Генетические опыты Менделя

Генетические опыты Менделя

Грегор Иоганн Мендель (1822–1884) Мендель хорошо продумал условия проведения генетических опытов и выбрал очень удачный объект исследования – горох…

Первый закон Менделя утверждает: при скрещивании родителей чистых линий, различающихся по одному контрастному признаку, все гибриды первого поколения окажутся единообразными и в них проявится признак только одного из родителей.

Второй закон Менделя. Получив гибридные семена гороха первого поколения, Мендель вновь посеял их, но теперь уже не стал переопылять. В результате самоопыления у растений получились семена второго поколения (F₂). Среди них оказались растения и с пурпурными (таких было большинство), и с белыми цветками (примерно четверть растений).

Мендель установил, что при самоопылении гибридов первого поколения доминантные и рецессивные признаки оказываются у потомства в различных сочетаниях. Это выражается в генотипе так: одна гомозигота по доминантному признаку (АА), две гетерозиготы (Аа) и одна гомозигота по рецессивному признаку (аа). Внешне, т.е. в фенотипе, это проявляется так: три особи с пурпурными цветками и одна – с белыми. Явление, при котором в результате скрещивания гетерозиготных особей распределение доминантных и рецессивных признаков у потомства происходит в отношении 3:1, было названо Менделем расщеплением. В наше время это явление называется законом расщепления или вторым законом Менделя.

Второй закон Менделя утверждает: при скрещивании двух гибридов первого поколения между собой среди их потомков – гибридов второго поколения – наблюдается расщепление: число особей с доминантным признаком относится к числу особей с рецессивным признаком как 3:1.

Согласно этому закону гибриды первого поколения дают расщепление: в их потомстве снова появляются особи с рецессивными признаками, составляющие примерно четвертую часть от всего числа потомства.

Закон расщепления – общий для всех живых организмов.

 

Дигибридное скрещивание. Третий закон Менделя

В результате скрещивания, согласно закону доминирования признаков, у гибридов первого поколения (F1) все семена оказались гладкими и желтыми. На… Оказалось, что гетерозиготы по двум парам аллельных генов образуют четыре типа…

Третий закон Менделя утверждает, что каждая пара контрастных (альтернативных) признаков наследуется независимо друг от друга в ряду поколений; в результате среди гибридов второго поколения появляются потомки с новыми комбинациями признаков в соотношении 9 : 3 : 3 : 1.

Закон независимого наследования признаков еще раз подтверждает дискретность любого гена. Это свойство генов быть носителем одного наследствен ного признака проявляется и в независимом комбинировании аллелей разных генов, и в их независимом действии – в фенотипическом выражении. Независимое распределение генов может быть объяснено поведением хромосом при мейозе. При мейозе пары гомологичных хромосом, а вместе с ними и парные гены, перераспределяются и расходятся в гаметы независимо друг от друга.

Для проверки правильности своих выводов Мендель осуществлял опыты, в которых он проверял, действительно ли рецессивные аллели гена не исчезли, а лишь замаскированы доминантными аллелями гена. Проверочное исследование Мендель проводил во всех случаях и моногибридного, и дигибридного скрещивания.

Предположим, что особи с генотипами АА и Аа имеют одинаковый фенотип. Тогда при скрещивании с особью, рецессивной по данному признаку и имеющей генотип аа, получаются следующие результаты:

1)	Р	АА x аа	2)	Р	АА x аа
	Гаметы	А А а а		Гаметы	А а а а
	F1	Аа (100%)		F 1	Аа аа (1:1)

В первом случае особи, гомозиготные по доминантному (АА) гену, расщепления F₁ не дают, а в другом случае гетерозиготные особи (Аа) при скрещивании с гомозиготной особью дают расщепление уже в F₁.

Аналогичные результаты получены в анализирующем (проверочном) скрещивании и по двум парам аллелей:

Р	АаВb (желтые гладкие)	x	ааbb (зеленые морщинистые)
Гаметы	АВ Аb аВ аb		аb аb аb аb
F1	АаВb	Ааbb		ааВb	ааbb
	желтые	желтые		зеленые	зеленые
	гладкие	морщинистые		гладкие	морщинистые

Скрещивание особи неопределенного генотипа с особью, гомозиготной по рецессивным аллелям, называют анализирующим скрещиванием (рис. 30). Такое скрещивание проводят для выяснения генотипа особи. Анализ не только представляет теоретический интерес, но и имеет большое значение в селекционной работе.

Рис.30. Анализирующее скрещивание по двум парам признаков

Сцепленное наследование генов и кроссинговер

Механизм наследования сцепленных генов, а также местоположение некоторых сцепленных генов установил американский генетик и эмбриолог Т.Морган. Он…

Закон сцепления гласит: сцепленные гены, расположеные в одной хромосоме, наследуются совместно (сцепленно).

Все гены одной хромосомы образуют единый комплекс – группу сцепления. Они обычно попадают в одну половую клетку – гамету и наследуются вместе.… Таким образом, третий закон Менделя отражает частое, но не абсолютное явление… Основные доказательства передачи наследственности были получены в экспериментах Моргана и его сотрудников.

Кроссинговер – важный источник появления новых комбинаций генов в генотипах особей и возникновения изменчивости признаков.

Взаимодействие генов и их множественное действие

Исследования генетиков установили дискретный характер генов, что подтверждается их независимым друг от друга наследованием: каждый из генов… Среди взаимодействий генов следует назвать прежде всего отношения… Существует множество примеров, показывающих, что степень развития одного и того же признака обусловлена влиянием…

Проявление признака и само действие гена всегда зависят от других генов – от всего генотипа, т.е. генотипической среды.

Рассматривая действие гена, его аллелей, необходимо учитывать не только генотипическую среду, влияющую на взаимодействие генов, но и воздействие… От внешней среды зависит степень выраженности признака, т.е. его…

Все признаки организма (фенотип) развиваются в процессе взаимодействия генотипа и среды.

Только при совместном одновременном воздействии наследственности (генотипа) и среды проявляются признаки организма (фенотип). Способность генотипа реализовываться особым образом (по–разному) в различных условиях среды и реагировать на изменение условий обеспечивает организму возможность существовать в среде обитания, его жизнеспособность и развитие.

Определение пола и наследование признаков, сцепленных с полом

Оказалось, что в клетках дрозофилы четыре пары хромосом. Из них три пары у обоих полов одинаковы, а четвертую пару составляют хромосомы,… Все яйцеклетки (женские гаметы) дрозофилы в гаплоидном наборе (в геноме)… Сходный способ определения пола присущ всем млекопитающим, в том числе и человеку.

Пол потомства определяется типом сперматозоидов, оплодотворяющих яйцеклетку.

Во всех соматических клетках (клетках тела) человека имеется 46 хромосом. У женщин они представлены 22 парами аутосом (неполовых) и парой половых… Рис.33. Кариотип мужчины. Цифрами обозначены номера хромосом по принятой классификации, а буквами X и Y обозначены…

Пол человека контролируется генетически – генами половых X– и Y–хромосом.

Каждый человек наследует от своих родителей форму тела, группу крови, цвет кожи и глаз, биохимическую активность клеток и многое другое. При этом… То, что дети похожи на своих родителей по тем или иным признакам,…

Таблица 1

Наследование некоторых признаков человека

Передачу генов, локализованных в половых хромосомах, и наследование признаков, контролируемых этими генами, называют наследованием, сцепленным с полом.

В половых хромосомах могут находиться гены, не имеющие отношения к половым признакам. Особенно много таких генов в Х–хромосоме. По сравнению с ней Y–хромосома генетически инертна. Большинство генов Х–хромосомы не представлены в Y–хромосоме. Поэтому наследование признаков, сцепленных с полом особи, может быть по–разному представлено у мужчин и женщин, у особей женского и мужского пола в животном мире.

Обозначим Х–хромосому, несущую доминантный ген В, – Х^В, а Х–хромосому с рецессивным геном b – Х^b. По законам наследования возможны такие комбинации пар генов в хромосомах и их фенотипы: Х^В Х^В – черная кошка; Х^b Х^b – рыжая кошка; Х^B Х^b – черепаховая кошка; Х^B Y – черный кот; Х^b Y – рыжий кот.

Различают три типа наследования, сцепленного с полом: наследование с помощью генов, локализованных в Х–хромосоме; наследование, обусловленное присутствием аллелей одинаковых генов в Х– и Y–хромосомах; наследование, наблюдаемое при наличии определенных генов только в Y–хромосоме.

Изучение наследования, сцепленного с полом, и механизма передачи признаков очень важно для повышения жизнеспособности живых организмов, для работы селекционеров, а также для выяснения причин наследственных заболеваний, обусловленных изменением наследственного материала организма.

Наследственная изменчивость

Изменчивость – общее свойство всех организмов. Она проявляется у них в целом ряде признаков. Например, даже два рядом растущих растения одного вида… Любой признак – это видимый результат реализации наследственности (генотипа) в… Следовательно, изменчивость отражает взаимосвязь организма с окружающей средой и затрагивает любые его признаки и…

Изменчивость, которая появляется в связи с изменением генетического материала, называется наследственной или генотипической.

Одним из результатов наследственной изменчивости является образование новых организмов (новых генотипов), обеспечивающее разнообразие жизни, ее продолжение и эволюционное развитие (см. также § 37).

Изменение генотипа приводит, как правило, к изменению фенотипа.

Комбинативная изменчивость представляет собой результат перераспределения наследственного материала родителей среди их потомства. Перекомбинация,… Мутационная изменчивость является результатом мутаций. Мутации (лат. mutatio –… Большинство мутаций нейтральны, однако бывают мутации, вредные для организма, некоторые (летальные) даже вызывают его…

Генотипическая изменчивость присуща всем живым организмам. Она является основным источником генетического разнообразия особей внутри вида, чем обусловливает эволюцию видов в природе и отбор лучших форм в селекции.

Важная закономерность наследственной изменчивости была выявлена выдающимся отечественным ученым – ботаником, генетиком и селекционером, Н.И.Вавиловым. Он установил, что по наследственным изменениям одного вида можно предсказать сходные изменения у сходных видов и даже родов. Открытую им закономерность называют законом гомологических рядов в наследственной изменчивости или законом Вавилова.

Изучая изменчивость признаков у многочисленных видов и родов семейства злаков, Вавилов обнаружил, что у близкородственных видов и родов злаков процесс наследственной изменчивости идет параллельно и сопровождается появлением сходных признаков с такой правильностью, что, зная ряд форм у одного вида, можно прогнозировать появление подобных форм и у других родственных видов и родов. Эта закономерность хорошо прослеживалась также у бобовых, тыквенных, пасленовых, крестоцветных и других видов. Оказалось, что сходные ряды наследственной изменчивости обнаруживаются и на уровне родственных семейств (табл. 2).

Н.И.Вавилов писал: "Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды, составляющие семейство".

Теоретической основой установления рядов изменчивости признаков является представление о единстве происхождения родственных видов от общих предков, обладавших определенным набором генов, которые проявляются (или должны проявляться) у потомков в разных родах и видах. Исследования Вавилова касались непосредственно растений, но сформулированный им закон гомологических рядов наследственной изменчивости оказался применим и к животным.

Другие типы изменчивости

Модификационная изменчивость. Изменчивость, которая возникает без изменений в генотипе, называют модификационной (от лат. modus – "мера",… Модификационная изменчивость проявляется в модификациях – изменениях признаков…

Модификации проявляются в течение всей жизни организма, позволяя ему существовать в конкретных условиях среды.

Модификационные адаптации не наследуются.

Примеров модификационной изменчивости очень много. Они показывают, что даже организмы с одинаковым генотипом, но выросшие в разных условиях всегда… Модификации, наблюдаемые у бонеллии зеленой, или изменение формы листьев у… Норма реакции. У модификационной изменчивости есть довольно жесткие границы, или пределы, проявления признака,…

Норма реакции выражает возможный размах изменчивости фенотипа в условиях окружающей среды, но ее пределы обусловлены генотипом особи.

Модификации – это ненаследуемые приспособительные реакции организма (и клеток) на изменения условий среды.

Значение модификационной изменчивости хорошо выразил отечественный ученый, исследовавший вопросы эволюции, – И.И.Шмальгаузен: "Адаптивная… Роль модификационной изменчивости в природе велика, так как она обеспечивает… Онтогенетическая изменчивость. Онтогенетической, или возрастной, изменчивостью называют закономерные изменения…

Таблица 3

Типы изменчивости

Наследственные болезни, сцепленные с полом

Все наследственные болезни можно подразделить на две большие группы: болезни, связанные с мутациями генов, и болезни, связанные с мутациями… Генные болезни и аномалии. К ним относятся патологические состояния организма,… Многие врожденные (с которыми особь рождается на свет) аномалии и болезни вызываются нарушениями в генах,…