Генетика

Ленинградский государственный университет

имени А.С. Пушкина

А. А. Сазанов

Г Е Н Е Т И К А

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2011

УДК 575 (075.8)
ББК 28.03я73

Рецензенты: 
Е. К. 
Потокина,
доктор 
биологических 
наук 

(Всероссийский институт растениеводства РАСХН 
имени Н.И. Вавилова);

Я. М. Галл, доктор биологических наук, профессор 
(Ленинградский 
государственный 
университет

имени А.С. Пушкина)

Сазанов А.А.
Генетика: учеб. пособие / А.А. Сазанов – СПб.: ЛГУ им. А.С. Пушки
на, 2011. – 264 с.

ISBN

В учебном пособии раскрываются основные положения классиче
ской и молекулярной генетики на примерах различных биологических видов, преимущественно являющихся наиболее известными объектами науки 
о наследственности – горох, дрозофила, домовая мышь, человек. Существенное внимание уделено наследственным заболеваниям и генетическим 
особенностям человека, анализу родословных, использованию геномных баз 
данных, современным методам молекулярной генетики. В отдельных главах
рассмотрены генетические аспекты селекции и проблемы медицинской генетики.

Издание предназначено в первую очередь для будущих биологов как 

педагогических вузов, так и классических университетов, а также студентовмедиков, специалистов в области биологии, биотехнологии, медицины и 
сельского хозяйства.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Ленинградского государственного университета 

имени А.С. Пушкина

ISBN

 Ленинградский государственный 

университет (ЛГУ)
имени А. С. Пушкина, 2011

Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ...............................................................................7

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ .............................................................9

Глава 1. Предмет, краткая история 

и основные положения генетики ...........................................10

Глава 2. Классический генетический анализ........................17

2.1. Моногенные различия ........................................................17

2.2. Типы взаимодействия аллелей .........................................19

2.3. Генеалогический метод.......................................................22

2.4. Типы наследования .............................................................25

2.5. Полигенные различия.........................................................30

2.6. Взаимодействие генов.........................................................35

2.7. Сцепленное наследование, кроссинговер 

и генетическая интерференция..........................................40

2.8. Генетический анализ у микроорганизмов ......................46

Глава 3. Молекулярные носители наследственности........55

3.1. Структура ДНК и РНК........................................................55

3.2. Репликация ДНК.................................................................61

3.3. Транскрипция ......................................................................63

3.4. Процессинг РНК ..................................................................64

3.5. Трансляция ...........................................................................65

Глава 4. Основы цитогенетики.................................................69

4.1. Внутриклеточные носители наследственной  

информации – ядро, митохондрии и пластиды .............69

4.2. Митоз, мейоз и особенности созревания 

половых клеток человека.....................................................76

4.3. Структурно-функциональная организация хромосом.....83

4.4. Дифференциальное окрашивание и блочная 

организация хромосом........................................................87

4.5. Гибридизация in situ, хромосомный пейнтинг 

и сравнительная геномная гибридизация (CGH)............96

4.6. Теория старения в связи с динамикой 

структуры теломеры........................................................... 102

4.7. Нормальный кариотип человека....................................103

4.8. Политенные хромосомы................................................... 106

4.9. Хромосомы типа ламповых щеток.................................111

Глава 5. Основы генетики пола .............................................. 114

Глава 6. Основные методы 

и подходы молекулярной генетики.....................................120

6.1. Клонирование нуклеиновых кислот............................... 120

6.2. Гибридизация нуклеиновых кислот............................... 120

6.3. Геномные библиотеки ...................................................... 122

6.4. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) .......................... 126

6.5. Секвенирование ДНК........................................................ 132

6.6. Сборка сиквенсов геномов................................................ 134

6.7 Биоинформатика и системная биология ....................... 136

Глава 7. Геномика .......................................................................139

7.1. Понятия геномики, 

транскриптомики и протеомики.......................................139

7.2. Повторяющиеся 

и уникальные последовательности ДНК ........................ 143

7.3 Композиционная гетерогенность ....................................148

7.4. Ортология и паралогия.................................................... 156

7.5. Геномные базы данных ..................................................... 162

Глава 8. Генетическая изменчивость....................................169

8.1. Понятие и классификация 

генетической изменчивости................................................ 169

8.2. Рекомбинация .....................................................................169

8.3. Геномные мутации.............................................................. 170

8.4. Внутрихромосомные перестройки...................................171

8.5. Генные мутации.................................................................182

8.6. Репарация ДНК .................................................................186

8.7. Генная конверсия............................................................... 186

8.8. Подвижные элементы генома .........................................188

Глава 9. Основы популяционной генетики........................ 193

Глава 10. Эпигенетика ............................................................... 197

Глава 11. Генетика и селекция ................................................ 203

11.1. Отбор, подбор и оценка генотипа в селекции............203

11.2. Селекция на основе молекулярных маркеров 

и геномная оценка .............................................................. 205

Глава 12. Генетика и медицина............................................... 208

12.1. Близнецовый метод......................................................... 208

12.2. Молекулярные маркеры 

в изучении наследственной патологии........................... 210

12.3 Лабораторная диагностика 

наследственных  заболеваний...........................................215

12.4. Хромосомные болезни.................................................... 219

12.5. Моногенные заболевания человека .............................. 233

12.6. Генетика эмоционально-личностных расстройств 

и девиантного поведения................................................... 246

12.7. Современные подходы к лечению 

и профилактике наследственных заболеваний ............. 248

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………253

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ .................................................... 254

ПРЕДИСЛОВИЕ

Генетика традиционно считается одним из наиболее 

существенных компонентов общебиологической подготовки 
студентов-педагогов. Наряду с теорией эволюции и экологией эта дисциплина формирует комплексный взгляд на живую 
природу. Предметом генетики 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. Освоение логики генетического 
анализа содействует развитию интеллектуальной дисциплины. Прикладное значение генетики стремительно возрастает, 
что настоятельно требует качественного повышения уровня 
генетического образования. Будучи теоретической основой 
биотехнологии, биофармакологии, медицины, животноводства и растениеводства, генетика все больше входит в жизнь 
современного человека. Проблемы биоэтики, стволовых эмбриональных клеток, генетически модифицированных организмов широко обсуждаются в обществе, причем часто 
высказываемые мнения свидетельствуют о явно недостаточной генетической грамотности значительного числа участников дискуссии. Современные методы селекции растений и 
животных на основе молекулярно-генетических маркеров, 
ставшая общепринятой в некоторых странах геномная оценка 
племенных качеств сельскохозяйственных животных при благоприятных условиях будут восприняты и в нашем Отечестве. 
Развитие пренатальной диагностики, медико-генетического 
консультирования, индивидуальной терапии предполагает и 
некоторое повышение медико-биологической грамотности 
населения, что неразрывно связано с уровнем преподавания 
генетики в средней школе и качеством подготовки в этой области учителей-естественников.

Знакомство с классическим генетическим анализом и 

классическими цитогенетическими методами позволит получить глубокое представление о природе наследственности и 
путях ее изучения. Владение аппаратом понятий геномики, 
транскриптомики, протеомики и системной биологии открывает перед учащимися возможность постоянно расширять и пополнять свои биологические познания как с 
помощью специальной научной литературы, так и из ресурсов геномных баз данных, размещенных в сети Интернет. 

Знание изложенных в учебном пособии основных мето
дов и подходов молекулярной цитогенетики, сравнительной и 
функциональной геномики может стать основой для пробуждения интереса к научно-исследовательской деятельности в 
этих наиболее стремительно развивающихся в последние годы направлениях биологической науки.

Особое внимание в книге уделено составлению и анали
зу родословных, поскольку генеалогический метод лежит в 
основе генетического анализа у человека и служит как для понимания наследственной природы многих заболеваний, так и 
для прогнозирования генетического риска.

Автор искренне благодарен Анне Львовне Сазановой, 

оказавшей бесценную помощь при сборе материала, составлении иллюстраций и подготовке рукописи к печати. 

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

CGH
– сравнительная геномная гибридизация

EST
– экспрессирующаяся нуклеотидная 

последовательность

FISH
– флуоресцентная гибридизация 

ДНК-ДНК in situ

FLpter
– фракционное расстояния от теломера 

короткого плеча хромосомы 
(выражается в долях единицы)

GTG
– G-окраска при помощи трипсина 

и красителя Романовского-Гимзы

HSA
– хромосома человека 

ORF
– открытая рамка считывания

SNP
– сайт мононуклеотидного 

полиморфомизма

Глава 1. Предмет, краткая история 
и основные положения генетики

Генетика – это комплекс наук о свойствах живых орга
низмов передавать свои признаки в ряду поколений (наследственность) и изменять свои признаки в силу различных 
причин (изменчивость).

Указанные выше свойства живых организмов привлека
ли внимание людей в течение тысячелетий. Однако до открытия законов Менделя все они имели умозрительный характер. 
Очевидный факт наследуемого сходства особей одного вида, 
родителей и потомков, братьев и сестер находил иногда мифологические интерпретации. Во многих сказках фигурируют 
гибриды 
человека 
и 
животных 
и 
самые 

трудновообразимые гибриды различных видов животных. 
Нелепые теории вроде «телегонии» (влияния предыдущих 
половых партнеров на признаки потомков) или «волновой генетики» (существования наследственных физических полей, 
независимых от структуры ДНК) из глубины веков дошли до 
нашего времени в псевдонаучных изданиях.

Теория прямого наследования, выдвинутая Гиппокра
том (460 до н. э. – 377 до н. э.) господствовала в научном и философском сознании долгое время. Согласно этой теории 
каждый орган, ткань, клетка влияет на формирование половых задатков, которые передаются потомкам. Болезнь или 
здоровье родителей непосредственно передаются детям. 
Ж.-Б. Ламарк (1744–1829) – создатель одной из первых эволюционных теорий – в вопросах генетики следовал учению о 
прямом наследовании. Непосредственное влияние окружающей среды на органы, либо стимулирование организмов к 
упражнению органов вызывало, по его мнению, стойкие наследуемые изменения. По Ламарку, «благоприобретенные» 
признаки служили основой для возникновения более совершенных существ. Основные положения ламаркизма – влияние 
среды 
на 
наследственность, 
превращения 
видов, 

отрицание роли естественного отбора – стали постулатами 

«мичуринской биологии» в СССР в 1930–1960 гг. Отдельные 
сторонники неоламаркизма встречаются до сих пор, несмотря 
на очевидность вреда от господства этого направления в биологии – уничтожения наиболее прогрессивных генетических 
школ в СССР и отставания от развитых стран в области биотехнологии, фармакологии, медицины и сельского хозяйства 
более чем на 50 лет.

Интересно, что Ч. Дарвин (1809–1882) придерживался в 

общем-то ламаркистских взглядов на наследственность. Он 
верил, что в крови циркулируют «геммулы» (гипотетические 
частицы генетической информации), которые собирают сведения о состоянии органов и систем и несут ее в половые 
клетки, затем после оплодотворения из них развиваются 
клетки нового организма. Несмотря на то что эта теория была 
опровергнута уже современниками Дарвина, до сих пор в 
языке присутствуют анахроничные понятия «кровность», 
«кровные родственники», «полукровки» и т. д., отражающие 
стойкость человеческих заблуждений о связи наследственности с кровью.

Аристотель (384 до н. э. – 322 до н. э.) позволил себе 

усомниться в господствовавшей теории прямого наследования и предположить, что половые продукты образуются независимо от органов тела. Развитие эта идея получила в 
трудах немецкого зоолога А. Вейсмана (1834–1914), который 
экспериментально показал ненаследуемость механических 
повреждений. Он писал: «Как же могут сообщиться зародышевой клетке, лежащей внутри тела, изменения, произошедшие 
в 
мускуле 
благодаря 
его 
упражнению, 
или 

уменьшение, испытанное органом от неупотребления, и притом ещё сообщаться так, чтобы впоследствии, когда эта клетка вырастет в новый организм, она на соответствующем 
мускуле и на соответствующей части тела из самой себя произвела те же самые изменения, какие возникли у родителей в 
результате употребления или неупотребления? Вот вопрос, 
который встал передо мной уже давно и который, по дальнейшем его обдумывании, привел меня к полному отрица

нию 
такой 
наследственной 
передачи 
приобретенных 

свойств». Этой идее суждено было принести плод в форме 
современных представлений о наследственности и изменчивости. 

Настоятель монастыря в Моравии Г.И. Мендель (1822–

1884), будучи естествоиспытателем-любителем, в свободное от 
работы время ставил опыты над горохом. Систематичность и 
упорядоченность этих опытов позволили ему найти наиболее 
фундаментальные принципы наследования признаков. Он 
руководствовался следующими соображениями:

 изучаемые признаки должны быть дискретны, т. е. без 

оттенков – либо есть, либо нет, либо белый, либо красный;

 признаки должны быть константны, т. е. неизменны 

в ряду поколений (Мендель проводил проверку в течение 
двух лет);

 в эксперименте должны использоваться родительские 

формы, различающиеся только по одному признаку;

 необходимо учитывать всех потомков от скрещивания,

дабы исключить влияние случайных событий.

Крупная научная удача Менделя состояла в том, что вы
бранные им семь признаков определялись генами на разных 
хромосомах, что исключало возможное сцепленное наследование. Он обнаружил, что:

 у гибридов первого поколения присутствует признак 

только одной родительской формы, а другой «исчезает». Это 
закон единообразия гибридов первого поколения;

 во втором поколении наблюдается расщепление: три 

четверти потомков имеют признак гибридов первого поколения, а четверть – «исчезнувший» в первом поколении признак. Это закон расщепления.

 каждая пара признаков наследуется независимо от 

другой пары. Это закон независимого наследования. 

Разумеется, Мендель не знал, что эти положения со 

временем назовут первым, вторым и третьим законами Менделя. На этом научное везение великого генетика закончилось,
последующие опыты на ястребинке не увенчались успехом 

из-за 
незнания 
биологии 
объекта. 
Современники
профессионалы дружно проигнорировали монаха-самоучку, 
и естественным наукам оставалось только накапливать экспериментальный материал, ожидая второго открытия законов 
Менделя через 37 лет после первой публикации.

Начало XX столетия стало рубежом развития генетики –

законы Менделя были переоткрыты в 1900 г. Г. Де Фризом, 
К. Корренсом и Э. Чермаком на растениях, а в 1902 г. У. Бэтсон и Е.Р. Саундерс подтвердили справедливость этих законов 
для животных в опытах на домашней курице. Немного позднее У. Бэтсон дополнил законы Менделя правилом чистоты 
гамет – каждая половая клетка (гамета) несет только один аллель из пары, присутствующей у диплоидной родительской 
особи. Им же было предложено название науки о наследственности и изменчивости – генетика.

Понятия «ген» (элементарный наследственный фактор), 

«генотип» (совокупность генов организма), «фенотип» (совокупность признаков организма) введены В. Иогансеном (1857–
1927). Он же предложил термин «чистая линия» для организмов с практически одинаковым генотипом, полученных 
путем близкородственного скрещивания (инбридинга).

Явление сцепления – совместного ассоциированного на
следования признаков, определяемых двумя или несколькими генами – было открыто У. Бэтсоном и Р. Пеннетом в 1906 г. 
Было также известно о связи наследования некоторых признаков с полом. Эти наблюдения стали основой для создания 
группой Т. Моргана, в которую входили А. Стертевант, 
К. Бриджес и Г. Меллер, хромосомной теории в 1910 г. Они 
проводили исследования на плодовой мушке дрозофиле 
(Drosophila melanogaster) – небольшом насекомом (2–3 мм) с 
удивительным разнообразием наследуемых признаков, малым числом хромосом (всего четыре пары) и возможностью 
отбора девственных самок. Другим подарком научной Фортуны стало наличие политенных хромосом в некоторых тканях 
двукрылых насекомых, к которым относится дрозофила, отличающихся от обычных митотических хромосом на несколь