9.2.1. Первый закон Менделя — закон единообразия первого поколения гибридов

Определения и обозначения

Первый закон Менделя — при скрещивании двух гомозиготных организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения единообразны по этому признаку. Гомозиготный организм имеет два одинаковых аллеля изучаемого гена, а гибрид первого поколения обозначают F1. Закон позволяет заранее предсказать, какими будут потомки от такого скрещивания.

Альтернативные признаки — взаимоисключающие варианты одного признака, например жёлтая и зелёная окраска семян гороха. В опыте выбирают именно такую пару, чтобы сравнивать один признак, а не несколько сразу. Это помогает понять, какой вариант проявится у гибридов.

Доминантный признак — вариант признака, проявляющийся у гибрида первого поколения при наличии соответствующего рецессивного аллеля. Его аллель обычно обозначают заглавной буквой, например A. Такое обозначение помогает отличить его от аллеля, который не проявляется в гетерозиготе.

Рецессивный признак — вариант признака, не проявляющийся у гибрида первого поколения при наличии доминантного аллеля. Его аллель обозначают строчной буквой, например a. Он не исчезает, а остаётся в генотипе гибрида, поэтому обозначения нужны для прослеживания наследования признака.

Как это устроено

Мендель изучал организмы, различавшиеся по одной паре признаков, потому что так можно было связать результат опыта с одним наследуемым различием. Если одновременно сравнивать несколько пар, становится труднее понять, какая именно повлияла на внешний вид потомства. Перед скрещиванием он получал чистые линии: это растения, которые при размножении сохраняли один и тот же вариант признака. Значит, родители не скрывали за внешним сходством разные сочетания аллелей.

Аллели одной пары обозначают одной буквой: заглавной для доминантного варианта и строчной для рецессивного. Поэтому генотипы чистых родителей записывают как AA и aa, а не как две разные буквы. Такая запись показывает, что каждый родитель гомозиготен по изучаемому гену. Она также позволяет точно определить, какие аллели могут попасть в их гаметы.

Гамета — половая клетка, участвующая в оплодотворении; для каждой пары аллелей она несёт только один аллель. Это происходит потому, что при образовании половых клеток парные аллели расходятся. Организм AA образует гаметы с аллелем A, а организм aa — с аллелем a. Поэтому гаметы каждого из родителей-гомозигот не различаются по рассматриваемому гену.

При слиянии гамет A и a в зиготе восстанавливается пара аллелей, и возникает генотип Aa. Все гаметы первого родителя несут A, а все гаметы второго — a, поэтому другой комбинации в этом скрещивании получить нельзя. Каждый потомок F1 наследует один аллель от каждого родителя. В результате все гибриды одинаковы по генотипу.

У гибрида Aa проявляется доминантный признак, поскольку доминантного аллеля достаточно для его появления в фенотипе. Фенотип — это наблюдаемые особенности организма, а генотип — сочетание его аллелей. Рецессивный аллель a в генотипе остаётся, хотя его признак не виден. Поэтому единообразие фенотипа не означает, что потомки получили только доминантные аллели.

Результаты моногибридного скрещивания по первому закону Менделя

Читайте таблицу сверху вниз: сначала определите генотипы родителей, затем возможные гаметы и сочетание аллелей в потомстве. Генотипы записывают буквами, а фенотип описывают словами — это разные характеристики. Такая последовательность помогает не перепутать передаваемые аллели с проявившимся признаком.

Разбор задач

Задача 1. У гороха жёлтая окраска семян доминирует над зелёной. Нужно записать скрещивание чистых линий с жёлтыми и зелёными семенами и определить генотип и фенотип F1. Сначала переведём условие в буквенные обозначения. Чистые линии означают, что родители гомозиготны.

1. Обозначим доминантный аллель жёлтой окраски буквой A, а рецессивный аллель зелёной — a. Родители имеют генотипы AA и aa, поэтому схема скрещивания: P: AA × aa.
2. Первый родитель образует гаметы A, второй — гаметы a. При оплодотворении возможна только комбинация Aa, так как иных аллелей родители не передают.
3. Все растения F1 имеют генотип Aa. Поскольку жёлтая окраска доминирует, их семена будут жёлтыми.

Ответ: P: AA × aa; гаметы: A и a; F1: все Aa, семена жёлтые. Рецессивный аллель a есть у каждого гибрида, хотя зелёная окраска не проявляется.

Задача 2. У растения с красными цветками, полученного при скрещивании чистых линий, все потомки F1 имеют красные цветки. Красная окраска доминирует над белой. Нужно восстановить генотипы родителей и гибридов. Используем сведения о доминировании и о чистоте исходных линий.

1. Обозначим красную окраску аллелем A, белую — a. Чистая линия с красными цветками имеет генотип AA, а чистая линия с белыми — aa.
2. Записываем скрещивание родителей: P: AA × aa. Они образуют гаметы только одного типа: A и a соответственно.
3. Все потомки получают сочетание Aa. В их фенотипе проявляются красные цветки, потому что красный аллель доминантен.

Ответ: родители — AA и aa, гибриды F1 — Aa с красными цветками. Единообразие потомков согласуется с первым законом Менделя.

Задача 3. При скрещивании чистых линий гороха с гладкими и морщинистыми семенами все растения F1 оказались гладкосемянными. Требуется объяснить результат и назвать гаметы родителей и гибридов. Условие показывает, что гладкая форма доминирует над морщинистой. Разделим ответ на генотипы, фенотипы и гаметы.

1. Обозначим аллель гладких семян как A, а морщинистых — как a. Генотипы чистых родителей: AA и aa, поэтому их гаметы — соответственно A и a.
2. Все гибриды получают по одному аллелю от каждого родителя, то есть имеют генотип Aa. Гладкие семена у всех F1 объясняются доминированием аллеля A.
3. При образовании гамет гибрид Aa передаёт только один аллель пары. Поэтому он образует два типа гамет: A и a.

Ответ: родители AA и aa образуют гаметы A и a; потомки F1 имеют генотип Aa и гладкие семена. Гибриды F1 образуют гаметы A и a.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что доминантный аллель уничтожает рецессивный. Обычно так думают, потому что у гетерозиготы виден только доминантный признак. Однако генотип Aa содержит оба аллеля, а отсутствие проявления a не означает его исчезновения. Проверьте себя: запишите генотип F1 целиком, а не только доминантную букву.

Ошибка: применять закон единообразия к скрещиванию любых организмов. Его часто распространяют на все случаи, не проверяя исходные условия. Закон рассматривает чистые линии, гомозиготные по изучаемому признаку и различающиеся одной парой альтернативных вариантов. Перед решением уточните генотипы родителей и число изучаемых признаков.

Ошибка: путать генотип и фенотип. Это происходит, когда буквенную запись принимают за описание внешнего признака. Aa — генотип, а гладкие семена или красные цветки — фенотип. Для проверки спросите себя, записаны ли аллели или словами названо то, что проявляется.

Ошибка: записывать гамету гибрида Aa как Aa. Такое смешение возникает, если забыть, что гамета несёт один аллель данной пары, а не всю пару. Гибрид образует гаметы A и a. Проверьте запись по правилу: в одной гамете для одного гена должна стоять одна буква.

Связь с другими темами

Для понимания закона нужны знания о гене, аллелях, признаках и гаметах, а также умение различать гомозиготный и гетерозиготный генотипы. Если эти понятия знакомы, схема AA × aa объясняет, откуда берётся единообразие F1. Первый закон служит основой для изучения второго закона Менделя: при дальнейшем скрещивании гибридов F1 рассматривают расщепление признаков. Он также помогает составлять схемы скрещивания и предсказывать возможные генотипы потомства.

Что запомнить

• Первый закон Менделя называют законом единообразия гибридов первого поколения.
• Для его проявления скрещивают гомозиготные организмы, различающиеся по одной паре альтернативных признаков.
• Каждый родитель образует гаметы с одним аллелем из пары.
• При скрещивании AA × aa все гибриды F1 имеют генотип Aa.
• Гибриды F1 единообразны по генотипу и фенотипу.
• У гетерозиготы проявляется доминантный признак.