Тема 1. Моногибридное скрещивание

Моногибридным называется скрещивание, в котором родительские формы различаются по одной паре альтернативных признаков, контролирующихся аллелями одного гена.

Причина расщеплений, наблюдаемых в моногибридном скрещивании,  случайное свободное комбинирование в процессе мейоза гомологичных хромосом, в которых находятся аллельные гены.

Проанализируем наследование аллелей одного аутосомного гена.

Для этого представим реципрокные скрещивания  прямое (♀AA  ♂аа) и обратное (♀аа  ♂АА)  в виде схемы и найдем расщепление по генотипу:

P: ♀ AA  ♂ aa P: ♀ aa  ♂AA

Gp: A a Gp: a A

F₁: ♀ Aa  ♂Aa F₁: ♀ Aa  ♂Aa

единообразие единообразие

G_F1: 1/2A : 1/2 a 1/2A : 1/2 a G_F1: 1/2A : 1/2 a 1/2A : 1/2a

	1/2 А	1/2 а
1/2 А	1/4 АА	1/4 Аа
1/2 а	1/4 АА	1/4 аа

F₂: расщепление по генотипу 1/4АА : 1/2Аа : 1/4аа

Из схемы следует, что результаты реципрокных скрещиваний не различаются как в F₁, так и в F₂.

Используя полученное расщепление по генотипу, определим формулы расщеплений по фенотипу для основных типов аллельных взаимодействий: полного, неполного и кодоминирования.

1. Полное доминирование (А > а). Фенотипы гибрида F₁ (гете-розиготы Аа) и одного из родителей, а именно доминантной гомозиготы, (АА) совпадают (правило доминирования Г. Менделя). Поэтому в F₂ все особи, в генотипе которых есть доминантный аллель, будут иметь одинаковый фенотип, доминантный: 1/4АА + 1/2Аа = 3/4А. Расщепление по фенотипу 3/4А : 1/4аа (3 : 1).

2. Неполное доминирование. Признак у гибрида F₁ проявляется неполностью, формируется несхожий с обоими родителями промежуточный фенотип. Следовательно, расщепление в F₂ по фенотипу будет совпадать с расщеплением по генотипу 1/4АА : 1/2Аа : 1/4аа (1 : 2 : 1).

3. Кодоминирование. У гибрида F₁ проявляются оба признака, характерные для родительских форм, одновременно. Оба аллеля работают независимо друг от друга. В этом случае расщепление в F₂ по фенотипу будет совпадать с расщеплением по генотипу: 1/4АА : 1/2Аа : 1/4аа (1 : 2 : 1).

Кроме рассмотренных выше реципрокных скрещиваний (♀AA  ♂аа и ♀аа  ♂АА) существуют возвратные скрещивания (бэккроссы)  скрещивания потомков F₁ с одним из родителей (Аа  АА или Аа  аа). Частный случай возвратного  анализирующее скрещивание (Аа  аа).

Составим схему возвратных скрещиваний в общем виде и найдем расщепление по генотипу:

P: Aa  AA P: Aa  aa

G_p: 1/2A : l/2a А G_p: l/2A : l/2a а

	1/2 A	1/2 a			1/2 A	1/2 a
A	1/2 AA	1/2 Aa		a	1/2 Aa	1/2 aa

F_b : Расщепление по генотипу: F_а : Расщепление по генотипу:

1/2AA : l/2Aa 1/2Аа : 1/2аа

В первом возвратном скрещивании (Aa  AA) при полном доминировании расщепление по фенотипу отсутствует, во втором возвратном (анализирующем) скрещивании (Aa  аа) расщепление по фенотипу в соотношении 1 : 1 наблюдается всегда (при любом типе аллельного взаимодействия).

Сформулируем общие закономерности наследования аллелей одного аутосомного гена.

При скрещивании двух диплоидных гомозиготных форм, доминантной (АА) и рецессивной (аа):

• в первом поколении все потомство единообразно (1-й закон Менделя)

• во втором поколении: расщепление по генотипу 1АА : 2Аа : 1аа (1 : 2 : 1) расщепление по фенотипу: при полном доминировании  3 : 1 (2-й закон Менделя) при кодоминировании и неполном доминировании 1 : 2 : 1

• в анализирующем скрещивании гетерозиготы: расщепление по генотипу 1Аа : 1аа (1 : 1) расщепление по фенотипу 1 : 1:

• результаты реципрокных скрещиваний не различаются

Для того, чтобы стандартные (3 : 1, 1 : 2 : 1, 1 : 1) расщепления по фенотипу наблюдались в реальных экспериментах, необходимо соблюдение ряда условий:

• равновероятное образование гамет с разными аллелями (А и а) у гетерозиготы;

• одинаковая жизнеспособность гамет;

• случайный характер оплодотворения;

• одинаковая жизнеспособность зигот и организмов с разными генотипами;

• отсутствие влияния на признак условий внешней среды или генотипа.

Несоблюдение этих условий у одного или обоих родителей ведет к нарушению «модельных» расщеплений в потомстве. Рассмотрим в качестве примера наследование доминантных генов с рецессивным летальным действием. Пусть доминантная аллель гена А¹ обладает рецессивным летальным действием, а рецессивная аллель на жизнеспособность зигот не влияет, тогда гомозигота А¹А¹ гибнет, выживают лишь особи с генотипами А¹а и аа и при скрещивании гетерозигот наблюдается расщепление не 3 : 1, а 2 : 1.

Выше были приведены случаи наследования генов, которые имеют только два аллельных состояния (А и а), однако многие гены могут быть представлены более чем двумя аллелями. Это явление называется множественным аллелизмом. Обозначаются аллели одного гена одной буквой с разными индексами (например, А¹, А², а³, а⁴ и т. д.). Между аллелями из серии множественных возникают те же типы взаимодействий, о которых уже шла речь, но при этом определенная аллель может быть доминантной по отношению к одной и рецессивной по отношению к другой аллели (например, А¹ > А² > а³ > а⁴), причем в диплоидном организме всегда находится по две аллели одного гена (A¹A², A¹a³, а³а³ и т. д.).

Статистическая проверка гипотез. Метод «хи-квадрат»

Действие условий внешней среды создает дополнительный элемент случайности в расщеплении, которое всегда носит вероятностный характер. В связи с этим для выдвижения правильной гипотезы при решении задач с численными данными необходимо применять специальные математические методы, которые позволяют установить, является ли отклонение от теоретически ожидаемого стандартного расщепления (3 : 1, 1 : 2 : 1, 1 : 1 и т. п.) неслучайным, вызванным закономерным влиянием каких-то факторов, нарушающих расщепление (гипотеза отвергается), или оно случайно (гипотеза не отвергается). Чаще всего для статистической оценки случайности отклонения в расщеплении применяют метод «хи-квадрат».

Функция ² определяется по формуле

2= 	(0-Е)2	,
	E

где 0  наблюдаемое значение, E  ожидаемое.

Наблюдаемые значения даны в условии задачи  это расщепление по фенотипу. Ожидаемые рассчитываются в соответствии с выдвинутой на основании стандартных (модельных) расщеплений гипотезой (Н₀). Соответствие выдвинутой гипотезы экспериментальным данным проверяется по таблице Фишера. Чтобы ею воспользоваться, необходимо определить уровень значимости и число степеней свободы. Так, число степеней свободы (df) всегда на единицу меньше числа классов в расщеплении (df = k1). Уровень значимости (p) отражает риск того, что мы отвергнем истинную гипотезу. Н₀ не отвергается, если рассчитанное по формуле фактическое значение ² ниже того, что дано в таблице Фишера в графе p = 0,05.