Основные понятия генетики егэ

Генетика и селекция

Генетика — наука, изучающая наследственность и изменчивость организмов.
Наследственность — способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, функций, развития).
Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки. Наследственность и изменчивость — два противоположных, но взаимосвязанных свойства организма.

Наследственность

Доминантные и рецессивные признаки у человека

Признаки
доминантные	рецессивные
Карликовость	Нормальный рост
Полидактилия (многопалость)	Норма
Курчавые волосы	Прямые волосы
Не рыжие волосы	Рыжие волосы
Раннее облысение	Норма
Длинные ресницы	Короткие ресницы
Крупные глаза	Маленькие глаза
Карие глаза	Голубые или серые глаза
Близорукость	Норма
Сумеречное зрение (куриная слепота)	Норма
Веснушки на лице	Отсутствие веснушек
Нормальная свёртываемость крови	Слабая свёртываемость крови (гемофилия)
Цветовое зрение	Отсутствие цветового зрения (дальтонизм)

Доминантный аллель — аллель, определяющий доминантный признак. Обозначается латинской прописной буквой: А, B, С, … .
Рецессивный аллель — аллель, определяющий рецессивный признак. Обозначается латинской строчной буквой: а, b, с, … .
Доминантный аллель обеспечивает развитие признака как в гомо-, так и в гетерозиготном состоянии, рецессивный аллель проявляется только в гомозиготном состоянии.
Гомозигота и гетерозигота. Организмы (зиготы) могут быть гомозиготными и гетерозиготными.
Гомозиготные организмы имеют в своем генотипе два одинаковых аллеля — оба доминантные или оба рецессивные (АА или аа).
Гетерозиготные организмы имеют один из аллелей в доминантной форме, а другой — в рецессивной (Аа).
Гомозиготные особи не дают расщепления в следующем поколении, а гетерозиготные дают расщепление.
Разные аллельные формы генов возникают в результате мутаций. Ген может мутировать неоднократно, образуя много аллелей.
Множественный аллелизм — явление существования более двух альтернативных аллельных форм гена, имеющих различные проявления в фенотипе. Два и более состояний гена возникают в результате мутаций. Ряд мутаций вызывает появление серии аллелей (А, а1, а2, …, аn и т. д.), которые находятся в разных доминантно-рецессивных отношениях друг к другу.
Генотип — совокупность всех генов организма.
Фенотип — совокупность всех признаков организма. К ним относятся морфологические (внешние) признаки (цвет глаз, окраска цветков), биохимические (форма молекулы структурного белка или фермента), гистологические (форма и размер клеток), анатомические и т. д. С другой стороны, признаки можно разделить на качественные (цвет глаз) и количественные (масса тела). Фенотип зависит от генотипа и условий внешней среды. Он развивается в результате взаимодействия генотипа и условий внешней среды. Последние в меньшей степени влияют на качественные признаки и в большей степени — на количественные.
Скрещивание (гибридизация). Одним из основных методов генетики является скрещивание, или гибридизация.
Гибридологический метод — скрещивание (гибридизация) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам.
Гибриды — потомки от скрещиваний организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам.
В зависимости от числа признаков, по которым различаются между собой родители, выделяют разные виды скрещивания.
Моногибридное скрещивание — скрещивание, при котором родители различаются только по одному признаку.
Дигибридное скрещивание — скрещивание, при котором родители различаются по двум признакам.
Полигибридное скрещивание — скрещивание, при котором родители различаются по нескольким признакам.
Для записи результатов скрещиваний используются следующие общепринятые обозначения:
Р — родители (от лат. parental — родитель);
F — потомство (от лат. filial — потомство): F₁ — гибриды первого поколения — прямые потомки родителей Р; F₂ — гибриды второго поколения — потомки от скрещивания между собой гибридов F₁ и т. д.
♂ — мужская особь (щит и копьё — знак Марса);
♀ — женская особь (зеркало с ручкой — знак Венеры);
X — значок скрещивания;
: — расщепление гибридов, разделяет цифровые соотношения отличающихся (по фенотипу или генотипу) классов потомков.
Гибридологический метод был разработан австрийским естествоиспытателем Г. Менделем (1865). Он использовал самоопыляющиеся растения гороха садового. Мендель провёл скрещивание чистых линий (гомозиготных особей), отличающихся друг от друга по одному, двум и более признакам. Им были получены гибриды первого, второго и т. д. поколений. Полученные данные Мендель обработал математически. Полученные результаты были сформулированы в виде законов наследственности.

Законы Г. Менделя

Первый закон Менделя. Г. Мендель скрестил растения гороха с жёлтыми семенами и растения гороха с зелёными семенами. И те и другие были чистыми линиями, то есть гомозиготами.

Первый закон Менделя — закон единообразия гибридов первого поколения (закон доминирования): при скрещивании чистых линий у всех гибридов первого поколения проявляется один признак (доминантный).
Второй закон Менделя. После этого Г. Мендель скрестил между собой гибридов первого поколения.

Второй закон Менделя — закон расщепления признаков: гибриды первого поколения при их скрещивании расщепляются в определённом числовом соотношении: особи с рецессивным проявлением признака составляют 1/4 часть от общего числа потомков.

Расщепление — явление, при котором скрещивание гетерозиготных особей приводит к образованию потомства, часть которого несёт доминантный признак, а часть — рецессивный. В случае моногибридного скрещивания это соотношение выглядит следующим образом: 1АА:2Аа:1аа, то есть 3:1 (в случае полного доминирования) или 1:2:1 (при неполном доминировании). В случае дигибридного скрещивания — 9:3:3:1 или (3:1)². При полигибридном — (3:1)ⁿ.
Неполное доминирование. Доминантный ген не всегда полностью подавляет рецессивный ген. Такое явление называется неполным доминированием. Примером неполного доминирования является наследование окраски цветков ночной красавицы.

Цитологические основы единообразия первого поколения и расщепления признаков во втором поколении состоят в расхождении гомологичных хромосом и образовании гаплоидных половых клеток в мейозе.
Гипотеза (закон) чистоты гамет гласит: 1) при образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один аллель из аллельной пары, то есть гаметы генетически чисты; 2) у гибридного организма гены не гибридизуются (не смешиваются) и находятся в чистом аллельном состоянии.
Статистический характер явлений расщепления. Из гипотезы чистоты гамет следует, что закон расщепления есть результат случайного сочетания гамет, несущих разные гены. При случайном характере соединения гамет общий результат оказывается закономерным. Отсюда следует, что при моногибридном скрещивании отношение 3:1 (в случае полного доминирования) или 1:2:1 (при неполном доминировании) следует рассматривать как закономерность, основанную на статистических явлениях. Это касается и случая полигибридного скрещивания. Точное выполнение числовых соотношений при расщеплении возможно лишь при большом количестве изучаемых гибридных особей. Таким образом, законы генетики носят статистический характер.
Анализ потомства. Анализирующее скрещивание позволяет установить, гомозиготен или гетерозиготен организм по доминантному гену. Для этого скрещивают особь, генотип которой следует определить, с особью, гомозиготной по рецессивному гену. Часто скрещивают одного из родителей с одним из потомков. Такое скрещивание называется возвратным.
В случае гомозиготности доминантной особи расщепления не произойдёт:

В случае гетерозиготности доминантной особи произойдёт расщепление:

Третий закон Менделя. Г. Мендель провёл дигибридное скрещивание растений гороха с жёлтыми и гладкими семенами и растений гороха с зелёными и морщинистыми семенами (и те и другие – чистые линии), а затем скрестил их потомков. В результате им было установлено, что каждая пара признаков при расщеплении в потомстве ведёт себя так же, как при моногибридном скрещивании (расщепляется 3:1), то есть независимо от другой пары признаков.

Третий закон Менделя — закон независимого комбинирования (наследования) признаков: расщепление по каждому признаку идёт независимо от других признаков.

Цитологической основой независимого комбинирования является случайный характер расхождения гомологичных хромосом каждой пары к разным полюсам клетки в процессе мейоза независимо от других пар гомологичных хромосом. Этот закон справедлив только в том случае, когда гены, отвечающие за развитие разных признаков, находятся в разных хромосомах. Исключения составляют случаи сцепленного наследования.

Сцепленное наследование. Нарушение сцепления

Развитие генетики показало, что не все признаки наследуются в соответствии с законами Менделя. Так, закон независимого наследования генов справедлив только для генов, расположенных в разных хромосомах.
Закономерности сцепленного наследования генов были изучены Т. Морганом и его учениками в начале 20-х гг. XX в. Объектом их исследований являлась плодовая мушка дрозофила (срок её жизни невелик, и за год можно получить несколько десятков поколений, её кариотип составляют всего четыре пары хромосом).
Закон Моргана: гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются преимущественно вместе.
Сцепленные гены — гены, лежащие в одной хромосоме.
Группа сцепления — все гены одной хромосомы.
В некотором проценте случаев сцепление может нарушаться. Причина нарушения сцепления — кроссинговер (перекрёст хромосом) — обмен участками хромосом в профазе I мейотического деления. Кроссинговер приводит к генетической рекомбинации. Чем дальше друг от друга расположены гены, тем чаще между ними происходит кроссинговер. На этом явлении основано построение генетических карт — определение последовательности расположения генов в хромосоме и примерного расстояния между ними.

Генетика пола

Аутосомы — хромосомы, одинаковые у обоих полов.
Половые хромосомы (гетерохромосомы) — хромосомы, по которым мужской и женский пол отличаются друг от друга.
В клетке человека содержится 46 хромосом, или 23 пары: 22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом. Половые хромосомы обозначают как X- и Y-хромосомы. Женщины имеют две X-хромосомы, а мужчины одну Х- и одну Y-хромосому.
Существует 5 типов хромосомного определения пола.

Типы хромосомного определения пола

Тип	Примеры
♀ XX, ♂ ХY	Характерен для млекопитающих (в том числе и для человека), червей, ракообразных, большинства насекомых (в том числе для дрозофил), большинства земноводных, некоторых рыб
♀ ХY, ♂ XX	Характерен для птиц, пресмыкающихся, некоторых земноводных и рыб, некоторых насекомых (чешуекрылые)
♀ XX, ♂ Х0	Встречается у некоторых насекомых (прямокрылые); 0 обозначает отсутствие хромосом
♀ Х0, ♂ XX	Встречается у некоторых насекомых (равнокрылые)
гапло-диплоидный тип (♀ 2n, ♂ n)	Встречается, например, у пчёл и муравьёв: самцы развиваются из неоплодотворённых гаплоидных яйцеклеток (партеногенез), самки — из оплодотворённых диплоидных.

Наследование, сцепленное с полом — наследование признаков, гены которых находятся в Х- и Y-хромосомах. В половых хромосомах могут находиться гены, не имеющие отношения к развитию половых признаков.
При сочетании XY большинство генов, находящихся в X-хромосоме, не имеют аллельной пары в Y-хромосоме. Также гены, расположенные в Y-хромосоме, не имеют аллелей в X-хромосоме. Такие организмы называются гемизиготными. В этом случае проявляется рецессивный ген, имеющийся в генотипе в единственном числе. Так X-хромосома может содержать ген, вызывающий гемофилию (пониженную свёртываемость крови). Тогда все мужские особи, получившие эту хромосому, будут страдать этим заболеванием, так как Y-хромосома не содержит доминантного аллеля.

Генетика крови

По системе АВ0 у людей 4 группы крови. Группа крови определяется геном I. У человека группу крови обеспечивают три гена IА, IВ, I0. Два первых кодоминантны по отношению друг к другу, и оба доминантны по отношению к третьему. В результате у человека по генетике 6 групп крови, а по физиологии — 4.

I группа	0	I0I0	гомозигота
II группа	А	IАIА	гомозигота
IАI0	гетерозигота
III группа	В	IВIВ	гомозигота
IВI0	гетерозигота
IV группа	АВ	IАIВ	гетерозигота

У разных народов соотношение групп крови в популяции различно.

Распределение групп крови по системе АВ0 у разных народов,%

Народность	0 (I)	A (II)	B (III)	AB (IV)
Австралийцы	54,3	40,3	3,8	1,6
Англичане	43,5	44,7	8,6	3,2
Арабы	44	33	17,7	5,3
Венгры	29,9	45,2	17	7,9
Голландцы	46,3	42,1	8,5	3,1
Индийцы	30,2	24,5	37,2	8,1
Китайцы	45,5	22,6	25	6,9
Русские	32,9	35,8	23,2	8,1
Японцы	31,1	36,7	22,7	9,5

Кроме того, кровь разных людей может отличаться резус-фактором. Кровь может иметь положительный резус-фактор (Rh⁺) или отрицательный резус-фактор (Rh^—). У разных народов это соотношение различается.

Распределение резус-фактора у разных народов,%

Народность	Резус-положительные	Резус-отрицательные
Австралийские аборигены	100	0
Американские индейцы	90–98	2–10
Арабы	72	28
Баски	64	36
Китайцы	98–100	0–2
Мексиканцы	100	0
Норвежцы	85	15
Русские	86	14
Эскимосы	99–100	0–1
Японцы	99–100	0–1

Резус-фактор крови определяет ген R. R⁺ дает информацию о выработке белка (резус-положительный белок), а ген R^– не даёт. Первый ген доминирует над вторым. Если Rh⁺ кровь перелить человеку с Rh^– кровью, то у него образуются специфические агглютинины, и повторное введение такой крови вызовет агглютинацию. Когда у Rh^– женщины развивается плод, унаследовавший у отца положительный резус, может возникнуть резус-конфликт. Первая беременность, как правило, заканчивается благополучно, а повторная — заболеванием ребёнка или мертворождением.

Взаимодействие генов

Генотип — это не просто механический набор генов. Это исторически сложившаяся система из взаимодействующих между собой генов. Точнее, взаимодействуют не сами гены (участки молекул ДНК), а образуемые на их основе продукты (РНК и белки).
Взаимодействовать могут как аллельные гены, так и неаллельные.
Взаимодействие аллельных генов: полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование.
Полное доминирование — явление, когда доминантный ген полностью подавляет работу рецессивного гена, в результате чего развивается доминантный признак.
Неполное доминирование — явление, когда доминантный ген не полностью подавляет работу рецессивного гена, в результате чего развивается промежуточный признак.
Кодоминирование (независимое проявление) — явление, когда в формировании признака у гетерозиготного организма участвуют обе аллели. У человека серией множественных аллелей представлен ген, определяющий группу крови. При этом гены, обусловливающие группы крови А и B, являются кодоминантными по отношению друг к другу, и оба доминантны по отношению к гену, определяющему группу крови 0.
Взаимодействие неаллельных генов: кооперация, комплементарность, эпистаз и полимерия.
Кооперация — явление, когда при взаимном действии двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых имеет своё собственное фенотипическое проявление, происходит формирование нового признака.
Комплементарность — явление, когда признак развивается только при взаимном действии двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых в отдельности не вызывает развитие признака.
Эпистаз — явление, когда один ген (как доминантный, так и рецессивный) подавляет действие другого (неаллельного) гена (как доминантного, так и рецессивного). Ген-подавитель (супрессор) может быть доминантным (доминантный эпистаз) или рецессивным (рецессивный эпистаз).
Полимерия — явление, когда несколько неаллельных доминантных генов отвечают за сходное воздействие на развитие одного и того же признака. Чем больше таких генов присутствует в генотипе, тем ярче проявляется признак. Явление полимерии наблюдается при наследовании количественных признаков (цвет кожи, вес тела, удойность коров).
В противоположность полимерии наблюдается такое явление, как плейотропия — множественное действие гена, когда один ген отвечает за развитие нескольких признаков.

Хромосомная теория наследственности

Основные положения хромосомной теории наследственности:

• ведущую роль в наследственности играют хромосомы;
• гены расположены в хромосоме в определённой линейной последовательности;
• каждый ген расположен в определённом месте (локусе) хромосомы; аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах;
• гены гомологичных хромосом образуют группу сцепления; число их равно гаплоидному набору хромосом;
• между гомологичными хромосомами возможен обмен аллельными генами (кроссинговер);
• частота кроссинговера между генами пропорциональна расстоянию между ними.

Нехромосомное наследование

Согласно хромосомной теории наследственности ведущую роль в наследственности играют ДНК хромосом. Однако ДНК содержатся также в митохондриях, хлоропластах и в цитоплазме. Нехромосомные ДНК называются плазмидами. Клетки не имеют специальных механизмов равномерного распределения плазмид в процессе деления, поэтому одна дочерняя клетка может получить одну генетическую информацию, а вторая — совершенно другую. Наследование генов, содержащихся в плазмидах, не подчиняется менделевским закономерностям наследования, а их роль в формировании генотипа ещё мало изучена.

Основные понятия и термины современной генетики

Генетика (от греч. «генезис» — происхождение) — наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов.

Генетика человека — раздел генетики, в котором изучается применение законов наследственности и изменчивости к человеку с учётом его специфических особенностей как биологического и социального существа.

Наследственность – свойство организмов повторять в ряду поколений сходные признаки и обеспечивать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях среды.

Изменчивость – способность организмов изменять свои признаки и свойства (давать отклонения в признаках под действием внешних и внутренних факторов среды).

Модификационная (ненаследственная) изменчивость — это изменчивость фенотипа, которая является реакцией конкретного генотипа на изменившиеся условия среды и не затрагивает генотип организма.

Генотипическая (наследственная) изменчивость —  изменчивость, возникающая в результате новых генетических комбинаций, в результате 

— либо полового размножения, кроссинговера и других перестроек на хромосомном уровне (комбинативная изменчивость)

— либо под влиянием мутаций (мутационная изменчивость).

Комбинативная изменчивость — изменчивость, которая возникает вследствие рекомбинации генов во время слияния гамет. Основные причины:

• независимое расхождение хромосом во время мейоза;
• случайная встреча половых гамет, а вследствие этого и сочетания хромосом во время оплодотворения;
• рекомбинация генов вследствие кроссинговера.

Мутационная изменчивость — наследственная изменчивость генотипа, вызванная действием на организм мутагенов, вследствие чего возникают мутации (реорганизация репродуктивных структур клетки). Мутагены бывают физические, химические и биологические.

Мутагенный фактор (мутаген) — фактор, вызывающий мутацию. Существуют естественные (природные) и искусственные (вызванные человеком) мутагенные факторы.

Генные мутации — изменения, возникающие вследствие перестройки генов в молекуле ДНК чаще всего при замене одного или нескольких нуклеотидов в пределах гена.

Геномные мутации — изменения числа хромосом.

Хромосомные мутации — изменения структуры хромосом.

Цитоплазматическая наследственность — внеядерная наследственность, которая осуществляется с помощью молекул ДНК, расположенных в пластидах и митохондриях.

Ген (от греч. «генос»-рождение)- структурно-функциональная единица наследственности, это участок молекулы ДНК, отвечающий за один признак, т. е. кодирующий информацию о структуре определенной молекулы белка (полипептида)

Генетический код – это единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов о структуре белка. Генетический код основан на использовании алфавита, состоящего всего из четырех букв-нуклеотидов, отличающихся азотистыми основаниями: А, Т, Г, Ц.

Из четырех нуклеотидов  — А Т Г Ц, комбинируя их по три, можно составить 43=64 триплета. Из 64 триплетов три являются бессмысленными, или «нонсенс-триплетами» — они не шифруют аминокислоту; при считывании информации на уровне м-РНК выполняют функцию стоп-кодонов – триплеты АТТ, АЦТ, АТЦ (в м-РНК им соответствуют кодоны УАА, УГА, УАГ). Остальные триплеты (61) кодируют аминокислоты.

Свойства генетического кода:

1. Генетический код триплетен. Триплет (кодон) — последовательность трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту. Поскольку в состав белков входит 20 аминокислот, то очевидно, что каждая из них не может кодироваться одним нуклеотидом (поскольку в ДНК всего четыре типа нуклеотидов, то в этом случае 16 аминокислот остаются незакодированными). Двух нуклеотидов для кодирования аминокислот также не хватает, поскольку в этом случае могут быть закодированы только 16 аминокислот. Значит, наименьшее число нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту, оказывается равным трем. (В этом случае число возможных триплетов нуклеотидов составляет 43 = 64).

2. Избыточность (вырожденность) кода является следствием его триплетности и означает то, что одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (поскольку аминокислот 20, а триплетов — 64). Исключение составляют метионин и триптофан, которые кодируются только одним триплетом. Кроме того, некоторые триплеты выполняют специфические функции. Так, в молекуле иРНК три из них УАА, УАГ, УГА — являются терминирующими кодонами, т. е. стоп-сигналами, прекращающими синтез полипептидной цепи. Триплет, соответствующий метионину (АУГ), стоящий в начале цепи ДНК,   не кодирует аминокислоту, а выполняет функцию инициирования (возбуждения) считывания.

3. Специфичность (однозначность). Одновременно с избыточностью коду присуще свойство однозначности, которое означает, что каждому кодону соответствует только одна определенная аминокислота.

4. Код коллинеарен, т.е. последовательность нуклеотидов в гене точно соответствует последовательности аминокислот в белке.

5. Генетический код неперекрываем и компактен, т. е. не содержит «знаков препинания». Это значит, что процесс считывания не допускает возможности перекрывания колонов (триплетов), и, начавшись на определенном кодоне, считывание идет непрерывно триплет за триплетом вплоть до стоп-сигналов (терминирующих кодонов). Например, в иРНК следующая последовательность азотистых оснований АУГГУГЦУУААУГУГ будет считываться только такими триплетами: АУГ, ГУГ, ЦУУ, ААУ, ГУГ, а не АУГ, УГГ, ГГУ, ГУГ и т. Д. или АУГ, ГГУ, УГЦ, ЦУУ и т. д. или еще каким-либо образом (допустим, кодон АУГ, знак препинания Г, кодон УГЦ, знак препинания У и Т. п.).

6. Генетический код универсален, т. е. ядерные гены всех организмов одинаковым образом кодируют информацию о белках вне зависимости от уровня организации и систематического положения этих организмов.

Геном – это совокупность генов, характерных для гаплоидного набора хромосом одного вида организма; совокупность генов и генетических элементов, определяющих все признаки организма.

Генотип – система взаимодействующих генов организма (клетки); совокупность наследственных признаков организма, полученных от родителей,- наследственная программа развития.

Геномика – наука, которая изучает структурно-функциональную организацию генома.

Генофонд – совокупность генов группы особей.

Гомологичные хромосомы (от греч. «гомос» — одинаковый) — парные хромосомы, одинаковые по форме, размерам, набору генов. В диплоидной клетке набор хромосом всегда парный: одна хромосома из пары материнского происхождения, другая — отцовского.

Локус — участок хромосомы, в котором расположен ген.

Аллели – это различные состояния гена, определяющие различные формы одного и того же признака.

Аллельные гены — гены, расположенные в одних и тех же локусах гомологичных хромосом. Контролируют развитие альтернативных признаков (доминантных и рецессивных — желтая и зеленая окраска семян гороха).

Альтернативные признаки — взаимоисключающие, контрастные признаки (окраска семян гороха желтая и зеленая).

Доминантный признак (от лат. «едоминас» — господствующий) — преобладающий признак, проявляющийся в потомстве у

гетерозиготных особей.

Рецессивный признак (от лат. «рецессус» — отступление) признак, который передается по наследству, но подавляется, не проявляясь у гетерозиготных потомков, полученных при скрещивании.

Множественный аллелизм – существование гена в виде нескольких аллелей у вида и популяции. В процессе эволюции возникает в результате изменения последовательности нуклеотидов в гене. Появляется в популяции организмов, тогда как у одного диплоидного организма существует только два аллеля одного гена. (Пример три аллеля групп крови в системе АВ0 – ІА, ІВ, І0 – у популяции, І0ІА и др. – у вида).

Зигота (от греч. «зиготе» — спаренная) — клетка, образующаяся при слиянии двух гамет (половых клеток) — женской (яйцеклетки) и мужской (сперматозоида). Содержит диплоидный (двойной) набор хромосом.

Гомозигота (от греч. «гомос» — одинаковый и зигота) зигота, имеющая одинаковые аллели данного гена (оба доминантные АА или оба рецессивные аа). Гомозиготная особь в потомстве не дает расщепления.

Гетерозигота (от греч. «гетерос» — другой и зигота) — зигота, имеющая два разных аллеля по данному гену (Аа, Вb). Гетерозиготная особь в потомстве дает расщепление по данному признаку.

Дигомозигота – организм с двумя одинаковыми парами аллельных генов (ААВВ – дигомозигота по доминантному признаку или ааbb – дигомозигота по рецессивному признаку)

Дигетерозигота — особь, гетерозиготная по двум парам аллелей. (AaBb)

Тригетерозигота – (AaBbCc) — организм, в трех локусах которого содержатся разные аллели генов.

Правило выписывания гамет: число типов гамет, образуемых организмом, определяется по формуле 2n, где n – число гетерозигот.

Кариоти́п — совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д.) полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток. Кариотипом иногда также называют и визуальное представление полного хромосомного набора (кариограммы). Термин «кариотип» был введён в 1924 году советским цитологом Г. А. Левитским

Фенотип — совокупность признаков и свойств организма, проявляющаяся при взаимодействии генотипа со средой обитания.

Гамета (от греч. «гаметес» — супруг) — половая клетка растительного или животного организма, несущая один ген из аллельной пары. Гаметы всегда несут гены в «чистом» виде, так как образуются путем мейотического деления клеток и содержат одну из пары гомологичных хромосом (имеют гаплоидный набор хромосом).

Модификация (от лат. «модификацио»-видоизменение)- ненаследственное изменение фенотипа, возникающее под влиянием факторов внешней среды в пределах нормы реакции генотипа.

Вариационный ряд — ряд модификационной изменчивости признака, слагающийся из отдельных значений видоизменений, расположенных в порядке увеличения или уменьшения количественного выражения признака (размеры листьев, число цветков в колосе, изменение окраски шерсти).

Вариационная кривая — графическое выражение изменчивости признака, отражающее как размах вариации, так и частоту встречаемости отдельных вариант.

Норма реакции — предел модификационной изменчивости признака, обусловленный генотипом. Пластичные признаки обладают широкой нормой реакции, непластичные- узкой.

«Чистые линии» — линии растений и животных, полученные в результате длительного самоопыления или близкородственного скрещивания.

Гибридологический метод – метод скрещивания. (Зная генотип организмов и гаметы, которые участвуют в оплодотворении, можно предсказать и проанализировать, что получится в потомстве).

Гибрид – особь, полученная в результате скрещивания.

Моногибридное скрещивание — скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков.

Дигибридное скрещивание — скрещивание форм, отличающихся друг от друга по двум парам альтернативных признаков.

Анализирующее скрещивание — скрещивание испытуемого организма с другим, являющимся по данному признаку рецессивной гомозиготой, что позволяет установить генотип испытуемого. Применяется в селекции растений и животных.

Моногенное наследование признаков – один признак контролируется одной парой аллелей у организма.

Полигенное наследование признаков – за один признак у организма отвечают несколько пар неаллельных генов. (Пример. Любые сложные морфологические признаки; любой фермент, состоящий из различных субъединиц, и др.)

Менделирующие признаки – признаки, наследуемые по законам Г. Менделя, т. е. моногенно и по типу полного доминирования.

Сцепленное наследование — совместное наследование генов, локализованных в одной хромосоме; гены образуют группы сцепления.

Кроссинговер (перекрест) — взаимный обмен гомологичными участками гомологичных хромосом при их конъюгации (в профазе I мейоза I), приводящий к перегруппировке исходных комбинаций генов.

Соматические клетки (др.-греч. σῶμα — тело) — клетки, составляющие тело (сому) многоклеточных организмов и не принимающие участия в половом размножении. Таким образом, это все клетки, кроме гамет.

Пол организмов — совокупность морфологических и физиологических особенностей, которые определяются в момент оплодотворения сперматозоидом яйцеклетки и зависят от половых хромосом, которые несет сперматозоид.

Аутосомы — парные хромосомы, одинаковые для мужских и женских организмов. В клетках тела человека 44 аутосомы (22 пары).

Половые хромосомы — хромосомы, по которым мужской пол отличается от женского. Половые хромосомы женского организма все одинаковы (XX) и определяют женский пол. Половые хромосомы мужского организма разные(XY): X определяет женский пол, Y-мужской пол. Поскольку все сперматозоиды образуются путем мейотического деления клеток, половина их несет Х-хро-мосомы, а половина — У-хромосомы. Вероятность получения мужского и женского пола одинакова,

Генетика популяций — раздел генетики, изучающий генотипический состав популяций. Это позволяет рассчитывать частоту мутантных генов, вероятность встречаемости их в гомо- и гетерозиготном состоянии, а также следить за накоплением в популяциях вредных и полезных мутаций. Мутации служат материалом для естественного и искусственного отбора. Данный раздел генетики был основан С. С. Четвериковым и получил дальнейшее развитие в трудах Н. П. Дубинина.

Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Наследственность и изменчивость – два противоположных свойства живых организмов, неразрывно связанные между собой. Благодаря наследственности сохраняется однородность, единство вида, а изменчивость делает вид неоднородным, создаёт предпосылки для дальнейшего видообразования. Основоположник генетики – чешский учёный Грегор Мендель, опубликовавший в 1865 г. труд «Опыты над растительными гибридами». Однако датой рождения генетики как науки является 1900 год, когда Г. Де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Австрии независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследования признаков, установленные Г. Менделем еще в 1865 году. Генетика – фундаментальная наука, изучающая процесс преемственности жизни на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях. Современная генетика является научной основой для селекции, медицины, генной инженерии, основой для понимания теории эволюции.

Наследственность — свойство организмов передавать свои признаки от одного поколения к другому.

Изменчивость — свойство организмов приобретать новые по сравнению с родителями признаки. В широком смысле под изменчивостью понимают различия между особями одного вида.

Хромосомы

Хромосомы – нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации и которые предназначены для её хранения, реализации и передачи. Хромосома эукариот образуется из единственной и чрезвычайно длинной молекулы ДНК, которая содержит линейную группу множества генов. Хромосомы прокариот — это ДНК-содержащие структуры в клетке без ядра.

Хромосома – это наиболее компактная форма наследственного материала клетки (по сравнению с нитью ДНК укорочение составляет примерно 1600 раз). У большинства эукариот ДНК скручивается до такой степени только на время деления. Хромосома может быть одинарной (из одной хроматиды) и двойной (из двух хроматид). Хроматида – это нуклеопротеидная нить, половинка двойной хромосомы.

У каждой хромосомы есть центромера (первичная перетяжка). Центромера – это место соединения двух хроматид, к центромере присоединяются нити веретена деления. По сторонам от центромеры лежат плечи хромосомы. В зависимости от места расположения центромеры хромосомы делят на:

• равноплечие (метацентрические),

• неравноплечие (субметацентрические),

• палочковидные (акроцентрические) – имеется только одно плечо.

Рисунок 1. Схема строения хромосомы в поздней профазе — метафазе митоза. 1 — хроматида; 2 —центромера; 3 — короткое плечо; 4 — длинное плечо.

Гомологичные хромосомы – пара хромосом приблизительно равной длины, с одинаковым положением центромеры и дающие одинаковую картину при окрашивании. Их гены в соответствующих (идентичных) локусах представляют собой аллельные гены — аллели, то есть кодируют одни и те же белки или РНК. При двуполом размножении одна гомологичная хромосома наследуется организмом от матери, а другая — от отца. Гомологичные хромосомы не идентичны друг другу. Они имеют один и тот же набор генов, однако они могут быть представлены как различными (у гетерозигот), так и одинаковыми (у гомозигот) аллелями, то есть формами одного и того же гена, ответственными за проявление различных вариантов одного и того же признака. Кроме того, в результате некоторых мутаций могут возникать гомологичные хромосомы, различающиеся наборами или расположением генов.

Хромосомы делятся на две группы: аутосомы и половые хромосомы. Аутосомы – парные хромосомы, одинаковые у мужских и женских организмов. Иными словами, кроме половых хромосом, все остальные хромосомы у раздельнополых организмов будут являться аутосомами. Половые хромосомы –  хромосомы, набор которых отличает мужские и женские особи. По традиции половые хромосомы в отличие от аутосом, обозначаемых порядковыми номерами, обозначаются буквами X или Y. Отсутствие половой хромосомы обозначается цифрой 0. Пол, имеющий две одинаковые половые хромосомы, продуцирует гаметы, не отличающиеся по половым хромосомам. Этот пол называется гомогаметным. У пола, определяемого набором непарных половых хромосом, половина гамет несёт одну половую хромосому, а половина гамет — другую половую хромосому. Этот пол называется гетерогаметным. У человека, как у всех млекопитающих, гомогаметный пол — женский (XX), гетерогаметный пол — мужской (XY). У птиц, напротив, гетерогаметный пол — женский (ХУ), а гомогаметный — мужской (ХХ).

Кариотип – совокупность хромосом клеток какого-либо вида растений или животных. Он характеризуется постоянным для каждого вида числом хромосом, их размеров, формы, деталей строения. Кариотип любого вида специфичен и может являться его систематическим признаком.

Рисунок 2. Кариотип мужчины.

Гены, генотип и фенотип

Ген — функционально неделимая единица генетического материала, участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или рибосомной РНК. В широком смысле ген — участок ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака.

Генотип — совокупность всех генов организма. Генотип – совокупность наследственных признаков и свойств, полученных особью от родителей, а также новых свойств, появившихся в результате мутаций генов, которых не было у родителей. Генотип складывается при взаимодействии двух геномов (яйцеклетки и сперматозоида) и представляет собой наследственную программу развития, являясь целостной системой, а не простой суммой отдельных генов.

Геном – совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом данного организма. В геноме каждый ген представлен лишь одним геном из каждой аллельной пары (только доминантным или только рецессивным).

Аллель – пара генов, определяющая признак. Аллельные гены — гены, расположенные в идентичных локусах гомологичных хромосом. Локус — местоположение гена в хромосоме.

Гомозигота – организм, имеющий аллельные гены одной молекулярной формы (оба доминантные или оба рецессивные).

Гетерозигота – организм, имеющий аллельные гены разной молекулярной формы; в этом случае один из генов является доминантным, другой — рецессивным.

Альтернативные признаки – два взаимоисключающих проявления признака (белая и пурпурная окраска цветов, жёлтая и зелёная окраска семян, гладкая и морщинистая поверхность семян, карие и голубые глаза).

Множественный аллелизм – это существование в популяции более двух аллелей данного гена. Например, наследование групп крови у человека определяется тремя аллелями одного гена: I0, IA, IB.

Рисунок 3. Определение групп крови

Рецессивный ген — аллель, определяющий развитие признака только в гомозиготном состоянии; такой признак будет называться рецессивным.

Доминантный ген — аллель, определяющий развитие признака не только в гомозиготном, но и в гетерозиготном состоянии; такой признак будет называться доминантным.

Чистая линия — группа организмов, имеющих некоторые признаки, которые полностью передаются потомству в силу генетической однородности всех особей. В случае гена, имеющего несколько аллелей, все организмы, относящиеся к одной чистой линии, являются гомозиготными по одному и тому же аллелю данного гена. Чистыми линиями часто называют сорта растений, при самоопылении дающих генетически идентичное и морфологически сходное потомство. Аналогом чистой линии у микроорганизмов является штамм. Чистые (инбредные) линии у животных с перекрестным оплодотворением получают путём близкородственных скрещиваний в течение нескольких поколений. В результате животные, составляющие чистую линию, получают одинаковые копии хромосом каждой из гомологичных пар.

Фенотип — совокупность всех признаков и свойств организма, сложившихся в процессе индивидуального развития генотипа. Сюда относятся не только внешние признаки, но и внутренние: анатомические, физиологические, биохимические. Каждая особь имеет свои особенности внешнего вида, внутреннего строения, характера обмена веществ, функционирования органов, т. е. свой фенотип, который сформировался в определённых условиях среды.

Виды взаимодействия генов

Доминирование – форма взаимоотношений между аллелями одного гена, при которой один из них (доминантный) подавляет (маскирует) проявление другого (рецессивного) и таким образом определяет проявление признака как у доминантных гомозигот, так и у гетерозигот.

При неполном доминировании гетерозиготы имеют фенотип, промежуточный между фенотипами доминантной и рецессивной гомозиготы. Например, при скрещивании чистых линий львиного зева и многих других видов цветковых растений с пурпурными и белыми цветками особи первого поколения имеют розовые цветки.

При кодоминировании у гетерозигот признаки, за которые отвечает каждый из аллелей, проявляются одновременно и в полной мере. Типичный пример кодоминирования — наследование групп крови системы АВ0 у человека. Всё потомство людей с генотипами АА (вторая группа) и ВВ (третья группа) будет иметь генотип АВ (четвертая группа). Их фенотип не является промежуточным между фенотипами родителей, так как на поверхности эритроцитов присутствуют оба агглютиногена (А и В). При кодоминировании назвать один из аллелей доминантным, а другой — рецессивным нельзя, эти понятия теряют смысл: оба аллеля в равной степени влияют на фенотип.

Правило определения количества гамет

Количество разновидностей гамет, которые даст организм, можно посчитать по следующей формуле. Количество гамет равно 2n, где n –количество пар разнородных хромосом, содержащих гетерозиготные гены. Например, тригетерозигота АаВbСс будет давать 8 типов гамет, если гены расположены в разных парах хромосом (n = 3) и только 2 типа, если гены находятся в одной паре (n = 1).

Методы генетики

Гибридологический метод

Основным является гибридологический метод — система скрещиваний, позволяющая проследить закономерности наследования признаков в ряду поколений. Впервые разработан и использован Г. Менделем. Отличительные особенности метода: 1) целенаправленный подбор родителей, различающихся по одной, двум, трем и т. д. парам контрастных (альтернативных) стабильных признаков; 2) строгий количественный учет наследования признаков у гибридов; 3) индивидуальная оценка потомства от каждого родителя в ряду поколений.

Скрещивание, при котором анализируется наследование одной пары альтернативных признаков, называется моногибридным, двух пар — дигибридным, нескольких пар —полигибридным.

Кроме гибридологического метода, в генетике используют и другие методы.

Генеалогический метод

Генеалогический метод — составление и анализ родословных. Его применяют для определения типа наследования, изучения сцепленного наследования, определения типа взаимодействия генов. Данный метод позволяет сделать прогноз вероятности проявления изучаемого признака в потомстве и используется в медико-генетическом консультировании.

Популяционно-статистический метод

Популяционно-статистический метод — изучение частот различных генов и генотипов в человеческих популяциях. Метод позволяет вычислить частоту встречаемости наследственных признаков, в т. ч. болезней, в различных местностях, среди разных рас и народностей, степень гетерозиготности и полиморфизма. Кроме того, метод позволяет установить особенности взаимодействия факторов, влияющих на распределение наследственных признаков, что позволяет определить адаптивную ценность конкретных генотипов.

Близнецовый метод

Близнецовый метод — изучение близнецов, сравнение частоты сходства по ряду признаков пар одно- и разнояйцевых близнецов. Близнецовый метод позволяет определить роль наследственности и среды в развитии различных признаков. Метод позволяет оценить роль генетического вклада, влияние воспитания и обучения в развитие сложных признаков.

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод  — изучение строения и морфологических особенностей метафазных хромосом. Цитогенетический метод используется в медико-генетическом консультировании: для изучения нормального кариотипа, для точной диагностики наследственных заболеваний, вызываемых хромосомными мутациями, для определения последствий воздействия мутагенов.

Генетическая символика

Предложена Г. Менделем, используется для записи результатов скрещиваний:

Р — родители;

F — потомство, число внизу или сразу после буквы указывает на порядковый номер поколения (F1— гибриды первого поколения — прямые потомки родителей, F2 — гибриды второго поколения — возникают в результате скрещивания между собой гибридов F1);

× — значок скрещивания;

G — гаметы;

A — доминантный ген,

а — рецессивный ген;

АА — гомозигота по доминанте,

 аа — гомозигота по рецессиву,

Аа — гетерозигота.

Закон единообразия гибридов первого поколения, или первый закон Менделя

Успеху работы Менделя способствовал удачный выбор объекта для проведения скрещиваний — различные сорта гороха.

Особенности гороха:

1) относительно просто выращивается и имеет короткий период развития;

2) имеет многочисленное потомство;

3) имеет большое количество хорошо заметных альтернативных признаков (окраска венчика — белая или красная; окраска семядолей — зеленая или желтая; форма семени — морщинистая или гладкая; окраска боба — желтая или зеленая; форма боба — округлая или с перетяжками; расположение цветков или плодов — по всей длине стебля или у его верхушки; высота стебля — длинный или короткий);

4) является самоопылителем, в результате чего имеет большое количество чистых линий, устойчиво сохраняющих свои признаки из поколения в поколение.

Опыты по скрещиванию разных сортов гороха Мендель проводил в течение восьми лет, начиная с 1854 года. 8 февраля 1865 года Г. Мендель выступил на заседании Брюннского общества естествоиспытателей с докладом «Опыты над растительными гибридами», где были обобщены результаты его работы.

Опыты Менделя были тщательно продуманы. Если его предшественники пытались изучить закономерности наследования сразу многих признаков, то Мендель свои исследования начал с изучения наследования всего лишь одной пары альтернативных признаков.

Мендель взял сорта гороха с желтыми и зелеными семенами и произвел их искусственное перекрестное опыление: у одного сорта удалил тычинки и опылил их пыльцой другого сорта. Гибриды первого поколения имели желтые семена. Аналогичная картина наблюдалась и при скрещиваниях, в которых изучалось наследование других признаков: при скрещивании растений, имеющих гладкую и морщинистую формы семян, все семена полученных гибридов были гладкими, от скрещивания красноцветковых растений с белоцветковыми все полученные — красноцветковые. Мендель пришел к выводу, что у гибридов первого поколения из каждой пары альтернативных признаков проявляется только один, а второй как бы исчезает. Проявляющийся у гибридов первого поколения признак Мендель назвал доминантным, а подавляемый — рецессивным.

Первый закон Менделя:

При моногибридном скрещивании гомозиготных особей, имеющих разные значения альтернативных признаков, гибриды являются единообразными по генотипу и фенотипу.

Генетическая схема закона единообразия Менделя (первый закон Менделя) (А — желтый цвет горошин, а — зеленый цвет горошин):

Закон расщепления, или второй закон Менделя

Г. Мендель дал возможность самоопылиться гибридам первого поколения. У полученных таким образом гибридов второго поколения проявился не только доминантный, но и рецессивный признак. Анализ данных таблицы позволил сделать следующие выводы:

1. единообразия гибридов во втором поколении не наблюдается: часть гибридов несет один (доминантный), часть — другой (рецессивный) признак из альтернативной пары;

2. количество гибридов, несущих доминантный признак, приблизительно в три раза больше, чем гибридов, несущих рецессивный признак;

3. рецессивный признак у гибридов первого поколения не исчезает, а лишь подавляется и проявляется во втором гибридном поколении.

Явление, при котором часть гибридов второго поколения несет доминантный признак, а часть — рецессивный, называют расщеплением. Причем, наблюдающееся у гибридов расщепление не случайное, а подчиняется определенным количественным закономерностям. На основе этого Мендель сделал еще один вывод: при скрещивании гибридов первого поколения в потомстве происходит расщепление признаков в определенном числовом соотношении.

Второй закон Менделя:

При моногибридном скрещивании гетерозиготных особей у гибридов имеет место расщепление по фенотипу в отношении 3:1, по генотипу 1:2:1.

Генетическая схема закона расщепления Менделя (А — желтый цвет горошин, а — зеленый цвет горошин):

Закон чистоты гамет

С 1854 года в течение восьми лет Мендель проводил опыты по скрещиванию растений гороха. Им было выявлено, что в результате скрещивания различных сортов гороха друг с другом гибриды первого поколения обладают одинаковым фенотипом, а у гибридов второго поколения имеет место расщепление признаков в определенных соотношениях. Для объяснения этого явления Мендель сделал ряд предположений, которые получили название «гипотезы чистоты гамет», или «закона чистоты гамет». Мендель предположил, что:

1. за формирование признаков отвечают какие-то дискретные наследственные факторы;

2. организмы содержат два фактора, определяющих развитие признака;

3. при образовании гамет в каждую из них попадает только один из пары факторов;

4. при слиянии мужской и женской гамет эти наследственные факторы не смешиваются (остаются чистыми).

В 1909 году В. Иогансен назовет эти наследственные факторы генами, а в 1912 году Т. Морган покажет, что они находятся в хромосомах.

Для доказательства своих предположений Г. Мендель использовал скрещивание, которое сейчас называют анализирующим (анализирующее скрещивание — скрещивание организма, имеющего неизвестный генотип, с организмом, гомозиготным по рецессиву). Наверное, Мендель рассуждал следующим образом: «Если мои предположения верны, то в результате скрещивания F1 с сортом, обладающим рецессивным признаком (зелеными горошинами), среди гибридов будут половина горошин зеленого цвета и половина горошин — желтого».

Как видно из приведенной ниже генетической схемы, он действительно получил расщепление 1:1 и убедился в правильности своих предположений и выводов, но современниками он понят не был. Его доклад «Опыты над растительными гибридами», сделанный на заседании Брюннского общества естествоиспытателей, был встречен полным молчанием.

Цитологические основы первого и второго законов Менделя

Во времена Менделя строение и развитие половых клеток не было изучено, поэтому его гипотеза чистоты гамет является примером гениального предвидения, которое позже нашло научное подтверждение.

Явления доминирования и расщепления признаков, наблюдавшиеся Менделем, в настоящее время объясняются парностью хромосом, расхождением хромосом во время мейоза и объединением их во время оплодотворения. Обозначим ген, определяющий желтую окраску, буквой А, а зеленую — а. Поскольку Мендель работал с чистыми линиями, оба скрещиваемых организма — гомозиготны, то есть несут два одинаковых аллеля гена окраски семян (соответственно, АА и аа). Во время мейоза число хромосом уменьшается в два раза, и в каждую гамету попадает только одна хромосома из пары. Так как гомологичные хромосомы несут одинаковые аллели, все гаметы одного организмы будут содержать хромосому с геном А, а другого — с геном а.

При оплодотворении мужская и женская гаметы сливаются, и их хромосомы объединяются в одной зиготе. Получившийся от скрещивания гибрид становится гетерозиготным, так как его клетки будут иметь генотип Аа; один вариант генотипа даст один вариант фенотипа — желтый цвет горошин.

У гибридного организма, имеющего генотип Аа во время мейоза, хромосомы расходятся в разные клетки и образуется два типа гамет — половина гамет будет нести ген А, другая половина — ген а. Оплодотворение — процесс случайный и равновероятный, то есть любой сперматозоид может оплодотворить любую яйцеклетку. Поскольку образовалось два типа сперматозоидов и два типа яйцеклеток, возможно возникновение четырех вариантов зигот. Половина из них — гетерозиготы (несут гены А и а), 1/4 — гомозиготы по доминантному признаку (несут два гена А) и 1/4 — гомозиготы по рецессивному признаку (несут два гена а). Гомозиготы по доминанте и гетерозиготы дадут горошины желтого цвета (3/4), гомозиготы по рецессиву — зеленого (1/4).

Закон независимого комбинирования (наследования) признаков, или третий закон Менделя

Организмы отличаются друг от друга по многим признакам. Поэтому, установив закономерности наследования одной пары признаков, Г. Мендель перешел к изучению наследования двух (и более) пар альтернативных признаков. Для дигибридного скрещивания Мендель брал гомозиготные растения гороха, отличающиеся по окраске семян (желтые и зеленые) и форме семян (гладкие и морщинистые). Желтая окраска (А) и гладкая форма (В) семян — доминантные признаки, зеленая окраска (а) и морщинистая форма (b) — рецессивные признаки.

Скрещивая растение с желтыми и гладкими семенами с растением с зелеными и морщинистыми семенами, Мендель получил единообразное гибридное поколение F1 с желтыми и гладкими семенами. От самоопыления 15-ти гибридов первого поколения было получено 556 семян, из них 315 желтых гладких, 101 желтое морщинистое, 108 зеленых гладких и 32 зеленых морщинистых (расщепление 9:3:3:1).

Анализируя полученное потомство, Мендель обратил внимание на то, что:

1) наряду с сочетаниями признаков исходных сортов (желтые гладкие и зеленые морщинистые семена), при дигибридном скрещивании появляются и новые сочетания признаков (желтые морщинистые и зеленые гладкие семена);

2) расщепление по каждому отдельно взятому признаку соответствует расщеплению при моногибридном скрещивании.

Из 556 семян 423 были гладкими и 133 морщинистыми (соотношение 3:1), 416 семян имели желтую окраску, а 140 — зеленую (соотношение 3:1). Мендель пришел к выводу, что расщепление по одной паре признаков не связано с расщеплением по другой паре. Для семян гибридов характерны не только сочетания признаков родительских растений (желтые гладкие семена и зеленые морщинистые семена), но и возникновение новых комбинаций признаков (желтые морщинистые семена и зеленые гладкие семена).

Третий закон Менделя:

При дигибридном скрещивании дигетерозигот у гибридов имеет место расщепление по фенотипу в отношении 9:3:3:1, по генотипу в отношении 4:2:2:2:2:1:1:1:1, признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

Генетическая схема закона независимого комбинирования признаков (третьего закона Менделя):

Анализ результатов скрещивания по фенотипу:

* желтые, гладкие — 9/16,

* желтые, морщинистые — 3/16,

* зеленые, гладкие — 3/16,

* зеленые, морщинистые — 1/16.

Расщепление по фенотипу 9:3:3:1.

Анализ результатов скрещивания по генотипу:

* AaBb — 4/16, * AABb — 2/16,

* AaBB — 2/16, * aaBb — 2/16,

* ААBB — 1/16, * Aabb — 2/16,

* ААbb — 1/16,* aaBB — 1/16,

* aabb — 1/16.

Расщепление по генотипу 4:2:2:2:2:1:1:1:1.

Третий закон Менделя справедлив только для тех случаев, когда гены анализируемых признаков находятся в разных парах гомологичных хромосом.

Цитологические основы третьего закона Менделя

Пусть А — ген, обусловливающий развитие желтой окраски семян, а — зеленой окраски, В — гладкая форма семени, b — морщинистая. Скрещиваются гибриды первого поколения, имеющие генотип АаВb. При образовании гамет из каждой пары аллельных генов в гамету попадает только один, при этом в результате случайного расхождения хромосом в первом делении мейоза ген А может попасть в одну гамету с геном В или с геном b, а ген а — с геном В или с геном b. Таким образом, каждый организм образует четыре сорта гамет в одинаковом количестве (по 25%): АВ,Ab, aB, ab. Во время оплодотворения каждый из четырех типов сперматозоидов может оплодотворить любую из четырех типов яйцеклеток. В результате оплодотворения возможно появление девяти генотипических классов, которые дадут четыре фенотипических класса.

Сцепленное наследование генов

Мендель изучил наследование только семи пар признаков у душистого горошка. Его законы подтвердились на самых разных видах организмов, т. е. было признано, что эти законы носят всеобщий характер. Однако позже было замечено, что у душистого горошка два признака — форма пыльцы и окраска цветков — не дают независимого распределения в потомстве. Потомки оставались похожими на родителей. Постепенно таких исключений из третьего закона Менделя накапливалось все больше. Стало ясно, что принцип независимого распределения в потомстве и свободного комбинирования распространяется не на все гены. Действительно, у любого организма признаков очень много, а число хромосом невелико.

Число генов у каждого организма значительно превышает число хромосом. Следовательно, в каждой хромосоме должно находиться много генов. Каковы же закономерности наследования генов, локализованных в одной хромосоме? Этот вопрос был изучен американским генетиком Т. Морганом и его учениками.

Предположим, что два гена — А и В — находятся в одной хромосоме и организм, взятый для скрещивания, гетерозиготен по этим генам. В анафазе мейоза I гомологичные хромосомы расходятся в разные клетки и образуется два сорта гамет — АВ и ab (вместо четырех, как это должно быть при дигибридном скрещивании), которые повторяют комбинацию генов в хромосоме родителя. Такое отклонение от независимого распределения означает, что гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, или сцепленно (закон Томаса Моргана или закон сцепленного наследования признаков).

Группы генов, расположенных в одной хромосоме, составляют группу сцепления. Сцепленные гены расположены в хромосомах в линейном порядке. Число групп сцепления соответствует числу пар хромосом, т.е. гаплоидному набору. Так, у человека 46 хромосом — 23 группы сцепления, у дрозофилы 8 хромосом — 4 группы сцепления.

Однако при анализе наследования сцепленных генов было установлено, что сцепление не бывает абсолютным, может нарушаться, в результате чего возникают новые гаметы и аВ Аb с новыми комбинациями генов, отличающимися от родительской гаметы. Причина нарушения сцепления и возникновения новых гамет — кроссинговер — перекрест хромосом в профазе мейоза I. Перекрест и обмен участками гомологичных хромосом приводит к возникновению качественно новых хромосом и, следовательно, к постоянной «перетасовке» — рекомбинации генов. Кроссинговер — важный источник комбинативной генетической изменчивости.

Чем дальше друг от друга расположены гены в хромосоме, тем выше вероятность перекреста между ними и тем больший процент гамет с рекомбинированными генами, а следовательно, и больший процент особей, отличных от родителей. Т. Морган и его сотрудники показали, что, изучив явление сцепления и перекреста, можно построить карты хромосом с нанесенным на них порядком расположения генов. Карты, построенные на этом принципе, созданы для многих генетически хорошо изученных организмов: человека, дрозофилы, мыши, кукурузы, гороха, пшеницы, дрожжей и др.

Генетическая карта — схема взаимного расположения структурных генов, регуляторных элементов и генетических маркеров, а также относительных расстояний между ними на хромосоме (группе сцепления).

Рисунок 4. Частичная генетическая карта 18 хромосомы человека

Хромосомная теория наследственности

Исследования Томаса Моргана легли в основу сформулированной в 1911 году хромосомной теории наследственности. Её сущность заключается в следующем:

• основным материальным носителем наследственности являются хромосомы с локализованными в них генами;

• гены наследственно дискретны, относительно стабильны, но при этом могут мутировать;

• гены в хромосомах расположены линейно, каждый ген имеет определённое место (локус) в хромосоме;

• гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются совместно;

• число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов;

• сцепление генов может нарушаться в результате кроссинговера;

• частота кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между генами.

Значение этой теории заключается в том, что она дала объяснение законам Менделя, вскрыла цитологические основы наследования признаков и генетические основы теории естественного отбора.

Наследование признаков, сцепленных с полом

Признаки, гены которых находится в половых хромосомах, называется сцепленные с полом. В Y — хромосоме генов почти нет, поэтому если говорят, что признак сцеплен с полом, значит, ген находится в Х – хромосоме. У человека известно около 300 генов, находящихся в Х — хромосоме и вызывающих наследственные болезни. Почти все они рецессивны. Наиболее известны гемофилия, дальтонизм, мускульная дистрофия. Если рецессивный ген болезни сцеплен с Х — хромосомой, то носителем является женщина, а болеют чаще всего мужчины, т.к. у них этот ген находится в одинарной дозе. Доминантных Х — сцепленных заболеваний известно мало, в том числе некоторые формы рахита, нарушение пигментации кожи.

Наследственные заболевания

Определяя формирование фенотипа человека в процессе его развития, наследственность и среда играют определенную роль в развитии порока или заболевания. Вместе с тем, доля участия генетических и средовых факторов варьируется при разных состояниях. Выделяют наследственные и мультифакторные заболевания. В зависимости от степени повреждения генетического материала различают хромосомные и генные заболевания. Развитие этих заболеваний целиком обусловлено дефектностью наследственной программы, а роль среды заключается в модификации фенотипических проявлений болезни. К этой группе относят хромосомные и геномные мутации. Наследственные болезни всегда связаны с мутацией, однако фенотипические проявления последней, степень выраженности у разных особей могут различаться. В одних случаях это обусловлено дозой мутантного аллеля, в других – влиянием окружающей среды.

Мультифакторные заболевания (болезни с наследственной предрасположенностью)

В основном это болезни зрелого и преклонного возраста. Причинами их развития являются факторы окружающей среды, однако степень их реализации зависит от генной конституции организма.

Наиболее частыми наследственными заболеваниями являются следующие.

1. Болезнь Дауна. В основе болезни лежит нерасхождение по 21-й паре хромосом. Кариотип больного содержит 47 хромосом, при этом лишней оказывается хромосома 21.

2. Синдром Патау. В основе синдрома лежит нерасхождение по 13-й паре хромосом. В кариотипе больного наблюдается 47 хромосом с лишней хромосомой 13.

3. Синдром «кошачьего крика». Цитологически у всех больных обнаруживается укорочение приблизительно на треть короткого плеча одного из гомологов хромосомы 5.

4. Синдром Шерешевского – Тернера. В клетках организма больного имеется лишь одна половая хромосома Х.

5. Синдром Клайнфельтера. Больные имеют хромосомную конституцию ХХУ синдрома.

ЗАНЯТИЕ
№34.  ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ

Генетика, как
наука, ее методы.  Основные генетические
понятия. Законы  Менделя.

Генетика – это наука, изучающая закономерности 
наследственности и изменчивости организмов.  Основоположником   науки 
генетики  является Грегор  Мендель, который   в 1865
г. впервые открыл основные законы наследственности.

Наследственность – это свойство живых организмов сохранять и
передавать признаки потомству. 
Благодаря наследственности обеспечивается преемственность поколений. 

Изменчивость  — это свойство организмов приобретать новые
признаки под воздействием различных факторов. Изменчивость заключается в изменении фенотипических
(ненаследственных) и генотипических (наследственных) признаков. Наследственная изменчивость дает материал для естественного
отбора, делая особей разнородными. Наследственность  и изменчивость
тесно взаимосвязаны. Благодаря изменчивости организмы приспосабливаются к
изменяющимся условиям окружающей среды, а благодаря наследственности эти
изменения передаются потомству и закрепляются.

Основные генетические понятия

Ген – участок ДНК,  где находится информация о составе одного белка (т. е. об одном признаке). Доминантный  ген – сильный, подавляющий ген, проявляющийся у гибридов первого поколения (F1) т.е. у гетерозиготных особей (обозначаются заглавными буквами  А, В, С и т.д.) Рецессивный  ген — слабый, подавляемый ген, проявляющийся только в гомозиготном состоянии (а, в, с  и т.д.) Локус – место расположения гена в ДНК. Аллели (аллельные гены) –парные гены, расположенные на одинаковых участках гомологичных хромосом, отвечающие за развитие одного признака (например, А и а; В и  в) Генотип  – совокупность генов, полученных от  родителей (генотип, рассматриваемый по одному признаку может быть АА, аа, Аа;   по двум признакам – АаВВ, ААВВ, ааВВ, аавв, АаВв, ААвв, Аавв, ААВв) Фенотип  – совокупность внешних и внутренних признаков, полученных от  родителей (например, окраска, форма, наличие или отсутствие признаков и т.д.) Гомозиготные особи – особи, имеющие одинаковые аллели по данному признаку (признакам) (например, ААвв; аа; ВВ; аавв; ааВВ; вв; АА; ААВВ) и не дающие расщепления признаков у потомства. Гетерозиготные особи – особи, имеющие разные аллели по данному признаку (признакам) (например, Аа; Вв; АаВв)  и дающие расщепление признаков у потомства. Гибридизация  (гибридологический метод) – метод скрещивания родительских форм, отличающихся между собой по признакам (признаку), с последующим учетом и  анализом результатов скрещивания  у потомства. Гибрид  – потомство, полученное о  скрещивания (F1 – гибриды первого поколения; F2 —  второго поколения и т.д.) Моногибридное скрещивание  –  это скрещивание родительских форм, отличающихся между собой по одному признаку (например, окраска – белая и красная) Дигибридное  скрещивание –  это скрещивание  родительских форм, отличающихся по двум признакам (например, окраска и длина шерсти). Чистая линия —  потомство, полученное от общих предков, где все особи по данному признаку гомозиготны (чистые линии получают применяя близкородственное скрещивание— самоопыление у растений и близкородственное скрещивание у животных) Расщепление признака –  это явление, при котором часть гибридов второго поколения несет доминантный признак, а часть — рецессивный,  часть может имеет перекомбинированные признаки. Кариотип  – набор хромосом (форма, размеры, количество), характерный для каждого вида (является генетическим критерием вида). Диплоидный набор хромосом – двойной набор хромосом  в соматических клетках (в клетках, образующих ткани и органы). Гаплоидный набор хромосом – одинарный набор хромосом ( в половых клетках – гаметах, в спорах растений и грибов, в клетках гаметофитов растений) Гомологичные хромосомы – парные, одинаковые хромосомы в соматических клетках. Аутосомы – хромосомы, одинаковые и у самок, и у самцов.  Гены, находящиеся в аутосомах, наследуются независимо от пола. Доминантный ген наследуется по аутосомно-доминантному типу,  рецессивный – по аутососмно-рецессивному типу. Половые хромосомы– хромосомы, определяющие пол особи.
Гомогаметный пол – пол, у которого половые хромосомы одинаковые (ХХ, ZZ). У людей женский пол – гомогаметный, а у птиц пресмыкающихся, бабочек – мужской.   Гетерогаметный пол – пол, имеющий разные половые хромосомы (ХУ, ХО,  ZW) Цитоплазматическая наследственность (материнская) – наследственность обусловленная ДНК митохондрий и хлоропластов, находящихся в цитоплазме. Передается только от цитоплазмы материнского организма. Конъюгация – объединение гомологичных хромосом в профазе 1 мейоза. Кроссинговер – обмен участками между гомологичными хромосомами (происходит в результате конъюгации). Из-за кроссинговера, материнские гены могут оказаться в отцовских хромосомах, а отцовские – в  материнских, т.е. это увеличивает перекомбинацию родительских генов в потомстве. Кроссинговер является причиной  неполного сцепления, когда гены, находящиеся в одной хромосоме, оказываются в разных хромосомах, и это приводит к появлению  перекомбинации родительских генов  у части  потомства. Полное сцепление генов – это когда, гены  одной хромосомы всегда наследуются вместе. Причина полного сцепления генов заключается в том, что гены очень близко расположены в ДНК друг к другу и вероятность кроссинговера между ними практически равна нулю. Морганида   — единица расстояния между генами.  1мор. = 1% кроссинговера (частота  перекреста между генами, % перекомбинированных родительских признаков  в потомстве). Чем больше расстояние между генами, тем  больше % перекомбинации генов в потомстве.  Карта хромосом– линейное расположение генов в хромосоме с указанием примерного расстояния  между ними ( составляется по % перекомбинации генов  в потомстве). Группа сцепления – это все гены, расположенные в одной хромосоме! Количество групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом ( т.е. у человека – 23 группы сцепления). Геном – совокупность всех генов в гаплоидном наборе хромосом. Генофонд – совокупность всех генов  всех особей популяции или вида.

Моногибридное
скрещивание.

Основным методом исследования 
наследственности  является метод гибридизации, 
основанный на скрещивании. Скрещивание, при котором анализируется наследование
одной пары признаков называют моногибридным. Для скрещивания Г. Мендель  брал чистые линии, где
все особи гомозиготны (АА, аа). Мендель заметил, что у гибридов первого
поколения всегда проявляется только один-  доминантный ген, а второй –
рецессивный  не развивается.

Первый закон Менделя – закон единообразия
или доминирования: при скрещивании гомозиготных
особей все первое поколение гибридов (F1) единообразно и  имеет доминантный
признак.

Семена гибридов первого поколения использовались
Менделем для получения второго гибридного поколения. Во втором поколении (F2) три
четвертых от всех семян имели желтую окраску, одна четвертая  — зеленую. Такое
же соотношение 3:1 были получены при скрещивании и с другими анализируемыми
признаками.

Явление, при котором часть гибридов второго
поколения несет доминантный признак, а часть — рецессивный, называют расщеплением. Причем наблюдающееся у гибридов расщепление не
случайное, а подчиняется определенным количественным закономерностям. На 
основе скрещивания гибридов первого поколения и анализа второго был
сформулирован  второй закон Менделя – закон
расщепления:

при скрещивании гибридов первого
поколения (двух гетерозиготных особей Аа) в потомстве происходит расщепление
признаков в  соотношении – 1:2:1 по генотипу и 3:1 по фенотипу. Явление
доминирования и расщепления гибридов второго поколения Мендель объяснил
выдвигая  гипотезу чистоты гамет —
у гибридов половые клетки содержат только один
ген из аллельной  пары.

Общий
алгоритм решения генетических задач

1. Внимательно прочитать условия задачи и
определить тип задачи: (моногибридное, дигибридное,
сцепленное и т. д.)

2. Нужно найти пары признаков и обозначить их.

Например, при  моногибридном скрещивании

окраска: А – черная; а – белая.

При дигибридном  скрещивании:

окраска: А –черная, а – белая;

форма: В- округлая, в – грушевидная.

Надо  помнить, что тот признак, который
проявляется  у F1 и есть доминантный признак, а значит,  втрой будет рецессивным.

3.        
Согласно
условиям задачи сделать схему скрещивания:

ГP	АА	×	аа
ФР	черный		белый
G	А		а
ГF1	Аа	х	Аа
Ф	черный		черный
G	А, а		А, а
ГF2	АА	Аа	Аа	аа
Ф	черный	черный	черный	белый

4. Ответить на вопросы задачи в
той последовательности, в какой они  заданы.

Для удобства расчета сочетания гамет при
оплодотворении английский генетик Р.Пеннет предложил проводить запись в виде
решетки, которую так и назвали — решетка Пеннета. По вертикали
указываются женские гаметы, по горизонтали — мужские. В клетки решетки
вписываются генотипы зигот, образовавшихся при слиянии гамет. Из приведенной
схемы видно, что образуется три типа зигот.

Половина из них — гетерозиготы (несут гены А и а), 1/4 — гомозиготы по доминантному признаку
(несут два гена А) и 1/4 — гомозиготы по рецессивному признаку
(несут два гена а). Причем желтосеменные растения одинаковы по фенотипу, но
различны по генотипу: 1/3 являются гомозиготными по доминантному признаку и
2/3 — гетерозиготны.

Неполное доминирование  (промежуточное наследование)– явление неполного подавления доминантным 
геном рецессивного. При неполном доминировании
гетерозиготные особи всегда имеют промежуточный признак
(например, у ночной красавицы  при  скрещивании особей  с красной(АА)   и   
белой  окраской(аа)  цветка,  гибриды (Аа) имеют розовую окраску цветка). При
неполном доминировании гибриды 1 поколения (F1)
всегда гетерозиготны, имеют промежуточный признак, а во втором поколении (F2)  всегда наблюдается расщепление 1:2:1
и по генотипу и по фенотипу.

Анализирующее скрещивание – это
скрещивание  особей с неизвестным генотипом с особью, имеющей
рецессивный признак (аа), с целью выявления  
генотипа родителя. Так как гомозиготные и гетерозиготные особи
фенотипически одинаковы, определить генотип можно только путем скрещивания с 
особью, имеющей генотип аа. Если в результате
скрещивания   у F₁   не
произошло расщепления признаков, значит, родитель был гомозиготным. Если у
гибридов (F₁)
произошло расщепление 1:1 (50% к 50%), значит, родитель был гетерозиготным.
Нужно запомнить, что при анализирующем скрещивании, расщепление всегда 1:1 (если Аа х  аа), или 1: 1:1:1 (если АаВа  х аавв)

Дигибридное скрещивание    — это  скрещивание  родительских форм, отличающихся по двум
признакам.  Для дигибридного скрещивания Мендель брал гомозиготные растения
гороха, отличающиеся по окраске семян (желтые и зеленые) и форме семян (гладкие
и морщинистые). Желтая окраска (А) и гладкая форма (В)
семян — доминантные признаки, зеленая окраска (а) и морщинистая
форма (в) — рецессивные признаки. Скрещивая растение с желтыми и
гладкими семенами с растением с зелеными и морщинистыми семенами, Мендель
получил единообразное гибридное поколение F₁ с желтыми и гладкими семенами.  Анализируя потомство,  полученное от 
скрещивания F₁
между собой, Мендель, прежде всего, обратил внимание на то, что, наряду с
сочетаниями признаков исходных сортов (желтые гладкие и зеленые морщинистые
семена), при дигибридном скрещивании появляются и новые сочетания признаков
(желтые морщинистые и зеленые гладкие семена). Он обратил внимание на то, что
расщепление по каждому отдельно взятому признаку соответствует
расщеплению при моногибридном скрещивании. (3/4 были гладкими, 1/4 —
морщинистыми; 3/4 семян имели желтую окраску, а 1/4 — зеленую.). 

Во втором поколении проявляется 4 типа фенотипов  в
соотношении 9:3:3:1.

9/16 — гладкие желтые семена

3/16 — желтые морщинистые

3/16 -зеленые  гладкие

1/16 — морщинистые зеленые

Мендель пришел к выводу, что расщепление по
одной паре признаков не связано с расщеплением по другой паре и
сформулировал  закон независимого наследования генов (третий закон) — при скрещивании двух гетерозиготных особей гены наследуются
независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

Третий закон Менделя справедлив только для тех
случаев, когда анализируемые гены находятся в разных
парах гомологичных хромосом.

 

Закон 
Моргана. Сцепленное
наследование и наследование генов, сцепленных с полом.

Генов в организме очень
много, а количество хромосом ограничено. Значит, в одной хромосоме
расположены множество генов. Изучением
наследования признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме,
занимался выдающийся американский генетик  Т. Морган.

Основным  объектом  для опытов для него  стала
плодовая мушка дрозофила.  Скрещивая мушку дрозофилу с серым телом и
нормальными крыльями с мушкой, имеющей темную окраску тела и зачаточные крылья,
в первом поколении Морган получал гибридов, имеющих серое тело и нормальные
крылья. При проведении анализирующего скрещивания самки F1 с
самцом, имевшим рецессивные признаки, теоретически ожидалось получить
потомство с комбинациями этих признаков в соотношении 1:1:1:1.  Однако
в потомстве было больше родительских генов (41,5% серых длиннокрылых и 41,5%
черных с зачаточными крыльями) и лишь незначительная часть мушек имела
перекомбинированные признаки (8,5% черные длиннокрылые и 8,5% серые с
зачаточными крыльями). Это произошло потому, что в небольшом количестве
хромосом произошел кроссинговер
(образовались кроссоверные гаметы), а  в
большей части кроссинговера не было и они образовали некроссоверные
гаметы.

Так Т.Морган пришел к выводу, что гены,
обусловливающие развитие серой окраски тела и длинных крыльев, локализованы в
одной хромосоме, а гены, обусловливающие развитие черной окраски тела и
зачаточных крыльев, — в другой.  По  % кроссинговера можно найти расстояние
между генами: суммарный % перекомбинировнных признаков равен расстоянию в
морганидах. Например, 17% — это 17 морганид.

Явление совместного наследования
признаков Морган назвал сцеплением.
 Все гены одной хромосомы  образуют одну группу 
сцепления. Поскольку гомологичные хромосомы имеют одинаковый набор
генов, количество групп сцепления равно
одинарному набору хромосом (n).

Закон Моргана (закон сцепленного наследования генов):

гены, расположенные в одной
хромосоме наследуются преимущественно  вместе,  т.е. сцепленно.

Сцепление генов может быть полным и неполным.

При полном сцеплении  гены одной хромосомы всегда наследуются вместе. При этом в потомстве проявляются только родительские признаки!

При анализирующем скрещивании (АаВв   х  
аавв) в F₁ расщепление не 1:1:1:1, а    1:1

При   скрещивании дигетерозигот (АаВв   х  
АаВв) в F₁ расщепление  не 9:3:3:1,
а 3:1.

При неполном сцеплении в потомстве могут
проявиться перекомбинированные  родительские  признаки.

При анализирующем скрещивании (АаВв   х  
аавв) в F₁ расщепление не 1:1:1:1, а 
есть  родительские и перекомбинированные признаки в
разном количестве.     

Причиной нарушения сцепления генов
является  кроссинговер
во время мейоза. В профазе первого мейотического деления
гомологичные хромосомы конъюгируют, и в этот момент между ними может произойти
обмен участками.

Частота кроссинговера зависит от
расстояния между генами: чем
дальше расположены гены в хромосоме, тем больше вероятность кроссинговера между
ними.

Томас Морган  является автором хромосомной теории наследственности
(1911г).

Основные положения хромосомной
теории наследственности:

1.    ГЕН- ЭТО УЧАСТОК ХРОМОСОМЫ, ИМЕЕТ
СВОЙ ЛОКУС (МЕСТО).

2.    ГЕНЫ РАСПОЛАГАЮТСЯ В ХРОМОСОМАХ
ЛИНЕЙНО ДРУГ ЗА ДРУГОМ

3.    ГЕНЫ ДИСКРЕТНЫ, ОТНОСИТЕЛЬНО
ПОСТОЯННЫ,НО МОГУТ МУТИРОВАТЬ.

4.    АЛЛЕЛЬНЫЕ ГЕНЫ РАСПОЛОЖЕНЫ НА
ОДИНАКОВЫХ ЛОКУСАХ ПАРНЫХ ХРОМОСОМ

5.    ГЕНЫ ОДНОЙ ХРОМОСОМЫ ОБРАЗУЮТ
ГРУППУ СЦЕПЛЕНИЯ.

6.    ЧИСЛО ГРУПП СЦЕПЛЕНИЯ РАВНО
ГАПЛОИДНОМУ НАБОРУ ХРОМОСОМ

7.    СЦЕПЛЕНИЕ ГЕНОВ МОЖЕТ БЫТЬ
НАРУШЕНО КРОССИНГОВЕРОМ.

8.    КАЖДЫЙ ВИД ИМЕЕТ СВОЙ НАБОР
ХРОМОСОМ-КАРИОТИП

Генетика пола. Большинство  животных и двудомных растений
являются раздельнополыми организмами и внутри вида количество особей мужского
пола приблизительно равно количеству особей женского пола. Наследование
признаков организма, как правило, определяется генами. Пол чаще всего определяется в момент оплодотворения.  Механизм определения пола имеет иной характер —
хромосомный.

 Хромосомы, одинаковые у обоих полов,
называются аутосомами.

Хромосомы, по которым отличаются
хромосомные наборы мужского и женского организмов, называются половыми.

Пол, имеющий две
одинаковые половые хромосомы называется гомогаметным
(ХХ), а пол образующий два типа гамет —  гетерогаметным
(ХУ).

У человека женский пол является гомогаметным
(ХХ), то есть все яйцеклетки
несут Х-хромосому.

Мужской организм — гетерогаметен (ХУ), то есть образует два типа гамет — 50% гамет 
несет Х-хромосому и 50% — Y-хромосому. Если при оплодотворении образуется
зигота, несущая две Х-хромосомы, то из нее будет формироваться женский
организм, если Х-хромосому и Y-хромосому — мужской. Так же определяется пол
у дрозофилы, у которой 3 пары аутосом и одна пара половых хромосом. Женский пол
– гомогаметный (ХХ), мужской – гетерогаметный (ХУ).

Существует четыре основных типа  хромосомного
определения пола:

1.       Мужской пол гетерогаметен (ХУ); 50% гамет несут
Х-, 50% — У-хромосому;

2.       Мужской пол гетерогаметен (ХО); 50% гамет
несут Х-, 50% — не имеют половой хромосомы;

3.       Женский пол гетерогаметен (ХУ); 50% гамет
несут Х-, 50% — У-хромосому;

4.       Женский пол гетерогаметен (ХО); 50% гамет
несут Х-, 50% — не имеют половой хромосомы.

Итак, у млекопитающих и двукрылых насекомых
гетерогаметен мужской пол (ХУ) и гомогаметен женский пол (ХХ). У птиц, пресмыкающихся и хвостатых земноводных женские особи гетерогаметны-имеют   ХУ, мужские – гомогаметны
—  имеют ХХ. У бабочек гетерогаметен
женский пол – половые хромосомы ХУ или ХО.

Наследование признаков,
сцепленных с полом

Наследование признаков, гены которых
локализованы в Х- или Y-хромосомах, называют наследованием,
сцепленным с полом.  Х-хромосома
человека содержит ряд генов, рецессивные аллели которых определяют развитие
тяжелых аномалий (гемофилия, дальтонизм). Эти
аномалии чаще встречаются у мужчин, хотя
носителями гена чаще бывают женщины.

Так как у мужчин только одна
Х-хромосома, уже просто наличие  рецессивного гена вызывает заболевания: X^hУ
— мужчина, больной гемофилией; X^dУ
— дальтоник.

Женские особи свою Х-хромосому
могут передавать как дочерям, так и сыновьям.

Мужские особи Х-хромосому могут передавать только дочерям, а У-хромосому— только сыновьям.

Генетика человека. Особенности изучения генетики
человека

Генетика человека является теоретической
основой медицины, раскрывает биологические основы наследственных заболеваний. 
Знание генетической природы заболеваний позволяет вовремя поставить точный
диагноз и осуществить нужное лечение. Человек, в отличие от животных,  имеет
некоторые особенности, которые создают проблемы  изучения наследственности 
человека.

Для человека характерно:

ü  Большое  количество хромосом

ü  Позднее наступление  половой зрелости

ü  Малое  число потомства

ü  С ним   невозможно проводить   экспериментальное
скрещивание.

ü  Условия развития потомства всегда разные

При изучении наследственности  человека применяют
методы:

1. Генеалогический
метод – метод составления и анализа  родословных. Позволяет определять характер наследования признаков
(доминантность, рецессивность, сцепленность с полом и т д.). Применяется в
медико-генетических консультациях для определения
вероятности проявления у детей наследственных заболеваний.

2. Близнецовый метод – метод исследования развития однояйцевых
близнецов  с целью определения влияния среды на развитие признаков.
Так как у однояйцевых близнецов генотип полностью одинаковый, то все различия в
фенотипе можно объяснить влиянием условий среды.

3 Цитогенетический
метод – метод  изучения хромосом с помощью
микроскопа. Данный метод позволяет определить наличие хромосомных мутаций (изменение
размеров хромосом, формы хромосом) и геномных
мутаций (изменение числа хромосом) в клетках
плода для ранней диагностики наследственных заболеваний. Так например,
можно определить на ранних сроках беременности наличие у плода  синдрома Дауна
и других наследственных заболеваний

4. Биохимический
метод – метод изучения химического состава белков, определяющих те
или иные признаки организма. Изучая биохимический состав   клеток 
тканей и органов можно обнаружить нарушения в обмене
веществ, вызванные изменением генов и, как следствие, изменением активности
различных ферментов. Например 
нарушения, связанные с отсутствием каких-либо ферментов.

5. Популяционно-статистический метод — метод   статистической  обработки получаемых
данных о наследственных заболеваниях  в   различных популяциях людей. Метод основан на использовании закона
Харди-Вайнберга для идеальных популяций, где идет свободное скрещивание,  нет
мутаций, миграций  и  нет действия естественного отбора. Позволяет определить частоту встречаемости
наследственных заболеваний в различных регионах, выявить причины, разработать
меры их предупреждения.

Пусть
в популяции представлены два аллеля А и а, с частотой встречаемости
соответственно р и q.

Тогда: р + q = 1. Несложные подсчеты
показывают, что в условиях свободного скрещивания относительные частоты
генотипов АА, Аа, аа будут составлять соответственно р2,2pq, q2. Суммарная
частота, естественно, равна единице: p2 + 2pq + q2=1. Закон Харди-Вайнберга
гласит, что в условиях
идеальной популяции частоты генов и генотипов остаются постоянными от поколения
к поколению.  Формула:  ( p +  q )² = p² + 2 pq + q²

 

 

 

Меры профилактики наследственных заболеваний человека

1)Медико-генетическое
консультирование лиц, определенных категорий, для определения вероятности
проявления у детей наследственных недугов.

Рекомендуется обращаться
лицам:

ü  если есть
близкие родственники с наследственными заболеваниями

ü  работающим
во вредных условиях

ü  решившим
зачать ребенка в  возрасте старше 35 лет

2) Ранняя диагностика в начале беременности путем
исследования клеток плода и рассматривания хромосом под микроскопом
(цитогенетический метод)

3) Ведение родителями здорового образа жизни.
Отказ от курения, алкоголя, наркотиков.

4)Создание благоприятной экологической обстановки. Ведение
экологического мониторинга  в регионах для своевременного устранения
загрязнения окружающей среды мутагенными факторами.

5) Недопущение близкородственных браков. От браков
двоюродных сестер и братьев часто рождаются дети с наследственными недугами
из-за перехода  скрытых рецессивных вредных мутаций в гомозиготное состояние.

Основные 
наследственные заболевания – их причины

Генные рецессивные: альбинизм (отсутствие пигментации) – ген в аутосоме,
серповидноклеточная анемия – аутосомный ген,
гемофилия (Xh) и дальтонизм (Хd) – рецессивный ген, сцепленный с полом, передается от
матерей с Х-хромосомой к сыновьям.

Геномные  (синдромы) причины- нарушение мейоза приводит к изменению числа
хромосом (моносомия – нехватка, трисомия – лишняя).

Тип мутации	Синдромы	Частота среди новорожденных
Аутосомные заболевания
Трисомия 21- 47 хромосом ХХ(ХУ)+21	Дауна	1/700
Трисомия 13- 47 хромосом  ХХ(ХУ)+13	Патау	1/5000
Трисомия 18- 47 хромосом  ХХ(ХУ)+18	Эдвардса	1/10000
Половые хромосомы (женские)
моносомия -45 (ХО)	Шерешевского Тернера	1/500
Трисомия-47 (ХХХ)	ХХХ-синдром	1/700
Половые хромосомы (мужские)
Лишняя Х-хромосома -47 (ХХУ)	Клайнфельтера	1/500
Лишние ХУ-хромосомы -48 (ХХУУ)	Клайнфельтера	1/500
Лишняя У-хромосома (ХУУ)	Дубль У	1/1000

Взаимодействие
аллельных и неаллельных генов

(на ЕГЭ пока не
встречались)

Генотип организма нельзя рассматривать как
простую совокупность генов. Между генами существуют различные взаимодействия. На самом деле взаимодействуют не гены, а их
продукты — белки-ферменты, обусловливающие развитие у организмов того или иного
признака. Существует немало примеров, когда один признак контролируется тремя и
более аллелями, причём две из них могут быть как доминантными, так и
рецессивными. Это явление называют множественные аллелизмом. Примерами
взаимодействия аллельных генов является полное и неполное доминирование,
кодоминирование (например, аллели А и В, определяющие  группы крови, являются
доминантными, аллель О (ноль) рецессивна по отношению к обеим доминантным
аллелям).  Примером множественного аллелизма является наследование окраски
шерсти у кроликов.

Взаимодействие неаллельных генов

Неаллельные гены могут взаимодействовать по-разному:
дополнять или усиливать действие друг друга, подавлять проявление другого гена.

Комплементарность — это  взаимодействие неаллельных генов, когда действие одного гена
дополняется другим,  и результате  появляется новый признак. Неаллельные гены в этом случае как бы
дополняют друг друга, в результате чего развивается совершенно иной признак. Пример. Наследование формы гребня у кур.

У домашних кур возможны четыре формы гребня (рис.
202). Развитие этого признака связано с взаимодействием двух пар неаллельных
генов. Розовидный гребень образуется при наличии доминантного гена одной
аллели _ А, гороховидный -действием доминантного гена другой аллели -В.
Ореховидный  гребень при наличии  у гибридов двух доминантных неаллельных
генов АВ, простой гребень-  при отсутствии всех доминантных генов, т. е.
у рецессивных гомозигот аавв. Комплементарность широко распространена в
природе. Результатом такого взаимодействия неаллельных генов является
наследование окраски шерсти у мышей, окраски цветков у душистого горошка, формы
плодов у тыквы. Если комплементарность обуславливается действием двух пар
неаллельных генов, то наследование идёт по типу дигибридного скрещивания.

Эпистаз  —это взаимодействие генов, при котором один ген
подавляет действие другого неаллельного гена. Например ген А  (или а)подавляет
ген В (или в). Эпистатическое взаимодействие связано с синтезом регуляторных
белков. Пример. При скрещивании двух пород кур белого цвета – леггорнов с
плимутроками, все потомство F₁ имеет белую окраску. Если же гибридов
F₁ скрестить между собой, то во втором поколении происходит
расщепление по окраске в отношении 13/16 белых: 3/16 окрашенных. Так как в
генотипах А_В_ или  аавв  один ген подавляет другой (В или в).

Полимерия — это   взаимодействие генов, при котором несколько генов с одинаковым
проявлением  в фенотипе (А1,А2,А3 и т.д.) контролируют  наследование одного  и
того же признака. (Чем больше таких генов в генотипе, тем сильнее проявление
признака.

Полимерия характерна для количественных
признаков — цвет кожи, волос
у человека, молочность, масса, длина колоса у злаков.

Плейотропия- это взаимодействие генов,  когда один ген может
влиять на формирование нескольких признаков организма.

Она имеет биохимическую природу: один белок-фермент, определяет не только
развитие данного признака, но и воздействует на вторичные реакции биосинтеза
различных других признаков и свойств, вызывая их изменение.

Таким образом, генотип-  сложная система, так как за один признак может
отвечать как  один ген, так и  несколько генов. Один ген может одновременно
влиять на несколько признаков.

Вывод:  Генотип – не просто сумма генов, а целостная
система, так как гены между собой взаимосвязаны.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ НАСЛЕДОВАНИЯ

Если ген в Х-хромосоме – тип наследования гена — сцепленное с полом
наследование (гемофилия, дальтонизм, черепаховая окраска кошек)

Если группы крови
— тип наследования гена – кодоминирование (два доминантных аллеля  А и В  подавляют одну рецессивную
аллель 0).

Если гены в аутосомах— тип
наследования гена – аутосомно-доминантное (А)  или
аутосомно-рецессивное (а) наследование

Если гены в одной хромосоме – сцепленное  наследование

Если гены в разных хромосомах– независимое наследование

21 ноября 2021

В закладки

Обсудить

Жалоба

Основные понятия по генетике

Справочный материал по генетике.

→ Генетическая символика и термины.
→ Руководство к решению задач по генетике.
→ Правила решения задач по генетике.
→ Определение типа наследования при решении задач.

gen-b.docx
gen-b.pdf

Генетика в ЕГЭ — один из самых сложных разделов. Особенно много вопросов вызывает номер 28 с развернутым ответом. Но пропускать его при сдаче экзамена не стоит, ведь за задание можно получить целых 3 первичных балла! В статье разберем символику и термины, встречающиеся в задачах по генетике ЕГЭ. 

Некоторые теоретические положения

Для решения задач ЕГЭ по теме «Генетика» из биологии необходимо знать, какую символику используют. Основные обозначения: 

• ♀ — женская особь;
• ♂ — мужская особь;
• х — процесс скрещивания;
• Р — родители;
• G — гаметы, образуемые из исходной клетки;
• F1 — потомки первого поколения;
• F2 — потомки второго поколения;
• A, B, C — доминантные гены (проявляющиеся в фенотипе организма);
• a, b, c — рецессивные гены (в фенотипе проявляются исключительно в случае гомозигот).

Запись решения может выглядеть следующим образом: 

Р   ♀ AaBb                 х                ♂aabb

G    AB, Ab, aB, ab                           ab

F1           AaBb    Aabb    aaBb    aabb

Генетика в ЕГЭ по биологии имеет определенные термины: 

• зигота —  оплодотворенная яйцеклетка;
• гомозигота — организм, имеющий одинаковые гены. Он не дает расщепления в потомстве. Варианты — AA, aa;
• гетерозигота — особь, в генотипе которой наблюдаются разные варианты генетического материала. Она дает расщепление в потомстве. Записывается как Аа;
• генотип — совокупность всех генов в организме;
• фенотип — совокупность внешних и внутренних особенностей организма. Зависит от генотипа;
• закон чистоты гамет — при образовании гаметы в нее попадает один из пары признаков;
• моногибридное скрещивание — участвуют организмы, отличающиеся по одной паре особенностей;
• дигибридное скрещивание — участвуют организмы, отличающиеся по двум парам особенностей;
• первый закон Менделя — гибриды первого поколения единообразны по генотипу и фенотипу;
• второй закон Менделя — при размножении гибридов первого поколения образуются потомки с разными фенотипами, соотношение 3:1 в пользу возникновения доминанты;
• третий закон Менделя — при наличии нескольких пар признаков они наследуются независимо друг от друга;
• закон сцепленного наследования (закон Томаса Моргана) — признаки, расположенные в одной хромосоме, наследуются сцепленно;
• аллельные гены — гены, имеющие пару, например, Аа или Bb. При образовании гаметы они разделяются;
• анализирующее скрещивание — позволяет определить генотип одного из родителей. Для этого его скрещивают с гомозиготой по рецессиву (аа, bb или aabb);
• неполное доминирование (промежуточное наследование) — явление, приводящее к возникновению промежуточных признаков из-за неполного перекрывания рецессива доминантой. Генотип полученного потомства— Aa. Например, белые и красные цветы иногда образуют розовые.

Алгоритм решения

Решать задачи по генетике на ЕГЭ следует по следующему алгоритму: 

1. Прочитайте условие задачи.
2. Определите, какие передаваемые по наследству особенности указаны.
3. Запишите аллельные гены, введя буквенные обозначения. Используйте привычную в биологии символику. 
4. Определите тип представленной задачи.
5. Запишите краткое условие, перечислив гены.
6. Определите, что требуется найти.
7. Определите генотипы и фенотипы родителей. Если даны потомки, проведите их анализ.
8. Решение начинайте с родителей или потомков, несущих рецессивные признаки.
9. Для особей с доминантными признаками проанализируйте расщепление. 
10. Определив генотипы, запишите схему размножения. 
11. Добавьте в схему образующиеся гаметы.
12. Запишите генотипы и фенотипы всех возможных потомков.
13. Проанализируйте скрещивание, определите соотношение фенотипов в потомстве. 
14. Запишите результат, ответив на вопросы задачи. 

Теперь вы знаете принципы подготовки к ЕГЭ по разделу генетики. Однако изучения терминов мало. Для получения высоких баллов необходимо много практиковаться. Делать это можно на курсах «Уникум» Российского университета дружбы народов. Опытные преподаватели расскажут правила решения задач, научат их выполнять. 

Материал данной статьи носит ознакомительный характер. Для подготовки к сдаче ЕГЭ пользуйтесь дополнительными источниками информации! 

Автор статьи — профессиональный репетитор, кандидат биологических наук Д. А. Соловков.

Среди заданий по генетике на ЕГЭ по биологии можно выделить 6 основных типов. Первые два — на определение числа типов гамет и моногибридное скрещивание — встречаются чаще всего в части А экзамена (вопросы А7, А8 и А30).

Задачи типов 3, 4 и 5 посвящены дигибридному скрещиванию, наследованию групп крови и признаков, сцепленных с полом. Такие задачи составляют большинство вопросов С6 в ЕГЭ.

Шестой тип задач — смешанный. В них рассматривается наследование двух пар признаков: одна пара сцеплена с Х-хромосомой (или определяет группы крови человека), а гены второй пары признаков расположены в аутосомах. Этот класс задач считается самым трудным для абитуриентов.

В этой статье изложены теоретические основы генетики, необходимые для успешной подготовки к заданию С6, а также рассмотрены решения задач всех типов и приведены примеры для самостоятельной работы.

к оглавлению ▴

Основные термины генетики

Ген — это участок молекулы ДНК, несущий информацию о первичной структуре одного белка. Ген — это структурная и функциональная единица наследственности.

Аллельные гены (аллели) — разные варианты одного гена, кодирующие альтернативное проявление одного и того же признака. Альтернативные признаки — признаки, которые не могут быть в организме одновременно.

Гомозиготный организм — организм, не дающий расщепления по тем или иным признакам. Его аллельные гены одинаково влияют на развитие данного признака.

Гетерозиготный организм — организм, дающий расщепление по тем или иным признакам. Его аллельные гены по-разному влияют на развитие данного признака.

Доминантный ген отвечает за развитие признака, который проявляется у гетерозиготного организма.

Рецессивный ген отвечает за признак, развитие которого подавляется доминантным геном. Рецессивный признак проявляется у гомозиготного организма, содержащего два рецессивных гена.

Генотип — совокупность генов в диплоидном наборе организма. Совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом называется геномом.

Фенотип — совокупность всех признаков организма.

к оглавлению ▴

Законы Г. Менделя

Первый закон Менделя — закон единообразия гибридов

Этот закон выведен на основании результатов моногибридного скрещивания. Для опытов было взято два сорта гороха, отличающихся друг от друга одной парой признаков — цветом семян: один сорт имел желтую окраску, второй — зеленую. Скрещивающиеся растения были гомозиготными.

Для записи результатов скрещивания Менделем была предложена следующая схема:

 — желтая окраска семян
 — зеленая окраска семян

Формулировка закона: при скрещивании организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков, первое поколение единообразно по фенотипу и генотипу.

к оглавлению ▴

Второй закон Менделя — закон расщепления

Из семян, полученных при скрещивании гомозиготного растения с желтой окраской семян с растением с зеленой окраской семян, были выращены растения, и путем самоопыления было получено .

Формулировка закона: у потомства, полученного от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении , а по генотипу — .

к оглавлению ▴

Третий закон Менделя — закон независимого наследования

Этот закон был выведен на основании данных, полученных при дигибридном скрещивании. Мендель рассматривал наследование двух пар признаков у гороха: окраски и формы семян.

В качестве родительских форм Мендель использовал гомозиготные по обоим парам признаков растения: один сорт имел желтые семена с гладкой кожицей, другой — зеленые и морщинистые.

 — желтая окраска семян,  — зеленая окраска семян,
 — гладкая форма,  — морщинистая форма.

Затем Мендель из семян вырастил растения и путем самоопыления получил гибриды второго поколения.

В  произошло расщепление на  фенотипических класса в соотношении . всех семян имели оба доминантных признака (желтые и гладкие),  — первый доминантный и второй рецессивный (желтые и морщинистые),  — первый рецессивный и второй доминантный (зеленые и гладкие),  — оба рецессивных признака (зеленые и морщинистые).

При анализе наследования каждой пары признаков получаются следующие результаты. В  частей желтых семян и  части зеленых семян, т.е. соотношение . Точно такое же соотношение будет и по второй паре признаков (форме семян).

Формулировка закона: при скрещивании организмов, отличающихся друг от друга двумя и более парами альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всевозможных сочетаниях.

Третий закон Менделя выполняется только в том случае, если гены находятся в разных парах гомологичных хромосом.

к оглавлению ▴

Закон (гипотеза) «чистоты» гамет

При анализе признаков гибридов первого и второго поколений Мендель установил, что рецессивный ген не исчезает и не смешивается с доминантным. В  проявляются оба гена, что возможно только в том случае, если гибриды образуют два типа гамет: одни несут доминантный ген, другие — рецессивный. Это явление и получило название гипотезы чистоты гамет: каждая гамета несет только один ген из каждой аллельной пары. Гипотеза чистоты гамет была доказана после изучения процессов, происходящих в мейозе.

Гипотеза «чистоты» гамет — это цитологическая основа первого и второго законов Менделя. С ее помощью можно объяснить расщепление по фенотипу и генотипу.

к оглавлению ▴

Анализирующее скрещивание

Этот метод был предложен Менделем для выяснения генотипов организмов с доминантным признаком, имеющих одинаковый фенотип. Для этого их скрещивали с гомозиготными рецессивными формами.

Если в результате скрещивания все поколение оказывалось одинаковым и похожим на анализируемый организм, то можно было сделать вывод: исходный организм является гомозиготным по изучаемому признаку.

Если в результате скрещивания в поколении наблюдалось расщепление в соотношении , то исходный организм содержит гены в гетерозиготном состоянии.

к оглавлению ▴

Наследование групп крови (система АВ0)

Наследование групп крови в этой системе является примером множественного аллелизма (это существование у вида более двух аллелей одного гена). В человеческой популяции имеется три гена , кодирующие белки-антигены эритроцитов, которые определяют группы крови людей. В генотипе каждого человека содержится только два гена, определяющих его группу крови: первая группа ; вторая и ; третья и  и четвертая .

к оглавлению ▴

Наследование признаков, сцепленных с полом

У большинства организмов пол определяется во время оплодотворения и зависит от набора хромосом. Такой способ называют хромосомным определением пола. У организмов с таким типом определения пола есть аутосомы и половые хромосомы —  и .

У млекопитающих (в т.ч. у человека) женский пол обладает набором половых хромосом , мужской пол — . Женский пол называют гомогаметным (образует один тип гамет); а мужской — гетерогаметным (образует два типа гамет). У птиц и бабочек гомогаметным полом являются самцы , а гетерогаметным — самки .

В ЕГЭ включены задачи только на признаки, сцепленные с -хромосомой. В основном они касаются двух признаков человека: свертываемость крови ( — норма;  — гемофилия), цветовое зрение ( — норма,  — дальтонизм). Гораздо реже встречаются задачи на наследование признаков, сцепленных с полом, у птиц.

У человека женский пол может быть гомозиготным или гетерозиготным по отношению к этим генам. Рассмотрим возможные генетические наборы у женщины на примере гемофилии (аналогичная картина наблюдается при дальтонизме):  — здорова;  — здорова, но является носительницей;  — больна. Мужской пол по этим генам является гомозиготным, т.к. -хромосома не имеет аллелей этих генов:  — здоров;  — болен. Поэтому чаще всего этими заболеваниями страдают мужчины, а женщины являются их носителями.

к оглавлению ▴

Типичные задания ЕГЭ по генетике

Определение числа типов гамет

Определение числа типов гамет проводится по формуле: , где  — число пар генов в гетерозиготном состоянии. Например, у организма с генотипом генов в гетерозиготном состоянии нет, т.е. , следовательно, , и он образует один тип гамет . У организма с генотипом одна пара генов в гетерозиготном состоянии , т.е. , следовательно, , и он образует два типа гамет. У организма с генотипом три пары генов в гетерозиготном состоянии, т.е. , следовательно, , и он образует восемь типов гамет.

к оглавлению ▴

Задачи на моно- и дигибридное скрещивание

На моногибридное скрещивание

Задача: Скрестили белых кроликов с черными кроликами (черный цвет — доминантный признак). В  белых и  черных. Определите генотипы родителей и потомства.

Решение: Поскольку в потомстве наблюдается расщепление по изучаемому признаку, следовательно, родитель с доминантным признаком гетерозиготен.

к оглавлению ▴

На дигибридное скрещивание

Доминантные гены известны

Задача: Скрестили томаты нормального роста с красными плодами с томатами-карликами с красными плодами. В  все растения были нормального роста;  — с красными плодами и  — с желтыми. Определите генотипы родителей и потомков, если известно, что у томатов красный цвет плодов доминирует над желтым, а нормальный рост — над карликовостью.

Решение: Обозначим доминантные и рецессивные гены:  — нормальный рост,  — карликовость;  — красные плоды,  — желтые плоды.

Проанализируем наследование каждого признака по отдельности. В  все потомки имеют нормальный рост, т.е. расщепления по этому признаку не наблюдается, поэтому исходные формы — гомозиготны. По цвету плодов наблюдается расщепление , поэтому исходные формы гетерозиготны.

к оглавлению ▴

Доминантные гены неизвестны

Задача: Скрестили два сорта флоксов: один имеет красные блюдцевидные цветки, второй — красные воронковидные цветки. В потомстве было получено красных блюдцевидных, красных воронковидных, белых блюдцевидных и  белых воронковидных. Определите доминантные гены и генотипы родительских форм, а также их потомков.

Решение: Проанализируем расщепление по каждому признаку в отдельности. Среди потомков растения с красными цветами составляют , с белыми цветами — , т.е. . Поэтому  — красный цвет,  — белый цвет, а родительские формы — гетерозиготны по этому признаку (т.к. есть расщепление в потомстве).

По форме цветка также наблюдается расщепление: половина потомства имеет блюдцеобразные цветки, половина — воронковидные. На основании этих данных однозначно определить доминантный признак не представляется возможным. Поэтому примем, что  — блюдцевидные цветки,  — воронковидные цветки.

— красные блюдцевидные цветки,
 — красные воронковидные цветки,
 — белые блюдцевидные цветки,
 — белые воронковидные цветки.

к оглавлению ▴

Решение задач на группы крови (система АВ0)

Задача: у матери вторая группа крови (она гетерозиготна), у отца — четвертая. Какие группы крови возможны у детей?

Решение:

к оглавлению ▴

Решение задач на наследование признаков, сцепленных с полом

Такие задачи вполне могут встретиться как в части А, так и в части С ЕГЭ.

Задача: носительница гемофилии вышла замуж за здорового мужчину. Какие могут родиться дети?

Решение:

к оглавлению ▴

Решение задач смешанного типа

Задача: Мужчина с карими глазами и  группой крови женился на женщине с карими глазами и  группой крови. У них родился голубоглазый ребенок с  группой крови. Определите генотипы всех лиц, указанных в задаче.

Решение: Карий цвет глаз доминирует над голубым, поэтому  — карие глаза,  — голубые глаза. У ребенка голубые глаза, поэтому его отец и мать гетерозиготны по этому признаку. Третья группа крови может иметь генотип или , первая — только . Поскольку у ребенка первая группа крови, следовательно, он получил ген и от отца, и от матери, поэтому у его отца генотип .

Задача: Мужчина дальтоник, правша (его мать была левшой) женат на женщине с нормальным зрением (ее отец и мать были полностью здоровы), левше. Какие могут родиться дети у этой пары?

Решение: У человека лучшее владение правой рукой доминирует над леворукостью, поэтому  — правша,  — левша. Генотип мужчины  (т.к. он получил ген  от матери-левши), а женщины — .

Мужчина-дальтоник имеет генотип , а его жена — , т.к. ее родители были полностью здоровы.

к оглавлению ▴

Задачи для самостоятельного решения

1. Определите число типов гамет у организма с генотипом .
2. Определите число типов гамет у организма с генотипом .
3. Определите число типов гамет у организма с генотипом .
4. Скрестили высокие растения с низкими растениями. В  — все растения среднего размера. Какое будет ?
5. Скрестили белого кролика с черным кроликом. В  все кролики черные. Какое будет ?
6. Скрестили двух кроликов с серой шерстью. В  с черной шерстью,  — с серой и  с белой. Определите генотипы и объясните такое расщепление.
7. Скрестили черного безрогого быка с белой рогатой коровой. В  получили  черных безрогих, черных рогатых, белых рогатых и  белых безрогих. Объясните это расщепление, если черный цвет и отсутствие рогов — доминантные признаки.
8. Скрестили дрозофил с красными глазами и нормальными крыльями с дрозофилами с белыми глазами и дефектными крыльями. В потомстве все мухи с красными глазами и дефектными крыльями. Какое будет потомство от скрещивания этих мух с обоими родителями?
9. Голубоглазый брюнет женился на кареглазой блондинке. Какие могут родиться дети, если оба родителя гетерозиготны?
10. Мужчина правша с положительным резус-фактором женился на женщине левше с отрицательным резусом. Какие могут родиться дети, если мужчина гетерозиготен только по второму признаку?
11. У матери и у отца  группа крови (оба родителя гетерозиготны). Какая группа крови возможна у детей?
12. У матери  группа крови, у ребенка —  группа. Какая группа крови невозможна для отца?
13. У отца первая группа крови, у матери — вторая. Какова вероятность рождения ребенка с первой группой крови?
14. Голубоглазая женщина с  группой крови (ее родители имели третью группу крови) вышла замуж за кареглазого мужчину со  группой крови (его отец имел голубые глаза и первую группу крови). Какие могут родиться дети?
15. Мужчина-гемофилик, правша (его мать была левшой) женился на женщине левше с нормальной кровью (ее отец и мать были здоровы). Какие могут родиться дети от этого брака?
16. Скрестили растения земляники с красными плодами и длинночерешковыми листьями с растениями земляники с белыми плодами и короткочерешковыми листьями. Какое может быть потомство, если красная окраска и короткочерешковые листья доминируют, при этом оба родительских растения гетерозиготны?
17. Мужчина с карими глазами и  группой крови женился на женщине с карими глазами и  группой крови. У них родился голубоглазый ребенок с  группой крови. Определите генотипы всех лиц, указанных в задаче.
18. Скрестили дыни с белыми овальными плодами с растениями, имевшими белые шаровидные плоды. В потомстве получены следующие растения:  с белыми овальными,  с белыми шаровидными,  с желтыми овальными и  с желтыми шаровидными плодами. Определите генотипы исходных растений и потомков, если у дыни белая окраска доминирует над желтой, овальная форма плода — над шаровидной.

к оглавлению ▴

Ответы

1.  типа гамет.
2.  типов гамет.
3.  типа гамет.
4.  высоких, средних и  низких (неполное доминирование).
5. черных и  белых.
6.  — черные,  — белые,  — серые. Неполное доминирование.
7. Бык: , корова — . Потомство: (черные безрогие), (черные рогатые), (белые рогатые), (белые безрогие).
8.  — красные глаза,  — белые глаза;  — дефектные крылья,  — нормальные. Исходные формы — и , потомство .
   Результаты скрещивания:
   а)

   б)

9.  — карие глаза,  — голубые;  — темные волосы,  — светлые. Отец , мать — .
10.  — правша,  — левша;  — положительный резус,  — отрицательный. Отец , мать — . Дети: (правша, положительный резус) и  (правша, отрицательный резус).
11. Отец и мать — . У детей возможна третья группа крови (вероятность рождения — ) или первая группа крови (вероятность рождения — ).
12. Мать , ребенок ; от матери он получил ген , а от отца — . Для отца невозможны следующие группы крови: вторая , третья , первая , четвертая .
13. Ребенок с первой группой крови может родиться только в том случае, если его мать гетерозиготна. В этом случае вероятность рождения составляет .
14.  — карие глаза,  — голубые. Женщина , мужчина . Дети: (карие глаза, четвертая группа), (карие глаза, третья группа), (голубые глаза, четвертая группа), (голубые глаза, третья группа).
15.  — правша,  — левша. Мужчина , женщина . Дети (здоровый мальчик, правша), (здоровая девочка, носительница, правша), (здоровый мальчик, левша), (здоровая девочка, носительница, левша).
16.  — красные плоды,  — белые;  — короткочерешковые,  — длинночерешковые.
    Родители: и . Потомство: (красные плоды, короткочерешковые), (красные плоды, длинночерешковые), (белые плоды, короткочерешковые), (белые плоды, длинночерешковые).
    Скрестили растения земляники с красными плодами и длинночерешковыми листьями с растениями земляники с белыми плодами и короткочерешковыми листьями. Какое может быть потомство, если красная окраска и короткочерешковые листья доминируют, при этом оба родительских растения гетерозиготны?
17.  — карие глаза,  — голубые. Женщина , мужчина . Ребенок:
18.  — белая окраска,  — желтая;  — овальные плоды,  — круглые. Исходные растения: и . Потомство:
     с белыми овальными плодами,
     с белыми шаровидными плодами,
     с желтыми овальными плодами,
     с желтыми шаровидными плодами.

Если вы хотите разобрать большее количество примеров — записывайтесь на курсы подготовки к ЕГЭ по биологии онлайн