Моно- и дигибридное скрещивание. Законы Менделя | теория по биологии 🌱 основы генетики
Создателем современной генетики считается австрийский биолог, ботаник и монах Грегор Мендель. Свои исследования Г. Мендель проводил на горохе. Ученый использовал гибридологический метод. Вы, наверное, сталкивались с понятием «гибрид», его часто указывают на упаковках семян. Гибрид – потомство, полученное в результате скрещивания особей, отличных по одному или нескольким признакам. На рынке можно встретить инжирный персик, а в животноводстве – мула (гибрид лошади и осла). Самцы мула стерильны и потомства не приносят.
Вернемся к Грегору Менделю и гороху. Как говорилось ранее, он использовал в своих опытах горох, но не любой, а только чистые линии – группы организмов, имеющих некоторые признаки, которые полностью передаются потомству в силу генетической однородности всех особей. В качестве такого признака был выбран цвет горошин: одна линия была только зеленая во всех поколениях, а друга – желтая.
Таким образом Мендель скрещивал разные родительские особи гороха и далее подсчитывал результаты по некоторым признакам: количество гороха с желтой/зеленой кожурой, гладкие горошины и морщинистые, карликовое растение/нормальное/высокое и так далее. Ученый использовал 22 чистых линии и около 10.000 растений бобового.
Моногибридное скрещивание
Такое скрещивание было выбрано первым для опытов. Моногибридное скрещивание – скрещивание особей, отличающихся друг от друга лишь одним признаком. Ген, в котором заключена информация об этом одном из признаков называется аллельным геном или аллелью.
В зависимости от комбинации генов в паре, организм может быть гомозиготным или гетерозиготным. В первом случае оба гена несут одну разновидность признака, во втором – две разные. Гомозиготами будут являться горох, оба аллели которого несут окраску только желтого или только зеленого цвета. Гетерозиготами – те, у которых один ген несет желтый цвет, а другой – зеленый.
Есть доминантные и рецессивные гены. Первые преобладают, вторые – подавляются. Посмотрим на схему моногибридного скрещивания выше и разберемся в некоторых правилах записи.
Здесь мы видим 2 признака: цвет и текстуру кожуры. Разные типы признаков обозначаются разными буквами. Например, желтый – А, зеленый – В. Доминантные признаки записываются заглавными буквами, а рецессивные – строчными. Один ген аллели – одна буква.
Исходя из этого, монозиготы могут быть либо аа (рецессивная гомозигота), либо АА (доминантная монозигота).
Запись начинается с родителей, в задачах пишется «Р:» и перечисляются предки. Между ними ставится знак скрещивания «х».
Следующей строкой идут гаметы, обозначаются «G:» и перечисляются гаметы каждого из родителей.
Затем пишется потомство. Если это первое поколение, то «F1», если дальше, то цифра соответствует очередности. Здесь должны быть все версии потомков. Так как при скрещивании монозигот у нас были только гаметы А и а, то вариант всего один: Аа. Это гетерозигота. Так как по условию желтый цвет доминирует над зеленым, то горошины будут желтыми.
Законы Менделя
В результате такого скрещивания Мендель открыл закон единообразия гибридов первого поколения. Он гласит: при скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга только по одному признаку, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей, и поколение по этому признаку будет единообразно.
Далее Мендель продолжил изучать потомство гороха, теперь он скрестил то самое единообразное поколение.
Так Мендель вывел закон расщепления. Из него следует, что при скрещивании потомков первого поколения, во втором снова появляются особи с рецессивным признаком, эти особи составляют 1: 4 часть от всего числа потомков второго поколения.
Фенотип – внешнее проявление признака.
Исходя из этого же скрещивания, Мендель вывел еще один закон. Закон чистоты гамет: при образовании гамет в каждую пару попадает только один из двух «элементов наследственности», отвечающих за данный признак. На эту мысль его натолкнуло именно появление одной части зеленых горошин. Мендель сделал выводы о том, что гены из пары не пропадают бесследно, а передаются в следующее поколение.
Ранее мы говорили о том, что доминирующий признак подавляет рецессивный. Если у гороха генотип Аа, где доминирующий цвет желтый, то горошины будут этого цвета. Однако, все не всегда так однозначно.
Если скрестить пурпурные и белые цветы ночной красавицы, то гетерозиготное потомство приобретет отличный от родителей цвет: розовый. По закону неполного доминирования при скрещивании доминантной и рецессивной гомозигот, все особи в потомстве проявят либо признаки родителей, либо промежуточный признак.
Если скрещиваются организмы, отличающиеся друг от друга не по одному признаку (моногибридное), а по двум, то скрещивание называется дигибридным.
Для своих опытов в этом направлении Мендель взял горох двух цветов и двух фактур.
Независимое наследование признаков
Родители были доминантной и рецессивной гомозиготами. В первом поколении горошины желтые и гладкие, гетерозиготы. Так как при скрещивании двух гетерозигот по обоим признакам от каждого родителя по 4 варианта гамет, то удобно воспользоваться решеткой Пеннета. Для этого гаметы одного родителя записывают по горизонтали, а второго – по вертикали. Затем на пересечениях заполняются ячейки решетки.
Если пересчитать количество потомков каждого фенотипа, то получится следующее:
1 шт. – зеленый морщинистый
Так Мендель пришел к закону независимого наследования признаков, из которого следует, что при дигибридном скрещивании гены и признаки, за которые отвечают эти гены, наследуются независимо друг от друга.
Задание ollbio09101120172018в2 У одного из представителей семейства Колокольчиковые (Campanulaceae) – платикодона крупноцветкового (Platycodon grandiflorum) пентамерные цветки, состоящие из круга чашелистиков, круга лепестков, круга тычинок и круга плодолистиков (см. рис.). Иногда среди платикодонов можно найти махровые цветки, у которых на месте тычинок развиваются лепестки. А. Нарисуйте диаграмму махрового цветка платикодона. На диаграмме обозначьте части цветка. Предложите для него формулу. Б. Предположим, что в природной популяции платикодона крупноцветкового возникла форма с махровыми цветками (по остальным признакам форма не отличается от нормы). Образование махровых цветков определяется одной рецессивной мутацией. Ученые пересадили из природы на экспериментальный участок два мутантных и одно нормальное растение. Считая, что при опылении пыльца всех особей смешивается, пыльца из природных популяций не попадает на участок, и при этом возможно самоопыление, рассчитайте, каким может быть расщепление в потомстве первого поколения по генотипам и фенотипам. В. Далее среди потомков первого поколения выбрали только те растения, у которых цветки нормальные, а остальные убрали с участка до опыления. С оставленных растений собрали семена и посеяли. Каким может оказаться расщепление среди потомков второго поколения по генотипу и фенотипу?
А. Опираясь на рисунок, мы видим, что чашелистики изображены свободными, тогда как все лепестки срослись. Пять тычинок свободные, а плодолистиков три, и они также срослись. (У Колокольчиковых завязь нижняя, но это не принципиально для дальнейшего решения.) Можно предложить следующую формулу для типичного цветка в сем. Колокольчиковые: * Ч5 Л(5) Т5 П( — 3) или * Ca5 Co(5) A5 G( — 3) . Поскольку у махровых форм происходит замена тычинок на лепестки, в формуле вместо тычинок нужно указать дополнительный круг лепестков: * Ч5 Л(5)+(5) П( — 3) или * Ca5 Co(5)+(5) G( — 3) . 
При построении диаграммы должны выполняться следующие принципы: 1. Органы в круге располагаются друг относительно друга под углом 360 : 5 = 72 градуса. 2. В двух соседних кругах органы должны чередоваться, т.е. положение медианы каждого органа должно приходиться строго на промежуток между органами предыдущего круга. Для пентамерного цветка между органами в соседних кругах угол должен составлять 36 градусов. На рисунке видно, что плодолистики (поскольку из три) не могут правильно чередоваться с пятью тычинками. 3. Если рассматривать органы через круг, то их медианы должны находиться друг напротив друга (органы противолежат). 4. Центром цветка считается центр завязи. Поэтому при проверке расположения органов в цветке все линии будут проводиться через центр завязи и центральную (медианную) жилку органа. 5. На рисунке показан цветок с центрально-угловой плацентацией (гинецей синкарпный). Между гнездами завязи находятся перегородки (септы). Для плодолистика медианой считается линия, делящая угол между септами ровно пополам. Б. Обозначим ген, отвечающий за проявление махровости как А. Поскольку мы знаем, что махровость цветков определяется рецессивной мутацией по этому гену, генотип махровых растений может быть только аа. Взятое из природы нормальное растение могло оказаться как гомозиготой АА, так и носителем рецессивного аллеля Аа. Поэтому возможно два варианта расщепления среди потомков. Из природы были взяты два махровых и одно немахровое растение, и по семенной продуктивности все три растения одинаковы, следовательно, 2/3 семян будет собрано с махровых, и 1/3 – с немахровых растений. Однако пыльцу может образовать только растение с немахровыми цветками. Вариант 1. Немахровое растение – гомозигота АА. 
Тогда среди потомков в данном скрещивании должно оказаться: 1/3 (≈33.3%) АА 2/3 (≈66.7%) Аа или 1 АА : 2 Аа По фенотипу все потомки окажутся немахровыми. Вариант 2. Немахровое растение – гетерозигота Аа. Среди женских гамет соотношение вклад каждого из растений останется прежним, т.е. 2/3 от всех аллелей а придут от махровых растений. Среди оставшихся 1/3 женских гамет 1/6 будет нести аллель а, и еще 1/6 – аллель А. Таким образом, соотношение среди женских гамет будет 5/6 а и 1/6 А. Среди мужских гамет 1/2 будет нести аллель А, и еще 1/2 – аллель а. 
Таким образом, среди потомков первого поколения возможно следующее расщепление по генотипам: 1/12 АА (≈8.3%) 6/12=1/2 Аа (50.0%) 5/12 аа (≈41.7%) 1 АА : 6 Аа : 5 аа По фенотипам: 7/12 (≈50.3%) немахровых 5/12 (≈41.7%) махровых 7 немахровых : 5 махровых В. В первом варианте скрещивания махровых растений не окажется. Рассчитаем доли потомков по генотипам и фенотипам во втором поколении. 1/3 (≈33.3%) АА дадут только гаметы А, тогда как 2/3 растений с генотипом Аа дадут половину гамет А и вторую половину гамет а. Таким образом, суммарно гамет А в популяции окажется 2/3, и 1/3 гамет, несущих аллель а. 
Таким образом, среди потомков второго поколения возможно следующее расщепление по генотипам: 4/9 АА (≈44.4%) 4/9 Аа (44.4%) 1/9 аа (≈11.1%) 4 АА : 4 Аа : 1 аа По фенотипам: 8/9 (≈88.9%) немахровых 1/9 (≈11.1%) махровых 8 немахровых : 1 махровых. Во втором случае (из природы было взято гетерозиготное немахровое растение) после того, как мы удалим все махровые растения, останется 1/7 АА (≈14.3%) и 6/7 Аа (≈85.7%). Последние дадут половину гамет А (3/7) и половину гамет а (3/7). Суммарная доля гамет А составит 4/7. Тогда: 
Во втором случае расщепление среди потомков второго поколения будет: по генотипам: 16/49 АА (≈32.6%) 24/49 Аа (≈49.0%) 9/49 аа (≈18.4%) 25 АА : 30 Аа : 9 аа По фенотипам: 40/49 (≈81.6%) немахровых 9/49 (≈18.4%) махровых 40 немахровых : 9 махровых.
Задание ollbio02101120172018в2 Грегор Мендель исследовал признаки формы семян у гороха, и выяснил, что гладкая форма доминирует над морщинистой. В этом случае различие вызвано тем, что: А. У морщинистых семян замедлен процесс образования крахмала, а у гладких – нет; Б. У морщинистых семян при созревании разрушается хлорофилл, а у гладких не разрушается; В. Семенная кожура у морщинистых семян слишком плотная, она не расправляется по мере развития зародыша; Г. У морщинистых семян накапливается слишком много воды, и они сморщиваются при созревании; Д. В морщинистых семенах при созревании часть белков разрушается, а в гладких – нет.
- Разберемся, какие признаки доминантные, какие рецессивные. Высокое скрестили с низким, все потомство получилось высоким. Значит, высокий – доминантный, низкий – рецессивный. Шероховатый скрестили с гладким, все получилось гладким. Значит, шероховатый – рецессивный, гладкий – доминантный. Можем составить табличку «ген – признак»:
- Определим генотипы родительских особей. Высокое растение может быть либо АА, либо Аа. Низкое – только аа. Так как в результате скрещивания получились потомки только высокие, значит, родительская особь с высоким стеблем была АА (иначе были бы и низкорослые растения аа). Аналогичная ситуация с гладкостью/шероховатостью. Один родитель будет рецессивная гомозигота по этому признаку, а второй – доминантная.
- P1: ♀ААвв х ♂ааВВ
АаВв – Высокий, гладкий эндосперм.
Источник