Практикум по генетике

В скрещивании гетерозиготной самки дрозофилы с гомозиготным по генам b и v (окраска тела и длина крыльев) самцом, вместо расщепления

1:1 (при полном сцеплении) имело место расщепление 41,5 % черных длиннокрылых, 41,5% серых бескрылых ( 83%), 8,5 % черных бескрылых и 8,5% серых длиннокрылых ( 17%) (рис. 4.1). Нарушение сцепления в

17% случаев Морган объяснил обменом гомологичными участками между гомологичными хромосомами (кроссинговером), который можно представить следующей схемой:

В результате такого обмена образуются кроссоверные хромосомы

(Ab и aB), которые дают кроссоверные гаметы (Ab и aB). На первых порах эту гипотезу встретили весьма критически, однако довольно скоро бельгийский цитолог Янссенс описал явление, подтвердившее теорию Моргана. Он наблюдал, что хромосомы в профазе мейоза образуют пары

(конъюгируют), в некоторых точках непосредственно соприкасаются и перекрещиваются друг с другом. По мнению Моргана, именно в этих точках контакта (хиазмах) и происходит обмен участками хромосом.

Итак, кроссинговер происходит в профазе мейоза между хроматидами гомологичных хромосом.

Частоту кроссинговера определяют по формуле:

Гомологичные хромосомы могут претерпевать перекрест в

нескольких местах. В соответствии с этим кроссинговер может быть

122

одинарным, двойным, тройным и множественным. Перекрест обозначается вертикальной чертой; например А В, двойной А В С. Ниже приведены схемы одинарного и двойного перекреста у AaBbCc (рис. 4.2).

Рисунок 4.2. Одинарный и двойной перекрест.

Частота некроссоверных хромосом и некроссоверных гамет всегда самая большая. Частота двойных кроссоверов – самая маленькая. Морган предложил использовать частоту кроссинговера как показатель относительного расстояния между генами. Единицей этого расстояния является 1% кроссинговера. В честь Моргана еѐ назвали сМ (сантиморган).

Если принять расстояние между генами АВ=15%, ВС=10%, то вероятность двойного перекреста равна произведению вероятностей одинарных, т.е.

123

15% х 10% = 1,5%. Это теоретически, а фактически двойной перекрест бывает меньше из-за явления, названного интерференцией (I). Это подавление перекреста в одной точке, перекрестом в соседней, в результате чего двойной перекрест происходит реже, чем ожидается теоретически. I = 1-C, где С (коинциденция) означает отношение фактического двойного перекреста к теоретически ожидаемому (формула №1).

C rf фактическая (двойных перекрестов) rf теоретическая (двойных перекрестов)

Если гены расположены близко, например 10%, то интерференция полная, равна 1, так как двойной перекрест не происходит совсем (С = 0). Если гены расположены сравнительно далеко, то I = 1 0.

При одинарном перекресте частота обменов всегда меньше 50%. Если она 50% значит, гены свободно комбинируются. Они или находятся в разных хромосомах (тогда 50%) или в одной, но на большом расстоянии друг от друга (это явление называется синтения) и сцепление между ними обнаруживается благодаря промежуточным генам. Ниже приводится схема, иллюстрирующая частоту перекреста между двумя генами (А В)

при участии 2х, 3х, четырех хроматид. Каждая хроматида может образовывать хиазмы с любой из хроматид гомологичной хромосомы, но в одном сечении бивалента может быть только один обмен (рис. 4.3).

Как видно из схемы, даже если учесть все варианты обмена, частота перекреста равна 50%, но он происходит не во всех клетках, так что фактически она меньше 50%.

Идею о линейном расположении генов в хромосоме Морган выдвинул на основании результатов анализирующего скрещивания по трем парам генов у мушки дрозофилы.

Так, rf по А В = 1,2%

В С = 3,5%

А С = 4,7%

124

Если обозначить гены точкой, то все они находятся на одной прямой, то есть, расположены линейно Ао_______Во____________оС.

Это подтверждают и опыты на других объектах. Так, например, у

кукурузы C/sh = 3%, sh/bz = 2%, C/bz = 5% (C – окраска алейрона, sh –

консистенция эндосперма, bz – бронзовые листья). Гены расположены линейно Cо_______shо_________оbz . Все это обеспечивается формулой: A B = B

C ± A C.

В результате определения частоты перекреста между различными генами и открывшимися в связи с этим возможностями их взаимного расположения Морган и его ученики создали первую генетическую карту дрозофилы. Генетическая (или хромосомная) карта – это графическое изображение порядка расположения генов в каждой хромосоме.

Одна условная единица расстояния между генами на карте равна 1%

кроссинговера. На карте указывают: номер хромосомы (группы сцепления), место центромеры, положение каждого гена с указанием расстояния до него от нулевой точки (начало хромосомы) и полные или сокращенные названия генов. Так, например, у дрозофилы группа сцепления Х хромосомы обозначена, как I, две группы сцепления,

соответствующие двум длинным метацентрическим хромосомам – II и III и

наименьшая –IV (рис 4.4).

Для того чтобы составить генетические карты необходимо изучить закономерность наследования большого числа генов. У дрозофилы изучено около 500 генов (Морган), у кукурузы – 400. Это колоссальный труд многих ученых. Поэтому они составлены пока лишь для некоторых наиболее изученных с генетической точки зрения объектов: дрозофилы,

кукурузы, томатов (~800 генов), мыши, кишечной палочки, пшеницы,

гороха, риса и других. Какие цели преследуют ученые в этом вопросе?

Охватить различные таксономические группы, модельные объекты,

вредителей (насекомые, микроорганизмы), объекты селекционной деятельности.

125

4. Сцепление генов и перекрест – закономерные биологические

явления.

Рис. 4.4 Генетические карты (группы сцепления) дрозофилы. Номера групп сцепления обозначены римскими цифрами (I-IV). Цифры на генетических картах обозначают локусы генов, или расстояние между генами и одним из концов хромосом (в процентах кроссинговера). Внизу слева – метафазная пластинка хромосом дрозофилы. Номера хромосом соответствуют номерам групп сцепления. Буквы справа от названия гена обозначают признак, затрагиваемый данным геном: В – тело; Е – глаза; W

– крылья; Н – щетинки (Ватти К.В. и Тихомирова М.М., 1972)

127

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что входит в понятие «сцепленное наследование» и «группы сцепления»? От чего зависит число групп сцепления?

2.В чем суть работ Моргана и Гетчинсона по изучению наследования сцепленных признаков у дрозофилы и кукурузы?

3.Раскройте понятие «перекрест хромосом или кроссинговер», и какие его типы вы знаете?

4.Как рассчитывается частота перекреста и в каких единицах она выражается?

5.Приведите доказательства кроссинговера (генетические и цитологические).

6.Какие факты свидетельствуют о линейном расположении генов в хромосоме?

7.Что означает цис - и транс – положение генов?

8.Какое явление контролирует интерференция? Как рассчитывается коэффициент совпадения (С)?

9.Перечислите факторы внешней и внутренней среды, влияющие на кроссинговер.

10.В чем состоит генетическое и эволюционное значение кроссинговера?

11.Что представляют собой генетические карты хромосом эукариот, как их можно использовать?

12.Сформулируйте основные положения хромосомной теории Моргана.

Задачи с решением

При изучении сцепленного наследования для определения расстояния между генами предпочтительно использовать анализирующее скрещивание, при котором сразу и легко выделяются кроссоверные

(рекомбинантные) классы. По их доле можно вычислить процент

128

кроссинговера и выявить различия в частоте рекомбинаций у особей разного пола (если они есть) по результатам реципрокных скрещиваний, используя гетерозиготных особей либо в качестве женского, либо в

называется цис–положение, aBAb - транс–положение.

При полном сцеплении особь, гетерозиготная по всем рассматриваемым признакам, образует два типа гамет, при неполном сцеплении происходит образование кросоверных и некросоверных гамет, при этом:

1.Количество некроссоверных гамет всегда больше, чем кроссоверных.

2.В пределах кроссоверов образуется два равных по численности класса по каждому перекресту.

3.Вероятность объединения генов разных групп сцепления в каждой гамете равна произведению вероятностей каждого гена, образующего эту гамету.

4.Вероятность объединения разных типов гамет в зиготе равна произведению частот этих гамет.

5.Если известно количество кроссоверных особей, то процент кроссинговера между генами вычисляется по формуле № 2:

rf a b 100 % n

где а, b - кроссоверы, n - общее количество особей от анализирующего скрещивания.

Если известно расстояние между генами (в % перекреста или сМ), то

количество кроссоверных гамет определенного типа, можно вычислить по

формуле № 3

129

n % кроссинг овера (расстояние между г енами)

2

Задача 1. Скрещиваются два растения кукурузы. Одно имеет окрашенный

алейрон и гладкий (без вмятин) эндосперм, другое – неокрашенный

алейрон и зерно с вмятиной.

ВF1 все растения имели семена с окрашенным гладким эндоспермом.

ВFа получилось расщепление:

Провести генетический анализ, то есть, определить, какие признаки доминантные, какие рецессивные, где находятся гены: в одной паре хромосом или разных, если в одной, то, на каком расстоянии друг от друга,

дать схему скрещивания.

Решение:

В данной задаче рассматривается наследование двух пар признаков.

Поскольку все первое поколение единообразно, можно предположить, что родительские формы были гомозиготны, а проявление признаков окрашенного и гладкого эндосперма свидетельствует с большой вероятностью об их доминантности.

В Fa получилось четыре фенотипа, но их численность разная, не входит в рамки менделевского расщепления 1:1:1:1, которое определяется свободным комбинированием генов, находящихся в разных парах хромосом.

По-видимому, гены С и Sh (обозначим их так), находятся в одной паре хромосом, т.е. сцеплены, тогда схема скрещиваний и результаты расщепления можно представить следующим образом

130