Какие типы гамет гороха были использованы менделем. Законы грегора менделя

1. Охарактеризуйте первый и второй законы Г. Менделя.

Первый закон Менделя (закон единообразия гибридов первого поколения) гласит, что при скрещивании организмов, различающихся аллельными признаками, в первом поколении гибридов проявляется лишь один из них – доминантный, а альтернативный ему, рецессивный, остаётся скрытым.

Второй закон Менделя (закон расщепления) гласит, что при скрещивании между собой двух гибридов первого поколения во втором поколении проявляются в определённом соотношении оба признака исходных родительских форм.

2. В чем сходство и различие третьего закона Г. Менделя и закона Т. Моргана?

Сходство заключается в том, и в третьем законе Менделя и в законе Моргана речь идет о наследовании двух различных признаков. Различия же в том, что в законе Менделя это независимое наследование, а в законе Моргана идет речь о сцепленном (совместном) наследовании признаков.

3. Какова роль наследственности и изменчивости в живой природе?

Благодаря наследственности обеспечивается сохранение видов на протяжении значительных промежутков (до сотен миллионов лет) времени. Однако условия окружающей среды меняются (иногда существенно) с течением времени, и в таких случаях изменчивость, приводящая к разнообразию особей внутри вида, обеспечивает его выживание. Какие-то из особей оказываются более приспособленными к новым условиям, это и позволяет им выжить. Кроме того, изменчивость позволяет видам расширять границы своего местообитания, осваивать новые территории.

4. Универсальны ли законы Г. Менделя и применимы ли они к человеку?

Да. Законы Менделя универсальны и применены ко всем живым организмам.

5. Охарактеризуйте зависимость между понятиями «ген», «аллель», «кроссинговер».

Гены - участок молекулы ДНК, который отвечает за построение одного белка или РНК организма. Аллели - формы состояния одного и того же гена, занимающие идентичные локусы в гомологичных хромосомах и обусловливающие фенотипически различия одного и того же признака. Кроссинговер - перекрест, взаимный обмен гомологичными участками гомологичных хромосом.

6. Что такое мутация? Когда и где происходят мутации?

Мутации - внезапные наследуемые изменения генетического материала, вызывающие изменения каких-либо признаков и свойств организма. Мутации могут быть естественными, спонтанными, т. е. возникающими непроизвольно, или искусственными, возникающими при воздействии на организмы различных факторов – мутагенов.

7. Какие виды скрещивания изучал Г. Мендель?

Моногибридное и дигибридное скрещивание.

8. В чем особенность множественного действия генов?

Плейотропия - явление множественного действия гена. Выражается в способности одного гена влиять на несколько фенотипических признаков. Пример: ген, отвечающий за образование красного пигмента в цветке, способствует его появлению в стебле, листьях, вызывает удлинение стебля, увеличение массы семян.

При рассмотрении основных законов генетики необходимо отметить, что они носят статистический характер, т.е. эти законы можно обнаружить при изучении очень большого количества объектов. Так, изучив 10 особей данного вида, обнаружить тот или иной закон нельзя - слишком мало параллельных наблюдений. Чем больше параллельных наблюдений будет сделано, тем четче и рельефнее будет проявляться тот или иной генетический закон.

Обзор законов генетики, открытых Г. Менделем

Используя гибридологический метод исследования, Г. Мендель открыл законы независимого наследования признаков. Эти законы были открыты при изучении закономерностей наследования у растений гороха, при этом применялось моногибридное и дигибридное скрещивание.

1. Первый закон Менделя - закон единообразия всех особей первого поколения для любого вида скрещивания (как моно-, так и полигибридного скрещивания): при любом скрещивании все особи первого поколения (F 1) характеризуются одинаковым фенотипом по скрещиваемому признаку.

Этот фенотип определяется либо доминантным признаком, либо возникают промежуточные признаки, либо появляются новые признаки, как результат взаимодействия генов. Так, при скрещивании гороха с желтыми и зелеными семенами в первом поколении все растения имеют желтые семена (доминантно-рецессивный характер наследования). При скрещивании фиалки Ночная красавица с белыми и красным цветами все растения первого поколения имеют розовые цветы (промежуточный характер наследования).

Для скрещивания берут гомозиготные организмы. Например, материнский организм имеет гены желтого цвета семени (обозначим АА), а отцовский - гены зеленого цвета семени (обозначим аа). Тогда гаметы матери (яйцеклетки) содержат по одному гену желтого цвета семени (А) и гаметы отца (спермии) - по одному гену зеленого цвета семени (а). При оплодотворении образуется гетерозигота, содержащая гены рассмотренных выше альтернативных признаков; обозначается Аа. Так как в данном случае наблюдается доминантно-рецессивный характер наследования признаков, все особи первого поколения (F 1) имеют семена желтого цвета, т. е. характеризуются одинаковым фенотипом по данному признаку.

В случае равноценного характера взаимодействия генов наблюдается промежуточный характер наследования. В этом случае в тоже возникают гетерозиготные организмы (обозначенные А 1 А 2) с одинаковым фенотипом по конкретному признаку. Так, при скрещивании фиалки Ночная красавица с белыми и красными цветами в F 1 все растения имеют розовые цветы.

2. Второй закон Менделя - закон расщепления признаков (закон моногибридного скрещивания) - иногда его называют правилом расщепления признаков. Этот закон справедлив для моногибридного скрещивания и проявляется при скрещивании разных особей, полученных при моногибридном скрещивании во втором поколении (F 2): при скрещивании особей первого поколения, полученного после моногибридного скрещивания, у потомства наблюдается расщепление признаков в определенном количественном отношении, которое для доминантно-рецессивного наследования составляет 3:1, а для промежуточного наследования 1:2:1 (цифра 2 означает, что гибриды относятся к особям с промежуточным признаком).

Рассмотрим примеры.

1. Скрещивая растения гороха с гладкими семенами (F 1 полученное после скрещивания растений с гладкими и морщинистыми семенами), получаем второе поколение (F 2), при этом 3/4 потомства имеют гладкие семена, а 1/4 - морщинистые.

Это явление можно объяснить так. Растения первого поколения гетерозиготны (обозначим их Аа). Они дают два вида гамет (обозначим их А и а). Эти гаметы характерны и для отцовского, и для материнского организмов. При реализации процессов оплодотворения возможны четыре сочетания (в них на первом месте стоит ген, полученный от организма матери, его выделим): АА, Аа, аА и аа. Сочетание АА соответствует гомозиготе по доминантному признаку (гладкие семена); сочетания Аа и аА соответствуют гетерозиготе (гладкие семена), а последнее сочетание аа гомозиготно по рецессивному признаку. Таким образом, во втором поколении возникают три разных генотипа по данному признаку и им соответствует только два фенотипа.

2. Скрещивая растения фиалки с розовыми цветками (F 1), получаем F 2 , в котором 1/4 часть потомства имеет белые цветки, 1/4 часть - красные, а половина потомства (2/4) - розовые. Объяснение этого явления такое же, как и для примера 1, но здесь наблюдаем разницу - трем генотипам по данному признаку (А 1 A 1 , А 1 А 2 и А 2 А 1 ; А 2 А 2) соответствуют три фенотипа (белый, розовый и красный цветки).

3. Третий закон Менделя - закон полигибридного скрещивания или закон независимого расщепления признаков.

Этот закон проявляется во втором поколении при дигибридном и полигибридном (три-, тетра- и др.) скрещивании: при скрещивании особей первого поколения, полученного при скрещивании по дигибридному (полигибридному) типу, в потомстве (во втором поколении) происходит расщепление признаков (для доминантно-рецессивного характера наследования) в количественном отношении, выражаемом формулой (3 + 1) n , где n = 2, 3, 4 и т. д.

Для цитологического объяснения удобно применять решетку Пеннета. Проанализируем сведения, приведенные на рисунке. Сначала скрещивали растения вида горох обыкновенный с желтыми и гладкими семенами (ген желтого цвета семени обозначим А, а гладкой формы - В) с растениями, у которых были зеленые морщинистые семена (ген зеленого цвета семени обозначим а, ген морщинистой формы - b). Все полученные растения первого поколения гетерозиготны и имеют желтые гладкие семена (доминантно-рецессивное наследование, при котором гены желтого цвета и гладкой поверхности семян доминируют над генами зеленого цвета и морщинистой формы). Назовите закон, проявившийся в данном случае.

После скрещивания растений первого поколения получили F 2 - второе поколение, у которых наблюдаем закон независимого расщепления признаков: 1/16 часть всех растений имеет зеленые морщинистые семена, 3/16 - зеленые и гладкие; 3/16 - желтые и морщинистые, а остальные (9/16) - желтые и гладкие. Следовательно, при дигибридном скрещивании наблюдается появление в F 2 четырех фенотипов (по данным признакам).

При дигибридном скрещивании каждое растение образует четыре вида гамет, а для двух родителей эти гаметы могут дать 16 сочетаний. В результате получается, что 1/16 часть поколения является гомозиготной по рецессивному и столько же - по доминантному признакам, а все остальные особи гетерозиготны хотя бы по одному признаку; абсолютно гетерозиготных (по двум признакам) только 4/16 части поколения.

Подсчет показывает, что четырем фенотипам при дигибридном скрещивании соответствует девять фенотипов (сделайте этот подсчет самостоятельно).

Необходимо отметить, что третий закон Менделя справедлив, если гены, ведающие данными признаками, находятся в разных парах хромосом; так, ген окраски семени располагается в одной паре гомологических хромосом, а ген, определяющий форму семян, - в другой.

Вероятно, существуют случаи, когда гены, ведающие теми или иными признаками, содержатся в одной паре хромосом. Для таких вариаций законы Менделя (кроме первого) не применимы. Эти случаи подчиняются закону Моргана.

Закон Моргана - закон сцепленного наследования признаков

Ряд организмов имеет небольшое число хромосом, поэтому многие гены, определяющие различные группы альтернативных признаков, находятся в одной гомологичной паре хромосом, т.е. являются сцепленными и передаются потомству вместе. Так, у плодовой мушки дрозофилы ген, определяющий длину крыльев, и ген, ответственный за цвет тела, находятся в гомологичных хромосомах.

Дигибридное скрещивание, проведенное по данным признакам во втором поколении, не даст независимого расщепления признаков, т. е. не будет соответствовать третьему закону Менделя. Это явление обнаружил Т. Морган и сформулировал его в форме закона сцепленного наследования:

При дигибридном скрещивании организмов, у которых гены находятся в одной паре гомологичных хромосом, во втором поколении наблюдается расщепление признаков не по третьему, а по второму закону Менделя.

Скрещивая мушек дрозофил с темным цветом тела и нормальными крыльями (доминирующие признаки) с мушками, имеющими укороченные крылья и серое тело (рецессивные признаки), было получено гетерозиготное поколение (F 1) с темными телами и нормальными крыльями.

При скрещивании особей первого поколения получили организмы, у которых 1/4 часть поколения имела укороченные крылья и серое тело, а 1/3 часть поколения - нормальные крылья и темное тело. Это объясняется тем, что гены окраски тела и длины крыльев располагаются в одной паре гомологических хромосом, т. е. являются сцепленными. Однако среди особей F 2 наблюдали и насекомых, имеющих темное тело и укороченные крылья, и особей с серым телом и нормальными крыльями. Это объясняется кроссинговером, при котором хромосомы в результате конъюгации и перекрещивания обмениваются участками гомологических хромосом. Но эти явления носят случайный характер и не подчиняются математическим закономерностям.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости

В процессе изучения закономерностей наследования мутационной (наследственной) изменчивости Н. И. Вавилов открыл закон, известный в науке под названием закона гомологических рядов наследственной изменчивости, который был сформулирован следующим образом:

Если виды и роды генотипически связаны друг с другом, единством происхождения, то они образуют ряды форм организмов, сходных по своим признакам, т. е. гомологические ряды.

Так, пшеница, рожь, ячмень - это филогенетически близкие виды - роды класса однодольных покрытосеменных растений. Они являются злаками. В природе распространены остистые формы злаков, так как остистость является формой приспособления злаковых растений против поедания их животными. Для практических нужд человек вывел безостые формы, которые для хозяйственной деятельности более удобны, чем остистые. В процессе выведения безостых сортов злаков все эти три вида, принадлежащие к разным родам, прошли одинаковые этапы «искусственной эволюции», давая сходные промежуточные формы:

остистые формы → малоостистые формы → безостые формы.

Эти формы характерны и для пшеницы, и для ржи, и для ячменя.

Гомологические ряды известны не только для злаков, но и для других растений.

Анализирующее скрещивание

Как было показано выше, для выявления закономерностей наследования признаков необходимо первичному скрещиванию подвергать гомозиготные особи. Однако фенотип по данному признаку не всегда является признаком гомозиготности данного организма, например горох с желтыми семенами может быть как гомозиготным (АА) по доминантному признаку, так и гетерозиготным (Аа). Поэтому необходим метод выявления гомозиготности, которым является анализирующее скрещивание.

Для анализирующего скрещивания используют организмы, обладающие рецессивным альтернативным признаком, и эти организмы скрещивают с организмами, гомозиготность которых необходимо установить. Если в первом поколении не происходит расщепления признаков, то данные организмы являются гомозиготными по доминантному признаку, в противном случае (в этом поколении появятся организмы, обладающие рецессивными признаками) - исследуемые организмы гетерозиготны.

Рассмотрим пример. При скрещивании морских свинок с короткой шерстью (рецессивный признак) (аа - обозначение родительского организма, который дает гаметы а) со свинками с длинной шерстью (доминантный признак) в первом поколении получили потомство с длинной шерстью. Вывод - длинношерстные свинки являются гомозиготными (АА - обозначение родительского организма, который дает гаметы А), так как зигота первого поколения будет соответствовать обозначению Аа. Случай, когда длинношерстные свинки были гетерозиготными, охарактеризуйте самостоятельно. Ответьте также на вопрос: можно ли для анализирующего скрещивания использовать гомозиготные организмы, обладающие доминантными признаками и почему? Докажите свой ответ, используя цитологические представления.

Взаимодействие генов

При изучении закономерностей наследования признаков необходимо учитывать характер воздействия одних генов на другие. В предыдущих подразделах было показано, что аллельные гены оказывают определенное воздействие друг на друга, при котором наблюдается или доминантно-рецессивный характер взаимодействия, или при воздействии аллельных генов друг на друга возникает новый признак, промежуточный между исходными признаками - при одинаковом воздействии генов друг на друга.

В генетических исследованиях было обнаружено, что взаимодействовать между собой могут и неаллельные гены, и при их взаимодействии у организма появляются новые признаки, т.е. возникает новый фенотип. Так, при скрещивании кур с розовидным и ореховидным гребнями получили первое потомство кур с гороховидными гребнями. Скрещивание особей друг с другом привело к расщеплению признаков не по второму закону Менделя (как это предполагалось, ведь внешне скрещивание было моногибридным), а по третьему закону - закону независимого расщепления признаков.

Было обнаружено, что 1/16 часть потомства имела простой гребень, 3/16 - розовидный, 3/16 - ореховидный, а остальные (9/16) - гороховидный. Следовательно, розовидная и ореховидная формы гребня определяются не одним геном, а являются результатом взаимодействия двух неаллельных генов, так как характер расщепления признаков соответствует дигибридному скрещиванию.

Множественное действие генов

Генетиками было установлено, что один ген может влиять либо на отдельный конкретный признак, либо оказывать влияние на несколько признаков, т.е. иметь множественное действие. Так, у водосбора имеется ген окраски цветка, при этом ген красной окраски оказывает влияние на окраску листьев (у водосбора с красными цветами листья фиолетовые). Кроме того, этот ген оказывает влияние на длину стебля и массу семян - стебель у водосбора с красными цветами более длинный, а семена имеют большую массу, чем семена у водосбора с другой окраской цветка.

Мушка дрозофила имеет ген, определяющий цвет глаз. Если у дрозофилы содержится ген, вызывающий отсутствие пигмента в глазе, то эти мушки имеют малую плодовитость, более короткую продолжительность жизни и специфическую окраску внутренних органов.

Законы Менделя

Переоткрытие законов Менделя Гуго де Фризом в Голландии, Карлом Корренсом в Германии и Эрихом Чермаком в Австрии произошло лишь в 1900 году. В это же время были подняты архивы и найдены старые работы Менделя.

В это время научный мир уже был готов к тому, чтобы воспринять генетику . Началось ее триумфальное шествие. Проверяли справедливость законов о наследовании по Менделю (менделировании) на все новых и новых растениях и животных и получали неизменные подтверждения. Все исключения из правил быстро развивались в новые явления общей теории наследственности.

В настоящее время три основополагающих закона генетики, три закона Менделя , формулируются следующим образом.

Первый закон Менделя. Единообразие гибридов первого поколения. Все признаки организма могут быть в своем доминантном или рецессивном проявлении, которое зависит от присутствующих аллелей данного гена. У каждого организма есть два аллеля каждого гена (2n хромосом). Для проявления доминантного аллеля достаточно одной его копии, для проявления рецессивного - нужны сразу две. Так, генотипы АА и Аа у гороха дают красные цветы, и только генотип аа дает белые. Поэтому, когда мы скрещиваем красный горох с белым:

АА х аа Аа

Мы в результате скрещивания получаем все потомство первого поколения с красными цветами. Однако, не все так просто. Некоторые гены у некоторых организмов могут быть не доминантными и рецессивными, а кодоминантными . В результате такого скрещивания, например, у петунии и космеи, мы получим все первое поколение с розовыми цветами -- промежуточным проявлением красного и белого аллелей.

Второй закон Менделя. Расщепление признаков во втором поколении в отношении 3:1. При самоопылении гетерозиготных гибридов первого поколения, несущих доминантный и рецессивный аллели, во втором поколении признаки расщепляются в отношении 3:1.

Скрещивание Менделя можно показать на следующей схеме:

P: AA x aa F1: Aa x Aa F2: AA + Aa + Aa + aa

То есть одно растение F 2 несет гомозиготный доминантный генотип, два -- гетерозиготный (но в фенотипе проявляется доминантный аллель!) и одно растение гомозиготно по рецессивному аллелю. Отсюда и получается фенотипическое расщепление признака в отношении 3:1, хотя генотипическое расщепление на самом деле -- 1:2:1. В случае кодоминантного признака такое расщепление и наблюдается, например, по цвету цветов у петунии: одно растение с красными цветами, два с розовыми и одно с белыми.

Третий закон Менделя. Закон независимого наследования разных признаков

Для дигибридного скрещивания Мендель взял гомозиготные растения гороха, отличающиеся по двум генам -- окраски семян (желтые, зеленые) и формы семян (гладкие, морщинистые). Доминантные признаки -- желтая окраска (I) и гладкая форма (R) семян. Каждое растение образует один сорт гамет по изучаемым аллелям. При слиянии гамет все потомство будет единообразным: Ii Rr .

При образовании гамет у гибрида из каждой пары аллельных генов в гамету попадает только один, при этом вследствие случайности расхождения отцовских и материнских хромосом в I делении мейоза ген I может попасть в одну гамету с геном R или с геном r. Точно так же ген i может оказаться в одной гамете с геном R или с геном r. Поэтому у гибрида образуются четыре типа гамет: IR, Ir, iR, ir . Во время оплодотворения каждая из четырех типов 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 , в которой по горизонтали выписываются гаметы одного родителя, по вертикали -- гаметы другого родителя. В квадратики вносятся генотипы зигот, образующиеся при слиянии гамет.

Легко подсчитать, что по фенотипу потомство делится на 4 группы: 9 желтых гладких, 3 желтых морщинистых, 3 зеленых гладких, 1 желтая морщинистая, то есть наблюдается расщепление в отношении 9:3:3:1 . Если учитывать результаты расщепления по каждой паре признаков в отдельности, то получится, что отношение числа желтых семян к числу зеленых и отношение гладких семян к морщинистым для каждой пары равно 3:1. Таким образом, при дигибридном скрещивании каждая пара признаков при расщеплении в потомстве ведет себя так же, как при моногибридном скрещивании, т. е. независимо от другой пары признаков.

При оплодотворении гаметы соединяются по правилам случайных сочетаний, но с равной вероятностью для каждой. В образующихся зиготах возникают различные комбинации генов.

Независимое распределение генов в потомстве и возникновение различных комбинаций этих генов при дигибридном скрещивании возможно лишь в том случае, если пары аллельных генов расположены в разных парах гомологичных хромосом.

Таким образом, третий закон Менделя формулируется так: при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга.

Рецессивные летали . У Менделя получились одинаковые численные соотношения при расщеплении аллелей многих пар признаков. Это в частности подразумевало одинаковую выживаемость индивидов всех генотипов, но это может быть и не так. Бывает, что гомозигота по какому-нибудь признаку не выживает . Например, желтая окраска у мышей может быть обусловлена гетерозиготностью по Aguti yellow. При скрещивании таких гетерозигот друг с другом следовало бы ожидать расщепление по этому признаку соотношении 3:1. Однако, наблюдается расщепление 2:1, то есть 2 желтых к 1 белой (рецессивная гомозигота).

A y a x A y a 1aa + 2A y a + 1A y A y -- последний генотип не выживает.

Показано, что доминантная (по окраске) гомозигота не выживает уже на эмбриональной стадии. Этот аллель одновременно является рецессивной леталью (то есть рецессивной мутацией, приводящей к гибели организма).

Полулетали . Нарушение менделевского расщепления часто происходит потому, что некоторые гены являются полулеталями -- жизнеспособность гамет или зигот с такими аллелями снижена на 10-50%, что приводит к нарушению расщепления 3:1.

Влияние внешней среды. Проявление некоторых генов может сильно зависеть от условий среды. Например, некоторые аллели проявляются фенотипически только при определенной температуре на определенной фазе развития организма. Это тоже может приводить к нарушениям менделевского расщепления.

Гены-модификаторы и полигены . Кроме основного гена , контролирующего данный признак, в генотипе может быть еще несколько генов-модификаторов , модифицирующих проявление основного гена. Некоторые признаки могут определяться не одним геном, а целым комплексом генов, каждый из которых вносит свой вклад в проявление признака. Такой признак принято называть полигенным . Все это тоже вносит нарушения в расщепление 3:1.

наследственность гибрид скрещивание мендель

Генетика — наука о наследственности и изменчивости живыхорганизмов . Как наука генетика существует с 1900 г., когда несколькими учеными (X.Де Фриз, К. Корренс, Э. Чермак) независимо друг от друга были переоткрыты закономерности наследования родительских признаков, которые экспериментально установил еще в 1865 г. чешский естествоиспытатель Г.Мендель. На основе проведенного статистического анализа результатов скрещиваний гороха с разными признаками он сформулировал несколькоправил, которые впоследствии получили название законов Менделя. Тогда же вспомнили о работах В. Ру, О. Гертвига, Э. Страсбургера, А. Вейсмана, в которых была сформулирована «ядерная гипотеза» наследования признаков, ставшая в будущем основой хромосомной теории наследственности (Т. Морган и др.). Названиенауки «генетика» предложил в 1906 г. английский биолог У. Бэтсон.

Селекция — наука о методах создания сортов, гибридов растений и пород животных, штаммов микроорганизмов с нужнымичеловеку признаками.

Породой и сортом называют популяцию растений или животных, созданную человеком для удовлетворениясвоих потребностей; они характеризуются специфическим генофондом, наследственно закрепленными признаками. У микроорганизмов чистую культуру называют штаммом. Иногда они бываютчистыми линиями — генотипически однородным потомством,полученным за счет самооплодотворения.

Теоретической основойселекции является генетика.

Методы селекционной работы — отбор, гибридизация, полиплоидия, мутагенез.

Г.Мендель

Иоганн Грегор Мендель (1822 —1884) — аббат монастыря в Брно Чехия) по праву считается основателем генетики. В результатеопытов над горохом он сформулировал законы наследственности, разработал концепцию доминантных и рецессивных генов.

Г. Мендель является основоположником гибридологического анализа, изложенного им в фундаментальном труде «Опыты над растительными гибридами» (1866).

В опытах над горохом Г. Мендель использовал гибридологический метод, суть которого заключается в получении гибридов (потомков от скрещивания организмов) и их сравнительном анализе в ряду поколений. Для эксперимента ученый использовалчистые линии (термин введен позже, в 1903 г.) такихрастений гороха, в потомстве которых при самоопылении не было различий по анализируемому признаку. Другими словами, получалось генотипически однородное потомство. Г. Мендель, как правило, использовал контрастирующие признаки: гладкая поверхность семян и морщинистые горошины, растения высокие и низкие, белая и розовая окраска венчика и т.п.

Первый закон Менделя — закон единообразия гибридов первого поколения.

Своиопыты Г. Мендель начал с того, что скрещивал сорта гороха, которые различались лишь по одной паре альтернативных (наиболееконтрастирующих) признаков. Такое скрещивание называется моногибридным. Для первого эксперимента естествоиспытатель выбралсорта гороха, различающиеся по цвету семян: желтые и зеленые.

Поскольку горох является самоопыляющимся растением, то у растений одного сорта все семена были зелеными, у другого — только желтые. В первой серии опытов все остальные признаки растения во внимание не принимались и при анализе не учитывались.

Г. Мендель провел искусственное перекрестное опыление и скрестил сорта, различающиеся по цвету семян. Была выявлена интересная закономерность: к какому бы сорту не принадлежало материнское растение (с желтыми или с зелеными семенами), семенагибридного растения оказывались только желтыми. Во второй серии опытов ученый использовал сорта гороха, различающиеся потекстуре поверхности семян: гладкие и морщинистые. И здесь получилась сходная картина: при любых вариантах скрещивания угибридных растений семена были только гладкими.

Мендель сделал вывод, что у гибридов первого поколения проявляются признаки только одного из родителей. Такие признакибыли названы доминантными, а непроявляющиеся признаки — рецессивными. Обнаруженная закономерность была сформулирована какединообразие гибридов первого поколения. В опытах Менделя в результате скрещивания различных сортов гороха было обнаружено полное доминирование, когда гибридные растения имели фенотип (совокупность внешних признаков) только одного из родителей.

Доминантные аллели принято обозначать прописными буквами:

например, А (желтые семена), В (гладкие семена).

Рецессивные аллели обозначаютстрочными буквами: например, а (зеленые семена), b (морщинистые семена). Следовательно, схематически любая гомозиготная особь обозначается как АА, аа,ВB bb и т.п.

Гетерозиготные особи — Аа, ВЬ и т.п.

Гибриды различных поколений принято обозначать F 1 (первое поколение),

F 2 (второе поколение) и т.д.

Родителей обозначают Р, материнскую особь — (зеркало Венеры), отцовскую особь — (щит и копье Марса). Знак скрещивания форм — х.

Более поздние исследования показали, что иногда наблюдается неполное доминирование, когда гибриды обладают промежуточным фенотипом. Так, при скрещивании растений ночной красавицы с красными цветками с растениями, имеющимибелые цветки, все гибриды первого поколения имеют розовыецветки.

Элементарными единицами наследственности являются гены .Существование каких-то дискретных наследственных факторов вполовых клетках было предположительно высказано Г. Менделемеще в 1865 г. В 1909 г. датский биолог Вильгельм Иогансен назвалдискретные наследственные факторы генами. Теперь стало известно, что ген представляет собой участок молекулы ДНК.

Совокупность генов организма называют генотипом.

Генотип и внешняясреда определяют и формируют фенотип организма — совокупность морфологических, физиологических, поведенческих и др. признаков и свойств организма.

Совокупность всех генов гаплоидногохромосом называют геномом.

Гены, определяющие развитие альтернативных признаков ирасположенные в идентичных участках гомологичных хромосом,т.е. парные гены, называют аллелями, или аллельными генами. Придиплоидном наборе хромосом в любой клетке животного или рас-тения всегда имеется по два аллеля любого гена. В половых клетках (гаметах) в результате мейоза содержится только гаплоидный набор хромосом (п) и только по одному аллелю.

При слиянии двух родительских гамет образуется клетка с диплоидным набором хромосом (2 n ) — зигота. Если у образовавшейся зиготы гомологичные хромосомы несут идентичные аллели, то это гомозигота. Этот термин был введен генетиком У. Бэтсоном в 1902 г.

Под гомозиготностью понимают наследственно однородные организмы, в потомстве которых не происходит расщепления признаков.

Горох, как самоопыляемое растение, гомозиготен.

В отличие от гомозиготы, у гетерозиготы в гомологичныххромосомах локализованы разные аллели каждого гена, отвечающие за альтернативные признаки: например, горох с гладкими иморщинистыми семенами. Потомства гетерозиготных особей проявляют разные признаки. Как правило, гетерозиготные особи наиболее жизнеспособны.

Второй закон Менделя — расщепление признаков у гибридов второго поколения.

Из гибридных семян гороха были выращены растения, которые затем были размножены естественным для гороха способом — путем самоопыления и таким образом получены семена второго поколения, не только желтые, но и зеленые. Соотношение желтых и зеленых семян в собранном урожае составило 6022: 2001 соответственно, т.е. 3:1. Следовательно, при скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении произошло расщепление признаков по фенотипу 3:1. Аналогичные результаты были получены по паре признаков «гладкие и морщинистые семена», «пурпурная и белая окраска венчика». Данные экспериментов свидетельствовали о том, что у гибридов второго поколения проявляется рецессивный признак, скрытый в первом поколении.

Схему образования зигот второго поколения можно представить следующим образом. Из полученной последовательности зигот F2(АА, Аа, Аа, аа, или АА, 2Аа, аа) видно, чтосоотношение 3:1 по фенотипу объясняется тем, что в гомозиготеАА представлен только доминантный аллель А, отвечающий зажелтый цвет семян, в гетерозиготах Аа доминирует аллель А иподавляет проявление рецессивного (а) фенотипа, т.е. зеленогоцвета семян. Только в зиготе аа в фенотипе проявляется рецессивный признак — зеленый цвет семян. И совершенно очевидно,что соотношение по генотипу соответствует соотношению 1:2:1(АА:2Аа:аа).

Второй закон Менделя, или закон расщепления, формулируется следующим образом: при скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление всоотношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу.

У растения ночная красавица при скрещивании гибридов первогопоколения (F)) получены гибриды второго поколения (F2), дающие расщепление и по фенотипу, и по генотипу 1:2:1.Следовательно, при неполном доминировании в потомстве F2расщепление по фенотипу и генотипу совпадает (1:2:1).

Правило, или принцип, чистоты гамет. Для того чтобы объяснить явление расщепления у гибридов второго поколения, Г. Мендель предложил гипотезу чистоты гамет. Через гаметы при половом размножении организмов осуществляется связь между поколениями. Через гаметы передаются материальные наследственные факторы — гены, определяющие и контролирующие тотили иной признак или свойство организма. Гаметы генетическичисты, т.е. несут только один ген из аллельной пары (например,А или а). В зиготе, образующейся при слиянии гамет, присутствует пара аллелей того или иного гена. Так, гетерозиготная формаАа содержит доминантный (А) и рецессивный (а) аллели. Гаметы, участвующие в образовании гетерозиготы Аа, содержат только по одному аллелю: А и а. Слияние гамет и образование гетерозиготы можно записать как: А х а =Аа. В зиготе аллели не смешиваются и ведут себя как независимые единицы. Согласно гипотезе чистоты гамет, у гетерозиготной особи Аа будут с одинаковойвероятностью формироваться гаметы с геном А и гаметы с генома, а гомозиготные особи АА или аа будут давать гаметы А и а,соответственно.

Таким образом, гетерозиготные организмы дают различающиеся по аллелям гаметы и поэтому в их потомстве наблюдается расщепление. Гомозиготные особи образуют один вид гамет и поэтому при самоопылении не дают расщепления.

В настоящее время благодаря исследованиям митоза, мейозагипотеза чистоты гамет, предложенная Г. Менделем, получила неоспоримое цитологическое подтверждение.

Дигибридное скрещивание. Третий закон Менделя .

С помощьюмоногибридного скрещивания Г. Мендель установил закономерности наследования одного отдельно взятого признака. В природных условиях могут скрещиваться особи, различающиеся по двуми более признакам. Для таких более сложных случаев существуютсвои закономерности наследования признаков.Вслед за опытами по моногибридному скрещиванию Мендельстал исследовать наследование признаков, за которые отвечаютуже две пары аллелей. В частности, ученый наблюдал наследованиене только окраски семян гороха (желтые — А, зеленые — а), но иодновременно с этим характер их поверхности (гладкая — В, морщинистая — Ь). Скрещивание особей, отличающихся по двум парам аллелей, называется дигибридным скрещиванием.

Одна пара аллелей (Аа) контролирует окраску семян, другая пара (ВЬ) — характер их поверхности.В рассматриваемой серии опытов Г. Мендель скрещивал растения гороха, с одной стороны, с желтыми (А), гладкими (В) семенами, с другой стороны — с зелеными (а) и морщинистыми семенами (Ь). В первом поколении все гибриды, как и ожидалось,имели желтые гладкие семена. Во втором поколении произошлонезависимое расщепление признаков — согласно гипотезе чистоты гамет, аллельные гены ведут себя как независимые, цельныеединицы. Было получено: 315 желтых гладких семян (генотипы:ААВВ,АаВЬ, АаВВ, ААВЬ), 108 — зеленых гладких (ааВВ, ааВЬ), 101 —желтых морщинистых (AAbb, Aabb), 32 — зеленых морщинистых(aabb). В целом расщепление по фенотипу дало 4 группы особей: сжелтыми гладкими семенами — 9, с желтыми морщинистымисеменами — 3, с зелеными гладкими семенами — 3, с зеленымиморщинистыми семенами — 1. Более кратко это можно записатькак 9 AB :3 Ab :3 aB : lab .

Доминирование по рассматриваемым признакам определяется доминантными аллелями А и В, наличие которых и обусловливает соответствующий фенотип. По этой причине различныегенотипы могут дать один и тот же фенотип. Например, растения с желтыми гладкими семенами (один фенотип) образованы четырьмя различными генотипами (гомозигота ААВВ, гетерозигота по обоим парам аллелей АаВЬ, гетерозигота по признакуокраски семян АаВВ, гетерозигота по признаку поверхности семянААВЬ). Растения с зелеными морщинистыми семенами могут бытьполучены лишь при соединении рецессивных аллелей в гомозиготе (aabb), т.е. такие растения всегда гомозиготны. Полученныепри дигибридном скрещивании количественные соотношениямежду числом фенотипов и генотипов во втором поколении справедливы для аллелей с полным доминированием. При промежуточном характере наследования число фенотипов будет значительно больше. При неполном доминировании по обоим рассматриваемым признакам число фенотипов и генотипов равно междусобой.

Результаты проведенных экспериментов показаны в таблице, известной под названием решетки Пеннета, названной так по имени английского генетика Реджиналда Пеннета(1875— 1967). С помощью решетки Пеннета легко установить всевозможные сочетания мужских и женских гамет. Гаметы родителейуказываются по верхнему и левому краям решетки, а в ячейкирешетки вписываются генотипы зигот, образовавшихся при слиянии гамет. Установлено, что при дигибридном скрещивании, также как и при моногибридном скрещивании, каждая пара аллелейведет себя независимо от другой пары.

Третий закон Менделя, или закон независимого комбинирования (наследования) признаков, формулируется следующимобразом: расщепление по каждой паре генов идет независимо отдругой пары генов. Из этого следует, что каждая пара альтернативных признаков ведет себя в ряду поколений независимо друг отдруга. Среди потомков второго поколения появляются особи сновыми (по отношению к родительским) комбинациями признаков.

Статистический характер законов Г.Менделя.

В опытах с горохом при моногибридном скрещивании Г.Мендель получил соотношение по изучаемому признаку 3,0095:1,0, т.е. близкое к теоретически ожидаемому 3:1. Ученый оперировал сравнительно крупными числами (им было проанализировано более 8 тыс. семян),поэтому его результат был близок к расчетному. Более или менееточное выполнение соотношения 9:3:3:1 при дигибридном скрещивании также возможно лишь при анализе большого фактического материала. В частности, Г. Менделем было получено соотношение 9,84:3,38:3,16:1,0. Результаты такого анализа не свидетельствуют о невыполнении законов Менделя. Законы генетикиносят статистический характер. Из этого следует, что чем большматериала по расщеплению признаков будет рассмотрено и проанализировано, тем точнее будут выполняться данные статистические закономерности.

При локализации генов в половых хромосомах или в ДНК пластид, митохондрий и других органоидов, результаты скрещиваниймогут не следовать законам Менделя.

План урока №18

1 Образовательная:

2 Развивающая:

Ход урока:

I Организационный момент

II Основная часть

1 Проверка домашнего задания

.

Что такое генотип, фенотип?

♂ ,♀ ?

2 Объяснение нового материала

Г) Что такое чистота гамет?

III Подведение итогов урока

IV Домашнее задание

1 Записи в тетради

Занятие №18

Тема:

МОНОГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ

гибридизацией, гибридным, а отдельную особь - гибридом.

доминированием.

В потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения наблюдается явление расщепления: четверть особей из гибридов второго поколения несет рецессивный признак, три четверти – доминантный.

При скрещивании двух потомков первого поколения между собой (двух гетерозиготных особей) во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом соотношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1

(25% - гомозиготных доминантных, 50% - гетерозиготных, 25% - гомозиготных рецессивных)

Закон чистоты гамет

В чем причина расщепления? Почему в первом, втором и последующих поколениях возникают особи, дающие в результате скрещивания потомство с доминантным и рецессивным признаками?

С 1854 года в течение восьми лет Мендель проводил опыты по скрещиванию растений гороха. Им было выявлено, что в результате скрещивания различных сортов гороха друг с другом гибриды первого поколения обладают одинаковым фенотипом, а у гибридов второго поколения имеет место расщепление признаков в определенных соотношениях. Для объяснения этого явления Мендель сделал ряд предположений, которые получили название «гипотезы чистоты гамет», или «закона чистоты гамет».

Связь между поколениями при половом размножении осуществляется через половые клетки (гаметы). Очевидно, гаметы несут материальные наследственные факторы – гены, которые определяют развитие того или иного признака.

Обратимся к схеме, на которой символами записаны результаты:

Ген, отвечающий за доминантный желтый цвет семян, обозначим большой буквой, например А ; ген, отвечающий за рецессивный зеленый цвет, - малой буквой а . Обозначим соединение гамет, несущих гены А и а, знаком умножения: А х а =Аа. Как видно, возникающая в результате гетерозиготная форма (F1) имеет оба гена – Аа. Гипотеза чистоты гамет утверждает, что у гибридной (гетерозиготной) особи половые клетки чисты, т.е.имеют по одному гену из данной пары. Это означает, что у гибрида Аа будут в равном числе возникать гаметы с геном А и с геном а. Какие же между ними возможны сочетания? Очевидно, равновероятны четыре комбинации:

В результате 4-х комбинаций получатся сочетания АА, 2Аа и аа. Первые три – дадут особей с доминантным признаком, четвертое – с рецессивным. Гипотеза чистоты гамет объясняет причину расщепления и наблюдаемые при этом численные соотношения. Вместе с тем ясны и причины различия в отношении дальнейшего расщепления особей с доминантными признаками в последующих поколениях гибридов. Особи с доминантными признаками по своей наследственной природе неоднородны. Одна из трех (АА) будет давать гаметы только одного сорта (А) а при самоопылении или скрещивании с себе подобными не будет расщепляться. Две другие (Аа) дадут гаметы 2-х сортов, в их потомстве будет происходить расщепление в тех же численных соотношениях, что и у гибридов второго поколения.Гипотеза чистоты гамет устанавливает, что закон расщепления есть результат случайного сочетания гамет, несущих разные гены (Аа). Соединится ли гамета, несущая А ген, с другой гаметой, несущей А или а ген, при условии равной жизнеспособности гамет и равного их количества, одинаково вероятно.

При случайном характере соединения гамет общий результат оказывается статистически закономерным.

Таким образом, было установлено, что расщепление признаков в потомстве гибридных растений – результат наличия у них двух генов – А и а, ответственных за развитие одного признака, например окраски семян.

Мендель предложил, что наследственные факторы при образовании гибридов не смешиваются, а сохраняются в неизменном виде. В теле гибрида F1 от скрещивания родителей, различающих по альтернативным признакам, присутствуют оба фактора - доминантный ген и рецессивный, но рецессивный ген подавляется. Связь между поколениями при половом размножении осуществляется через половые клетки - гаметы. Следовательно, необходимо допустить, что каждая гамета несёт только один фактор из пары. Тогда при оплодотворении - слияний двух гамет, каждая из которых несёт рецессивный ген, приводит к образованию организма с рецессивным признаком, проявляющимся фенотипически. Слияние же гамет, несущих по доминантному гену, или же двух гамет, одна из которых содержит доминантный, а другая рецессивный ген, будет приводить к развитию организма с доминантным признаком.

Таким образом, появление во втором поколении (F 2) рецессивного признака одного из родителей (Р) может иметь место только при соблюдении двух условий: 1) если у гибридов наследственные факторы сохраняются в неизменном виде, 2) если половые клетки содержат только один наследственный фактор из аллельной пары. Расщепление признаков впотомстве при скрещивании гетерозиготных особей Мендель объяснил тем, что гаметы генетически чисты, т.е. несут только один ген из аллельной пары.

Закон частоты гамет можно сформулировать следующим образом:при образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из аллельной пары.

Почему и как это происходит? Известно, что в каждой клетке организма имеется совершенно одинаковый диплоидный набор хромосом. Две гомологичные хромосомы содержат два одинаковых аллельных гена. Образуются два сорта гамет по данной аллельной паре. 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, т.е. устанавливается отношение: 1АА:2Аа:1аа. Соответственно по фенотипу потомство второго поколения при моногибридном скрещивании распределяется в отношение 3 / 4 особей с доминантным признаком, / 4 особей с рецессивным признаком (3:1).

Таким образом, цитологической основой расщепления признаков у потомства при моногибридном скрещивании является расхождение гомологичных хромосом и образование гаплоидных половых клеток в мейозе.

Анализирующее скрещивание

Разработанный Менделем гибридологический метод изучения наследственности позволяет установить, гомозиготен или гетерозиготен организм, имеющий доминантный фенотип по исследуемому гену (или исследуемым генам). Для этого скрещивают особь с неизвестным генотипом и организм, гомозиготный по рецессивной аллеи (аллеям), имеющий рецессивный фенотип.

Если доминантная особь гомозиготна, то потомство от такого скрещивания будет единообразным и расщепления не произойдет (ААхаа = Аа). Если доминантная особь гетерозиготна, то расщепление произойдет в отношении 1:1 по фенотипу (Аа х аа = Аа, аа). Такой результат скрещивания -прямое доказательство образования у одного из родителей двух сортов гамет, т.е. его гетерозиготности.

При дигибридном скрещивании расщепление по каждому признаку идет независимо от другого признака. Дигибридное скрещивание есть два независимо идущих моногибридных скрещивания, результаты которых как бы накладываются друг на друга

При скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся др. от др. по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

На законах Менделя основан анализ расщепления и в более сложных случаях – при различиях особей по трем, четырем и более парам признаков.

План урока №18

ТЕМА: Моногибридное и дигибридное скрещивание. Законы Менделя

1 Образовательная:

Сформировать знания о моногибридном скрещивании, первом законе Менделя

Показать роль исследований Менделя в понимании сущности наследования признаков

Раскрыть формулировку закона расщепления, второго закона Менделя

Раскрыть сущность гипотезы чистоты гамет

Сформировать знания о дигибридном скрещивании как методе изучения наследственности

Раскрыть на примере ди- и полигибридного скрещивания проявление третьего закона Менделя

2 Развивающая:

Развивать память, расширять кругозор

Способствовать развитию навыка использования генетической символики при решении генетических задач

Ход урока:

I Организационный момент

1 Ознакомление студентов с темой и целью урока

2 Перед студентами ставится ряд заданий, которые необходимо выполнить в процессе урока:

Знать формулировки законов Менделя

Усвоить закономерности наследования признаков, установленные Менделем

Усвоить сущность гипотезы чистоты гамет

Усвоить сущность дигибридного скрещивания

II Основная часть

1 Проверка домашнего задания

Что изучает генетика? Какие задачи решает генетика?

Дайте определение наследственности и изменчивости.

Назовите этапы эмбрионального периода?

Объясните термины: ген, доминантные и рецессивные гены. - Какое развитие называют прямым?

Какие гены называют аллельными? Что такое множественный аллелизм?

Что такое генотип, фенотип?

В чем особенность гибридологического метода?

Что означает генетическая символика: Р,F1,F2,♂ ,♀ ?

2 Объяснение нового материала

Моногибридное скрещивание; первый закон Менделя

Второй закон Менделя; закон частоты гамет

Сущность дигибридного скрещивания; третий закон Менделя

3 Закрепление нового материала

А) Сформулируйте 1 закон Менделя.

Б) Какое скрещивание называют моногибридным?

В) Сформулируйте второй закон Менделя

Г) Что такое чистота гамет?

Д) Какие правила и закономерности проявляются при дигибридном скрещивании?

Е) Как формулируется третий закон Менделя?

III Подведение итогов урока

IV Домашнее задание

1 Записи в тетради

2 Учебник В.Б.Захарова, С.Т.Мамонтова «Биология» (стр.266-277)

3 Учебник Ю.И.Полянского «Общая биология» (стр. 210-217)

Занятие №18

Тема:«Моногибридное и дигибридное скрещивание. Законы Менделя».

1. Моногибридное скрещивание. Правило единообразия гибридов первого поколения – первый закон наследственности, установленный Г.Менделем.

2. Второй закон Менделя - закон расщепления. Гипотеза чистоты гамет

3. Дигибридное и полигибридное скрещивание. Третий закон Менделя – закон независимого комбинирования признаков.

МОНОГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ

Для иллюстрации первого закона Менделя вспомним его опыты по моногибридному скрещиванию растений гороха. Скрещивание двух орга­низмов называется гибридизацией, потомство от скре­щивания двух особей с разной наследственностью назы­вают гибридным, а отдельную особь - гибридом.

Моно­гибридным называется скрещивание двух организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтерна­тивных (взаимоисключающих) признаков.

Например, при скрещивании гороха с желтыми (доминирующий признак) и зелены­ми семенами (рецессивный признак), все гибриды будут иметь желтые семена. Такая же картина наблюдается при скрещивании растений, обладающих гладкой и морщинистой формой семян; все потомство первого поколения будет иметь гладкую форму семян. Следовательно, у гибрида, первого поко­ления из каждой пары альтернативных признаков проявляется только один. Второй признак как бы исчезает, не проявляется. Преобладание у гибрида признака одного из родителей Мендель назвал доминированием. По фенотипу все гибриды имеют желтые семена, а по генотипу они гетерозиготные (Аа). Т.о., все поколение единообразно.

Первый закон Менделя - закон доминирования.

Закон единообразия первого поколения гибридов, или первый закон Менделя - называют также законом доминирования, так как все особи первого поколения имеют одинаковое проявление признака. Сформулировать его можно следующим образом: при скрещивании двух организмов, относящихся к разным чистым линиям (двух гомозиготных организмов), отличающихся др. от др. по одной паре альтернативных признаков, все первое поколение гибридов(F 1) окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей.

Такая закономерность будет наблюдаться во всех случаях при скрещивании двух организмов, принадлежащих двум чистым линиям, когда имеет место явления полного доминирования признака (т.е. один признак полностью подавляет развитие другого).