Как найти гаметы в задаче

Шестое здание ЕГЭ по биологии – это задачи. На людей, которые только начинают заниматься биологией или подготовкой к экзамену в частности, они наводят ужас. Очень зря. Стоит лишь разобраться, как все станет простым и легким. 🙂

1. Генетика, ее задачи. Наследственность и изменчивость – свойства организмов. Методы генетики. Основные генетические понятия и символика. Хромосомная теория наследственности. Современные представления о гене и геноме
2. Закономерности наследственности, их цитологические основы. Закономерности наследования, установленные Г. Менделем, их цитологические основы (моно- и дигибридное скрещивание). Законы Т. Моргана: сцепленное наследование признаков, нарушение сцепления генов. Генетика пола. Наследование признаков, сцепленных с полом. Взаимодействие генов. Генотип как целостная система. Генетика человека. Методы изучения генетики человека. Решение генетических задач. Составление схем скрещивания.

Теория

Признаки делятся на два вида: рецессивные и доминантные.

«Доминантный признак подавляет рецессивный» – устойчивая фраза. Что же значит подавляет? Это значит, что в выборе между доминантным и рецессивным признаком, проявится обязательно доминантный. В любом случае. Доминантный признак обозначается заглавной буквой, а рецессивный- маленькой. Все логично. Для того, чтобы в потомстве проявился рецессивный признак необходимо, чтобы ген нес рецессивный признак и от самки, и от самца.

Для наглядности: представим себе признак, например, цвет шерсти у котенка. Пусть у нас есть два варианта развития событий:

1. Черная шерсть
2. Белая шерсть

Черная шерсть доминирует над белой. Вообще, в задачах всегда указывают что над чем доминирует, абитуриенты не обязаны знать все, тем более из генетики.

Черная шерсть будет тогда обозначаться заглавной буквой. Чаще всего используются A,B,C и далее по алфавиту. Белая шерсть, соответственно, маленькой буквой.

А- черная шерсть.

а- белая шерсть.

Если при слиянии гамет получаются комбинации: АА,Аа,аА, то это значит, что шерсть у потомков первого поколения будет черной.

Если же при слиянии гамет получится комбинация аа, то шерсть будет белой.

О том, какие гаметы у родителей, будет сказано в условии задачи.

Гаметы, или половые клетки, — репродуктивные клетки, имеющие гаплоидный (одинарный) набор хромосом и участвующие, в частности, в половом размножении.

Зигота — диплоидная клетка, образующаяся в результате оплодотворения.

Гетерозигота – два гена, определяющие один признак,- разные (Аа )

Гомозигота – два гена, определяющие один признак,- одинаковые (АА или аа)

Дигибридное скрещивание — скрещивание организмов, различающихся по двум парам альтернативных признаков.

Моногибридное скрещивание – скрещивание, при котором скрещиваемые организмы отличаются только одним признаком.

Анализирующее скрещивание — скрещивание гибридной особи с особью, гомозиготной по рецессивным аллелям.

Итак, как отличать эти виды скрещивания:

При моногибридном скрещивании речь идет об одном признаке: цвет, размер, форма.

При дигибридном скрещивании мы говорим о паре признаков.

При анализирующем скрещивании одна особь может быть совершенно любой, а вот у другой гаметы должны нести исключительно рецессивные признаки.

Аллели — различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках гомологичных хромосом.

Звучит не очень-то понятно. Разберемся:

1 ген несет 1 признак.

1 аллель несет одно значение признака (оно может быть доминантным или рецессивным).

Генотип — совокупность генов данного организма.

Фенотип — совокупность характеристик, присущих индивиду на определённой стадии развития.

В задачах часто просят указать процент особей с определенным генотипом или фенотипом или указать расщепление по генотипу или фенотипу. Если упростить определение фенотипа, то фенотип- внешнее проявление признаков из генотипа.

Кроме всяких понятий, нужно знать законы Грегора Менделя – отца генетики.

Грегор Мендель скрещивал горох с плодами, отличающимися окраской и гладкостью кожуры. Благодаря его наблюдениям и появились три закона генетики:

I. Закон единообразия гибридов первого поколения:

При моногибридном скрещивании отличающихся гомозигот все потомки первого поколения будут одинаковы по фенотипу.

II. Закон расщепления

При скрещивании потомков первого поколения наблюдается расщепление 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу.

III. Закон независимого расщепления

При дигибридном скрещивании двух отличающихся гомозигот во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 9:3:3:1.

Когда навык решения генетический задач будет получен может возникнуть вопрос: а зачем мне знать законы Менделя, если я и так прекрасно могу решить задачу и найти расщепление в частных случаях? Внимание ответ: в некоторых заданиях может потребоваться указать по какому закону произошло расщепление, но относится это скорее к заданиям развернутым ответом.

Подковавшись в теории, можно наконец-то перейти к задачам. 😉

Явления сцепления генов в Х-хромосоме. Кроссинговер (crossing over)

Задача 1
Какие типы гамет и сколько даст организм:
а) при полном сцеплении генов А и В;
б) если расстояние между генами А и В – 12 морганид?
Решение:
а) При полном сцеплении организм:  дает два типа гамет:  каждой по 50%.
б) Расстояние между генами 12 м показывает, что кроме не кроссоверных гамет есть кроссоверные гаметы, причем последних будет 12%. Гаметы некроссоверные: ; их соотношение [(100% – 12%) : 2 = 44% ] по 44%. Кроссоверные гаметы: , их соотношение [ 12 : 2 = 6% ] по 6%.

При решении задачи использовались положения теории Моргана:
1) гены лежат в хромосомах;
2) при полном сцеплении гены, лежащие в одной хромосоме, наследуются только вместе;
3) при неполном сцеплении генов гены, лежащие в одной хромосоме, могут наследоваться как вместе, так и раздельно (появляются кроссоверные гаметы);
4) 1 морганида (м) = 1% кроссинговера, поэтому по расстоянию генов можно судить о количестве кроссоверных гамет (1м = 1% кроссоверных гамет).

---

 Задача 2
Сколько типов гамет, и какие дает организм, имеющий две пары хромосом:
а) при полном сцеплении;
б) если расстояние между генами А и В равно 12 морганид?
Решение:
а) Хромосомы во время мейоза расходятся к полюсам независимо друг от друга, поэтому будет 4 типа гамет:
, по 25%.
б). Расстояние между генами 12 морганид, поэтому гаметы будут как некроссоверные, так и кроссоверные. Некроссоверные гаметы: , каждой по = 22%. Кроссоверные гаметы: , каждой по 12/4 =3%.

---

Задача 3
Гены А, В, и С лежат в одной хромосоме. Между генами АС кроссинговер проходит с частотой 12,7% , количество рекомбинантов по генам ВС – 23,3% , расстояние между генами АВ – 36 морганид. Построить генетическую карту по взаиморасположению этих генов в хромосоме.
Решение:
1) 1% кроссинговера равен 1 морганиде.
2)  Рекомбинанты – это организмы, образовавшиеся при слиянии кроссоверных гамет. Так как гены в хромосоме лежат линейно, чертим прямую линию и откладываем расстояние между генами, которое выражено в морганидах:

Гены в хромосомах лежат линейно, в определенных местах – локусах. Одна морганида соответствует одному проценту кроссинговера или рекомбинантных (кроссоверных) особей.

---

Задача 4
Расстояние между генами АВ равно 24 морганиды. Какова доля генотипов:
и во втором поколении от скрещивания организмов ААвв и ааВВ?
Решение:
В Расстояние между генами АВ – 24 морганиды показывает, что эти гены неполностью сцеплены, расположены в одной хромосоме и кроссоверных особей по этим генам будет 24%.
Такие задачи решаем в виде хромосомных карт.

Кроссоверные организмы и гаметы отмечены звездочкой – (*).

 Расстояние между генами – 24 морганиды показывает, что кроссоверных особей 24%. Доля каждого кроссоверного генотипа: 24 : 12 (на число кроссоверных особей) = 2%. Доля каждого некроссоверного генотипа: (100% – 24%) : 4 (на число некроссоверных особей) = 19%.
Ответ:
Доля кроссоверного генотипа: — 2%, а доля некроссоверных генотипов: — 19%.
При решении задачи использовали: закон чистоты гамет и хромосомную теорию наследственности, взаимодействие генов – не полное сцепление.

---

Задача 5
У перца красная окраска плода доминирует над зеленной, а высокий рост стебля – над карликовым. Гены, определяющие окраску плода и высоту стебля, лежат в одной хромосоме, расстояние между их локусами 40 морганид. Скрещено гетерозиготное по обеим признакам растение с карликовым, имеющим зеленую окраску плода.
Какое потомство и в каком соотношении можно ожидать от этого скрещивания? Какие законы генетики использовали при решении задачи и какое взаимоотношение генов наблюдается при наследовании данных признаков?
Решение:
А – ген, определяющий красную окраску плода;
а – ген, определяющий зеленную окраску плода;
В – ген, определяющий высокий рос стебля;
в – ген, определяющий карликовость;
(Расстояние между генами) S_AB = 40 морганид.
Так как S_AB = 40м, то гены не полностью сцепленны. В связи с тем, что ген роста стебля и окраски плодов сцеплены, генотип растений записываем в виде хромосомной карты. Допустим, что у гетерозиготной особи гены А и В пришли от одного родителя, а гены а и в от другого родителя, тогда ее хромосомная карта будет:
[Но у гетерозиготного родителя может быть и иначе: гены А и в пришли то одного родителя, а гены а и В пришли от другого родителя. В этом случае соотношение кроссоверных гамет и некроссоверных будет иное и поэтому другая фенотипическая структура потомства.]
В условии задачи сказано, что расстояние между генами равно 40 морганидам. Это означает, что кроме нормальных гамет (некроссоверных) у особи: будут кроссоверные гаметы. Некроссоверные гаметы: наблюдаются в соотношении , а кроссоверные гаметы: по 40%/2 = 20% каждой.
Второй родитель будет имеет хромосомную карту: и один тип гамет: а____в.
Рассмотрим скрещивание:

Кроссоверные гаметы и организмы в таблице отмечены: (*)
Вероятность кроссоверных особей каждого генотипа: 40%/2 = 20% ; некроссоверных особей каждого типа = 30%.
Взаимодействие генов: полное доминирование и неполное сцепление генов.
Законы генетики, которые использовали при решении задачи: закон чистоты гамет, хромосомная теория Моргана.

---

Задача 6
Жужелицу с коричневым и широким телом скрестили с самцом, имеющим узкое и зеленное тело. Гибриды первого поколения были коричневые с узким телом. Гибридную самку скрестили с самцом, имеющим зеленое и широкое тело. Во втором поколении получили: 55 с коричневым и 290 с зеленым телом, имеющих узкое тело, а с широким телом: 49 зеленой и 304 коричневой окраской. Написать схему скрещивания, дать цитологическое обоснование. Какое взаимодействие генов и каким законом генетики вы пользовались?
Решение:
Напишем фенотипическую схему первого скрещивания:

Из этой фенотипической схемы видно, что ген, определяющий коричневое тело, и ген, определяющий узкое тело, доминируют. Отсюда напишем дано:
Дано:
А – ген, определяющий коричневое тело;
а – ген, определяющий зеленое тело;
В – ген, определяющий узкое тело;
в – ген, определяющий широкое тело.

Из фенотипического расщепления во F₂ видно, что одна группа организмов имеет по 290 и 304 особей, а вторая – 49 и 55 особей, что значительно меньше. Поэтому можно предположить, что здесь неполное сцепление генов.

Найдем расстояние между генами А и В.

Расстояние между генами выражается в морганидах – 1 морганида равна 1% кроссинговера.
Взаимодействие генов: полное доминирование, неполное сцепление. Закон генетики, которые использовали при решении задачи: закон чистоты гамет, хромосомная теория Моргана. Записывая хромосомные карты организмов – даем цитологическое обоснование.

---

Задача 7
Воробьи, имеющие длинные крылья и серую окраску тела, скрестили с воробьями (самцами), имеющими черную окраску тела и короткие крылья. В первом поколении все воробьи были серые и длиннокрылые. При скрещивании гибридов первого поколения с самцом из первого скрещивания, во втором поколении получили 18 – с серым телом и длинными крыльями, 1 – с черным телом и длинными крыльями, а коротких: 21 с черным телом и 2 с серым телом. Написать схему скрещивания. Какое взаимодействие генов и какие законы использовали при решении задачи?
Решение:
Из первого скрещивания можно выяснить какие гены за что отвечают: А – длинные крылья, а – короткие крылья, В – серая окраска, в – черная окраска.
Из второго скрещивания становиться ясно, что ген окраски тела и длины крыльев не полностью сцеплены.

  Взаимодействие генов: полное доминирование, неполное сцепление. Закон генетики: закон чистоты гамет, хромосомная теория Моргана.

---

Задача 8
Определить вероятность рождения детей одновременно с обеими аномалиями и здоровых в семье, где жена страдает дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (А), ее отец был гемофилик и страдал дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, а мать здорова. Муж имел такой же генотип, как и отец женщины. Расстояние между генами 12 морганид. Дать цитологическое обоснование. Какими законами генетики пользовались?.
Решение:
Дано:
А – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, а – норма;
h – гемофилия, H – нормальное свертывание крови;
S_АВ = 12 м.
Ход решения:
Расстояние между генами 12 м говорит о том, что задача на неполное сцепление генов, поэтому решением в хромосомном исполнении. Оба гена лежат в неаллельном участке Х-хромосомы.

это некроссоверные особи, их вероятность:

= 22%.

кроссоверные особи, их вероятность: 12% : 4 = 3%
Вероятность рождения детей с обеими аномалиями: 2 • 22% + 3% = 47% ;
вероятность здоровых детей в семье: 22%.
При решении задачи применяли закон чистоты гамет, хромосомную теорию Моргана, сцепленное с полом наследование. Взаимодействие генов: полное доминирование, не полное сцепление генов.

---

 Задача 9
Женщина, получившая аниридию (отсутствие радужной оболочки) от отца, а темную эмаль зубов от матери, вышла замуж за здорового мужчину. Какова вероятность рождения в этой семье детей с данными аномалиями, если локусы генов, определяющих эти признаки находятся в половых хромосомах на расстоянии 20 морганид.
Решение:
Дано:
А – ген аниридии;
а – ген нормы по радужной оболочке;
В – ген темной эмали зубов;
в – ген нормы;
S_АВ = 20 морганид.

Это некроссоверные особи, их вероятность:

=20%.

Это кроссоверные особи, их вероятность: 20% : 4 = 5%.
Вероятность рождения детей: с обеими аномалиями – 5% • 2=10%; норма – 5% • 2=10%; с аниридией – 20% •2= 40%; с темные зубы – 20% •2 = 40%.

---

  Задача 10
У кареглазых родителей родился голубоглазый сын, который страдал дальтонизмом и гемофилией, а также пятеро детей – дальтоники. Каковы вероятные генотипы родителей?.
Решение:
Дано:
А – карие глаза;
а – голубые глаза;
Д – нормальное зрение;
д – дальтонизм;
H – нормальное свертывание крови;
h – гемофилия.

сли у здоровых родителей родился сын дальтоник и гемофилик, то гены, определяющие эти заболевания он получил от матери через ее Х – хромосому. Кроме того эти гены у матери лежали в разных Х – хромосомах, так как пятеро детей были только дальтониками (т.е. это некроссоверные организмы – их всегда больше, чем кроссоверных). По цвету глаз родители гетерозиготные, потому что у них ребенок – голубоглазый.

---

Сцепленное наследование

02-Сен-2014 | Нет комментариев | Лолита Окольнова

Сцепленное наследование

 Автор статьи — Саид Лутфуллин.

После открытия законов наследственности Менделя стали замечать, что не всегда эти законы срабатывают.

Например: скрестили дигетерозиготную самку дрозофилы с серым телом и нормальными крыльями с самцом с черным телом и укороченными крыльями.

Серое тело и нормальные крылья – доминантные признаки.

По законам Менделя схема скрещивания такая:

 

Но практический результат скрещивания отличается.

Как правило, в потомстве наблюдается расщепление 1:1,

фенотипы потомства: серое тело, нормальные крылья и черное тело, укороченные крылья.

Не срабатывает закон независимого наследования. Почему же так? Неужели законы Менделя действительно не работают? Конечно же, нет, законы природы, могут быть «нарушены», только если это позволяет другой закон (исключение из правила).

Давайте разберемся…

• информацию о каждом признаке несет определенный ген;
• гены находятся в хромосомах.

Естественно, что количество хромосом значительно меньше количества генов, поэтому в одной хромосоме закодировано несколько генов.

Гены, находящиеся в одной хромосоме наследуются вместе, то есть сцеплено.

А гены, находящиеся в разных хромосомах наследуются независимо,

так как при гаметогенезе хромосомы распределяются случайно, следовательно, два несцепленных гена могут попасть вместе в одну гамету гамете, а могут и нет.

Гены, находящиеся в одной хромосоме, обязательно окажутся в одной гамете.

В примере, который мы рассмотрели ранее, мы можем заметить: серое тело наследуется вместе с нормальные крыльями, а черное тело наследуется вместе с укороченными крыльями.

Гены цвета тела и длины крыльев находятся в одной хромосоме.

 

Самка дигетерозиготна, есть две гомологичные хромосомы:

в одной из гомологичных хромосом закодированы гены серого тела и нормальных крыльев,

в другой — гены черного тела и укороченных крыльев

Но получается всего два вида гамет  — признаки цвета тела и размера крыльев «неделимы»

Отцовская особь по этим признакам дигомозиготная:

в одной гомологичной хромосоме гены черного тела и укороченных крыльев,

и в другой гомологичной хромосоме так же.

Все признаки, закодированные в одной хромосоме, образуют так называемую группу сцепления.

Признаки из одной группы сцепления наследуются вместе.

 
И как можно догадаться,

количество групп сцепления равно количеству хромосом в гаплоидном наборе.

---

Примеры задач

Задача 1: 

Немного другое оформление: сцепленные признаки записываются на «палочках», например генотип самки из нашей задачи следует записать вот так:

 

• палочки означают гомологичные хромосомы, в которых локализованы гены
• буквы по одну сторону от палочек обозначают сцепленные друг с другом гены.

То есть запись говорит:

признаки АВ сцеплены друг с другом; признаки ab так же сцеплены друг с другом

 

• положение генов в генотипе 1) называется цис-положением: AB \ ab (доминантные признаки на одной хромосоме, рецессивные на другой)
• положение 2) называется транс-положением: Ab \ aB.

Разберем на примере: 

1) В условии задачи сразу указаны все  признаки, заполним таблицу:

Ген	Признак
А	Гладкие семена
а	Морщинистые семена
B	Усики есть
b	Усиков нет

2) Первое растение дигетерозиготно, сказано, что доминантные признаки локализованы в одной хромосоме, то есть сцеплены. Причем доминантные признаки находятся на одной гомологичной хромосоме, следовательно на другой гомологичной хромосоме располагаются рецессивные признаки (цис-положение). Генотип первого растения: AB \ ab.

 
Получаем всего два вида гамет (так как признаки сцеплены):

AB и ab.
 

3) Так как у второго растения проявились рецессивные признаки, делаем вывод, что оно дигомозиготно. И его генотип:  ab\ab.  Образуется только один сорт гамет: ab.

4) Наконец, составим схему скрещивания:

 
И ответим на последний вопрос задачи — про закон: 

проявляется закон сцепленного наследования, он гласит: гены, локализованные в одной хромосоме образуют группу сцепления и наследуются вместе.

---

Но случается, что даже гены из одной группы сцепления (локализованные в одной хромосоме) наследуются раздельно, то есть «расцепляются».

Для примера, возьмем скрещивание из предыдущей задачи.

При таком же скрещивании может получиться и 4 фенотипические группы (вместо положенных 2) в потомстве, как и при независимом наследовании. Это объясняется возможностью кроссинговера между гомологичными хромосомами (тем, кто не понимает о чем речь, советую прочитать статью кроссинговер).

Допустим если у особи признаки AB сцеплены, то при образовании гамет, если произойдет кроссинговер, есть вероятность, что участок хромосомы, в котором закодирован один из генов «перескочит» на другую гомологичную хромосому, и сцепление нарушится. На примере нашей задаче, в случае кроссинговера скрещивание будет следующим:

 

У дигетерозиготного растения образуется еще два сорта гамет, за счет кроссинговера. Гаметы, при образовании которых, произошел кроссинговер (в данной задаче это Ab и aB) называются кроссоверными. Статистически процент кроссоверных гамет меньше некроссоверных.

Чем дальше друг от друга находятся гены в хромосоме, тем больше вероятность того, что сцепленные гены, будут «разлучены» при рекомбинации, происходящей во время кроссинговера.

И соответственно, чем ближе друг к другу расположены гены в хромосоме, тем вероятность их разъединения.

Эта зависимость вероятности разделения генов кроссинговером и расстояния между генами оказалась настолько «удобной», что расстояние между генами измеряют в процентах вероятности их разъединения при кроссинговере. По формуле:

Где:
 

• x – вероятность разъединения генов в процентах,
• а – количество особей, образовавшихся из кроссоверных гамет, n – количество всех особей.
• И 1% вероятности разъединения генов приняли за единицу расстояния между этими генами.

Единица эта называется морганида. Назвали единицу в честь известного генетика Томаса Моргана, который изучал это явление

1 морганида = 1% вероятности, что сцепленные гены, в результате кроссинговера, окажутся на разных гомологичных хромосомах

---

Задача 2:

 
1) Составим таблицу признаков

Ген	Признак
А	Высокий рост
а	Низкий рост
B	Гладкий эндосперм
b	Шероховатый эндосперм

2) Раз в условии сказано, что провели анализирующее скрещивание, значит второе растение дигомозиготно по рецессивным признакам, его генотип: ab \ ab.

3) В потомстве получили 4 фенотипических группы. Так как спризнаки сцеплены, то очевидно имел место кроссинговер. Так же появление четырех фенотипических групп при анализирующем скрещивании указывает на дигетерозиготность первого растения. Значит, его генотип: либо AB \ ab, либо Ab \ aB.

Чтобы определить в каком положении гены — цис или транс, надо посмотреть на соотношение в потомстве. Процент кроссоверных гамет меньше некроссоверных, поэтому особей, получившихся из некроссоверных гамет больше.

Эти особи: 208 высоких растений с гладким эндоспермом, 195 – низких с шероховатым эндоспермом

У них доминантный признак унаследовался с доминантным, а рецессивный с рецессивным. Следовательно гены у родительской дигетерозиготной особи в цис-положении: AB \ ab.

4) Схема скрещивания:

 

Красным отмечены кроссоверные гаметы и особи, полученные из них. Этих особей меньше, так как кроссоверных гамет образуется меньше. Если бы у родительской дигетерозиготной особи гены были бы в транс положении, в потомстве наоборот образовалось бы больше особей с признаками: высоких  шероховатых, и низких  гладких.

5) Определим расстояние между генами.

Для этого вычислим вероятность того, что признаки окажутся разделенными в результате кроссинговера.

По формуле:

 

x= 9 + 6208+ 195+ 9 + 6 ×100%= 15418 ×100%=3,59%

То есть расстояние между генами = 3,59 морганид.

Обсуждение: “Сцепленное наследование”

(Правила комментирования)