Решение задач по генетике


Оформление задачи

1) На моногибридное скрещивание
Известно, что у кур простой (листовидный) гребень (a) рецессивен по отношению к розовидному (A ).Кур с листовидным гребнем скрестили с дигетерозиготным петухом, имеющим розовидный гребень. Определите процент кур с листовидным гребнем среди гибридов первого поколения.
  • Условия задачи записывают в виде схемы скрещивания родителей. Для этого надо по описанию составить генотипы родителей: В нашей задаче самка имеет листовидный гребень (aa) и голые ноги (bb), итого у курицы у нас получается ааbb, а петух дигетерозигота, т.е. его надо записать как АаBb

  • Далее записываем скрещивание, используя знаки женской () и мужской () особи. Скрещивание обозначают знаком умножения (х). На первом месте принято ставить женский пол. Родительские особи обозначают буквой «Р»(от parents) Получаем:
    Р    aa    X   Aa


  • Так же на первых порах, удобно под каждым родителем записать варианты гамет:
    Р    aa    X   Aa
  •        
       а          а    А         а

  • Гибриды обозначаются буквой «F» с цифровым индексом, обозначающий порядковый номер гибридного поколения:
    Р    aa    X   Aa
  •        
       а          а    А         а
    F1 Aa aa

  • Выясняем соотношение гибридов первого поколения, и записываем ответ. В данной задаче гибриды соотносятся как 1:1, следовательно, процент кур с листовидным гребнем среди гибридов первого поколения будет составлять 50%. Ответ: 50%

2) На полигибридное скрещивание на примере дигибридного.
Известно, что у кур простой (листовидный) гребень (a) рецессивен по отношению к розовидному (A ),а оперенные (B ) ноги доминируют над голыми (b ) .Кур с листовидным гребнем и голыми ногами скрестили с дигетерозиготным петухом, имеющим розовидный гребень и оперенные ноги. Найдите процент появления потомства полностью схожего с матерью среди гибридов первого поколения.
  • Условия задачи записывают в виде схемы скрещивания родителей. Для этого надо по описанию составить генотипы родителей: В нашей задаче самка имеет листовидный гребень (aa) и голые ноги (bb), итого у курицы у нас получается ааbb, а петух дигетерозигота, т.е. его надо записать как АаBb

  • Далее записываем скрещивание, используя знаки женской () и мужской () особи. Скрещивание обозначают знаком умножения (х). На первом месте принято ставить женский пол. Родительские особи обозначают буквой «Р»(от parents) Получаем:
    Р    aabb    X   AaBb

  • Теперь чертим так называемую Решётку Пеннета (решётка Пеннета, графический метод, предложенный английским генетиком Р. Пеннетом (R. Punnett) для наглядного представления о сочетании различных гамет при скрещивании) По вертикали записываем женские гаметы, по горизонтали мужские. И заполняем решётку:
    Р    aabb    X   AaBb
    ABAbaBab
    abAaBbAabbaaBbaabb
    F1 AaBb Aabb aaBb aabb

  • Выясняем соотношения гибридов первого поколения и вычисляем процентные соотношения. В данной задаче гибриды соотносятся как 1:1:1:1, следовательно, процент кур с листовидным гребнем и голыми ногами среди гибридов первого поколения будет составлять 25%. Ответ: 25%


Советы и правила
  1. В самом начале решения задачи условие следует записать на черновик:
    пр.: A – жёлт.
         а – зелён.

  2. Так же следует выписать все генотипы и фенотипы упомянутых особей на черновик – так легче ориентироваться в задаче:
    пр.: A-B- х Aabb
    F1 aabb (12,5%)

  3. В задачах на поли- и дигибридное скрещивание советуем пользоваться решёткой Пеннета (см. оформление задачи)

  4. Если при скрещивании двух одинаковых по фенотипу особей в потомстве произошло расщепление, то эти особи гетерозиготы

  5. Если в результате скрещивания особей, отличающихся по фенотипу по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по этой же паре признаков, то одна из родительских особей была гетерозиготой, а другая – гомозигота по рецессивному признаку

  6. Если при дигибридном скрещивании двух по фенотипу одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении 9:3:3:1, то исходные особи были дигетерозиготными.

  7. Если при скрещивании двух по фенотипу одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в отношениях 9:3:4, 9:6:1, 9:7, 12:3:1, 13:3, 15:1, то это свидетельствует о явлении взаимодействия генов; при этом расщепление в отношениях 9:3:4, 9:6:1 и 9:7 свидетельствует о комплементарном взаимодействии генов, расщепление в отношениях 12:3:1 и 13:3 – об эпистатическом взаимодействии, а 15:1 – о полимерном взаимодействии.

Немного о Менделе, его законах и о правилах вероятности.

Иоганн Мендель(1822 – 1884) родился 22 июля 1822 в крестьянской семье Антона и Розины Мендель в маленьком сельском городке Хейнцендорф (Австрийская Империя, позже Австро-Венгрия, теперь Гинчице (часть села Вражне) у Нового Йичина, Чехия). Интерес к природе он начал проявлять рано, уже мальчишкой работая садовником. Проучившись два года на философских классах института Ольмюца, в 1843 он постригся в монахи Августинского монастыря Св. Фомы в Брюнне (ныне Брно, Чехия) и взял имя Грегор. С 1844 по 1848 г. учился в Брюннском богословском институте. В 1847 году стал священником. Самостоятельно изучал множество наук, заменял отсутствующих преподавателей греческого языка и математики в одной из школ. Сдав аттестацию на звание преподавателя, получил, как ни странно, неудовлетворительные оценки по биологии и геологии. В 1849-1851 гг. преподавал в Зноймской гимназии математику, латинский и греческий языки. В период 1851—53 года, благодаря настоятелю, обучался естественной истории в Венском университете, в том числе под руководством Унгера - одного из первых цитологов мира.

Будучи в Вене, Мендель заинтересовался процессом гибридизации растений и, в частности, разными типами гибридных потомков и их статическими соотношениями.

В 1854 году Мендель получил место преподавателя физики и естественной истории в Высшей реальной школе в Брюнне, не будучи дипломированным специалистом. Ещё две попытки сдать экзамен по биологии в 1856 году окончились провалом, и Мендель оставался по-прежнему монахом, а позже - аббатом Августинского монастыря.

Вдохновившись изучением изменений признаков растений, с 1856 по 1863 г. стал проводить опыты на горохе в экспериментальном монастырском саду, и сформулировал законы, объясняющие механизм наследования, известные нам как «Законы Менделя».

8 марта 1865 г. Мендель доложил результаты своих опытов брюннскому Обществу естествоиспытателей, которое в конце следующего года опубликовало конспект его доклада в очередном томе "Трудов Общества..." под названием "Опыты над растительными гибридами". Этот том попал в 120 библиотек университетов мира. Мендель заказал 40 отдельных оттисков своей работы, почти все из которых разослал крупным исследователям-ботаникам. Но работа не вызвала интереса у современников.

В 1868 г. Мендель был избран настоятелем монастыря и более биологическими исследованиями не занимался. Только в начале XX века, с развитием представлений о генах, была осознана вся важность сделанных им выводов (после того как ряд других учёных независимо друг от друга открыли уже выведенные Менделем законы наследования).

Законы Менделя
Закон (правило) единообразия гибридов первого поколения (первый закон Менделя):
Закон, открытый в 1865 году, гласит:
При моногибридном скрещивании у гибридов первого поколения проявляются только доминантные признаки: фенотип и генотип их единообразны. Фенотипическое единообразие наблюдается среди гибридов растений, животных и человека. В опытах Г. Менделя при скрещивании гороха с пурпурными и белыми цветками гибриды имели только пурпурные цветки.


Закон расщепления (второй закон Менделя):
Закон, открытый в 1865 году, гласит:
При скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении признаки обоих родителей появляются в определенном численном соотношении: 3:1. Образуется две фенотипические группы – доминантная и рецессивная.
В опытах Менделя с цветками гороха при самоопылении гибридов первого поколения с пурпурными цветками произошло расщепление признаков: 3/4 особей имели пурпурные цветки, 1/4 - белые.

Закон независимого наследования признаков (третий закон Менделя):
Закон, открытый в 1865 году, гласит:
При дигибридном скрещивании, каждая пара альтернативных признаков наследуется независимо от других и подчиняется первому и второму законам. В опытах Менделя были взяты признаки гороха – жёлтый (доминантный) и зелёный (рецессивный) цвет семян и белый (рецессивный) и пурпурный (доминантный) цвет цветков. Первое поколение после скрещивания обладало доминантным фенотипом по всем признакам. Во втором поколении наблюдалось расщепление фенотипов по формуле 9:3:3:1, то есть 9/16 были с пурпурными цветами и желтыми горошинами, 3/16 с белыми цветами и желтыми горошинами, 3/16 с пурпурными цветами и зелёными горошинами, 1/16 с белыми цветами и зелёными горошинами.


Закон(гипотеза) чистоты гамет:
Явление несмешивания аллелей альтернативных признаков в гаметах гетерозиготного организма (гибрида) Мендель в 1865 году назвал гипотезой "чистоты" гамет. За каждый признак отвечают два аллельных гена (Аа). При образовании гибридов аллельные гены не смешиваются, а остаются в неизмененном виде.


Вероятности:
Вероятностный характер генетических закономерностей.
Все генетические закономерности носят статический характер. В только что рассмотренных законах, соотношение особей с доминантными и рецессивными признаками должно быть равно 3:1. При достаточно большом числе потомков фактическое отношение будет очень близко к ожидаемому, как это показывали опыты Менделя. Но если число потомков невелико, соотношение между обеими формами может сильно отличаться от ожидаемого: например, если в потомстве 4 особи, то оно может оказаться каким угодно, от 4:0 до 0:4, хотя последняя возможность (все особи рецессивного типа) реализуется крайне редко. Поэтому лучше сказать, что при скрещивании двух гетерозигот для каждого потомка существует три шанса из четырёх (3/4) оказаться особью доминантного типа и один шанс из четырёх (1/4) оказаться особью рецессивного типа.

Правило умножения вероятностей:
Вероятность произведения двух событий (совместного появления этих событий) равна произведению вероятности одного из них на вероятность другого. Так вероятность появления в потомстве растения с зелёными семенами и пурпурными цветками равно произведению вероятности одного(1 шанс из 4, т.е. 1/4) и вероятности другого (3 шанса из 4, т.е. 3/4). Получаем: 3/4*1/4 =3/16 (т. е. 3 шанса из 16).

Правило сложения вероятностей:
Вероятность того, что произойдет какое-либо одно (безразлично какое) из нескольких несовместимых событии, равна сумме вероятностей этих событий. То есть вероятность появления в потомстве растения или с зелёными семенами и пурпурными цветками или с жёлтыми семенами и пурпурными цветками равна:
3/16 (из предыдущего закона) + 9/16=12/16 (т. е. 12 шансов из 16)

Взаимодействие генов


Взаимодействие аллельных генов:
* Полное доминирование:
Явление, при котором доминантный ген полностью подавляет рецессивный. Гетерозиготные организмы по фенотипу всегда точно соответствуют родителю, гомозиготному по доминантному гену.
* Неполное доминирование:
Явление, при котором доминантный ген не полностью подавляет работу рецессивного, в результате развивается промежуточный признак.
Примером может служить окраска цветка у растения ночная красавица. У которого при скрещивании красных и белых цветков среди гибридов первого поколения все цветки розовые.
* Множественный аллелизм:
Явление, при котором ген представлен не двумя аллелями (как в случаях полного или неполного доминирования), а гораздо большим их числом. Пример – трёхчленная серия аллелей, определяющая окраску меха у кошек. Чёрная окраска меха B доминирует над шоколадной b, которая, в свою очередь, доминирует над светло-коричневой b1. (B>b>b1).
* Кодоминирование:
Явление независимого друг от друга проявления обоих аллелей в фенотипе гетерозиготы, иными словами – отсуствие доминантно-рецессивных отношений между аллелями. Пример – взаимодействие аллелей (IA и IB), определяющих четвёртую группу крови человека.
* Сверхдоминирование:
более сильное проявление признака в гетерозиготе, а не в гомозиготе. Так, у дрозофилы имеется рецессивный летальный ген, гетерозиготы по которому обладают большей жизнеспособностью, чем доминантные гомозиготы.
Взаимодействие неаллельных генов:
* Комплиментарность (лат. – «комплиментум» - дополнение) – один из видов взаимодействия неаллельных генов, при котором эти гены дополняют действие друг друга, и признак формируется при одновременном действии обоих генов. У душистого горошка есть доминантный ген A, обуславливающий синтез пропигмента – бесцветного предшественника пигмента. (Его рецессив «а» определяет отсутствие пропигмента). Другой доминантный ген, B, определяет синтез фермента, под действие которого из пропигмента образуется пигмент. (Его рецессив «b» определяет отсутствие фермента). Теперь рассмотрим эксперимент по скрещиванию двух растений с генотипами AAbb и aaBB. В обоих случаях растения имеют белые цветки. В F1 образуются дигетерозиготы, у которых есть и пропигмент, и фермент. Поэтому в F1 все растения будут иметь розовые цветки.
* Эпистаз
тип взаимодействия генов, при котором один ген подавляет действие другого. Пример: У тыквы доминантный ген Y вызывает появление жёлтой окраски плодов, а её рецессив y – зелёной. Кроме того, имеется доминантный ген W, подавляющий действие любой окраски, следовательно с его присуствием плоды будут белые, в то время как его рецессив w не препятствует проявлению окраски. Так, например, у растений с генотипами YyWw, yyWw плоды будут белыми, а у растений с генотипами yyww YYww зелёными и жёлтыми соответственно.
* Полимерия
тип взаимодействия проявление генов, при котором проявление конкретного признака зависит от количества доминантных генов, вносящих вклад в его развитие. Например, при скрещивании краснозерных пшениц с белозерными было установлено, что растения с генотипом А1А1А2А2 имеют красные зерна, растения а1а1а2а2 – белые зерна, растения с тремя доминантными генами – красноватую окраску, а растения с двумя и одним геном – более бледную окраску.

Наследование сцепленных генов. Закон Моргана. Явление перекрёста

Морган (Morgan) Томас Хант (25.9.1866, Лексингтон, Кентукки, — 4.12.1945, Пасадена, Калифорния), американский биолог, один из основоположников генетики. президент Национальной АН США (1927—31), иностранный почётный член АН СССР. Окончил университет Кентукки (1886) и университет Дж. Хопкинса в Балтиморе (1891). Профессор Женского колледжа в Брин-Море (1891—1904) и Колумбийского университета в Нью-Йорке (1904—28). Руководитель биологической лаборатории Калифорнийского технологического института в Пасадене (1928—45). Работы М. были посвящены сначала экспериментальной эмбриологии, затем явлениям регенерации и определения пола у животных. С 1910 изучал наследование мутаций, обнаруженных у нового генетического объекта — плодовой мушки дрозофилы, в результате чего экспериментально обосновал (совместно с А. Стёртевантом, Г. Мёллером и К. Бриджесом) представления о материальных основах наследственности (корпускулярную природу генетического материала — генов, линейную локализацию генов в хромосомах, закономерности их мутационной изменчивости. цитогенетические механизмы их наследственной передачи и др.), приведшие к окончательному доказательству и завершению в основных чертах хромосомной теории наследственности. Установленные М. и его сотрудниками закономерности сцепления генов и кроссинговера (иногда называют законом М., или морганизмом) полностью разъяснили цитологический механизм Менделя законов и послужили стимулом к разработке генетических основ теории естественного отбора. Нобелевская премия (1933). Почётный член АН СССР (1932).

Сцепленные признаки

Сцепленными признаками называются признаки, которые контролируются генами, расположенными в одной хромосоме. Естественно, что они передаются вместе в случаях полного сцепления.

Закон Моргана

Сцепленные гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно и не обнаруживают независимого распределения

Кроссинговер

Однако, гомологичные хромосомы могут перекрещиваться (кроссинговер или прекрест) и обмениваться гомологичными участками. В этом случае гены одной хромосомы переходят в другую, гомологичную ей. Чем ближе друг к другу расположены гены в хромосоме, тем сильнее между ними сцепление и тем реже происходит их расхождение при кроссинговере, и, наоборот, чем дальше друг от друга отстоят гены, тем слабее сцепление между ними и тем чаще возможно его нарушение.

Количество разных типов гамет будет зависеть от частоты кроссинговера или расстояния между анализируемыми генами. Расстояние между генами исчисляется в морганидах: единице расстояния между генами, находящимися в одной хромосоме, соответствует 1% кроссинговера. Такая зависимость между расстояниями и частотой кроссинговера прослеживается только до 50 морганид.


Сравните результаты скрещивание дрозофил:
а) Полное сцепление без кроссинговера
б) С частотой кроссинговера равной 17 %