Объяснение нового материала.
Совокупность всех генов одного организма называют генотипом. Генотип это не только сумма генов. Возможность и форма проявления гена зависит от среды. В понятие среды входит не только внешние условия, но и присутствие других генов. Гены взаимодействуют друг с другом и могут повлиять на проявление действия соседних генов.
Совокупность всех признаков организма, формирующихся при взаимодействии организма с средой – фенотип. Сюда относят не только внешние признаки (цвет глаз, рост), но и биохимические (структура белка, активность фермента), гистологические (форма и размер клеток, строение тканей и органов), анатомические (строение тела и взаимное расположение органов).
В процессе образования гамет у гибрида гомологичные хромосомы во время I мейотического деления попадают в разные клетки. При слиянии мужских и женских гамет получается зигота с диплоидным набором хромосом. При этом половину хромосом зигота получает от отцовского организма, половину — от материнского. По данной паре хромосом (и данной паре аллелей) образуются два сорта гамет. При оплодотворении гаметы, несущие одинаковые или разные аллели, случайно встречаются друг с другом.
В силу статистической вероятности при достаточно большом количестве гамет в потомстве 25 % генотипов будут гомозиготными доминантными, 50 % — гетерозиготными, 25 % — гомозиготными рецессивными, то есть устанавливается отношение 1АА:2Аа:1аа (расщепление по генотипу 1:2:1). Соответственно по фенотипу потомство второго поколения при моногибридном скрещивании распределяется в отношении 3:1 (3/4 особей с доминантным признаком, 1/4 особей с рецессивным). Таким образом, при моногибридном скрещивании цитологическая основа расщепления признаков — расхождение гомологичных хромосом и образование гаплоидных половых клеток в мейозе.
Второй закон Менделя (закон расщепления).
Расщепление – это распределение доминантных и рецессивных признаков среди потомков в определенном соотношении. Если потомков первого поколения – гетерозиготных особей, одинаковых по изучаемому признаку, скрестить между собой, то во втором поколении признаки обоих родителей проявляются в определенном числовом соотношении. Рецессивный признак у гибридов первого поколения не исчезает, а только проявляется во втором гибридном поколении (F1).
F1.: Аа (желтые семена) × Аа (желтые семена)
g.: А а А а
F2.: АА; Аа; Аа; аа (1:2:1)
Ph.: 3 желтые семена: 1 зеленые семена (3:1)
Таким образом второй закон Менделя можно сформулировать следующим образом: при скрещивании потомков первого поколения между собой, во втором поколении наблюдается расщепление: по генотипу 1:2:1; по фенотипу 3:1.
Это означает, что среди потомков 25% организмов будут обладать доминантным признаком и являться гомозиготой, 50% потомков, также с доминантным фенотипом, окажутся гетерозиготой, а остальные 25% особей, несущих рецессивный признак, будут гомозиготны по рецессивному признаку.
Третий закон Менделя «Закон чистоты гамет». Расщепление признаков в потомстве при скрещивании гетерозиготных особей Мендель объяснил тем, что гаметы с генетической точки зрения чисты, т.е. несут только один ген из аллельной пары.
При образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из аллельной пары. В процессе развития гамет у гибрида гомологичные хромосомы во время первого мейотического деленияпопадают в разные клетки. Образуется два сорта гамет по данной аллельной паре. Цитологической основой расщепления признаков у потомства при моногибридном скрещивании является расхождение гомологичных хромосом и образование гаплоидных половых клеток в мейозе.
Для дигибридного скрещивания Мендель взял гомозиготные растения гороха, различающиеся по двум генам: окраске семян (желтые и зеленые) и форме семян (гладкие и морщинистые). При таком скрещивании признаки определяются различными парами генов: одна аллель отвечает за цвет семян, другая за форму семян. Желтая окраска горошин (А) доминирует над зеленой (а), а гладкая форма (В) над морщинистой (b).
При образовании гамет у гибрида первого поколения из каждой пары аллельных генов в гамету попадает только один.
Поскольку в организме образуется много половых клеток, у гибрида F1 возникает четыре сорта гамет в одинаковом количестве: АВ; аВ; Аb; ab. Во время оплодотворения каждая из гамет одного организма случайно встречается с любой из гамет другого организма. Все возможные сочетания мужских и женских гамет можно легко установить с помощью решетки Пеннета.
Р.: ААВВ (желтый гладкий) × ааbb (зеленый морщинистый)
g.: АВ аb
F1.: АаВb (желтый гладкий) × АаВb
g.: АВ; аВ; Аb; ab АВ; аВ; Аb; ab
F2.:
F2.:
| AB | Ab | aB | ab | |
| АВ | AABB желтый гладкий | AABb желтый гладкий | AaBB желтый гладкий | AaBb желтый гладкий |
| Аb | AABb желтый гладкий | AAbb Желтый морщинистый | AaBb желтый гладкий | Aabb желтый морщинистый |
| aB | AaBB желтый гладкий | AaBb желтый гладкий | aaBB зеленый гладкий | aaBb зеленый гладкий |
| ab | AaBb желтый гладкий | Aabb желтый морщинистый | aaBb зеленый гладкий | aabb зеленый морщинистый |
9 (жг): 3 (жм): 3 (зг): 1 (зм)
Из приведенной выше решетки Пеннета видно, что при этом скрещивании возникают 9 видов генотипов: AABB, AABb, AaBB, AaBb, AAbb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb, т.к. в 16 сочетаниях есть повторения. Эти 9 генотипов проявляются в виде 4 фенотипов: желтые – гладкие; желтые – морщинистые; зеленые – гладкие; зеленые – морщинистые.
Теперь модно сформулировать III закон Менделя: при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающимся друг от друга по двум парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.
Если проанализировать численные соотношения потомства по каждой паре альтернативных признаков в отдельности, то обнаруживается следующая закономерность: в случае признака окраски семян (желтые и зеленые) в сумме получается 12 желтых (9+3) и 4 зеленых (3+1), и соотношение между этими признаками будет 3: 1.
Аналогичные вычисления можно произвести со второй парой альтернативных признаков (гладкие и морщинистые семена): 12 круглых (9+3) и 4 морщинистых (3+1). В этом случае расщепление также будет 3: 1. Таким образом, формулу расщепления 9: 3: 3: 1 можно представить в виде (3+1)2. Таким образом, при дигибридном скрещивании (АаВв × АаВв) мы имеем дело с сочетанием двух отдельных независимых друг от друга моногибридных скрещиваний: 9А-В-+3ааВ-+3А-вв+1аавв = (3А-+1аа)(3В-+1вв).
Легко заметить, что полученный с использованием алгебраических формул характер расщепления по генотипу и фенотипу согласуется с реальными соотношениями, полученными Г. Менделем в F2 при дигибридном скрещивании. Следовательно, при дигибридном скрещивании каждая пара признаков в потомстве дает 54 расщепление независимо друг от друга. При этом в F2 образуется потомство как чисто родительского типа, так и с новым сочетанием признаков. Так, в опыте Г. Менделя исходные формы гороха имели семена желтые гладкие и зеленые морщинистые, а в F2 получено не только сочетание признаков, как у родителей, но и растения с желтыми морщинистыми и зелеными гладкими семенами.
Элементарный математический анализ показал, что экспериментально рассчитанная им формула расщепления по генотипу при дигибридном скрещивании равна 1: 2: 1: 2: 4: 2: 1: 2: 1 и представляет собой результат независимого комбинирования генотипов при двух моногибридных скрещиваниях (1: 2: 1) × (1: 2: 1) или (1: 2: 1)2. Иными словами каждая пара признаков ведет себя в ряду поколений независимо друг от друга, в результате чего среди потомства появляются особи с новым сочетанием признаков не только по фенотипу, но и по генотипу.
Разводим кроликов (с кроссинговером) У кроликов рецессивный ген белой пятнистости (голландские кролики) сцеплен с рецессивным геном, обуславливающим длинный волосяной покров ангорского типа. Кроссинговер на этом участке составляет 14 %. Гомозиготного длинношерстного пятнистого кролика скрестили с особью дикого типа. Какие фенотипы, и в каком соотношении должны иметь место в случае возвратного скрещивания гибридов первого поколения с голландским длинношерстным кроликом?
Обозначим: А — однотонный окрас шерсти (дикий тип), В — нормальная (короткая) длина шерсти (дикий тип);
а — пятнистый окрас (голландский кролик), b — длинная шерсть (ангора).
P: ab//ab x AB//AB
G:…. ab ……………. AB
В этом первом скрещивании мы видим, что возможный кроссинговер при мейозе (образовании гамет) ни у одной из родительских форм (они обе ди гомозиготы) не вызовет образования каких-либо новых рекомбинантных гамет: будут гаметы только ab и AB.
F1:.. AB//ab (все потомки в F1 получились дикого типа с однотонным окрасом и короткой шерстью, но уже ди гетерозиготные).
Возвратное (обратное скрещивание с одним из родителей) скрещивание полученного гибрида с пятнистым длинношерстным даст:
P: AB//ab x ab//ab
G: AB, ab …………. ab (такие гаметы образуются без кроссинговера их 86%)
F2: AB//ab, ab//ab, соответственно, таких однотонных короткошерстных и пятнистых длинношерстных потомков будет рождаться по 43%.
В результате кроссинговера первый организм образует еще и такие рекомбинантные гаметы как: Ab и aB, поэтому появятся еще с вероятностью 14 % кролики вот с такими генотипами: Ab//ab и aB//ab, то есть однотонные с длинной шерстью и пятнистые с короткой шерстью по 7%.
3.Выполнить в тетради задание. Практическая работа 5. Решение задач на промежуточное наследование.
Задача 1. Одна из форм шизофрении наследуется как рецессивный признак. Определить вероятность рождения ребенка с шизофренией от здоровых родителей, если известно, что бабушка со стороны отца и дед со стороны матери страдали этими заболеваниями.
Задача 2. Фенилкетонурия (нарушение аминокислотного обмена) наследуется как рецессивный признак. Жена гетерозиготна по гену фенилкетонурии, а муж гомозиготен по нормальному аллелю этого гена. Какова вероятность рождения у них больного ребенка?
Задача 3. У Пети и Саши карие глаза, а у их сестры Маши – голубые. Мама этих детей голубоглазая, хотя ее родители имели карие глаза. Какой признак доминирует? Какой цвет глаз у папы? Напишите генотипы всех перечисленных лиц.
Задача 4. В одном из зоопарков Индии у пары тигров с нормальной окраской родился тигр-альбинос. Тигры альбиносы встречаются крайне редко. Какие действия должны провести селекционеры, чтобы как можно быстрее получить максимальное количество тигрят с данным признаком?