"Биология", Сивоглазов В.И., Каменский А.А., Сарычева Н.Ю. и др.
Наследственность передаёт признаки от родителей потомкам, а изменчивость создаёт различия между организмами. Вместе эти свойства обеспечивают преемственность поколений и разнообразие живых существ. Законы Менделя объясняют, как аллели переходят от родителей к потомству и почему признаки проявляются в определённых соотношениях. Чтобы решать такие задачи, нужно различать генотип и фенотип и учитывать, как образуются гаметы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Наследственность — способность организмов передавать потомкам свои признаки и особенности развития. Благодаря ей дети похожи на родителей, а признаки сохраняются в ряду поколений. Это не означает, что потомок во всём будет точной копией родителя: на него влияют и другие наследственные варианты.
Изменчивость — способность организмов приобретать различия, в том числе отличающие их от родителей. Она объясняет, почему даже родственные организмы не полностью одинаковы. Различия могут возникать из-за сочетания наследственного материала родителей и других причин.
Ген — участок ДНК, содержащий информацию о наследуемом признаке или его варианте. ДНК — молекула, в которой хранится наследственная информация организма. Понятие гена помогает описывать, какая часть этой информации участвует в формировании признака.
Аллель — один из вариантов гена; у диплоидного организма в генотипе обычно два аллеля каждого гена. Диплоидными называют организмы, клетки которых содержат двойной набор хромосом. Аллели обозначают буквами: например, A и a; такая запись позволяет отслеживать их переход от родителей к потомкам.
Наследственность сохраняет сходство поколений, потому что наследственная информация передаётся от родителей потомкам. Изменчивость возникает, когда потомок получает сочетание вариантов от двух родителей, которое отличается от каждого из родительских сочетаний. Поэтому живые организмы одновременно сохраняют общие черты своего вида и различаются между собой. Разнообразие важно для живого: оно позволяет популяциям не быть состоящими из совершенно одинаковых организмов.
У диплоидного организма обычно есть пара аллелей каждого гена: один аллель получен от матери, другой — от отца. При образовании гамет, то есть половых клеток, в каждую попадает только один аллель из этой пары. При оплодотворении гаметы соединяются, и потомок снова получает пару аллелей. Их сочетание называют генотипом; именно оно влияет на проявление признака.
Рассмотрим один ген с аллелями A и a. Если A доминирует над a, то у гетерозиготы Aa проявляется доминантный признак, а действие рецессивного аллеля не видно. При скрещивании гомозигот AA и aa первый родитель образует гаметы только с A, второй — только с a. Поэтому каждый потомок получает генотип Aa и имеет одинаковый доминантный фенотип. Это первый закон Менделя — закон единообразия гибридов первого поколения.
У гибридов Aa аллели расходятся при образовании гамет: половина гамет несёт A, половина — a. При скрещивании Aa × Aa эти гаметы могут сочетаться как AA, Aa, aA или aa. Поэтому во втором поколении возможны три генотипа в соотношении 1:2:1, а рецессивный признак проявится у потомков aa. Это второй закон Менделя — закон расщепления признаков; по фенотипу при полном доминировании соотношение обычно равно 3:1.
Если рассматривают сразу два гена, то при независимом наследовании аллели одного гена распределяются по гаметам независимо от аллелей другого. Это третий закон Менделя. Он проявляется, когда гены не сцеплены, например находятся в разных хромосомах; для школьных задач также предполагают, что признаки наследуются с полным доминированием и гаметы образуются в равных вероятностях. Если гены сцеплены, независимое распределение для них нельзя применять без дополнительных условий.
| Закономерность | Скрещивание | Результат | Условие проявления |
|---|---|---|---|
| Первый закон — единообразие гибридов первого поколения | AA × aa | Все потомки Aa, проявляется доминантный признак | Родители гомозиготны и различаются по одному признаку; доминирование полное |
| Второй закон — расщепление признаков во втором поколении | Aa × Aa | Генотипы 1:2:1, фенотипы 3:1 | Аллели расходятся при образовании гамет; скрещиваются гибриды F₁ |
| Третий закон — независимое наследование разных признаков | AaBb × AaBb | При полном доминировании фенотипы обычно соотносятся как 9:3:3:1 | Гены не сцеплены и наследуются независимо |
Сначала определите, сколько признаков рассматривается и какие генотипы имеют родители. Затем проверьте условие: для третьего закона особенно важно, сцеплены ли гены. Соотношения показывают ожидаемые вероятности, а не обязательное число особей в каждой небольшой группе потомков.
У гороха жёлтая окраска семян доминирует над зелёной. Скрещивают гомозиготное жёлтое растение с гомозиготным зелёным. Нужно определить генотипы и фенотипы потомства первого поколения. Начнём с обозначений и выясним, какие аллели могут передать родители.
Обозначим жёлтый аллель A, а зелёный — a. Гомозиготное жёлтое растение имеет генотип AA, зелёное — aa. Это важно: гомозигота передаёт в гаметы только один вид аллеля.
Запишем гаметы родителей: растение AA образует гаметы A, а растение aa — гаметы a. При оплодотворении каждая гамета A соединяется с гаметой a. Поэтому все потомки получают генотип Aa.
Ответ: генотипы потомства F₁ — Aa, все семена жёлтые. Потомство единообразно, потому что каждый гибрид получил одинаковую пару аллелей от одинаковых по генотипу родителей.
Жёлтые гибриды первого поколения скрестили между собой. Нужно найти возможные генотипы и соотношение фенотипов потомства. Поскольку гибриды гетерозиготны, каждый из них может передать потомку как A, так и a.
Запишем генотипы родителей: Aa × Aa. Каждый родитель образует два типа гамет — A и a. При соединении гамет возможны сочетания AA, Aa, aA и aa.
Объединим одинаковые по составу генотипы: один AA, два Aa и один aa. Генотипическое расщепление равно 1:2:1. Это следует из того, что аллели расходятся в гаметы, а затем вновь соединяются случайным образом.
Определим фенотипы: AA и Aa дают жёлтые семена, а aa — зелёные. Значит, на три части потомства с жёлтыми семенами приходится одна часть с зелёными. Доминантный признак проявляется и у гетерозигот.
Ответ: генотипы — 1 AA : 2 Aa : 1 aa; фенотипы — 3 жёлтых : 1 зелёное. Соотношение 3:1 описывает ожидаемую вероятность, а не гарантирует точное число семян каждого цвета в небольшой выборке.
Жёлтая окраска семян доминирует над зелёной, гладкая форма — над морщинистой. Скрещивают дигетерозиготные растения AaBb × AaBb, причём гены не сцеплены. Требуется найти вероятность зелёных морщинистых семян. Для этого нужно, чтобы проявились оба рецессивных признака.
Зелёная окраска появляется при генотипе aa, а морщинистая форма — при bb. Следовательно, искомый генотип растения — aabb. Это позволяет разделить задачу на две части: вероятность получить aa и вероятность получить bb.
Для каждого гена рассматривается скрещивание Aa × Aa. Вероятность генотипа aa равна ¼, и вероятность генотипа bb также равна ¼. Каждый расчёт соответствует расщеплению 1:2:1 по отдельному признаку.
Гены не сцеплены, поэтому события наследования этих признаков независимы. Перемножим вероятности: ¼ × ¼ = 1/16. Значит, доля потомков с обоими рецессивными признаками в среднем составляет одну шестнадцатую.
Ответ: вероятность появления зелёных морщинистых семян — 1/16, или 6,25%. Это ожидаемая вероятность для потомства, а не обязательная доля в любой небольшой группе растений.
Неверно считать доминантный аллель более сильным или обязательно полезным. Доминирование означает только, что аллель определяет проявление признака у гетерозиготы; оно не говорит о преимуществах организма. Такую ошибку легко допустить из-за бытового значения слова «доминантный». Проверяйте себя вопросом: описывается ли влияние аллеля на фенотип Aa или делается вывод о пользе признака?
Генотип и фенотип — не одно и то же. Генотипом называют сочетание аллелей, например Aa, а фенотипом — наблюдаемый признак, например жёлтые семена. Их путают, потому что оба термина описывают особенности организма. Проверяйте запись: буквенное сочетание относится к генотипу, а описание внешнего проявления — к фенотипу.
Расщепление 3:1 не означает, что в любой группе из четырёх потомков обязательно будет ровно три особи с доминантным признаком. Это соотношение вероятностей, которое становится заметнее при большом числе потомков. Ошибка возникает, когда ожидаемое соотношение принимают за точный план для каждого скрещивания. Проверяйте себя: не подменили ли вы вероятность гарантией для малой выборки?
Нельзя применять закон независимого наследования к любой паре генов. Он подходит, если гены наследуются независимо, например находятся в разных хромосомах; сцепленные гены могут передаваться вместе. Ошибку провоцирует запоминание закона без его условия. Перед расчётом убедитесь, что независимое наследование указано в задаче или следует из её условий.
Для понимания наследования нужны знания о клетке, хромосомах и ДНК: гены расположены в ДНК, а ДНК входит в состав хромосом. Также важно знать, как при мейозе образуются гаметы и почему каждая из них получает один аллель из пары. Эти сведения объясняют, откуда в задаче берутся варианты гамет и сочетания генотипов потомства.
Закономерности наследования используют при изучении генетики человека: они помогают рассуждать о передаче некоторых признаков в семьях. В селекции знания о наследовании нужны для получения организмов с заданными свойствами. Для эволюции важно сочетание преемственности и различий: наследственность сохраняет признаки, а изменчивость создаёт разнообразие, на котором может действовать естественный отбор.
Чем наследственность отличается от изменчивости?
Наследственность обеспечивает передачу признаков и особенностей развития от родителей потомкам. Изменчивость приводит к различиям между организмами, в том числе между родителями и их потомками.
Что такое ген и аллель?
Ген — участок ДНК, содержащий информацию о наследуемом признаке или его варианте. Аллель — один из вариантов этого гена; у диплоидного организма обычно есть два аллеля каждого гена.
Почему рецессивный признак может не проявиться у гибрида?
У гибрида с генотипом Aa есть доминантный и рецессивный аллели. Доминантный признак проявляется у гетерозиготы, поэтому рецессивный признак не виден, хотя его аллель сохраняется.
Почему при скрещивании гибридов возникает расщепление признаков?
При образовании гамет парные аллели расходятся, и каждая гамета получает только один из них. При скрещивании гибридов разные гаметы случайно соединяются, поэтому у потомков возникают разные сочетания аллелей.
Всегда ли разные признаки наследуются независимо?
Нет. Независимое наследование характерно для генов, которые не сцеплены, например расположены в разных хромосомах. Если гены сцеплены, они могут передаваться вместе.
§ 22. Наследственность и изменчивость — общие свойства живых организмов. Закономерности наследования признаков
