В 1865 г. учёный-биолог Грегор Мендель исследовал передачу наследственных признаков посевным горохом. Скрещивая растения и получив результаты, учёный выявил закономерность, которую сформулировал в трёх законах. Позже их стали называть законы Менделя давшие развитие генетике – науке, которая изучает наследование и изменение свойств организмами. Теперь знания генетики применяют врачи, криминалисты, микробиологи и другие учёные.
Первый закон Менделя: единообразие
На первом этапе Мендель рассматривал по одному отдельному, ярко различимому знаку родительского гороха. Такое скрещивание относится к моногибридному.
| Особенности родителей (PP) | Доминирующие признаки у потомства (F1) |
| Пурпурные и белые цветки | Пурпурный цвет |
| Жёлтые и зелёные семена | Жёлтый цвет |
| Гладкие и морщинистые горошины | Гладкие семена |
На основании опытов Мендель определил, что всё потомство единообразно, и проявляет свойство одного из родителей. Такое проявление учёный назвал доминантным. Второй признак, подавляемый, назвал рецессивным.
Первый закон Менделя>: скрещивая, два гомозиготные растения чистых линий, и исследуя у них по одной альтернативной особенности, у потомства получаем единообразный генотип и фенотип, принадлежащий одному родителю.
Когда генотип с двумя аллельными доминантными или рецессивными генами, это гомозигота. Если с разными – гетерозигота. Второе определение – закон доминирования: слабый рецессивный показатель подавляется сильным доминирующим.
Анализирующее скрещивание
Этот метод применяют для определения неизвестного генотипа гибрида – гомозиготный он с доминантным свойством или с гетерозиготным. С гибридом «икс» скрещивают рецессивную гомозиготу. Если у потомства не проявится ген рецессивности, и оно будет единообразным, значит, неизвестный гибрид доминантный гомозиготный. Если гибрид «икс» носитель рецессивного гена, то он проявится у половины потомства.
Неполное доминирование
Иногда гены полностью не доминируют, потому что у них не хватает сил подавить признак рецессивности. Тогда у организмов выявляется промежуточное свойство, и проявляется оно у всего потомства. Такое проявление Мендель назвал неполным доминированием, а генотип обозначил как гетерозиготный. Обычно это видно по окраске цветочных венчиков. Если у одного из родителей лепестки красные, а у другого белые, то у гибридов будет розовый цвет.
Наряду с неполным доминированием встречается феномен кодомирования, когда у одного растения или животного проявляются показатели обоих родителей. Это случается у камелий, когда скрещиваются растения с лепестками белого и красного цвета. Одна половина лепестков гибрида получается красного цвета, а другая – белого.
Второй закон Менделя: расщепление
На втором этапе Мендель взял гетерозиготные жёлтые семена гороха F1. После самоопыления появилось второе поколение, в котором произошло расщепление – обнаружились жёлтые и зелёные горошины, причём знак доминантности (жёлтый) встречался втрое чаще.
Чтобы определить генотип, складывают обозначения родительских гамет.
Получается:
- четвёртая часть гомозигот доминантные;
- половина – гетерозиготы;
- четвёртая часть гомозиготы с рецессивным показателем.
Чтобы определить фенотип, рассматривают проявляемые особенности. Третья часть растений оказалась носителем доминантного гена – семена жёлтого цвета. Одна часть – носители рецессивного знака, с зелёными горошинами.У потомства первого поколения исчезновение этого показателя не произошло, и он проявился у второго потомства.
Второй закон Менделя назвали закон расщепления: скрещиваясь, гибриды-гетерозиготы, полученные в первом потомстве, дают 75% растений гороха с фенотипом по доминантному признаку. Генотип состоит из 25% ( одной части) гомозигот с доминантным признаком, и 25% – с рецессивным; 50% (2 части) – гетерозиготы.
Иногда генотип содержит два гена (летальных), с доминантным свойством, тогда соответствия со вторым законом не получается, и растение или животное погибает.
Третий закон Менделя: независимое наследование
Если во время скрещивания рассматривать не 1 особенность, а 2 и больше, это будет называться дигибридным скрещиванием. В третьем эксперименте Мендель наблюдал, как наследуются одновременно цвет и форма горошин. Родители – гомозиготы по обоим признакам: у одного растения семена жёлтые гладкие (АВ), у другого – зелёные и морщинистые (ав). Гибриды F1 на 100% получились одинаковыми – с проявлением доминантных знаков (АаВв).
Во втором поколении самоопылившихся растений произошло расщепление с комбинированием показателей. Если подсчитать получившиеся фенотипы, по результатам видно, что передача и наследование особенностей прошли независимо один от другого. За это отвечают разные гены.
Решётка Пеннета, по которой определяют фенотипы и генотипы:
Полученные фенотипы F2:
- 9 частей жёлтых гладких семян;
- по 3 части растений с жёлтыми морщинистыми и зелёными гладкими;
- 1 часть зелёных морщинистых горошин.
Третий закон Менделя называется «Независимое наследование свойств». Скрещивая горох двух сортов с двумя или несколькими парами взаимозаменяемых ярких знаков, получаем их наследование с комбинированием сочетаний, причём независимо друг от друга.
Внимание! Условия, при которых закон работает: пары гомологичных хромосом с альтернативными генами.
Генетические задачи и решения
Чтобы понимать вопросы по генетике, понадобятся знания терминологии:
Аллельные гены – парные гены, отвечающие за одинаковый показатель, но по-своему, поэтому их одновременное проявление невозможно.
- Гены лежат в идентичных участках гомологичных хромосом.
- Гомозигота представляет гены в одном варианте.
- Гетерозигота содержит два альтернативных гена, которые отвечают за одно свойство.
- Доминирующие гены подавляют рецессивные возможности и выявляют особенности.
Генотип – весь состав генов в диплоидном наборе, а фенотип – внешнее проявление.
Чтобы решать задачи на законы Менделя нужно уметь разбираться в условиях и уметь их правильно оформлять, пользуясь символикой генетики, ради избегания громоздких записей.
Символы для обозначений:
- буквой «Р» отмечают родителей;
- одной заглавной буквой – доминантные гены;
- строчной (маленькой) буквой – рецессивные гены;
- двумя одинаковыми – гомозиготу;
- большой и маленькой (Аа) – гетерозиготу;
- буква «Г» — для обозначения гамет;
- F1 – гибриды первого поколения;
- F2 – гибриды второго поколения;
- ♀ — женский генотип;
- ♂ — мужской генотип.
Пример №1
Задачи, в которых рассматривается наследование по одной паре особенностей.
Глухой мужчина взял в жёны женщину, у которой слух нормальный. У одного из их детей слух нарушен. Задание: узнать генотип каждого члена семьи. Глухота появляется из-за рецессивного гена, а при проявлении доминантного – дети рождаются с нормальным слухом.
«Р»: ♀ A*норма х ♂ aa глухота.
1: А* норма; аa проявление глухоты
Полностью глухим ребёнок рождается, если рецессивный признак чистой линии. В случае гетерозиготности доминирующий ген его перекрывает.
Сначала определяют генотипы родителей с детьми:
- Генотипы мужчины и не слышащего ребёнка – аа, потому что у обоих проявился рецессивный ген;
- у женщины и здоровых детей в генотипе доминантный ген «А»;
- у слышащего ребёнка гетерозиготный генотип Аа, потому что гомозиготный отец по рецессивному знаку передал ему один ген;
- больной ребёнок с генотипом аа – по одному отцовскому и материнскому гену;
- у женщины – гетерозиготный генотип Аа.
- Дети: у 50% нормальный слух и у 50% – с нарушениями.
Пример №2
На применениепервого и второго законов Менделя:
С какими генотипами и фенотипами родятся дети от брака кареглазых гетерозиготных родителей.
| Дано в условии:
«А» – карие глаза (К) «а» – голубые глаза (Г) «Р»: оба гетерозиготны (Аа) |
Способ решения:
«Р»: ♀ гетерозигота и ♂ гетерозигота «Г»: «А»; «а»; «А»; «а». Первое поколение: доминантная гомозигота (АА – кареглазый); гетерозиготы (Аа – кареглазые); рецессивная гомозигота (аа – голубоглазый). В генотипе: 1 часть доминантных гомозигот, 2 части гетерозигот и 1 часть рецессивных гомозигот. В фенотипе: 75% кареглазых и 25% голубоглазых. |
| ? – генотип и фенотип у первого поколения | |
| Ответ: 25% генотипов доминантные гомозиготные (АА), 50% – гетерозиготные (Аа) и 25% генотипов гомозиготные по рецессивному показатель (аа). У трёх детей глаза карие, у одного – голубые. | |
Гетерозиготные томаты с красными помидорами скрестили с томатами, на которых вызревают жёлтые плоды. Получилось 352 красноплодных растения, остальные – с жёлтыми помидорами. Узнать количество желтоплодных томатов.
| Дано в условии:
«А» – красные плоды (Кр.) «а» – жёлтые плоды (Жёлт.) Р: ♀ гетерозигота (Аа) х ♂ гомозигота (аа). У первого поколения 352 красноплодных растения |
Способ решения:
«Р»: ♀ гетерозигота (Аа – красный цвет) х ♂ (гомозигота (аа – жёлтый цвет). «Г»: «А»; «а»; «а». Первое поколение (F1): гетерозиготы (Аа – красные) и гомозиготы рецессивные (аа – жёлтые). Красноплодных томатов и с жёлтыми плодами – по 50 процентов. |
| ? – количество растений с жёлтыми помидорами у первого поколения | |
| Ответ: Количество желтоплодных растений столько же, сколько с красными – 352. | |
Пример №3
Задачи при дигибридном скрещивании:
У мужчины правши (от леворукой матери) отмечен дальтонизм. У его жены-левши нарушений со зрением нет, как у её родителей. Насколько вероятно, что у пары родятся дети с отклонениями?Дано в условии:
- «А» – доминирует правая рука;
- «а» – леворукость;
- d – дальтонизм;
- D – нормальное зрение.
Р: ♀ааХDХD
♂ АаХdYd (ген леворукости он унаследовал от матери).
Заполняют решётку Пеннета:
| Гаметы ♂
♀ |
АХd | аХd | AY | aY |
| aХD | AaХDХd – 25%
Дев., праворукая, норм. зрение, носительница гена дальтонизма |
aaХDХd – 25%
Дев., леворукая, норм. зрение, носительница гене дальтонизма |
AaХDY – 25%
Мальч., праворукий, зрение норм. |
aaХDY – 25%
Мальч., леворукий, зрение норм. |
Ответ: все дети родятся здоровыми, но девочки – носительницы гена дальтонизма. Среди всех детей количество девочек – правшой и левшой равное, как и у мальчиков.
Скрестили растения с блюдцевидными красными цветами и с воронковидными бутонами такого же цвета. Получили потомство: по 3 части с блюдцевидными цветками красного цвета и с воронковидными бутонами этого же цвета. Ещё по 1 части с цветками белой окраски блюдцевидными и в виде воронок. Задание: определить доминантные гены, родительские генотипы и у первого поколения.
Дано в условии:
- «А» – красный цвет лепестков;
- «а» – белый цвет;
- «В» – блюдцевидная форма;
- «в» – воронковидная форма.
Данные обнаружены у первого поколения: произошло расщепление в соотношении 3 к 1.
«Р»: гетерозигота по обоим показателям (АаВв – крас., блюдцев.) скрещена с гетерозиготой по первому знаку и рецессивной гомозиготой по второму (Аавв – красн., воронк.).
Заполнив решётку Пеннета, получаем:
- по 3 части растений с блюдцевидными и воронковидными красными цветками;
- по 1 части – с белыми.
Применяя законы Менделя, учёные-генетики научились прогнозировать и даже планировать признаки у будущих потомков, а также предупреждать болезни.
