Препарат гигантских хромосом слюнных желез личинок мотыля

Работа 4. Общая-характеристика гигантских хромосом

Гигантские политеновые хромосомы слюнных желез * удобнее приготовить из слюнных желез мотыля (см. работу 1), который крупнее ** , чем пригодная для этого 4-5-дневная выползающая личинка дрозофилы. Отпрепарованные слюнные железы погружают в каплю ацеторсеина (или ацестокармина) на 5-20 мин.

* ( Работа выполняется как факультатив кружковцами или отдельными учащимися.)

** ( Крупнее хромосомы мотыля — их длина 270 мкм.)

Краситель приготовляют заранее по следующей прописи: 1 г орсеина (или кармина) растворяют в 100 мл 45% уксусной кислоты. Эту смесь кипятят в колбочке (обернутой ватой и помещенной в водяную баню) на слабом огне от 30 мин до 1 ч. Затем закрывают горлышко колбочки ватным тампоном и на следующий день фильтруют (такая краска долго не теряет своих свойств).

Окрашенные слюнные железы переносят на чистое предметное и закрывают покровным стеклом. Поверх покровного стекла помещают маленький кусочек фильтровальной бумаги и осторожно раздавливают железы. Для заделывания раздавленных слюнных желез на них наносят каплю ацеторсеина, разбавленного уксусной кислотой (в соотношении 3:1), в которую добавляют маленькую капельку хлоралгидрата (5 мг на 2 мл воды). Затем окончательно покрывают препарат чистым покровным стеклом, края которого для лучшей герметизации заливают небольшим количеством расплавленного парафина. На холоде окраска препарата сохраняется около месяца.

Приготовленный препарат рассматривают при малом увеличении микроскопа (7×8). В центре клетки, где хромосомы расправлены, лучше можно обнаружить центромеру (хромоцентр) в виде более ярко окрашенного узла. От него отходят хромосомы, рассмотреть детали строения которых можно при больших увеличениях (см. рис. 26).

Гигантские (политенные) хромосомы

В клетках некоторых дифференцированных органов двукрылых находятся так называемые гигантские хромосомы. Впервые эти хромосомы в 1881 г. описал Е. Бальбиани в клетках слюнных желез мотыля (Chironomus). В дальнейшем такие гигантские хромосомы были обнаружены у личинок двукрылых в ядрах клеток кишечника, мальпигиевых сосудов, а также у некоторых растений в ядрах синергид, например у гороха. Гигантские хромосомы в 100-200 раз длиннее и в 1 000 раз толще (содержат до I 000 хромо нем), чем хромосомы многих интерфазных соматических и половых клеток.

У личинок Drosophilae melanogaster общая длина четырех пар хромосом в слюнных железах составляет 2 000 мкм, а в обычных соматических клетках аналогичная величина — 7,5 мкм.

Характерные форма и размеры гигантских хромосом достигаются вследствие их максимальной деспирализации и многократного воспроизведения без последующего расхождения. Этот процесс — крайнее выражение так называемого эндомитоза. Благодаря тому что реплицированные хромонемы не расходятся, все особенности индивидуальной хромонемы, в частности ее хромомерный рисунок, оказываются более контрастно выраженными. Участки более плотной спирализации хромонем (хромомеры) на гигантских хромосомах представлены в форме поперечной исчерченности дисков. Такие политенные хромосомы далее не воспроизводятся и находятся в состоянии соматической конъюгации гомологов, достигающей идеальной точности. Диски и междисковые участки гомологов расположены строго параллельно и на большом протяжении хромосом тесно сближены. Такая конъюгация не характерна для хромосом подавляющего большинства соматических клеток. Возможность четко различать детали строения гигантских хромосом была использована Т. Пайнтером для изучения их перестроек и характера конъюгации хромосом.

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИГАНТСКИХ ХРОМОСОМ СЛЮННЫХ ЖЕЛЁЗ Drosophila melanogaster КАК МОДЕЛИ ИЗУЧЕНИЯ ЯВЛЕНИЯ ПОЛИТЕНИИ

В работе описано исследование гигантских хромосом на примере хромосом слюнных желез дрозофилы меланогастер. В работе сравниваются хромосомы на различных личиночных стадиях.

Скачать:

Вложение	Размер
issledovatelskaya_rabota.zip	2.92 МБ

Подписи к слайдам:

Рисунок 5. Пробирки с питательным раствором и личинками мухи дрозофилы
Рисунок 10. Политенные хромосомы клеток слюнных желёз
личинок Canton- S II
I
возраста(увеличение
x
40)
x40
)
Лабораторная работа №
1

Тема: Изучение строения препаратов политенных хромосом личинок
Drosophila

Цель работы: познакомиться со строением гигантских хромосом, раскрыть сущность явления политении.
Оборудование: микроскопы, готовые препараты политенных хромосом
Изучаемые объекты: политенные хромосомы слюнных желез различных личиночных стадий
Drosophila melanogaster
(дрозофила)
Рисунок 1. Дрозофила: 1 — самка: 2 — самец
.
С6

При скрещивании мух дрозофил с серым телом и нормальными крыльями с мухами дрозофилами с чёрным телом и зачаточными крыльями всё поколение было единообразно и имело серое тело и нормальные крылья. При скрещивании другой пары с такими же фенотипами (мух дрозофил с серым телом и нормальными крыльями с мухами дрозофилами с чёрным телом и зачаточными крыльями) в потомстве получили половину особей с серым телом и нормальными крыльями и половину особей с чёрным телом и нормальными крыльями.
Составьте схему каждого скрещивания. Определите генотипы родителей и потомства. Объясните полученные результаты. Как определяются доминантные признаки в данном случае.
Рисунок 4. Мутанты линии

Normal
,
Canton S
–дикий тип, серое тело, красные глаза.

Рисунок 9. Политенные хромосомы клеток слюнных желёз личинок
Canton- S
II

возраста (увеличение
x
40)
ВЫВОДЫ
1.
Ознакомлены с биологическими особенностями Drosophila melanogaster как объекта, удобного для биологического исследования.
2. Освоена методика изучения микропрепаратов политенных хромосом на личинках линий Drosophila melanogaster, имеющихся в генетической коллекции на кафедре биотехнологии и микробиологии НИУ «БелГУ»;
3. Определено, что оптимальной личиночной стадией для приготовления наглядных препаратов политенных хромосом является: личинка линии Canton- SIII возраста.
4. Выявлена сущность понятия «политения».
5. Рассмотрены КИМы ЕГЭ по биологии, проработаны задания по цитологии и генетики.
6. Разработаны рекомендации по использованию результатов исследования микропрепаратов политенных хромосом в курсе средней школы на уроках при проведении практических и лабораторных работ по цитологии и генетике

ИССЛЕДОВАНИЕ
ГИГАНТСКИХ ХРОМОСОМ СЛЮННЫХ ЖЕЛЁЗ
Drosophila

КАК МОДЕЛИ ИЗУЧЕНИЯ ЯВЛЕНИЯ
ПОЛИТЕНИИ

Выполнила ученица 10
класса МБОУ «
Кустовкая
СОШ»
Горовая

Руководитель
Учитель биологии
Чепурная
О.В.
Рисунок 10. Политенные хромосомы клеток слюнных желёз
личинок black (b)
II
возраст(увеличение
x 40)
x40)

С 5
В соматических клетках мухи дрозофилы содержится 8 хромосом. Определите число хромосом и молекул ДНК в клетках её семенников при гаметогенезе в зоне размножения и зоне окончательного созревания гамет. Объясните полученные результаты. Какие процессы происходят в этих зонах?
Рисунок 3 Мутанты серии
Vestigial
. 1 —
vestigial
(зачаточные крылья)

Рисунок 8 . Личинки Drosophila melanogaster 3 возраста

Методика изучения приготовленных препаратов гигантских хромосом слюнных желёз личинок различных линий D.
melanogaster
.
Гигантские (политенные) хромосомы образуются в результате явления, называемого
политенией

(от греч.
poly
— много —
teni
— тело), когда число хромонем в хромосомах увеличивается, но образующиеся хроматиды не расходятся, расщепления хромосом не происходит, и они поэтому утолщаются, становясь крупными.

Рисунок 12. Политенные хромосомы клеток слюнных желёз
личинок vestigial (vg) II
I
возраста(увеличение
x 40)
40)
Рисунок 7 . Личинки Drosophila melanogaster 2 возраста

А1 Цитогенетический метод позволяет изучить у человека
1.Развитие признаков у близнецов
2.Особенности обмена веществ организма
3.Его хромосомный набор
4.Родословную его семьи
А29 Нуклеиновые кислоты в комплексе с белками образуют
1.Лизосомы
2.Комплекс
Гольджи
3.Хлоропласты
4.Хромосомы

•
Рисунок 2.Политенные хромосомы
Личинки мухи
Drosophila

Рисунок 6 .Личинки Drosophila melanogaster
Рисунок 11. Политенные хромосомы клеток слюнных желёз
личинок vestigial (vg)
II
возраста(увеличение x40)
Ряд разделов генетики таких как: хромосомная теория наследственности, генетическая теория определения пола, множественный аллелизм, мутагенез и другие разработаны на дрозофиле (плодовой, или уксусной, мухе). Удобство использования личинок Drosophila melanogaster заключается в том, большинство личиночных органов дрозофилы политенны

Препарат гигантских хромосом слюнных желез личинок мотыля

• Политенные хромосомы двукрылых характеризуются наличием серий полос-дисков, рисунок которых можно использовать в качестве цитологической карты

Интерфазные ядра в некоторых тканях личинок двукрылых мух содержат хромосомы во много раз большего размера, чем обычные хромосомы. У этих хромосом увеличены диаметр и длина. На рисунке ниже в качестве примера представлен хромосомный набор клеток слюнной железы D. melanogaster. Такие хромосомы называют политенными.

Каждая хромосома состоит из видимой серии полос-дисков (которые более правильно, но редко называют хромомерами). Существует примерно десятикратное различие в размере дисков. Наибольшая ширина составляет около 0,5 мкм, а наименьшая — 0,05 мкм. (Наименьшие диски видны только в электронном микроскопе.) В дисках находится большая часть массы ДНК, и они интенсивно прокрашиваются соответствующими красителями.

Участки между отдельными дисками окрашиваются светлее; их называют междисками. В хромосомном наборе D. melanogaster содержится около 5000 дисков.

Центромеры всех четырех хромосом D. melanogaster агрегируют с образованием хромоцентра, который в значительной степени состоит из гетерохроматина (а у самцов включает целиком Y-хромосому). С учетом этого можно считать, что около 75% гаплоидного набора ДНК организовано в диски и междиски. В растянутом состоянии эта ДНК представляет собой линейную структуру, длиной примерно 40 000 мкм. Длина всего хромосомного набора составляет примерно 2000 мкм, т. е. примерно в 100 раз превышает длину гаплоидного набора в митозе.

Это ясно показывает, в каком растянутом состоянии находится генетический материал в политенной хромосоме по сравнению с его обычными состояниями в интерфазном хроматине или в митотических хромосомах.

Политенные хромосомы D. melanogaster образуют серии дисков и междисков.

Какова структура этих гигантских хромосом? Каждая хромосома образуется в результате последовательных актов репликации конъюгировавшей пары гомологов. Реплики не разделяются, а остаются прикрепленными друг к другу по всей длине. В начале процесса каждая конъюгировавшая пара содержит количество ДНК, равное 2С (где С — это содержание ДНК в одной индивидуальной хромосоме). Затем число удвоений происходит до 9 раз; в результате максимальное содержание ДНК может достигнуть 1024С. Число удвоений варьирует в различных тканях личинки D. melanogaster.

Каждая политенная хромосома видна в виде большого числа параллельных нитей, сильно сконденсированных в дисках и слабее в междисках. Вероятно, каждая такая нить представлена единичной копией (С) гаплоидной хромосомы. Отсюда и происходит термин «политения». Степень политении определяется числом гаплоидных хромосом, содержащихся в гигантской хромосоме.

Для каждой линии Drosophila характерен свой набор дисков. Постоянство числа и линейного расположения дисков впервые было отмечено в 1930-х годах, когда стало понятно, что диски образуют цитологическую карту хромосом. В результате перестроек — таких как делеции, инверсии или дупликации, — происходит изменение линейного порядка дисков.

Линейный порядок дисков соответствует линейному расположению генов. Таким образом, генетические перестройки, как это видно по карте сцепления, можно привести в соответствие со структурными перестройками на цитологической карте. В конечном итоге, конкретную мутацию можно локализовать в определенном диске. Поскольку общее число генов у D. melanogaster превышает число дисков, в большинстве дисков, вероятно, локализуется множество генов.

Положение определенных генов на цитологической карте можно определить непосредственно с помощью метода гибридизации in situ. Общая схема метода представлена на рисунке ниже. Радиоактивная проба, представляющая некий ген (чаще всего меченный клон кДНК, полученный с иРНК), гибридизуется с денатурированной ДНК политенных хромосом in situ. Методом радиоавтографии можно определить местоположение одного или нескольких исследуемых генов по скоплению зерен серебра в области одного или нескольких дисков. Недавно вместо радиоактивных зондов стали использовать флуоресцентные.

Используя этот метод, оказывается возможным непосредственно выявить полосу, в которой локализована специфическая последовательность.

Индивидуальные диски, содержащие определенные гены, можно идентифицировать методом гибридизации in situ. При большом увеличении показана гибридизация in situ на дисках 87А и 87С с меченной ДНК,
выделенной из клеток, подвергнутых действию теплового шока.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Изучение политенных хромосом в клетках слюнных желез личинки комара

Хромосомы животных, обнаруживаемые на стадии метафазы, малы по размерам, компактны и не всегда доступны для тонкого аназиза. Цитологи открыли в некоторых соматических клетках особый вид хромосом — так называемые политенные хромосомы. Эти хромосомы в 100-200 раз длиннее и содержат намного больше хромонем, чем обычные метафазные.

Гигантские хромосомы были обнаружены итальянским цитологом Е.Бальбиани в слюнных железах комара хирономуса. Эти хромосомы возникают потому, что клетки не претерпевают деления, а лишь увеличиваются

в размерах. Так как хромонемы политенных хромосом репродуцируются без последующего расхождения, то каждая хромосома приобретает вид пучка хромонемных нитей, число которых достигает одной тысячи. При редупликации хромонем на хромосомах выявляются утолщения (диски), обусловленные либо более плотной спирализацией, либо наличием гранул в определенных участках. Диски могут быть различного размера и строения и их можно видеть при большом увеличении микроскопа. В каждой хромосоме эти диски имеют свои размеры и особенности расположения и являются морфологическими маркерами при изучении хромосом.

Цель занятия. Приготовить препараты слюнных желез личинки комара, рассмотреть их под микроскопом, подсчитать число хромосом и зарисовать их при малом и большом увеличении.

Приготовление препарата. Личинку комара помещают на предметное стекло в каплю физиологического раствора (0,73% раствор поваренной соли). Установив предметное стекло с личинкой на столик микроскопа, извлекают слюнные железы. Для этого одной препаровальной иглой прижимают туловище личинки, а другой иглой отделяют хоботок. Вместе с хоботком извлекают две слюнные железы в виде овальных плотных полупрозрачных телец. Железы с помощью препаровальной иглы переносят на другое предметное стекло для окрашивания. Окрашивают железы ацетаторсеином в течении 15-20 минут. После окрашивания препарат промывают в 45% уксусной кислоте, переносят на чистое предметное стекло, накрывают покровным стеклом и слегка придавливают. При этом следят чтобы покровное стекло не сдвигалось. Препарат рассматривают под малым увеличением микроскопа.

У комара кариотип составляет 6 хромосом. Гомологичные хромосомы коньюгируют, соединяясь попарно по всей длине. Поэтому в поле зрения видны клетки слюнных желез с тремя парами хромосом. При большом увеличении микроскопа можно видеть, что политенные хромосомы состоят из дисков, что создаёт видимость поперечных полос. (рис. 5). Диски могут быть различного размера и строения. Специфическое для каждой политенной хромосомы расположение и чередование дисков позволяет легко отличить её под микроскопом от других хромосом и опознать любой ее участок. При коньюгации гомологов в норме идентичные диски оказываются друг против друга.

Рис. 5.Часть гигантской полинемной хромосомы слюнной железы мотыля (пуф отмечен стрелкой)

Просмотрев препарат, находят клетки с более четко видимыми хромосомами и зарисовывают их при малом и большом увеличении.