Дрозофила - модельный организм для генетических исследований презентация

Содержание

Википедия Дрозофила фруктовая, дрозофила малая, или дрозофила обыкновенная (Drosophila melanogaster) —двукрылое) —двукрылое насекомое, вид плодовой мухи) —двукрылое насекомое, вид плодовой мухи из рода дрозофил) —двукрылое насекомое, вид плодовой мухи из рода дрозофил, наиболее часто использующийся в генетических) —двукрылое насекомое, вид плодовой мухи из рода дрозофил, наиболее часто использующийся в генетических экспериментах (во второй половине XX века

Слайд 1Дрозофила - модельный организм для генетических исследований
Сеймур Бензер с моделью дрозофилы

Слайд 2Википедия
Дрозофила фруктовая, дрозофила малая, или дрозофила обыкновенная (Drosophila melanogaster) —двукрылое) —двукрылое насекомое, вид плодовой мухи) —двукрылое насекомое, вид плодовой мухи из рода дрозофил) —двукрылое насекомое,

вид плодовой мухи из рода дрозофил, наиболее часто использующийся в генетических) —двукрылое насекомое, вид плодовой мухи из рода дрозофил, наиболее часто использующийся в генетических экспериментах (во второй половине XX века дрозофила стала одним из основных модельных организмов) —двукрылое насекомое, вид плодовой мухи из рода дрозофил, наиболее часто использующийся в генетических экспериментах (во второй половине XX века дрозофила стала одним из основных модельных организмов также для биологии развития).

В современной биологической литературе часто упоминается как просто «дрозофила» или «плодовая мушка».

лат. Drosophila 
от др.-греч. δρόσος — роса, влага + φιλέω — любить

Слайд 3Почему дрозофила – удобный модельный объект?
Очень короткий срок развития от яйца

до взрослой мухи.

Дрозофила может давать до 40 поколений, тогда как человеку для этого потребуется 1000 лет.

Слайд 4Почему дрозофила – удобный модельный объект?
Легко отличать самца от самки
Исключительная

плодовитость. Одна оплодотворенная самка за всю жизнь даёт ~400 потомков.

Слайд 5Почему дрозофила – удобный модельный объект?
Основные маркерные мутации хорошо различимы

Богатство мутаций,

способность мушек к обширному мутагенезу позволяет достаточно быстро накапливать данные при изучении многих биохимических и эволюционных процессов

Слайд 6Малое число хромосом



Самец

Самка


Уникальные политенные хромосомы

Почему дрозофила – удобный модельный объект?

2

2

3

3

4

4

В соматических клетках самца и самки дрозофилы содержится по 4 пары хромосом (2n = 8): три пары аутосом и одна пара половых хромосом


Слайд 7Почему дрозофила – удобный модельный объект?
Питательные среды достаточно простые, что позволяет

дрозофилу разводить дешево и менее трудоемко по сравнению с другими лабораторными животными.

Слайд 8Исследования дрозофил в космосе
Исследования «космических мух» помогут найти механизмы защиты

от космической радиации для космонавтов.
На дрозофилах исследуют влияние невесомости и условий космоса на иммунитет.

«Дом» дрозофил
в лаборатории

«Космический дом» дрозофил

На спутнике «Фотон-М» 2014 г.

Слайд 9Кто и когда первый стал использовать дрозофилу в экспериментах?

Слайд 10Кто первый стал использовать дрозофилу в экспериментах?

Кастл и Карпентер, 1906 г.

«The

organism used in this experiment in close-breeding was Drosophila ampelophila Low, a small dipterous insect known under various popular names such as "the little fruit fly, pomace fly, vinegar fly, wine fly, and pickled fruit fly " ….»
«Организм, использованный в этом эксперименте называется Drosophila ampelophila Low, небольшое двукрылое насекомое, известное под различными бытовыми названиями, такими как "маленькая фруктовая мушка, жмыховая мушка, уксусная мушка, винная мушка и маринадная мушка " ...»

Слайд 11Томас Морган и ученики авторы хромосомной теории наследственности
Thomas Hunt Morgan
(1866–1945)
Alfred

Henry Sturtevant
(1891–1970)

Herman Joseph Muller
(1890–1967)

Calvin Blackman 
Bridges
(1889–1938)

В 1915 г. вышла их книга «Механизм менделевской наследственности» («The Mechanism Heredity»), в которой сообщалось, что наследственность подчиняется вполне определенным законам и описывается точными количественными методами.
«За открытия, связанные с выяснением роли хромосом в наследственности» в 1933 г. Т. Морган был удостоен звания лауреата Нобелевской премии. В 1946 г эту премию получил Г. Мёллер «За разработку метода получения мутаций с помощью рентгеновских лучей».

Слайд 12«Колоссально много для развития учения о наследственности сделал американец Томас Морган,

который вначале был столь же ярым противником Менделя и решил его опровергнуть на другом объекте - кроликах. Однако попечители Колумбийского университета, где работал Морган, сочли кроликов чересчур дорогими; Морган не пал духом и использовал для опытов крошечную плодовую мушку - дрозофилу. Дрозофила стала классическим объектом генетики - редчайший случай, когда скупость снабженцев оказала науке неоценимую услугу! Дело в том, что за год можно получить 25 поколений дрозофил и разместить на одном лабораторном столе их многотысячные «стада»».
Медников Б.М., Дарвинизм в XX веке, М., «Советская Россия», 1975 г., с. 25.

Почему Т. Морган стал использовать дрозофилу?

Слайд 13Отечественные учёные, работавшие с дрозофилой
Николай Владимирович
Тимофеев-Ресовский
(1900-1981)
- один из

основоположников популяционной и радиационной генетики

«Действие рентгенлучей на наследственную мутабильность дрозофилы» 28 июня 1929 г.
– одна из первых работ.

Фрагмент рукописи

Слайд 14Н.И. Вавилов, Т. Морган
и Н.В. Тимофеев-Ресовский
Итака. 1932 г.
«…Мушка называлась дрозофила.

Трехмиллиметровая мушка с тигровым брюшком. Если бы я писал научно-популярную книгу, я бы прежде всего воспел дрозофилу, сочинил бы нечто вроде оды этому насекомому, верному помощнику тысяч генетиков начиная с 1909 года. Оду за ее откровенность. Или за ее болтливость. Болтливый объект, который хорош тем, что так плохо хранит тайны природы. Трудно оценить, какую большую службу сослужила дрозофила науке…»

Даниил Гранин «Зубр»

Тимофеев-Ресовский с начала 1920-х годов участвовал в работе неформального семинара, организованного группой С. С. Четверикова в институте Н. К. Кольцова («Дрозсоор», или «совместное орание по поводу дрозофилы»), из которого вышли многие советские генетики.

Слайд 15 - Незаменимый объект! Быстро размножается. Потомство большое. Наследственные признаки четкие.

Мутацию не спутать с нормальной. Глаза красные, глаза белые. Во всех серьезных лабораториях мира работают на дрозофиле. Невежды любят говорить о том, что дрозофила не имеет хозяйственного значения. Но никто и не пытается вывести породу жирномолочных дрозофил. Они нужны, чтобы изучать законы наследственности. Законы эти одинаковы для мухи и для слона. На слонах получите тот же результат. Только поколение мух растет за две недели. Вместо того, чтобы из мухи делать слона, мы из слона делаем муху!

Один из учеников Зубра Николай Викторович Лучник записал
речь учителя во славу дрозофилы:

Слайд 16Отечественные учёные, работавшие с дрозофилой
М.Е. Лобашев изучал
мутагенное действие химических веществ

в 1934 г.

Впервые в истории науки генетики возникает идея о мутировании не как о мгновенном акте, а как о процессе, текущем во времени, имеющем обратимый характер. Т.о. была высказана мысль о возможности восстановления клетки, находящейся в предмутационном состоянии. Следовательно, открылась возможность вмешательства в процесс становления мутаций, т.е. возможность как ускорения, так и замедления его течения.
Впервые был поставлен и вопрос о роли системного, организменного контроля мутационного процесса.

Слайд 17Отечественные учёные, работавшие с дрозофилой
Николай Петрович
Дубинин
(1907-1998)
В 30-х годах показал
адаптивное

значение
ряда хромосомных мутаций. Исследуя ступенчатый аллелизм впервые сделал вывод о делимости гена и его сложной линейной структуре.

Иосиф Абрамович
Рапопорт
(1912-1990)

Николай Николаевич
Соколов
(1902 – 1975)

Борис Николаевич
Сидоров
(1908 – 1980)

Учёные-эволюционисты. Изучали виды-двойники дрозофил, поскольку только на этом материале можно провести точный генетический анализ первичных изолирующих барьеров между видами. Вместе с Дубининым создали трех- и пятихромосомные расы дрозофил.

Развитии химического мутагенеза и создание химических супермутагенов, в сотни раз повышающих уровень спонтанного мутирования.

Слайд 18В середине 30-х годов учеными Н.П. Дубининым, Б.Н. Сидоровым, В.В. Хвостовой

и А.А. Прокофьевой-Бельговской был открыт и изучен «эффект положения» генов, когда нормальный ген, будучи искусственно перенесен в другое место хромосомы, менял характер своего проявления. Этот феномен является и ныне одной из горячих точек современной науки.

Александра Алексеевна
Прокофьева-Бельговская
(1903—1984)

Отечественные учёные, работавшие с дрозофилой

Prokofyeva-Belgovskaya A.A. «The Structure of the Y Chromosome in the Salivary Glands of Drosophila melanogaster. Genetics.1937».

эффект положения
гена white

Слайд 19
Елизавета Ивановна
Балкашина
(1899—1981)
Открыла в 1928 году у дрозофил группу генов,

ответственных за ключевые стадии онтогенеза. Провела анализ гомеозисной мутации spineless-aristаpedia. Отметила, что мутация «выбивает» измененных мух за пределы класса насекомых.

Мутация в гене spineless превращает аристы в лапки

Отечественные учёные, работавшие с дрозофилой




Дикий тип

Мутант

Слайд 20Отечественные учёные, работавшие с дрозофилой
Борис Львович
Астауров
(1904-1974)
В 1927 году открыл гомеозисную

мутацию tetraptera и заметил, что эта мутация переносит мух за пределы отряда двукрылых.
Эти мутации можно рассматривать как изменения одного гена, ведущие к неотении – возврат к предковым формам.

Bithorax

Слайд 21

Эдвард Льюис изучал гомеозисные гены, которые управляли развитием сегментов личинки в

органы имаго.

Льюис обнаружил коллинеарность во времени и пространстве между порядком генов в комплексе bithorax и структурой органов в сегментах.

Исследователь получил Нобелевскую премию по медицине в 1995 г.

Эдвард Льюис
Edward B. Lewis
(1918 – 2004)

Томас Кауфман
Thomas C. Kaufman

Molecular and Genetic Organization of The Antennapedia Gene Complex of Drosophila melanogaster

Американские учёные, изучавшие
гомеозисные (Hox) гены дрозофилы в 50-60х гг.

Слайд 22bithorax



Проявление гомеозисных мутаций у Drosophila
Трансформация антенны в ногу
комплекс генов

Antennepedia

Трансформация гальтеров в крылья
комплекс генов bithorax

Слайд 23Пример гомеозисных мутаций: выключение гена proboscipedia у дрозофилы и клопа


Слайд 24
Пример гомеозисных мутаций у растений
Превращение тычинки в лепесток

Слайд 25Hoxb
Эволюционный консерватизм организации и специфичности комплексов гомеозисных генов


Antennepedia Complex
Bithorax Complex


Слайд 26План строения взрослого организма закладывается в эмбриогенезе

Слайд 27Общая модель формирования передне-задних градиентов
Bcd Hb

Слайд 28

Первая «передняя» система морфогенов, определяет области головы и груди.
Вторая «задняя»

система морфогенов определяет сегментацию абдоминальной области.
Третья «терминальная» система морфогенов отвечает за формирование несегментированных переднего (акрона) и заднего (тельсона) концов эмбриона.
Четвёртая система морфогенов контролирует становление паттерна вдоль D/V-оси.

Открытие К.Нюсляйн-Вольхард и Э. Вишауса:
Четыре системы морфогенов участвуют в поляризации эмбриона дрозофилы

Кристина
Нюсляйн-Вольхард

Эрик
Вишаус

Dorsal





A

A

A

P

P

P

D

V

Получили Нобелевскую премию вместе с Льюисом в 1995 г.

Слайд 29W. Driever, V. Siegel, C. Nüsslein-Volhard.  1990. Development. 109:811–820.
 Bicoid mutant
 Дикий тип
Эмбрионы дрозофилы
СРАВНЕНИЕ

СЕГМЕНТАЦИИ ЭМБРИОНА И ИМАГО ДРОЗОФИЛЫ

КАК ИЗУЧАЛИ?
Получали мутантов с нарушением порядка сегментов

Слайд 30Поляризация ооцита
Передний
морфоген
Задний
морфоген
Ооцит дрозофилы поляризован.
Оси полярности будущего эмбриона предопределены

генотипом матери.

А

Р

Слайд 31
Вальтер Геринг, 1938 г. рождения
(Walter Jakob Gehring)

Профессор биологии развития и генетики

Базельского университета.
"There's a genetic eye program, a leg program, a wing program, and the homeotic genes are the master switches which turn on these various programs"
Известен своими выдающимися достижениями в области генетики развития Дрозофилы, изучения генов теплового шока, транспозонов и гомеозисных генов.
Его группе принадлежит открытие гомеобокса.

Можно управлять работой генов: эксперименты Вальтера Геринга

Pax-6

eyeless

Эктопическая экспрессия гена eyeless

Ген человека
Pax-6

Ген дрозофилы
eyeless

Слайд 32Система GAL4-UAS
Brand A.H., Perrimon N. Targeted gene expression as a means

of altering cell fates and generating dominant phenotypes // Development. 1993. V. 118. P. 401-415

UAS - Upstream Activated Sequences - дрожжевой промотор, который активируется дрожжевым регуляторным белком GAL4

Слайд 33
Линия-драйвер GAL4
Линия-реcпондер
Принцип работы системы GAL4-UAS
Создание линий трансгенных дрозофил, нарабатывающих дрожжевой белок

GAL4 под контролем специфических промоторов – коллекционные линии.

Создание линии трансгенных дрозофил, содержащих изучаемый ген под контролем дрожжевых сайтов UAS (молчат в геноме мухи).

Совмещение в одном генотипе двух компонентов системы простым скрещиванием.

Тканеспецифический промотор

Изучаемый ген

Слайд 34Техника GAL4-UAS позволяет специфично контролировать экспрессию гена
Мисэкспрессия Подавление
Убиквитарная
экспрессия

GAL4 под промотором гена тубулина;

Под UAS подставлен, например, ген человека PAX-6

UAS-трансген экспрессирует РНК-шпильку, комплеиентарную гену eyeless.

UAS

Слайд 35Политенные хромосомы слюнных желёз личинок

Обычные хромосомы дрозофилы
0,1

мм


Личинка


Tub-GAL4>UAS-GFP

Слайд 36Визуализация и картирование хромосомных перестроек
Делеция
Инверсия

Слайд 37Мы можем «видеть» линейно организованное расположение генов в хромосоме
cut
ocelliless

Слайд 38Мы можем видеть работу генов в хромосоме
Формирование ПУФОВ генами теплового шока

после тепловой обработки (а)
Тот же участок хромосомы до тепловой обработки (b).

Слайд 39Мобильные генетические элементы («прыгающие» гены) дрозофилы
Первыми, кому удалось открыть мобильные элементы

у дрозофилы, были российские ученые Г.П. Георгиев и В.А. Гвоздев и трое их молодых сотрудников Ю. Ильин, Н. Чуриков и Е. Ананьев.
Открытие было сделано ими в 1976 году.

Владимир Алексеевич
Гвоздев

Георгий Павлович
Георгиев

Исторический снимок впервые обнаруженных мобильных элементов (черные точки – сайты гибридизации) дрозофилы , сделанный Е. Ананьевым в 1976 году (Georgiev G.P. et al. Isolation of eukaryotic DNA fragments containing structural genes and the adjacent sequences. Science. 1977)

Гибридизация in situ на хромосомах

Слайд 40Картирование генов с помощью гибридизации in situ радиоактивного ДНК-зонда на хромосомах
Х-хромосома
Х-хромосома
Мутант
Гибридизация

с мобильным Р-элементом

Дикий тип

Гибридизация с фрагментом гена

Слайд 41Выявление мест связывания с ДНК изучаемого белка
Окраска антителами к Polycomb

Слайд 42Можно выявлять гены, нарушающие упаковку хроматина и структуру хромосом
Дикий тип
Мутант
Хромоцентр

есть (красные стрелки)

Хромоцентра нет

К чему могут привести мутации таких генов у человека?
Нерасхождение хромосом, и, как следствие, синдром Дауна, например.
Дерепрессия онкогенов или репрессия генов-онкосупрессоров – опухоли, рак

Слайд 43Как использовать дрозофилу для понимания биохимических процессов, генетики и наследственных болезней

человека?


- На биохимическом уровне (на уровне клетки) дрозофила и человек устроены одинаково.

- Гены человека (мыши, крысы и т.д.), в отличие от дрозофилы, часто представлены в геноме многими копиями, что затрудняет исследование функций этих генов.

Слайд 44Как использовать дрозофилу для изучения генов человека?

Слайд 45Гены, контролирующие спинное закрытие у эмбрионов дрозофилы, есть у человека, они

«включаются» при ранозаживлении

Были открыты 2 сигнальных пути, контролирующие ранозаживление: JNK и DPP

Мутанты с «дырой» на спине

JNK

DPP

Слайд 46Гены дрозофилы, гомологи которых у человека связаны с заболеваниями

Диабет

Рак лёгких

Мышечная дистрофия
Кардиомиопатия
Около

61 % известных человеческих заболеваний имеют узнаваемое соответствие в генетическом коде плодовой мушки, 50 % белковых последовательностей имеют аналоги у млекопитающих.

Слайд 47
Рак прямой кишки

Колики

Глухота

Диабет

Болезнь Паркинсона
Гены дрозофилы, гомологи которых у человека связаны с

заболеваниями (продолжение)

Слайд 48
Фиброматоз

Глаукома

Эпилепсия

Лейкемия

Умственная отсталость
Гены дрозофилы, гомологи которых у человека связаны с заболеваниями (продолжение)

Слайд 49Гены дрозофилы, гомологи которых у человека связаны с заболеваниями (окончание)

Миопатия

Ацидоз почечных

канальцев


Глаукома

Слайд 50Nobel prizes for work on Drosophila


1933 Thomas Hunt

Morgan - the role played by chromosomes in heredity

1946 Hermann Joseph Muller - the production of mutations by means of X-ray irradiation

1995 Edward B. Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard, Eric F. Wieschaus - the genetic control of early embryonic development





2011 Bruce A. Beutler, Jules A. Hoffmann, - the activation of innate immunity and Ralph M. Steinman for his discovery of the dendritic cell and its role in adaptive immunity

2017 Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash and Michael W. Young - molecular mechanisms controlling the circadian rhythm

Слайд 51Благодарю за внимание!

Похожие презентации

Окислительное фосфорилирование 638
Обмен веществ и энергии в клетке 452
Происхождение и эволюция человека 809
Кошки. Таинственные и загадочные представители животного мира 305
ДНК – носитель наследственной информации 989
Нуклеиновые кислоты 268

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика