Юннаты получили семена нескольких сортов гороха для генетических экспериментов однако среди растений
Обновлено: 15.09.2024
Генетика - это лженаука!? Так утверждали в середине 20 века в СССР. Сейчас - очень модно составлять свое генеалогическое древо. Следить за своим здоровьем с учетом наследственных заболеваний, это норма. Никто с этим уже не спорит, это прописная истина. это правда.
ЕГЭ - задачи по генетике
ЕГЭ - задачи по генетике
Определяем тип задачи Существует три способа классификации генетических задач: 1) по количеству анализируемых признаков; 2) по характеру наследования; 3) по особенности постановки вопроса. 2
ЕГЭ - задачи по генетике
ЕГЭ - задачи по генетике
Давайте рассмотрим особенности задач каждого из типов подробнее. Для большей наглядности в качестве примера будет представлена одна и та же задача — так вы увидите, как будет меняться её условие в зависимости от изменения типа. Кстати, в списке заданий ЕГЭ достаточно часто фигурирует по сути одна и та же задача, однако в зависимости от того, к какому типу решили отнести ее составители экзаменационных заданий, ее условие изменяется, поэтому те, кто сдает экзамен, часто думают, что решают совершенно разные задачи. 4
ЕГЭ - задачи по генетике
1. Расчётные задачи. В условии задачи этого типа всегда содержаться сведения о свойствах признака и характере его наследования (доминантный он или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом, наследуется независимо или сцеплено и т. п.). Кроме того, в расчётных задачах всегда указываются генотипы родительского поколения (прямо или косвенно, то есть через фенотипы), а также иногда — генотипы и фенотипы потомков. Вопрос расчётной задачи направлен на выяснение соотношения генотипов и/ или фенотипов в потомстве, вероятности появления на свет потомка с определённым генотипом или фенотипом, а также вероятности кроссинговера в определенной группе сцепления. Задачи на выяснение взаиморасположения генов в хромосоме и расстояния между ними также являются расчётными, поскольку, как мы помним, взаиморасположение и расстояние определяются через вероятность кроссинговера. 5
ЕГЭ - задачи по генетике
Пример задачи Гемофилия — это наследственное заболевание, выражающееся в нарушении нормальной свертываемости крови. Это заболевание вызывает рецессивный аллель f, который локализован в Xхромосоме человека. В семье мужчины, больного гемофилией и женщины с нормальной свёртываемостью крови, родилась дочь, у которой не наблюдалось признаков гемофилии. Позже она вышла замуж за здорового мужчину. Определите вероятность рождения в их семье ребёнка, фенотип которого был бы аналогичен фенотипу его дедушки. 6 Пример задачи
ЕГЭ - задачи по генетике
Рассуждаем Мы видим, что в условии сказано о свойствах признака (он рецессивный) и о характере его наследования (сцеплен с полом, поскольку аллель локализован в половой хромосоме). Что касается генотипов родителей, то про отца можно сказать то, что раз он здоров, его генотип должен быть XFY. По поводу генотипа матери можно сказать следующее — раз ее отец был болен гемофилией, то в его генотипе была Xхромосома с аллелем f, а значит, одна из Xхромосом его дочки тоже несет этот аллель (поскольку одну Xхромосому дочери всегда получают от отцов). Ну а тот факт, что у нее не наблюдалось признаков гемофилии, говорит о том, что во второй Ххромосоме присутствовал аллель F. 7
ЕГЭ - задачи по генетике
Решение Итак, нам нужно рассчитать вероятность рождения больного гемофилией ребенка (потому что дедушка болел гемофилией) у семейной пары, где отец обладает генотипом XFY, а мать — XFXf. Конечно, можно составить схему скрещивания и построить решётку Пеннета (и на экзамене как раз это обязательно нужно сделать), но в данном случае и так видно, что у детей могут быть генотипы XFXF, XFY, XFXf и XfY. Гемофилией будет болеть только обладатель последнего генотипа. Теперь нужно подсчитать вероятность рождения такого ребёнка — поскольку всего мы имеем 4 варианта генотипа из которых только 1 дает нужный нам фенотип, то вероятность его появления будет равна ¼ или 25%. Ответ: ¼ или 25% 8
ЕГЭ - задачи по генетике
2) Задачи на определение характера наследования признака. В условии задачи подобного типа всегда содержится описание исключительно фенотипов следующих друг за другом поколений (то есть родителей и потомства, а в некоторых случаях ещё дедушек и бабушек), а также количественная характеристика потомства, то есть соотношение их фенотипов, выраженная в числовом или процентном значении. Впрочем, иногда вместо этого может быть приведено только несколько возможных вариантов фенотипов детей. В большинстве случаев в таких задачах не говорится о том, является исследуемый признак доминантным или рецессивным — это нужно определить самостоятельно по ходу решения. Иногда в задачах подобного типа просят оформить ответ в виде родословной. 9
ЕГЭ - задачи по генетике
Пример задачи Известно, что больной гемофилией мужчина женился на здоровой женщине, и у их дочери не проявлялись признаки этой болезни. После дочь вышла замуж за здорового мужчину, и у них родился сын, который был болен гемофилией, а также здоровые дочь и сын. Определите характер наследования данного заболевания и составьте родословную вышеупомянутой семьи, начиная с дедушки и бабушки и заканчивая внуками. 1 0
ЕГЭ - задачи по генетике
Составляем родословную Давайте для наглядности нарисуем схему родословной данной семьи, используя условные обозначения, приведенные на рис . Пускай люди, больные гемофилией будут изображены в виде закрашенных фигур, а носители и здоровые — в виде не закрашенных. Римской цифрой I на схеме обозначаются бабушка и дедушка, цифрой II — их дочь и её муж, а цифрой III — их внуки. 11 Составляем родословную
ЕГЭ - задачи по генетике
Решение Как можно заключить из результатов анализа вышеприведённой схемы, аллель, вызывающий гемофилию, является рецессивным, поскольку этот признак проявляется через поколение, а не в каждом. И, поскольку он проявляется только у мужчин, но не всегда, логично предположить, что аллель локализован в X хромосоме — потому что если бы он был в Yхромосоме, то проявлялся бы в любом случае (и тогда бы он был доминантным, так как Yхромосома у человека не имеет пары). Значит, мы имеем дело со сцепленным с полом наследованием рецессивного аллеля. 12 Решение
Гибрид – организм, полученный от скрещивания двух различающихся генотипами особей.
Выполните практическую работу.
Решение задач на моногибридное скрещивание
1. Перенесите в тетрадь представленный ниже алгоритм решения генетической задачи. Проанализируйте представленную в учебнике схему наследования признаков при моногибридном скрещивании и заполните пропуски в алгоритме.
Алгоритм решения задачи на моногибридное скрещивание
1. Запишем объект исследования и обозначение генов в таблицу.
2. Решите задачи на моногибридное скрещивание.
1. У человека ген длинных ресниц доминирует над геном коротких ресниц. Женщина с длинными ресницами, у отца которой были короткие ресницы, вышла замуж за мужчину с короткими ресницами. Сколько типов гамет образуется у женщины? Сколько типов гамет образуется у мужчины? Какова вероятность рождения в данной семье ребёнка с длинными ресницами (в %)? Сколько разных генотипов и сколько фенотипов может быть среди детей данной супружеской пары (назовите их)?
Ответы: У женщины образуется 2 типа гамет (А и а). У мужчины образуется один тип гамет (а). Вероятность рождения в данной семье ребёнка с длинными ресницами равна 50%. Среди детей данной супружеской пары может быть два генотипа (Аа и аа) и два фенотипа (длинные и короткие ресницы) соответственно.
2. Ген, вызывающий сахарный диабет, рецессивен по отношению к гену нормального состояния. У здоровых супругов родился ребёнок с сахарным диабетом.
1) Сколько типов гамет может образоваться у отца?
2) Сколько типов гамет может образоваться у матери?
3) Какова вероятность рождения здорового ребёнка в данной семье?
4) Сколько разных генотипов может быть среди детей этой супружеской пары? 5) Какова вероятность, что второй ребёнок в этой семье тоже будет страдать сахарным диабетом?
Ответы: 1) У отца образуется 2 типа гамет (А и а).
2) У матери образуется 2 типа гамет (А и а).
3) Вероятность рождения здорового ребенка в данной семье – 75%.
4) Среди детей этой супружеской пары может быть 3 разных генотипа (АА, Аа, аа).
5) Вероятность того, что второй ребенок в этой семье будет страдать сахарным диабетом – 25%.
Вопросы
1. Каких правил придерживался Г. Мендель при проведении своих опытов?
Во-первых, работая с садовым горохом, он использовал для скрещивания растения, которые относились к различным сортам. Так, например, у одного сорта горошины всегда были жёлтые, а у другого - всегда зелёные. Так как горох самоопыляемое растение, то в природных условиях эти сорта не смешиваются. Такие сорта называют чистыми линиями.
Во-вторых, чтобы получить больше материала для анализа законов наследственности, Мендель работал не с одной, а с несколькими родительскими парами гороха.
В-третьих, Мендель намеренно упростил задачу, наблюдая за наследованием не всех признаков гороха сразу, а только одной их пары. Для своих опытов он изначально выбрал цвет семян гороха - горошин. В тех случаях, когда родительские организмы различаются лишь по одному признаку (например, только по цвету семян или только по форме семян), скрещивание называют моногибридным.
В-четвёртых, имея математическое образование, Мендель применил для обработки данных количественные методы: он не просто замечал, каков цвет семян гороха у потомства, но и точно подсчитывал, сколько таких семян появилось.
2. Почему для опытов Г. Менделя был удачным выбор гороха?
Горох легко выращивать, в условиях Чехии он размножается несколько раз в год, сорта гороха отличаются друг от друга рядом хорошо заметных признаков, и, наконец, в природе горох самоопыляем, но в эксперименте это самоопыление легко предотвратить, и экспериментатор может опылять растение пыльцой с другого растения, т. е. перекрёстно.
3. Какие гены называются аллельными?
Гены, ответственные за развитие одного признака (например, цвета семян), получили название аллельных генов.
4. Чем гомозиготный организм отличается от гетерозиготного?
Гомозиготный организм содержит два одинаковых аллельных гена (например, оба гена зелёного цвета семян или, наоборот, оба гена желтизны семян). Если же аллельные гены различны (т. е. один из них определяет жёлтую, а другой - зелёную окраску семян), то такие организмы называют гетерозиготными.
5. В чём суть гибридологического метода?
Суть гибридологического метода заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга какими-либо признаками, и в последующем анализе характера наследования этих признаков у потомства.
6. Что такое моногибридное скрещивание?
В тех случаях, когда родительские организмы различаются лишь по одному признаку (например, только по цвету семян или только по форме семян), скрещивание называют моногибридным.
7. Какой признак называется доминантным; рецессивным?
Проявляющийся у гибридов признак (желтизну семян или гладкость семян) Мендель назвал доминантным, а подавляемый признак (т. е. зелёный цвет семян или морщинистость семян) - рецессивным.
Задания
1. Объясните, в чём суть правила единообразия гибридов первого поколения. Проиллюстрируйте свой ответ схемой.
Правило единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга одним признаком, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей, и поколение по данному признаку будет единообразным.
2. Сформулируйте правило расщепления. Нарисуйте схему скрещивания гибридов первого поколения.
Правило расщепления: при скрещивании двух потомков (гибридов) первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление, и снова появляются особи с рецессивными признаками; эти особи составляют одну четвёртую часть от всего числа потомков второго поколения.
3. Сформулируйте закон чистоты гамет.
Закон чистоты гамет: при образовании гамет в каждую из них попадает только один из двух аллельных генов.
Данный материал будет полезен тем, что собраны задания по генетике, эмбриологии, деление клетки, митоз, мейоз. Задания повышенной и высокой уровни сложности.
От скрещивания двух сортов земляники, один из которых имеет усы и красные ягоды, а второй не имеет усов и образует белые ягоды, в первом поколении все растения имели усы и розовые ягоды. От скрещивания растений без усов с розовыми ягодами с растениями без усов с красными ягодами получены две фенотипические группы растений: без усов розовые и без усов красные. Составьте схемы двух скрещиваний. Определите генотипы родителей и потомства, характер наследования окраски ягод у земляники, закон наследственности, который проявляется в данном случае.
1) В первом скрещивании: скрещивания двух сортов земляники, один из которых имеет усы и красные ягоды, а второй не имеет усов и образует белые ягоды получили 100% потомства с усами и розовыми ягодами. Согласно правилу единообразия Менделя получаем, что усы — доминантный признак; отсутствие усов — рецессивный.
Розовая окраска — промежуточный признак: BB - красная окраска; Bb - розовая; bb - белая.
2) При этом в первом скрещивании
Схема скрещивания
P ♀ АABB х ♂ ааbb
фенотип: с усами, розовые
Во втором скрещивании от скрещивания растений без усов с розовыми ягодами с растениями без усов с красными ягодами получены две фенотипические группы растений: без усов розовые и без усов красные.
значит согласно анализирующему скрещиванию (расщепление по признаку дают гетерозиготные организмы)
— без усов с розовыми ягодами — aaBb
— без усов с красными ягодами — aaBB
Схема скрещивания
P ♀ aaBb х ♂ aaBB
фенотип: без усов красные; без усов розовые
4) Закон наследственности: По признаку окраски плодов - неполного доминирования.
Дополнительно.
Независимое наследование признаков (III закон Менделя) между первым и вторым признаком,
а также анализирующее скрещивание и правило единообразия гибридов I поколения.
Группа крови и резус-фактор — аутосомные несцепленные признаки. Группа крови контролируется тремя аллелями одного гена: i 0 , 1 А , 1 В . Аллели I А и I В доминантны по отношению к аллелю i 0 . Первую группу (0) определяют рецессивные аллели i 0 , вторую группу (А) определяет доминантный аллель I А , третью группу (В) определяет доминантный аллель I В , а четвёртую (АВ) — два доминантных аллеля — I А I В . Положительный резус-фактор (R) доминирует над отрицательным (r).
У отца третья группа крови и положительный резус (дигетерозигота), у матери вторая группа и положительный резус (дигомозигота). Определите генотипы родителей. Какую группу крови и резус-фактор могут иметь дети в этой семье, каковы их возможные генотипы и соотношение фенотипов? Составьте схему решения задачи. Какой закон наследственности проявляется в данном случае?
1) Генотипы родителей матери (по условию дигомозигота) RR I А I А ; отца (по условию дигетерозигота) Rr I В i 0
2) т. к. у матери образуется один тип гамет, а у отца четыре, то при скрещивании получаем расщепление по генотипу 1:1:1:1 RRI А I В ; RRI А i 0 ; RrI А I В ; RrI А i 0
Фенотипы детей: 50% резус-положительные IV группа крови : 50% резус-положительные II группа крови
3) Закономерности: кодоминирование по признаку группы крови; независимое наследование признаков по (между)первому и второму признаку.
У крупного рогатого скота красная окраска шерсти неполно доминирует над светлой, окраска гетерозиготных особей чалая. Гены признаков аутосомные, не сцеплены.
Скрещивали красных комолых (В) коров и чалых рогатых быков, в потомстве получились красные комолые (безрогие) и чалые комолые особи. Полученные гибриды F1 с разными фенотипами были скрещены между собой. Составьте схемы решения задачи. Определите генотипы родителей и потомков в обоих скрещиваниях, соотношение фенотипов в поколении F2. Какой закон наследственности проявляется в данном случае? Ответ обоснуйте.
ĀĀ — красная окраска шерсти
Āа — чалая окраска шерсти
аа — светлая окраска шерсти
ВВ Bb — комолые (безрогие)
♀ ĀĀВВ — красная комолая корова (по второму признаку ВВ, т.к. в F1 всё потомство комолое, т.е. по правилу единообразия гибридов первого поколения скрестили ВВ х Вb)
♂ Āаbb — чалый рогатый бык
Форма крыльев у дрозофилы – аутосомный ген, ген размера глаз находится в Х-хромосоме. Гетерогаметным у дрозофилы является мужской пол.
При скрещивании двух дрозофил с нормальными крыльями и нормальными глазами в потомстве появился самец с закрученными крыльями и маленькими глазами. Этого самца скрестили с родительской особью. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей и полученного самца F1, генотипы и фенотипы потомства F2. Какая часть самок от общего числа потомков во втором скрещивании фенотипически сходна с родительской самкой? Определите их генотипы.
1. Определяем какие признаки доминантные. Т.к. скрестили гетерозигот, и в потомстве получили признак, которого не было у родительских форм, значит, А - нормальные крылья (доминантный аутосомный), а - закрученные крылья (рецессивный аутосомный); X B - нормальные глаза, X b - маленькие глаза.
Гамету aX b самец с закрученными крыльями и маленькими глазами получил от матери; aY -от отца; отсюда генотипы родительской пары: ♀AaX B X b ; ♂ AaX B Y
2. P ♀ AaX B X b x ♂ AaX B Y, в F1 самец aaX b Y
3. Теперь этого самца скрещиваем с родительской самкой
P ♀ AaX B X b x ♂ aaX b Y
G ♀ AX B ; Ax b ; aX B ; aX b
F1 AaX B X b −нормальные крылья, нормальные глаза
AaX b X b −нормальные крылья, маленькие глаза
aaX B X b −закрученные крылья, нормальные глаза
aaX b X b −закрученные крылья, маленькие глаза
AaX B Y−нормальные крылья, нормальные глаза
AaX b Y−нормальные крылья, маленькие глаза
aaX B Y−закрученные крылья, нормальные глаза
aaX b Y−закрученные крылья, маленькие глаза
4. Фенотипически сходна с родительской самкой (с нормальными крыльями и нормальными глазами) 1/8 часть самок от общего числа потомков F2 (12,5%)
При скрещивании томата с пурпурным стеблем (А) и красными плодами (В) и томата с зеленым стеблем и красными плодами получили 722 растения с пурпурным стеблем и красными плодами и 231 растение с пурпурным стеблем и желтыми плодами. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей, потомства в первом поколении и соотношение генотипов и фенотипов у потомства.
1) Генотипы родителей: пурпурный стебель, красные плоды — AABb (гаметы: AB и Ab); зеленый стебель, красные плоды — aaBb (гаметы aB и аb);
2) генотипы потомства в F1: AaBB, AaBb, Aabb;
3) соотношение генотипов и фенотипов в F1:
пурпурный стебель, красные плоды — 1 AaBB : 2 AaBb
пурпурный стебель, желтые плоды — 1 Aabb.
Т.к. в потомстве 100% - пурпурные, значит, тот родитель, который пурпурный стебель, красные плоды — AABb Согласно правилу единообразия гибридов первого поколения Менделя.
Дигетерозиготное растение гороха с гладкими семенами и усиками скрестили с растением с морщинистыми семенами без усиков. Известно, что оба доминантных гена (гладкие семена и наличие усиков) локализованы в одной хромосоме, кроссинговер не происходит. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей, фенотипы и генотипы потомства, соотношение особей с разными генотипами и фенотипами. Какой закон при этом проявляется?
При скрещивании растения гороха с гладкими семенами и усиками с растением с морщинистыми семенами без усиков все поколение было единообразно и имело гладкие семена и усики. При скрещивании другой пары растений с такими же фенотипами (гороха с гладкими семенами и усиками и гороха с морщинистыми семенами без усиков) в потомстве получили половину растений с гладкими семенами и усиками и половину растений с морщинистыми семенами без усиков. Составьте схему каждого скрещивания. Определите генотипы родителей и потомства. Объясните полученные результаты. Как определяются доминантные признаки в данном случае?
Схема решения задачи включает:
1) 1-е скрещивание:
семена гладкие и усики × морщинистые и без усиков
семена гладкие и усики;
2) 2-е скрещивание:
семена гладкие и усики × морщинистые и без усиков
семена гладкие и усики; семена морщинистые без усиков;
3) Гены, определяющие гладкие семена и наличие усиков, являются доминантными, так как при 1-м скрещивании всё поколение растений было одинаковым и имело гладкие семена и усики. Гены, определяющие гладкие семена и наличие усиков (А, В), локализованы в одной хромосоме и наследуются сцеплено, так как при 2-м скрещивании произошло расщепление по двум парам признаков в соотношении 1:1
Одна из форм анемии (заболевание крови) наследуется как аутосомный доминантный признак. У гомозигот это заболевание приводит к смерти, у гетерозигот проявляется в лёгкой форме. Женщина с нормальным зрением, но лёгкой формой анемии родила от здорового (по крови) мужчины-дальтоника двух сыновей – первого, страдающего лёгкой формой анемии и дальтонизмом, и второго, полностью здорового. Определите генотипы родителей, больного и здорового сыновей. Какова вероятность рождения следующего сына без аномалий?
У томатов тип соцветия и форма плода определяются сцепленными генами, расстояние между которыми составляет 24 морганиды. Нормальная форма плода доминирует над продолговатой, простое соцветие - над сложным. Скрестили дигетерозиготное растение, которое унаследовало доминантные гены от разных родителей, с дигомозиготой по рецессиву. Какое потомство и в каком соотношении получили?
У человека наследование альбинизма не сцеплено с полом (А – наличие меланина в клетках кожи, а – отсутствие меланина в клетках кожи – альбинизм), а гемофилии – сцеплено с полом (X Н – нормальная свёртываемость крови, X h – гемофилия). Определите генотипы родителей, а также возможные генотипы, пол и фенотипы детей от брака дигомозиготной нормальной по обеим аллелям женщины и мужчины альбиноса, больного гемофилией. Составьте схему решения задачи.
1) генотипы родителей: ♀AAX H X H (гаметы AX H ); ♂aaX h Y (гаметы aX h , aY);
2) генотипы и пол детей: ♀AaX H X h ; ♂AaX H Y;
3) фенотипы детей: внешне нормальная по обеим аллелям девочка, но носительница генов альбинизма и гемофилии; внешне нормальный по обеим аллелям мальчик, но носитель гена альбинизма.
Докажите, почему вегетативное размножение растений относят к бесполому. Приведите не менее трёх доказательств.
1) в размножении участвует одна особь;
2) потомки являются копиями родительской особи;
3) новый организм образуется из соматических клеток (вегетативных органов).
У гороха посевного жёлтая окраска семян доминирует над зелёной, выпуклая форма плодов – над плодами с перетяжкой. При скрещивании растения с жёлтыми выпуклыми плодами с растением, имеющим жёлтые семена и плоды с перетяжкой, получили 63 растения с жёлтыми семенами и выпуклыми плодами, 58 – с жёлтыми семенами и плодами с перетяжкой, 18 – с зелёными семенами и выпуклыми плодами и 20 – с зелёными семенами и плодами с перетяжкой. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы исходных растений и потомков. Объясните появление различных фенотипических групп.
А - розовая окраска венчика
а - белая окраска венчика
В - высокий стебель
b - карликовый стебель
♀ А?В? розовые цветки и высокий стебль
♂ A?bb розовые цветки карликовый стебль
А?В? — 63 розовые цветки и высокий стебль
А? bb − 58 – с розовыми цветками и карликовым стеблем
aaB? — 18 – с белыми цветками и высоким стеблем
aabb —20 – с белыми цветками и карликовым стеблем
Т.к. в F1 есть растения aabb — с белыми цветками и карликовым стеблем, то гамету ab они получили от обоих родительских растений, значит, генотип Р♀АаВb и ♂Aabb
Моногибридное скрещивание. Мендель начал свои исследования закономерностей наследования с моногибридного скрещивания. Он выбрал две чистые линии растений гороха, которые отличались только по одному признаку: у одних окраска горошин была всегда жёлтая, а у других – всегда зелёная (при условии самоопыления). Если пользоваться современной терминологией, то можно сказать, что клетки растений гороха одного сорта содержат по два гена, кодирующих только жёлтую окраску, а другого сорта – по два гена, кодирующих только зелёную окраску семян. Гены, ответственные за проявление одного признака (например, формы или цвета семян), получили название аллельных генов. Если организм содержит два одинаковых аллельных гена (например, оба гена зеленого цвета семян или, наоборот, оба гена жёлтого цвета), то такие организмы называют гомозиготными. Если же аллельные гены различны (например, если один из них определяет жёлтую окраску семян, а другой – зелёную), то такие организмы называют гетерозиготными. Чистые линии образованы только гомозиготными растениями, поэтому при самоопылении они всегда воспроизводят один вариант проявления признака. В опытах Менделя, например, это был один из двух возможных цветов семян гороха – или всегда жёлтый, или всегда зелёный.
Правило единообразия гибридов первого поколения. Г. Мендель начал свои исследования со скрещивания растений гороха, исходно отличающихся только цветом горошин (жёлтым или зелёным). В первом поколении семена у всех растений оказались исключительно жёлтыми. Когда Г. Мендель повторил свои опыты по моногибридному скрещиванию, но использовал в них растения, отличающиеся друг от друга по другому признаку, по форме семян (гладкие или морщинистые), то все гибридные растения первого поколения имели гладкие семена. Проявляющиеся у гибридов признаки (желтизну или гладкость семян) Мендель назвал доминантными, а подавляемые признаки (зелёный цвет или морщинистую форму семян) – рецессивными. Доминантный признак принято обозначать прописными латинскими буквами (А, Б, С), а рецессивные – строчными (а, b, с).
На основе полученных в своих экспериментах данных Г. Мендель сформулировал правило единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга одним признаком, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей, и поколение по данному признаку будет единообразным.
Правило расщепления. Г. Мендель продолжил свои опыты, вырастив растения гороха из семян, полученных в первом поколении. Затем он скрестил эти растения и обнаружил, что у растений второго поколения большинство горошин, а именно 3 /4, были жёлтыми, а меньшая часть, а именно 1 /4, – зелёными. Конечно, Г. Мендель подсчитывал число жёлтых и зелёных горошин в потомстве от многих пар скрещиваемых растений гороха, чтобы добиться статистической надёжности полученного результата.
Явление, при котором скрещивание приводит к образованию части потомства с доминантным, а части – с рецессивным признаком, получило название расщепления.
Затем Г. Мендель подтвердил характер расщепления в опытах с другими признаками растений гороха и обосновал правило расщепления: при скрещивании двух потомков (гибридов) первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление и снова появляются особи с рецессивными признаками; эти особи составляют 1 /4 часть от всего числа потомков второго поколения.
Рис. 57. Цитологические основы моногибридного скрещивания
Цитологические основы закономерностей наследования при моногибридном скрещивании. Как можно схематически представить себе закономерности наследования признаков, открытые Г. Менделем, используя современные понятия?
Символ обозначает женскую особь, символ – мужскую, X – скрещивание, Р – родительское поколение, F1 – первое поколение потомков, F2 – второе поколение потомков, А – доминантный ген, отвечающий за жёлтый цвет горошин, а – рецессивный ген, отвечающий за зелёный цвет семян гороха (рис. 57).
В результате мейоза в гаметах родительских особей будут присутствовать по одному гену, отвечающему за наследование цвета семян: в случае женской гаметы – А, в случае мужской – а. В первом поколении (F1) соматические клетки будут гетерозиготными (Аа), поэтому половина гамет гибридов первого поколения будет содержать ген А, а другая половина – а. В результате случайных комбинаций гамет во втором поколении (F2) возникнут следующие комбинации: АА, Аа, аА, аа. Растения с тремя первыми комбинациями генов будут иметь жёлтые семена, а с четвёртой – зелёные.
Аллельные гены. Гомозиготы. Гетерозиготы. Доминантные и рецессивные гены. Правило единообразия. Правило расщепления. Закон чистоты гамет.
1. Почему Г. Мендель опылял растения гороха искусственно?
2. Какие организмы называются гомозиготными по какому-либо признаку?
§ 40. Множественные аллели. Анализирующее скрещивание
1. Какое доминирование называется неполным?
2. Что такое фенотип; генотип?
Неполное доминирование. Иногда один аллельный ген не до конца подавляет действие второго. При этом возникают промежуточные признаки, и признак у гомозиготной по доминантному гену особи будет не таким, как у гетерозиготной особи. Это явление получило название неполного доминирования. Поясним его на примере.
Рис. 58. Схема наследования признака в случае неполного доминирования
При скрещивании растения ночной красавицы, имеющего пурпурные цветки (АА), с растением, имеющим белые цветки (аа), все растения – гибриды первого поколения будут иметь розовые цветки (рис. 58). При скрещивании двух особей ночной красавицы из первого поколения во втором поколении происходит расщепление, но не 3: 1 (как при полном доминировании), а в другом соотношении – 1:2:1, т. е. 1 /4 растений с белыми цветками (аа), 2 /4 – с розовыми (Аа) и 1 /4 – с пурпурными (АА) (см. рис. 58).
Явление неполного доминирования встречается часто, например при наследовании цвета шерсти крупного рогатого скота, строения перьев птиц. Встречается это явление и у человека при наследовании брахидактилии – укорочения фаланг пальцев. У здорового человека имеется два доминантных гена ВВ, и развитие скелета происходит нормально. У гетерозигот (Вb) наблюдается укорочение фаланг пальцев, а у рецессивных гомозигот (bb) проявляются множественные нарушения в развитии скелета, и такие люди погибают ещё в раннем детстве. Таким образом, ген В не полностью подавляет действие гена b, и у гетерозигот вследствие этого развивается брахидактилия.
Сверхдоминирование. Изредка при взаимодействии двух аллельных генов наблюдается явление сверхдоминирования. При сверхдоминировании доминантный признак сильнее проявляется у гетерозигот (Аа), чем у доминантных гомозигот (АА). В частности, были выведены сорта томатов с набором аллельных генов Аа, который определяет их более высокую урожайность по сравнению с особями, имеющими набор АА.
До сих пор мы рассматривали случай наследования одного признака, определяемого одним геном. Но любой организм имеет громадное количество признаков, причём это не только внешние, видимые особенности, но и признаки биохимические (строение молекул, активность ферментов, концентрация веществ в тканях, крови и т. д.), анатомические (форма и размер внутренних органов) и т. п. Любой признак, каким бы простым он ни казался, определяется множеством физиологических и биохимических процессов, каждый из которых, в свою очередь, зависит от действия ферментов.
Совокупность всех внешних и внутренних признаков и свойств организма называют фенотипом.
Совокупность всех генов организма называют генотипом.
Фенотипические признаки, определяемые теми или иными генами, в различных условиях существования проявляются по-разному.
По фенотипу не всегда можно определить, какие гены содержит данная особь. Например, у растения гороха, имеющего жёлтые семена, генотип может быть как АА, так и Аа. А вот рецессивный признак – зелёный цвет семян – проявляется только у гомозиготных растений с генотипом аа. Иными словами, всегда можно определить генотип особи с рецессивным признаком.
Анализирующее скрещивание. Для установления генотипа особей, которые не различаются по фенотипу, используют так называемое анализирующее скрещивание. При этом особь, генотип которой нужно установить, скрещивают с особью, гомозиготной по рецессивному гену (аа). Например, для того чтобы выяснить, какие из растений гороха с жёлтыми семенами имеют генотип АА, а какие – Аа, их следует скрестить с растением с зелёными семенами (аа). Если потомство будет иметь только жёлтые горошины, значит, исследуемое растение было доминантной гомозиготой (АА). Если же в потомстве наблюдается расщепление на растения с жёлтыми и зелёными горошинами в соотношении 1:1, то изучаемое растение было гетерозиготно (Аа).
Генофонд. Итак, благодаря множественному аллелизму каждый вид имеет целый набор аллельных генов, хотя каждая особь благодаря диплоидности содержит в каждой аллели только два гена. Совокупность всех вариантов всех генов, входящих в состав генотипов особей какого-либо вида, получила название генофонда вида. Можно также говорить о генофонде популяции или иной группы особей вида.
Множественный аллелизм. Кодоминирование. Неполное доминирование. Сверхдоминирование. Фенотип. Генотип. Анализирующее скрещивание. Генофонд вида.
1. Что такое множественный аллелизм?
2. Какие виды доминирования вам известны?
3. Какое практическое значение может иметь изучение видов доминирования?
4. В чём отличие двух понятий: фенотип и генотип?
5. Какой метод используется для установления генотипа особей, не различающихся по фенотипу?
6. Как наследуется брахидактилия?
§ 41. Дигибридное скрещивание. Закон независимого наследования признаков
1. Какое скрещивание называется моногибридным?
2. Сильно ли различается набор генов в клетках корня и клетках листа одной и той же особи клёна?
Дигибридное скрещивание. В природе не встречаются две абсолютно одинаковые особи какого-либо вида живых существ – все организмы отличаются друг от друга по многим признакам. Исключение могут представлять растения, развивающиеся в результате самоопыления (например, пшеница, горох, картофель и др.), а также однояйцевые близнецы животных и человека, хотя говорить об абсолютной схожести таких особей также нельзя.
Скрещивание особей, у которых учитывают отличия друг от друга по двум признакам, называется дигибридным, если по трём – то тригибридным и т. д. В общем случае скрещивание особей, отличающихся по многим признакам, называется полигибридным.
Закон независимого наследования признаков. Г. Мендель приступил к изучению результатов дигибридного скрещивания после того, как установил закономерности моногибридного скрещивания. Для этого он исследовал характер расщепления при скрещивании двух чистых линий гороха, различающихся по двум признакам: цвету семян (жёлтые или зелёные) и их форме (гладкие или морщинистые). При таком скрещивании признаки определяются различными парами генов: одна пара генов отвечает за цвет семян, другая – за их форму. При этом жёлтая окраска горошин (А) доминирует над зелёной (а), а их гладкая форма (B) – над морщинистой (b).
По закону единообразия гибридов первого поколения семена гороха в поколении F1 были жёлтыми и гладкими. Для того чтобы было легче понять, как будет проходить комбинация признаков при скрещивании двух гибридов из первого поколения, американский исследователь Реджинальд Пеннет предложил заносить результаты опыта в таблицу, которую назвали решёткой Пеннета (рис. 59). В результате слияния четырёх видов гамет, возникающих у растений из F1 (AB, Аb, аВ, аb), во втором поколении (F2) возникает 9 различных генотипов. Но эти девять генотипов проявляются в виде четырёх фенотипов: жёлтые – гладкие, жёлтые – морщинистые, зелёные – гладкие и зелёные – морщинистые, причём соотношение фенотипов будет 9:3:3:1. Если же подсчитать, каким будет соотношение между жёлтыми и зелёными горошинами, то оно будет равняться 3:1. Такое же соотношение будет и между гладкими и морщинистыми семенами. То есть выполняется правило расщепления. Отсюда следует, что при дигибридном скрещивании гены и признаки, за которые эти гены отвечают, наследуются независимо друг от друга. Этот факт получил название закона независимого наследования признаков. Закон справедлив в тех случаях, когда гены рассматриваемых признаков располагаются в разных негомологичных хромосомах.
Решётка Пеннета. Закон независимого наследования признаков.
1. Какое скрещивание называется дигибридным?
2. В чём сущность закона независимого наследования признаков?
3. В каком случае закон независимого наследования признаков несправедлив?
4. Сколько фенотипов гороха наблюдал Г. Мендель во втором поколении при дигибридном скрещивании гороха?
Рис. 59. Схема наследования признаков при дигибридном скрещивании
§ 42. Хромосомная теория наследственности
1. Что такое хромосомы? Какова их роль?
2. Знал ли Г. Мендель о существовании хромосом?
3. Можно ли назвать гены, определяющие цвет семян гороха, и гены, определяющие цвет венчика цветков гороха, аллельными?
В 1902 г. американец Уильям Сеттон предположил, что элементы наследственности, которые мы сегодня называем генами, могут располагаться в хромосомах. Но вместе с тем стали накапливаться сведения о том, что в некоторых случаях расщепления по правилам Менделя не происходит. Например, у душистого горошка два признака – форма пыльцы и окраска цветков – не дают независимого расщепления в потомстве в соотношении 3:1, и потомки остаются похожими на родительские особи. При последующем анализе оказалось, что гены этих двух признаков лежат в одной хромосоме.
Действительно, генов, кодирующих различные признаки, у любого организма очень много. Так, по приблизительным подсчётам, у человека 30–40 тыс. генов, а видов хромосом всего 23. Все это огромное количество генов размещается в этих хромосомах.
Каковы же принципы наследования генов, расположенных на одной хромосоме? Современная хромосомная теория наследственности создана выдающимся американским генетиком Томасом Морганом (1866–1945).
Первое положение этой теории гласит: ген представляет собой участок хромосомы. Хромосомы, таким образом, представляют собой группы сцепления генов.
Второе положение утверждает, что аллельные гены (гены, отвечающие за один признак) расположены в строго определённых местах (локусах) гомологических хромосом.
Наконец, согласно третьему положению, гены располагаются в хромосомах линейно, т. е. друг за другом.
Основным объектом, с которым работали Морган и его ученики, была плодовая мушка дрозофила, имеющая диплоидный набор из 8 хромосом. Эксперименты показали, что гены, находящиеся в одной хромосоме, при мейозе попадают в одну гамету, т. е. наследуются сцепленно. Это явление получило название закона Моргана.
Кроссинговер. Однако в тех же опытах было описано и отклонение от этого закона. Среди гибридов второго поколения обязательно было малое число особей с перекомбинацией тех признаков, гены которых лежат в одной хромосоме. Как это можно объяснить?
Для этого необходимо вспомнить ход мейоза, а именно то, что в профазу первого мейотического деления гомологичные хромосомы конъюгируют и могут обмениваться гомологичными участками. Этот процесс, как мы помним, называется кроссинговер; он очень важен для повышения разнообразия потомков. Кроссинговер также был открыт Т. Морганом и его сотрудниками, поэтому хромосомную теорию можно дополнить ещё одним, четвёртым, положением: в процессе образования гамет между гомологичными хромосомами происходит конъюгация, в результате которой они могут обмениваться аллельными генами, т. е. может происходить кроссинговер.
Таким образом, при кроссинговере происходит нарушение закона Моргана, и гены одной хромосомы не наследуются сцепленно, так как часть из них заменяется на аллельные гены гомологичной хромосомы. Иными словами, сцепление генов является неполным.
Хромосомные карты. Явление кроссинговера помогло учёным установить расположение каждого гена в хромосоме, создать генетические карты хромосом. Морган и его сотрудники сделали вывод о том, что чем дальше друг от друга расположены на хромосоме два гена, тем чаще они будут расходиться в разные хромосомы в процессе кроссинговера. Если два гена А и D расположены на противоположных концах одной хромосомы (рис. 60), то они разойдутся в разные хромосомы при любом варианте кроссинговера. Но если речь идёт о двух генах Б и С, расположенных в хромосоме рядом, то они могут разойтись по разным хромосомам только в том случае, если точка перекреста окажется на одном-единственном участке между этими двумя генами. Вероятность такого события не очень велика. Таким образом, вероятность расхождения двух генов по разным хромосомам в процессе кроссинговера зависит от расстояния между ними в хромосоме. Следовательно, подсчитав частоту кроссинговера между какими-либо двумя генами одной хромосомы, отвечающими за различные признаки, можно точно определить расстояние между этими генами, а значит, и начать построение генетической карты, которая представляет собой схему взаимного расположения генов, составляющих одну хромосому.
Рис. 60. Возможные варианты кроссинговера, происходящие между гомологичными хромосомами (вероятность расхождения двух генов в различные хромосомы тем выше, чем дальше друг от друга они расположены)
Хромосомная теория наследственности. Закон Моргана. Кроссинговер. Генетические карты.
1. Что представляет собой ген?
2. В каких случаях справедливо правило независимого наследования признаков?
Читайте также: