Гибридологический метод менделя основан на межвидовом скрещивании растений гороха

Обновлено: 18.09.2024

Генетика – это наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими.

Наследственность – способность организмов порождать себе подобных и передавать свои признаки и качества из поколения в поколение; свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями.

Изменчивость – появление различий между организмами (частями организма или группами организмов) по отдельным признакам; это существование признаков в различных формах (вариантах).

Ген – это участок молекулы ДНК (участок хромосомы), определяющий возможность развития отдельного элементарного признака (содержащий информацию о первичной структуре белка).

Аллельные гены – различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологических хромосом.

Аллели определяют варианты развития одного и того же признака. В диплоидной клетке могут присутствовать не более двух аллелей одного локуса одновременно. В одной гамете два аллеля находиться не могут.

Генотип – это совокупность всех генов организма.

Фенотип – совокупность всех признаков организма.

Доминантный ген – признак, подавляющий развития другого признака.

Рецессивный признак – подавляемый признак.

Гибридизация – это скрещивание организмов.

Гибридологический метод основан на скрещивании гибридов и гибридизации. Основу генетического анализа составляет гибридологический метод, основанный на анализе наследования признаков при скрещиваниях. Гибридологический анализ, основы которого разработал основатель современной генетики Г. Мендель, основан на следующих принципах:

1. Использование в качестве исходных особей (родителей, форм), не дающих расщепления при скрещивании, т. е. константных форм.

2. Анализ наследования отдельных пар альтернативных признаков, то есть признаков, представленных двумя взаимоисключающими вариантами.

3. Количественный учет форм в ходе последовательных скрещиваний и использование математических методов при обработке результатов.

4. Индивидуальный анализ потомства от каждой родительской особи.

5. На основании результатов скрещивания составляется и анализируется схема скрещиваний.

Основным объектом исследования в опытах Менделя были различные сорта посевного

Ученые, вновь переоткрывшие законы Менделя

Основоположник науки генетики

Какой метод Г. Мендель использовал в своих исследованиях?

Г. Мендель при получении чистых линий гороха использовал опыление

Свойство организма передавать свои признаки строения и особенности развития из поколения в поколение

Способность живых организмов приобретать новые признаки

Наука, изучающая такие свойства живых организмов, как наследственность и изменчивость

Основные закономерности наследования были открыты Г. Менделем. Ученый достиг успехов в своих исследованиях благодаря совершенно новому, разработанному им методу, получившему название гибридологического анализа (метод Менделя). Сущность гибридологического метода в изучении наследственности состоит в том, что о генотипе организма судят по признакам (фенотипу) потомков, полученных при определенных скрещиваниях.

Основные положения и особенности метода

Мендель проанализировал закономерности наследования как в тех случаях, когда родительские организмы отличались по одной альтернативной паре (моногибридное скрещивание), так и в тех случаях, когда они отличались по нескольким альтернативным парам признаков (ди, три, поли гибридное скрещивание).

По уровню развития науки своего времени Мендель не мог еще связать наследственные факторы с определенными структурами клетки. В настоящее время установлено, что гены находятся в хромосомах, поэтому при объяснении закономерностей Менделя мы будем исходить из современных цитологических представлений о материальных носителях наследственности.

В основе метода лежат следующие положения:

Учитывается не весь многообразный комплекс признаков у родителей и гибридов, а анализируется наследование по отдельным альтернативным признакам.
Проводится точный количественный учет наследования каждого альтернативного признака в ряду последовательных поколений: прослеживается не только первое поколение от скрещивания, но и характер потомства каждого гибрида в отдельности. Гибридологический метод нашел широкое применение в науке и практике.

Подготовка к опыту

Объектом для исследования Мендель избрал горох, имеющий много сортов, отличающихся альтернативными признаками. Выбор объекта оказался удачным, так как наследование признаков у гороха происходит очень четко.

Горох обычно самоопыляемое растение (но легко опыляется и перекрестно), поэтому у Менделя была возможность проанализировать потомство как каждой особи отдельно, так и в результате перекрестного скрещивания.

Прежде, чем начать опыты, Мендель тщательно проверил чистосортность своего материала. Использованные им сорта он высевал в течение нескольких лет, и лишь убедившись в однородности (гомозиготности) материала, приступил к эксперименту.

Первый закон Менделя

В опытах Менделя при моногибридном скрещивании сортов гороха, имеющих желтые и зеленые семена, все потомство (т. е. гибриды первого поколения) оказалось с желтыми семенами. При этом не играло роли, из каких именно семян (желтых или зеленых) выросли материнские (отцовские) растения. Следовательно, оба родителя в одинаковой мере способны передавать свои признаки потомству.

Первый закон Менделя

Аналогичные результаты обнаруживались и в опытах, в которых во внимание принимались иные признаки. Так, при скрещивании растений с гладкими и морщинистыми семенами все потомство имело гладкие семена. При скрещивании растений с пурпурными и белыми цветками у всех гибридов оказались исключительно пурпурные лепестки цветков и т. д.

Обнаруженная закономерность получила название первого закона Менделя, или закона единообразия гибридов первого поколения. Признак, который проявляется в первом поколении, получил название доминантного; не проявляющийся, подавленный — рецессивного.

Условные обозначения

Вспомним, что каждая клетка тела имеет диплоидный набор хромосом. Все хромосомы парные, аллельные же гены находятся в гомологичных хромосомах. Следовательно, в зиготе всегда налицо два аллеля и генотипическую формулу по любому признаку необходимо записывать двумя буквами.

Особь, гомозиготную по доминантному аллелю, следует записать как AA, рецессивному — aa, гетерозиготную — Aa. Опыты показали, что рецессивный аллель проявляет себя только в гомозиготном состоянии, а доминантный — как в гомозиготном (AA), так и в гетерозиготном состоянии (Aa).

Гены расположены в хромосомах. Следовательно, в результате мейоза гомологичные хромосомы (а с ними аллельные гены) расходятся в различные гаметы. Но так как у гомозиготы оба аллеля одинаковы, все гаметы несут один и тот же аллель. Следовательно, гомозиготная особь дает один тип гамет.

Схематическая форма записи

Опыты по скрещиванию предложено записывать в виде схем. Условились родителей обозначать буквой P, особей первого поколения — F₁, особей второго поколения — F₂ и т. д. Скрещивание обозначают знаком умножения (X), генотипическую формулу материнской особи (♀) записывают первой, а отцовской (♂) — второй. В первой строке записывают генотипические формулы родителей, во второй — типы их гамет, в третьей — генотипы первого поколения и так далее.

Выводы эксперимента

Так как у первого родителя только один тип гамет (A) и у второго родителя также один тип гамет (a), возможно лишь одно сочетание — Aa. Все гибриды первого поколения оказываются однородными: гетерозиготными по генотипу и доминантными по фенотипу.

Следовательно, первый закон Менделя, или закон единообразия первого поколения, в общем виде можно сформулировать так: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных (взаимоисключающих) признаков, все потомство в первом поколении единообразно как по фенотипу, так и по генотипу.

Второй закон Менделя

При скрещивании гетерозиготных гибридов первого поколения между собой (самоопыление или родственное скрещивание) во втором поколении появляются особи как с доминантными, так и с рецессивными признаками, т. е. возникает расщепление, которое происходит в определенных частотных отношениях. Так, в опытах Менделя на 929 растений второго поколения оказалось 705 с пурпурными цветками и 224 с белыми. В опыте, в котором учитывалась окраска семян, из 8023 семян гороха, полученных во втором поколении, было 6022 желтых и 2001 зеленых, а из 7324 семян, в отношении которых учитывался другой признак, было получено 5474 гладких и 1850 морщинистых.

Второй закон Менделя

Обобщая фактический материал, Мендель пришел к выводу, что во втором поколении 75% особей несут доминантные признаки, а 25% — рецессивные (расщепление 3:1). Эта закономерность получила название второго закона Менделя, или закона расщепления.

Анализ результатов

Согласно этому закону, установленному Менделем, используя современные термины, можно заключить, что:

Аллельные гены, находясь в гетерозиготном состоянии, не изменяют структуру друг друга;
при созревании гамет у гибридов образуется приблизительно равное число гамет с доминантными и рецессивными аллелями;
при оплодотворении мужские и женские гаметы, несущие доминантные и рецессивные аллели, свободно комбинируются.

При скрещивании двух гетерозигот (Aa), у каждой из которых образуется два типа гамет (половина — с доминантным аллелем (A), половина — с рецессивным (a), следует ожидать четыре возможные сочетания. Яйцеклетка с аллелем A может быть оплодотворена с одинаковой долей вероятности как сперматозооном с аллелем А, так и сперматозооном с аллелем a; а яйцеклетка с аллелем a — сперматозооном либо с аллелем A, либо с аллелем a. Получаются зиготы: AA, Aa, aA, aa или AA, Aa, aa.

По внешнему облику (фенотипу) особи AA и Aa не отличимы, поэтому расщепление получается в соотношении 3:1.

По генотипу особи распределятся в отношении 1 AA : 2 Aa : 1 aa. Понятно, что если в дальнейшем от каждой группы особей второго поколения получать потомство лишь при самоопылении, то первая (AA) и последняя (aa) группы, являющиеся гомозиготными, будут давать только единообразное потомство (без расщепления), а гетерозиготные (Aa) формы будут давать расщепление.

Таким образом, второй закон Менделя, или закон расщепления, формулируется так: при скрещивании двух гетерозиготных особей, т. е. гибридов, анализируемых по одной альтернативной паре признаков, в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1 и по генотипу 1:2:1.

Статистический характер законов генетики

Для установления некоторых закономерностей биолог всегда имеет дело не с отдельными единичными фактами или объектами исследования, а с совокупностью фактов или объектов. Каждый отдельный представитель этой совокупности обладает своими свойствами, поскольку каждый из них подвержен разнообразным влияниям.

Этих влияний может быть очень много и по своему действию они могут быть настолько разнообразными, что обнаружить их для каждого отдельного случая просто невозможно.

Несмотря на это, все вместе взятые объекты обнаруживают определенные, так называемые статистические, закономерности (установленные при изучении большого числа объектов), и биолог может предвидеть последствия массового явления в целом. По отношению же к отдельному факту или объекту совокупности можно говорить только о вероятности того, что он будет иметь место, будет характеризоваться теми или иными свойствами.

Все явления в природе можно разделить на случайные и необходимые. При необходимых явлениях за явлением A будет следовать явление B. При случайных в ответ на явление A может произойти не только B, но C, D и др.

Гибридологический метод — это один из методов генетики, который полагается на изучении гибридных форм организмов по ключевым признакам.

Эта область знаний примечательна тем, что стала фундаментом для создания новых пород животных и сортов растений. Обозначенные феномены были по-своему интерпретированы Дарвином. Решающим фактором в системе передачи признаков последующим поколениям стала наследственность. По этой причине представители одного вида имеют между собой сходства.

Благодаря наследственности микроорганизмы, растения и животные сохраняют базовые характерные черты и передают их из одного поколения в другое. Наследование признаков обусловлено одним важным свойством живых существ — размножению. Появление особей в результате размножения происходит после оплодотворения. Из этого следует, что основы наследственности — в половых клетках.

Эта закономерность справедлива в отношении представителей всех царств живой природы.

А вот за счет изменчивости организмы получают совсем новые для них признаки и уникальные свойства индивидуального развития. Изменчивость указывает на то, что любая особь внутри отдельного вида является абсолютно уникальной.

Есть 2 типа изменчивости:

При этом, в каждом отдельном случае можно говорить об уникальном вкладе изменчивости в эволюционное развитие органического мира.

В генетике используется несколько уникальных методов исследования, но особое место среди них принадлежит гибридологическому методу.

Гибридологический метод генетики — это метод, основанный на изучении наследственности и изменчивости соматических клеток.

Размножение организмов в искусственно созданных условиях лежит в основе данного метода. Гибридологический метод предполагает использование:

анализа процессов генетических клеток;
анализа генетических закономерностей целого организма;
выявлений конкретных аллелей и их наследования в процессе генетической реализации одного или нескольких признаков.

Возможности использования гибридологического метода

Благодаря гибридологическому методу ученым удалось диагностировать множество наследственных заболеваний — на этапе пренатального периода развития организма. Разработка этого метода принадлежит Г. Менделю.

Суть метода заключается в проведении анализа наследования по автономным признакам, которые передаются на протяжении нескольких поколений, и формирования системы точного количественного учета наследования альтернативного признака и характера потомства гибридов.

Объектом исследования Менделя был горох — в частности, желтые и зеленые семена. Размножение гороха происходит в результате самоопыления, а изменчивость окраски происходит в пределах одного сорта. Мендель использовал искусственное опыление и занимался скрещиванием сортов с отличающимися окраской семенами.

Само же явление 100-процентного подавления одного признака другим Мендель назвал единообразием.

В ходе дальнейшего скрещивания было выявлено расщепление по окраске — в соотношении 3:1. Кроме того, в результате дигибридного скрещивания гибридов первого поколения наблюдается независимое наследование признаков с последующим проявлением у гибридов второго поколения в виде различных сочетаний.

Преимущества гибридологического метода Менделя:

легкость в исследовании и большие возможности в организации эксперимента;
наглядность, которая подразумевает демонстрацию зависимости одного признака от другого и установление принципа наследования определенного признака;
возможность выявить дискретность наследственных признаков;
доступность высокой математической точности расчетов наследственной информации;
толчок для развития науки в области наследственности и изменчивости организмов.

К открытиям Менделя также относят факт установления кодирования отдельным геном одной полипептидной цепи. Комбинация одного гена стала называться аллелью. В процессе полового размножения в гамете находится одна вариация генома по каждой аллели.

Также стоит выделить некоторые особенности гибридологического анализа:

осуществление наблюдения за контрастными, альтернативными, взаимоисключающими признаками. К примеру, оценка роста растений (высокого или низкого);
количественный учет пар альтернативных признаков, наблюдаемых в нескольких поколениях;
универсальность, благодаря которой метод используется в разнообразных областях генетики в ходе организации прикладных и фундаментальных исследований.

Важная особенность заключается в том, что математическая обработка признаков, полученных в ходе исследования, дала больше возможностей в исследовании количественных закономерностей анализируемых признаков.

Гибридологический метод исследования лежит в основе современной генетики. Гибридологический метод исследования используют вместе с тщательным подбором родителей, которые различаются по одной или двум парам признаков. Важно также ведение количественного учета закономерностей наследования признаков среди всех выведенных гибридов.

Как видно, скрещивание позволяет установить:

генотип организмов;
расстояние между генами;
явление генного сцепления.

Гибридологический метод изучения наследственности не может быть использован в отношении человека — ввиду моральной и этической составляющей, а также факта позднего полового созревания. Поэтому в генетике человека используются косвенные методы исследования.