37. Законы Менделя

Определения и обозначения

Аллель — одна из альтернативных форм гена, например A или a. Аллели определяют разные варианты одного признака: окраску семян или форму семян. Обозначения помогают записывать, какие варианты гена есть у организма и что он может передать потомству.

Гомозигота — организм с одинаковыми аллелями одного гена: AA или aa. Гетерозигота имеет разные аллели, например Aa. По записи генотипа можно понять, какие аллели организм передаёт в гаметы.

Доминантный признак проявляется у гетерозиготы, а рецессивный в ней скрыт. При полном доминировании у Aa виден вариант, связанный с A. Это различие позволяет по внешнему признаку предположить генотип, хотя доминантный фенотип может соответствовать и AA, и Aa.

Гибридологический метод — изучение наследования признаков через контролируемое скрещивание организмов и анализ их потомства. Метод позволяет сравнивать поколения и находить закономерности передачи аллелей. Так можно проверять, какие сочетания признаков вероятны у потомков.

Как это устроено

Мендель выбирал чистые линии — организмы, которые при самоопылении устойчиво передавали потомству один и тот же вариант признака. Благодаря этому генотипы родителей можно было считать известными, а появление нового варианта — связать со скрещиванием. Он сравнивал растения по альтернативным признакам, например жёлтым или зелёным семенам, и менял число исследуемых различий: от одного до нескольких.

Если скрестить гомозиготные растения AA и aa, первое родительское растение образует гаметы только с A, а второе — только с a. При оплодотворении каждая гамета одной формы соединяется с гаметой другой, поэтому всё поколение F1 получает Aa. При полном доминировании у всех гибридов проявляется доминантный признак: одинаковый результат объясняется одинаковым генотипом потомков.

У гибрида Aa при образовании гамет аллели расходятся: каждая гамета получает только A или только a. При скрещивании Aa × Aa возможны сочетания AA, Aa, aA и aa. Два средних варианта генотипа равноценны, поэтому получается соотношение 1AA : 2Aa : 1aa; если A полностью доминирует, первые три сочетания дают доминантный фенотип, а aa — рецессивный, то есть 3:1.

При скрещивании по двум признакам, например Y/y и R/r, каждая пара аллелей расходится при образовании гамет. Если гены наследуются независимо, дигетерозигота YyRr образует четыре типа гамет: YR, Yr, yR и yr. При скрещивании таких гибридов сочетания аллелей дают в F2 фенотипы в соотношении 9:3:3:1. Закон независимого наследования применим к генам в разных парах хромосом или расположенным далеко друг от друга в одной хромосоме.

У организма с доминантным фенотипом генотип может быть AA или Aa, поэтому внешнего осмотра недостаточно. Его скрещивают с рецессивной гомозиготой aa, образующей гаметы только с a. Если проверяемый организм AA, всё потомство получит доминантный признак; если Aa, часть потомков окажется aa. Такое скрещивание называют анализирующим, а соотношение потомков помогает установить генотип.

Законы Менделя и результаты скрещиваний

Сначала определите, сколько пар признаков рассматривается и какие генотипы имеют родители. Затем сопоставьте условие с нужным законом и отдельно запишите генотипы и фенотипы: эти соотношения не всегда совпадают. Для третьего закона проверьте, что гены наследуются независимо.

Разбор задач

Задача 1. У гороха жёлтая окраска семян доминирует над зелёной. Скрестить чистые линии YY и yy и определить генотипы и фенотипы потомства F1.

1. Записываем родителей: P: YY × yy. Чистая линия YY образует гаметы Y, а линия yy — гаметы y.
2. Соединяем гаметы: каждый потомок получает Y от одного родителя и y от другого. Поэтому все генотипы F1 — Yy.
3. У Yy проявляется доминантная жёлтая окраска. Значит, потомки единообразны и по генотипу, и по фенотипу.

Ответ: F1 — 100% Yy, все семена жёлтые.

Задача 2. Скрестить два гибрида гороха с жёлтыми семенами: Yy × Yy. Найти вероятности генотипов и фенотипов потомства.

1. Каждый родитель образует два типа гамет: Y и y. Записываем возможные сочетания: YY, Yy, yY, yy.
2. Каждое из четырёх сочетаний имеет вероятность ¼. Два сочетания Yy и yY — один генотип, поэтому генотипическое соотношение равно 1YY : 2Yy : 1yy.
3. YY и Yy дают жёлтые семена, а yy — зелёные. Объединяем генотипы по фенотипу: три части жёлтых к одной части зелёных.

Ответ: генотипы: 25% YY, 50% Yy, 25% yy; фенотипы: 75% жёлтых и 25% зелёных, то есть 3:1.

Задача 3. Жёлтое гладкое растение скрестили с зелёным морщинистым yyrr. В потомстве появились четыре сочетания признаков в равных количествах. Определить генотип первого растения, если гены наследуются независимо.

1. Второй родитель образует только гаметы yr, так как он гомозиготен по обоим рецессивным генам. Это анализирующее скрещивание.
2. Четыре равные группы потомков означают, что первый родитель образовал четыре типа гамет с одинаковой вероятностью: YR, Yr, yR, yr.
3. Такой набор гамет возможен у дигетерозиготы YyRr: в каждой гамете находится по одному аллелю из каждой пары.

Ответ: генотип первого растения YyRr; потомство распределено по четырём фенотипам поровну.

Типичные ошибки

Доминантный аллель не уничтожает рецессивный: при генотипе Aa оба аллеля остаются в организме, хотя виден доминантный признак. Ошибку допускают, принимая «скрыт» за «исчез». Проверьте себя: если бы аллель исчезал, рецессивный признак не мог бы появиться вновь у потомков.

Расщепление 1:2:1 относится к генотипам, а 3:1 — к фенотипам при полном доминировании. Их путают, потому что три генотипических сочетания — AA, Aa и Aa — выглядят как три отдельные записи, но дают один и тот же доминантный фенотип. Для проверки сгруппируйте генотипы по наблюдаемому признаку.

Одна гамета не получает оба аллеля одной пары: при образовании гамет аллели расходятся, и в гамете остаётся только один из них. Ошибка возникает, когда в гамету записывают, например, одновременно A и a. Проверьте каждую гамету: в ней должен быть один аллель каждого рассматриваемого гена.

Закон независимого наследования нельзя автоматически применять к любым генам. Близко расположенные в одной хромосоме сцепленные гены могут передаваться совместно, поэтому ожидаемое соотношение способно отличаться от 9:3:3:1. Перед решением проверьте, указана ли независимость генов или их расположение в разных парах хромосом.

Связь с другими темами

Для понимания законов Менделя нужно знать, что гены связаны с наследственными признаками, а при мейозе образуются гаметы с половинным набором хромосом. Это объясняет, почему каждая гамета получает по одному аллелю из пары. Законы применяют в задачах на наследование, при анализе родословных и оценке вероятности появления признаков. Далее на их основе изучают сцепленное наследование, взаимодействие генов и наследственные заболевания.

Что запомнить

• При скрещивании двух чистых линий, различающихся по одному признаку, гибриды F1 единообразны.
• У гетерозиготы проявляется доминантный признак, но рецессивный аллель сохраняется.
• При образовании гамет аллели одной пары расходятся.
• При скрещивании Aa × Aa генотипическое расщепление составляет 1:2:1, фенотипическое — 3:1.
• При независимом наследовании двух признаков в F2 возможно фенотипическое расщепление 9:3:3:1.
• Анализирующее скрещивание проводят с организмом, гомозиготным по рецессивным аллелям.
• Законы Менделя описывают вероятностные закономерности наследования, а не гарантируют точное соотношение в каждой малочисленной группе потомков.