§ 46. Наследственная изменчивость. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Определения и обозначения

Наследственная изменчивость — изменения признаков, которые связаны с изменениями генотипа и могут передаваться потомству. Генотип — совокупность генов организма, а признаки, которые можно наблюдать, составляют его фенотип. Это понятие помогает отличать наследуемые различия от временных изменений, вызванных условиями жизни.

Комбинативная изменчивость — появление новых сочетаний уже имеющихся генов при половом размножении. Сами варианты генов могут оставаться прежними, но у потомка они соединяются иначе, чем у родителей. Понятие нужно, чтобы объяснить разнообразие потомства без обязательного появления новых генов.

Мутационная изменчивость — наследственные изменения, возникающие вследствие мутаций генетического материала. Мутация может затронуть отдельный ген, структуру хромосомы или число хромосом. Это понятие обозначает источник новых наследственных вариантов, а не просто любое отличие во внешности.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости — правило, согласно которому генетически близкие виды и роды имеют сходные ряды наследственных изменений. Гомологичные ряды здесь означают похожие последовательности вариантов признаков у родственных организмов. Закон помогает предполагать, какие наследственные варианты ещё можно искать у близких видов.

Как это устроено

Условия среды могут менять проявление признака, не меняя последовательность генетического материала. Например, освещённость влияет на рост растения, но вызванное ею отличие само по себе не становится новой наследственной особенностью. Наследуемое изменение связано с генотипом: оно может попасть в потомство, если передастся через клетки размножения. Поэтому для определения формы изменчивости недостаточно заметить различие — нужно выяснить его причину.

Комбинативная изменчивость возникает потому, что при мейозе — делении, образующем половые клетки, — пары хромосом распределяются между гаметами. Участки хромосом могут обмениваться, и в результате аллели, то есть варианты одного гена, оказываются в новых сочетаниях. При оплодотворении гаметы соединяются, причём сочетание родительских генов случайно. Так потомок получает новую комбинацию имеющихся вариантов, а не обязательно новый вариант самого гена.

Мутация меняет сам генетический материал: например, последовательность ДНК или устройство хромосомы. Причиной могут быть ошибки при копировании ДНК, а также некоторые воздействия окружающей среды. Если мутация оказалась в клетке, от которой образуются гаметы, изменённый материал может перейти к потомству. Мутация в клетке тела обычно остаётся в её клеточной линии и не передаётся при половом размножении.

У родственных видов сходство генетического материала и происхождения связано с тем, что многие гены и механизмы развития у них общие. Поэтому некоторые наследственные изменения и варианты признаков повторяются в сходных рядах. Если один вариант обнаружен у одного вида, закон гомологических рядов позволяет обоснованно предположить наличие похожего варианта у родственного. Такой прогноз указывает направление поиска, но не заменяет проверку.

Для селекции это правило полезно, когда нужный признак ещё не найден у культурного растения. Исследователь может изучить его близких родственников и сравнить известные ряды наследственных вариантов, чтобы наметить, что искать дальше. Среди обнаруженных особенностей могут оказаться полезные, например устойчивость к болезни или неблагоприятным условиям. Затем признак проверяют и выясняют, можно ли использовать его при создании сортов.

Сравнение форм наследственной изменчивости

Сначала определите причину различий, а затем сравните, меняются ли сами варианты генетического материала или только их сочетание. Если новые признаки появились благодаря перестановке уже имеющихся вариантов, речь идёт о комбинативной форме. Если изменился генетический материал, следует рассматривать мутационную изменчивость.

Разбор задач

Задача 1. У потомства растений обнаружились сочетания признаков, которых не было у каждого из родителей. Нужно определить форму наследственной изменчивости и объяснить вывод. Сначала выясним, говорится ли об изменении генетического материала или о сочетании родительских вариантов. По условию новых сочетаний достаточно, чтобы проверить комбинативную изменчивость.

1. Сравним признаки потомства с признаками каждого родителя: новые комбинации появились, но о новых вариантах генов в условии не сказано.
2. Учтём, что при мейозе варианты генов распределяются по гаметам, а при оплодотворении гаметы соединяются случайно.
3. Следовательно, потомок мог получить знакомые родительские варианты в непривычной комбинации.

Ответ: это комбинативная изменчивость, потому что возникли новые сочетания уже имевшихся у родителей признаков и генов.

Задача 2. В клетках растения произошла мутация, изменившая наследуемый признак. Требуется объяснить, при каком условии изменение может проявиться у потомства. Важно не только наличие мутации, но и то, в какой клетке она возникла. Проверим, может ли изменённый материал попасть в гамету и затем к потомку.

1. Если мутация произошла в клетке, участвующей в образовании гамет, изменённый материал может оказаться в одной из них.
2. Если такая гамета участвует в оплодотворении, мутация может перейти в генотип потомка.
3. Проявится ли изменение в признаке, зависит от характера мутации и взаимодействия генов; наследование не означает обязательного внешнего проявления.

Ответ: мутация может проявиться у потомства, если затронута клетка, участвующая в размножении, изменённый генетический материал передан потомку и его действие проявилось в генотипе потомка.

Задача 3. У одного вида злаков обнаружены несколько наследственных вариантов признака. Нужно предложить, как искать соответствующие варианты у близкородственного вида. Закон не обещает полного совпадения, поэтому сопоставим родственные виды и используем имеющиеся варианты как ориентир для проверки.

1. Сначала устанавливают, какой вид близкородственен изучаемому злаку.
2. Затем сравнивают описанные наследственные варианты признака у обоих видов и ищут сходные ряды.
3. На основании сходства составляют прогноз, какие варианты стоит проверить у родственного вида, а затем проводят наблюдения или исследования.

Ответ: закон гомологических рядов помогает предсказать возможные варианты признака у близкородственного злака и направить их поиск, но наличие каждого варианта нужно подтвердить.

Типичные ошибки

• Считать любое изменение признака наследственным. Ошибка возникает потому, что внешнее отличие легко принять за изменение генотипа. Среда может изменить фенотип без изменения генетического материала. Проверьте себя вопросом: есть ли основание считать, что изменился генотип и изменение способно перейти потомству?
• Путать комбинативную и мутационную изменчивость. Обе формы дают разнообразие, поэтому их причины иногда смешивают. При комбинативной форме меняются сочетания имеющихся генов, при мутационной — генетический материал. Проверьте, говорится ли в условии о новом сочетании или о мутации.
• Считать, что каждая мутация обязательно видна во внешнем признаке. Мутация может не проявиться явно из-за своего характера или взаимодействия генов. Наличие изменения генетического материала не гарантирует заметного фенотипического эффекта. Разделяйте вопрос о мутации и вопрос о том, как она проявилась.
• Понимать закон гомологических рядов как полное совпадение родственных видов. Такое прочтение появляется из-за слова «сходные». Закон говорит о похожих рядах наследственных вариантов, а не о тождестве видов и их признаков. Проверяйте, не заменили ли вы сходство утверждением, что у обоих видов обязательно есть каждый вариант.

Связь с другими темами

Чтобы разбирать наследственную изменчивость, нужно знать понятия гена, аллеля, генотипа и фенотипа. Представление о передаче признаков при размножении помогает понять, почему не всякое отличие организма наследуется. Мейоз и оплодотворение объясняют, как возникают новые комбинации генов у потомства. Закон гомологических рядов связывает генетику с селекцией: его используют, чтобы прогнозировать и искать наследственные признаки у родственных видов растений.

Что запомнить

• Наследственная изменчивость связана с изменениями генотипа.
• Комбинативная изменчивость создаёт новые сочетания генов.
• Мутационная изменчивость возникает вследствие мутаций.
• Наследуемость мутации зависит от того, передан ли изменённый генетический материал потомству.
• Родственные виды могут иметь сходные ряды наследственных изменений.
• Закон гомологических рядов помогает прогнозировать и искать наследственные варианты.