рук и ног 26-16% соответственно
Асимметрия ушных раковин 23%
Поперечная ладонная складка 7%
Две макушки 5%

Шалевидная мошонка 11%

В результате тератогенного воздействия не появляются новые морфогенетические варианты, а увеличивается частота уже известных.

Слайд 16

Флуктуирующая асимметрия – мера стабильности развития. Несимметричные организмы обычно имеют меньшую

приспособленность по сравнению с нормальными.

Lucillia cuprina
(Calliphoridae)

инсектицид диазинон

Слайд 17

Разница (лево – право) числа щетинок:
на лобной полоске;
на внешнем краю крыла;
жилке

R4+5
А – при наличии модификатора
В – в отстутствии модификатора

Стабилизация развития под действием отбора

Слайд 18

Гомеозисные мутации
bithorax – появление второй пары крыльев
antennapedia – превращение антенн в

ноги

Hox-гены – семейство генов, общее для всех многоклеточных животных, кроме губок, и отвечающее за «разметку» тела

у дрозофилы

у арабидопсиса

ABC-гены определяют порядок развития частей цветка у всех цветковых

мутант agamous-1 с лепесткам вместо тычинок

нормальный цветок

Слайд 19

Hox-гены «размечают» тело в разных животных разными способами
Разные гены –

в разных сегментах.

В разных сегментах – разная последовательность экспрессии.

Kulakova et al., 2007 (Development, Genes and Evolution)

Nereis virens

Platynereis dumerilii

Слайд 20

Мозаичная плейотропия
Многие гены, регулирующие развитие, участвуют во многих независимых процессах разметки

и формирования морфологически несопоставимых структур тела

Например, sonic hedgehog участвует в:
развитии конечностей
дифференциации нервной ткани
морфогенезе лица
развитии волос и перьев
развитии кишки
и в др. процессах

Слайд 21

Мозаичная плейотропия
Поскольку изменения в таких генах вызовут множественный эффект, который с

большой вероятностью скажется на приспособленности, то сильно ограничиваются возможности изменений в кодирующих последовательностях этих генов
Поскольку один и тот же ген может влиять на развитие разных частей тела, можно предположить, что один и тот же ген может влиять определять небольшие различия в анатомии у разных видов.
Так как один и тот же ген влияет на множество не связанных между собой признаков, то должен быть способ приобретения геном новых функций без дупликаций

Слайд 22

Некоторые сигнальные пути лучше представлены (больше генов) у более «простых» организмов

Слайд 23

Оно (1970) и вслед за ним Кимура и Ота (1974) предполагали,

что дупликации — основной источник генов с новой функцией.
Тем не менее, для морфологической эволюции, дупликации не являются необходимыми для возникновения новой функции

Слайд 24

Дупликации генов, кодирующих морфогены, возникали в ходе эволюции животных, но они

не были настолько частыми, чтобы объяснить различия в анатомии внутри больших групп.

Слайд 25

Гетеротопия
Изменения в пространственном распределении экспрессии генов, кодирующих морфогены, ассоциированы с различиями

в морфологии и анатомии

Цвет цветка разных видов Ipomea отличается из-за дифференциальной экспрессии генов пути синтеза флавоноидов в частях цветка

Слайд 26

Гетеротопия
Таким образом, причины отличий в анатомии и морфологии нужно искать в

генетических и молекулярных механизмах, которые обеспечивают дифференциальную пространственную экспрессию

В природной популяции колюшки нет различий в кодирующей последовательности Ptx1, но есть различия в 5’ UTR, в области, регулирующей экспрессию данного гена в тазовом поясе.

Слайд 27

Модульность цис-регуляторных элементов
Отдельная черта генов, кодирующих морфогены, — большие и сложные

модульные цис-регуляторные регионы.

Слайд 28

Модульность цис-регуляторных элементов
Наличие большого числа цис-регуляторных элементов у генов, кодирующих морфогены,

открывает несколько важных для эволюции формы аспектов:
Множественные цис-регуляторные элементы — путь к увеличению числа функций без увеличения числа генов
Мутации в одном из ЦРЭ не затронут функции самого белка и функции других ЦРЭ, т. е. не будут иметь плейотропного эффекта
Мутации в гене с множеством ЦРЭ будут всегда иметь плейотропный эффект.

Слайд 29

Большие генные сети
Каждые регуляторные белки могут влиять на многие сотни ЦРЭ

белков-мишеней

Слайд 30

Классическая генетика популяций: отбор вредных и полезных аллелей одного гена
Теория нейтральности
Нейтральная

популяционная генетика: дрейф нейтральных мутаций

Эволюция путём дупликаций: эволюция набора генов

Evo-devo: Эволюция цис-регуляторных элементов и генных сетей

Сравнительная эмбриология

Эпигенетика: эволюция наследуемости

Слайд 31

Работа Toll-like рецепторов
Wnt-сигнальный путь
Эти белки участвуют в регуляции. Но регулировать могут

разные гены

Биогенетический закон. Онтогенез

Содержание

Карл фон Бэр17 февраля 1792 — 28 ноября 1876)1.Наиболее общие признаки

Теория зародышевых листковЗародышевые листки рекапитулируют в онтогенезе первичные органы общего предка

«Modern Synthesis» vs «Unmodern Synthesis»Бэйтсон: эмбриология предоставляет нам фактические данные о

Conrad Hal Waddington1905 — 1975Проблемы СТЭ по Уоддингтону:При рассмотрении изменчивости только

Эпигенетический ландшафтКанализация развития биологических систем: небольшие возмущения (как генетические — мутации,

Талидомид«Children of Thalydomide”Существуют фенотипы, вызываемые как мутациями, так и внешними воздействиями

КанализацияRutherford, Susan Lindquist, 1998Hsp90 связывается с неправильно уложенными или с мутантными

Генетическая ассимиляцияМутации в гене crossveinless вызывает исчезновение поперечной жилки в крыльях.

Геном должен быть восприимчив для средовых воздействийДолжна быть возможность преобразования средовых

Цвет гусениц зависит от температуры. Или от мутации.

Эпигенетическая теория эволюцииИван ИвановичШмальгаузенКонрад Уоддигтон(Conrad HalWaddington)Первичность фенотипических изменений и их обратное

В норме степень проявления мутации сильно зависит от влажности корма. Отбором

Эволюция доминантностиБерезовая пяденица (Biston betularia)Смородинная пяденица(Abraxas grossulariata)Отбором можно усилить или ослабить

13% - в пораженных районах Вьетнама8% в непораженных1,3% - в РоссииГолубые

Флуктуирующая асимметрия – мера стабильности развития. Несимметричные организмы обычно имеют меньшую

Разница (лево – право) числа щетинок:на лобной полоске;на внешнем краю крыла;жилке

Гомеозисные мутацииbithorax – появление второй пары крыльевantennapedia – превращение антенн в

Hox-гены «размечают» тело в разных животных разными способами Разные гены –

Мозаичная плейотропияМногие гены, регулирующие развитие, участвуют во многих независимых процессах разметки

Мозаичная плейотропияПоскольку изменения в таких генах вызовут множественный эффект, который с