Biotechnologia i ewolucja
Dobór naturalny i adaptacje
Biotechnologia i narzędzia inżynierii genetycznej
PCR wielokrotnie kopiuje wybrany fragment DNA przez cykle denaturacji, przyłączania starterów i elongacji. Startery określają granice amplifikowanego fragmentu, a termostabilna polimeraza działa po ogrzewaniu.
Elektroforeza rozdziela fragmenty DNA według długości, ponieważ ujemnie naładowane DNA migruje do anody, a krótsze fragmenty przemieszczają się szybciej w żelu.
Enzymy restrykcyjne tną DNA w określonych sekwencjach, ligaza łączy fragmenty, a wektory wprowadzają konstrukt do komórki. GMO zawiera celową zmianę genomu; organizm transgeniczny ma gen pochodzący z innego źródła.
- Próba ujemna PCR kontroluje zanieczyszczenie, dodatnia — działanie układu.
- Sekwencjonowanie Sangera wykorzystuje terminujące dideoksynukleotydy.
- Klonowanie reprodukcyjne i terapeutyczne mają odmienne cele.
- Terapia genowa może dodawać, wyciszać lub korygować informację genetyczną.
Schemat: Biotechnologia i narzędzia inżynierii genetycznej
Układ doświadczenia, obserwacja oraz wynikający z niej wniosek.
Podstawa programowa: XVI.3
Mechanizmy ewolucji i odtwarzanie pokrewieństwa
Ewolucja populacji oznacza zmianę częstości alleli. Mutacje tworzą nowe allele, rekombinacja nowe kombinacje, dobór różnicuje sukces rozrodczy, dryf zmienia częstości losowo, a migracja przenosi allele między populacjami.
Dobór działa na fenotyp osobnika, ale skutkiem w kolejnych pokoleniach jest zmiana struktury genetycznej populacji. Dostosowanie jest względne i zależy od środowiska.
Specjacja wymaga ograniczenia przepływu genów i narastania izolacji rozrodczej. Drzewa filogenetyczne pokazują hipotezę wspólnego pochodzenia; grupę monofiletyczną tworzy przodek i wszyscy potomkowie.
p + q = 1; p² + 2pq + q² = 1
- Efekt założyciela i wąskie gardło są formami dryfu.
- Narządy homologiczne mają wspólne pochodzenie, analogiczne — podobną funkcję bez wspólnego pochodzenia struktury.
- Konwergencja tworzy podobne cechy w niezależnych liniach.
- Prawo Hardy'ego–Weinberga opisuje model populacji bez sił ewolucyjnych.
Schemat: Mechanizmy ewolucji i odtwarzanie pokrewieństwa
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XVI.3
Najczęstsze błędy
„PCR kopiuje cały genom”
Poprawnie: Startery wyznaczają konkretny fragment; cały genom jest matrycą, ale amplifikowany jest obszar między starterami.
„Każdy GMO jest organizmem transgenicznym”
Poprawnie: Zmiana może polegać np. na edycji własnego genu bez wprowadzania obcego DNA.
„Organizm ewoluuje w ciągu życia”
Poprawnie: Ewoluują populacje w kolejnych pokoleniach; osobnik może się rozwijać lub aklimatyzować.
„Dobór naturalny działa celowo, aby ulepszać gatunek”
Poprawnie: Różnice w przeżyciu i rozrodzie wynikają z aktualnych warunków; proces nie ma zaplanowanego celu.
Zadania z odpowiedziami
1. Brak produktu PCR
W próbce badanej nie ma prążka, ale nie ma go też w kontroli dodatniej. Oceń wynik.
- 1.Sprawdź funkcję kontroli dodatniej.
- 2.Oceń działanie mieszaniny i programu.
- 3.Oddziel brak matrycy od awarii reakcji.
Odpowiedź
Wynik badanej próbki jest niewiarygodny, ponieważ brak produktu w kontroli dodatniej wskazuje na niesprawną reakcję lub błąd techniczny.
2. Częstość nosicieli
W populacji w równowadze częstość recesywnej choroby aa wynosi 0,01. Oblicz częstość heterozygot.
- 1.Ustal q²=0,01.
- 2.Oblicz q i p.
- 3.Oblicz 2pq.
Odpowiedź
q=0,1, p=0,9, więc częstość heterozygot 2pq=2×0,9×0,1=0,18, czyli 18%.
Podsumowanie
- Próba ujemna PCR kontroluje zanieczyszczenie, dodatnia — działanie układu.
- Sekwencjonowanie Sangera wykorzystuje terminujące dideoksynukleotydy.
- PCR wielokrotnie kopiuje wybrany fragment DNA przez cykle denaturacji, przyłączania starterów i elongacji. Startery określają granice amplifikowanego fragmentu, a termostabilna polimeraza działa po ogrzewaniu.
- Efekt założyciela i wąskie gardło są formami dryfu.
- Narządy homologiczne mają wspólne pochodzenie, analogiczne — podobną funkcję bez wspólnego pochodzenia struktury.
- Ewolucja populacji oznacza zmianę częstości alleli. Mutacje tworzą nowe allele, rekombinacja nowe kombinacje, dobór różnicuje sukces rozrodczy, dryf zmienia częstości losowo, a migracja przenosi allele między populacjami.
Słownik pojęć
- Amplifikacja
- Zwiększenie liczby kopii wybranego fragmentu DNA.
- Wektor
- Nośnik DNA używany do wprowadzenia materiału genetycznego.
- Kontrola ujemna
- Próba bez badanego czynnika, ujawniająca tło lub zanieczyszczenie.
- Dostosowanie
- Względny sukces reprodukcyjny genotypu w danym środowisku.
- Dryf genetyczny
- Losowa zmiana częstości alleli, szczególnie silna w małych populacjach.
- Monofiletyzm
- Pochodzenie grupy od wspólnego przodka wraz ze wszystkimi jego potomkami.