Законы Менделя. Сцепленная наследственность генов

Сообщение

 

По биологии

На тему:

 

«Законы Менделя. Сцепленная наследственность генов»

 

 

 

Подготовила

Ученица 11-а класса

Кучерявая Лариса

ЗАКОНЫ МЕНДЕЛЯ   

Закон единообразия первого поколения  гибридов, или первый закон Менделя. Для иллюстрации первого закона Менделя - закон единообразия первого  поколения - воспроизведем его опыты  с моногибридного скрещивания растений гороха. Скрещивание двух организмов называется гибридизацией, потомство  от скрещивания двух особей с различной  наследственностью называют гибридным, а отдельную особь - гибридом. Моногибридные  называется скрещивание двух организмов, отличающихся друг от друга по одной  паре альтернативных (взаимоисключающих) признаков. Следовательно, при таком  скрещивании прослеживаются закономерности наследования только двух признаков, развитие которых обусловлено парой аллельных  генов. Все остальные признаков, свойственных данным организмам, в  расчет не берутся.  

Если скрестить растения гороха с желтыми и зелеными семенами, то у всех полученных в результате этого скрещивания гибридов семян  будет желтым. Такая же картина  наблюдается при скрещивании  растений, имеющих гладкую и морщинистую  форму семян: все потомство первого  поколения будут гладкую форму  семян. Итак, у гибрида первого  поколения из каждой пары альтернативных признаков развивается только одна. Второй признак будто исчезает, не обнаруживается. Явление преобладания у гибрида признака одного из родителей  Г. Мендель назвал доминированием. Признак, оказывается у гибрида первого  поколения и подавляет развитие другого признака, была названа доминантной, а противоположная, т.е. подавляемые, признак - рецессивным. Если в генотипе организма (зиготы) два одинаковых аллельные  гены - оба доминантные или оба  рецессивные (АА или аа), такой организм называется гомозиготным. Если же из пары аллельных генов один доминантный, а другой рецессивный (Аа), то такой  организм носит название гетерозиготного.   

Закон доминирования - первый закон  Менделя - называют также законом  единообразия гибридов первого поколения, поскольку у всех особей первого  поколения проявляется один признак.   

Неполное доминирование. Доминантный  ген в гетерозиготном состоянии  не всегда полностью подавляет рецессивный  ген. В ряде случаев гибрид F, не воспроизводит  полностью ни одной из родительских признаков и признак носит  промежуточный характер с большим  или меньшим уклонением к доминантного или рецессивного состояния. Но все  особи этого поколения однообразные по данному признаку. Так, при скрещивании  ночной красавицы с красной окраской цветков (АА) с растением, имеющим  белые цветки (аа), в F, образуется промежуточное  розовую окраску цветка (Аа). При  неполном доминировании в потомстве  гибридов (F,) расщепление по генотипу и фенотипу совпадает (1:2:1).  

Неполное доминирование - широко распространенное явление. Оно найдено при изучении наследования окраски цветка у львиного зева, цвета шерсти у крупного рогатого скота и овец, биохимических признаков  у человека и других. Промежуточные  признаки, возникающие вследствие неполного  доминирования, нередко представляют эстетическую или материальную ценность для человека. Возникает вопрос: можно вывести путем отбора, например, сорт ночной красавицы с Розовой  окраской цветков? Очевидно, нет, потому что этот признак развивается  только у гетерозигот и при  скрещивании их между собой всегда происходит расщепление:

 

   Множественный аллелизм. До сих пор разбирались примеры, в которых один и тот же ген был представлен двумя аллелями - доминантным (А) и рецессивным (а). Эти два состояния гена возникают в процессе мутации. Однако мутация (замена или потеря части нуклеотидов в молекуле ДНК) может возникать в различных участках одного гена. Таким путем образуются несколько аллелей одного гена и соответственно несколько вариантов одного признака. Ген А может иметь мутацию в состояние а1, а2, а3 .... а11, ген В в другом локусе - в состояние b1, b2, b3, b4 ... b11 т.д.. Приведем несколько примеров. У мухи дрозофилы известна серия аллелей по гену окраски глаз, состоящий из 12 членов: красная, коралловая, вишневая, абрикосовая и т.д. до белой, которая определяется рецессивным геном. У кроликов существует серия множественных аллелей по цвету шерсти сплошная (шиншилла), гималайская (горностаевая), а также альбинизм. Гималайские кролики на фоне общего белого цвета шерсти имеют черные кончики ушей, лап, хвоста и морды. Альбиносы полностью лишены пигмента. Члены одной серии аллелей могут находиться в разных доминантно-рецессивных отношениях друг к другу. Так, ген сплошного окраса доминантный по отношению ко всем членам серии. Ген гималайского окраса доминантный по отношению к гену белого окраса, но рецессивный по отношению к гену шиншилловый окраску. Развитие всех этих трех типов окраски обусловлен тремя различным аллелями, локализованными в одном и том же локусе. У человека серией множественных аллелей есть ген, который определяет группу крови.

    При этом гены, обусловливающие группы крови А и В, не являются доминантными по отношению друг к другу и оба доминантные по отношению к гену, определяющего группу крови О (1). Следует помнить, что в генотипе диплоидных организмов могут находиться только два гена из серии аллелей. Другие аллели данного гена в разных сочетаниях входят в генотипа других особей данного вида. Таким образом, множественный аллелизм характеризует разнообразие генофонда   целого вида, то есть видовой, а не индивидуальной признаку.

       Множественные  аллели у кроликов. А - альбинос; Б - гималайский В - кролик со сплошным (темным) окраской.  

Закон расщепления, или второй закон  Менделя. Если потомков первого поколения, одинаковых по изучаемому признаку, скрестить  между собой, то во втором поколении  признаки обоих родителей появляются в определенном числовом соотношении: 3/4 особей будут доминантную признак, 1/4 - рецессивную.  

Явление, при котором скрещивание  гетерозиготных особей приводит к образованию  потомства, часть которого несет  доминантный признак, а часть - рецессивную, называется расщеплением. Итак, рецессивный  признак у гибридов первого поколения  не исчезла, а была только подавленной  и окажется во втором гибридном поколении.   

Гипотеза чистоты гамет. Мендель  предположил, что при образовании  гибридов наследственные факторы не смешиваются, а сохраняются в  неизменном виде. В гибриде присутствуют оба фактора - доминантный и рецессивный, но в виде признаки оказывается доминантный  наследственный фактор, рецессивный, же подавляется. Связь между поколениями  при половом размножении осуществляется через половые клетки - гаметы. Следовательно, необходимо допустить, что каждая гамета несет только один фактор из пары. Тогда  при оплодотворении слияние двух гамет, каждая из которых несет рецессивный  наследственный фактор, приводить к  образованию организма с рецессивным  признаком, которая проявляется  фенотипически. Слияние же гамет, каждая из которых несет доминантный  фактор, или двух гамет, одна из которых  содержит доминантный, а другая рецессивный  фактор, приводить к развитию организма  с доминантным признаком. Таким  образом, появление во втором поколении  рецессивного признака одного из родителей  может быть только при двух условиях: 1) если у гибридов наследственные факторы сохраняются в неизменном виде, 2) если половые клетки содержат только один наследственный фактор из аллельной пары.  

Расщепление потомства при скрещивании  гетерозиготных особей Мендель объяснил тем, что гаметы генетически чисты, то есть могут нести только один ген из аллельной пары. Гипотезу (теперь ее называют законом) чистоты  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  абсолютно одинаковый диплоидный набор  хромосом. Две гомологичные хромосомы  содержат две одинаковые гены. Генетически  «чистые» гаметы образуются следующим  образом:

При слиянии мужских и женских  гамет получается гибрид с диплоидным набором хромосом:

  

Как видно из схемы, половину хромосом зигота получает от отцовского организма, половину - от материнского.  

В процессе образования гамет у  гибрида гомологичные хромосомы  во время I мейотического деления  также попадают в клетки:

  

По данной аллельные парой образуются два сорта гамет. При оплодотворении гаметы, которые несут одинаковые или разные аллели, случайно встречаются друг с другом. Через статистическую достоверность при достаточно большом количестве гамет в потомстве 25% генотипов будут гомозиготными доминантными, 50% - гетерозиготными, 25% - гомозиготными рецессивными, то есть устанавливается отношение 1АА: 2Аа: 1аа.    

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 потомства - расхождение  гомологичных хромосом и образование  гаплоидных половых клеток в мейозе.   

Закон независимого комбинирования, или третий закон Менделя. Изучение Менделем наследования одной пары аллелей  позволило установить ряд важных генетических закономерностей: явление  доминирования, неизменность рецессивных  аллелей у гибридов, расщепление  потомства гибридов в отношении 3:1, а также предположить, что гаметы генетически чисты, то есть содержат только один ген из аллельной пары. Однако организмы различаются по многим генами. Установить закономерности наследования двух пар альтернативных признаков и более можно путем  дигибридном или полигибридном скрещивания.   

Для дигибридном скрещивания Мендель  взял гомозиготные растения гороха, отличающиеся по двумя генами - окраска семян (желтые, зеленые) и формы семян (гладкие, морщинистые). Доминантные признаки - желтая окраска (А) и гладкая форма (В) семян. Каждое растение образует один сорт гамет по аллелями, языки:

  

При слиянии гамет все потомство  будет однообразным:

 

   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 А может попасть в одну гамету с геном В или с геном b.

 

    Наследования двух пар альтернативных признаков у гороха: А - желтая окраска семян, а - зеленая окраска семян В - круглая форма семян; в - морщинистая форма семян.   

Так же ген а может оказаться  в одной гамете с геном В или с геном Ь. Поэтому у гибрида образуются четыре типа гамет: АВ, Ав, аВ, ав. 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 из родителей, по вертикали - гаметы другого родителя. В квадратики вносятся генотипы зигот, образующихся 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. Если учитывать результаты расщепления за каждой парой признаков отдельно, то получится, что отношение числа желтого семян к числу зеленых и отношение гладкого семян до морщинистого 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 каждого. В образованных зиготах возникают  различные комбинации генов.  

Независимый разделение 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:

  

Теперь можно сформулировать третий закон Менделя: при скрещивании  двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более  парами альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются  независимо друг от друга и комбинируются  во всех возможных сочетаниях.

   

Законы Менделя служат основой  для анализа расщепления в  сложных случаях: при различиях  особей за тремя, четырьмя парами признаков  и более.  

Если родительские формы различаются  по одной паре признаков, то во втором поколении наблюдается расщепление  в отношении 3:1, для дигибридном  скрещивании это будет (3:1) 2, для  тригибридного - (3:1) 3 и т.д. Можно  рассчитать также число типов  гамет, которые образуются в гибридов:

  

На скрещивания. Разработан Менделем гибридологического метод изучения наследственности позволяет установить, гомозиготный или гетерозиготы организм, имеющий доминантный, фенотип по исследуемым геном (или исследуемым генам). Для этого скрещивают человека с неизвестным генотипом и организм, гомозиготный по рецессивной алеллю.

 

   В случае гомозиготности доминантного лица потомство от такого скрещивания будет однообразным и расщепления не произойдет. Иная картина получится, если доминантная форма гетерозиготная:

   Расщепления потомства по фенотипу состоится в отношении 1:1. Такое расщепление - прямое доказательство образования у одного из родителей двух типов гамет, т.е. его гетерозиготности. При гетерозиготности организма с двумя генами анализируя скрещивания, выглядит так.