Практические навыки

1. Ознакомьтесь с материалом лабораторной работы и выполните предложенные к ней задания:

Виртуальная лаборатория: Опыт Грегора Менделя по изучению наследования желтой и зеленой окраски семян гороха.

Рассмотрим методику моногибридного скрещивания на примере опыта Г.Менделя по изучению наследования желтой и зеленой окраски семян гороха (рис. 1).

Рис. 1. Опыт Г. Менделя по изучению наследования желтой и зеленой окраски семян гороха

Первый закон Г.Менделя или правило единообразия гибридов первого поколения гласит: «При скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, все потомки в F₁ имеют единый фенотип и генотип».

Так, при скрещивании чистых линий гороха с желтыми и зелеными семенами, в F₁ все гибриды имели желтую окраску семян.

Б уквой Р (лат. parentes – родитель) обозначаются родительские формы; F₁ (лат. fillius – поколение) – потомки первого поколения; F₂ – второго поколения и т. д. Скрещивание обозначается знаком х; генетическую формулу женской особи записывают первой, ставя перед ней знак (зеркало  символ Венеры), перед формулой отцовской особи помещают знак (щит и копье  символ Марса). В первой строке выписывают генотипические формулы родителей, под которыми подписывают их фенотипы, во второй - типы, образуемых ими гамет, в третьей - генотипы первого поколения с указанием их фенотипов.

Доминантный аллель, по предложению Г. Менделя, обозначают прописной латинской буквой, а рецессивный - строчной буквой. Поскольку соматическая клетка содержит диплоидный набор хромосом, генотип особей чистой линии гороха с желтыми семенами (доминирующий признак) обозначают двумя буквами АА, а с зелеными семенами - двумя строчными буквами — аа. Во время мейоза в гамету попадает лишь одна из каждой пары гомологичных хромосом. Поэтому геном гамет содержит лишь один аллель данного гена — А или а. При оплодотворении происходит слияние половых клеток и возникают гетерозиготные диплоидные особи Аа, образующие семена с доминирующей желтой окраской (рис.2.)

Рис.2. Моногибридное скрещивание. Единообразие гибридов первого поколения.

Для анализа расщепления удобно пользоваться решёткой Пеннета (рис. 3). Р. Пеннет предложил типы гамет матери расположить по вертикали, типы гамет отца по горизонтали), образовавшееся потомство от слияния соответствующих типов гамет располагается внутри решётки.

гаметы ♂ гаметы ♀	а
А	Аа Желтые

Рис.3. Оформление решетки Пеннета.

В дальнейшем, при скрещивании гибридов первого поколения в поколении F₂ наблюдается появление организмов с исходными родительскими признаками (рис.4.).

Гаметы ♂ Гаметы ♀	А	а
А	АА Желтые	Аа Желтые
а	Аа Желтые	аа Зеленые

Рис.4. Моногибридное скрещивание. Расщепление признаков.

Появление в потомстве гибридов первого поколения особей с разным генотипом и фенотипом получило название расщепления.

Особи, имеющие одинаковый фенотип, образуют фенотипический класс, а особи с одинаковым генотипом – генотипический класс. Различают расщепление по генотипу и фенотипу. Таким образом, во втором поколении происходит расщепление на два фенотипических класса в соотношении 3А_ (желтые) : 1 аа (зеленые) и три генотипических класса 1 АА : 2 Аа : 1 аа.

Таким образом, общие формулы для определения количества классов при скрещивании гетерозиготных организмов, отличающихся по n признакам:

Количество классов генотипов: 3ⁿ

Количество классов фенотипов: 2ⁿ

Второй закон, или правило расщепления: при скрещивании между собой гибридов первого поколения, гетерозиготных по аллелям одного гена, каждый из них образует в равных количествах гаметы двух типов, и среди гибридов второго поколения появляются особи с генотипами и фенотипами родителей и гибридов первого поколения в строго определенных соотношениях 1:2:1  по генотипу и 3:1  по фенотипу. Г. Мендель сформулировал второй закон, или правило расщепления на основании изучения закономерностей расщепления гибридов первого поколения при моногибридном скрещивании,

Явление расщепления объясняется с помощью одной из закономерностей генетики, которая получила название правила «чистоты гамет». Согласно этому правилу в процессе образования половых клеток в каждую гамету попадает только один из пары аллелей данного гена.

При решении задач по генетике необходимо правильно определить и записать типы гамет, которые образуются при данном скрещивании. Чтобы посчитать, сколько типов гамет будет давать организм с заданным генотипом, нужно подсчитать и перемножить количество типов гамет по каждой паре генов. Например, организм с генотипом: АаBbCCDdEe всего будет давать 16 типов гамет.

Третий закон Менделя. При дигибридном скрещивании изучают наследование двух пар альтернативных наследственных признаков. При этом в потомстве появляются такие комбинации признаков, которые отсутствовали у родителей. Во втором поколении появились четыре фенотипические группы особей в соотношении 9:3:3:1, а число разных генотипов оказалось равным 9, с общим расщеплением среди особей второго поколения 1:2:1:2:4:2:1:2:1. Причем по каждой паре аллелей разных генов особи распределялись по фенотипу в соотношении 3:1, а по генотипу – 1:2:1.

Таким образом, Мендель установил, что при скрещивании дигетерозигот во втором поколении по каждой паре признаков происходит независимое от других пар расщепление (рис. 5).

Р

ААВВ Желтые гладкие

Х

aabb Зеленые морщинистые

Гаметы

АВ

ab

F1

AaBb Желтые гладкие

Р

АаВb Желтые гладкие

Х

АаВb Желтые гладкие

Гаметы

АB, Ab, aB,

ab

АB, Ab, aB, ab

F2

♂ ♀

AB

Ab

aB

ab

AB

AABB Желтые гладкие

AABb Желтые гладкие

AaBB Желтые гладкие

AaBb Желтые гладкие

Ab

AABb Желтые гладкие

AAbb Желтые морщинистые

AaBb Желтые гладкие

Aabb Желтые морщинистые

aB

AaBB Желтые гладкие

AaBb Желтые гладкие

aaBB Зеленые гладкие

aaBb Зеленые гладкие

ab

AaBb Желтые гладкие

Aabb Желтые морщинистые

aaBb Зеленые гладкие

аabb Зеленые морщинистые

Расщепление по фенотипу:

9 A_B_ :

3 A_bb :

3 aaB_ :

1 aabb

Желтые гладкие

Желтые морщинистые

Зеленые гладкие

Зеленые Морщинистые

Количество фенотипических классов

= 4

Можно отметить, что эти результаты возможны в том случае, если эти гены будут наследоваться независимо друг от друга. Используя формулу расщепления по фенотипу (из 2 закона Г.Менделя) получаем те же результаты:

(3A_: 1 aa) x (3B_: 1bb) = 9 A_B_ : 3 A_bb : 3 aaB_ : 1aabb

Используя формулу расщепления по генотипу (из 2 закона Г.Менделя) (1:2:1), получаем:

(1AA : 2 Aa : 1aa) х (1BB : 2Bb : 1bb) = = 1AABB : 2AABb : 1AAbb : 2AaBB : 4 AaBb : 2Aabb : 1aaBB : 2aaBb : 1aabb

Количество генотипических классов

= 9

Рис. 5. Независимое наследование признаков.

Независимое наследование признаков объясняется тем, что гены, отвечающие за развитие данных признаков, расположены в негомологичных парах хромосом. Цитологическое объяснение данного явления заключается в том, что при анафазе 1 мейотического деления гомологичные хромосомы каждой пары расходятся к разным полюсам деления клетки, независимо от других пар гомологичных хромосом, в результате чего аллели генов, расположенные в разных негомологичных парах хромосом, а, следовательно, и признаки, контролируемые ими, могут комбинироваться в различных сочетаниях.

Третий закон Г.Менделя, или правило независимого наследования гласит: «Признаки передаются по наследству независимо друг от друга, комбинируясь во всевозможных сочетаниях, если аллели, определяющие их, располагаются в негомологичных хромосомах».

При полигибридном скрещивании в основе расщепления признаков лежат те же цитологические закономерности, что и при дигибридном скрещивании.

При этом, во втором поколении (при скрещивании гетерозиготных организмов, отличающихся по n признакам:

 количество фенотипических классов равно 2ⁿ

 количество генотипических классов равно 3ⁿ

 расщепление по фенотипу равно (3 : 1)ⁿ

 расщепление по генотипу равно (1 : 2 : 1)ⁿ

Задания к лабораторной работе:

1. У гороха желтая окраска семян доминирует над зеленой. Определить окраску семян у растений, полученных в результате скрещиваний:

а) АА х аа

б) Аа х Аа

в) Аа х аа

2. У гороха желтая окраска семян (А) доминирует над зеленой (а). Гомозиготное растение с желтыми семенами было опылено пыльцой гомозиготного растения с зелеными семенами. Всего в F1 было получено 10 растений, от самоопыления которых в F2 было получено 64 семени.

а. Сколько разных фенотипов может быть в F1?

б. Сколько растений F1 имели желтую окраску?

в. Сколько растений в F2 могут иметь желтые семена?

г. Сколько растений в F2 имеют рецессивные признака?

д. Сколько генотипов образуется в F2?

3. У гороха гладкая форма семян (ген А) доминирует над морщинистой (ген а). Гетерозиготные растения с гладкими семенами были опылены пыльцой растений с морщинистыми семенами. В Fа получили 480 семян.

а. Сколько типов гамет может образовать материнское растение?

б. Сколько типов гамет образует отцовское растение?

в. Сколько семян Fа могут быть гетерозиготными?

г. Сколько семян Fа могут дать нерасщепляющееся потомство?

д. Сколько морщинистых семян может быть получено в Fа?

2 . Изучение мутаций у плодовой мушки дрозофилы.

Рис. 6. Внешний вид самки и самца дрозофилы и их хромосомные наборы (сайт: http://www.cellbiol.ru)