§ 18. Основные понятия генетики

Определения и обозначения

Наследственность — способность организмов передавать потомкам свои признаки. Благодаря ей у детей и родителей могут быть общие особенности, а признаки сохраняются в последовательных поколениях. Наследственность объясняет сходство организмов одного вида и семейное сходство.

Изменчивость — способность организмов приобретать различия. Потомки не являются точными копиями родителей: при передаче наследственного материала возникают новые сочетания его вариантов, а на развитие влияют условия жизни. Изменчивость помогает понять, откуда берутся различия между особями.

Ген — участок наследственного материала, связанный с развитием признака. Аллели — разные варианты одного гена, например A и a. Понятие гена указывает на наследственную единицу, а понятие аллеля позволяет обозначить, какой именно вариант этой единицы получил организм.

Генотип — совокупность наследственных задатков организма, то есть сочетание его генов и их аллелей. Фенотип — совокупность проявляющихся признаков, которые можно наблюдать или измерить. Различие между ними нужно, чтобы не путать наследственную основу признака с тем, как он проявился.

Как это устроено

Родители передают потомкам наследственную информацию через половые клетки. При их образовании аллели одного гена расходятся, поэтому каждая половая клетка несёт только один из них. При оплодотворении клетка потомка получает аллель от каждого родителя, и из этих двух вариантов складывается наследственное сочетание. Так признаки могут сохраняться, даже если конкретная особь отличается от родителей.

У одного гена могут существовать разные аллели, потому что наследственный материал не всегда одинаков у всех особей. Каждый вариант связан с определённым проявлением признака: например, один аллель может задавать высокий стебель, другой — низкий. Такие варианты называют альтернативными, когда речь идёт о разных проявлениях одного признака. В условной записи их обозначают одной буквой, меняя её регистр: A и a.

Если в генотипе есть доминантный аллель, он может определять проявление признака даже вместе с рецессивным. Поэтому у гибрида Aa виден доминантный признак, хотя аллель a тоже присутствует. Рецессивный аллель не исчезает и может передаться следующему поколению. Рецессивное проявление обычно наблюдается, когда организм получил два таких аллеля, то есть имеет генотип aa.

Сочетание одинаковых аллелей называют гомозиготным: AA и aa — примеры гомозигот. Если аллели различаются, организм гетерозиготен; пример — Aa. Это различие показывает, какие варианты гена может передать организм: гомозигота передаёт один и тот же аллель, а гетерозигота может передать любой из двух. Поэтому тип сочетания важен для прогноза признаков потомства.

Фенотип зависит от генотипа, поскольку именно наследственная информация влияет на развитие признаков. Но развитие происходит в определённых условиях, и среда тоже способна менять проявление признака. Например, рост растения зависит от наследственных задатков, но при недостатке воды или света оно может вырасти ниже. Значит, наблюдаемый фенотип нельзя всегда объяснить только генотипом.

Основные понятия генетики

Сначала находите в таблице понятие, а затем сравнивайте его значение с примером. Обозначения A и a относятся к вариантам одного гена, а записи AA, Aa и aa показывают их сочетания у организма. Последний столбец помогает связать термин с передачей признаков потомству.

Разбор задач

1. Генотипы гомозиготных родителей

У растения аллель A определяет высокий стебель и доминирует над аллелем a, определяющим низкий стебель. Нужно записать генотипы гомозиготных родителей. Гомозигота содержит два одинаковых аллеля, поэтому для каждого признака берём соответствующую пару.

1. Высокий стебель связан с доминантным аллелем A.
2. Гомозиготное сочетание этих аллелей — AA.
3. Низкий стебель связан с рецессивным аллелем a; гомозиготное сочетание — aa.

Ответ: родитель с высоким стеблем — AA, с низким — aa. Запись Aa не подходит, поскольку в ней аллели разные и это гетерозигота.

2. Скрещивание Aa и aa

Скрестили растения Aa и aa. Чтобы найти генотипы потомства, выясняем, какие аллели могут попасть в половые клетки каждого родителя. Первый родитель гетерозиготен и может передать A или a, а второй имеет только аллель a. Поэтому возможны два равновероятных сочетания.

1. От родителя Aa потомок получает A или a.
2. От родителя aa потомок обязательно получает a.
3. Сочетания аллелей дают генотипы Aa и aa в равных долях.
4. При Aa проявится высокий стебель, при aa — низкий.

Ответ: возможны генотипы Aa и aa, по ½ каждого. Высокий стебель будет у половины потомства, то есть у 50% растений.

3. Скрещивание Aa × Aa

При скрещивании двух гетерозиготных растений каждый родитель может передать аллель A или a. Составим сочетания по одному аллелю от каждого родителя, чтобы не пропустить возможные варианты. Затем отдельно посчитаем генотипы и проявляющиеся признаки при полном доминировании A над a.

1. Запишем возможные сочетания: A от первого с A от второго даёт AA; A и a — Aa; a и A — Aa; a и a — aa.
2. Получаем соотношение генотипов 1 AA : 2 Aa : 1 aa.
3. Высокий стебель будет у AA и Aa, потому что в обоих случаях присутствует A.
4. Низкий стебель будет только у aa, поэтому соотношение фенотипов равно 3 высоким к 1 низкому.

Ответ: генотипическое соотношение — 1:2:1, фенотипическое — 3:1. Такое соотношение признаков получается при полном доминировании и не означает, что каждый отдельный посев обязательно даст ровно такие доли.

Типичные ошибки

Путать ген и аллель. Это происходит потому, что оба термина связаны с наследованием одного признака. Но ген — участок наследственного материала, а аллели — его варианты, например A и a. Проверьте себя: если в записи сравниваются варианты одной буквы, речь идёт об аллелях.

Считать генотип и фенотип одним и тем же. Генотип обозначает сочетание наследственных вариантов, а фенотип — проявившиеся признаки. Их легко спутать, если ориентироваться только на внешний вид организма. Для проверки запишите генотип буквами, а затем отдельно назовите наблюдаемый признак.

Думать, что рецессивный аллель исчезает у гетерозиготы. У организма Aa рецессивный признак может не проявиться, поэтому кажется, будто аллеля a уже нет. На самом деле он сохраняется в генотипе и может перейти к потомству. Проверьте запись: если буква a присутствует, аллель не исчез.

Записывать гетерозиготу одинаковыми буквами или считать Aa гомозиготой. Ошибка возникает, когда путают доминантность с одинаковостью аллелей. Гомозигота — AA или aa, а сочетание разных аллелей Aa — гетерозигота. Перед решением проверьте, совпадают ли обе буквы в генотипе.

Связь с другими темами

Для понимания наследования полезно знать строение клетки и роль хромосом как носителей наследственной информации. Гены находятся в наследственном материале, который передаётся при размножении. Поэтому понятия генетики связаны с изучением клетки и её частей.

Связь с размножением помогает объяснить, откуда потомок получает аллели. При образовании половых клеток в них попадает по одному варианту каждого гена, а после оплодотворения сочетаются варианты от двух родителей. Это знание нужно, чтобы составлять схемы скрещивания.

Понятия генотипа, фенотипа и аллелей станут основой для изучения законов Менделя. Они также понадобятся при разборе наследственных заболеваний и генетики человека. Во всех этих темах важно отличать наличие аллеля от его проявления.

Что запомнить

• Ген — участок наследственного материала, связанный с развитием признака.
• Аллели — разные варианты одного гена.
• Доминантный аллель может проявляться в гетерозиготе.
• Рецессивный признак обычно проявляется при наличии двух рецессивных аллелей.
• Гомозигота имеет одинаковые аллели, гетерозигота — разные.
• Генотип — наследственная основа признаков, фенотип — их проявление.
• На фенотип могут влиять и наследственность, и условия среды.