Основные законы наследования признаков

Определения и обозначения

Ген — участок наследственного материала, связанный с развитием определённого признака. Ген передаёт наследственную информацию от родителей потомству через половые клетки. Он задаёт возможность развития признака, но его проявление может зависеть и от условий среды.

Аллель — одна из форм одного и того же гена. Аллели могут различаться по действию: доминантный проявляется у организма с двумя разными аллелями, а рецессивный в таком случае обычно не виден. Это различие помогает объяснить, почему признак может скрываться в одном поколении и проявляться в следующем.

Генотип — совокупность генов организма, в том числе сочетаний аллелей. Для отдельного гена генотип записывают, например, как AA, Aa или aa: первая и вторая буквы обозначают аллели, полученные от родителей. По генотипу можно понять, какие варианты признака организм способен передать потомству.

Фенотип — совокупность наблюдаемых признаков организма. Он формируется под влиянием генотипа и условий среды: например, наследственные особенности задают возможности роста, а питание влияет на то, насколько они реализуются. Различение фенотипа и генотипа нужно, чтобы не путать внешний вид с наследственным набором.

Как это устроено

Грегор Мендель проводил опыты с горохом и выбирал растения чистых линий — потомков, которые при самоопылении сохраняли один и тот же признак. Так он мог сравнить наследование признаков, не смешивая результаты разных скрещиваний. В схемах P обозначают родительские организмы, G — образующиеся гаметы, а F — поколения потомков; эти буквы помогают отделить исходное скрещивание от его результата.

При образовании гамет две копии гена расходятся, поэтому каждая гамета получает только один аллель этой пары. Например, организм Aa образует гаметы A и a, а не гамету с обоими аллелями сразу. При оплодотворении гаметы соединяются, и потомок получает по одному аллелю от каждого родителя. Поэтому разные сочетания гамет могут дать потомкам разные генотипы и признаки.

Первый закон Менделя называют законом единообразия гибридов первого поколения. Если скрестить две гомозиготы AA и aa, первая образует гаметы A, а вторая — только a, поэтому все потомки F₁ получат генотип Aa. При полном доминировании у каждого из них проявится доминантный признак, хотя рецессивный аллель присутствует в генотипе.

Когда гибриды F₁ скрещиваются между собой (Aa × Aa), каждый родитель образует гаметы A и a. Возможны сочетания AA, Aa, aA и aa; поскольку Aa и aA равнозначны, по генотипу получается 1 AA : 2 Aa : 1 aa. При полном доминировании первые три сочетания дают доминантный фенотип, а aa — рецессивный, поэтому возникает расщепление 3:1 и рецессивный признак возвращается.

Третий закон Менделя действует, когда пары аллелей разных признаков наследуются независимо, например гены расположены в разных парах хромосом. У дигетерозиготы AaBb при таком условии образуются четыре типа гамет: AB, Ab, aB и ab. При скрещивании двух таких организмов сочетания аллелей дают при полном доминировании фенотипическое расщепление 9:3:3:1. Это соотношение нельзя переносить на случаи, когда гены наследуются сцепленно или доминирование неполное.

Основные законы Менделя и результаты скрещиваний

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, сколько пар признаков изучается и каковы генотипы родителей. Затем проверьте условия закона: в частности, полное ли доминирование и наследуются ли гены независимо. Генотипическое соотношение описывает аллели потомков, а фенотипическое — их проявившиеся признаки.

Разбор задач

Задача 1. У гороха жёлтая окраска семян доминирует над зелёной. Найдите генотипы и фенотипы потомства при скрещивании двух гомозиготных растений. Обозначим жёлтый аллель A, зелёный — a: раз родители гомозиготны и различаются по окраске, их генотипы AA и aa. Применим первый закон Менделя.

1. Записываем родителей: P: AA × aa.
2. Определяем гаметы: растение AA образует только A, растение aa — только a.
3. Соединяем аллели гамет: каждый потомок получает Aa.

Ответ. Все потомки имеют генотип Aa и жёлтые семена. Они единообразны по изучаемому признаку, но несут рецессивный аллель зелёной окраски.

Задача 2. У морских свинок чёрная шерсть доминирует над белой. Найдите вероятность рождения белого потомка при скрещивании двух гетерозигот. Обозначим чёрный аллель B, белый — b; гетерозиготы имеют генотип Bb. Белая шерсть проявляется только у потомка bb.

1. Записываем скрещивание: Bb × Bb; каждый родитель образует гаметы B и b.
2. Составляем сочетания: BB, Bb, Bb, bb.
3. Подсчитываем белых потомков: один из четырёх вариантов имеет генотип bb.

Ответ. Вероятность белого потомка равна ¼, или 25%. По генотипам соотношение составляет 1 BB : 2 Bb : 1 bb, а по фенотипам при полном доминировании — 3 чёрных : 1 белый.

Задача 3. У гороха жёлтые семена доминируют над зелёными, а гладкие — над морщинистыми. Найдите состав потомства при скрещивании двух дигетерозигот. Обозначим аллели как A/a для окраски и B/b для формы; родители имеют генотип AaBb. Предположим независимое наследование и полное доминирование.

1. Каждый родитель образует четыре гаметы: AB, Ab, aB, ab.
2. При сочетании гамет признаки распределяются независимо; можно отдельно проследить каждую пару аллелей.
3. Для окраски получается 3 жёлтых : 1 зелёный, для формы — 3 гладких : 1 морщинистый; совместные варианты дают 9:3:3:1.

Ответ. Из 16 равновероятных сочетаний ожидаются 9 растений с жёлтыми гладкими семенами, 3 — с жёлтыми морщинистыми, 3 — с зелёными гладкими и 1 — с зелёными морщинистыми. Соотношение относится к фенотипам и предполагает независимость генов.

Типичные ошибки

Ошибочно считать, что доминантный признак есть только у гомозиготы. Его проявление у гетерозиготы — как раз причина, по которой рецессивный аллель может быть скрыт. Проверьте себя: если в генотипе Aa признак A доминантен, он проявится и без второй копии A.

Нельзя отождествлять генотип и фенотип: одинаковый внешний признак может соответствовать генотипам AA и Aa. Путают их, потому что при полном доминировании носитель рецессивного аллеля выглядит так же, как доминантная гомозигота. Проверка простая: спрашивайте, описываете ли вы аллели или наблюдаемый признак.

В одну гамету нельзя записывать оба аллеля одной пары, например A и a сразу. Такая запись возникает, если забыть, что при образовании половых клеток аллели расходятся. Проверьте каждую гамету отдельно: для организма Aa возможны гаметы A и a, каждая с одним аллелем этого гена.

Соотношение 9:3:3:1 нельзя применять автоматически к любому скрещиванию двух организмов с двумя признаками. Оно предполагает независимое наследование и полное доминирование, а также дигетерозиготных родителей. Перед решением проверьте расположение генов и характер доминирования; если условие не подтверждено, стандартное соотношение может не подойти.

Связь с другими темами

Чтобы понять наследование признаков, нужно знать, что ДНК хранит наследственную информацию, а хромосомы находятся в ядре клетки и содержат гены. Эти сведения объясняют, откуда берутся аллели и почему они передаются через гаметы. Законы Менделя становятся основой для изучения хромосомной теории наследственности и сцепленного наследования. При сцеплении гены могут передаваться вместе, поэтому результаты отличаются от ожидаемых при независимом наследовании.

Что запомнить

• Ген имеет разные формы — аллели.
• Гомозигота содержит два одинаковых аллеля, а гетерозигота — два разных.
• Первый закон Менделя утверждает единообразие гибридов первого поколения.
• Второй закон Менделя объясняет расщепление признаков во втором поколении.
• При моногибридном скрещивании гетерозигот расщепление по фенотипу обычно равно 3:1, а по генотипу — 1:2:1.
• Третий закон описывает независимое наследование признаков, находящихся в разных парах хромосом.
• Для дигибридного скрещивания двух гетерозигот характерно фенотипическое соотношение 9:3:3:1.