Молекулярная генетика собаки и кошки

Ленинградский государственный университет

имени А.С. Пушкина

А.А. Сазанов, А.Л. Сазанова

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА СОБАКИ И 

КОШКИ

Монография

Санкт-Петербург

2010

УДК 575.1 575.2 

Рецензенты: 

А.В. Кулев, кандидат педагогических наук, доцент  кафедры 
естествознания и географии Ленинградского государственного 
университета имени А.С. Пушкина

Т.В. Матвеева, кандидат биологических наук, доцент кафедры 
генетики и селекции Санкт-Петербургского государственного 
университета 

Сазанов А.А., Сазанова А.Л. Молекулярная генетика собаки и 

кошки: монография / А.А. Сазанов, А.Л. Сазанова. - СПб.: ЛГУ им. 
А.С. Пушкина, 2010. – 124 с.

Монография посвящена вопросам молекулярной генетики 

собаки и кошки как представителей наиболее близких человеку видов 
домашних животных. Необходимые начальные сведения по основам 
молекулярной генетики приведены в первой и второй главах. 
Вопросы молекулярной организации геномов собаки и кошки, 
молекулярно-генетических механизмов наследования окрасов и 
наследственных аномалий освещены наиболее подробно.

Книга 
предназначена 
для 
широкого 
круга 
читателей: 

специалистов, студентов и преподавателей биологии, генетиков и 
селекционеров.

Печатается 
по 
решению 
редакционно-издательского 
совета

Ленинградского государственного университета имени  А. С. 
Пушкина

ISBN 978-5-8290-1026-3

©

Ленинградский государственный
университет (ЛГУ) 
имени  А. С. Пушкина, 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................

СПИСОК 

СОКРАЩЕНИЙ.......................................................................................

ГЛАВА I. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот

1.1 Ядро и митохондрии

1.2 Структура ДНК 

1.3 Репликация ДНК

1.4 Теломеры. Теория старения в связи с динамикой структуры 

теломеры

1.5 
Репарация ДНК. Репликативная 
репарация. Эксцизионная 

репарация, ферменты. Болезни, обусловленные дефектами репарации. 

SOS-репарация. 

1.6 Рекомбинация. Понятие об общей (гомологичной) и сайт
специфической рекомбинации. Различие молекулярных механизмов 

общей и сайт-специфической рекомбинации. 

1.7 Генная конверсия. 

1.8 Подвижные элементы генома про- и эукариот. Транспозоны 

эукариот. 

1.9 Транскрипция. Транскрипция у прокариот. Транскрипция у 

эукариот. 

1.10 Хроматин. Структурная организация нуклеосом. Модификация 

гистонов и динамическая структура хроматина. Сборка нуклеосом. 

Закономерность расположения нуклеосом относительно промоторов и 

участков начала репликации. 

1.11 
Процессинг
РНК. 
Определение 
процессинга. 
Интроны, 

сплайсинг. Классификация интронов. Особенности структуры и 

механизмы сплайсинга. Рибозимы, их специфичность. Сплайсинг пре
мРНК в ядре. 

1.12 Мутации

ГЛАВА II. Современное состояние, задачи и методы молекулярной 

генетики

2.1 Геномика, транскриптомика, протеомика.

2.2 Клонирование ДНК. 

2.3 Гибридизация нуклеиновых кислот – дот-блот, саузерн-блот, 

нозерн-блот, in situ. 

2.4 Геномные библиотеки. 

2.5 Полимеразная цепная реакция (ПЦР).

2.6 Секвенирование ДНК. Сборка сиквенсов геномов. 

2.7 Биоинформатика и системная биология.

ГЛАВА III. Молекулярная организация генома собаки

ГЛАВА IV. Молекулярная организация генома кошки

ГЛАВА V. Генотипирование собак и кошек

ГЛАВА VI. Молекулярная генетика наследственных аномалий собак

6.1 Заболевания нервной системы

6.2 Заболевания глаз

6.3 Заболевания сердечно-сосудистой системы, крови и иммунной 

системы

6.4 Аномалии обмена веществ и ферментов

6.5 Мышечные заболевания

6.6 Аномалии кожи и выделительной системы

6.7 Чувствительность к медикаментам

ГЛАВА VII. Молекулярная генетика наследственных аномалий кошек

ГЛАВА VIII. Молекулярная генетика окрасов и длины шерсти собак

8.1 Основные окрасы шерсти собак

8.2 Оттенки основных окрасов шерсти собак. 

8.3 Пятнистый рисунок и белые отметины.

ГЛАВА IX. Молекулярная генетика окрасов и длины шерсти кошек

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Генетика - одна из основ общебиологического образования. 

Предметом этой научной дисциплины являются наследственность и 

изменчивость –
наиболее общие свойства живых организмов. 

Концептуальный характер генетики позволяет считать ее точной 

наукой наряду с математикой, физикой и химией. Таким образом, 

связывая биологию с другими естественнонаучными дисциплинами, 

генетика дает возможность формировать у студентов научное 

мышление 
на 
основе 
анализа 
и 
синтеза. 
Освоение 
логики 

генетического анализа содействует развитию дисциплины научного 

мышления. 
Прикладное 
значение 
генетики 
в 
медицине, 

биотехнологии и сельском хозяйстве стремительно возрастает, что 

настоятельно требует качественного повышения уровня генетического 

образования в высшей и средней школах. 

Преподавание биологических дисциплин в высшей школе 

подразумевает знакомство с современным понятийным аппаратом, 

печатными источниками и электронными базами данных по 

молекулярной организации нуклеиновых кислот и белков. Геномика 

наряду с системной биологией, транскриптомикой и протеомикой 

является одной из наиболее бурно развивающихся областей биологии. 

Огромный 
массив 
накопленных 
данных 
требует 
регулярной 

систематизации и обобщения в форме книг и обзорных статей.

Теоретической основой дисциплины «Генетика с основами 

селекции» 
являются 
достижения 
мировой 
и 
отечественной 

генетической науки, преимущественно, те ее направления, которые 

актуальны 
для 
понимания 
наиболее 
общих 
закономерностей 

наследственности и изменчивости как наиболее фундаментальных 

свойств живых организмов. К числу таковых, по мнению авторов, 

относятся исследования в области молекулярной генетики самых 

близких спутников человека – собаки и кошки, которые широко 

известны 
как 
домашние 
любимцы, 
представлены 
большим 

количеством пород с выраженным генетическим разнообразием, 

наследственные заболевания которых исследованы клинически и 

лабораторно, и которые являются удачными модельными объектами 

для изучения наследственных патологий человека. Авторы посвящают 

данную монографию своим четвероногим друзьям собаке Джою и 

коту Симбе.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АТ
– пара нуклеотидов аденин-тимин

ГЦ
– пара нуклеотидов гуанин-цитозин

кДНК
– комплементарная дезоксирибонуклеиновая кислота

мРНК          – матричная рибонуклеиновая кислота

пг
– пикограмм

п.н.
– пара нуклеотидов

ПЦР
– полимеразная цепная реакция

т.п.н.
– тысяча пар нуклеотидов

сМ
– сантиморган

ЯОР
– район ядрышкового организатора

BAC
– искусственная бактериальная хромосома

CFA
– хромосома собаки

EST
– экспрессирующаяся нуклеотидная последовательность

FCA
- хромосома кошки

FISH
– флуоресцентная гибридизация ДНК-ДНК in situ

GTP
– гуанозин-трифосфат

MHC
- главный комплекс гистосовместимости

HSA
– хромосома человека 

ORF
– открытая рамка считывания

PAC
- искусственная хромосома на основе бактериофага P1

SNP
– сайт мононуклеотидного полиморфомизма

YAC
– искусственная хромосома дрожжей

ГЛАВА I. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот

1.1 Ядро и митохондрии

Ядро (лат. nucleus) —
органелла эукариотической клетки, 

содержащий 
молекулы 
ДНК, 
которые 
несут 
генетическую 

информацию. В ядре происходят важнейшие для жизни процессы: 

репликация — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция —

синтез молекул РНК на молекуле ДНК. Здесь же синтезированные 

молекулы РНК подвергаются ряду модификаций, и только после этого 

выходят в цитоплазму. В особых структурах внутри ядра – ядрышках 

– происходит образование субъединиц рибосом.

Ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой, образованной за 

счѐт 
расширения 
и 
слияния 
друг 
с 
другом 
цистерн 

эндоплазматической сети таким образом, что у ядра образовались 

двойные стенки за счѐт окружающих его узких компартментов. 

Полость ядерной оболочки называется люменом или перинуклеарным 

пространством. Внутренняя поверхность оболочки ядра подстилается 

ядерной ламиной - жѐсткой белковой структурой, образованной 

белками-ламинами, к которой прикреплены нити хромосомной ДНК. 

Ламины прикрепляются к внутренней мембране ядерной оболочки 

при помощи заякоренных в ней трансмембранных белков —

рецепторов ламинов. В местах слияния внутренней и внешней 

мембран ядерной оболочки  образуются так называемые ядерные 

поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и 

цитоплазмой. Пора не является дыркой в ядре. Это сложная 

структура, организованная несколькими десятками особых белков —

нуклеопоринов. 
С 
помощью 
электронной 
микроскопии 
было 

установлено, что ядерная пора представляет собой структуру, 

состоящую из восьми связанных друг с другом белковых гранул с 

внешней, и восьми - с внутренней стороны ядерной оболочки [1].

Ядрышко – структура, находящаяся  внутри ядра,  не имеющая 

собственной мембранной оболочки, однако хорошо различимая как 

под световым, так и под электронным микроскопом. Основная 

функция ядрышка - синтез рибосом. В геноме клетки имеются так 

называемые ядрышковые организаторы специальные участки, 

содержащие гены рибосомной РНК (рРНК), вокруг которых и 

формируются ядрышки. В ядрышке полимераза I синтезирует рРНК. 

После созревания этой РНК происходит сборка рибосомных 

субчастиц. В ядрышке локализуются белки, принимающие участие в 

этих процессах. Для некоторых из этих белков характерно наличие  

особой аминокислотной последовательности — сигнала ядрышковой 

локализации. Следует отметить, что в ядрышке локализуется около 

600 видов различных белков. Это самая высокая концентрация белка в 

клетке. Считается, что для осуществления функций ядрышка 

необходима лишь небольшая часть этих белков, а остальные попадают 

туда неспецифически [1].

Применение 
методов 
электронной 
микроскопии 
позволило 

выделить в ядрышке несколько субкомпартментов: так называемые 

фибриллярные 
центры 
окруженные 
участками 
плотного 

фибриллярного компонента, где и происходит синтез рРНК, и 

гранулярные компоненты, которые располагаются снаружи от 

плотного фибриллярного компонента  и представляют собой 

скопление созревающих рибосомных субчастиц [2].

Митохондрии — органеллы, имеющиеся в цитоплазме многих 

эукариотических клеток. Именно в митохондриях происходит синтез 

АТФ 
основного 
источника 
химической 
энергии 
клетки. 

Эффективность работы митохондрий очень высока. На фотографиях 

митохондрий обычно видно обилие внутренних мембран [1].

Оболочка митохондрий состоит из двух мембран, между 

которыми имеется межмембранное пространство. Пространство, 

отграниченное внутренней мембраной, называется матриксом. В 

матриксе располагаются митохондриальные ДНК, РНК и рибосомы, 

содержатся ферменты, участвующие в цикле Кребса, протекают 

реакции окисление жирных кислот. Внутренняя мембрана образует 

многочисленные гребневидные складки — кристы, существенно 

увеличивающие площадь ее поверхности. На обращенной к матриксу 

стороне внутренней мембраны митохондрий локализуются особые 

молекулы АТФ-синтазы, состоящие из головки, ножки и основания. 

При прохождении через них протонов происходит синтез АТФ. В 

основании 
частиц, 
заполняя 
собой 
всю 
толщу 
мембраны, 

располагаются компоненты дыхательной цепи. Наружная мембрана 

митохондрий 
имеет 
маленькие 
отверстия, 
образованные 

специальными белками, через которые могут проникать небольшие 

молекулы и ионы. Внутренняя мембрана таких отверстий не имеет. В 

местах соприкосновения наружной и внутренней мембран находится 

специальный 
белок-рецептор, 
способствующий 
транспорту 

митохондриальных белков, закодированных в ядре,  в  матрикс 

митохондрии [3].

ДНК митохондрий наследуются почти исключительно по 

материнской линии. В митохондриальной ДНК наблюдается высокая 

частота мутаций. Мутации митохондриальной ДНК являются 

причиной целого ряда наследственных заболеваний животных и 

человека [1].

1.2 Структура ДНК 

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — один из двух типов 

нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из 

поколения в поколение и реализацию генетической информации в 

процессе развития и функционирования живых организмов. Основная 

роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о 

структуре РНК и белков [1].

Как уже было сказано, у эукариот ДНК находится в ядре клетки 

в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах 

(митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов 

(бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так 

называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У 

них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также 

небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, 

называемые плазмидами. Кроме того, геном некоторых вирусов также 

может быть представлен одноцепочечными или двуцепочечными 

молекулами ДНК [1]. 

С химической точки зрения, ДНК — это длинная полимерная 

молекула, состоящая из повторяющихся блоков, нуклеотидов. 

Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара