EF DE LUCRRI UNIV. DR. IANCU PAULAG E N E TIC MANUAL UNIVERSITARpentrunvmntul la distanC R A IO V A2 0 1 0

CUPRINSTema nr. 1. Genetica - tiina ereditii i a variabilitii41.1. Obiectul de studiu41.2. Metodele de cercetare a fenomenelor genetice61.3. Evoluia cunotinelor despre ereditate i variabilitate8Rezumatul temei15Tema nr. 2. Bazele citologice ale ereditii i variabilitii152.1. Celula i ereditatea152.2. Mitoza. Meioza. Cariotipul26Rezumatul temei 34Tema nr. 3. Legile mendeliene ale ereditii353.1. Teoria factorilor ereditari i principiile analizei genetice353.2. Monohibridarea. Legea segregrii genelor393.3. Legea segregrii independente a factorilor ereditari443.4. Probabilitatea i raporturile mendeliene de segregare48Rezumatul temei52Tema nr. 4. Teoria cromozomic a ereditii534.1. Ereditatea nlnuit a genelor (linkage)544.2. Schimbul reciproc de gene ntre cromozomii omologi (crossing-over).Mecanismul citologic al crossing-overului574.4. Hrile cromozomiale. Determinarea grupului de linkage i a poziiei genelorn cromozom 64Rezumatul temei 68Tema nr. 5. BAZELE MOLECULARE ALE EREDITII695.1. Identificarea materialului genetic695.2. ARN805.3. Biosinteza proteinelor845.7. Codul genetic i caracteristicile sale95Rezumatul temei 99TEST RECAPITULATIV I101Tema nr. 6. Ereditatea n procesul reproducerii organismelor1046.1. Ereditatea la reproducerea asexuat. Ereditatea la reproducerea sexuat.Incompatibilitatea sexuat la plante. Efectul genetic al autofecundrii. Teoria liniilor pure1046.2. Consangvinizarea. Heterozisul. Particularitile manifestrii i importanapractic a heterozisului. Teorii cu privire la natura heterozisului108Rezumatul temei113Tema nr. 7. Ereditatea extracromozomial1147.1. Generaliti. Criterii i metode pentru evidenierea ereditiiextracromozomiale. Ereditatea plastidic. Ereditatea mitocondrial. Ereditatea simbiotic7.2. Androsterilitatea123Rezumatul temei1292

Tema nr. 8. Ereditatea genetic a caracterelor cantitative1298.1. Determinarea genetic a caracterelor cantitative. Transgresia. Metodele statistice de cercetare a caracterelor cantitative. Variana fenotipic. Componenii varianei genetice. Variana genetic a dominanei. Variana genetic a interaciunii1308.2. Heritabilitatea. Coeficientul de heritabilitate 136Rezumatul temei 138Tema nr. 9. Variabilitatea organismelor9.1. Formele de variabilitate. Variaiile neereditare. Variaiile ereditare. Variaii n numrul de cromozomi. Tipuri de variaii numerice cromozomale. Euploidia. Haploidia. Poliploidia. Autopoliploidia. Alopoliploidia. Aneuploidia. Importana aneuploizilor. Analiza monosomic. Poliploidia. Rolul ei n evoluie i n crearea degenotipuri noi139Rezumatul temei150Tema nr. 10. Genetica populaiilor15010.1. Noiunea de populaie. Metodele utilizate n studiul genetic al populaiei. Structura genetic a populaiilor cu reproducere panmictic. Legea Hardy-Weingerg. Principiile de baz ale statisticii variaionale. Stabilirea parametrilor genetici cantitativi i calitativi prin metode statistice. Structura genetic a populaiilor cu reproducere autogam perfect. Factorii care determin structura genetic a polulaiilor (mutaia, izolarea, migraia, numrul de indivizi, driftul genetic, selecia). Homeostazia genetic ievoluia151Rezumatul temei167TEST RECAPITULATIV II168BIBLIOGRAFIE1723

Tema Nr. 1GENETICA - TIINA EREDITII I A VARIABILITIIUniti de nvare. Obiectul de studiu. Metodele de cercetare a fenomenelor genetice. Evoluia cunotinelor despre ereditate i variabilitate. Importana teoretic i practic a geneticii.Obiectivele temei: asimilarea noiunilor fundamentale de genetic: ereditate, genotip, fenotip; dezvoltarea geneticii ca tiin - de la perioada clasic la cea modern.Timpul alocat temei: 2 oreBibliografie recomandat:1. VOICA, N., 2001 - Genetica - tiina ereditii. Editura Reduta, Craiova.2. VOICA, N., SOARE, M., SOARE PAULA, 2003 - Genetic vegetal. Ed. Universitaria, Craiova.3. VOICA, N., SOARE, M., SOARE PAULA, 2005 - Principii de genetic. Editura Universitaria, Craiova.4. PAULA IANCU - Genetica - ndrumtor de lucrri practice, Tipografia Universitii din Craiova, 2007.5. NICOLAE VOICA, MARIN SOARE, PAULA IANCU, ELENA BONCIU - Genetica n actualitate, Editura Universitaria Craiova, 2007.6. PAULA IANCU - Genetic, Ed. Sitech, 2008.1.1. Obiectul de studiu al geneticiiGenetica, se mai numete i tiina ereditii i variabilitii organismelor. Face parte din ramura tiinelor biologice. Denumirea de genetic provine de la cuvntul grecesc gennao care nseamn a da natere, denumire ce a fost atribuit acestei tiine, n anul 1905, de ctre savantul englez W. BATESON, la cea de-a treia Conferin internaional de hibridare i ameliorare a plantelor de la Londra.Genetica, ca tiin biologic, se ocup cu studiul ereditii, variabilitii i reproducerii organismelor, al legilor i mecanismelor de transmitere a informaiei genetice de la prini la descendeni.Ereditatea reprezint proprietatea organismelor vii (microorganisme, plante i animale) de a transmite la urmai caracterele i nsuirile motenite de la prini. Cuvntul ereditate provine de la latinescul hereditas care nseamn motenire.Variabilitatea este diferenierea ereditar sau neereditar, fie n structura permanent a celulei, fie ntre indivizii unei populaii, fie ntre populaii. Denumirea de variabilitate provine din cuvntul latinesc variare, care nseamn a se schimba.n mediul n care triesc, organismele reuesc s se exteriorizeze ntr-un anumit fel: prin culoare, form, mrime, greutate, etc. Totalitatea caracterelor morfologice,4

fiziologice, biochimice i de comportament ca urmare a interaciunii dintre genotip i mediu constituie fenotipul unui organism (fenos = aparent).Genotipul constituie totalitatea bazei ereditare a unui organism, adic a genelor i cromozomilor.Reinem: Bazele teoretice ale geneticii au fost puse de JOHAN GREGOR MENDEL (1822-1884), clugr ceh i profesor de tiine naturale de la Colegiul Real din Brno, prin rezultatele cercetrilor sale comunicate n 1865 i publicate n revista naturalitilor din Brno. Dar, concluziile sale cu caracter legic n-au fost luate n considerare timp de 35 ani. n anul 1900, lucrrile lui Mendel au fost redescoperite i reconsiderate concomitent i independent de trei naturaliti din trei ri diferite: HUGO DE VRIES, n Olanda, C. CORENS n Germania i E. TSCHERMAK n Austria, care prin cercetrile lor au ajuns la aceleai rezultate ca Mendel, recunoscndu-i ntietatea i declarnd concluziile drept legi ale ereditii. Este meritul lor de a aduce n prim plan opera i personalitatea lui Mendel i de aceea se consider c anul 1900 este anul de natere al geneticii.Genetica, avnd ca obiect de studiu ereditatea i variabilitatea, nsuiri caracteristice oricrui organism viu, este o disciplin cu un trecut, un prezent i un viitor plin de frmntri, lupte de opinii, de rsturnri spectaculoase.Genetica este o disciplin cu o sfer de preocupri mult mai larg. Domeniul de preocupare al geneticii este determinat i difereniat de nsui diversitatea organismelor.Observaie: Genetica are ca scop s rspund la ntrebrile legate de studiul ereditii privind funcionalitatea sistemelor biologice, structura biochimic a substratului material al ereditii, posibilitile de modificare a acestui substrat cu ajutorul factorilor mutageni fizici i chimici.Problemele de genetic ocup azi un loc central n cercetrile biologice, dat fiind implicaiile acestei tiine n explicarea fenomenelor vieii - evoluia vieuitoarelor, pstrarea nealterat a zestrei genetice umane, obinerea de forme noi de plante i animale utile omului. Nici un domeniu al biologiei teoretice i aplicate nu mai poate fi conceput astzi fr explicarea genetic a fenomenelor. Se consider c nsi medicina viitorului va fi o medicin genetic, din cauz c foarte multe boli ereditare au la baz alterarea funciilor genetice ale organismului.Genetica, tiin izvort din experien i practic, vine la rndul su s orienteze i s serveasc practica, nevoile omenirii.Genetica este considerat ca baz teoretic a ameliorrii plantelor i animalelor. Faptul c genetica a reuit s explice transmiterea caracterelor i nsuirilor, a dat posibilitatea cercettorilor s acioneze n mod creator asupra organismelor, n sensul de a le dirija i a le face mai utile pentru viaa noastr.Genetica reuete s contribuie la combaterea bolilor plantelor, omului i animalelor, crend posibilitatea modificrii ereditare a agentului patogen ofensiv n agent inofensiv sau folositor. n problema cancerului, genetica ncearc s determine posibilitatea schimbrii ereditii celulelor malignizate.Genetica ncearc i trebuie s reueasc s controleze acest fascinant univers - universul ereditar.5

TEST DE EVALUARE1. Care este obiectul de studiu al geneticii?Rspuns:Genetica se ocup cu studiul ereditii, variabilitii i reproducerii organismelor, allegilor i mecanismelor de transmitere a informaiei genetice de la prini ladescendeni.2. Care este diferena dintre fenotip i genotip? Rspuns:Exerciii:Exemplu rezolvat:1. Genotipul reprezint:a) totalitatea bazei ereditare a unui organismb) totalitatea genelor unui organismc) totalitatea cromozomilor unui organismRezolvare: aDe rezolvat:2. Variabilitatea reprezint diferenierea:a) diferenierea ereditar ntre indivizii unei populaiib) diferenierea neereditar ntre populaiic) diferenierea ereditar sau neereditar fie n structura permanent a celulei, fie ntre indivizii unei populaii, fie ntre populaiiRezolvare:1.2. Metodele de cercetare a fenomenelor geneticen studierea mecanismelor ereditii i variabilitii organismelor se folosesc diverse metode, care se utilizeaz separat sau asociat n funcie de obiectivele cercetrii i materialul folosit, fiind strns legate de domeniile de cercetare n care se dezvolt genetica contemporan.Metoda hibridologic. Aceast metod const n ncruciarea organismelor cu ereditate diferit i analiza motenirii la urmai a caracterelor, pe baza statisticii matematice. Metoda hibridologic a fost aplicat pentru prima dat de Mendel, iar ulterior dezvoltat i generalizat de continuatorii si.Metoda citologic. Prin studierea constituenilor celulari cu rol genetic, se gsesc rspunsuri la o serie de fenomene ereditare. Studiul structurii celulei, a comportrii cromozomilor, a altor structuri cu rol ereditar, ne ajut s stabilim relaiile ce se realizeaz ntre modificrile acestora, pe de o parte i caracterele i nsuirile organismelor, pe de alt parte. Aceste cercetri efectuate pe diverse organisme, n special pe unele plante, pe Drosophila, iar n ultimul timp pe unele bacterii sau virusuri au fcut s apar o nou direcie de cercetare a geneticii contemporane, citogenetica.6

Metoda biochimic. Se bazeaz pe studiul relaiilor dintre ereditate i metabolism. Dezvoltarea acestor cunotine a dus la apariia unui nou domeniu al studiului ereditii - genetica molecular. Numeroasele premii Nobel acordate pentru descifrarea secretelor ereditii reprezint o imaginar carte de vizit a geneticii moleculare.Metoda radiaiilor. Obinerea unui numr imens de modificri ereditare prin folosirea radiaiilor au fcut s apar o nou disciplin - radiogenetica. Aceast ramur a geneticii a nregistrat n ultimul deceniu un avnd neobinuit, deschiznd perspective noi n rezolvarea enigmei vieii, n elaborarea i testarea unor metode de lucru care, n ultim instan, prefigureaz dirijarea integral a fenomenului ereditar.Observaie: Radiogenetica cerceteaz, pe lng influena radiaiilor asupra ereditii i mijloacele de prevenire a efectelor negative ale acestora asupra organismului.Metoda analizei statistice (biometria). Analiza statistic se bazeaz pe nregistrarea trsturilor morfologice externe ale indivizilor cu ajutorul msurtorilor biometrice, urmat de prelucrarea statistic a datelor obinute. Deci, cu ajutorul acestei metode se studiaz variabilitatea organismelor, datorit modificrilor genotipului, ca rezultat al hibridrii sau ca efect al condiiilor de mediu.Reinem: Folosirea metodei statistice n studiul ereditii i variabilitii n populaii a dus la dezvoltarea unui nou domeniu de cercetare al geneticii - genetica populaiilor.TEST DE EVALUARE1. Ce presupune metoda citologic? Rspuns:Metoda citologic se ocup cu studierea constituenilor celulari cu rol genetic n transmiterea ereditii. Ea presupune studiul acestora la microscop.2. Radiogenetica studiaz? Rspuns:Exerciii:Exemplu rezolvat:1. Metoda biometric presupune:a) nregistrarea trsturilor morfologice externe ale indivizilorb) prelucrarea statistic a nregistrrii trsturilor morfologice externe ale indivizilorc) studierea variabilitii organismelord) nregistrarea trsturilor morfologice externe ale indivizilor cu ajutorul msurtorilor biometrice, urmat de prelucrarea statistic a datelor obinuteRezolvare: c i d7

De rezolvat:2. Metoda hibridologic presupune:a) ncruciarea organismelor cu ereditate diferitb) ncruciarea organismelor cu ereditate asemntoarec) ncruciarea organismelor cu ereditate diferit i analiza motenirii la urmai a caracterelor, pe baza statisticii matematiced) analiza motenirii la urmai a caracterelorRezolvare:1.3. Evoluia cunotinelor despre ereditate i variabilitateDezvoltarea cunotinelor de genetic n sens creator trebuie s se bazeze pe latura experimental a geneticii. Primele aspecte experimentale ale geneticii sunt concretizate n experiene de ncruciare a plantelor i animalelor.Primele experiene de hibridare la plante, cu scopul cunoaterii ereditii la descendeni, au fost efectuate de ctre CAMERARIUS (1694), care a demonstrat i existena sexelor la plante, dup care au urmat cele ale lui MULLER (1731), SPRENGER (1793), KOLREUTER (1760), KNIGHT (1750-1833), SAGERAT (1826), GARNER (1849) i alii. Dar, cercettorii de atunci n-au avut posibilitatea s elaboreze anumite norme de transmitere a caracterelor la descendeni. Abia n a doua jumtate a secolului a XlX-lea, n anul 1859 de la pupitrul Academiei de tiine a Franei, CHARLES NAUDIN comunica rezultatele obinute de el n ncrucirile ce le efectuase la unele cucurbitacee (pepene galben, dovleac), apoi la mac i tutun. El ajunge la concluzia c descendenii primei generaii sunt foarte asemntori i c n generaia a doua se observ la urmai o desfacere a caracterelor. Ajuns aici, Naudin face marea greeal a vieii sale c nu numr hibrizii din generaia a doua i, dominat de gndul c aici apare un haos, o extrem confuzie, i abandoneaz, ratnd nu numai o simpl relaie matematic elementar, dar i cinstea de a fi socotit de posteritate drept ntemeietorul geneticii clasice.Meticulosul botanist ceh, Gregor Mendel, comunic rezultatele cercetrilor sale ntr-o sear de decembrie 1865 membrilor Societii de tiine Naturale din Brno. Mendel avea atunci 43 de ani. Se nscuse la 20 iulie 1822 la Heizendorf n Austria, fcuse studii liceale la Treppan, teologia la Brno i tiinele Naturale la Viena. Cercetrile pe care le expunea fuseser fcute la mazre, n grdina colegiului i n cea a mnstirii i le ncepuse n anul 1857. Ca orice om ce face o cercetare i o expune, Mendel i nchipuia c ea va fi comentat, va avea un ecou, fie el ct de mic. S-a nelat. n afara aplauzelor convenionale nimeni nu i-a dat atenie.Uitat aproape 35 de ani n cel mai profund anonimat, numele lui Mendel erupe brusc n publicaiile tiinifice, la nceputul secolului XX. Mendel decedase de 16 ani cnd trei mari botaniti europeni - HUGO DE VRIES (1848-1935), CARL CORRENS (1864-1933) i ERICH TSCHERMAK (1871-1962) au ajuns independent la acelai rezultat ca i Mendel i astfel, l proclam pe modestul naturalist din Brno, creator al geneticii clasice.Observaie: Anul 1900 marcheaz nceputul geneticii ca tiin prin reconsiderarea legilor mendeliene. Dup anul 1900, cercetrile de genetic ncep s se dezvolte pe baza experienelor citologice, studiindu-se constituenii celulari cu scopul de a gsi substratul material al ereditii.8

n perioada modern s-au fcut cele mai multe descoperiri n domeniul geneticii. Iat cteva din cele mai importante: 1901 - Hugo de Vries introduce pe baza studiilor sale la Oenothera lamarkiana, termenul de mutaie" pentru a arta o schimbare brusc ereditar, care nu se datoreaz ncrucirilor, fiind primul care a anunat i documentat teoria mutaiilor; 1902 - descoperirea primelor maladii genetice umane (erori nnscute de metabolism) de ctre A. GARROD; 1902 - elaborarea ipotezei c genele sunt plasate n cromozomi de ctre W. SUTTON i T. BOVERI; 1908 - elaborarea legii Hardy-Weinberg privind frecvena genelor ntr-o populaie; 1910 - T. MORGAN i coala sa elaboreaz teoria cromozomic a ereditii; 1913 - A.H. STURTEVANT elaboreaz baza experimental pentru msurarea distanelor dintre genele nlnuite i ntocmete prima hart genetic; 1917-1919 - C.F. BRIDGES descoper la Drosophila primele restructurri cromozomiale, reprezentnd deficiene, duplicaii i translocaii; 1924 - R. FEULGEN i H. ROSENBECK pun la punct o metod de colorare specific a ADN, cu ajutorul leucofuxinei; 1927 - H. MULLER reuete s induc artificial mutaii la Drosophila cu ajutorul razelor X; 1931 - C.F. BRIDGES descoper fenomenul de non-disjuncie cromozomial; 1940 - B. Mc. CLINTOK descoper elementele genetice mobile; 1941 - G. BEADLE i E. TATUM elaboreaz ipoteza o gen - o enzim"; 1944 - O.T. AVERY, CM. Mac LEOD i Mac CARTY descoper c formula chimic ce conine, conserv i transmite informaia ereditar este ADN-ul; 1946 - J. LEDERBERG i E.L. TATUM demonstreaz recombinarea genetic la bacterii, lucrnd cu Escherichia coli; 1953 - J.D. WATSON, F.H.C. CRICK i M.H.F. WILKINS stabilesc modelul bicatenar de structur helicoidal a ADN-ului; 1955 - S. BENZER determin structura fin a genei la bacteriofagul T4 i presupune reglajul genetic; 1955 - M. GRUNBERG-MANAGO i S. OCHOA reuesc s obin biosinteza artificial a ARN-ului; 1956 - A. KORNBERG reuete s realizeze biosinteza artificial a ADN-ului; J. TIJIO i A. LEVAN descoper numrul exact de cromozomi umani; 1958 - M. MESELSOHN i F. STAHL elaboreaz modelul de replicaie semiconservativ a ADN-ului la bacteria Escherichia coli; 1959 - J. LEJEUNE, R. GAUTIER i R. TURPIN descoper prima maladie cromozomial uman; 1960 - nceperea procesului de standardizare a complexului cromozomial uman (Conferina de la Denver, SUA); 1961 - F. JACOB i J. MONOD descoper fenomenul de reglaj genetic la procariote; 1966 - cercetrile lui S. OCHOA, M.W. NIRENBERG i HG. KHORANA conduc la descifrarea codului genetic;9

1968 - R.H. HOLLEY stabilete secvena complet a nucleotizilor n molecula de ARN de transfer; 1969 - J. BECWITH de la Universitatea Harvard (SUA) izoleaz pentru prima dat o gen sub forma unui segment de ADN; 1969 - ARBER i LINN descoper endonucleazele de restricie care aveau s devin adevratele bisturie biochimice" n tehnologia ADN recombinat; 1970 - H. TEMIN i D. BALTIMORE descoper enzima reverstranscriptaza; 1970 - cercetrile efectuate de 13 cercettori condui de americanul de origine indian KHORANA au dus la sinteza unei gene, specific pentru o ras de drojdii, compus din 77 de nucleotide; 1970 - D. BALTIMORE, H. TEMIN i R. DULBECCO au prezentat la Congresul de cancer de la Houston (SUA) proba c un ARN dintr-un virus cancerigen poate ceda informaia cancerizrii unui ADN. Realizarea lor a fost distins cu premiul Nobel, n anul 1975. La aceast realizare i-a adus contribuia i japonezul S. MIZUTANI; 1973 - anul de debut al ingineriei genetice; 1975 - W. ARBER, D. NATHANS i SMITH au descoperit endonucleazele de restricie, enzime care permit secionarea moleculei de ADN; 1976 - o echip de cercettori din Hamburg (Germania) condus de Dr. HUBERT KOSTER reuesc sinteza unei gene umane care controleaz transcripia mesajului genetic pentru producerea hormonului angiotensina II, cu rol esenial n reglarea tensiunii arteriale i a contraciei muchilor netezi; 1976 - F. SANGER i W. GILBERT au pus la punct tehnica de secvenare a moleculei de ADN. Aceste ultime descoperiri au permis dezvoltarea tehnicilor de inginerie genetic; 1977 - F. SANGER determin secvena complet de nucleotide n genomul fagului phix 174; 1977 - P. SHARP i colaboratorii descoper genele discontinue la eucariote; 1980 - s-a anunat sinteza artificial a unei gene capabil s produc interferon, substan nalt specializat, eficace contra virusurilor i a cancerului. Interferonul se extrgea din snge uman i trebuiau 30 de mii de litri de snge uman pentru 1 mg de interferon, ceea ce nsemna extraordinar de scump; 1981 - P. BERG, F. SANGER i W. GILBERT au primit premiul Nobel pentru cercetri privind metodele de sintez in vitro" i de construire a unei molecule de ADN- recombinat; realizare excepional n ingineria genetic, prin care s-au demarat cercetrile din acest domeniu i care reprezint tacheta geneticii contemporane; 1982 - s-a descoperit c oncogenele (gene care cauzeaz transformarea malign) gsite prima dat la virusuri, se afl n mod normal n celulele vertebratelor i exprimarea lor anormal conduce la transformarea malign a celulelor; 1983 - se face un nou pas n nelegerea mecanismului de declanare a cancerului, de ctre o echip de cercettori britanici condus de MIKE WATERFIELD. Este vorba de o protein care acioneaz n organism pentru vindecarea rnilor. Producerea acestei proteine este reglat de un tip de gene numite oncogene. Organismul uman are, n mod obinuit, 15 gene de acest fel. Din cauze nc neelucidate, n unele situaii, genele respective nu sisteaz producerea proteinei, astfel nct ea poate provoca mutaii n celulele esuturilor, ale oaselor, ligamentelor i tendoanelor, genernd tumori.10

Cercetrile oamenilor de tiin britanici se ndreapt spre stabilirea exact a tipului de oncogene i a situaiilor n care acestea nu sisteaz producerea proteinei de regenerare a esuturilor; 1987 - o echip de cercettori de la Universitatea din California a comunicat c a reuit s transfere la o bacterie gena care determin sinteza insulinei, iar bacteria a nceput s produc aceast substan att de necesar bolnavilor de diabet; 1990 - se pun bazele proiectului de cartare a ntregului genom uman (Human Genome Project).Cu toat vrsta relativ tnr, datorit descoperirilor nregistrate, a metodelor i obiectelor de cercetare utilizate, din punct de vedere istoric, genetica a evoluat de la etapa denumit genetica clasic (ncepnd cu anul 1900), la etapa geneticii moderne (dup 1944). Odat cu evoluia cunotinelor s-au nmulit tot mai mult posibilitile de control a mecanismelor ereditii, a sporit eficiena interveniilor ce urmreau schimbarea dirijat a plasmei germinative, s-au mbuntit i perfecionat tehnicile de modelare in vivo" i in vitro" a unor genotipuri cu structuri i funcii comparativ cu tipurile parentale.Reinem: Prin efectul multiplu a numeroase echipe de specialiti din diferite domenii, genetica face progrese uimitoare, astzi folosindu-se foarte frecvent termenul de inginerie genetic", care nseamn integrarea de gene strine ntr-un organism oarecare sau reorganizarea materialului genetic al unui organism dat.Studiile de inginerie genetic din diferite laboratoare de pe tot globul pmntesc au luat o mare amploare i au dus deja la rezultate remarcabile. Vechiul vis al biologilor, izolarea i sinteza artificial a genelor, a devenit o realitate. S-a reuit, de asemenea, transferul artificial al genelor, obinerea de plante haploide pornind de la o singur celul, hibridarea celular ntre specii foarte ndeprtate filogenetic i chiar plante i animale.Genetica s-a transformat, acum dou decenii, din tiin a transmiterii caracterelor ereditare n tiin care studiaz genele pe plan structural i chimic. Astzi, datorit realizrilor remarcabile n domeniul geneticii, cei care au sarcina important de a crea noi forme de plante, dispun de o serie de tehnici i metode care le permit s transfere gene, responsabile pentru anumite caractere de la un organism la altul. Agricultura, zootehnia i medicina vor fi primele beneficiare ale ingineriei genetice.n ara noastr cercetri de genetic teoretic i experimental au nceput a fi efectuate spre sfritul secolului al-XIX-lea i nceputul secolului XX. Dup redescoperirea legilor ereditii elaborate de Mendel i fundamentarea geneticii ca tiin, o serie de cercettori romni din domeniul culturii plantelor, a creterii animalelor, medicin, zoologie i-au orientat activitatea n direcia noilor cunotine Astfel, cunoscutul biolog NICOLAE LEON (1863-1931), profesor la Universitatea din Iai, a fost unul dintre cei mai aprigi susintori ai darwinismului n Romnia.Dr. Nicolae Leon a scris o serie de articole despre originea omului, despre originea i transformarea speciilor, despre ereditate, care arat c este de dou feluri: ereditate conservativ prin care se conserv tipul speciei i ereditate progresiv, care const n transmiterea ereditar a modificrilor dobndite de organisme n cursul vieii sale sub aciunea mediului exterior.n anul 1909, NICOLAE FILIP public un manual de zootehnie care cuprinde un capitol de genetic, domeniu n care dovedete o mare informare, fiind la curent cu teoriile lui G. Mendel, A. Weisman, w. Bateson, H. de Vries, C. Correns, etc. i n care el expune rezultatele unor cercetri personale de genetic animal.11

Mai trziu, n 1915, C. SANDU ALDEA (1847-1927), profesor i director la coala superioar de agricultur de la Herstru - Bucureti, public primul tratat de ameliorarea plantelor, unde dezvolt cunotine de genetic, biometrie i ameliorarea plantelor. Oricine analizeaz coninutul tratatului su, poate constata cu admiraie pentru opera unui nainta c multe din problemele de genetic i biometrie dezvoltate n aceast lucrare sunt valabile i astzi, dup 85 de ani de la apariie.Un aport nsemnat la rspndirea cunotinelor de genetic n ara noastr l-a constituit traducerea n limba romn a lucrrilor fundamentale ale lui G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan, etc.Contribuii de seam la dezvoltarea geneticii n ara noastr au adus o serie de biologii, medici i agronomi cunoscui ca: E. RACOVI, D. VOINOV, Gh. MARINESCU, Gh. IONESCU-SISETI, Tr. SVULESCU, A. SVULESCU, GR. CONSTANTINESCU, I. TARNAVSCHI, T. POPESCU, N. SULESCU, etc.EMIL RACOVI (1868-1947), profesor de biologie general la Universitatea din Cluj n-a fost numai o glorie a tiinei romneti, ci i unul din marii biologi ai lumii. n lucrarea sa Evoluia i problemele ei" (1929), stabilete legtura dintre ereditate i evoluie, dintre specie i condiiile de mediu. Prin concepiile sale filozofice, prin viziunea sa social naintat, ar putea fi considerat drept un precursor al timpului.DIMITRIE VOINOV (1867-1951), profesor la Universitatea din Bucureti, este printele colii romneti de citologie i citogenetic. n lucrarea sa Principii de microscopie" (1900) sintetizeaz cercetrile sale de peste 24 de ani privind morfologia, evoluia i rolul fiziologic al diferiilor constitueni citoplasmatici. El aduce date concrete despre materialitatea fenomenului de ereditate.nsemntatea realizrilor sale tiinifice a determinat UNESCO s recomande n 1967 pe scar internaional aniversarea a 100 de ani de la naterea savantului romn.Prin ntreaga sa oper, DIMITRIE VOINOV rmne figura luminoas a unui savant progresist, care a nscris valori permanente n biologia romneasc i n tezaurul tiinei mondiale.GHEORGHE MARINESCU (1863-1938), profesor la Facultatea de Medicin din Bucureti, este fondatorul neurologiei romneti i a primei societi de genetic din ara noastr. n lucrrile sale Celula nervoas' (1909), Materia, viaa i celul' (1914), Determinism i cauzalitate n domeniul biologiei' (1937) sunt descrise observaiile sale cu privire la mecanismul intern al proceselor fizico-chimice care stau la baza vieii neuronului, fiind printre primele din lume. El a fost unul dintre cei mai strlucii i neobosii reprezentani ai culturii romneti, a crei faim a dus-o departe peste hotare.GHEORGHE K. CONSTANTINESCU (18888-1951), profesor la Facultatea de Medicin veterinar din Bucureti, a adus un aport remarcabil la dezvoltarea geneticii n ara noastr, fiind considerat fondatorul colii de genetic animal prin lucrarea sa Zootehnie general". Prin vasta sa activitate, ca om de tiin, a propus i realizat un vast program de ameliorare a animalelor n cadrul Institutului de cercetri zootehnice, pe care l-a condus timp de 22 de ani.GHEORGHE IONESCU-SISETI (1885-1967), profesor la Institutul Agronomic din Bucureti, a promovat dezvoltarea geneticii i ameliorrii plantelor n cadrul Institutului de cercetri agronomice pe care l-a condus 20 de ani, crend mai multe soiuri de gru, utiliznd hibridarea sexuat i selecia. Soiul de gru A15 creat de GHEORGHE12

IONESCU-SISETI s-a cultivat peste 15 ani n Romnia. Pentru activitatea sa deosebit de valoroas a primit numeroase distincii.Exemplul de druire n munc i de probitate tiinific remarcabil, figur luminoas de savant agronom, nsufleit permanent de un patriotism sincer, prin toat activitatea sa GHEORGHE IONESCU-SISETI i-a ctigat un loc de prestigiu n panteonul tiinei romneti.TRAIAN SVULESCU (1889-1963), profesor la Institutul Agronomic i Universitatea din Bucureti, este fondatorul colii romneti de fitopatologie. n vasta oper tiinific a evideniat pregnant legtura dintre nsuirile de rezisten a plantelor la boli i baza lor ereditar.Pentru creaia tiinific romneasc secolul XX s-a dovedit rodnic, aducndu-ne aprecierea i admiraia pe care curajosul i inteligentul nostru popor le merit cu prisosin. Iar dac socotim Premiul Nobel drept unul dintre prestigioasele criterii ale valorii universale, atunci este locul s amintim c n prima jumtate a secolului, doi romni, NICOLAE PULESCU i CONSTANTIN LEVATTI, au fost la un pas de a-l lua.tiina biologic romneasc recunoate n profesorul GEORGE EMIL PALADE laureat al Premiului Nobel n 1974, triumful unuia dintre fii acestui scump pmnt, savant format de coala lui Francis Rainer, n clinicile lui Nicolae Lupu, D. Danielopolu i a altor savani de peste hotare.Dup cel de-al doilea rzboi mondial, cercetrile de genetic teoretic i aplicat s-au amplificat i diversificat, nfiinndu-se catedre de genetic n nvmntul superior i laboratoare de cercetare n diverse institute de profil. Cercetrile ntreprinse au dus la obinerea unor serii de descoperiri importante din punct de vedere teoretic i practic. Prezint un deosebit interes cercetrile romneti referitoare la structura i funciile acizilor nucleici, inducerea de mutaii, cultura de celule i esuturi vegetale in vitro, transmiterea unor boli ereditare, etc., precum i crearea sau mbuntirea unor soiuri i hibrizi la plante sau rase de animale productive i de calitate superioar. S-au obinut plante haploide prin andro- i ginogenez, linii izogene, variaii somaclonale, protoplati, etc. Se realizeaz cercetri pentru transferul de gene i obinerea de plante transgenice.Odat cu aprofundarea cercetrilor genetice, genetica s-a dezvoltat i au aprut o serie de ramuri care ajut la explicarea fenomenului de ereditate.Genetica impune cunotine din domeniul citologiei, embriologiei, fiziologiei, biofizicii, sistematicii, ecologiei, biochimiei, matematicii, etc., discipline care se gsesc n strns legtur.De asemenea, genetica reprezentnd baza teoretic a crerii de noi soiuri de plante i rase de animale, este n legtur cu ameliorarea plantelor i animalelor, cu fitotehnia i zootehnia.Dezvoltarea tehnicii de investigaie a permis verificarea rapid a intereselor teoretice, sporind prestigiul geneticii care ocup n prezent o poziie cheie n ansamblul disciplinelor biologice.Genetica este considerat o adevrat plac turnant n cadrul tiinelor biologice, fiind esenial pentru toi cei care studiaz viaa plantelor, a animalelor sau microorganismelor. Ea ocup o poziie central n diverse sectoare ale activitii umane (agricultur, alimentaie, medicin, ecologie .a.).13

Pentru creterea produciei agricole apare necesitatea ameliorrii materialuluibiologic existent. Orice program de ameliorare necesit un studiu a determinismuluigenetic a materialului iniial pentru stabilirea metodei de ameliorare. Genetica constituiede fapt baza teoretic a ameliorrii plantelor.Descoperirile din domeniul geneticii moleculare i a ingineriei genetice sunt nprezent tot mai utile, fiind utilizate n elucidarea unor probleme de interes major.Obiectivul principal al ingineriei genetice const n modificarea genomului unor plantesau animale prin introducerea unor gene sau a unor fragmente de ADN de la o celuldonatoare la una receptoare, obinndu-se specii transgenice. Pe aceast cale, la plante s-au obinut genotipuri rezistente la boli i duntori, la ierbicide, pesticide, stresuriclimatice .a. Prin intermediul ingineriei genetice au fost obinute surse bacterienecapabile de a produce proteine specifice mamiferelor, cum ar fi insulina, interferonul,hormonul de cretere .a. De asemenea prin aplicarea metodelor genetice se potcontracara acumulrilor tarelor genetice (caractere nefavorabile patogenetice .a.).TEST DE EVALUARE1. T. MORGAN i coala sa elaboreaz teoria cromozomic a ereditii nanul?Rspuns:T. MORGAN i coala sa elaboreaz teoria cromozomic a ereditii n anul 1910 dupo serie de alte descoperiri ale geneticii.2. "Printele geneticii" se consider a fi ? Rspuns:Exerciii:Exemplu rezolvat:1. Cercettorul american de origine romn George Emil Palade a primitpremiul Nobel pentru:a) elaborarea ipotezei c genele sunt plasate n cromozomib) descoperirea elementelor genetice mobilec) descoperirea ribozomilord) descoperirea fenomenului de non-disjuncie cromozomialRezolvare: cDe rezolvat:2. Dezvoltarea cunotinelor de genetic s-au bazat pe:a) experiene de consangvinizareb) experiene de hibridarec) experiene de heterozisd) experiene de selecieRezolvare:14

Rezumatul temeiAceast prim tem face o scurt prezentare a apariiei geneticii i prezint noiunile elementare de genetic (ereditatea i variabilitatea organismelor) , precum i metodele de studiu folosite de aceasta. Sunt prezentate diferenele dintre genotip i fenotip i, de asemenea, enumerate o serie de realizri ale geneticii de-alungul timpului.Sunt prezentai unii dintre geneticienii de seam din ara noastr, beneficiile geneticii i ce reprezint ea n acest vast domeniu al tiinelor biologice.Descriere tema 2 Bazele citologice ale ereditii i variabilitii Uniti de nvare.Celula i ereditatea. Citoplasma i componentele ei cu funcie genetic. Nucleul. Cromozomii.Mitoza. Meioza. Cariotipul.Obiectivele temei: aflarea componentelor celulei, n special a celor cu transmitere a ereditii; asimilarea conceptelor de baz despre structura i funciile cromozomilor.Timpul alocat temei: 8 ore Bibliografie recomandat:1. VOICA, N., 2001 - Genetica - tiina ereditii. Editura Reduta, Craiova.2. VOICA, N., SOARE, M., SOARE PAULA, 2003 - Genetic vegetal. Ed. Universitaria, Craiova.3. VOICA, N., SOARE, M., SOARE PAULA, 2005 - Principii de genetic. Editura Universitaria, Craiova.4. PAULA IANCU - Genetica - ndrumtor de lucrri practice, Tipografia Universitii din Craiova, 2007.5. NICOLAE VOICA, MARIN SOARE, PAULA IANCU, ELENA BONCIU - Genetica n actualitate, Editura Universitaria Craiova, 2007.6. PAULA IANCU - Genetic, Ed. Sitech, 2008.2.1. Celula i ereditateaTeoria celular elaborat de botanistul M.J. SCHLEIDEN i de zoologul T. SCHWANN (1838) i completat de R. VIRCHOW (1855), a constituit una din cele mai importante realizri ale secolului al XIX-lea, demonstrnd nu numai c toate organismele cunoscute, cu excepia virusurilor, au o alctuire unicelular sau pluricelular, dar c celulele provin exclusiv din alte celule. n organismul uman, de pild, care i are originea ntr-o singur celul zigot, exist un numr de aproximativ 2*10u celule (P. RAICU, 1974).15

Celula, ca form de organizare a materiei vii, are o structur foarte complex i este unitatea structural i funcional a organismelor vegetale i animale, permind manifestarea proceselor fundamentale ale vieii, metabolismul i autoreproducerea.Studiul celulei i a diviziunii celulare prezint o mare nsemntate, fcnd posibil identificarea materialului genetic, a mecanismelor prin care genele se transmit de la celula mam la celulele fiice, de la ascendeni la descendeni, a modului cum se realizeaz recombinarea genetic i cum se produc mutaiile la nivel genic, precum i restructurrile la nivelul cromozomilor.Existena celulei a fost sesizat din a doua jumtate a secolului al XVII-lea de ctre R. HOOKE (1665). Dup elaborarea teoriei celulare, studiul celulei a cunoscut un progres considerabil, realizndu-se descoperiri de o deosebit importan, att privind structura i funciile celulare, ct i transmiterea ereditar a caracterelor la nivel celular.Nucleul celulei a devenit elementul de baz al cercetrilor citologice, ceea ce a dus la apariia unei noi ramuri a citologiei - cariologia. Cercetrile n aceast direcie au evideniat faptul c nucleul are o structur foarte complex, stabilindu-se componentele sale cu funcie ereditar, identificndu-se structurile lineare ale acestuia, pe care W. WALDEYER (1888) le-a numit cromozomi.Redescoperirea legilor mendeliene ale ereditii (1900), a reprezentat un pas important pentru impulsionarea cercetrilor privitoare la structurile i funciile celulare, n vederea lmuririi fenomenelor ereditare. Meritul de a fi stabilit legtura logic dintre factorii ereditari (gene) a lui GREGOR MENDEL i cromozomi, ca purttori ai acestor gene, a revenit biologului american W. SUTTON (1902) i celui german T. BOVERI (1904), care au anticipat teoria cromozomic a ereditii, elaborat dup anul 1910 de ctre T. MORGAN i coala sa.Dezvoltarea citologiei experimentale a reuit, pe de o parte, s demonstreze rolul structural i funcional al diferitelor componente celulare, iar pe de alt parte s scoat n relief importana deosebit a anumitor structuri citologice n procesul ereditar.Observaie:Din colaborarea geneticienilor, preocupai pentru gsirea unui substrat material factorilor ereditari (genelor), cu a citologilor angajai n cunoaterea multilateral a celulei, a aprut citogenetica, tiin de contact ce studiaz ereditatea organismelor la nivel celular.n ultima vreme, cercetrile privind celula au luat un mare avnt, datorit folosirii unor metode i tehnici moderne, cum sunt: microscopia n contrast de faz, microscopia electronic, ultracentrifugarea, microradioantografia, electroforeza i cromatografia, culturile artificiale de celule i esuturi, etc.Reinem: Varietatea celulelor existente n lumea vie, n corpul plantelor, animalelor, omului sau microorganismelor, este extrem de mare, totui, s-a putut stabili o schem general a structurii celulei, valabil pentru toate organismele, alctuit din membran, citoplasm i nucleu.Membrana celular reprezint nveliul extern al celulei, prin care se realizeaz separarea i comunicarea cu mediul exterior. Ea are, la majoritatea plantelor, rol scheletic i rol selectiv, reglnd circulaia substanelor nspre celul i n afara ei.Membrana celular are i rol fiziologic i biochimic, prin participarea ei la reglarea metabolismului celular, asigurnd schimburile de substan de la o celul la alta printr-un sistem de canalicule (plasmodesme).16

Permeabilitatea membranei cu ajutorul creia se realizeaz schimbul de substane, reprezint una din funciile cele mai complexe ale membranei.Structura membranei celulare este determinat genetic (T. CRCIUN, 1970).Celulele animale, obinuit, posed o membran celular plasmatic subire, de natur coloidal.Citoplasma i componentele ei cu funcie geneticCitoplasma reprezint sediul celular cuprins ntre membrana celular i membrana nuclear. Ea const dintr-un lichid relativ omogen semivscos, care formeaz un sistem coloidal.Din punct de vedere chimic, n citoplasm se gsesc protide, lipide i glucide, iar pe lng acestea, mai sunt prezente srurile minerale i apa.Citoplasma este alctuit din plasm i organite citoplasmatice. Plasma, care se gsete liber ntre membranele formaiunilor interne ale celulei, se numete plasm celular sau hialoplasm.a) HialoplasmaReprezint un complex de stri fizice i sediul celor mai multe manifestri vitale. Ea este constituit dintr-o substan hialin, fluid sau vscoas, prezentnd i stri fizice coacervate, emulsii i soluii adevrate, avnd, n general, o reacie alcalin.n compoziia sa chimic intr proteine structurale i solubile, cu numeroase activiti enzimatice, lipide, glucide, ap i sruri minerale.b) Organitele citoplasmatice.Organitele citoplasmatice comune celulelor vegetale i animale sunt urmtoarele: reticulul endoplasmatic; microzomii; ribozomii; mitocondriile; plastidele; aparatul Golgi; centrozomul.Reticulul endoplasmaticAcest organit citoplasmatic a fost pus n eviden pentru prima dat n anul 1945, n culturi de esuturi, cu ajutorul microscopului electronic, de ctre K. PORTER, A. CLAUDE i E. FULLMAN. Este format dintr-o reea de canalicule ce realizeaz un sistem de irigare a celulei, n sensul c el face legtura ntre membrana celular i membrana nuclear, realizndu-se astfel, schimbul de substan ntre citoplasm i nucleu.Canaliculele reticulului endoplasmatic prezint dou aspecte: unul granular sau rugos, adic la suprafaa canaliculelor exist granule care sunt ribozomii i alt aspect neted, fr ribozomi. Membranele reticulului endoplasmatic sunt constituite din lipide, care pot fi cefaline i lecitine i din ribonucleoproteide, care sunt complexe de ARN bazice. S-a demonstrat c reticulul endoplasmatic particip la sinteza proteinelor.MicrozomiiMicrozomii sunt particule celulare submicroscopice, sferice, de circa 200, fiind descoperii de A. CLAUDE, n anul 1941.G.E. PALADE i P. SIEKEVITZ (1956), consider c microzomii sunt fragmente de reticul endoplasmatic, pe care sunt fixai ribozomii.17

Ribozomii sau granulele lui PaladeRibozomii au fost descoperii n anul 1953, de ctre savantul american de origine romn GEORGE EMIL PALADE i descrii n anul 1955, fapt pentru care se mai numesc i granulele lui Palade. Pentru aceast descoperire, ct i pentru contribuia sa la dezvoltarea biologiei moleculare, a primit, n anul 1974, Premiul Nobel.Ribozomii sunt organite citoplasmatice care au o form sferoid, cu diametrul de 100-150 . Ei sunt constituii din substane proteice i din acizi ribonucleici, n proporie egal.Ribozomii constituie sediul de sintez al proteinelor i pot fi situai la suprafaa reticulului endoplasmatic, sau liberi n citoplasm. De numrul de ribozomi n citoplasm depinde intensitatea sintezei proteinelor. Ei sunt furnizori numai ai proteinei citoplasmatice. Ribozomii se pot asocia cte 5-40, constituind poliribozomii. Ei sunt prezeni i n nucleu, cu rolul de a fi sediul sintezei proteinelor proprii nucleului.Ribozomii posed capacitatea de a se autoreproduce, dar reproducerea lor este controlat de nucleu. De aceea, n lipsa nucleului, ribozomii pierd capacitatea de a sintetiza proteinele i n aceast situaie, ei se degradeaz.Toate aceste caracteristici confer ribozomilor un rol foarte important i complex n procesele sintezei proteice i al fenomenelor ereditare.Mitocondriile (sinonim condriozomi)Mitocondriile sunt organite citoplasmatice de form sferic, oval sau alungit, avnd o lungime de 0,4-2 microni. Prezente n toate tipurile de celule, cu excepia globulelor roii mature, numrul mitocondriilor n celulele somatice variaz n limite foarte largi: una la alge, 300-1000 la om i circa 5000 la amib.Mitocondriile sunt corpusculi foarte rezisteni prevzui cu un nveli dublu: membrana extern care este neted, iar cea intern prezint o serie de pliuri, asigurndu-i, astfel, un potenial energetic foarte ridicat. Ele sunt constituite din proteine, enzime respiratorii, vitamine, acizi nucleici (ADN i ARN), acizi grai, acizi organici, aminoacizi, etc. Faptul c ele conin i molecule de ADN, se consider c i n citoplasm exist gene purttoare i transmitoare ale ereditii.Mitocondriile sunt considerate ca centrale energetice ale celulei", fiind capabile de autoreplicare i avnd un sistem genetic propriu (ADN i ARN).Cercetrile ntreprinse de F.B. WILSON la insecte i scorpion au artat c la diviziunea celular se poate observa o repartiie egal a mitocondriilor la cele dou celule fiice ce iau natere. Aceasta poate constitui o dovad a continuitii genetice a mitocondriilor.Plastidele. Plastidele sunt organite citoplasmatice specifice celulelor vegetale, care asigur sinteza glucidelor i pigmenilor vegetali, avnd o form lenticular cu diametrul de 3-10 microni i o compoziie chimic asemntoare mitocondriilor.Se deosebesc urmtoarele tipuri de plastide: cloroplastele (de culoare verde) iau parte la sinteza clorofilei. Sunt alctuite dintr-o mas fundamental - stroma, prevzut cu numeroase lamele proteice dispuse paralel. ntre lamele stromei se gsesc nite formaiuni granulare turtite numite grane, care au n coninutul lor clorofil. n granele stromei este prezent ADN-ul, iar n partea lamelar a stromei, ARN-ul, avnd, deci, rol genetic, putndu-se autoreproduce; cromoplastele sunt formaiuni de culoare galben sau portocalie datorit pigmenilor xantho-carotinoidici;18

- leucoplastele sunt plastide incolore fr pigmeni i reprezint locul de sintez al amidonului. S-a constatat c plastidele pot fi transformate prin fenomene de mutaie, nsuirea de albino" sau variegata" putnd s apar independent de prezena sau absena genelor din nucleu, care controleaz pigmentaia frunzelor. Experiene fcute de numeroi geneticieni au demonstrat existena unei uniti relativ autonome din punct de vedere ereditar, denumit plastogen.Aparatul Golgi. Aparatul sau complexul Golgi a fost pus n eviden de G. GOLGI (1898). El este format din caviti citoplasmatice limitate de o membran hialoplasm. Grupuri de 4-5 caviti citoplasmatice turtite, dispuse una peste alta, formeaz dictiozomii. Dictiozomii se autoduplic i pot aprea de novo" n citoplasm. n alctuirea lor chimic intr proteine, lipide i foarte puin ARN. Acest organit citoplasmatic este bogat n fosfolipide i proteine, unele cu activiti enzimatice de tip fosfataza, mai ales acid.Dup T.W. STANSFIELD (1969) funcia principal a aparatului Golgi este producerea secreiilor celulare jucnd, de asemenea, i rol de reglator al presiunii osmotice i n eliminarea unor produse de secreie. La plante el a fost evideniat abia n anul 1956.Cercetrile lui GEORGE EMIL PALADE privind biosinteza proteinelor n celula pancreatic exocrin au pus n eviden, printre altele, rolul aparatului Golgi n transportul proteinelor sintetizate n ribozomi.Centrozomul. Centrozomul a fost identificat att n celulele animalelor, ct i n cele ale plantelor, fiind implicat n formarea fusului de diviziune i migrarea cromozomilor. Este alctuit din substane proteice i plasat n apropierea nucleului.Centrozomul este format din dou pri: centriol i centrosfer. nainte de nceperea diviziunii celulare, fiecare centrozom se divide n dou jumti, care migreaz una ctre un pol al celulei i cealalt ctre cellalt pol. Fiind alctuite din substane proteice, ncep s emit filamente, care se dezvolt de la polul superior al celulei ctre cel inferior i invers, pn se unesc i formeaz filamentele fusului de diviziune. Centrozomii se nmulesc prin autoduplicare i se consider c sunt purttori de informaie genetic i au continuitate genetic de la o celul la alta i de la o generaie la alta.Observaie: Din cele prezentate, rezult c organitele citoplasmatice au rol important n nregistrarea informaiei ereditare extracromozomiale i n transmiterea acesteia pe cale citoplasmatic la descendeni.Datorit componenilor si principali, cromozomii, nucleului i s-a acordat o deosebit atenie n cercetrile de genetic.Nucleul sau carionul, este un corpuscul sferic sau ovoidal, prezent n aproape toate celulele plantelor i animalelor, fiind centrul coordonator al activitii celulare. El este situat, de regul, n centrul celulei i reprezint 1/4 - 1/3 din volumul celulei. Forma, dimensiunile i numrul nucleilor pot varia de la o celul la alta.Reinem: Organismele la care nucleul celular este bine conturat i delimitat de citoplasm, au fost denumite eucariote, iar cele cu nucleu difuz, concretizat n numeroase granule, poart numele de procariote.Dei prezena lui n celul a fost pus n eviden nc din anul 1831 de ctre R. BROWN, studiile consacrate morfologiei, compoziiei i rolului nucleului n viaa celulei, s-au dezvoltat ulterior foarte mult, ceea ce a dat natere unei ramuri speciale a citologiei, consacrat studiului lui, denumit cariologie.19

Nucleul msoar 5-10 microni n diametru i este mai voluminos n celulele tinere dect n cele adulte.Chimic, nucleul este compus, n principal, din proteine (80% din greutatea uscat), ADN, ARN, fosfolipide i ioni de Ca++, Mg++, Na++. Nucleul este sediul sintezei ADN-ului i are rol principal n procesul ereditar celular, fiind n acelai timp centrul de sintez al ARN-ului mesager, care ndeplinete funcia de transmitor al mesajului genetic de la ADN la proteine. Nucleul controleaz metabolismul general al celulei i ia parte activ la diviziunea celular.n timpul interfazei, se evideniaz principalele structuri existente n nucleu ianume:a. membrana nuclear;b. cromatina;c. nucleolul;d. ribozomii;e. sucul nucleolar, denumit i cariolimf;f. cromozomii.a. Membrana nuclear este o formaiune foarte fin, ce delimiteaz nucleul de citoplasm. Ea este format din dou foie lipoproteice, groase de 50-100 fiecare: una extern, de natur citoplasmatic, ce continu membranele reticulului endoplasmatic i alta intern, care face legtura cu sucul nuclear.Membrana nuclear este prevzut cu numeroase orificii (pori), prin care se realizeaz schimbul permanent de substane ntre nucleu i citoplasm.Cercetrile ntreprinse asupra structurii chimice a membranei nucleare, arat c ea este format din proteine fibrilare n care intr aminoacizi, la care se adaug complexe lipoproteice i ARN.b. Cromatina este reprezentat printr-o formaiune filamentoas subire i care are drept constituent principal ADN-ul. Filamentele de cromatin reprezint un fapt trector n viaa celulei, pentru c forma filamentoas se menine numai n interfaz. n cursul fazelor de diviziune celular, aceste filamente se fragmenteaz n poriuni denumite cromozomi. La nceputul diviziunii, filamentele au o grosime redus, ns, pe msur ce parcurg celelalte faze ale diviziunii, ele se ngroa i iau forma unui ghem, denumit spirem.Din punct de vedere chimic, cromatina conine, pe lng ADN i ARN i protein nuclear, reprezentat prin histone i proteine acide.c. Nucleolul este un organit nuclear care poate fi observat la microscop n interfaz. n nucleu exist unul sau mai muli nucleoli. Formarea i dezvoltarea nucleolilor este condiionat de o anumit regiune a cromozomului, denumit organizator nucleolar.Se consider c nucleolul controleaz ritmul diviziunii celulare, el fiind prezent n celul ncepnd cu telofaza, pn la sfritul profazei.Nucleolul este alctuit din dou pri distincte: nucleonema, care este o formaiune nucleolar sau fibrilar, iar alta difuz, situat n interiorul i n jurul nucleonemei, numit parsamorfa, care n timpul diviziunii celulare difuzeaz n citoplasm i din materialul su se formeaz ribozomii. Nucleonema rmne prezent permanent n celul, fiind legat de zona organizatorului nucleolar al cromozomilor. Substana difuz (amorf), este alctuit din ARN, iar nucleonema din ADN.20

Prin metoda radiografiei, s-a confirmat faptul c nucleolul este centrul de sintez al ARN. Substana amorf, care conine ARN, trecnd din nucleu n citoplasm, demonstreaz c nucleolul are rol genetic, fiind purttor de informaie ereditar. Locul nucleolului pe cromozom se menine de la o generaie la alta. El are o reacie bazic i se coloreaz cu substane acide.d. Sucul nuclear se mai numete i cariolimf sau nucleoplasm. Este un lichid transparent i omogen, alctuit din aminoacizi i proteine nucleare i reprezint mediul n care se produc toate transformrile cromozomilor.Dup unii autori (P. RAICU i M. NACHTIGAL, 1966), sucul nuclear ar conine ADN i ribozomi.Analiznd datele referitoare la compoziia chimic a constituenilor nucleari, putem aprecia c n nucleu intr: ADN, ARN, proteine nucleare, lipide, lipoproteine, enzime, precum i o serie de constitueni anorganici (Na, K, Ca, Mg, Cu i Fe).Cantitatea de ADN din nucleu este relativ constant n cadrul aceleiai specii, ns difer de la o specie la alta. La majoritatea nucleilor au fost puse n eviden proteine specifice, cu un coninut bogat n arginin i lizin, numite histone.CromozomiiDei diviziunea celular fusese descoperit nc din anul 1827 la animale i din 1832 la plante, mult timp nu s-a tiut nimic despre existena cromozomilor. Ei se formeaz din cromatin n timpul diviziunii celulare, cromatin care se fragmenteaz n cromozomi. Ca formaiuni structurale nucleare, cromozomii prezint importan genetic deosebit, deoarece sunt elemente nucleare constante, prezente n toate celulele cu nucleu.Cromozomii au fost observai pentru prima dat de ctre W. HOFMEISTER, n 1848 i denumii, n 1888, cromozomi, de ctre W. WALDEYER. Etimologic, denumirea de cromozom vine de la grecescul croma = culoare i soma = corp.Cromozomii, elemente nucleare compacte, care se coloreaz cu colorani bazici, pot fi observai la microscop numai n timpul diviziunii nucleare. Ei se gsesc la toate organismele eucariote, dar i la procariote au fost gsite structuri care se aseamn cu cromozomii, de ctre J. R. DUBOS (1946), P. DELAPORTE (1950), R. MURRAY (1960).Cromozomii eucariotelor se deosebesc din punct de vedere morfo-structural de cromozomii procariotelor, dei ndeplinesc aceleai funcii genetice.n compoziia cromozomilor intr ADN, ARN i proteine histonice specifice. Cromozomii se autoreproduc i se repartizeaz echivalent n timpul diviziunii celulare, asigurnd astfel transmiterea caracterelor i nsuirilor ereditare la celulele-fiice i de la o generaie la alta.Dup funciile lor, cromozomii unei celule somatice sunt de dou feluri: autozomi, care se noteaz cu A, variind ca numr de la o specie la alta i heterozomi sau cromozomi ai sexului. Celulele somatice conin dou seturi de autozomi, adic 2A i doi heterozomi XX i XY.Caracteristicile morfologice ale cromozomilor se exprim prin: numr, form, mrime, individualitate, dispunere n perechi, continuitate.Numrul, forma, mrimea i caracterele morfologice generale ale cromozomilor dintr-o celul somatic, constituie cariotipul unui individ sau al unei specii. Cariotipul este cunoscut ca un criteriu de identificare a speciilor.21

a. Numrul cromozomilor variaz de la o specie la alta i este relativ stabil pentru indivizii aparinnd unei uniti taxonomice.n celulele somatice, cromozomii sunt dispui perechi, unul de origine matern i altul de origine patern, alctuind garnitura dubl care se numete diploid i se noteaz cu 2n. n cadrul acestei garnituri duble, cromozomii sunt asemntori ca morfologie i funcie i de aceea se numesc cromozomi omologi.n celulele reproductoare (gamei), se afl o garnitur de cromozomi haploid (de la haplos=simplu, oidos=form, aspect), care se noteaz cu n.Fiecare specie are un anumit numr de cromozomi, care este relativ constant, deoarece starea organismului i condiiile de mediu pot provoca modificri asupra numrului de cromozomi. Numrul de cromozomi difer n limite largi: 2 cromozomi la Plasmodium malariae, 8 cromozomi la Drosophila melanogaster, 120 de cromozomi la Gladiolus segetum, 1600 de cromozomi la Aulachanta (radiolarul). n tabelul 1 se prezint numrul diploid de cromozomi (2n), la principalele specii de plante i animale.Determinarea numrului de cromozomi din celulele somatice se efectueaz la celulele din esuturile meristematice ale vrfului rdciniei tinere.b. Forma cromozomilor. Apreciat dup aspectul lor n metafaz i anafaz, cnd ating maximum de contracie, forma cromozomilor constituie un caracter de gen sau specie. Forma cromozomilor poate fi un caracter util pentru deosebirea cariotipurilor ce aparin mai multor specii, sau pentru identificarea nsi a cromozomilor care alctuiesc un cariotip.Forma cromozomilor este foarte variat: granular, sferic, baston (de diferite lungimi), filament curbat asemntor literelor V, U, L, cu brae egale sau inegale. De exemplu, la Drosophila melanogaster, sunt 8 cromozomi, din care 4 n form de V cu brae egale, doi n form de bastonae i doi cromozomi foarte mici de form sferic.ntr-o anumit poziie, cromozomii formeaz o strangulare primar, denumit centromer.n funcie de poziia centromerului pe cromozom, acetia pot fi: metacentrici, cnd centromerul mparte cromozomul n dou brae egale, din care cauz ia forma literei V; submetacentrici, cnd centromerul mparte cromozomul n dou brae inegale; partea lung formeaz braul distal, iar partea scurt braul proximal, cromozomul lund forma literei L; telocentrici sau acrocentrici, cnd centromerul este amplasat terminal la unul din capetele cromozomului, din care cauz cromozomul ia forma de bastona.Dup numrul de centromeri, cromozomii pot fi: acentrici, cnd nu au centromer i nu se pot orienta spre polii celulei i dispar; policentrici, cnd au mai muli centromeri.Mrimea cromozomilor difer de la o specie la alta.Mrimea lor variaz ntre 2 - 220 microni, uneori i mai mult, iar grosimea de la 0,2 - 2 microni. La Drosophila melanogaster, n nucleul celulelor glandelor salivare, au fost descoperii cromozomi uriai cu o lungime de 1200 - 2000 microni.Descoperirea lor a dat posibilitatea studierii cromozomilor sub toate aspectele. n general, lungimea cromozomilor este proporional cu numrul de gene localizate n acetia. Astfel, cromozomii care conin un numr mai mare de gene sunt mai lungi n comparaie cu aceia care conin un numr mai mic de gene. Face excepie cromozomul Y22

de la Drosophila melanogaster, care, dei are dimensiuni mai mari dect cromozomul X, practic nu conine gene.d. Individualitatea cromozomilor. Datorit caracteristicilor lor, fiecare cromozom poate fi identificat, recunoscut n toate celulele indivizilor din aceeai specie. Astfel, cu toate modificrile care survin n procesul diviziunii mitotice, dar mai ales n meioz, cromozomii apar n celulele generaiilor viitoare n acelai numr, cu aceeai form, mrime i poziie, ceea ce permite individualizarea i recunoaterea lor n noul complex cromozomal.Individualitatea cromozomilor a fost dovedit prin cercetrile fcute asupra hibrizilor dintre specii. Astfel, la hibridul rezultat din ncruciarea speciilor Crepis capilariax, Crepis tectorus, cromozomii i pstreaz ntocmai caracteristicile individuale, corespunztoare celor dou specii care au participat la ncruciare.Pe baza stabilitii caracteristicilor individuale, n funcie de anumite criterii, cromozomii au fost simbolizai fie cu cifre (1, 2, 3, etc., sau I, II, III...), fie cu litere (A, B...).Nu de mult s-au elaborat diferite metode pentru o identificare mai precis a cromozomilor la diferite specii de plante i animale. Una dintre acestea este i metoda de bandare. n anul 1940, C. DARLINGTON i LA COUR au elaborat o metod de colorare a celulelor din esuturile meristematice prin tratarea lor cu temperaturi sczute. Sub influena acestui factor pe cromozomi apar benzi mai intens sau mai puin colorate.Tehnicile moderne de bandare, care deschid mari posibiliti analizei citogenetice, se mpart n dou categorii: tehnici bazate pe folosirea unor fluorocromi (quinacrina), ce se leag de ADN. n acest caz benzile caracteristice care apar de numesc benzi Q; tehnici ce se bazeaz pe procesul de denaturare i renaturare a ADN, urmat de colorarea cu colorantul Giemsa. Benzile care apar sunt notate cu G.e. Continuitatea i succesiunea cromozomilor. Cercetrile efectuate asupra individualitii cromozomilor ct i a celorlalte caracteristici fundamentale ale acestora, au determinat pe cercettori s admit continuitatea cromozomilor n seria de generaii celulare n ontogenez i n seria de generaii ale organismelor, n filogenez.Continuitatea cromozomilor, dup M.S. NAVAIN, rezult din faptul c, formarea noilor cromozomi n timpul nmulirii lor prin diviziune, are la baz procesul de autoreproducere a cromozomilor cu participarea obligatorie a cromozomilor existeni. Continuitatea cromozomilor a mai fost dedus i pe baza prezenei cromozomilor i n cazurile de poliploidie i aneuploidie.Structura cromozomilor. E. CHARLTON a mprit ntreaga lume vie n organisme procariote i eucariote. n grupul procariotelor sunt incluse virusurile, bacteriile i algele albastre-verzi, care sunt lipsite de trsturile caracteristice ale organizrii eucariote a materialului genetic, adic nu au nuclei prevzui cu membran nuclear, nu se divid prin mitoz i meioz, nu au fus nuclear i nu au ciclu de condensare a cromozomilor.a. Cromozomul la procariote. La procariote exist un singur cromozom i ca urmare, un singur grup linkage a genelor. Cantitatea de material genetic i respectiv de gene la procariote este, n general, mult mai mic dect la eucariote.La virusuri, genomul este reprezentat de un singur cromozom de form circular sau liniar, pe care sunt dispuse genele ntr-o anumit ordine. De exemplu, bacteriofagul23

T4 are un cromozom care conine aproximativ 200 gene, n timp ce fagul F2 conine numai 4-5 gene.Cromozomul viral este reprezentat de o macromolecul de ADN sau ARN. Pe aceast baz virusurile se clasific n dezoxiribovirusuri, din care fac parte majoritatea bacteriofagilor, virusul herpesului, variolei, etc., i ribovirusuri, din care fac parte virusul mozaicului tutunului, virusul gripei, al turbrii, al poliomielitei, etc.La bacterii, cromozomul are form circular i este reprezentat de o macromolecul de ADN bicatenar. El se prezint puternic rsucit i condensat. Cercetrile recente au demonstrat c acest cromozom bacterian este alctuit din 40-50 bucle care-i pstreaz structura cu ajutorul unor molecule de ARN, fiecare bucl avnd superrsuciri secundare alctuite din circa 400 perechi de nucleotide.La bacterii mai exist, pe lng cromozomul circular, un material genetic accesoriu reprezentat de plasmide.Prin plasmid se nelege o structur genetic miniatural alctuit dintr-o macromolecul de ADN, de obicei de form circular, capabil de replicaie independent de cromozomul circular sau integrat n acesta.b. Cromozomii la eucariote. Structura cromozomilor s-a putut studia n timpul diviziunii nucleare i anume n metafaz, cnd cromozomii se gsesc bine individualizai n zona ecuatorial a fusului nuclear. Fiecare cromozom este alctuit din dou uniti structurale longitudinale denumite cromatide, fiecare cromatid reprezentnd jumtate din volumul i cantitatea cromozomului, cromozom care are capacitatea de a se divide n cele dou cromatide.n fiecare cromatid se gsesc cte dou filamente rsucite unul n jurul celuilalt, formnd cromonema, care are rol de susinere a cromatidei. De-a lungul cromonemelor se afl, din loc n loc, nite ngrori sub forma unor granule, dispuse liniar, numite cromomere (de la grecescul croma = culoare; meros = parte), care dau acestora aspectul unor iraguri de mrgele.Cromonema constituie elementul structural de baz al cromozomului. Substana de baz a cromozomului este cromatina, care este de dou feluri: eucromatina i heterocromatina. Eucromatina este substana cromozomal care are proprietatea de a fixa coloranii bazici. Heterocromatina se coloreaz mai slab n timpul diviziunii celulare dect eucromatina.Cromatidele fiecrui cromozom sunt unite ntr-un singur punct numit trangulare primar ce poart numele de centromer. n rest, cromatidele sunt libere, iar dac cromozomul este lung cele dou cromatide surori pot fi reciproc ncolcite. Totodat, centromerul reprezint o structur special a cromozomului care-i permite s ndeplineasc dou funcii: s in legate cele dou cromatide, pe de o parte, iar pe de alt parte, s orienteze i s asigure micarea cromozomilor pe filamentele fusului de diviziune spre a migra spre cei doi poli ai celulelor. Din aceast cauz, centromerul mai poart numele de chinetocor (de la grecescul kinein = a mica; cheros = loc).Cromozomul care nu prezint centromer nu este funcionabil i difuzeaz n masa nuclear.n afar de trangularea primar (constricie primar), care se afl n zona centromerului, cromozomul mai prezint de-a lungul su una sau cteva trangulri secundare, denumite i constricii secundare, deoarece apar pe braul distal al cromozomului n zona denumit organizator nucleolar. trangularea secundar care24

separ poriunea terminal de braul distal al cromozomului se numete satelit sau trabant. Att la nivelul constriciei primare, ct i la cel al constriciilor secundare, cromonemele sunt drepte, nespiralizate.Capetele cromozomului, numite telomere, au o asemenea structur nct fac imposibil, n mod obinuit, unirea capetelor similare ale cromozomilor sau cu fragmente cromozomiale, de aceea numai cromozomul cu telomer pierdut se poate uni cu fragmentul altui cromozom.n zonele cromozomiale sau subterminale ale cromozomilor apar nite nodule denumite knobi, care au proprietatea de a se colora intens i care servesc criteriu de identificare morfologic a cromozomului, deoarece numrul i poziia lor sunt constante.TEST DE EVALUARE1. De ce este important celula? Rspuns:Studiul celulei i a diviziunii celulare prezint o mare nsemntate, fcnd posibil identificarea materialului genetic, a mecanismelor prin care genele se transmit de la celula mam la celulele fiice, de la ascendeni la descendeni, a modului cum se realizeaz recombinarea genetic i cum se produc mutaiile la nivel genic, precum i restructurrile la nivelul cromozomilor.2. Principalele componente ale unei celule sunt? Rspuns:Exerciii:Exemplu rezolvat:1. Membrana celular reprezint:a) nveliul extern al celuleib) nveliul intern al celuleic) sediul de comunicare al celuleid) reprezint nveliul extern al celulei prin care se realizeaz comunicarea ei cu mediul externRezolvare: dDe rezolvat:2. Cu ajutorul cror tehnici de investigare au fost evideniate structurile celulare?a) internetb) telefonc) microscopRezolvare:3. Care din urmtoarele organite citoplasmatice posed capacitatea de a transmite informaia ereditar?25

a) reticulul endoplasmatic;b) ribozomii;c) mitocondriile;d) plastidele;e) nucleulRezolvare:2.2. Mitoza sau diviziunea indirect.Procesul de diviziune celular prin care dintr-o celul mam cu 2n cromozomi rezult dou celule-fiice, care conin acelai numr de cromozomi fiecare ca i celula mam din care au luat natere, se numete mitoz sau diviziune indirect. Prin aceasta se asigur, printre altele, continuitatea materialului genetic de la o generaie la alta, adic transmiterea caracterelor ereditare.Mitoza este caracteristic celulelor somatice ale organismului.Diviziunea mitotic a fost pus n eviden de FLEMING (1882) i se desfoar n cinci faze (figura 1.1).a. Interfaza sau interchineza. Interfaza reprezint intervalul dintre dou diviziuni succesive, n care cromozomii nu se disting n masa nucleului, deoarece sunt n stare de fibre cromozomiale, denumite cromatide. Firele cromozomiale apar cu o slab capacitate de colorare, n schimb, nucleolii se coloreaz i devin vizibili. Celula are o intens activitate de sintez n aceast faz, nucleul crescnd n volum, ca urmare a reduplicrii moleculelor de ADN. Duplicarea este semiconservativ, adic cele dou subuniti ale cromatidei (subcromatide sau cromoneme), sunt matrice pentru sinteza a dou noi subuniti complementare. Deci, fiecare cromatid nou este format dintr-o subunitate nou i una veche. Ca urmare, cantitatea de ADN din nucleu se dubleaz, comparativ cu cantitatea de ADN din nucleul telofazic.b. Profaza. Este faza de pregtire a mitozei. Cromatina sufer un proces de spiralizare, observndu-se ca un filament lung i subire, denumit spirem lax. Dup aceea, filamentele continu s se scurteze, s se ngroae i s se rsuceasc, se individualizeaz ct mai bine, formnd numrul diploid de cromozomi (2n), iar prin dizolvarea membranei nucleare, ei devin liberi n citoplasm. n cursul profazei, delimitarea cromozomilor este tot mai pregnant, devenind distinct alctuirea lor din cele dou cromatide.La sfritul profazei, nucleolul i membrana nuclear dispar, are loc formarea fusului de diviziune, denumit i fus nuclear sau fus central, care rezult din centrozom, i se divide n dou jumti denumite centrioli, fiecare jumtate migrnd spre un pol al celulei. Centriolii ajuni la polii celulei, fiind de natur proteic, emit formaiuni filamentoase, care se dezvolt n sens convergent, de la un pol al celulei ctre cellalt i astfel se formeaz filamentele fusului nuclear, cte un filament pentru fiecare cromozom. n momentul n care s-a format fusul nuclear i s-a distrus membrana nuclear, s-a terminat profaza.c. Metafaza. La nceputul acestei faze, cromozomii se gsesc liberi n nucleu, apoi se ndreapt spre partea central a celulei, prinzndu-se cu centromerul de filamentele fusului nuclear, formnd placa ecuatorial. n aceast faz, n urma scurtrii i colorrii cromozomilor, acetia se pot numra i studia la microscop.Cromatidele, care alctuiesc cromozomul, rmn legate ntre ele prin centromer, ns prile lor terminale devin libere. Centromerul se divide longitudinal, de fiecare26

jumtate fiind fixat cte o cromatid, iar o dat cu orientarea lor spre cei doi poli ai celulei, se sfrete metafaza i ncepe profaza.d. Anafaza. n aceast faz, cromatidele-surori din pereche, se despart i alunec fiecare spre unul din polii fusului nuclear, fiecare cromatid devenind un cromozom monocromatidic, a doua cromatid fiind n stare potenial de cromonem. Anafaza se ncheie n momentul cnd cromozomii monocromatidici au ajuns la cei doi poli ai celulei.e. Telofaza. n telofaz, cromozomii sufer procese opuse celor din profaz. Are loc o despiralizare i decondensare continu, pn cnd cromozomii i pierd integritatea i individualitatea observate la microscopul optic. Din materialul genetic al cromozomilor care au ajuns la poli, se organizeaz cte un nucleu-fiu la fiecare pol al fusului de diviziune. n jurul fiecrui nucleu-fiu apare, apoi, o membran nuclear nou i nucleolul. Dup ce au luat natere cele dou nuclee-fiice, se produce separarea citoplasmei celulei- mam n dou celule-fiice, fenomen denumit plasmodierez sau plasmotopie.

Fig. 1.1. Diviziunea celular mitotic: A-interfaza; B,C,D-profaza;E-metafaza; F-anafaza; G-telozaza; H-celule-fiiceCele dou celule-fiice care au luat natere, sunt diploide (2n), adic au acelai numr de cromozomi ca i celula-mam din care provin i, intrnd apoi n interfaz, se desfoar procesele pregtitoare unei noi diviziuni.Durata mitozei. Durata mitozei variaz cu specia, vrsta individual, natura esutului, temperatura, etc., oscilnd, n general, ntre 20 de minute, pn la cteva ore. La27

Drosophila dureaz circa 9 minute, iar n celulele de graminee ntre 78-110 minute. Se apreciaz c cel mai mult dureaz profaza, reprezentnd 60% din timp, urmat de telofaz (30%), iar cele mai scurte sunt metafaza (5%) i anafaza (5%).nsemntatea genetic a mitozei. Mitoza, asigurnd reproducerea de celule cu acelai numr de cromozomi ca i celula mam din care provin, dovedete c prin ea se realizeaz continuitatea genetic a celulelor. Dividerea longitudinal a cromozomilor n cele dou cromatide i distribuirea lor la cele dou celule-fiice, mpreun cu ntreg materialul genetic, asigur acestora aceeai constituie cantitativ i calitativ, ca i la celula-mam de la care au provenit, transmindu-se, astfel, caracteristicile ereditare specifice de la o celul la alta i de la un organism la altul.Meioza sau diviziunea reducional.Meioza sau diviziunea reducional este tipul de diviziune celular care are loc numai n celulele germinative sau sexuale i se caracterizeaz prin aceea c dintr-o celul cu 2n cromozomi rezult dou celule cu n cromozomi fiecare, adic cu numr de cromozomi redus la jumtate (haploide). Deci, meioza asigur cantitatea numrului de cromozomi din celulele-fiice.Celulele haploide, rezultate n urma meiozei, prin diviziuni de maturare devin celule sexuale sau gamei, care particip la fecundare.Plantele superioare, ca i animalele superioare, se nasc din unirea celulelor sexuale brbteti i femeieti. Aceste celule sexuate trebuie s posede numai jumtate din numrul normal de cromozomi ai celulelor din organismul respectiv (celule somatice), cci altfel, dac gameii ar fi prevzui cu numrul normal de cromozomi din celulele somatice, cu fiecare fecundare numrul de cromozomi ai speciei respective s-ar dubla la infinit, ceea ce este imposibil. Aceast njumtire a numrului de cromozomi se face prin diviziunea de reducere sau meioz.Meioza presupune existena a dou diviziuni nucleare i celulare succesive ianume:a. - diviziunea meiotic primar sau heterotipic, n care se realizeaz dou celule haploide (n) dintr-o celul-mam diploid (2n), adic are loc reducerea numrului de cromozomi. Cele dou celule haploide (n) care rezult n diviziuni meiotice primare se constituie ntr-o formaiune denumit diad;b. - diviziunea meiotic secundar sau homeotipic, n care cele dou celule haploide ale diadei se divid mitotic i formeaz patru celule haploide (n), constituite ntr- o formaiune denumit tetrad, din celulele creia, prin procese de maturaie iau natere gameii sau celulele sexuale.n figura 2.1 se prezint diviziunea meiotic.Diviziunea meiotic are aceleiai faze ca i diviziunea mitotic, att pentru prima ct i pentru a doua diviziune. Pentru a nu se confunda cu mitoza, fazele primei diviziuni meiotice (heterotipice) se noteaz cu: Profaza I, Metafaza I, Anafaza I i Telofaza I, iar cele din a doua diviziune meiotic (homeotipic) se noteaz cu: Profaza II, Metafaza II, Anafaza II i Telofaza II.a. Diviziunea meiotic primar sau heterotipic.Profaza I. n aceast faz au loc schimbri profunde cu o deosebit semnificaie genetic. Profaza I difer de cea tipic, fiind de mai lung durat, mai variat i prezint o serie de modificri caracteristice ale cromozomilor, denumite fenomene sinaptice. Profaza I este mai lung i se realizeaz n urmtoarele cinci stadii distincte i anume:28

leptonem (leptoten), zygonem (zigoten), pachinem (pachiten), diplonem (diploten) i diachineza.n leptonem (leptoten - leptos = subire; nema = filament) nucleul celulei are un numr dublu de cromozomi (2n), iar cromozomii apar sub form de filamente subiri, individualizai i ncep s se ngroae i s se scurteze ca urmare a spiralizrii filamentelor. Dei sunt n numr diploid, ei nu se mperecheaz, rmnnd ca monovaleni.n zygonem (zigoten - zigosos = unire, mbinare) cromozomii omologi, unul de la mam i altul de la tat, se conjug (asociaz) ntre ei, formnd cromozomii bivaleni. Procesul acesta se cheam mperechere sau sinapsis ( de la cuvntul grecesc synapto = unire). Conjugarea cromozomilor omologi n acest stadiu este de mare importan, ea asigurnd recombinarea genetic la diferite organisme, prin schimbul reciproc de gene ntre cromozomii omologi.n pachinem (pachiten - pachys = gros) are loc un proces de scurtare i de ngroare a cromozomilor omologi, legtura dintre cei doi cromozomi omologi devenind tot mai strns i din aceast cauz rezult aparent o fuzionare i deci, o njumtire numeric. Cromozomul bivalent apare cu aceast structur dubl foarte stabil, iar cromozomii care alctuiesc bivalentul au fost numii i gemeni cromozomali. n acest stadiu, nucleolul este evident.

Fig. 2.1. Diviziunea reducional sau meiozan diplonem (diploten - diplos = dublu) apare structura dubl a cromozomilor, fiecare cromozom bivalent scindndu-se longitudinal n patru cromatide, formnd aa numita tetrad a cromatidelor. Tendina de respingere a cromozomilor la nivelul fiecrui bivalent, nu reuete s separe cromozomii din bivaleni, ci numai s-i ndeprteze, ei rmnnd unii n anumite puncte care poart numele de chiasme. n aceste puncte se admite c se realizeaz schimbul reciproc de fragmente ntre cei doi cromozomi omologi ai fiecrui bivalent, ele reprezentnd expresia citologic a crossing-overului genetic. Datorit acestor tendine de repulsie ntre omologi, pe de o parte, i ntre cromatidele29

fiecrui omolog, pe de alt parte, bivalenii apar la microscop ca filamente duble, de unde i denumirea stadiului de diplonem. n diplonem nucleolul se reduce ca mrime, ns continu s aib ataat de el anumii cromozomi.n diakinez (dia - prin, kinesis = micare) scurtarea i ngroarea cromozomilor este maxim. Spre sfritul diakinezei nucleolul dispare, iar cromozomii rmai nc sub form de bivaleni sufer un proces de rspndire periferic n nucleu. Tot acum are loc dizolvarea membranei nucleare i se formeaz fusul de diviziune. Cu aceasta se ncheie profaza I.Metafaza I. Aceasta ncepe cu resorbirea membranei nucleare i formarea fusului de diviziune. Cromozomii bivaleni se prind cu ajutorul centromerilor de filamentele fusului de diviziune, se dispun la mijlocul celulei formnd placa ecuatorial. n metafaz, cromozomii ating un grad de condensare maxim, care corespunde unei spiralizri intense a cromonemelor din fiecare cromatid, n unele cazuri demonstrndu-se prezena unor spirale minore i a unei spirale majore, care stau la baza acestei structuri dublu- elicoidale a cromonemelor. Distana dintre cei doi centromeri ai fiecrui bivalent depinde de poziia chiasmelor apropiate . Dac exist dou chiasme apropiate de o parte i de alta a centromerilor, acetia vor fi apropiai i aezai la o distan mic de o parte i de alta a plcii ecuatoriale. Dac, dimpotriv, exist o distan mare ntre chiasme i centromeri, acetia se vor fixa pe fus la mijlocul distanei dintre planul ecuatorial i poli. ntr-un bivalent, care prezint mai multe chiasme de o parte i de cealalt a centromerilor, bucla care i cuprinde va fi dispus perpendicular pe planul ecuatorial.Anafaza I ncepe din momentul n care, cromozomii care au alctuit bivalentul, devin liberi i alunec spre cei doi poli ai fusului de diviziune. Astfel, se ajunge ca numrul diploid (2n) de cromozomi s fie redus la jumtate, la numrul haploid (n), gametic. Prin urmare, fiecare nucleu rezultat din diviziunea reducional va conine gene de la ambii prini, fapt care reprezint premisa pentru combinaii ale genelor n descenden. Excepie fac numai cazurile de nlnuire a genelor (linkage).Telofaza I. Dup ce ajung la cei doi poli ai celulei, cromozomii sufer un proces de despiralizare i decondensare. La fiecare pol se formeaz cte un nucleu-fiu care are o garnitur haploid de cromozomi. Se reorganizeaz nucleolii, se formeaz membranele nucleilor, iar prin fenomenul de plasmodierez are loc separarea celor dou celule haploide, care alctuiesc o formaiune denumit diad. Cu formarea diadei se termin prima diviziune meiotic (heterotipic). ntre diviziunea primar i secundar, intervalul denumit interchinez este foarte scurt.b. Diviziunea meiotic secundar sau homeotipic.La nivelul celor dou nuclee haploide ale diadei, a doua diviziune meiotic se desfoar dup tipul obinuit al diviziunii mitotice descris anterior, numai c nucleele supuse diviziunii sunt haploide i nu diploide. Cele dou celule-fiice haploide se divid nc o dat, formndu-se patru celule haploide alctuind o tetrad. Fazele diviziunii secundare sunt: Profaza II, Metafaza II, Anafaza II i Teloraza II.Profaza II. Cromozomii ntr-un numr simplu (n), se individualizeaz, devin vizibili, iar membrana nuclear dispare.Metafaza II. Cromozomii se situeaz fiecare, prin intermediul centromerului, pe un filament al fusului nuclear formnd placa ecuatorial.Anafaza II. Cromozomii se divid fiecare n dou cromatide, care devin cromozomi independeni i se ndreapt spre cei doi poli ai celulei.30

Telofaza II. Cromozomii se ncorporeaz n nucleii-fii, formndu-se totodat i membrana nuclear. La ncheierea diviziunii homeotipice apar patru nuclei, respectiv patru celule haploide care formeaz o tetrad i apoi aceasta, n urma unui proces de maturaie, se transform n gamei, api pentru a participa la fecundare. Deci, gameii au doar jumtate din numrul cromozomilor din celulele somatice ale organismului respectiv, reprezentnd starea haploid.Concluzii. n urma analizei diviziunii meiotice se desprind urmtoarele concluzii:a. Din celula iniial diploid (2n) rezult, ca urmare a primei diviziuni meiotice (heterotipice), dou celule haploide - diada.b. Ca urmare a celei de-a doua diviziuni meiotice (homeotipice) rezult patru celule haploide - tetrada, din care vor lua natere gameii.c. n urma diviziunii heterotipice rezult, pe de o parte, reducerea numeric a cromozomilor celulei (se njumtete), iar pe de alt parte, cromozomii pot suferi modificri calitative ca urmare a fenomenelor sinaptice ale profazei I, unde se pot produce schimbri ntre cromozomi i respectiv noi combinaii de gene.Cariotipul. n general, fiecare specie de plante sau ras de animale, prezint complementul su caracteristic de cromozomi denumit cariotip, caracterizat prin forma, numrul i mrimea cromozomilor din genomul unui set diploid.Genomul reprezint setul minim de cromozomi motenit ca unitate de la unul dinprini.Imensitatea lucrrilor de citogenetic din ultima vreme a fcut necesar standardizarea modului de nregistrare a datelor sau noiunilor utilizate despre cromozomi. Astfel, a fost elaborat aceast standardizare n cadrul a patru conferine internaionale: Denver (1960), Londra (1963), Chicago (1966), Paris (1971).La conferina de la Denver (1960), termenul de cariotip a fost definit astfel: o aranjare sistematic a cromozomilor unei celule, preparai prin desenare sau fotografiere, n sensul lrgit conform cruia cromozomii unei singure celule pot reprezenta cromozomii unui individ sau chiar al unei specii", iar termenul de idiogram ca: reprezentarea diagramatic a unui cariotip, care se bazeaz pe msurtori de cromozomi din cteva sau mai multe celule".O definiie mai complet i amnunit a cariotipului este cea dat de Huges (1966): ,Prin cariotip se nelege o aranjare sistematic a cromozomilor unei celule mitotice sau meiotice, implicnd numrul, forma, mrimea sau orice alt caracteristic care poate fi reprezentativ pentru complementul cromozomal al unei varieti celulare, individ sau specie" (Raicu, C. i colab., 1983).Stadiul de diviziune cel mai adecvat analizei cariotipului este metafaza mitotic, cnd cromozomii prezint un maxim de condensare i colorare.Forma cromozomilor este caracteristic fiecrei perechi i se poate prezenta sub forma urmtoarelor aspecte: bastona, granular, circular, filamentoas sau poate lua forma literelor U, L, V, X, etc.Mrimea cromozomilor este variat, acetia putnd avea lungimea cuprins ntre 0,2-30 p, iar grosimea ntre 0,2-2 p.Numrul de cromozomi variaz n limite foarte largi i nu poate fi pus n legtur cu gradul de evoluie al speciilor.Observaie: Procedeul cel mai larg utilizat n studiul cromozomilor metafazici este acela al msurtorilor. Se msoar, de obicei, lungimea integral a cromozomilor,31

lungimea braelor, poziia constriciilor secundare n raport cu cea a centromerului, etc. Aceste criterii nu permit ntotdeauna o identificare precis a cromozomilor. Dificultile in, mai ales, de existena unor fluctuaii care pot masca foarte mult diferenele reale ntre cromozomi. Astfel, la fluctuaiile strict biologice se pot aduga: eroarea personal, care provine din imprecizia msurtorilor, eroarea optic, heteropicnoza unor regiuni cromozomiale sau a unor cromozomi ntregi (de pild cromozomii sexului), gradul de ntindere a regiunii centromerice, momentul metafazic pe baza cruia se efectueaz analiza, etc.La Conferina Internaional de la Denver (Anglia-1960), s-a recomandat utilizarea urmtorilor parametri:1. Lungimea fiecrui cromozom raportat la lungimea total a unui complement haploid normal (de exemplu la om, suma lungimii celor 22 de centrozomi i a unui cromozom X), exprimat la 1000 (0/00);2. Raportul braelor cromozomiale, exprimat prin raportul dintre braul lung i braul scurt (bra lung/bra scurt);3. Indexul centromeric, exprimat prin raportul dintre braul scurt i lungimea total a cromozomului, raportat la 100 (bra scurt / lungimea cromozomului x 100).Patan (1965) recomand reprezentarea cromozomilor sub form de puncte ntr-un sistem de coordonate n care se noteaz pe abscis lungimea braului lung, iar pe ordonat lungimea braului scurt, ambele exprimate n procente din lungimea total a complementului cromozomial haploid. Aceast distribuie de puncte a fost denumit cariogram. Prin obinerea unui tip asemntor de apropiere ntre punctele unor perechi de cromozomi n cariogramele efectuate din diferite celule se poate stabili omologia cromozomilor respectivi.Reinem: Pentru elaborarea unui cariotip, prima condiie este identificarea morfologic a cromozomilor. Pentru definirea poziiei centromerului i a diferitelor tipuri morfologice de cromozomi care rezult din aceast localizare, se recomand nomenclatura propus de Levan i colaboratorii (1964). Poziia centromerului, una din caracteristicile cele mai constante ale cromozomilor, poate fi exprimat prin relaiile: d = l - s sau r = l/s.l i s - lungimea braului lung, respectiv a celui scurt; d - diferena dintre braul lung i braul scurt; r - raportul dintre brae.Dac se cunosc lungimea cromozomului i indicele centromeric, se poate calcula lungimea braului lung conform relaiei: l = c (100 - i) / 100 c - lungimea cromozomului; i - indicele centromeric.n raport cu cele 4 regiuni aproximativ egale n care este mprit fiecare bra al cromozomilor, s-a propus urmtoarea nomenclatur standardizat (tabelul 5): cromozomi metacentrici - ce au centromerul situat n punctul median (M) sau n regiunea median (m); cromozomi telocentrici - ce au centromer terminal (T); cromozomi acrocentrici - ce au centromerul n regiunea terminal (t); cromozomi submetacentrici - ce au centromerul situat n regiunea submedian (sm) sau subterminal (st).32

Etapele alctuirii cariotipuluiPentru studiul cromozomilor n vederea alctuirii unui cariotip, la efectuareapreparatelor microscopice se folosete etapa de prefixare pentru a avea loc o acumularede metafaze n esutul meristematic, cromozomii puternic contractai fiind rspndii ntoat celula.La alctuirea unui cariotip, indiferent de materialul din care sunt efectuatepreparatele, necesit parcurgerea a dou etape:1. Etapa prelucrrii microscopice - const n alegerea sistematic a metafazelorce urmeaz a fi analizate. Cromozomii din aceste metafaze nu trebuie s fie suprapui is fie mprtiai pe o suprafa ct mai mic. Asupra acestora se va efectua analizamicroscopic, utiliznd mrirea maxim a microscopului n condiii perfecte deluminozitate i claritate, urmrindu-se urmtoarele obiective:a) numrul de cromozomi. Se determin direct din placa metafazic sau dupdesenul obinut cu ajutorul camerei clare. Pentru a evita erorile la numrare, se mpartemetafaza n mod arbitrar n 4 seciuni n care cromozomii se numr separat i apoi sensumeaz;b) identificarea cromozomilor. Const n identificarea cromozomilor aparinnddiferitelor grupe i notarea lor pe desenul metafazei;c) identificarea aberaiilor cromozomiale. Se noteaz pe desenul metafazei felulaberaiei i localizarea ei la cromozomii afectai.2. Etapa prelucrrii fotografice - const n fotografierea a cel puin 10% dinnumrul metafazelor studiate, alegndu-le pe cele mai clare. Lng acestea sefotografiaz i micrometrul obiectiv.n vederea individualizrii i omologrii cromozomilor este necesar iniialmsurarea lungimii cromozomilor. Pentru aceasta, se numeroteaz cromozomii pefotografie pornind de la un capt spre cellalt. La fiecare cromozom se va msura, cuajutorul unui compas i utiliznd valorile de pe fotografia micrometrului obiectiv,lungimea braului lung, a braului scurt i a satelitului (cnd este prezent), datele obinutefiind nregistrate ntr-un tabel. Se recomand a fi msurate ambele cromatide alecromozomului, n tabel trecnd media lungimii lor. Dup aceea, cromozomii suntdecupai cu foarfeca i aranjai n cariotip n ordinea descresctoarea a lungimii lor. Lalungimi egale, cromozomii se aleg n funcie de poziia centromerului (de la median laterminal). Aranjarea lor se poate face pe grupe morfologice notate cu cifre sau litere. nfinal, pentru fiecare specie se ntocmete idiograma corespunztoare.TEST DE EVALUARE1. Ce sunt cromozomii i din ce iau ei natere?Rspuns:Cromozomii elemente nucleare compacte, care au capacitatea de a se colora cucolorani bazici i pot fi observai la microscop i se formeaz din cromatin n timpuldiviziunii celulare, cromatin care se fragmenteaz n cromozomi.2. Cromozomii eucariotelor se deosebesc sau nu, din punct de vedere morfo- structural de cromozomii procariotelor? ndeplinesc ei aceleai funcii genetice sau nu?33

Rspuns:Exerciii:Exemplu rezolvat:1. n procesele de cretere, dezvoltare i nmulire a plantelor superioare i animalelor, au loc mai multe tipuri de diviziune?a) diviziune directb) diviziune indirectc) diviziune reducionalRezolvare: b i cDe rezolvat:2. La nivelul crui tip ce celule se desfoar mitoza?a) sexualeb) somaticec) plastidiceRezolvare:Rezumatul temeiStudiul celulei, al componentelor citoplasmatice cu rol n transmiterea ereditii i a diviziunilor celulare prezint o mare nsemntate, deoarece face posibil identificarea materialului genetic, a mecanismelor prin care genele se transmit de la celula mam la celulele fiice, de la ascendeni la descendeni, a modului cum se realizeaz recombinarea genetic i cum se produc mutaiile la nivel genic, precum i restructurrile la nivelul cromozomilor.Imensitatea lucrrilor de citogenetic din ultima vreme a fcut necesar standardizarea modului de nregistrare a datelor sau noiunilor utilizate despre cromozomi. De aceea se prezint aceast standardizare stabilit n cadrul a patru conferine internaionale, respectiv aranjarea sistematic a cromozomilor unei celule sub form de cariotip, precum i a termenului de idiogram ca i reprezentare diagramatic a unui cariotip, care se bazeaz pe msurtori de cromozomi din cteva sau mai multe celule.34

Descriere tema 3 Legile mendeliene ale ereditiiUniti de nvare.Teoria factorilor ereditari i principiile analizei genetice.Monohibridarea. Legea segregrii genelor.Legea segregrii independente a factorilor ereditari.Probabilitatea i raporturile mendeliene de segregare. Mecanismul citologic al segregrii caracterelor.Obiectivele temei: dobndirea cunotinelor necesare nelegerii legitilor i fenomenelor ereditii i variabilitii n lumea vie demonstrarea faptului c, transmiterea ereditar a caracterelor se realizeaz prin intermediul unor factori ereditari, prezeni n toate celulele organismului.Timpul alocat temei: 6 oreBibliografie recomandat:1. VOICA, N., 2001 - Genetica - tiina ereditii. Editura Reduta, Craiova.2. VOICA, N., SOARE, M., SOARE PAULA, 2003 - Genetic vegetal. Ed. Universitaria, Craiova.3. VOICA, N., SOARE, M., SOARE PAULA, 2005 - Principii de genetic. Editura Universitaria, Craiova.4. PAULA IANCU - Genetica - ndrumtor de lucrri practice, Tipografia Universitii din Craiova, 2007.5. NICOLAE VOICA, MARIN SOARE, PAULA IANCU, ELENA BONCIU - Genetica n actualitate, Editura Universitaria Craiova, 2007.6. PAULA IANCU - Genetic, Ed. Sitech, 2008.3.1. Teoria factorilor ereditari i principiile analizei geneticeModul de transmitere a caracterelor i nsuirilor de la prini la descendeni a preocupat pe muli cercettori. Primele experiene n acest sens au fost experienele de hibridare la plante. Rezultatele experienelor de hibridare au dat posibilitatea generalizrii unui mod legic de transmitere a caracterelor ereditare. Legitatea aceasta se bazeaz pe experienele de hibridare efectuate la plante de ctre botanistul ceh GREGOR MENDEL (1822-1884), care a studiat tiinele naturii i matematica la Liceul din Brno (Cehoslovacia).Timp d