3.11. Закономерности наследования. Моногибридное скрещивание

Определения и обозначения

Моногибридное скрещивание — скрещивание организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков. Например, сравнивают только окраску семян, не учитывая их форму или другие особенности. Так наследование одной пары удобно проследить отдельно, не смешивая его с передачей других признаков.

Аллель — один из вариантов гена, отвечающий за определённое состояние признака. Аллели обычно обозначают одной буквой: например, A и a; прописная буква соответствует доминантному, строчная — рецессивному варианту. Такая запись помогает видеть, какие варианты гена организм получил от родителей.

Доминантный аллель проявляется у гетерозиготы, а рецессивный при полном доминировании в её фенотипе не проявляется. Фенотип — наблюдаемые особенности организма, а генотип — сочетание его аллелей. Поэтому Aa имеет доминантный фенотип, хотя в генотипе присутствует и рецессивный аллель.

Гомозигота содержит два одинаковых аллеля одного гена, а гетерозигота — два разных. Записи AA и aa обозначают гомозиготы, Aa — гетерозиготу. Это различие нужно, чтобы предсказать, какие аллели организм передаст потомству.

Как это устроено

Мендель выбирал растения с устойчивыми и чётко различающимися признаками, например с жёлтыми или зелёными семенами. Устойчивость означала, что при самоопылении признак сохранялся из поколения в поколение: такие растения образовывали чистые линии. Это позволяло уверенно сравнивать потомство и связывать наблюдаемое изменение с конкретным скрещиванием, а не с неопределённостью исходных родителей.

При скрещивании чистых линий AA и aa первый родитель передаёт аллель A, а второй — аллель a. В половые клетки попадает только один аллель каждой пары, поэтому все потомки получают сочетание Aa. Поскольку у всех одинаковый генотип, а при полном доминировании A маскирует действие a, гибриды F₁ имеют одинаковый доминантный фенотип; это называют законом единообразия гибридов первого поколения.

Когда гибрид Aa образует гаметы, пара аллелей расходится: одна гамета получает A, другая — a. Разойтись должны именно отдельные аллели, потому что при оплодотворении гаметы объединяются и восстанавливают пару. Поэтому возникают два типа гамет, A и a, каждый примерно в половине случаев, а не гаметы с сочетанием Aa.

При самоопылении гибридов F₁ каждая из двух гамет одного растения может встретиться с любой гаметой другого. Сочетания A с A, A с a, a с A и a с a дают потомство AA, Aa, Aa и aa. В результате генотипы соотносятся как 1:2:1; поскольку AA и Aa при полном доминировании имеют один фенотип, фенотипическое расщепление составляет 3:1. Возвращение рецессивного признака объясняется тем, что часть потомков получает два рецессивных аллеля.

Если организм с доминантным фенотипом может быть как AA, так и Aa, одного внешнего вида недостаточно для определения его генотипа. Его скрещивают с рецессивной гомозиготой aa: она передаёт потомкам только аллель a. Если все потомки имеют доминантный признак, проверяемый родитель может быть AA; появление рецессивных потомков доказывает, что он передал аллель a и был гетерозиготой. Такое скрещивание называют анализирующим.

Результаты моногибридного скрещивания при полном доминировании

Читайте таблицу сверху вниз: сначала проследите, какие аллели передают родительские линии, затем — что происходит при скрещивании F₁. Черта означает, что в данной строке указано не отдельное потомство, а само скрещивание или его исходные условия. Соотношения относятся к ожидаемым результатам для большого числа потомков.

Разбор задач

Задача 1. У гороха жёлтая окраска семян доминирует над зелёной. Скрестили растения AA и aa; требуется определить генотип и фенотип F₁. Обозначим жёлтый аллель A, а зелёный — a. Поскольку родители — гомозиготы, каждый из них образует только один тип гамет.

1. Запишем скрещивание: AA × aa.
2. Определим гаметы: от AA — A, от aa — a.
3. Объединим аллели: каждый потомок получает Aa.
4. При полном доминировании A над a все гибриды будут жёлтыми.

Ответ: F₁ — все растения Aa с жёлтыми семенами. Здесь важно не приписывать потомкам генотип одного из родителей целиком: каждый передаёт только один аллель.

Задача 2. Гибриды F₁ с жёлтыми семенами скрестили между собой. Нужно найти генотипическое и фенотипическое расщепление в F₂. Из предыдущего типа скрещивания известно, что жёлтые гибриды F₁ имеют генотип Aa, поэтому записываем Aa × Aa. Каждый родитель образует гаметы A и a.

1. Перечислим сочетания гамет: A с A, A с a, a с A и a с a.
2. Запишем генотипы потомства: AA, Aa, Aa и aa.
3. Подсчитаем генотипы: один AA, два Aa и один aa, то есть 1:2:1.
4. Объединим одинаковые по фенотипу варианты: AA и оба Aa жёлтые, aa зелёный.

Ответ: генотипическое расщепление — 1 AA : 2 Aa : 1 aa, фенотипическое — 3 жёлтых : 1 зелёный. Две особи Aa считаются разными генотипами по сравнению с AA и aa, но по окраске относятся к одной группе.

Задача 3. Жёлтосеменное растение скрестили с зелёносеменным; половина потомков оказалась жёлтой, половина — зелёной. Определим генотип жёлтого родителя. Зелёное растение имеет генотип aa, поэтому такое скрещивание является анализирующим. Появление зелёных потомков означает, что жёлтый родитель иногда передавал аллель a.

1. Запишем генотип второго родителя: aa; его гаметы — только a.
2. Сравним возможные генотипы жёлтого родителя: AA дал бы только жёлтых потомков, а Aa может передать A или a.
3. При Aa × aa получаются Aa и aa в равных долях.

Ответ: жёлтосеменной родитель гетерозиготен, его генотип Aa. Соотношение потомков 1:1 согласуется с передачей им двух типов гамет.

Типичные ошибки

Доминантный аллель иногда считают более распространённым в популяции, потому что само слово звучит как «главный». Но доминирование описывает только проявление аллеля у гетерозиготы, а не частоту его встречаемости. Проверьте себя: вопрос о доминировании решается сравнением фенотипов Aa и aa, а распространённость требует данных о популяции.

Гетерозиготе Aa могут ошибочно приписать рецессивный фенотип, ведь в её генотипе есть аллель a. При полном доминировании рецессивный признак проявляется только у aa, поэтому Aa имеет доминантный фенотип. Чтобы проверить запись, сначала выясните, задано ли полное доминирование, и лишь затем определяйте фенотип по генотипу.

Расщепления 1:2:1 и 3:1 путают, принимая генотипы за внешние признаки. В F₂ два потомка Aa — это два генотипа, но по фенотипу они совпадают с AA; так и получается три особи с доминантным признаком против одной рецессивной. Проверка проста: сначала подсчитайте все генотипы, а затем объедините те, у которых одинаковый фенотип.

Запись гамет Aa у гибрида — ошибка, возникающая из-за переноса целого генотипа в половую клетку. При образовании гамет аллели пары расходятся, поэтому каждая гамета несёт только A или только a. Проверьте схему: если при скрещивании в гаметы попадает больше одного аллеля этого гена, разделите пару перед объединением гамет.

Связь с другими темами

Для понимания моногибридного скрещивания нужно знать, что признаки связаны с генами, а наследственный материал распределяется между гаметами при их образовании. Именно расхождение аллелей объясняет, почему гибрид Aa передаёт потомку только A или только a. Освоенные схемы помогают решать генетические задачи и становятся основой для изучения дигибридного скрещивания, где одновременно прослеживают наследование нескольких пар признаков.

Что запомнить

• Моногибридное скрещивание рассматривает наследование одной пары альтернативных признаков.
• Аллели одного гена обозначают одной буквой: доминантный — прописной, рецессивный — строчной.
• При скрещивании AA × aa все гибриды F₁ имеют генотип Aa и доминантный фенотип.
• Гетерозигота Aa образует гаметы A и a в равных долях.
• При скрещивании Aa × Aa генотипическое расщепление в F₂ равно 1:2:1.
• При полном доминировании фенотипическое расщепление в F₂ равно 3:1.
• Анализирующее скрещивание с aa помогает установить генотип организма с доминантным фенотипом.