16. Первый закон Менделя

Определения и обозначения

Моногибридное скрещивание — скрещивание организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков, например по окраске семян. «Моно» означает, что в задаче отслеживают только одну пару признаков, а не все особенности организма сразу. Такое ограничение позволяет разобрать, как наследуется один признак.

Доминантный признак — вариант признака, который проявляется у гибрида, если в его генотипе есть соответствующий доминантный аллель. В записи аллели обычно обозначают большой буквой, например A. Это обозначение помогает увидеть, какой вариант будет наблюдаться у потомка при сочетании разных аллелей.

Рецессивный признак — вариант, который не проявляется у гетерозиготы, если рядом находится доминантный аллель. Его обычно обозначают маленькой буквой, например a. Такой признак не исчезает: аллель сохраняется в генотипе и может перейти потомству.

Закон единообразия гибридов первого поколения гласит: при скрещивании гомозиготных родителей, различающихся по одной паре признаков, все гибриды F₁ единообразны. Гомозигота имеет два одинаковых аллеля, например AA или aa; гибриды в описанной схеме получают Aa. Закон нужен, чтобы по генотипам родителей предсказать, какими будут их потомки.

Как это устроено

Для опыта Мендель выбирал растения с устойчивыми, противоположными вариантами одного признака, например с жёлтыми и зелёными семенами. Такие растения относятся к чистым линиям: при самоопылении они передают потомству тот же вариант признака. Благодаря этому результат скрещивания можно связать именно с выбранной парой признаков, а не с неизвестными различиями между растениями. Если бы родители не были устойчивыми, результат было бы труднее объяснить.

Родительские организмы чистых линий гомозиготны: у каждого есть два одинаковых аллеля рассматриваемого гена. При образовании гамет парные аллели расходятся, поэтому гамета получает только один из них. Растение AA образует гаметы A, а растение aa — гаметы a. Это объясняет, почему в схеме не записывают оба родительских аллеля внутри одной гаметы.

Рассмотрим скрещивание AA × aa. Все гаметы первого родителя несут A, а второго — a, поэтому при оплодотворении возможна только одна комбинация: Aa. Каждая зигота получает один аллель от каждого родителя, и все потомки F₁ оказываются гетерозиготами с одинаковым генотипом. Иных сочетаний в этом скрещивании не возникает, поскольку родители образуют по одному варианту гамет.

У каждого гибрида Aa есть и доминантный, и рецессивный аллель, но проявляется доминантный признак. При полном доминировании он определяет наблюдаемый вариант признака у гетерозиготы, а рецессивный аллель не может проявиться при его наличии. Поэтому одинаковый генотип Aa приводит к одинаковому фенотипу — совокупности наблюдаемых признаков. Рецессивный аллель при этом остаётся в наследственном наборе гибрида.

Первый закон применяют, когда родители гомозиготны и различаются по одной паре альтернативных признаков. При этих условиях все F₁ получают одинаковый генотип, а при полном доминировании имеют одинаковый фенотип с доминантным признаком. Именно сочетание единообразия генотипа и внешнего проявления объясняет название закона. Если родители не гомозиготны или рассматривается несколько пар признаков, эту схему нельзя переносить автоматически.

Моногибридное скрещивание гомозиготных родителей

Начинайте заполнять схему с генотипов родителей, а затем укажите, какой один аллель попадает в гамету каждого из них. Сочетание этих аллелей даёт генотипы потомков. Последний столбец заполняют с учётом того, какой признак доминирует.

Разбор задач

Задача 1. У гороха жёлтая окраска семян доминирует над зелёной. Скрестили гомозиготные растения с жёлтыми и зелёными семенами. Определите генотипы и окраску семян потомков F₁.

1. Обозначим аллель жёлтой окраски A, а аллель зелёной — a. Жёлтое гомозиготное растение имеет генотип AA, зелёное — aa.
2. Запишем родительское скрещивание: AA × aa. Первый родитель образует гаметы A, второй — гаметы a.
3. В каждой зиготе соединяются A и a, поэтому все потомки имеют генотип Aa. Поскольку жёлтая окраска доминирует, семена F₁ будут жёлтыми.

Ответ: все растения F₁ имеют генотип Aa и жёлтые семена.

Задача 2. У растения высокий стебель доминирует над низким. Запишите скрещивание чистых линий и укажите гаметы родителей и генотип потомков F₁.

1. Обозначим аллель высокого стебля T, низкого — t. Чистая линия с высоким стеблем имеет генотип TT, а с низким — tt.
2. Запишем скрещивание TT × tt. Гомозиготный родитель TT образует гаметы T, а родитель tt — гаметы t.
3. При оплодотворении каждый потомок получает сочетание Tt. Все гибриды имеют одинаковый генотип, а высокий стебель проявляется как доминантный признак.

Ответ: родители TT и tt образуют гаметы T и t; все растения F₁ имеют генотип Tt.

Задача 3. При скрещивании двух чистых линий все растения F₁ оказались с красными цветками. Красная окраска доминирует над белой. Родители различались по окраске; установите возможные генотипы родителей и гибридов.

1. Раз растения были чистыми линиями и различались по окраске, один родитель имел красные цветки, а другой — белые. Обозначим доминантный аллель красной окраски R, рецессивный аллель белой — r.
2. Красный родитель-гомозигота имеет генотип RR, белый — rr. Их гаметы несут соответственно R и r.
3. Все гибриды получают генотип Rr. Красные цветки у каждого F₁ показывают, что в этой паре аллелей доминирует R.

Ответ: возможное скрещивание — RR × rr; генотип всех гибридов F₁ — Rr, цветки красные.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что рецессивный аллель исчезает у гибридов F₁. Обычно так думают, потому что в фенотипе виден только доминантный признак. Проверьте генотип: у гибрида Aa рецессивный аллель a записан и сохраняется, хотя не проявляется.

Ошибка: считать доминантный признак более сильным или полезным. Слово «доминантный» может звучать как оценка, но оно описывает лишь проявление аллеля в гетерозиготе. Чтобы проверить себя, спросите: речь идёт о наследовании или о пользе признака? Закон не позволяет судить о том, полезен ли вариант.

Ошибка: записывать в гамету оба аллеля организма. Это происходит, если забыть, что парные аллели расходятся при образовании половых клеток. Гамета несёт только один аллель из пары: от AA — A, от Aa — A или a. Перед завершением схемы проверьте каждую гамету отдельно.

Ошибка: применять закон единообразия к любому скрещиванию. Единообразие F₁ в классической схеме связано с тем, что родители гомозиготны и различаются по одной паре альтернативных признаков. Если забыть эти условия, можно ошибочно предсказать одинаковое потомство. Перед решением укажите генотипы родителей и число рассматриваемых пар признаков.

Связь с другими темами

Для понимания закона нужны знания о генах, аллелях, признаках, гаметах и оплодотворении: они объясняют, откуда у потомка берётся пара аллелей. Закон единообразия становится основой для изучения второго закона Менделя, где рассматривают расщепление признаков во втором поколении. Схемы скрещивания используют и в задачах на наследование, чтобы от генотипов родителей последовательно перейти к возможным генотипам и признакам потомства.

Что запомнить

• Первый закон Менделя называют законом единообразия гибридов первого поколения.
• В классическом моногибридном опыте скрещивают гомозиготных родителей, различающихся по одной паре признаков.
• Каждая гамета несёт один аллель из пары.
• При скрещивании AA × aa все гибриды F₁ имеют генотип Aa.
• У гибридов F₁ проявляется доминантный признак.
• Рецессивный аллель у гибридов сохраняется, даже если соответствующий признак не проявляется.