§ 43. Моногибридное скрещивание

Определения и обозначения

Моногибридное скрещивание — скрещивание организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков. Например, у растений сравнивают жёлтую и зелёную окраску семян, не рассматривая другие особенности. Такой подход позволяет проследить наследование одного признака отдельно от остальных. Он нужен, чтобы установить связь между аллелями родителей и признаками потомства.

Аллель — одна из форм существования гена, определяющая вариант признака. Например, в условном примере аллели A и a отвечают за два варианта окраски семян. Прописной буквой обычно обозначают доминантный аллель, а строчной — рецессивный. Это обозначение помогает компактно записывать генотипы и гаметы.

Гомозигота — организм с двумя одинаковыми аллелями данного гена, например AA или aa. Гомозиготный организм образует гаметы одного типа по этому гену, поскольку в каждой из них оказывается одинаковый аллель. Обозначение позволяет сразу понять, какие варианты аллелей организм может передать потомству. Гомозиготами могут быть как носители доминантного, так и рецессивного признака.

Гетерозигота — организм с двумя разными аллелями, например Aa. При полном доминировании у неё проявляется признак, связанный с аллелем A, хотя аллель a тоже присутствует в генотипе. Гетерозигота образует два типа гамет, несущих соответственно A или a. Это понятие нужно, чтобы объяснить появление разных вариантов потомства.

Как это устроено

В схемах скрещивания родителей обозначают буквой P, гибридов первого поколения — F₁, а потомков от скрещивания F₁ — F₂. Рядом с обозначением поколения записывают генотипы родителей или потомков, а над стрелкой часто указывают скрещивание. Например, запись AA × aa означает, что один родитель несёт два доминантных аллеля, а другой — два рецессивных. Такая система помогает проследить передачу аллелей от родителей к каждому поколению.

Если скрестить две гомозиготы с альтернативными признаками, например AA и aa, первый родитель передаст только A, а второй — только a. Поэтому каждый потомок получит генотип Aa. При полном доминировании у всех таких гибридов проявится доминантный вариант, и поколение F₁ будет единообразным по изучаемому признаку. Единообразие объясняется не тем, что рецессивный аллель исчез, а тем, что он не проявляется в гетерозиготе.

У гетерозиготы Aa аллели находятся в паре гомологичных хромосом. Во время мейоза эти хромосомы расходятся в разные клетки, поэтому одна гамета получает A, а другая — a. Каждая гамета несёт только один аллель данного гена, а не всю пару: иначе при оплодотворении число копий гена удваивалось бы в каждом поколении. При равной вероятности расхождения образуется примерно поровну гамет двух типов.

При скрещивании Aa × Aa каждый родитель может передать A или a. Сочетания гамет дают потомков AA, Aa, Aa и aa, то есть генотипическое расщепление 1:2:1. При полном доминировании AA и Aa имеют одинаковый доминантный фенотип, а рецессивный признак проявляется только у aa. Поэтому фенотипическое расщепление составляет 3:1; оно относится к внешним проявлениям, а не к генотипам.

Чтобы выяснить генотип организма с доминантным фенотипом, его скрещивают с гомозиготным рецессивным aa. Такое скрещивание называют анализирующим: рецессивный партнёр не может скрыть переданный исследуемым организмом аллель. Если неизвестный генотип AA, все потомки получат A от него и a от второго родителя, то есть будут Aa. Если генотип Aa, часть потомков получит a и окажется aa; появление рецессивного фенотипа показывает, что исследуемый организм был гетерозиготой.

Основные схемы моногибридного скрещивания

Сначала найдите генотипы родителей, затем определите, какие гаметы каждый из них может образовать. После этого сопоставьте возможные сочетания аллелей и отдельно запишите генотипы и фенотипы потомков. Обозначение A? означает, что у организма известен доминантный фенотип, но генотип — AA или Aa — ещё требуется выяснить.

Разбор задач

Задача 1. Жёлтая окраска семян гороха доминирует над зелёной. Определите генотипы и фенотипы потомков при скрещивании AA × aa.

1. Обозначим доминантный аллель жёлтой окраски как A, а рецессивный аллель зелёной — как a. Генотипы родителей уже указаны: AA и aa, поэтому оба организма гомозиготны.
2. Определим гаметы: родитель AA образует только гаметы A, а родитель aa — только гаметы a. При оплодотворении любая гамета первого родителя соединится с гаметой второго, поэтому генотип каждого потомка будет Aa.
3. В генотипе Aa присутствует доминантный аллель A, следовательно, при полном доминировании семена будут жёлтыми. Потомки первого поколения единообразны и по генотипу, и по фенотипу.

Ответ: все потомки имеют генотип Aa и жёлтые семена.

Задача 2. У человека условный доминантный признак обозначен A, рецессивный — a. Какова вероятность рождения потомка с рецессивным признаком при скрещивании Aa × Aa?

1. Каждый из родителей гетерозиготен и образует два типа гамет: A и a. Вероятность передачи каждого аллеля равна ½, поэтому при объединении гамет нужно учесть все сочетания.
2. Запишем варианты: A от первого родителя с A от второго даёт AA; сочетания A с a и a с A дают два варианта Aa; сочетание a с a даёт aa. Получается соотношение генотипов 1 AA : 2 Aa : 1 aa.
3. Рецессивный признак проявляется только у генотипа aa, то есть в одном варианте из четырёх. Два варианта Aa и один AA имеют доминантный фенотип, поэтому фенотипическое соотношение при полном доминировании равно 3:1.

Ответ: вероятность рецессивного признака — ¼, или 25%.

Задача 3. У растения проявляется доминантный признак, но его генотип неизвестен. При скрещивании с рецессивной гомозиготой половина потомков имеет доминантный, а половина — рецессивный признак. Определите генотип исследуемого растения.

1. Обозначим неизвестный генотип исследуемого растения как A?, а рецессивную гомозиготу второго родителя — как aa. Поскольку второй родитель передаёт только a, генотип потомка зависит от аллеля, полученного от исследуемого растения.
2. Если бы исследуемое растение было AA, оно образовывало бы только гаметы A. Тогда все потомки имели бы генотип Aa и доминантный фенотип, что не совпадает с условием.
3. При генотипе Aa исследуемое растение образует гаметы A и a. При скрещивании Aa × aa половина потомков будет Aa с доминантным признаком, а половина — aa с рецессивным.

Ответ: генотип исследуемого растения — Aa, оно гетерозиготно.

Типичные ошибки

Генотип смешивают с фенотипом и считают, что доминантный признак однозначно означает AA. Ошибка возникает потому, что у AA и Aa при полном доминировании внешний признак одинаков. Проверяйте себя: фенотип описывает проявление признака, а генотип — сочетание аллелей; без дополнительных данных доминантный фенотип не раскрывает точный генотип.

В одну гамету иногда записывают оба аллеля, например Aa. Так делают, перенося в гамету генотип целого организма, но при мейозе парные хромосомы расходятся. Проверьте запись по правилу: каждая гамета несёт только A или только a, а не оба аллеля данного гена.

Соотношения 1:2:1 и 3:1 принимают за одно и то же. Первое описывает генотипы AA, Aa и aa, а второе — фенотипы при полном доминировании, где AA и Aa объединены в одну группу. Перед ответом подпишите, что именно сравнивается, и отдельно перечислите генотипы и проявившиеся признаки.

Любое скрещивание с рецессивным организмом называют анализирующим. Однако партнёр для такой проверки должен быть гомозиготным рецессивным, например aa: только тогда его гаметы несут один известный аллель. Проверьте генотипы родителей в условии; если он не указан или партнёр не aa, нельзя автоматически применять выводы анализирующего скрещивания.

Связь с другими темами

Для решения задач нужны знания о генах и хромосомах, аллелях, гаметах, гомозиготах и гетерозиготах, а также о мейозе. Моногибридное скрещивание становится основой для изучения дигибридного скрещивания, более сложных закономерностей наследования и вероятностных расчётов. Эти знания применяют в генетике человека, когда оценивают возможное наследование признаков и риски для потомства. Они также помогают определять генотипы организмов по результатам скрещиваний.

Что запомнить

• Моногибридное скрещивание изучает наследование одной пары альтернативных признаков.
• Доминантный аллель обозначают прописной буквой, рецессивный — строчной.
• При скрещивании AA × aa все гибриды первого поколения имеют генотип Aa.
• Гетерозиготный организм образует гаметы двух типов в равных долях.
• При скрещивании Aa × Aa генотипы потомков соотносятся как 1:2:1.
• Фенотипы потомков при полном доминировании соотносятся как 3:1.
• Анализирующее скрещивание с aa позволяет выявить неизвестный генотип организма с доминантным фенотипом.