Обозначения в генетических задачах
Для корректной записи скрещиваний используются стандартные символы. Буквой P (parentes) обозначают родительские организмы, буквой G (gametae) — гаметы, то есть половые клетки, при слиянии которых образуется зигота. Потомков (гибридов) обозначают буквой F с цифровым индексом: F1 — первое поколение, F2 — второе и так далее.
Женский организм традиционно обозначают символом ♀ (зеркало Венеры), мужской — ♂ (щит и копьё Марса). При записи скрещивания женскую особь ставят слева, гаметы каждого родителя располагают непосредственно под ним (часто заключают в кружки во избежание путаницы).
Расщепление потомков анализируют двумя способами:
- По генотипу — по сочетанию аллелей (буквенной записи).
- По фенотипу — по внешнему проявлению признаков (окраска, форма, размер).
Аллели и типы зигот
Каждый признак кодируется парой аллелей. Заглавная буква обозначает доминантный признак (проявляется в фенотипе), строчная — рецессивный (подавляется в присутствии доминантного).
- Гомозигота — организм с одинаковыми аллелями: AA или aa.
- Гетерозигота — с разными аллелями: Aa; в фенотипе проявляется доминантный признак.
- Дигомозигота — гомозигота по двум парам генов: AABB или aabb.
- Дигетерозигота — гетерозигота по двум парам генов: AaBb.
Чистые линии — это гомозиготные организмы, не дающие расщепления при самоопылении.
Первый закон Менделя — закон единообразия
При скрещивании двух гомозиготных особей, относящихся к чистым линиям и различающихся по одной паре альтернативных признаков, всё первое поколение гибридов (F1) единообразно по генотипу и фенотипу.
Пример: скрещивание гороха с пурпурными цветками (AA) и белыми (aa) даёт в F1 растения только с пурпурными цветками генотипа Aa. Аналогичные результаты получены при скрещивании растений с жёлтыми и зелёными семенами, а также с гладкой и морщинистой формой семян. Это позволяет выявить, какой признак является доминантным.
Задача-пример. Ген чёрной масти (A) крупного рогатого скота доминирует над геном красной масти (a). Скрещивание чёрного гомозиготного быка (AA) с красными коровами (aa) даёт всё потомство генотипа Aa с чёрной мастью.
Второй закон Менделя — закон расщепления
При скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения (Aa × Aa) во втором поколении наблюдается расщепление признаков. Гетерозиготы образуют два сорта гамет (A и a) в равном соотношении.
Результаты F2:
- Расщепление по генотипу: 1 AA : 2 Aa : 1 aa.
- Расщепление по фенотипу: 3 (доминантный признак) : 1 (рецессивный).
Задача-пример. У родителей с нормальным слухом родился глухой ребёнок. Поскольку глухота — рецессивный признак (a), а родители имеют нормальный слух, оба они являются гетерозиготами Aa. В потомстве ожидается расщепление 3:1: три ребёнка с нормальным слухом (1 AA + 2 Aa) на одного глухого (aa).
Третий закон Менделя — закон независимого наследования
При скрещивании особей, различающихся по двум и более парам признаков, гены каждой пары наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях. Гибриды F1 единообразны, а в F2 наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 9 : 3 : 3 : 1.
Дигетерозигота AaBb образует четыре сорта гамет: AB, Ab, aB, ab. При скрещивании двух дигетерозигот получается 16 комбинаций, удобно изображаемых с помощью решётки Пеннета — таблицы, в строках которой записывают женские гаметы, в столбцах — мужские, а на пересечениях — генотипы потомков.
Задача-пример. У фасоли жёлтая окраска бобов (A) доминирует над зелёной (a), чёрная окраска семян (B) — над белой (b). При самоопылении дигетерозиготного растения AaBb потомство расщепляется как 9 (жёлтые бобы, чёрные семена) : 3 (жёлтые, белые) : 3 (зелёные, чёрные) : 1 (зелёные, белые). Вероятность появления растений с зелёными бобами и белыми семенами составляет 1/16.
Условия выполнения законов Менделя
Закономерности наследования, описанные Менделем, выполняются при соблюдении ряда условий:
- Изучаемые гены должны располагаться в разных парах гомологичных хромосом (для третьего закона).
- Аллели проявляют полное доминирование.
- Все типы гамет образуются в равных количествах и одинаково жизнеспособны.
- Все генотипы потомков обладают одинаковой выживаемостью.
- Анализируется достаточно большое число потомков для статистического проявления расщепления.
Ключевые моменты
- P — родители, G — гаметы, F — потомки; ♀ ставится первой при записи скрещивания.
- Гомозигота даёт один сорт гамет, гетерозигота — два, дигетерозигота — четыре.
- Первый закон Менделя: F1 от скрещивания чистых линий единообразно.
- Второй закон: в F2 расщепление 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу.
- Третий закон: при дигибридном скрещивании F2 расщепляется 9:3:3:1.
- Решётка Пеннета используется для анализа дигибридных и более сложных скрещиваний.
- Доминантный признак подавляет рецессивный; рецессивный проявляется только в гомозиготном состоянии.
- Законы Менделя справедливы при независимом наследовании генов и полном доминировании.