Как найти потомков второго поколения

В предыдущей статье мы познакомились с фундаментальными понятиями и методами генетики. Настало время их применить при изучении нового раздела – Менделевской генетики, основанной на законах, открытых
Грегором Менделем.

Мендель следовал некоторым принципам в своих исследованиях, которые привели его работы к успеху:

• Использовал гибридологический метод генетики, подвергая скрещиванию растения гороха с четко различающимися
  признаками: желтый – зеленый цвет семян, гладкая – морщинистая форма семян



• Учитывал при скрещивании не всю совокупность признаков, а отдельные альтернативные признаки (желтый – зеленый цвет семян)
• Вел количественный учет потомков в ряду поколений, анализировал потомство каждой особи
• При размножении использовал чистые линии – группы растений, которые генетически однородны (гомозиготы AA, aa) и потомки
  которых не имеют разнообразия по изучаемому признаку

.

Введем несколько новых терминов, которые нам пригодятся. Скрещивание может быть:

• Моногибридным – в случае если скрещиваемые особи отличаются только по одному исследуемому признаку (цвет семян)
• Дигибридным – если скрещиваемые особи отличаются по двум различным признакам (цвет и форма семян)

В схеме решения генетическое задачи есть некоторые обозначения: ♀ – женский организм, ♂ – мужской организм, P – родительские
организмы, F₁ – гибриды первого поколения, F₂ – гибриды второго поколения. Вероятно, имеет смысл
сохранить картинку ниже себе на гаджет, если вы только приступаете к изучению генетики 😉

Спешу сообщить вам, что браки между людьми (в отличие от насильственного скрещивания гороха) происходят только по любви
и взаимному согласию! Поэтому в задачах, где речь идет о людях, не следует ставить знак скрещивания “×” между родительскими
особями. В таком случае ставьте знак “→” – “стрелу Амура”, чтобы привести в восхищение экзаменатора 🙂

Первый закон Менделя – закон единообразия

С него часто начинаются генетические задачи (в качестве первого скрещивания). Этот закон гласит о том, что при скрещивании
гомозиготных особей, отличающихся одной или несколькими парами альтернативных признаков, все гибриды первого поколения будут
единообразны по данным признакам.

Этот закон основан на варианте взаимодействия между генами – полном доминировании. При таком варианте один ген
– доминантный, полностью подавляет другой ген – рецессивный. В эксперименте, который мы только что изучили, Мендель скрещивал чистые
линии гороха с желтыми (АА) и зелеными (aa) семенами, в результате все потомство имело желтый цвет семян (Aa) – было единообразно.

Анализирующее скрещивание

Часто генотип особи не изучен и представляет загадку. Как быть генетику в данном случае? Иногда проще всего применить
анализирующее скрещивание – скрещивание гибридной особи (у которой не известен генотип) с гомозиготой по рецессивному признаку.

Анализируя полученное потомство, можно сделать вывод о генотипе гибридной особи.

В рассмотренном случае, если генотип изучаемой особи содержит два доминантных гена (AA) – то в потомстве не может проявиться
рецессивного признака, так как все потомство будет единообразно (Aa). Если изучаемая особь содержит рецессивный ген (Aа), то
половина потомства будет его иметь (aa). В результате становится известен генотип гибридной особи.

Неполное доминирование

Помимо полного доминирования, существует неполное доминирование, которое характерно для некоторых генов. Известным примером
неполного доминирования является наследование окраски лепестков у растения ночная красавица. В этом случае гены не полностью подавляют
друг друга – проявляется промежуточный признак.

Обратите внимание, потомство F₁ получилось также единообразным (возможен только один вариант – Aa), но фенотипически
у гетерозиготы признак будет проявляться как промежуточное состояние (AA – красный, aa – белый, Aa – розовый). Это можно сравнить
с палитрой художника: представьте, как смешиваются красный и белый цвета – получается розовый.

Второй закон Менделя – закон расщепления

“При скрещивании гетерозиготных гибридов (Aa) первого поколения F₁ во втором поколении F₂ наблюдается расщепление
по данному признаку: по генотипу 1 : 2 : 1, по фенотипу 3 : 1″

Скрещивая между собой гибриды первого поколения (Aa) Мендель обнаружил, что в потомстве особей с доминантным признаком (AA, Aa – желтый
цвет семян) примерно в 3 раза больше, чем особей с рецессивным (aa).

Искренне желаю того, чтобы вы научились сами определять расщепление по генотипу и фенотипу. Это сделать несложно: когда речь идет о
генотипе, обращайте внимание только на гены (буквы), то есть, если перед вами особи AA, Aa, Aa, aa, – следует брать генотипы по очереди и
складывать количество одинаковых генотипов. Именно в результате таких действий соотношение по генотипу получается 1:2:1.

Если перед вами стоит задача посчитать соотношение по фенотипу, то вообще не смотрите на гены – это только запутает! Следует
учитывать лишь проявление признака. В потомстве получилось 3 растения с желтым цветом семян и 1 с зеленым,
следовательно, расщепление по фенотипу 3:1.

Третий закон Менделя – закон независимого наследования

В нем речь идет о дигибридном скрещивании, то есть мы исследуем не один, а два признака у особей (к примеру, цвет семян и форма
семян). Каждый ген имеет два аллеля, поэтому пусть вас не удивляют генотипы AaBb 🙂 Важно заметить, что речь в данном
законе идет о генах, которые расположены в разных хромосомах.

Запомните III закон Менделя так: “При скрещивании особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков,
гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга, комбинируясь друг с другом во всех возможных сочетаниях.

Комбинации генов отражаются в образовании гамет. В соответствии с правилом, изложенным выше, дигетерозигота AaBb образует 4 типа гамет:
AB, ab, Ab, aB. Повторюсь – это только если гены находятся в разных хромосомах. Если они находятся в одной, как при сцепленном наследовании,
то все протекает по-другому, но это уже предмет изучения следующей статьи.

Каждая особь AaBb образует 4 типа гамет, возможных гибридов второго поколения получается 16. При таком обилии гамет и большом количестве
потомков, разумнее использовать решетку Пеннета, в которой вдоль одной стороны квадрата расположены мужские гаметы, а вдоль другой – женские.
Это помогает более наглядно представить генотипы, получающиеся в результате скрещивания.

В результате скрещивания дигетерозигот среди 16 потомков получается 4 возможных фенотипа:

• Желтые гладкие – 9
• Желтые морщинистые – 3
• Зеленые гладкие – 3
• Зеленые морщинистые – 1

Очевидно, что расщепление по фенотипу среди гибридов второго поколения составляет: 9:3:3:1.

Пример решения генетической задачи №1

Доминантный ген отвечает за развитие у человека нормальных глазных яблок. Рецессивный ген приводит к почти полному отсутствию глазных
яблок (анофтальмия). Гетерозиготы имеют глазное яблоко малых размеров (микрофтальмия). Какое строение глазных яблок будет характерно
для потомства, если оба родителя страдают микрофтальмией?

Обратите внимание на то, что доминирование генов неполное: человек с генотипом Aa будет иметь промежуточное значение признака – микрофтальмию. Поскольку доминирование неполное, то расщепление по генотипу и фенотипу совпадает, что типично для неполного доминирования.

В данной задаче только ¼ потомства (25%) будет иметь нормальные глазные яблоки. ½ часть потомства (50%) будет иметь глазное яблоко
малых размеров – микрофтальмию, и оставшаяся ¼ (25%) будут слепыми с почти полным отсутствием глазных яблок (анофтальмией).

Не забывайте, что генетика, по сути, теория вероятности. Очевидно, что в жизни в такой семье может быть рождено 4 подряд
здоровых ребенка с нормальными глазными яблоками, или же наоборот – 4 слепых ребенка. Может быть как угодно, но мы с вами
должны научиться говорить о “наибольшей вероятности”, в соответствии с которой с вероятностью 50% в этой семье будет рожден
ребенок с микрофтальмией.

Пример решения генетической задачи №2

Полидактилия и отсутствие малых коренных зубов передаются как аутосомно-доминантные признаки. Гены, отвечающие за развитие
этих признаков, расположены в разных парах гомологичных хромосом. Какова вероятность рождения детей без аномалий в семье,
где оба родителя страдают обеими болезнями и гетерозиготны по этим парам генов.

Я хочу сразу навести вас на мысль о III законе Менделя (закон независимого наследования), который скрыт в фразе ” Гены …
расположены в разных парах гомологичных хромосом”. Вы увидите в дальнейшем, насколько ценна эта информация. Также заметьте,
что речь в этой задаче идет о аутосомных генах (расположенных вне половых хромосом). Аутосомно-доминантный тип наследования означает, что болезнь проявляется, если ген в доминантном
состоянии: AA, Aa – болен.

В данном случае мы построим решетку Пеннета, которая сделает генотипы потомства более наглядными. Вы видите, что на потомстве
буквально нет ни одного живого места: почти все 16 возможных потомков больны либо одним, либо другим заболеванием, кроме
одного, aabb. Вероятность рождения такого ребенка очень небольшая 1/16 = 6.25%.

Пример решения генетической задачи №3

У голубоглазой близорукой женщины от брака с кареглазым мужчиной с нормальным зрением родилась кареглазая близорукая девочка и голубоглазый
мальчик с нормальным зрением. Ген близорукости (A) доминантен по отношению к гену нормального зрения (a), а ген кареглазости
(D) доминирует над геном голубоглазости (d). Какова вероятность рождения в этой семье нормального кареглазого ребенка?

Первый этап решения задачи очень важен. Мы учли описания генотипов родителей и, тем не менее, белые пятна остались. Мы не знаем гетерозиготна
(Aa) или гомозиготная (aa) женщина по гену близорукости. Такая же ситуация и с мужчиной, мы не можем точно сказать, гомозиготен (DD) он или
гетерозиготен (Dd) по гену кареглазости.

Разрешение наших сомнений лежит в генотипе потомка, про которого нам рассказали: “голубоглазый мальчик с нормальным зрением” с генотипом aadd.
Одну хромосому ребенок всегда получает от матери, а другу от отца. Выходит, что такого генотипа не могло бы сформироваться, если бы не было гена
a – от матери, и гена d – от отца. Следовательно, отец и мать гетерозиготны.

Теперь мы можем точно сказать, что вероятность рождения в этой семье нормального кареглазого ребенка составляет ¼ или 25%, его генотип – Ddaa.

Аутосомно-доминантный тип наследования

Я не забыл о том, что по ходу изучения генетики вас надо научить видеть различные варианты наследования на генеалогическом древе (родословной) =)
Из предыдущей статьи мы узнали о том, как выглядит и чем характеризуется аутосомно-рецессивный тип наследования, сейчас поговорим об
аутосомно-доминантном, с которым мы столкнулись в задачах выше.

Аутосомно-доминантный тип наследования можно узнать по следующим признакам:

• Болезнь проявляется в каждом поколении семьи (передача по вертикали)
• Здоровые дети больных родителей имеют здоровых детей
• Мальчики и девочки болеют одинаково часто
• Соотношение больных и здоровых 1:1

Здравствуй, дорогой друг. Сегодня мы с тобой изучим тему «Основные закономерности наследования и законы Менделя». В данной теме раскроем следующие понятия: гибридологический метод, чистые линии, моногибридное и дигибридное скрещивание, аллельные гены, гомозиготные и гетерозиготные организмы, доминантные и рецессивные признаки, расщепление, закон чистоты гамет.

Каковы цели нашего урока?

• изучить основные закономерности наследования;
• научиться применять законы Менделя при решении генетических задач;
• что такое наследственность?

Первую последовательную и непротиворечивую теорию эволюции в начале XIX века разработал Жан Батист Ламарк. В ее основе лежали два допущения: о наследовании приобретенных признаков и о внутренне присущем всему живому «стремлении к совершенству». Первая гипотеза объясняла, почему организмы так хорошо приспособлены к условиям обитания. В течение жизни они используют свои органы по-разному: одни чаще, другие реже. Органы, которые все время «тренируются», крепнут и растут, а «остающиеся без работы» – уменьшаются и слабеют. Небольшие изменения, возникающие вследствие такой избирательной тренировки, передаются по наследству. Например, если животное питается листьями, растущими высоко на деревьях, ему приходится часто вытягивать шею. Шея тренируется, крепнет и постепенно удлиняется. Потомство такого животного уже от рождения получит чуть более длинную шею. Так, по мнению Ламарка, жирафы приобрели свою знаменитую шею. А если какая-то птица перестает летать и переходит к наземному образу жизни, то, согласно его представлениям, ее крылья, долгое время остающиеся неиспользованными, рано или поздно атрофируются. Так возникли нелетающие птицы с рудиментарными крыльями. Второе предположение Ламарка – внутренняя «тяга к совершенству» – объясняло постепенное усложнение организмов, появление новых органов и тканей.

Что же изменил Дарвин в теории Ламарка? Он отказался от второй посылки своего предшественника – «тяги к совершенству» – и придумал такой механизм эволюционных изменений, которого теория Ламарка не предусматривала, – естественный отбор. Механизм естественного отбора основан на борьбе за существование (которая происходит оттого, что живые существа производят больше потомков, чем может выжить), изменчивости (ее причины Дарвин, не зная генетики, не мог сформулировать и принимал просто как данность) и наследственности, благодаря которой свойства, помогающие данной особи выжить, передаются ее потомству.

Таким образом, наследственность – это способность организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение.

Материальной основой наследственности служат структуры ядра – хромосомы. Для каждого организма характерно постоянное число хромосом. Например: у человека 23 пары, у обезьян 24 пары, у дрозофилы 4 пары хромосом). Каждая хромосома в соматических клетках человека и других двуполых организмов представлена дважды.

Две одинаковые по размерам и форме хромосомы, образующие пару называют гомологичными. В одинаковых участках гомологичных хромосом расположены парные или аллельные гены (аллели). При этом различают доминантную аллель (ген А) и рецессивную (ген а). Пример: ген А – красная окраска лепестков, ген а – белая окраска лепестков. Если гомологичные хромосомы несут одинаковые аллельные гены, то такой организм называют гомозиготным (АА, аа), а если разные – гетерозиготным (Аа). Например, АА – гомозиготный организм с желтой окраской семени, аа – с зеленой окраской семени, Аа – гетерозиготный организм, несущий ген А – желтой окраски, ген а – зеленой окраски.

Основоположником генетики является Грегор Мендель. А, почему же именно Менделя считают основоположником генетики? С 1856 года он в монастырском саду начал проводить обширные и тщательно продуманные опыты, связанные со скрещиванием растений. На примере гороха он выявлял закономерности наследования различных признаков в потомстве гибридных растений. Почему именно горох? Каким способом происходит опыление у гороха? Правильно, данное растение способно к самоопылению, т.е. пыльца из пыльников переносится на рыльце пестика одного и того же цветка или между цветками одного растения.

Для проведения опытов над горохом Г.Мендель использовал гибридологический метод. Он заключается в скрещивании организмов, отличающихся по каким-либо признакам и в последующем анализе характера наследования этих признаков у потомства.

Г.Мендель проводил скрещивание растений гороха, при котором родительские формы анализировались по одной паре альтернативных признаков (семена желтые и зеленые, гладкие и морщинистые и т.д.) Такое скрещивание называют моногибридным. Пример: АА – семена желтые, аа – семена зеленые. Если у родительских форм учитывались две пары альтернативных признаков – дигибридное скрещивание. Пример: ААВВ – растения с желтой окраской и гладкими семенами, аавв – с зеленой окраской и морщинистыми семенами.

Прежде чем проводить опыты, Мендель получил чистые линии гороха с альтернативными (противоположными) признаками, т.е. гомозиготные доминантные (АА – желтая окраска семян) и гомозиготные рецессивные (аа – зеленая окраска), которые в дальнейшем скрещивались друг с другом. Спустя семь лет эксперименты были закончены. А еще через пару лет, в 1865 году, на заседаниях общества естествоиспытателей Брюнна Мендель выступил с докладом о проделанной работе. Через год вышла его статья об опытах над растительными гибридами. Именно благодаря ей были заложены основы генетики как самостоятельной научной дисциплины. Благодаря этому, Мендель – основоположник генетики.

Введем несколько терминов необходимых для решения задач:

1. фенотип – совокупность всех признаков организма.

2. генотип – совокупность генов организма.

Изобразим моногибридное скрещивание в виде схемы. Обозначим родительские особи латинской буквой “Р”, её можно запомнить по английскому слову “parents”(родители), напротив записываем генотипы родителей АА и аа, подписываем под ними фенотипы АА-желтые семена, аа-зеленые, между ними ставим знак скрещивания в виде крестика – Х, ниже под буквой “Р” пишем гаметы, которые обозначают буквой “G”, из каждой аллели получают по одной гамете А и а, их обводят в кружок. Соединяем полученные гаметы и получаем первое поколение потомков (гибридов) – F₁ подписываем под буквой “G” и выписываем генотип Аа – гетерозигота, т.к. присутствует доминантный ген А (жёлтая окраска семян), то организм получается с желтыми семенами.

В результате скрещивания мы видим, что все потомки в первом поколении одинаковы (единообразны) по фенотипу (проявился доминантный признак – желтая окраска семян) и генотипу (гетерозиготны). Давайте попробуем сформулировать первый закон Менделя – закон единообразия гибридов первого поколения (F₁). Проверим, правильно ли вы его сформулировали:

При скрещивании гомозиготных особей, анализируемых по одной паре альтернативных признаков, наблюдается единообразие гибридов первого поколения как по фенотипу, так и по генотипу.

Попробуйте применить первый закон Менделя, решив генетическую задачу:

• Ген черной масти у крупнорогатого скота доминирует над геном красной масти. Какое потомство F1 получится от скрещивания чистопородного черного быка с красными коровами?

Для решения данной задачи необходимо записать

Дано: А-ген черной масти, а – ген красной масти; отчерчиваем и записываем то, что нужно

Найти: F₁.

Записываем Решение.

3. Гомозиготные особи образуют один тип гамет, у черного быка доминантный ген А, а у красной коровы только рецессивный ген а.

4. В результате слияния гамет образуется единообразное поколение F₁ с генотипом Аа и фенотипом черной масти.

Теперь разберемся со вторым законом Менделя, законом расщепления. Для этого вернёмся к гороху. Скрещиваем гибридов (потомков) первого поколения (Аа – желтые семена) между собой. Из каждой аллельной пары образовалось два типа гамет: у первой особи – А и а, у второй – А и а. В результате их слияния образуются следующие аллели: АА (жёлтая окраска), 2Аа (желтая окраска), аа (зеленая окраска семян). По фенотипу произошло расщепление в соотношении 3:1 (3 особи с желтыми семенами и 1 особь с зелеными) и по генотипу 1:2:1 (1АА, 2Аа, 1аа). Попробуй сформулировать второй закон Менделя.

Проверим:

При скрещивании гибридов первого поколения наблюдается расщепление в соотношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу.

Решим задачу, применив данный закон:

• У пшеницы ген карликового роста доминантен над геном нормального роста. Определите, какое будет потомство при скрещивании гомозиготной карликовой пшеницы с нормальной пшеницей и какое будет потомство при скрещивании двух гетерозиготных карликовых растений пшеницы.

Запишем дано, найти и решение. Что нам дано? Что необходимо найти?

Проверяем, дано: А-ген карликового роста, а – ген нормального роста. Нам необходимо найти потомков первого (F1) и второго поколения (F2). Итак, решение. При скрещивании карликовой АА и нормальной пшеницы аа карликовая пшеница дает гаметы с геном А, нормальная пшеница дает гаметы с геном а. Потомство F₁ получится карликовым Аа, так как потомки гетерозиготные. При скрещивании двух гетерозиготных организмов карликовой пшеницы Аа образуются от родительских форм два типа гамет, А и а. Сочетание этих гамет дает три генотипа: ¼ с генотипом АА, 2/4 с генотипом Аа, ¼ с генотипом аа. Снова получаем соотношение по росту 3:1.

Анализирующее скрещивание. Что это такое и для чего оно нужно?

В некоторых случаях необходимо установить генотип особи с доминантным признаком, т.к. при полном доминировании гомозигота (АА) и гетерозигота (Аа) фенотипически неотличимы. Для этого применяется анализирующее скрещивание, при котором данный организм с неизвестным генотипом скрещивается с гомозиготным рецессивным (аа) по данной аллели.

Если в результате такого скрещивания получено единообразие гибридов первого поколения, то анализируемый организм является гомозиготным, а если в F₁ произошло расщепление 1:1, то организм является гетерозиготным.

Неполное доминирование

В приведенных примерах доминантный ген полностью подавляет рецессивный, однако он не всегда может полностью подавлять действие рецессивного гена, такое доминирование называют неполным. Гибриды первого поколения не производят признаки родителей – промежуточный характер наследования.

Например, при скрещивании гомозиготных растений ночной красавицы с красными (АА) и белыми (аа) цветками первое поколение получается с розовыми цветками (Аа).

При скрещивании гетерозигот первого поколения получили расщепление 1:2:1, т.е. 1АА – красные цветки, 2Аа – розовые, аа – белые.

Третий закон Менделя

Изучив наследование одной пары аллелей, Мендель решил проследить наследование двух признаков у гороха. Он использовал гомозиготные растения, отличающиеся по двум парам альтернативных признаков: семена желтые гладкие и зеленые морщинистые.

При таком скрещивании он получил растения, у которых были желтые и гладкие семена, что подтверждает первый закон Менделя, который проявляется не только при моногибридном скрещивании, но и при дигибридном.

Полученные гибриды первого поколения будут давать четыре типа гамет в равном соотношении (АВ, Аb, aB, ab), т.к. в процессе мейоза из каждой пары генов в гамету попадает только один, который свободно комбинируется с генами другой пары.

При скрещивании гибридов первого поколения возможно 16 вариантов их сочетаний. Для удобства записи лучше пользоваться решеткой Пеннета, в которой по горизонтали записывают женские гаметы, а по вертикали – мужские.

В результате скрещивания в зиготах получаются разные комбинации генов. По фенотипу потомство делится на 4 группы:

• 9 частей желтые гладкие (А_B_)
• 3 части желтые морщинистые (A_bb)
• 3 части зеленых гладких (aaB_)
• 1 часть зеленые морщинистые (aabb).

Если учесть расщепление по одной паре признаков, то получится (9+3) особи с желтыми (гладкими) и (3+1) особь с зелеными (морщинистыми) семенами. Их соотношение равно 12:4, или 3:1. Следовательно, при дигибридном скрещивании каждая пара признаков в потомстве дает расщепление независимо от другой пары, как и при моногибридном скрещивании. При этом происходит случайное комбинирование генов, приводящее к новым их сочетаниям, которых не было у родительских форм.

Отсюда следует третий закон Менделя (закон независимого комбинирования признаков):

При скрещивании гомозиготных особей, анализируемых по двум или нескольким парам альтернативных признаков, во втором поколении наблюдается независимое комбинирование генов разных аллельных пар и соответствующих им признаков.

Множественный аллелизм

Рассмотрим взаимодействие генов в соматических клетках. Как известно в соматических клетках одного организма содержится только два аллеля одного гена. Однако ген может находиться более, чем в двух состояниях. Разнообразие аллелей одного гена получило название множественный аллелизм. Разные аллели одного гена обуславливают развитие одного признака. Например, группу крови человека определяют три аллельных гена (А, В, 0).

• 00 – I группа крови,
• АА и А0 – II группа крови,
• ВВ и В0 – III группа крови
• АВ – IV группа крови

Если у матери IV группа крови (АВ), а у отца – I группа (00), то с какой группой крови могут родиться дети в этом браке? В результате скрещивания образуется три типа гамет: у матери – А и В, у отца – 0. Следовательно, дети могут иметь либо II, либо III группу крови.

Ген может проявлять множественное действие – контролировать развитие нескольких признаков.

Таким образом, законы Менделя являются практически универсальными, т.к. согласно им происходит наследование признаков у всех организмов, размножающихся половым путем.

Гибридологический метод

Создателем современной генетики считается австрийский биолог, ботаник и монах Грегор Мендель. Свои исследования Г. Мендель проводил на горохе. Ученый использовал гибридологический метод. Вы, наверное, сталкивались с понятием «гибрид», его часто указывают на упаковках семян. Гибрид – потомство, полученное в результате скрещивания особей, отличных по одному или нескольким признакам. На рынке можно встретить инжирный персик, а в животноводстве – мула (гибрид лошади и осла). Самцы мула стерильны и потомства не приносят.

Вернемся к Грегору Менделю и гороху. Как говорилось ранее, он использовал в своих опытах горох, но не любой, а только чистые линии – группы организмов, имеющих некоторые признаки, которые полностью передаются потомству в силу генетической однородности всех особей. В качестве такого признака был выбран цвет горошин: одна линия была только зеленая во всех поколениях, а друга – желтая.

Таким образом Мендель скрещивал разные родительские особи гороха и далее подсчитывал результаты по некоторым признакам: количество гороха с желтой/зеленой кожурой, гладкие горошины и морщинистые, карликовое растение/нормальное/высокое и так далее. Ученый использовал 22 чистых линии и около 10.000 растений бобового.

Моногибридное скрещивание

Такое скрещивание было выбрано первым для опытов. Моногибридное скрещивание – скрещивание особей, отличающихся друг от друга лишь одним признаком. Ген, в котором заключена информация об этом одном из признаков называется аллельным геном или аллелью.

В зависимости от комбинации генов в паре, организм может быть гомозиготным или гетерозиготным. В первом случае оба гена несут одну разновидность признака, во втором – две разные. Гомозиготами будут являться горох, оба аллели которого несут окраску только желтого или только зеленого цвета. Гетерозиготами – те, у которых один ген несет желтый цвет, а другой – зеленый.

Есть доминантные и рецессивные гены. Первые преобладают, вторые – подавляются. Посмотрим на схему моногибридного скрещивания выше и разберемся в некоторых правилах записи.

Здесь мы видим 2 признака: цвет и текстуру кожуры. Разные типы признаков обозначаются разными буквами. Например, желтый – А, зеленый – В. Доминантные признаки записываются заглавными буквами, а рецессивные – строчными. Один ген аллели – одна буква.

Исходя из этого, монозиготы могут быть либо аа (рецессивная гомозигота), либо АА (доминантная монозигота).

Запись начинается с родителей, в задачах пишется «Р:» и перечисляются предки. Между ними ставится знак скрещивания «х».

Следующей строкой идут гаметы, обозначаются «G:» и перечисляются гаметы каждого из родителей.

Затем пишется потомство. Если это первое поколение, то «F₁», если дальше, то цифра соответствует очередности. Здесь должны быть все версии потомков. Так как при скрещивании монозигот у нас были только гаметы А и а, то вариант всего один: Аа. Это гетерозигота. Так как по условию желтый цвет доминирует над зеленым, то горошины будут желтыми.

Законы Менделя

В результате такого скрещивания Мендель открыл закон единообразия гибридов первого поколения. Он гласит: при скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга только по одному признаку, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей, и поколение по этому признаку будет единообразно.

Далее Мендель продолжил изучать потомство гороха, теперь он скрестил то самое единообразное поколение.

Так Мендель вывел закон расщепления. Из него следует, что при скрещивании потомков первого поколения, во втором снова появляются особи с рецессивным признаком, эти особи составляют 1: 4 часть от всего числа потомков второго поколения.

Фенотип – внешнее проявление признака.

Исходя из этого же скрещивания, Мендель вывел еще один закон. Закон чистоты гамет: при образовании гамет в каждую пару попадает только один из двух «элементов наследственности», отвечающих за данный признак. На эту мысль его натолкнуло именно появление одной части зеленых горошин. Мендель сделал выводы о том, что гены из пары не пропадают бесследно, а передаются в следующее поколение.

Ранее мы говорили о том, что доминирующий признак подавляет рецессивный. Если у гороха генотип Аа, где доминирующий цвет желтый, то горошины будут этого цвета. Однако, все не всегда так однозначно.

Если скрестить пурпурные и белые цветы ночной красавицы, то гетерозиготное потомство приобретет отличный от родителей цвет: розовый. По закону неполного доминирования при скрещивании доминантной и рецессивной гомозигот, все особи в потомстве проявят либо признаки родителей, либо промежуточный признак.

Если скрещиваются организмы, отличающиеся друг от друга не по одному признаку (моногибридное), а по двум, то скрещивание называется дигибридным.

Для своих опытов в этом направлении Мендель взял горох двух цветов и двух фактур.

Родители были доминантной и рецессивной гомозиготами. В первом поколении горошины желтые и гладкие, гетерозиготы. Так как при скрещивании двух гетерозигот по обоим признакам от каждого родителя по 4 варианта гамет, то удобно воспользоваться решеткой Пеннета. Для этого гаметы одного родителя записывают по горизонтали, а второго – по вертикали. Затем на пересечениях заполняются ячейки решетки.

Если пересчитать количество потомков каждого фенотипа, то получится следующее:

9 шт. – желтый гладкий

3 шт. – желтый морщинистый

3 шт. – зеленый гладкий

1 шт. – зеленый морщинистый

Так Мендель пришел к закону независимого наследования признаков, из которого следует, что при дигибридном скрещивании гены и признаки, за которые отвечают эти гены, наследуются независимо друг от друга.

Ксения Алексеевна | Просмотров: 16k

Законы наследственности Г. Менделя

Основное в биографии Грегора Менделя

Г. И. Мендель является наиболее известным чешским ученым. Будущий естествоиспытатель родился в Австрийской империи в обычной небогатой крестьянской семье, получив при крещении имя Иоганн.

Природа начала интересовать ребенка с ранних лет, в то время, когда он работал помощником садовника и непосредственно садовником. Некоторое время Мендель учился в институте Ольмюца в философских классах. После этого он 1843 году постригся в монахи и принял новое имя — Грегор.

Значится в биографии ученого и период, когда он учился в Брюннском богословском институте (с 1844 по 1848 год), а после учебы стал священником.

Во время учебы будущий ученый самостоятельно осваивал различные науки. Также он изучал естественную историю в Венском университете.

Непосредственно в Вене ученый стал интересоваться процессами гибридизации, а также статистическим соотношением гибридов. Особое внимание Мендель уделял вопросам, касающимся изменений качественных признаков у растений. В качестве объекта для исследований ученый выбрал горох — это растение можно было без проблем вырастить в саду монастыря.

Последующие наблюдения за результатами проведенных исследований стали основой получивших известность «законов Менделя».

Первые успехи подтолкнули ученого перенести эксперименты на другие растения и насекомых — он выбрал растение семейства астровых (скрещивал разновидности ястребинки) и пчел (скрещивал разновидности пчел). К сожалению, полученные результаты не были такими же успешными, как в случае с горохом. А все дело было в том, что, как уже известно сегодня, механизм наследования признаков у этих растений и животных не такой, как механизм наследования у гороха.

За этим последовало разочарование Менделя в биологии. Он был назначен настоятелем монастыря и больше не занимался наукой. Однако его заслуги сложно переоценить: именно он нашел и описал статистические закономерности наследования признаков у гибридов.

Кратко рассмотрим законы Менделя. Всего существует три закона Менделя.

Первый закон Менделя

Чтобы облегчить учет результатов исследования, Мендель целенаправленно взял растения, у которых признаки четко различались: цвет и форма семян.

Первое, что сделал ученый — получил семена «чистых линий» растений, которые при последующих посевах и в результате самоопыления не давали расщепления признаков.

Когда происходило скрещивание разных сортов гороха — с пурпурными и белыми цветками — первое поколение гибридов было представлено растениями с пурпурными цветками. Такие же результаты были получены и при скрещивании гороха с желтыми и зелеными семенами, а также с семенами гладкой и морщинистой формы.

Полученные результаты позволили Менделю сформулировать закон единообразия гибридов первого поколения — 1 закон Менделя.

Вот формулировка первого закона Менделя.

1-й закон Менделя подразумевает, что при скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к чистым линиям и отличающихся друг от друга одной парой альтернативных проявлений определенного признака, первое поколение гибридов (F1) будет одинаковым и будет нести проявление признака лишь одного из родителей.

Первый закон Мендаля также получил название закона доминирования признаков. Суть его заключается в том, что доминирующий признак получает проявление в фенотипе и подавляет рецессивный признак.

Схема 1-го закона Г. Менделя.

Второй закон Менделя

При последующем исследовании гибридов первого поколения Менделем было обнаружено, что при дальнейшем скрещивании между собой гибридов первого поколения, у гибридов второго поколения будет наблюдаться расщепление признаков — при чем, с устойчивым постоянством.

Формулировка второго закона Менделя выглядит так:

В результате скрещивания двух гетерозиготных потомств первого поколения между собой, можно наблюдать расщепление во втором поколении. Это расщепление имеет определенное числовое соотношение по фенотипу — 3:1, а по генотипу — 1:2:1.

2 закон Менделя также называют законом расщепления, и его суть заключается в том, что рецессивный признак у гибридов первого поколения не пропадает, а только подавляется с последующим проявлением во втором гибридном поколении.

Схема 2-го закона Г. Менделя.

Третий закон Менделя

От 1 и 2 закона Менделя плавно переходим к 3-му.

Первые опыты, проводимые Менделем, были основаны на всего лишь одной паре альтернативных признаков. В этом случае ему уже стало интересно, что будет, если рассмотреть сразу несколько признаков.

В результате признаки стали между собой комбинироваться, что вызвало растерянность у ученого. Однако детальное рассмотрение позволило ученому вывести определенную закономерность расщепления.

Стало понятно, что гибриды первого поколения характеризуются однообразностью, а во втором поколении происходит расщепление признаков по фенотипу в пропорции 9:3:3:1. При чем, вне зависимости от другого признака. 3 закон Менделя получил название закона независимого наследования.

Вот как формулируется закон наследования признаков.

Третий закон наследственности гласит, что при скрещивании двух особей, отличающихся одна от другой по нескольким парам альтернативных признаков (двум и более), происходит независимое наследование генов и соответствующих им признаков, а также комбинирование во всех доступных сочетаниях (как при моногибридном скрещивании).

Вот схема 3-го закона Мендаля.

Все эти законы Грегора Менделя, заложили начало новой науки — генетики. Именно благодаря законам Менделя генетика стала популярной и быстро развивающейся наукой, а само словосочетание pfrjy vtyltkz стало широко известным.

Умение решать задачи по генетике очень важно, особенно, если школьник собирается сдавать Единый Государственный Экзамен по предмету биология. На первый взгляд, генетические задачи представляют собой что-то запутанное и непонятное. Но если разобраться в процессе решения, то все окажется не так уж и страшно. Давайте разберемся, как решать задачи по генетике.

История

Генетика – это сравнительно новая наука, заключающаяся в изучении наследования и изменчивости живых организмов. Огромный вклад в ее развитие привнес знаменитый ученый-биолог Грегор Мендель. Именно он сформулировал три самых главных закона, от которых в дальнейшем оттолкнулось развитие данной научной области и ввел понятие “генетика”.

Несмотря на то, что имя этого выдающегося ученого фигурирует во многих учебниках как имя первооткрывателя данной биологической области, не стоит думать, что он первый задумался о наследственности. За его открытиями и тремя постулатами генетики стоит титанический труд его последователей, пытавшихся изучить данную область. Ведь, как показывает история, уже более шестисот лет назад люди понимали примитивные закономерности наследования, но не могли их объяснить.

Законы Менделя

Без знания трех основных законов наследования и изменчивости невозможно заниматься решением задач по генетике.

Первый закон объясняет принципы единообразия гибридов первого поколения и звучит следующим образом:

При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, все первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей.

Данный закон означает, что если скрестить две чистые линии по одному признаку, например, зеленый и желтый горох, то абсолютно у всех потомков проявится только один цвет (либо желтый, либо зеленый), в зависимости от того, чей признак более сильный (доминантный).

Второй закон, который объясняет расщепление признаков, звучит следующим образом:

При скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу -3:1, по генотипу – 1:2:1.

Это означает, что у родителей, которые не являются чистыми линиями, в любом случае, с меньшей вероятностью, но появится у потомства внешнее различие, не говоря уже о генотипе.

Третий закон о независимом наследовании звучит как:

При скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

Это означает то, что один независимо наследуемый признак никак не может повлиять на проявление или не проявление другого независимого признака.

Общие правила

Чтобы научиться решать задачи по генетике, необходимо:

• Уметь читать условие задачи, выбирая из него необходимую информацию.
• Уметь различать аллельные и неаллельные гены.
• Различать наследование, сцепленное с полом и аутосомное.
• Уметь пользоваться терминологией и правилами оформления задач.
• Уметь пользоваться решеткой Пеннета.

Если вы уже имеете представление о генетике как о науке, знаете терминологию и теорию, то половина пути уже пройдена – можно приступать к решению задач.

Оформление

Задачи по биологии на генетику имеют свою специфику оформления, для который необходимо знать и уметь пользоваться особой символикой. Данные символы представлены в таблице.

Пользование данной символикой поможет облегчить решение задач и уменьшит громоздкие записи сложных заданий.

Решетка Пеннета

Решетка Пеннета – это специальная таблица, которой очень удобно пользоваться при решении задач по генетике, в условиях которых фигурируют более одной пары признаков.

Она представляет собой таблицу, по правую сторону которой вертикально пишется мужской генотип, а горизонтально сверху – женский. Середина заполняется предполагаемым генотипом потомков.

Если задачи по теме генетика даются школьнику с трудом, то рекомендовано решать даже самые легкие из них с помощью этой решетки. Она поможет правильно расписать генотип, не запутавшись.

Многибридное скрещивание

Теперь, когда основные генетические принципы рассмотрены, можно приступать к объяснению задач по генетике. Начнем изучение с самых простых примеров на моногибридное скрещивание, в которых рассматривается только одна пара признаков.

Возьмем такой пример задачи по генетике: ген глухоты является рецессивным, в отличие от гена нормального слуха. У неслышащего мужчины и нормальной женщины родился ребенок с нарушением слуха. Необходимо определить генотипы всех членов семьи.

Как решить задачу по генетике? Начнем разбор по-порядку:

1. Ген глухоты рецессивный, значит обозначим его “а”, ген нормального слуха будет “А”.
2. В задаче ничего не сказано про половые хромосомы, значит ген локализуется в аутосоме.
3. Подберем генотип отца. Он не слышит, и, учитывая, что ген глухоты рецессивный, этот мужчина должен иметь чистую линию следующего типа – “аа”.
4. Тот же принцип будет у потомка. Полная глухота возможна лишь при чистой линии рецессивного признака, иначе бы доминантный ген нормального слуха перекрыл его.
5. Подберем генотип матери, у который по условию нормальный слух. Согласно первому закону Менделя о том, что при скрещивании двух чистых линий потомки всегда носят доминантный фенотип, можно сделать вывод, что мать является гетерозиготной по данному признаку.

Таким образом ответ этой задаче по генетике следующий: аа – отец, аа – ребенок, Аа – мать.

Дигибридное скрещивание

Решение задач по биологии на генетику такого типа предполагает использование решеток Пеннета. В данных задачах рассматривается наследование двух независимых признаков.

Итак, условие, взятое из учебника:

У томатов красная окраска плодов доминирует над желтой, а гладкая кожица плодов доминирует над опушенной. Скрестили между собой гомозиготные растения томатов с красными и гладкими плодами с гомозиготным растением томатов с желтыми и опушенными плодами. Определите генотип и фенотип потомства.

Приступим к решению данной задачи по генетике:

• Определим важные моменты задачи: красную окраску, которая является более сильным признаком, обозначим, как “А”, соответственно желтую, как – “а”. Гладкую кожицу, как “В”, а кожицу с пушком, как “в”.
• Известно, что родители являются чистыми линиями, следовательно их генотипы примут следующий вид: ААВВ и аавв.
• Чтобы определить генотипы и фенотипы потомков в первом поколении не нужно даже составлять решетку Пеннета. Согласно первому закону все потомки будут гетерозиготны (АаВв) и иметь фенотип доминантный фенотип, то есть красную окраску и гладкую кожицу.

Задачи с решеткой Пеннета

Рассмотрим задачи по генетике также с дигибридным скрещиванием, но уже по-сложнее.

Возьмем потомков первого поколения из условия выше, то есть томаты с красной гладкой кожицей и генотипом АаВв и скрестим их с рецессивной чистой линией (аавв).

Чтобы узнать генотипы и фенотипы потомков, для удобства нам необходимо составить таблицу.

Родители	АВ	Ав	аВ	ав
ав	АаВв	Аавв	ааВв	аавв

Теперь по известным генотипам очень легко определить внешний вид потомков:

• 1 потомок с красной кожурой и гладкой кожицей (АаВв);
• 1 с красной кожурой и пушком (Аавв);
• 1 с желтой кожурой и гладкой кожицей (ааВв);
• 1 желтый с пушком.

Вот так легко решается задача по генетике на скрещивание по двум и более признакам.

Наследование, сцепленное с полом

Помимо признаков, наследуемых по аутосомному типу, у человека и животных существует огромное количество признаков, которые локализуются в половых хромосомах.

Известно, что у человека, не страдающего какими-либо серьезными генетическими отклонениями, их две (ХХ у женщин; ХУ у мужчин). Большинство признаков несет именно Х хромосома.

Рассмотрим пример решения задач по генетике на данную тему. Возьмем условие из учебника:

От родителей, по фенотипу имеющих нормальное зрение, родилось несколько детей с нормальным зрением и один мальчик-дальтоник (не различает красный и зеленый цвета). Чем это объяснить? Каковы генотипы родителей и детей?

Решение данной биологической задачи по генетике будет следующим:

• Как известно, дальтонизм сцеплен с Х хромосомой как рецессивный признак. Обозначим дальтонизм как Х^а, а нормальное зрение, как Х^А.
• Определим генотип родителем. Если отец имеет нормальное зрение, то он не может быть носителем гена дальтонизма в виду своей половой особенности. Его генотип – Х^АУ. Учитывая то, что в семье все-же появился дальтоник, мать была носителем этого дефекта, хотя сама им не страдала. Ее генотип Х^АХ^а.
• Чтобы определить генотипы детей, составим для большего удобства специальную таблицу:

Родители	ХА	У
ХА	ХАХА	ХАУ
Ха	ХАХа	ХаУ

Таким образом мы определили все генотипы в данной задаче по генетике.

Задачи на группы крови

Это особый тип задач, при решении которых надо знать, каким именно образом наследуется та или иная группа крови. Для этого необходимо воспользоваться специальной таблицей, изображенной на рисунке ниже.

Теперь, узнав главные закономерности, давайте попробуем решить задачу по генетике следующего содержания: у матери 1-я группа крови, а у отца – 4-я. Определите группы крови ребенка.

Разберем задачу по-порядку:

• Согласно таблице, данной выше, 1-я группа крови обозначается, как I^OI^O, а 4-я – I^AI^B.
• Учитывая генотипы родителей, группа крови ребенка будет либо 2(I^AI^O), либо 3 (I^BI^O), в соотношении 50 процентов.

Попробуем решить еще одну задачу, но уже на резус-фактор. Для этого воспользуемся другой показательной таблицей, представленной на рисунке.

Итак, дано: оба родителя имею отрицательный резус фактор, а ребенок – положительный. Отец решил сделать тест на подтверждение родства. Какой будет результат данного теста?

Ответ: по результатам теста на определение отцовства, ребенок не будет являться родным. Так как положительный резус-фактор означает, что он должен иметь хотя бы одного родителя с положительным резус-фактором.

Задачи повышенной сложности

Рассмотрев, простые задачи по генетике, давайте попытаемся решить более сложные. Возьмем, пример, задачу, которая будет содержать в совокупности и аутосомные признаки и половые.

Итак, дано: у человека генетически обусловлено доминирование карих глаз над голубыми. А дальтонизм считается рецессивным по отношению к нормальному зрению.

Кареглазая женщина с нормальным зрением, отец которой имел голубые глаза и страдал цветовой слепотой, выходит замуж за голубоглазого мужчину с нормальным зрением. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей и возможного потомства, вероятность рождения в этой семье детей — дальтоников с карими глазами и их пол.

Решаем пошаговым способом:

• Как известно из ранее решенных задач, дальтонизм сцеплен с полом, а, если конкретно, то с Х хромосомой, и обозначается, как Х^а. Про признак цвета глаз ничего не сказано, значит делаем вывод, что он аутосомный и обозначаем его В(карие) и в(голубые).
• Определим генотип матери. Известно, что она кареглазая и имеет нормальное зрение, но она не может быть чистой линией, потому что ее отец имел голубые глаза и проблемы с восприятием цвета. Таким образом, ее генотип будет ВвХ^АХ^а.
• Определим генотип отца. Из условия это сделать не сложно: он имеет голубые глаза и нормальное зрение, значит – ввХ^АУ.
• Для того, чтобы определить генотип потомков, составляем решетку:

Родители	ВХА	ВХа	вХА	вХа
вХА	ВвХАХА	ВвХАХа	ввХАХА	ввХАХа
вУ	ВвХАУ	ВвХаУ	ввХАУ	ввХаУ

Наглядные генотипы готовы. Теперь осталось определить вероятность появления в этой семье кареглазых детей с нарушениями цветовосприятия и определить их пол. Для этого внимательно рассмотрим таблицу. Кареглазый дальтоник появится только в одном случае, и это будет мальчик. Таким образом вероятность его появления равна 1/8.

Генетика в Едином Государственном Экзамене

Выпускники, нацеленные на сдачу биологии в этом году, должны знать, что встречаются в ЕГЭ задачи по генетике. Чтобы успешно сдать экзамен, не достаточно уметь решать простые задания на изменчивость и наследование, но еще обладать навыками решения более сложных заданий.

Согласно статистке в Едином государственном тестировании встречаются несколько вариантов генетических задач, как в первой части, так и в последней, которая дает большее количество баллов.

Задачи по генетике на моногибридное скрещивание очень часто фигурируют в части А демонстрационных вариантов, под номерами (7, 8 и 30).

А вот задания на дигибридное и полигибридное скрещивание, на половое наследование и на группы крови чаще всего составляют последнюю, саму сложную часть вопросов Единого Государственного экзамена. Они фигурируют под номером 6.

За правильно решенную и, что немаловажно, правильно оформленную задачу могут дать три балла.

Также возможно встретить и смешанный тип, который рассмотрен в данной статье как задачи повышенной сложности. Им тоже необходимо уделять внимание при подготовке к поступлению, потому что на первом курсе профиля естественных наук будут решаться такие задачи.

Чтобы успешно сдать ЕГЭ, необходимо уделять внимание не только теоретической подготовке, но и практиковаться в решении задач. Систематичность и регулярность в этом деле вознаградят выпускников высокими баллами за экзамен и поступлением в выбранный институт на хорошую специальность.