15. Закони Менделя

Зако́ни Ме́нделя — закони, що становлять основу класичної генетики. У своїх працях Г. Мендель ґрунтувався на дослідженнях, проведених на горосі посівному (рід Pisum). Цей об'єкт виявився вдалим, тому що для нього характерне самозапилення, яке уможливлює одержання чистих ліній, тобто особин гомозиготних за більшістю генів. У своїх роботах Мендель не виділяв окремих законів, їх виділили й назвали інші дослідники, вже після їхнього перевідкриття в 1900 році.

Головні положення законів Грегора Менделя

Перший закон або "Закон одноманітності гібридів першого покоління": при схрещуванні особин з чистих ліній альтернативних варіантів однієї ознаки, всі гібриди першого покоління успадковують лише одну батьківську ознаку. Ту ознаку, що проявляється у гібридів першого покоління, називають домінантною, а ту яка не проявляється — рецесивною. Цей закон справедливий тільки у випадку повного домінування, оскільки Мендель працював лише з такими ознаками гороху для яких було характерне саме таке спадкування. Наступні закони також діють тільки в тому випадку якщо ознака спадкується за цим типом.

Другий закон або "Закон розщеплення": при схрещуванні гібридів першого покоління між собою отримуємо потомство, в якому розщеплення за фенотипом буде 3:1 (з переважанням домінантної ознаки), а за генотипом 1:2:1.

Третій закон або "Закон незалежного успадкування ознак": кожна пара альтернативних варіантів ознак успадковується незалежно від інших пар і дає розщеплення 3:1 за кожною з пар (як і при моногібридному схрещуванні). При дигібридному схрещуванні (коли спостереження ведеться за двома ознаками) серед гібридів другого покоління спостерігають розщеплення 9:3:3:1. Цей закон справедливий лише для ознак, у яких гени, що їх кодують, належать до різних груп зчеплення, тобто знаходяться в різних хромосомах. Закон може виконуватись і для ознак, гени яких знаходяться в одній хромосомі на значній відстані один від одного (не менше 50 морганід). В іншому випадку гени спадкуватимуться зчеплено.

Закон чистоти гамет: в гібридного (гетирозиготного) організму гамети є чистими, тобто кожна гамета такого диплоїдного організму може містити тільки один алельний ген даного гену (нести тільки одну ознаку) і не може одночасно нести дві алелі. Це правило обумовлюється тим, що кожна гамета має лише гаплоїдний набір хромосом.

16. Статистичний характер і цитологічні основи законів г. Менделя

Генетика – наука про закономірності спадковості та мінливості організмів.

Це відносно молода галузь біології. Датою її народження вважають 1900 рік, коли три ботаніки, які проводили досліди по гібридизації рослин – голландець Г.де Фріз, німець К.Корренс та австрієць Е.Чермак, незалежно один від одного знайшли забуту працю чеського дослідника Грегора Менделя «Досліди над рослинними гібридами», видану в 1865 році. Вчені були вражені тим, наскільки наслідки їхніх дослідів наближались до отриманих Г.Менделем. Згодом закони спадковості, встановлені Г.Менделем, сприйняли науковці різних країн, а ретельні дослідження довели їхній універсальний характер.

Назву «генетика» запропонував англійський учений У.Бетсон у 1906 році. Новий етап у розвитку генетики пов'язаний з ім'ям видатного американського генетика Т.Х.Моргана та його учнів. Підсумком їхніх досліджень стало створення хромосомної теорії спадковості, яка вплинула на подальший розвиток не лише генетики, але й біології у цілому.

Основні генетичні поняття.

Як відомо, елементарною одиницею спадковості є ген. Ген – це ділянка молекули нуклеїнової кислоти, яка визначає спадкові ознаки організмів. Він кодує первинну структуру молекул поліпептиду, білка, певного типу РНК або ж взаємодіє з регуляторним білком. Гени, які несуть спадкову інформацію про певні ознаки (наприклад, розміри організмів, колір волосся, очей, форму плодів), можуть перебувати у різних станах (алелях). Алельні гени – це гени, що перебувають у різних станах, але займають одне й те саме місце (локус) в хромосомах однієї пари (гомологічних хромосомах) та визначають різні стани певної ознаки (високий чи низький зріст, руде чи чорне волосся, блакитні чи карі очі, овальна чи куляста форма плоду тощо).

Гомозиготною (від грец. гомос — рівний, однаковий та зиготос – сполучений разом) називають диплоїдну або поліплоїдну клітину (особину), гомологічні хромосоми якої несуть однакові алелі певного гена.

Гетерозиготною (від грец. гетерос — інший) називають диплоїдну або поліплоїдну клітину (особину), гомологічні хромосоми якої містять різні алелі певного гена.

Сукупність генетичної інформації, закодованої в генах клітини або організму, називається генотипом (від грец. генос – рід, походження і типос – відбиток). Унаслідок взаємодії генотипу з чинниками довкілля формується фенотип (від грец. Фаіно – являю) – сукупність усіх ознак і властивостей організму.

Отже, предметом генетичних досліджень є явища спадковості й мінливості організмів. Спадковість – це властивість живих організмів передавати свої ознаки й особливості онтогенезу потомкам, забезпечуючи спадкоємність поколінь організмів. Мінливість – здатність живих організмів набувати нових ознак та їхніх станів у процесі індивідуального розвитку. Спадковість і мінливість є протилежними властивостями живих організмів. Завдяки спадковості нащадки подібні до батьків, тобто зберігається стабільність біологічних видів. Мінливість забезпечує появу нових ознак та їхніх станів, завдяки чому відбуваються видоутворення та історичний розвиток біосфери в цілому.

При розв'язуванні задач з генетики частіше використовується гібридологічний метод, суть якого полягає в схрещуванні (гібридизації) організмів, які відрізнябться за певними станамиоднієї чи кількох спадкових ознак. Нащадків, одержаних від такого схрещування, називають гібридами.

Схрещування буває:

моногібридним – це поєднання батьківських форм, які відрізняються різними станами лише однієї спадкової ознаки;

дигібридним – двох ознак;

полігібридним – трьох і більше ознак.

Закономірності спадковості, встановлені Г. Менделем при моногібридному схрещуванні.

Г.Мендель та його дослідження. Як відомо, основні закономірності спадковості встановив видатний чеський учений Грегор Мендель. Успіху його роботи сприяв вдалий вибір об'єкта досліджень – гороху посівного. Відомо багато сортів цієї культурної рослини, які відрізняються різними станами певних спадкових ознак (забарвленням насіння, квіток, довжиною стебла, поверхнею насіння тощо). Її життєвий цикл короткий, що дає змогу прослідкувати передачу спадкової інформації потомкам протягом багатьох поколінь. Горох посівний – самозапильна рослина, тому нащадки кожної особини є чистими лініями, оскільки унеможливлюється неконтрольоване перехресне запилення. Чисті лінії – це генотипно однорідні нащадки однієї особини, гомозиготні за більшістю генів й одержані у результаті самозапліднення.

Таким чином, Г.Мендель застосував гібридологічний метод досліджень. На відміну від своїх попередників він чітко визначав умови експерименту: серед різноманітних спадкових ознак виділяв одну (моногібридне схрещування), дві (дигібридне) чи більшу кількість (полігібридне) і простежував прояв різних станів цих ознак у фенотипах кількох послідовних поколінь. Результати досліджень були оброблені математично, що дало можливість встановити закономірності передачі спадкових ознак у ряді поколінь при статевому розмноженні (його попередники намагалися прослідкувати успадкування всіх ознак організмів, тому їм не вдалося виявити його закономірності).

Закон одноманітності гібридів першого покоління (закон домінування). Свої дослідження Г.Мендель розпочав з моногібридного схрещування: він схрестив дві чисті лінії гороху, що давали насіння жовтого та зеленого кольорів (батьківські особини умовно позначаються латинською літерою Р – від лат. парентес – батьки). Насіння рослин, одержаних від такого схрещування (гібриди першого покоління — F – від лат. філіі – сини) виявилося одноманітним – жовтого кольору. Тож у фенотипі гібридів першого покоління проявився лише один із двох станів ознаки, який називають домінантний, що і дало назву виявленій закономірності. А той стан ознаки, який не проявився у першому поколінні (зелений колір насіння у данному випадку), називають рецесивним. Домінантні алелі позначають великими латинськими літерами (А, В, С тощо), а відповідні їм рецесивні – малими (а, Ь, с тощо).