При анализирующем скрещивании растения высокорослого: ЕГЭ по биологии 2023 задание 29: номер 28

Дигибридное скрещивание. 3 закон Менделя

Похожие презентации:

Дигибридное скрещивание. Третий закон Менделя

Дигибридное скрещивание. III закон Менделя

Дигибридное скрещивание. 3 закон Менделя

Дигибридное скрещивание. Третий закон Г. Менделя

Анализирующее скрещивание. Дигибридное скрещивание. Третий закон Менделя

Дигибридное скрещивание. Третий закон Менделя

Дигибридное скрещивание. Третий закон Менделя

Дигибридное скрещивание. Третий закон Г. Менделя

Законы Менделя

Дигибридное скрещивание и закон независимого наследования признаков

1. Что такое анализирующее скрещивание?

Задача
Красный цвет цветков у гороха доминантный,
белый рецессивный. Какое потомство ожидать
при скрещивание гетерозиготы с гомозиготой по
рецессивному признаку?
Анализирующее скрещивание — скрещивание
с рецессивной гомозиготной для выявления
рецессивного аллеля.

2. Дигибридное скрещивание.

3 закон Менделя.

Дигибридное скрещивание
Дигибридным называют
скрещивание двух
организмов, отличающихся
друг от друга по двум парам
альтернативных признаков.
х ♂ааbb
Р♀ААВВ
Ж. Г.
З. М.
G
F1
АB
АаBb
Ж. Г.
Для дигибридного
скрещивания Мендель брал
гомозиготные растения
аb
гороха, отличающиеся по
окраске семян (желтые и
зеленые) и форме семян
(гладкие и морщинистые).
100% единообразное
поколение по фенотипу и
генотипу
дигетерозигота
Дигибридное скрещивание
Р♀ АаВb х ♂ AаBb
Ж. Г.
Ж. Г.
G
F2
АB
Ab
АB
Ab
аB
аb
аB
аb
Дигибридное скрещивание
9 : 3 : 3 : 1
ж.г. ж.м. з.г.
з.м.
Дигибридное скрещивание
Проведенное исследование позволило сформулировать закон
независимого комбинирования генов (третий закон Менделя):
При дигибридном скрещивании двух гетерозиготных особей с
противоположными признаками, во втором поколении
наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении
9 : 3 : 3 : 1, т. е. происходит независимое наследование
признаков.
Повторение
Каковы генотипы и гаметы Р.
Каковы генотипы F1.
Почему 9/16 растений имели
гладкие желтые семена?
Почему 3/16 растений имели
желтые морщинистые семена?
Генотипы 3/16 растений с
зелеными гладкими семенами?
Генотипы 1/16 растений с
зелеными морщинистыми
семенами?
Сколько разных фенотипов
получилось во втором
поколении?
Сколько разных генотипов
получилось во втором
поколении?

8. Задачи

1. Скрестили высокорослые растения с
высокорослыми, в потомстве произошло
расщепление в соотношении 3 высокорослых и 1
часть низкорослых. Напишите схему скрещивания.
Какой закон проявляется?
2. От скрещивания высокорослых растений с
карликовыми в потомстве образовалось 6022
растения высокорослых и 2005 низкорослых.
Определите генотипы родительских форм и
потомков.

English    
Русский
Правила

Моногибридное скрещивание.

Первый и второй законы Менделя – онлайн-тренажер для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД

Основные закономерности наследования были изучены Г. Менделем и изложены в его книге «Опыты над растительными гибридами» (1865).

Он проводил скрещивание растений гороха, при котором родительские формы анализировались по одной паре альтернативных признаков. Такое скрещивание называется моногибридным.

Если у родительских форм учитываются две пары альтернативных признаков, скрещивание называется дигибридным, более двух признаков – полигибридным.

Прежде чем проводить опыты, Г. Мендель получил чистые линии горохов с альтернативными признаками, т. е. гомозиготные доминантные (АА) – желтые и гомозиготные рецессивные (аа) зеленые особи, которые в дальнейшем скрещивались друг с другом.

При анализе результатов скрещивания оказалось, что все потомки в первом поколении одинаковы по фенотипу (проявляется доминантный признак желтой окраски – закон доминирования) и генотипу (гетерозиготны).

Первый закон Менделя – закон единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, наблюдается единообразие гибридов первого поколения как по фенотипу, так и по генотипу.

По фенотипу особи АА и Аа неотличимы (желтые), поэтому наблюдается расщепление в отношении 3:1 (три части потомков с желтыми семенами и одна часть – с зелеными). По генотипу соотношение будет: 1АА (одна часть – желтые гомозиготы):2Аа (две части – желтые гетерозиготы):1аа (одна часть – зеленые гомозиготы).

Второй закон Менделя – закон расщепления: при скрещивании гибридов первого поколения наблюдается расщепление в соотношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу.

Доминантный ген не всегда полностью подавляет действие рецессивного гена. В таком случае все гибриды первого поколения не воспроизводят признаки родителей – имеет место промежуточный характер наследования.

Промежуточный характер наследования

Во втором поколении доминантные гомо- и гетерозиготы будут отличаться фенотипически и расщепление по фенотипу и генотипу одинаково (1:2:1). Например, при скрещивании гомозиготных растений ночной красавицы с красными (АА) и белыми (аа) цветками первое поколение получается с розовыми цветками (промежуточное наследование).

Во втором поколении расщепление по фенотипу, как и по генотипу, будет: одна часть растений с красными цветками, две части – с розовыми и одна часть – с белыми.

Гипотеза чистоты гамет. У гетерозигот проявляется лишь доминантный признак, рецессивный ген у гетерозиготного организма не сливается с доминантным, не разбавляется, не изменяется, а остается в чистом аллельном состоянии. Аллельные гены расположены в одинаковых локусах гомологичных хромосом и в процессе мейоза попадают в разные гаметы. Следовательно, в гамете может присутствовать одновременно только один из аллельных генов, определяющий развитие одного из альтернативных признаков, и они являются «чистыми» по данному признаку.

Анализирующее скрещивание. При полном доминировании судить о генотипе организма по его фенотипу невозможно, поскольку и доминантная гомозигота (АА), и гетерозигота (Аа) обладают фенотипически доминантным признаком. Для того чтобы отличить доминантную гомозиготу от гетерозиготной, используют метод, называемый анализирующим скрещиванием, т. е. скрещивание исследуемого организма с организмом, гомозиготным по рецессивным аллелям. В этом случае рецессивная форма (аа) образует только один тип гамет с аллелем а, что позволяет проявиться любому из двух аллелей исследуемого признака уже в первом поколении.

8.2 Законы о наследовании – Концепции биологии – 1-е канадское издание

Перейти к содержанию

Глава 8: Введение в закономерности наследования

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять связь между генотипами и фенотипами в системах доминантных и рецессивных генов
• Используйте квадрат Пеннета для расчета ожидаемых пропорций генотипов и фенотипов в моногибридном скрещивании
• Объясните закон Менделя о расщеплении и независимом сортировании с точки зрения генетики и событий мейоза
• Объясните цель и методы тестового скрещивания

Каждая из семи характеристик, которые Мендель оценил в своих растениях гороха, была выражена в виде одной из двух версий или черт. Мендель сделал вывод из своих результатов, что у каждого человека есть две дискретные копии характеристики, которые индивидуально передаются потомству. Теперь мы называем эти две копии генов , которые находятся в хромосомах. Причина, по которой у нас есть две копии каждого гена, заключается в том, что мы наследуем по одной копии от каждого родителя. На самом деле мы наследуем именно хромосомы и две копии каждого гена расположены на парных хромосомах. Напомним, что в мейозе эти хромосомы расходятся на гаплоидные гаметы. Это разделение или сегрегация гомологичных хромосом означает также, что только одна из копий гена перемещается в гамету. Потомство образуется, когда эта гамета соединяется с гаметой другого родителя и восстанавливаются две копии каждого гена (и хромосомы).

В случаях, когда один ген контролирует один признак, диплоидный организм имеет две генетические копии, которые могут кодировать или не кодировать одну и ту же версию этого признака. Например, один человек может нести ген, определяющий цвет белого цветка, и ген, определяющий фиолетовый цвет цветка. Варианты генов, которые возникают в результате мутаций и существуют в одних и тех же относительных положениях на гомологичных хромосомах, называются аллелями . Мендель исследовал наследование генов всего с двумя аллельными формами, но в естественной популяции обычно встречается более двух аллелей для любого данного гена.

Два аллеля данного гена в диплоидном организме экспрессируются и взаимодействуют, создавая физические характеристики. Наблюдаемые черты, выраженные организмом, называются его фенотипом . Лежащий в основе генетический состав организма, состоящий как из физически видимых, так и из невыраженных аллелей, называется его генотипом . Опыты Менделя по гибридизации демонстрируют различие между фенотипом и генотипом. Например, фенотипы, которые Мендель наблюдал при скрещивании растений гороха с разными признаками, связаны с диплоидными генотипами растений в P, F ₁ и F ₂ поколений. В качестве примера мы будем использовать второй признак, который исследовал Мендель, — цвет семян. Цвет семян определяется одним геном с двумя аллелями. Аллель желтых семян является доминантным, а аллель зеленых семян рецессивным. При перекрестном опылении чистопородных растений, у которых один родитель имел желтые семена, а другой — зеленые семена, все гибридные потомки F ₁ имели желтые семена. То есть гибридное потомство было фенотипически идентично истинному родителю с желтыми семенами. Однако мы знаем, что аллель, подаренный родителем с зелеными семенами, не был просто утрачен, потому что он вновь появился у некоторых F9.0039 2 потомков (рис. 8.5). Следовательно, растения F ₁ должны были генотипически отличаться от родительского растения с желтыми семенами.

Каждое растение P, которое Мендель использовал в своих экспериментах, было на гомозиготным по признаку, который он изучал. Диплоидные организмы, гомозиготные по гену, имеют два идентичных аллеля, по одному на каждой из их гомологичных хромосом. Генотип часто записывается как YY или yy , где каждая буква представляет один из двух аллелей в генотипе. Доминантный аллель пишется с большой буквы, а рецессивный аллель пишется с маленькой буквы. Буква, используемая для обозначения гена (в данном случае цвет семян), обычно связана с доминантным признаком (желтый аллель в данном случае или « Г «). Родительские растения гороха Менделя всегда были истинными, потому что обе продуцируемые гаметы несли один и тот же аллель. Когда растения P с контрастными признаками подвергались перекрестному опылению, все потомки были гетерозиготными по контрастному признаку, что означало, что их генотип имел разные аллели для исследуемого гена. Например, желтые растения F ₁ , получившие аллель Y от своего желтого родителя и аллель y от своего зеленого родителя, имели генотип 9.0009 г. .

Рисунок 8.5. Фенотипы — это физические проявления признаков, которые передаются аллелями. Заглавные буквы обозначают доминантные аллели, а строчные буквы обозначают рецессивные аллели. Фенотипические соотношения – это соотношения видимых признаков. Генотипические соотношения — это соотношения комбинаций генов в потомстве, и они не всегда различимы в фенотипах.

Закон господства

Наше обсуждение гомозиготных и гетерозиготных организмов подводит нас к тому, почему F ₁ гетерозиготных потомков были идентичны одному из родителей, а не экспрессировали оба аллеля. Во всех семи признаках гороха один из двух контрастирующих аллелей был доминантным, а другой — рецессивным. Мендель назвал доминантный аллель выраженным единичным фактором; рецессивный аллель был назван фактором латентной единицы. Теперь мы знаем, что эти так называемые единичные факторы на самом деле являются генами на гомологичных хромосомах. Для гена, который экспрессируется по доминантному и рецессивному типу, гомозиготные доминантные и гетерозиготные организмы будут выглядеть одинаково (то есть они будут иметь разные генотипы, но одинаковый фенотип), а рецессивный аллель будет наблюдаться только у гомозиготных рецессивных особей.

Закон доминирования Менделя гласит, что у гетерозиготы один признак будет скрывать наличие другого признака для той же характеристики. Например, при скрещивании настоящих растений с фиолетовыми цветками с настоящими растениями с белыми цветками все потомство было с фиолетовыми цветками, хотя все они имели один аллель фиолетового и один аллель белого. Вместо обоих аллелей, вносящих вклад в фенотип, будет экспрессироваться исключительно доминантный аллель. Рецессивный аллель останется латентным, но будет передаваться потомству таким же образом, как и доминантный аллель. Рецессивный признак будет выражен только потомством, имеющим две копии этого аллеля (рис. 8.6), и такое потомство будет истинным при самоскрещивании.

Рис. 8.6 Аллель альбинизма, выраженный здесь у людей, является рецессивным. Оба родителя этого ребенка несли рецессивный аллель.

Когда оплодотворение происходит между двумя истинно размножающимися родителями, которые отличаются только изучаемым признаком, процесс называется моногибридным скрещиванием, а получающееся потомство называется моногибридом. Мендель провел семь типов моногибридных скрещиваний, каждое из которых включало контрастные признаки для разных характеристик. Из этих кроссов все F 9Потомство 0039 1 имело фенотип одного родителя, а потомство F ₂ имело соотношение фенотипов 3:1. На основании этих результатов Мендель постулировал, что каждый родитель в моногибридном скрещивании дает каждому потомству один из двух парных единичных факторов, и каждая возможная комбинация единичных факторов равновероятна.

Результаты исследования Менделя можно объяснить с помощью вероятностей, которые являются математическими мерами правдоподобия. Вероятность события рассчитывается путем деления количества раз, когда событие произошло, на общее количество возможностей для события. Вероятность, равная единице (100 %), для какого-либо события означает, что оно гарантированно произойдет, тогда как вероятность, равная нулю (0 %), означает, что оно гарантированно не произойдет, а вероятность 0,5 (50 %), означает, что оно имеет место. равные шансы произойти или не произойти.

Чтобы продемонстрировать это с помощью моногибридного скрещивания, рассмотрим случай истинного разведения гороха с желтыми семенами по сравнению с зелеными. Преобладающий цвет семян желтый; таким образом, родительские генотипы были YY для растений с желтыми семенами и yy для растений с зелеными семенами. Квадрат Пеннета, разработанный британским генетиком Реджинальдом Пеннеттом, полезен для определения вероятностей, потому что он рисуется для предсказания всех возможных результатов всех возможных случайных событий оплодотворения и их ожидаемой частоты. Рисунок 8.9показывает квадрат Пеннета для скрещивания растения с желтым горошком и растением с зеленым горошком. Чтобы подготовить квадрат Пеннета, все возможные комбинации родительских аллелей (генотипы гамет) перечислены вверху (для одного родителя) и сбоку (для другого родителя) сетки. Комбинации яйцеклеток и гамет сперматозоидов затем составляются в ячейках таблицы, на основе которых комбинируются аллели. Затем каждая коробка представляет собой диплоидный генотип зиготы или оплодотворенной яйцеклетки. Поскольку каждая возможность равновероятна, генотипические соотношения можно определить с помощью квадрата Пеннета. Если известен тип наследования (доминантный и рецессивный), можно также сделать вывод о фенотипических соотношениях. При моногибридном скрещивании двух чистопородных родителей каждый родитель вносит один тип аллеля. В этом случае в F 9 возможен только один генотип.0039 1 потомство. Все потомки Yy и имеют желтые семена.

Когда потомки F ₁ скрещиваются друг с другом, каждый из них имеет равную вероятность внести вклад либо Y , либо y в потомство F ₂ . В результате получается вероятность 1 из 4 (25 процентов) того, что оба родителя внесут вклад Y , что приведет к потомству с желтым фенотипом; 25-процентная вероятность того, что родитель A внесет Y , а родитель B a y , что дает потомство с желтым фенотипом; 25-процентная вероятность того, что родитель А дает y , а родитель B Y , что также приводит к желтому фенотипу; и (25 процентов) вероятность того, что оба родителя внесут вклад y , что приведет к зеленому фенотипу. При подсчете всех четырех возможных исходов вероятность потомства с желтым фенотипом составляет 3 из 4, а вероятность потомства с зеленым фенотипом — 1 из 4. Это объясняет, почему результаты Менделя F 9Поколение 0039 2 произошло в соотношении фенотипов 3:1. Используя большое количество скрещиваний, Мендель смог рассчитать вероятности, обнаружил, что они соответствуют модели наследования, и использовал их для предсказания результатов других скрещиваний.

Наблюдая, что чистокровные растения гороха с контрастными признаками дали F ₁ поколений, все из которых выражали доминантный признак, и F ₂ поколений, которые выражали доминантный и рецессивный признаки в соотношении 3:1, Мендель предложил закон сегрегация. Этот закон гласит, что парные единичные факторы (гены) должны поровну разделяться на гаметы , чтобы потомство имело равную вероятность унаследовать любой фактор. Для поколения F ₂ моногибридного скрещивания получаются следующие три возможные комбинации генотипов: гомозиготный доминантный, гетерозиготный или гомозиготный рецессивный. Поскольку гетерозиготы могут возникнуть двумя разными путями (получение одного доминантного и одного рецессивного аллеля от любого из родителей) и поскольку гетерозиготы и гомозиготные доминантные особи фенотипически идентичны, закон поддерживает наблюдаемое Менделем соотношение фенотипов 3:1. Равное разделение аллелей — причина, по которой мы можем применять квадрат Пеннета для точного предсказания потомства родителей с известными генотипами. Физической основой закона расщепления Менделя является первое деление мейоза, в котором гомологичные хромосомы с их различными версиями каждого гена расходятся в дочерние ядра. Этот процесс не был понят научным сообществом при жизни Менделя (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Показано первое деление мейоза.

Тестовый крест

Помимо предсказания потомства от скрещивания между известными гомозиготными или гетерозиготными родителями, Мендель также разработал способ определения того, является ли организм, экспрессирующий доминантный признак, гетерозиготой или гомозиготой. Этот метод, называемый тестовым скрещиванием, до сих пор используется селекционерами растений и животных. В тестовом скрещивании доминантно-экспрессирующий организм скрещивают с гомозиготным рецессивным организмом.0026 для той же характеристики. Если доминантно-экспрессирующий организм является гомозиготным, то все потомство F ₁ будет гетерозиготным, экспрессирующим доминантный признак (рис. 8.8). В качестве альтернативы, если доминантно-экспрессирующий организм является гетерозиготой, потомство F ₁ будет демонстрировать соотношение гетерозигот и рецессивных гомозигот 1:1 (рис. 8.9). Тестовое скрещивание еще раз подтверждает постулат Менделя о том, что пары единичных факторов разделяются одинаково.

Рис. 8.8 Тестовое скрещивание можно провести, чтобы определить, является ли организм, экспрессирующий доминантный признак, гомозиготой или гетерозиготой.

Рисунок 8.9 На этом квадрате Пеннета показано скрещивание растений с желтыми и зелеными семенами. При скрещивании настоящих растений P получаются гетерозиготы F1, способные к самоопылению. Самоскрещивание поколения F1 можно проанализировать с помощью квадрата Пеннета, чтобы предсказать генотипы поколения F2. При наличии доминантно-рецессивного типа наследования можно определить генотипические и фенотипические соотношения.

В растениях гороха, круглый горох ( R ) доминируют над морщинистым горохом (r). Вы делаете тестовое скрещивание между растением гороха с морщинистым горошком (генотип rr ) и растением неизвестного генотипа с круглым горошком. В итоге вы получите три растения, на каждом из которых будет круглый горошек. По этим данным можете ли вы сказать, является ли родительское растение гомозиготным доминантным или гетерозиготным?

Вы не можете быть уверены, является ли растение гомозиготным или гетерозиготным, поскольку набор данных слишком мал: по случайному стечению обстоятельств все три растения могли приобрести только доминантный ген, даже если присутствует рецессивный.

Закон независимого ассортимента Менделя гласит, что генов не влияют друг на друга в отношении сортировки аллелей в гаметы , и вероятность возникновения любой возможной комбинации аллелей для каждого гена одинакова. Независимый набор генов может быть проиллюстрирован дигибридным скрещиванием, скрещиванием двух чистопородных родителей, которые выражают разные черты для двух характеристик. Рассмотрите характеристики цвета и текстуры семян двух растений гороха, одно из которых имеет морщинистые зеленые семена (9).0009 rryy ) и еще один с круглыми желтыми семенами ( RRYY ). Поскольку каждый родитель гомозиготен, закон сегрегации указывает, что все гаметы морщинисто-зеленого растения имеют номер ry , а гаметы округло-желтого растения — все гаметы RY . Таким образом, все потомство поколения F ₁ представляет собой RrYy (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Дигибридное скрещивание растений гороха включает гены окраски и текстуры семян. P-скрещивание дает потомство F1, гетерозиготное по обоим признакам. В результате 9Соотношение фенотипов F2 :3:3:1 получают с использованием квадрата Пеннета.

У растений гороха пурпурные цветки ( P ) преобладают над белыми ( p ), а желтые цветки гороха ( Y ) преобладают над зелеными ( y ). Каковы возможные генотипы и фенотипы при скрещивании растений гороха PpYY и ppYy ? Сколько квадратов вам потребуется, чтобы выполнить анализ квадрата Пеннета этого креста?

Возможные генотипы: PpYY, PpYy, ppYY и ppYy. Первые два генотипа дадут растения с пурпурными цветками и желтым горошком, а последние два генотипа дадут растения с белыми цветками и желтым горошком при соотношении каждого фенотипа 1:1. Вам нужен только квадрат Пеннета 2 × 2 (всего четыре квадрата), чтобы провести этот анализ, потому что два аллеля гомозиготны.

Гаметы, продуцируемые особями F ₁ , должны иметь по одному аллелю каждого из двух генов. Например, гамета может получить аллель R для гена формы семян и аллель Y или y для гена цвета семян. Он не может получить одновременно аллель R и r ; каждая гамета может иметь только один аллель на ген. Закон независимого ассортимента гласит, что гамета, в которую отсортирован аллель r , с равной вероятностью будет содержать либо Y или y аллель. Таким образом, при самоскрещивании гетерозиготы RrYy могут образоваться четыре равновероятные гаметы: RY , rY , Ry и ry . Размещение этих гамет вдоль верхней и левой части квадрата Пеннета 4 × 4 дает нам 16 равновероятных генотипических комбинаций. Из этих генотипов мы находим фенотипическое соотношение 9 круглых-желтых: 3 круглых-зеленых: 3 морщинистых-желтых: 1 морщинистых-зеленых. Это соотношение потомства, которое мы могли бы ожидать, предполагая, что мы провели скрещивания с достаточно большим размером выборки.

Физическая основа закона независимого распределения также лежит в мейозе I, в котором различные гомологичные пары выстраиваются в случайном порядке. Каждая гамета может содержать любую комбинацию отцовских и материнских хромосом (а значит, и генов на них), поскольку ориентация тетрад на плоскости метафазы случайна (рис. 8.11).

Рис. 8.11 Случайное разделение на дочерние ядра, происходящее во время первого деления мейоза, может привести к множеству возможных генетических механизмов.

Вероятности — это математические меры правдоподобия. Эмпирическая вероятность события рассчитывается путем деления количества раз, когда событие происходит, на общее количество возможностей для события произойти. Также возможно вычислить теоретическую вероятность, разделив количество ожидаемых событий, на количество возможных событий. Эмпирические вероятности исходят из наблюдений, как у Менделя. Теоретические вероятности исходят из знания того, как происходят события, и предположения, что вероятности отдельных исходов равны. Вероятность, равная единице, для некоторого события указывает на то, что оно гарантированно произойдет, тогда как вероятность, равная нулю, указывает на то, что оно гарантированно не произойдет. Примером генетического события является круглое семя гороха. В своем эксперименте Мендель продемонстрировал, что вероятность возникновения события «круглое семя» равна единице в F ₁ потомство чистопородных родителей, одно из которых имеет круглые семена, а другое — морщинистое. Когда растения F ₁ впоследствии были подвергнуты самоскрещиванию, вероятность того, что любое заданное потомство F ₂ будет иметь круглые семена, теперь составляла три из четырех. Другими словами, в большой популяции потомков F ₂ , выбранных случайным образом, 75 % должны были иметь круглые семена, а 25 % — морщинистые. Используя большое количество скрещиваний, Мендель смог рассчитать вероятности и использовать их для предсказания результатов других скрещиваний.

Правило произведения и правило суммы

Мендель продемонстрировал, что изученные им характеристики растений гороха передавались в виде дискретных единиц от родителей к потомкам. Как будет показано ниже, Мендель также определил, что различные характеристики, такие как цвет и текстура семян, передаются независимо друг от друга и могут рассматриваться в отдельных вероятностных анализах. Например, при скрещивании растения с зелеными морщинистыми семенами и растения с желтыми круглыми семенами по-прежнему получали потомство с соотношением зеленых и желтых семян 3:1 (без учета текстуры семян) и соотношением круглых семян 3:1. : морщинистые семена (без учета цвета семян). Характеристики цвета и текстуры не влияли друг на друга.

К этому явлению независимой передачи характеристик можно применить правило вероятности произведения. Правило произведения гласит, что вероятность того, что два независимых события произойдут вместе, может быть рассчитана путем умножения индивидуальных вероятностей каждого события, происходящего по отдельности. Чтобы продемонстрировать правило произведения, представьте, что вы одновременно бросаете шестигранный кубик (D) и монетку (P). На игральной кости может выпасть любое число от 1 до 6 (D _# ), тогда как монета может выпасть орлом (P _H ) или решки (P _T ). Результат броска кубика не влияет на результат броска монеты и наоборот. Возможны 12 исходов этого действия, и ожидается, что каждое событие произойдет с равной вероятностью.

Из 12 возможных исходов кость имеет вероятность 2/12 (или 1/6) выпадения двойки, а пенни имеет вероятность 6/12 (или 1/2) выпадения орла. По правилу произведения вероятность того, что вы получите комбинированный исход 2 и орел, равна: (D ₂ ) х (P _H ) = (1/6) х (1/2) или 1/12. Обратите внимание на слово «и» в описании вероятности. «И» — это сигнал к применению правила произведения. Например, рассмотрим, как правило произведения применяется к дигибридному скрещиванию: вероятность наличия обоих доминантных признаков в потомстве F ₂ является произведением вероятностей наличия доминантного признака для каждого признака, как показано здесь:

3/4×3/4=​9/16

С другой стороны, правило сумм вероятности применяется при рассмотрении двух взаимоисключающих исходов, которые могут произойти более чем одним путем. Правило сумм гласит, что вероятность наступления того или иного события, двух взаимоисключающих событий равна сумме их индивидуальных вероятностей. Обратите внимание на слово «или» в описании вероятности. Знак «или» означает, что следует применить правило суммы. В этом случае давайте представим, что вы подбрасываете пенни (P) и четвертак (Q). Какова вероятность того, что одна монета выпадет орлом, а другая решкой? Этот результат может быть достигнут в двух случаях: пенни может выпасть орлом (P _H ), а четвертак может быть решкой (Q _T ), или четвертак может быть решкой (Q _H ), а пенни может быть решкой (P _T ). В любом случае результат соответствует результату. По правилу сумм вычисляем вероятность выпадения одного орла и одной решки как [(P _H ) × (Q _T )] + [(Q _H ) × (P _T )] = [ (1/2) × (1/2)] + [(1/2) × (1/2)] = 1/2. Вы также должны заметить, что мы использовали правило произведения для расчета вероятности P _H и Q _T , а также вероятности P _T и Q _H , до того, как мы их суммировали. Опять же, можно применить правило сумм, чтобы показать вероятность наличия только одного доминантного признака в поколении F ₂ дигибридного скрещивания:

3/16 + 3/4 = 15/16

Чтобы использовать законы вероятности на практике, необходимо работать с большими размерами выборки, поскольку малые размеры выборки склонны к случайным отклонениям. Большое количество растений гороха, которые исследовал Мендель, позволило ему рассчитать вероятность появления признаков в его F9.0039 2 поколение. Как вы узнаете, это открытие означало, что, когда были известны родительские черты, черты потомства можно было точно предсказать еще до оплодотворения.

Рисунок 8.12.

Алкаптонурия — это рецессивное генетическое заболевание, при котором две аминокислоты, фенилаланин и тирозин, не метаболизируются должным образом. У пострадавших людей может быть потемневшая кожа и коричневая моча, они могут страдать от повреждения суставов и других осложнений. В этой родословной люди с заболеванием обозначены синим цветом и имеют генотип 9.0009 аа . Непораженные особи обозначены желтым цветом и имеют генотип АА или Аа . Обратите внимание, что часто можно определить генотип человека по генотипу его потомства. Например, если ни у одного из родителей нет расстройства, но есть у их ребенка, они должны быть гетерозиготными. Два человека в родословной имеют незатронутый фенотип, но неизвестный генотип. Поскольку у них нет этого расстройства, у них должен быть хотя бы один нормальный аллель, поэтому их генотип получает «9».0009 А? ”обозначение.

Каковы генотипы особей, помеченных цифрами 1, 2 и 3?

При скрещивании чистопородных или гомозиготных особей, отличающихся по определенному признаку, все потомство будет гетерозиготным по этому признаку. Если признаки наследуются как доминантные и рецессивные, потомство F ₁ будет демонстрировать тот же фенотип, что и родитель, гомозиготный по доминантному признаку. Если эти гетерозиготные потомки подверглись самоскрещиванию, то в результате F ₂ потомство с одинаковой вероятностью наследует гаметы, несущие доминантный или рецессивный признак, что дает потомство, четверть которого гомозиготно доминантно, половина гетерозиготно и одна четверть гомозиготно рецессивно. Поскольку гомозиготные доминантные и гетерозиготные особи фенотипически идентичны, наблюдаемые признаки в потомстве F ₂ будут демонстрировать соотношение трех доминантных к одному рецессивному.

Мендель постулировал, что гены (характеристики) наследуются как пары аллелей (признаков), которые ведут себя по доминантному и рецессивному типу. Аллели разделяются на гаметы, так что каждая гамета с равной вероятностью может получить любой из двух аллелей, присутствующих у диплоидной особи. Кроме того, гены объединяются в гаметы независимо друг от друга. То есть, как правило, аллели с большей вероятностью не сегрегируют в гамету с определенной аллелью другого гена.

Глоссарий

аллель: один из двух или более вариантов гена, который определяет конкретный признак для признака характеристики

генотип: основная генетическая структура организма, состоящая как из физически видимых, так и из невыраженных аллелей

гетерозиготный: наличие двух разных аллелей данного гена в гомологичных хромосомах

гомозиготный: наличие двух идентичных аллелей для данного гена в гомологичных хромосомах

закон доминирования: у гетерозиготы один признак будет скрывать наличие другого признака по тому же признаку

закон независимого распределения : генов не влияют друг на друга в отношении сортировки аллелей в гаметы; любая возможная комбинация аллелей имеет одинаковую вероятность

закон сегрегации: парные единичные факторы (т. е. гены) в равной степени разделяются на гаметы, так что потомство имеет равную вероятность унаследовать любую комбинацию факторов характеристика

фенотип: наблюдаемые признаки, выраженные организмом

квадрат Пеннета: визуальное представление скрещивания двух особей, в котором гаметы каждой особи обозначены вдоль верхней и боковой стороны сетки соответственно, и возможные зиготические генотипы рекомбинируются в каждом квадрате сетки

тестовое скрещивание: скрещивание доминантной экспрессирующей особи с неизвестным генотипом и гомозиготной рецессивной особи; фенотипы потомства указывают, является ли неизвестный родитель гетерозиготным или гомозиготным по доминантному признаку

License

Concepts of Biology — 1st Canadian Edition Чарльза Молнара и Джейн Гейр распространяется по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License, если не указано иное.

Поделиться этой книгой

Поделиться в Твиттере

8.

1 Эксперименты Менделя – Концепции биологии – 1-е канадское издание

Перейти к содержанию

Глава 8: Введение в закономерности наследования

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять научные причины успеха экспериментальной работы Менделя
• Опишите ожидаемые результаты моногибридных скрещиваний с участием доминантных и рецессивных аллелей.

Рис. 8.2. Иоганн Грегор Мендель заложил основу для изучения генетики.

Посмотреть интерактивное видео

Иоганн Грегор Мендель (1822–1884) всю жизнь учился, учился, учёный и верующий человек. В молодости он присоединился к аббатству августинцев Св. Фомы в Брно на территории современной Чешской Республики. При поддержке монастыря он преподавал физику, ботанику и естествознание в средних и высших учебных заведениях. В 1856 году он начал десятилетнее исследование моделей наследования у медоносных пчел и растений, в конечном итоге остановившись на растениях гороха в качестве своей основной модельной системы (система с удобными характеристиками, которая используется для изучения конкретного биологического явления, чтобы понять, как его применять). к другим системам). В 1865 году Мендель представил результаты своих экспериментов почти с 30 000 растений гороха в местное общество естествознания. Он продемонстрировал, что черты точно передаются от родителей потомству по определенным схемам. В 1866 году он опубликовал свою работу « Эксперименты по гибридизации растений», ¹ в трудах Общества естественной истории Брюнна.

Работа Менделя осталась практически незамеченной научным сообществом, ошибочно полагавшим, что процесс наследования включает в себя смешение родительских признаков, которые привели к промежуточному внешнему виду потомства. Этот гипотетический процесс оказался правильным из-за того, что мы теперь знаем как непрерывное изменение. Непрерывная изменчивость — это диапазон небольших различий, которые мы наблюдаем у людей в такой характеристике, как человеческий рост. Действительно кажется, что потомство представляет собой «смесь» черт своих родителей, когда мы рассматриваем характеристики, демонстрирующие непрерывную изменчивость. Вместо этого Мендель работал с признаками, которые показывают прерывистых вариаций 9.0026 . Прерывистая изменчивость — это вариация, наблюдаемая среди особей, когда каждая особь демонстрирует одну из двух — или очень немногих — легко различимых черт, таких как фиолетовые или белые цветы. Выбор Менделем такого типа признаков позволил ему экспериментально увидеть, что признаки не смешиваются в потомстве, как можно было бы ожидать в то время, а наследуются как отдельные признаки. В 1868 году Мендель стал настоятелем монастыря и сменил свои научные занятия на пастырские обязанности. При жизни он не получил признания за свой выдающийся научный вклад; на самом деле, это было не раньше 1900, что его работа была заново открыта, воспроизведена и оживлена ​​учеными, находящимися на грани открытия хромосомной основы наследственности.

Основополагающая работа Менделя была выполнена с использованием садового гороха , Pisum sativum для изучения наследственности. Этот вид естественным образом самоопыляется , что означает, что пыльца сталкивается с яйцеклетками внутри одного и того же цветка. Лепестки цветов остаются плотно закрытыми до завершения опыления, чтобы предотвратить опыление других растений. В результате получаются растения гороха с высокой степенью инбредности или «истинного размножения». Это растения, которые всегда производят потомство, похожее на родителя. Экспериментируя с настоящими растениями гороха, Мендель избегал появления неожиданных признаков у потомства, которые могли бы возникнуть, если бы растения не были настоящими селекциями. Садовый горох также созревает в течение одного сезона, а это означает, что несколько поколений можно оценить за относительно короткое время. Наконец, одновременно можно было выращивать большое количество садового гороха, что позволило Менделю сделать вывод, что его результаты не были получены случайно.

Мендель выполнил гибридизацию, включающую спаривание двух чистопородных особей , обладающих разными признаками. У гороха, являющегося естественным самоопылителем, это осуществляется путем ручного переноса пыльцы с пыльника зрелого растения гороха одного сорта на рыльце пестика отдельного зрелого растения гороха второго сорта.

Растения, использованные в скрещивании первого поколения, были названы растениями Р, или родительским поколением (рис. 8.3). Мендель собирал семена растений P, полученных в результате каждого скрещивания, и выращивал их в следующем сезоне. Это потомство было названо F ₁ , или первый сыновний (сыновний = дочь или сын), поколение. После того, как Мендель изучил характеристики F ₁ поколения растений , он позволил им самоопыляться естественным путем. Затем он собрал и вырастил семена растений F ₁ , чтобы получить F ₂ , или второе дочернее поколение. Опыты Менделя простирались от F ₂ поколения до F ₃ поколения, F ₄ поколения и так далее, но это было соотношение характеристик в P, F ₁ и F ₂ , которые были наиболее интригующими и легли в основу постулатов Менделя.

Рис. 8.3. Процесс скрещивания Менделя включал изучение цвета цветка.

В своей публикации 1865 года Мендель сообщил о результатах своих скрещиваний, включающих семь различных характеристик, каждая из которых имеет два контрастных признака. Признак определяется как изменение внешнего вида наследуемой характеристики. Характеристики включали высоту растения, текстуру семян, цвет семян, цвет цветка, размер стручка гороха, цвет стручка гороха и положение цветка. Например, для характеристики цвета цветка двумя контрастирующими чертами были белый и фиолетовый. Чтобы полностью изучить каждую характеристику, Мендель сгенерировал большое количество F ₁ и F ₂ растений, а также сообщалось о результатах тысяч растений F ₂ .

Какие результаты получил Мендель в своих скрещиваниях по окраске цветков? Во-первых, Мендель подтвердил, что он использовал растения, которые в результате размножения соответствовали цветку белого или фиолетового цвета. Независимо от количества изученных Менделем поколений все самоскрещенные потомки родителей с белыми цветками имели белые цветки, а все самоскрещенные потомки родителей с фиолетовыми цветками имели фиолетовые цветки. Кроме того, Мендель подтвердил, что, за исключением цвета цветов, растения гороха были физически идентичными. Это была важная проверка, чтобы убедиться, что два сорта гороха различаются только по одному признаку — окраске цветков.

После того, как эти проверки были завершены, Мендель нанес пыльцу растения с фиолетовыми цветками на рыльце пестика растения с белыми цветками. Собрав и посеяв семена, полученные в результате этого скрещивания, Мендель обнаружил, что 100 процентов гибридного поколения F ₁ имели фиолетовые цветки. Здравый смысл того времени предсказывал бы, что гибридные цветы будут бледно-фиолетовыми, а гибридные растения будут иметь одинаковое количество белых и фиолетовых цветов. Другими словами, ожидалось, что контрастирующие родительские черты смешаются в потомстве. Вместо этого результаты Менделя показали, что признак белого цветка полностью исчез у F 9.0039 1 поколение.

Важно отметить, что Мендель не остановил свои эксперименты на этом. Он позволил растениям F ₁ самоопыляться и обнаружил, что 705 растений поколения F ₂ имели фиолетовые цветки, а 224 — белые. Это было соотношение 3,15 фиолетовых цветков к одному белому цветку, или примерно 3:1 . Когда Мендель переносил пыльцу с растения с фиолетовыми цветками на рыльце пестика растения с белыми цветками и наоборот, он получал примерно одно и то же соотношение независимо от того, какой родитель — мужской или женский — вносил какой признак. это называется реципрокное скрещивание — парное скрещивание, при котором соответствующие признаки самца и самки в одном скрещивании становятся соответствующими признаками самки и самца в другом скрещивании. По другим шести характеристикам, которые исследовал Мендель, поколения F ₁ и F ₂ вели себя так же, как они вели себя в отношении окраски цветов. Один из двух признаков полностью исчезнет в поколении F ₁ только для того, чтобы снова появиться в поколении F ₂ в соотношении примерно 3:1 (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Мендель выделил семь характеристик растений гороха.

Обобщив свои результаты для многих тысяч растений, Мендель пришел к выводу, что признаки можно разделить на выраженные и латентные признаки. Он назвал эти доминантных и рецессивных признаков соответственно. Доминантные признаки — это те, которые наследуются в неизменном виде при гибридизации. Рецессивные признаки становятся латентными или исчезают у потомства от гибридизации. Однако рецессивный признак снова появляется в потомстве гибридного потомства. Примером доминантного признака является признак фиолетового цветка. По этому же признаку (окраска цветка) цветки белого цвета являются рецессивным признаком. Тот факт, что рецессивный признак вновь появился у F ₂ означает, что у растений поколения F ₁ признаки оставались раздельными (и не смешивались). Мендель предположил, что это произошло потому, что растения обладали двумя копиями признака окраски цветка, и что каждый родитель передал одну из своих двух копий своему потомству, где они сошлись. Более того, физическое наблюдение за доминантным признаком может означать, что генетический состав организма включает две доминантные версии признака или что он включает одну доминантную и одну рецессивную версию. И наоборот, наблюдение рецессивного признака означало, что в организме отсутствуют какие-либо доминантные версии этого признака.

Концепция в действии

Чтобы получить превосходный обзор экспериментов Менделя, а также провести собственные скрещивания и выявить закономерности наследования, посетите веб-лабораторию Mendel’s Peas.

Работая с растениями садового гороха, Мендель обнаружил, что при скрещивании родителей, которые различались по одному признаку, рождались потомки F ₁ , которые выражали признаки одного из родителей. Признаки, проявившиеся в поколении F ₁ , называются доминантными, а признаки, исчезнувшие в F ₁ поколения описываются как рецессивные. Когда растения F ₁ в эксперименте Менделя подвергались самоскрещиванию, потомство F ₂ демонстрировало доминантный признак или рецессивный признак в соотношении 3:1, подтверждая, что рецессивный признак был точно передан от исходного родительского растения P. . Взаимные скрещивания дали идентичные соотношения потомков F ₁ и F ₂ . Изучив размеры выборки, Мендель показал, что черты наследуются как независимые события.

Глоссарий

непрерывная вариация: вариация характеристики, при которой индивидуумы демонстрируют ряд черт с небольшими различиями между ними , признаки с большими различиями между ними

доминантный: описывает признак, который маскирует выражение другого признака, когда обе версии гена присутствуют у индивидуума

F _1: первое дочернее поколение в скрещивании; потомство родительского поколения

F _2: второе дочернее поколение, полученное в результате самоскрещивания или оплодотворения особей F ₁

гибридизация: процесс спаривания двух различающихся особей, с целью достижения определенной характеристики в потомстве

модельная система: вид или биологическая система, используемая для изучения конкретного биологического явления с целью получения понимания, которое будет применяться к другим видам

P: родительское поколение при скрещивании

рецессивный: описывает признак, выражение которого маскируется другим признаком, когда аллели обоих признаков присутствуют у особи

реципрокное скрещивание: парное скрещивание в в котором соответствующие признаки самца и самки в одном скрещивании становятся соответствующими признаками самки и самца в другом скрещивании

признак: вариация унаследованного признака

Сноски

1 Иоганн Грегор Мендель, Versuche über Pflanzenhybriden.