§ 40. Закономерности наследования признаков, установленные Г. Менделем. Моногибридное скрещивание. Первый и второй законы Менделя

Определения и обозначения

Моногибридное скрещивание — это скрещивание организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков, например по окраске семян. Его используют, чтобы проследить наследование одного признака, не отвлекаясь на другие. Так легче сопоставить признаки родителей с признаками потомства.

Аллельные гены — разные формы одного гена, отвечающие за альтернативные состояния признака. Например, аллели могут определять жёлтую и зелёную окраску семян. Понимание того, что у гена могут быть разные аллели, позволяет записывать наследственную информацию символами.

Доминантный признак проявляется у гетерозиготы, а рецессивный — только при отсутствии доминантного аллеля. Если A — доминантный аллель, а a — рецессивный, то у Aa заметен доминантный признак. Различение этих понятий помогает предсказать внешний признак организма по его генотипу.

Гомозиготный генотип содержит одинаковые аллели: AA или aa; гетерозиготный — разные: Aa. Буквами обычно обозначают аллели одного гена, причём заглавная буква указывает на доминантный аллель. Запись генотипа нужна, чтобы понять, какие аллели организм может передать потомству.

Как это устроено

Мендель выбрал горох, потому что у него есть хорошо различимые альтернативные признаки, например жёлтые и зелёные семена. Растения можно было опылять контролируемо, поэтому удавалось установить, какие особи скрещиваются. Для надёжного сравнения исследователь использовал чистые линии: их потомство при самоопылении сохраняло изучаемый признак, значит, родители не давали неожиданного разнообразия по нему.

В схемах скрещивания P обозначает родительское поколение, F₁ — первое поколение потомков, а F₂ — потомство от скрещивания или самоопыления гибридов F₁. Буквы A и a показывают две аллельные формы одного гена: A — доминантную, a — рецессивную. Такие обозначения позволяют следить за передачей аллелей по поколениям и отделять наследственную запись от внешнего проявления признака.

Если скрестить гомозиготные растения AA × aa, первое родительское растение образует гаметы только с аллелем A, а второе — только с аллелем a. Гамета — половая клетка с одним аллелем из пары; после слияния гамет потомок получает аллель от каждого родителя. Поэтому все гибриды F₁ имеют генотип Aa, а при полном доминировании — доминантный фенотип.

Первый закон Менделя называют законом единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании чистых линий, различающихся одной парой признаков, все гибриды F₁ одинаковы по изучаемому признаку. Причина в том, что каждый родитель передаёт потомству только один и тот же аллель — A или a. В результате все потомки получают одинаковую комбинацию Aa, а значит, при полном доминировании имеют одинаковый фенотип.

При скрещивании гибридов Aa × Aa каждый из родителей образует два типа гамет: A и a. Аллели одной пары расходятся при образовании гамет, поэтому в каждую попадает только один из них; это называют гипотезой чистоты гамет. Сочетания гамет дают AA, Aa, Aa и aa: генотипическое расщепление равно 1:2:1. При полном доминировании AA и Aa имеют доминантный фенотип, а aa — рецессивный, поэтому фенотипическое расщепление равно 3:1; это второй закон Менделя, закон расщепления.

Моногибридное скрещивание и законы Менделя

Сначала найдите в таблице поколение и схему скрещивания, затем сравните генотипы с фенотипами. Строка «Соотношение генотипов» учитывает аллельные записи, а строка «Соотношение фенотипов» — проявление признака. Это помогает не путать два результата скрещивания Aa × Aa.

Разбор задач

Задача 1. У гороха жёлтая окраска семян доминирует над зелёной. Скрестить чистые линии AA и aa и указать генотипы и фенотипы F₁. Нужно проследить, какой аллель попадёт в гамету каждого родителя, а затем объединить их. Поскольку аллель A доминантен, именно он определит окраску гибридов.

1. Обозначим A — жёлтая окраска, a — зелёная; родители имеют генотипы AA и aa.
2. Растение AA образует гаметы A, растение aa — гаметы a.
3. При оплодотворении соединяются A и a, поэтому каждый потомок имеет генотип Aa.
4. У всех гибридов проявляется жёлтая окраска, поскольку A доминирует над a.

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

Задача 2. Скрестить гибриды F₁ с генотипом Aa и определить генотипы, фенотипы и их соотношение в F₂. Для этого нужно записать варианты гамет обоих родителей и сочетать каждый вариант одного родителя с каждым вариантом другого. Такой перебор можно представить решёткой Пеннета.

1. Каждый родитель Aa образует гаметы A и a.
2. Сочетания гамет: A с A даёт AA, A с a — Aa, a с A — Aa, a с a — aa.
3. По генотипам получаем одно AA, два Aa и одно aa, то есть 1:2:1.
4. AA и Aa имеют доминантный фенотип, а aa — рецессивный; значит, фенотипы распределены как 3:1.

Ответ: генотипы F₂ — 1 AA : 2 Aa : 1 aa; фенотипы — 3 с доминантным признаком : 1 с рецессивным.

Задача 3. У двух растений с доминантным фенотипом появились потомки с рецессивным признаком. Нужно определить генотипы родителей и вероятность такого потомка. Рецессивное проявление возможно только у aa, поэтому каждый родитель должен был передать потомку аллель a. При этом сами родители имеют доминантный фенотип, следовательно, у них есть и аллель A.

1. Рецессивный потомок имеет генотип aa, значит, каждый родитель передал аллель a.
2. Поскольку оба родителя выглядят доминантными, их генотипы — Aa и Aa.
3. Для скрещивания Aa × Aa доля генотипов aa составляет 1 из 4 возможных сочетаний.

Ответ: родители Aa × Aa; вероятность рецессивного потомка — ¼, или 25% для каждого потомка.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что доминантный аллель вытесняет или уничтожает рецессивный. Так думают, потому что у гетерозиготы заметен только доминантный фенотип, но аллель a остаётся в генотипе Aa и может попасть в гамету. Проверка: запишите генотип гибрида и убедитесь, что в нём присутствуют оба аллеля.

Нельзя путать генотипическое расщепление F₂ 1:2:1 с фенотипическим 3:1. Первое считают по вариантам AA, Aa и aa, а во втором объединяют AA и Aa, поскольку при полном доминировании они проявляются одинаково. Проверка: сначала перечислите генотипы, затем отдельно сгруппируйте их по фенотипам.

Неверно записывать, что гетерозигота Aa образует гаметы Aa. В гамете находится только один аллель пары, поскольку при образовании половых клеток аллели расходятся. Проверка: укажете ли вы отдельно гаметы A и a — именно так следует записывать результат.

Соотношение 3:1 нельзя переносить на любое скрещивание. Оно получается при скрещивании Aa × Aa, когда действует полное доминирование; например, при AA × aa все потомки имеют доминантный фенотип. Проверка: установите генотипы родителей и условия доминирования, прежде чем выбирать соотношение.

Связь с другими темами

Для решения задач нужны понятия гена, аллеля, хромосомы и гаметы, а также понимание образования половых клеток. Без этого трудно объяснить, почему потомок получает аллели от обоих родителей и почему в гамете находится один аллель пары. Знание этих основ связывает наследование признаков с передачей генетической информации.

Закономерности моногибридного скрещивания дают основу для изучения дигибридного скрещивания, где прослеживают наследование двух пар признаков. Понимание расхождения аллелей помогает затем разобраться и в независимом наследовании признаков. При этом важно не смешивать правила для одной пары аллелей с закономерностями более сложных скрещиваний.

Законы Менделя применяют при анализе родословных и оценке вероятности наследования признаков. По фенотипам родственников можно предполагать возможные генотипы, а затем оценивать вероятность разных вариантов потомства. Вероятность описывает возможность результата, но не гарантирует, что в каждой небольшой семье получится именно такое соотношение.

Что запомнить

• Моногибридное скрещивание рассматривает наследование одной пары альтернативных признаков.
• При скрещивании AA × aa все гибриды F₁ имеют генотип Aa.
• Первый закон Менделя описывает единообразие гибридов первого поколения.
• При образовании гамет аллели одной пары расходятся; каждая гамета несёт один аллель.
• При скрещивании Aa × Aa генотипы F₂ распределяются как 1 AA : 2 Aa : 1 aa.
• При полном доминировании фенотипы F₂ распределяются как 3 доминантных : 1 рецессивный.