II. Моногибридное скрещивание

2.1. Правила решения задач

Моногибридным называется скрещивание двух организмов с учетом пары альтернативных (взаимоисключающих) признаков. Примерами пар альтернативных признаков могут служить гладкая и морщинистая поверхность семян гороха, черный и серый цвет тела у дрозофилы, пятипалая (нормальная) и шестипалая (полидактилия) рука у человека. Скрещиваемые организмы могут, как отличаться друг от друга по паре альтернативных признаков (например, горох с гладкой поверхностью семян скрещивается с горохом с морщинистой поверхностью семян), так и быть одинаковыми по ним (например, горох с желтой окраской семян скрещивается с горохом с желтой окраской семян). Альтернативные признаки обусловливаются (детерминируются) парой аллельных (аллелеморфных) генов, представляющих собой мутантные формы (варианты) одного и того же гена. Закономерности моногибридного скрещивания были впервые установлены в 1865 году основоположником генетики как науки Грегором Менделем.

Для понимания основных закономерностей менделевской генетики необходимо знание сущности ряда основных понятий генетики: ген, генотип, фенотип, аллельные и неаллельные гены.

Ген – это участок молекулы ДНК (или РНК), кодирующий последовательность аминокислот в полипептидной цепи или последовательность нуклеотидов в молекулах транспортной РНК (т-РНК) и рибосомальной РНК (р-РНК).

Генотип – это совокупность всех генов организма.

Фенотип – это совокупность всех признаков организма, которые формируются в результате реализации генотипа в определенных условиях внешней среды.

Аллельные гены – это гены, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом и контролирующие развитие вариаций одного признака (например, цвет глаз у человека, который может быть голубой, зеленый, карий, детерминируется парой аллельных генов).

Неаллельные гены – это гены, расположенные в разных участках (локусах) хромосом и контролирующие развитие разных признаков или вариаций одного признака. (Например, неаллельными являются гены, определяющие цвет и поверхность семян гороха, или различные вариации цвета кожных покровов у человека).

В генетических схемах гены принято обозначать буквами латинского алфавита. Аллельные гены обозначаются одной и той же буквой. При этом один из пары аллельных генов, который подавляет действие другого аллельного гена, называется доминантным геном и обозначается большой буквой, например – A. Подавляемый им ген – рецессивный, обозначается малой буквой – a. Каждый организм имеет в своем генотипе по два (одинаковых или разных) аллельных гена (правило аллельного состояния гена). Организм, имеющий два одинаковых аллельных гена и продуцирующий один тип гамет, называется гомозиготным. Например, организмы с генотипами – AA и aa. Организм, имеющий два разных аллельных гена и продуцирующий два типа гамет, называется гетерозиготным. Например, организм с генотипом – Aa. При наличии в генотипе организма доминантного гена, даже одного из аллельной пары, в фенотипе будет проявляться доминантный признак. Например, гетерозиготный горох (Aa), имеющий доминантный ген (A), определяющий желтую окраску семян и рецессивный ген (a), детерминирующий зеленую окраску семян, как и гомозиготный горох по доминантному гену (AA), будет иметь в фенотипе чисто желтую окраску семян. Гомозиготный горох по рецессивному гену (aa) в фенотипе будет обладать зеленой окраской семян.

При решении генетических задач составляются схемы, в которых используется определенная генетическая символика. Родители обозначаются буквой P (от латинского слова Parents – родители), за которой выписываются генотипы родителей. Принято на первом месте ставить женский организм, а затем – мужской. Между ними ставиться знак умножения (х), обозначающий скрещивание. Перед генотипом каждого родителя выставляется знак пола ♀ (женский организм – символ ''зеркало Венеры'') или ♂ (мужской организм – ''щит и копье Марса''). При решении генетических задач, в которых объектом является человек, между генотипами родителей также выставляется знак умножения (х), но в этом случае речь идет не о скрещивании организмов, а о вступлении в брак, бракосочетании или о заключении брака между двумя индивидами. В нижележащей строке выписываются все типы продуцируемых родителями гамет – (G) (от латинского слова Gametos – гаметы). Гамета схематично представляет собой буквенное обозначение гена (генов), находящегося в ней, обведенное в кружок. Например, гетерозиготный организм с генотипом Aa продуцирует

два типа гамет – и .

В следующей строке указывают генотипы первого поколения потомков (дети), которое обозначается знаком – F1 (от латинского слова Fillii – дети). Второе поколение потомков (внуки) обозначается знаком F2. При необходимости под генотипами указываются фенотипы потомков, и приводится их соотношение по генотипу и/или фенотипу.

В качестве примера приведем схему моногибридного скрещивания желтого гороха с зеленым (схема 1).

На этой схеме показано, что родителями (P) являются гомозиготный желтый (AA) и зеленый (aa) горох. Первое из этих растений, взятое в качестве материнского растения, образует один тип гамет (яйцеклеток) с геном A. Второй родитель, от которого взята пыльца, образует один тип спермиев с геном a. Все их потомство F1 имеет один и тот же генотип Aa. Фенотипически это желтые растения.

P	♀AA	x	♂aa
G
F1		Aa

Фенотип: желтые

Схема 1: Генетическая схема моногибридного скрещивания

гомозиготных организмов.

Схема 1 иллюстрирует первое правило (закон) Менделя или правило единообразия гибридов первого поколения. Оно гласит: при скрещивании гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга по одной (или нескольким) паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения единообразны по генотипу и фенотипу.

При скрещивании гибридов первого поколения (F1) между собой, во втором поколении гибридов (F2) появляются растения и с желтыми и с зелеными семенами (схема 2). При этом расщепление по фенотипу составляет ¾ желтых и ¼ зеленых (то есть 75% желтых и 25% зеленых), а по генотипу 1AA : 2Аa : 1aa (то есть 25 % AA : 50% Aa : 25% aa).

F1	♀Aa	x	♂Aa
G
F2	AA Aa Aa		aa

Фенотип: желтые (3/4) зеленые (1/4)

Схема 2: Генетическая схема моногибридного скрещивания гетерозиготных организмов.

Схема 2 иллюстрирует второе правило (закон) Менделя, или правило расщепления. Оно гласит: при моногибридном скрещивании гетерозиготных организмов (гибридов первого поколения) в потомстве наблюдается расщепление по генотипу – 1 гомозиготный организм по доминантному гену (AA) к 2 гетерозиготным организмам (Aa) и к 1 гомозиготному организму по рецессивному гену (aa) или 1:2:1, по фенотипу (при полном доминировании) – 3 организма с доминантным признаком к 1 организму с рецессивным признаком или 3:1.