Морфология хромосом

ЗАНЯТИЕ 1.
Тема: МОРФОЛОГИЯ ХРОМОСОМ.
Цель занятия: изучение морфологии хромосом различных видов организмов.
План проведения занятия
1.Изучить строение и формы хромосом разных видов организмов.
2.Изучить кариотип хромосом.
3.Изучить хромосомы полиплоидных форм ржи и пшеницы


Необходимые наглядные пособия и оборудование: слайды, микроскопы, осветительные лампы, набор готовых препаратов, микрофотографии, практикум по лабораторным занятиям, тетради для лабораторных занятий, карандаши, ручки, предметные стекла, покровные стекла, красители.
Краткое содержание занятия. Учение о строении и функционировании хромосом называют хромосомологией. На протяжении клеточного цикла хромосомы претерпевают ряд изменений, связанных с выполнением различных функций. В рабочем состоянии, когда они выполняют функции репликации и транскрипции, хромосомы находятся в деконденсированном состоянии, что наблюдается в интерфазном ядре. Максимальная конденсация их характерна для делящейся клетки, когда хромосомы выполняют иную функцию - перемещения и разделения наследственной информации. Таким образом, хромосома динамична, она способна менять свою структуру и длину на протяжении клеточного цикла в зависимости от функционирования. В пресинтетический период хромосомы имеют большую длину, чем в митозе. Они образуют группы, ассоциируясь участками, содержащими гетерохроматин. В синтетический период каждая хромосома ведет себя как полирепликонная структура, имея свой график репликации. В разных хромосомах синтез ДНК идет асинхронно. По окончании репликации каждая из них становится дихроматидной. Такое состояние сохраняется до анафазы митоза.
Начало митоза сопровождается началом конденсации хромосом. Цикл конденсации хромосом захватывает профазу и раннюю метафазу. Конденсация хромосом также протекает асинхронно. В конце митоза начинается их деконденсация.
Каждому виду свойственен свой кариотип, т.е. определенное постоянное число, форма и размеры хромосом.
В диплоидном наборе хромосом соматической клетки (его условно обозначают 2n) следует различать гомологичные хромосомы, т.е. те, которые имеют одинаковую морфологию, но происходят из разных геномов: одна из материнской гаметы, другая от отцовской. Когда говорят о морфологии хромосом, то принимают во внимание следующие признаки: длину плеч, положение центромеры (кинетохор), наличие вторичной перетяжки, спутника и другие (рис 1).

Рис. 1. Схема строения метафазной хромосомы

1-первичная перетяжка с центромерой; 2-длиное плечо; 3-хроматиды;
4-нить веретена; 5-вторичная перетяжка; 6- короткое плечо

Хромосома может иметь один или два спутника. У каждой хромосомы они имеют свою определенную форму, величину и длину нити, соединяющей их с основным телом. Вторичные перетяжки могут быть у одних хромосом на длинном плече, у других - на коротком. В самой хромосоме имеются участки, отличающиеся друга от друга степенью конденсации и функциональной активностью. Так, гетерохроматиновые участки (около центромер и вторичных перетяжек) постоянно конденсированы на протяжении всего клеточного цикла и хорошо видны в интерфазе. Такие участки при наблюдении их в интерфазе называют хромоцентрами, от других они отличаются по интенсивности окрашивания.

Эухроматиновые участки хромосомы претерпевают конденсацию и деконденсацию. Активность их достигает максимума в интерфазе. Конденсация этих участков в профазе и метафазе митоза сопровождается снижением активности. Концевые участки хромосом называют теломерами. Нормальная длина каждой хромосомы и суммарная длина всех хромосом кариотипа постоянны. Морфология хромосомы определяется в первую очередь положением центромеры. В зависимости от расположения центромеры различают хромосомы:
Метацентрические хромосомы (М) отличаются тем, что плечи у них одинаковой или почти одинаковой длины. Субмета-цетрические (S) хромосомы имеют плечи разной длины. У акроцентрических хромосом (А) - центромера расположена вблизи одной из теломер.
В кариотипе скерды зеленой различают две группы хромосом: длинная и короткая хромосомы относятся к S-rpyппe, а хромосома со спутником - к A-группе (рис. 2). На микротомных препаратах корней этого растения хромосома А имеет длину 7,6 мкм; D — 6,2; С — 4,3 мкм. Так как на этих препаратах труднее изучать перетяжки у хромосом, можно использовать давленые препараты с предварительной обработкой корней до фиксации колхицином.

Рис.2.Хромосомы скерды зеленой.

А-7,6 мкм, D-6,2 мкм, С-4,3 мкм

В отличие от кариограммы схематическое изображение хромосом называют идиограммой (рис.4). Составление идиограммы основано на измерении каждой хромосомы, учёте длин плеч, положения центромер, вторичных перетяжек и спутников, что позволяет более точно идентифицировать хромосомы. Удобнее всего для составления идиограммы взять препараты скерды зеленой (2n=6).

А

Б
Рис.3. Хромосомы (А) и идиограмма (Б) нормального кариотипа гороха (Pisum sativum), арабские цифры указывают на размеры плеч хромосом (мкм)
Следует заметить, что, помимо хромосом основного набора, у растений встречаются добавочные, или 5-хромосомы, которые обнаружены у 720 видов. Впервые их наблюдали у ржи и кукурузы (рис. 5, А). Число добавочных хромосом варьирует от одной-двух до превосходящего нормальный набор. -хромосомы мельче хромосом нормального набора. Так у ржи обычные хромосомы имеют длину 7-12 мкм, а 5-хромо­сомы - 1,5-2 мкм и мельче. Считают, что 5-хромосомы обра­зуются от хромосом основного набора путем перестроек. Их присутствие увеличивает генетическую вариабельность по­пуляций.



Рис.4. Хромосомы: А-кукурузы (Zea mays), стрелками отмечены дополнительные хромосомы; Б-лука (Allium cepa); В- вики посевной (Vicia sativa); Г-бобов конских (Vicia faba)
После ознакомления с хромосомами скерды зеленой изучают препараты с метафазными пластинками различных сельско­хозяйственных культур: бобов, вики, лука, ржи, гороха, ячме­ня, овса, пшеницы, картофеля, гречихи и др. (рис. 6-8). Часть из них имеет полиплоидную природу.

Рис. 5. Хромосомы: А-ржи (Secalecereale); Б-многорядного ячменя (Hordeumvulgare); В-овса песчаного (Avenastrigosa).

Рис.6.Ядерная пластинка хромосом мягкой пшеницы (Triticumae stivum) указанием типов хромосом

Рис.7.Хромосомы мягкой пшеницы при увеличении в 750 раз после предварительной обработки корешков бромонафталином
У полиплоидов необходимо различать число хромосом в соматических клетках и основное число хромосом, обозначае­мое X. Совокупность последних называют геномом. В роде пше­ницы известны виды с 2n=14 (пшеница однозернянка - Tritiсит топососсит), с 2п = 28 (твердая пшеница - Т. durum) и с 2n = 42 (мягкая пшеница - Т. aestivum). Все они образуют один полиплоидный ряд. Все числа хромосом этих видов пшеницы кратны основному - семи. Виды с 14, 28, 42 хромосомами в сомати­ческих клетках обнаружены у розы, земляники и других видов. У диплоидной ржи 2n = 2Х=14, у тетраплоидной 2n = 4Х = 28; у диплоидной гречихи 2п = 2Х=16, у тетраплоидной 2n = 4X = 32.
Таким образом, диплоиды имеют в соматических клетках 2X хромосом, триплоиды - ЗХ, тетраплоиды - 4Х и т. д. При полиплодии число хромосомных наборов в клетке увеличивается и соответственно увеличивается число гомологичных хромосом. Так, при получении тетраплоидов из диплоидов число хромосом и в соматических и в поло­вых клетках удваивается.