ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ
Моногібридне скрещивания. Законы Менделя
Основные закономерности наследования
свойств и признаков были открыты чешским исследователем Грегором Менделем в 1865
г. Однако результаты его исследований не были должным образом оценены и оставались
малоизвестными в 1900 г., когда одновременно три исследователи (Г. де Фриз в Голландии,
К. Корренс в Германии, Э. Чермак в Австрии) независимо друг от друга вторично
открыли законы наследственности, сформулированные
Менделем. Этот год
считают началом истории экспериментальной генетики.
При изучении закономерностей
наследования обычно скрещивают организмы, отличающиеся друг от друга
альтернативными, то есть противоположными проявлениями признаков. Например, можно взять
горох (именно его брал Мендель) с семенами желтого и зеленого цветов (признак -
цвет семян), морщинистым и гладкими (признак - форма семян), окраской
цветков пурпурным и белым (признак - цвет цветка), с высоким и низким стеблем
(признак - размер стебля). Каждый признак организма определяется одним или
несколькими генами. Каждый ген может существовать в нескольких формах (состояниях), которые
называют аллелями (от греч. allelon - взаимно).
Если в обеих гомологичных хромосомах
содержатся одинаковые аллели (например, оба кодируют желтую окраску семян
или оба - морщинистую форму семян и т.д.), такой организм называется гомозиготним
(от греч. homos - одинаковый и zygote - соединенный вместе). Если же аллели
разные (например, в одной хромосоме содержится аллель желтой окраски, а в
другой, гомологічній ей хромосоме - аллель зеленого окраса или один аллель -
гладкой формы, а второй - морщинистой формы семян), то такой организм
называется гетерозиготним (от греч. heteros
- другой и zygote - соединенный вместе). Иначе говоря,
зигота, образовавшаяся слиянием гамет с одинаковыми аллелями одного гена,
называется гомозиготою. Гетерозигота образуется слиянием гамет, которые несут в
себе разные аллели данного гена. Один и тот же организм может быть гомозиготним
за одним (или несколькими) геном (аа, АА) и гетерозиготним за другим (Аа, b).
Совокупность наследственных факторов
организмов (генов) называется генотипом. Совокупность всех признаков и свойств
организма, которые являются результатом взаимодействия генотипа с внешней средой,
называется фенотипом. Организмы с одинаковым генотипом могут отличаться друг
в зависимости от условий развития и существования. Доминантной называют
признак, который всегда проявляется в фенотипе, если в генотипе есть ее определяющий
ген. Рецессивной называют признак, который проявляется в фенотипе только в том
случае, если ее определяющий ген находится в гомозиготном состоянии.
Для обозначения единиц наследственности
Мендель ввел буквенную символику. Гены, которые вызывают развитие доминантного
признаки, он обозначил большими буквами латинского алфавита (А, В, С...), а рецесивної
- строчными (а, b, с...). Первое поколение обозначают
символом F1 (от лат. filiale
- дети), родительское
поколение - Р (от лат. parentale
- родители).
Метод, который использовал Мендель при
установлении законов, называется гібридологічним. Гибриды - потомки, полученные
в результате скрещивания двух организмов, которые имеют альтернативные признаки. Для
опытов Мендель выбрал растение горох из таких соображений. Горох - самоопыляющееся
растение, и поэтому легко можно получить чистую линию,
то есть особей, гомозиготных по определенным признакам. Горох имеет четко выраженные
альтернативные признаки: цвет семян, форма горошин, окраска цветков, размер
растений и т.д. И, наконец, большое количество потомков дает возможность получить
статистически достоверные результаты.
Для исследования выбирали только одну
или два признака, а не их совокупность. Моногібридне скрещивание - скрещивание по
одной парой признаков. Исходные родительские особи в опытах были гомозиготными,
а полученные потомки - гетерозиготными.
Закон единообразия гибридов
первого поколения (первый закон Менделя). При скрещивании двух гомозиготных
особей с альтернативными признаками в первом поколении все гибриды одинаковы по
фенотипы и обнаруживают только доминантную признак.
Для последующего скрещивания
используются гибриды i поколения.
Соотношение расщепления (явление
различие генов или признаков, которые ими определяются, у потомков гибридов):
- по фенотипу - 3:1;
- по генотипу - 1АА : 2Аа : 1 аа.
Закон расщепления признаков (второй
закон Менделя). При скрещивании двух гибридов первого поколения во втором
поколении гибридов наблюдается расщепление признаков по фенотипу в
соотношении С : 1. В одной части потомков проявляется рецессивный признак
исходной родительской особи.
В основе законов наследования лежит
поведение хромосом во время мейоза. Родительские особи принадлежат к чистых линий
(гомозиготные), то есть аллельные гены в гомологичных хромосомах несут одинаковые
признаки, поэтому образуется только один тип гамет. При слиянии гамет в зиготу
попадают гомологичные хромосомы с альтернативными признаками, но фенотипово
окажется только доминантный признак.
При скрещивании гетерозиготных
особей возможны различные варианты слияния гамет с образованием трех типов зигот: АА,
2Аа, аа. Фенотипово
оказываются обе
признаки, причем зигот с проявлением доминантного признака в 3 раза больше, чем с
проявлением рецесивної.
Гипотезу чистоты гамет предложил Грегор Мендель: в гибридной (гетерозиготної) особи
половые клетки чистые, то есть имеют по одному гену из данной пары аллельных генов.
Это означает, что в гибридной особи в одинаковом количестве будут возникать гаметы
с доминантными и рецессивными генами.
Особи с доминантными признаками
могут иметь одинакового фенотипа различные варианты генотипов: АА (гомозиготы) или Аа (гетерозиготы). Особи с рецессивной
признаком имеют только один вариант генотипа - аа и один фенотипное проявление. Для
определение генотипа особей с доминантным признаком используют метод
аналізуючого скрещивания.
Согласно этому методу особь
с доминантным признаком, но неизвестным генотипом, скрещивают с рецессивной
гомозиготою, генотип которой всегда аа. По результатом скрещивания определяется
генотип особи с доминантным признаком.
1-й вариант.
Все потомство проявляет доминантную признак. Это означает, что родительская особь с
доминантным признаком образует только один тип гамет. Следовательно, она гомозиготна.
2-й вариант.
В потомстве наблюдается расщепление по фенотипу 1:1.
Это означает, что особь с доминантным
признаком образует 2 типа гамет (А, а). Следовательно, она гетерозиготная.