Главная Водопровод Решение генетических задач на дигибридное скрещивание. Скрещивание

Решение генетических задач на дигибридное скрещивание. Скрещивание

Генетика, ее задачи. Наследственность и изменчивость - свойства организмов. Методы генетики. Основные генетические понятия и символика. Хромосомная теория наследственности. Современные представления о гене и геноме

Генетика, ее задачи

Успехи естествознания и клеточной биологии в XVIII-XIX веках позволили ряду ученых высказать предположения о существовании неких наследственных факторов, определяющих, например, развитие наследственных болезней, однако эти предположения не были подкреплены соответствующими доказательствами. Даже сформулированная Х. де Фризом в 1889 году теория внутриклеточного пангенеза, которая предполагала существование в ядре клетки неких «пангенов », определяющих наследственные задатки организма, и выход в протоплазму только тех из них, которые определяют тип клетки, не смогла изменить ситуацию, как и теория «зародышевой плазмы» А. Вейсмана, согласно которой приобретенные в процессе онтогенеза признаки не наследуются.

Лишь труды чешского исследователя Г. Менделя (1822-1884) стали основополагающим камнем современной генетики. Однако, несмотря на то, что его труды цитировались в научных изданиях, современники не обратили на них внимания. И лишь повторное открытие закономерностей независимого наследования сразу тремя учеными — Э. Чермаком, К. Корренсом и Х. де Фризом — вынудило научную общественность обратиться к истокам генетики.

Генетика — это наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости и методы управления ими.

Задачами генетики на современном этапе являются исследование качественных и количественных характеристик наследственного материала, анализ структуры и функционирования генотипа, расшифровка тонкой структуры гена и методов регуляции генной активности, поиск генов, вызывающих развитие наследственных болезней человека и методов их «исправления», создание нового поколения лекарственных препаратов по типу ДНК-вакцин, конструирование с помощью средств генной и клеточной инженерии организмов с новыми свойствами, которые могли бы производить необходимые человеку лекарственные препараты и продукты питания, а также полная расшифровка генома человека.

Наследственность и изменчивость - свойства организмов

Наследственность — это способность организмов передавать свои признаки и свойства в ряду поколений.

Изменчивость — свойство организмов приобретать новые признаки в течение жизни.

Признаки — это любые морфологические, физиологические, биохимические и иные особенности организмов, по которым одни из них отличаются от других, например цвет глаз. Свойствами же называют любые функциональные особенности организмов, в основе которых лежит определенный структурный признак или группа элементарных признаков.

Признаки организмов можно разделить на качественные и количественные . Качественные признаки имеют два-три контрастных проявления, которые называют альтернативными признаками, например голубой и карий цвет глаз, тогда как количественные (удойность коров, урожайность пшеницы) не имеют четко выраженных различий.

Материальным носителем наследственности является ДНК. У эукариот различают два типа наследственности: генотипическую и цитоплазматическую . Носители генотипической наследственности локализованы в ядре и далее речь пойдет именно о ней, а носителями цитоплазматической наследственности являются находящиеся в митохондриях и пластидах кольцевые молекулы ДНК. Цитоплазматическая наследственность передается в основном с яйцеклеткой, поэтому называется также материнской.

В митохондриях клеток человека локализовано небольшое количество генов, однако их изменение может оказывать существенное влияние на развитие организма, например приводить к развитию слепоты или постепенному снижению подвижности. Пластиды играют не менее важную роль в жизни растений. Так, в некоторых участках листа могут присутствовать бесхлорофильные клетки, что приводит, с одной стороны, к снижению продуктивности растения, а с другой — такие пестролистные организмы ценятся в декоративном озеленении. Воспроизводятся такие экземпляры в основном бесполым способом, так как при половом размножении чаще получаются обычные зеленые растения.

Методы генетики

1. Гибридологический метод, или метод скрещиваний, заключается в подборе родительских особей и анализе потомства. При этом о генотипе организма судят по фенотипическим проявлениям генов у потомков, полученных при определенной схеме скрещивания. Это старейший информативный метод генетики, который наиболее полно впервые применил Г. Мендель в сочетании со статистическим методом. Данный метод неприменим в генетике человека по этическим соображениям.

2. Цитогенетический метод основан на исследовании кариотипа: числа, формы и величины хромосом организма. Изучение этих особенностей позволяет выявить различные патологии развития.

3. Биохимический метод позволяет определять содержание различных веществ в организме, в особенности их избыток или недостаток, а также активность целого ряда ферментов.

4. Молекулярно-генетические методы направлены на выявление вариаций в структуре и расшифровку первичной последовательности нуклеотидов исследуемых участков ДНК. Они позволяют выявить гены наследственных болезней даже у эмбрионов, установить отцовство и т. д.

5. Популяционно-статистический метод позволяет определить генетический состав популяции, частоту определенных генов и генотипов, генетический груз, а также наметить перспективы развития популяции.

6. Метод гибридизации соматических клеток в культуре позволяет определить локализацию определенных генов в хромосомах при слиянии клеток различных организмов, например, мыши и хомяка, мыши и человека и т. д.

Основные генетические понятия и символика

Ген — это участок молекулы ДНК, или хромосомы, несущий информацию об определенном признаке или свойстве организма.

Некоторые гены могут оказывать влияние на проявление сразу нескольких признаков. Такое явление называется плейотропией . Например, ген, обусловливающий развитие наследственного заболевания арахнодактилии (паучьи пальцы), вызывает также искривление хрусталика, патологии многих внутренних органов.

Каждый ген занимает в хромосоме строго определенное место — локус . Так как в соматических клетках большинства эукариотических организмов хромосомы парные (гомологичные), то в каждой из парных хромосом находится по одной копии гена, отвечающего за определенный признак. Такие гены называются аллельными .

Аллельные гены чаще всего существуют в двух вариантах — доминантном и рецессивном. Доминантной называют аллель, которая проявляется вне зависимости от того, какой ген находится в другой хромосоме, и подавляет развитие признака, кодируемого рецессивным геном. Доминантные аллели обозначаются обычно прописными буквами латинского алфавита (A, B, C и др.), а рецессивные — строчными (a, b, c и др.). Рецессивные аллели могут проявляться только в том случае, если они занимают локусы в обеих парных хромосомах.

Организм, у которого в обеих гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллели, называется гомозиготным по данному гену, или гомозиготой (AA, aa, ААBB, ааbb и т. д.), а организм, у которого в обеих гомологичных хромосомах находятся разные варианты гена — доминантный и рецессивный — называется гетерозиготным по данному гену, или гетерозиготой (Aa, АаBb и т. д.).

Ряд генов может иметь три и более структурных варианта, например группы крови по системе AB0 кодируются тремя аллелями — I A , I B , i. Такое явление называется множественным аллелизмом. Однако даже в этом случае каждая хромосома из пары несет только одну аллель, то есть все три варианта гена у одного организма не могут быть представлены.

Геном — совокупность генов, характерная для гаплоидного набора хромосом.

Генотип — совокупность генов, характерная для диплоидного набора хромосом.

Фенотип — совокупность признаков и свойств организма, которая является результатом взаимодействия генотипа и окружающей среды.

Поскольку организмы отличаются между собой многими признаками, установить закономерности их наследования можно только при анализе двух и более признаков в потомстве. Скрещивание, при котором рассматривается наследование и проводится точный количественный учет потомства по одной паре альтернативных признаков, называется моногибридны м, по двум парам — дигибридным , по большему количеству признаков — полигибридным .

По фенотипу особи далеко не всегда можно установить ее генотип, поскольку как гомозиготный по доминантному гену организм (АА), так и гетерозиготный (Аа) будет иметь в фенотипе проявление доминантной аллели. Поэтому для проверки генотипа организма с перекрестным оплодотворением применяют анализирующее скрещивание — скрещивание, при котором организм с доминантным признаком скрещивается с гомозиготным по рецессивному гену. При этом гомозиготный по доминантному гену организм не будет давать расщепления в потомстве, тогда как в потомстве гетерозиготных особей наблюдается равное количество особей с доминантным и рецессивным признаками.

Для записи схем скрещиваний чаще всего применяются следующие условные обозначения:

Р (от лат. парента — родители) — родительские организмы;

$♀$ (алхимический знак Венеры — зеркало с ручкой) — материнская особь;

$♂$ (алхимический знак Марса — щит и копье) — отцовская особь;

$×$ — знак скрещивания;

F 1 , F 2 , F 3 и т. д. — гибриды первого, второго, третьего и последующих поколений;

F а — потомство от анализирующего скрещивания.

Хромосомная теория наследственности

Основоположник генетики Г. Мендель, равно как и его ближайшие последователи, не имели ни малейшего представления о материальной основе наследственных задатков, или генов. Однако уже в 1902-1903 годах немецкий биолог Т. Бовери и американский студент У. Сэттон независимо друг от друга предположили, что поведение хромосом при созревании клеток и оплодотворении позволяет объяснить расщепление наследственных факторов по Менделю, т. е., по их мнению, гены должны быть расположены в хромосомах. Данные предположения стали краеугольным камнем хромосомной теории наследственности.

В 1906 году английские генетики У. Бэтсон и Р. Пеннет обнаружили нарушение менделевского расщепления при скрещивании душистого горошка, а их соотечественник Л. Донкастер в экспериментах с бабочкой крыжовенной пяденицей открыл сцепленное с полом наследование. Результаты этих экспериментов явно противоречили менделевским, но если учесть, что к тому времени уже было известно о том, что количество известных признаков для экспериментальных объектов намного превышало количество хромосом, а это наводило на мысль, что каждая хромосома несет более одного гена, а гены одной хромосомы наследуются совместно.

В 1910 году начинаются эксперименты группы Т. Моргана на новом экспериментальном объекте — плодовой мушке дрозофиле. Результаты этих экспериментов позволили к середине 20-х годов XX века сформулировать основные положения хромосомной теории наследственности, определить порядок расположения генов в хромосомах и расстояния между ними, т. е. составить первые карты хромосом.

Основные положения хромосомной теории наследственности:

Гены расположены в хромосомах. Гены одной хромосомы наследуются совместно, или сцепленно, и называются группой сцепления . Число групп сцепления численно равно гаплоидному набору хромосом.
Каждый ген занимает в хромосоме строго определенное место — локус.
Гены в хромосомах расположены линейно.
Нарушение сцепления генов происходит только в результате кроссинговера.
Расстояние между генами в хромосоме пропорционально проценту кроссинговера между ними.
Независимое наследование характерно только для генов негомологичных хромосом.

Современные представления о гене и геноме

В начале 40-х годов ХХ века Дж. Бидл и Э. Тейтум, анализируя результаты генетических исследований, проведенных на грибе нейроспоре, пришли к выводу, что каждый ген контролирует синтез какого-либо фермента, и сформулировали принцип «один ген — один фермент».

Однако уже в 1961 году Ф. Жакобу, Ж. Л. Моно и А. Львову удалось расшифровать структуру гена кишечной палочки и исследовать регуляцию его активности. За это открытие им в 1965 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.

В процессе исследования, кроме структурных генов, контролирующих развитие определенных признаков, им удалось выявить и регуляторные, основной функцией которых является проявление признаков, кодируемых другими генами.

Структура прокариотического гена. Структурный ген прокариот имеет сложное строение, поскольку в его состав входят регуляторные участки и кодирующие последовательности. К регуляторным участкам относятся промотор, оператор и терминатор. Промотором называют участок гена, к которому прикрепляется фермент РНК-полимераза, обеспечивающий синтез иРНК в процессе транскрипции. С оператором , располагающимся между промотором и структурной последовательностью, может связываться белок-репрессор , не позволяющий РНК-полимеразе начать считывание наследственной информации с кодирующей последовательности, и только его удаление позволяет начать транскрипцию. Структура репрессора закодирована обычно в регуляторном гене, находящемся в другом участке хромосомы. Считывание информации заканчивается на участке гена, который называется терминатором .

Кодирующая последовательность структурного гена содержит информацию о последовательности аминокислот в соответствующем белке. Кодирующую последовательность у прокариот называют цистроном , а совокупность кодирующих и регуляторных участков гена прокариот — опероном . В целом прокариоты, к которым относится и кишечная палочка, имеют сравнительно небольшое количество генов, расположенных в единственной кольцевой хромосоме.

Цитоплазма прокариот может содержать также дополнительные небольшие кольцевые или незамкнутые молекулы ДНК, которые называются плазмидами. Плазмиды способны встраиваться в хромосомы и передаваться от одной клетки к другой. Они могут нести информацию о половых признаках, патогенности и устойчивости к антибиотикам.

Структура эукариотического гена. В отличие от прокариот, гены эукариот не имеют оперонной структуры, поскольку не содержат оператора, и каждый структурный ген сопровождается только промотором и терминатором. Кроме того, в генах эукариот значащие участки (экзоны ) чередуются с незначащими (интронами ), которые полностью переписываются на иРНК, а затем вырезаются в процессе их созревания. Биологическая роль интронов состоит в снижении вероятности мутаций в значащих участках. Регуляция генов эукариот намного сложнее, нежели описанная для прокариот.

Геном человека. В каждой клетке человека в 46 хромосомах находится около 2 м ДНК, плотно упакованной в двойную спираль, которая состоит примерно из 3,2 $×$ 10 9 нуклеотидных пар, что обеспечивает около 10 1900000000 возможных уникальных комбинаций. К концу 80-х годов ХХ века было известно расположение примерно 1500 генов человека, однако их общее количество оценивали примерно в 100 тыс., поскольку только наследственных болезней у человека имеется примерно 10 тыс., не говоря уже о количестве разнообразных белков, содержащихся в клетках.

В 1988 году стартовал международный проект «Геном человека», который к началу XXI века закончился полной расшифровкой последовательности нуклеотидов. Он дал возможность понять, что два разных человека на 99,9 % имеют сходные последовательности нуклеотидов, и лишь остающиеся 0,1 % определяют нашу индивидуальность. Всего было обнаружено примерно 30-40 тыс. структурных генов, однако затем их количество было снижено до 25-30 тыс. Среди этих генов имеются не только уникальные, но и повторяющиеся сотни и тысячи раз. Тем не менее данные гены кодируют гораздо большее количество белков, например десятки тысяч защитных белков — иммуноглобулинов.

97 % нашего генома является генетическим «мусором», который существует только потому, что умеет хорошо воспроизводиться (РНК, которые транскрибируются на этих участках, никогда не покидают ядро). Например, среди наших генов есть не только «человеческие» гены, но и 60 % генов, похожих на гены мушки дрозофилы, а с шимпанзе нас роднит до 99 % генов.

Параллельно с расшифровкой генома происходило и картирование хромосом, вследствие этого удалось не только обнаружить, но и определить расположение некоторых генов, отвечающих за развитие наследственных заболеваний, а также генов-мишеней лекарственных препаратов.

Расшифровка генома человека пока не дает прямого эффекта, поскольку мы получили своеобразную инструкцию по сборке такого сложного организма, как человек, но не научились изготавливать его или хотя бы исправлять погрешности в нем. Тем не менее эра молекулярной медицины уже на пороге, во всем мире идет разработка так называемых генопрепаратов, которые смогут блокировать, удалять или даже замещать патологические гены у живых людей, а не только в оплодотворенной яйцеклетке.

Не следует забывать и о том, что в эукариотических клетках ДНК содержится не только в ядре, но также в митохондриях и пластидах. В отличие от ядерного генома, организация генов митохондрий и пластид имеет много общего с организацией генома прокариот. Несмотря на то что эти органеллы несут менее 1 % наследственной информации клетки и не кодируют даже полного набора белков, необходимых для их собственного функционирования, они способны существенно влиять на некоторые признаки организма. Так, пестролистность у растений хлорофитума, плюща и других наследует незначительное число потомков даже при скрещивании двух пестролистных растений. Это обусловлено тем, что пластиды и митохондрии передаются большей частью с цитоплазмой яйцеклетки, поэтому такая наследственность называется материнской, или цитоплазматической, в отличие от генотипической, которая локализуется в ядре.

Растение с красными плодами образует гаметы, несущие доминантные аллели АВ , а растение с желтыми плодами образует гаметы, несущие рецессивные аллели ав . Сочетание этих гамет приводит к образованию дигетерозиготы АаВв , поскольку гены А и В доминантные, то все гибриды первого поколения будут иметь красные и гладкие плоды.

Скрестим растения с красными и гладкими плодами из поколения F 1 c растением, имеющим желтые и опушенные плоды (Рис. 2). Определим генотип и фенотип потомства.

Рис. 2. Схема скрещивания ()

Один из родителей является дигетерозиготой, его генотип АаВв , второй родитель гомозиготен по рецессивным аллелям, его генотип - аавв . Дигетерозиготный организм продуцирует следующие типы гамет: АВ , Ав , аВ , ав ; гомозиготный организм - гаметы одного типа: ав . В результате получается четыре генотипических класса: АаВв , Аавв , ааВв , аавв и четыре фенотипических класса: красные гладкие, красные опушенные, желтые гладкие, желтые опушенные.

Расщепление по каждому из признаков: по окраске плодов 1:1, по кожице плодов 1:1.

Это типичное анализирующее скрещивание, которое позволяет определять генотип особи с доминантным фенотипом. Дигибридное скрещивание представляет собой два независимо идущих моногибридных скрещивания, результаты которых накладываются друг на друга. Описанный механизм наследования при дигибридном скрещивании относится к признакам, гены которых расположены в разных парах негомологичных хромосом, то есть в одной паре хромосом располагаются гены, отвечающие за окраску плодов томата, а в другой паре хромосом располагаются гены, отвечающие за гладкость или опушенность кожицы плодов.

От скрещивания двух растений гороха, выросших из желтых и гладких семян, получено 264 желтых гладких, 61 желтых морщинистых, 78 зеленых гладких, 29 зеленых морщинистых семян. Определите, к какому скрещиванию относится наблюдаемое соотношение фенотипических классов.

В условии дано расщепление от скрещивания, получено четыре фенотипических класса со следующим расщеплением 9:3:3:1, и это свидетельствует о том, что были скрещены два дигетерозиготных растения, имеющих следующий генотип: АаВв и АаВв (Рис. 3).

Рис. 3 Схема скрещивания к задаче 2 ()

Если построить решетку Пеннета, в которой по горизонтали и вертикали запишем гаметы, в квадратиках - зиготы, полученные при слиянии гамет, то получим четыре фенотипических класса с указанным в задаче расщеплением (Рис. 4).

Рис. 4. Решетка Пеннета к задаче 2 ()

Неполное доминирование по одному из признаков. У растения львиный зев красная окраска цветков не полностью подавляет белую окраску, сочетание доминантного и рецессивного аллелей обуславливает розовую окраску цветов. Нормальная форма цветка доминирует над вытянутой и пилорической формой цветка (Рис. 5).

Рис. 5. Скрещивание львиного зева ()

Скрестили между собой гомозиготные растения с нормальными белыми цветками и гомозиготным растением с вытянутыми красными цветками. Необходимо определить генотип и фенотип потомства.

Условие задачи:

А - красная окраска - доминантный признак

а - белая окраска - рецессивный признак

В - нормальная форма - доминантный признак

в - пилорическая форма - рецессивный признак

ааВВ - генотип белой окраски и нормальной формы цветка

ААвв - генотип красных пилорических цветков

Они продуцируют гаметы одного типа, в первом случае гаметы, несущие аллели аВ , во втором случае - Ав . Сочетание этих гамет приводит к возникновению дигетерозиготы, имеющий генотип АаВв - все гибриды первого поколения будут иметь розовую окраску и нормальную форму цветков (Рис. 6).

Рис. 6. Схема скрещивания к задаче 3 ()

Скрестим гибриды первого поколения для определения окраски и формы цветка у поколения F 2 при неполном доминировании по окраске.

Генотипы родительских организмов - АаВв и АвВв ,

гибриды образуют гаметы четырех типов: АВ , Ав , аВ , ав (Рис. 7).

Рис. 7. Схема скрещивания гибридов первого поколения, задача 3 ()

При анализе полученного потомства можно сказать, что у нас не получилось традиционного расщепления по фенотипу 9:3 и 3:1, так как у растений наблюдается неполное доминирование по окраске цветков (Рис. 8).

Рис. 8. Таблица Пеннета к задаче 3 ()

Из 16 растений: три красных нормальных, шесть розовых нормальных, одно красное пилорическое, два розовых пилорических, три белых нормальных и одно белое пилорическое.

Мы рассмотрели примеры решения задач на дигибридное скрещивание.

У человека карий цвет глаз доминирует над голубым, а способность лучше владеть правой рукой доминирует над леворукостью.

Задача 4

Кареглазая правша вышла замуж за голубоглазового левшу, у них родилось два ребенка - голубоглазый правша и голубоглазый левша. Определить генотип матери.

Запишем условие задачи:

А - карие глаза

а - голубые глаза

В - праворукость

в - леворукость

аавв - генотип отца, он гомозиготен по рецессивным аллелям двух генов

А - ? В - ? - генотип матери имеет два доминантных гена и теоретически может иметь

генотипы: ААВВ , АаВВ , ААВв , АаВв .

F 1 - аавв , ааВ - ?

При наличии генотипа ААВВ у матери не наблюдалось бы никакого расщепления в потомстве: все дети были бы кареглазыми правшами и имели бы генотип АаВв , поскольку у отца образуются гаметы одного типа ав (Рис. 9).

Рис. 9. Схема скрещивания к задаче 4 ()

Два ребенка имеют голубые глаза - значит, мать гетерозиготна по цвету глаз Аа , кроме этого один из детей - левша - это говорит о том, что мать имеет рецессивный ген в , отвечающий за леворукость, то есть мать - типичная дигетерозигота. Схема скрещивания и возможные дети от этого брака представлены на Рис. 10.

Рис. 10. Схема скрещивания и возможные дети от брака ()

Тригибридным называется такое скрещивание, при котором родительские организмы отличаются друг от друга по трем парам альтернативных признаков.

Пример: скрещивание гороха с желтыми гладкими семенами и пурпурной окраской цветков с зелеными морщинистыми семенами и белой окраской цветков.

У тригибридных растений проявятся доминантные признаки: желтая окраска и гладкая форма семян с пурпурной окраской цветка (Рис. 11).

Рис. 11. Схема тригибридного скрещивания ()

Тригибридные растения в результате независимого расщепления генов продуцируют

восемь типов гамет - женских и мужских, сочетаясь, они дадут в F 2 64 комбинации, 27 генотипов и 8 фенотипов.

Список литературы

Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. - 5-е издание, стереотипное. - Дрофа, 2010.
Беляев Д.К. Общая биология. Базовый уровень. - 11 издание, стереотипное. - М.: Просвещение, 2012.
Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Общая биология, 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2005.
Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010.

Biorepet-ufa.ru ().
Kakprosto.ru ().
Genetika.aiq.ru ().

Домашнее задание

Дать определение дигибридному скрещиванию.
Написать возможные типы гамет, продуцируемых организмами со следующими генотипами: ААВВ, CcDD.
Дать определение тригибридному скрещиванию.

Основные термины генетики

При решении задач по генетике необходимо:

Определить виды скрещивания и взаимодействий аллельных и неалельных генов(определить характер скрещивания).
Определить доминантный и рецессивный признак(-и) по условию задачи, рисунку, схеме или по результатам скрещивания F 1 и F 2 .
Ввести буквенные обозначения доминантного (заглавной буквой) и рецессивного (прописной буквой) признаков, если они не даны в условии задачи.
Записать фенотипы и генотипы родительских форм.
Записать фенотипы и генотипы потомков.
Составить схему скрещивания, обязательно указать гаметы, которые образуют родительские формы.
Записать ответ.

При решении задач на взаимодействие неаллельных генов необходимо:

Сделать краткую запись задачи.
Вести анализ каждого признака отдельно, сделав по каждому признаку соответствующую запись.
Применить формулы моногибридного скрещивания, если ни одна из них не подходит, то
- Сложить вес числовые показатели в потомстве, разделить сумму на 16, найти одну часть и выразить все числовые показатели в частях.
- Исходя из того, что расщепление в F 2 дигибридного скрещивания идёт по формуле 9А_В_ : 3A_bb: 3 ааВ_ : l aabb, найти генотипы Fr
- По F 2 найти генотипы F
- По F найти генотипы родителей.

Формулы для определения характера скрещивания:

где n - число аллелей, пар признаков

Расщепление по генотипу – (3:1) n
Расщепление по фенотипу – (1:2:1) n
Количество типов гамет – 2 n
Количество фенотипических классов - 2 n
Количество генотипических классов - 3 n
Число возможных комбинаций, сочетаний гамет – 4 n

Основные правила при решении генетических задач:

Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в их потомстве наблюдается расщепление признаков, то эти особи гетерозиготны.
Если в результате скрещивания особей, отличающихся феиотипически по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по этой же паре признаков, то одна из родительских особей была гетерозиготна, а другая - гомозиготна по рецессивному признаку.
Если при скрещивании феиотипически одинаковых (по одной паре признаков) особей в первом поколении гибридов происходит расщепление признаков на три фенотипические группы в отношениях 1:2:1, то это свидетельствует о неполном доминировании и о том, что родительские особи гетерозиготны.
Если при скрещивании двух феиотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении 9:3:3:1, то исходные особи были дигетерозиготными.

В предыдущей статье мы говорили о заданиях линии С6 в целом. Начиная с этого поста будут разбираться конкретные задачи по генетике, которые входили в тестовые задания прошлых лет.

Иметь хорошее представление о такой биологической дисциплине как генетика — наука о наследственности и изменчивости — просто необходимо для жизни. Тем более, что генетика в нашей стране имеет такую многострадальную историю…

Подумать только, Россия из лидирующей страны в области изучения генетики в начале ХХ века, превращается в дремучего монстра по вытравливанию из сознания людей даже просто генетической терминологии начиная с конца 30-х до середины 50-х годов.

Разве можно простить режиму умерщвление пытками и голодом величайшего генетика, благороднейшего служителя народу и науке, создателя Всесоюзного института растениеводства в Ленинграде, академика (1887 — 1943).

Начнем разбор реальных заданий линии С6 с задач на дигибридное скрещивание , которые требуют знания по наследованию признаков двух пар аллельных генов (но являющихся по отношению друг к другу неаллельными), находящимися в разных парах гомологичных хромосом, поэтому наследуемых .

Самое удивительное, что уровень сложности этих заданий очень различается, в чем мы с вами сейчас и убедимся на примерах решения нескольких заданий.

Изучая далее материал этой статьи, благодаря моим подробным объяснениям, надеюсь, что и более сложные задания для вас окажутся понятными. А для более успешного освоения задач на дигибридное скрещивание предлагаю вашему вниманию свою книжку:

Задача 1. Про свиней на дигибридное скрещивание (самая простая)

У свиней ч ерная окраска шерсти (А) доминирует над рыжей (а), длинная щетина (В) — над короткой (в). Гены не сцеплены.Какое потомство может быть получено при скрещивании черного с длинной щетиной дигетерозиготного самца с гомозиготной черной самкой с короткой щетиной. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей, потомства, фенотипы потомства и их соотношение.

Сначала хочу немного обратить ваше внимание на такие моменты:

Во-первых, почему эта задача на дигибридное скрещивание? В задании требуется определить распределение в наследовании двух признаков: окраски шерсти (А или а) и длины (В или в). Причем указано, что геныне сцеплены, то есть изучаемые признаки находятся в разных парах гомологичных хромосом и наследуютсянезависимо друг от друга по закону Менделя. Это значит, что потомство будет образовываться от всех возможных случайных сочетаний гамет, образуемых самцом и самкой.

Во-вторых, именно эта задача на дигибридное скрещивание является самой простой из такого типа заданий. В ней заранее оговаривается, что изучаемые признаки не сцеплены. К тому же, мысразу можем (без анализа всевозможных сочетаний рождения потомства) по данному фенотипу родителей записать их генотип.

Решение:

1) генотипы родителей:

самец АаВb — так как про самца сказано в условии задачи, что он дигетерозиготен, то есть гетерозиготен по обоим изучаемым признакам, то в записи его генотипа по каждому признаку присутствуют: А — доминантный черный цвет шерсти и а — рецессивный рыжий цвет шерсти; В — доминантная длинная щетина и b — рецессивная короткая;

самка ААbb — так как про неё сказано, что она гомо зиготна по цвету шерсти, которая у неё тоже черная, значит записываем только АА , а про длину шерсти не сказано гомо зиготна она или гете розиготна, так как эта информация была бы лишняя!!! (и так понятно, что если у самки шерсть короткая, то она может быть тоже только гомо зиготной по этому рецессивному признаку bb ).

Конечно , такие длинные рассуждения по поводу записи генотипа родителей по данному в условии задачи их фенотипу вам приводить не обязательно. Главное, что первым пунктом вы должны указать правильно, ни в коем случае не ошибившись, генотипы обоих родителей.

2) гаметы:

дигетеро зиготный самец будет производить с равной вероятностью четыре сорта сперматозоидов АВ, Аb, аВ, аb (по закону чистоты гамет, как следствие , каждая гамета может иметь только один аллель любого гена. А так как изучается наследование сразу двух признаков, то в каждую гамету мы вписываем по одному аллельному гену каждого изучаемого признака);

дигомо зиготная самка (ААbb — как мы выяснили у неё именно такой генотип) будет иметь все одинаковые яйцеклетки — Аb.

3) потомство:

так как все однотипные яйцеклетки самки Аb могут быть оплодотворены любыми четырьмя видами сперматозоидов АВ, Аb, аВ и аb с равной вероятностью, то возможно рождение потомков с такими

четырьмя генотипами: ААВb, ААbb, АаВb и Ааbb в соотношении 1: 1: 1: 1 (25%, 25%, 25%, 25%)

и двумя фенотипами: А-В- — черные длинношерстные — 50% и А-bb — черные короткошерстные — 50% (пробелами записаны те места, где совершенно без разницы для проявления фенотипа какой второй доминантный или рецессивный ген в этих парах аллельных генов может присутствовать).

Итак, мы полностью ответили на вопросы задания: решение составлено по стандартной схеме (родители, гаметы, потомство), определены генотипы родителей и потомства, определены фенотипы потомства и определено возможное соотношение генотипов и фенотипов потомства.

Задача 2. Про растение дурман на дигибридное скрещивание, но с более сложным условием .

Растение дурман с пурпурными цветками (А) и гладкими коробочками (b), скрестили с растением, имеющим пурпурные цветки и колючие коробочки. В потомстве получены следующие фенотипы: с пурпурными цветками и колючими коробочками, с пурпурными цветками и гладкими коробочками, с белыми цветками и колючими коробочками, с пурпурными цветками и гладкими коробочками. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей, потомства и возможное соотношение фенотипов. Установите характер наследования признаков.

Обратите внимание, что в этом задании мы уже не можем сразу однозначно ответить на вопрос о генотипе родителей, а значит и сразу расписать полную информацию о гаметах, ими производимых. Это возможно сделать только внимательно проанализировав информацию о фенотипах потомства.

В ответе еще придется не забыть обязательно указать характер наследования признаков (независимо наследуются признаки или сцеплено). В предыдущем то задании это было дано.

Решение:

1) определим сначала пусть и неоднозначно возможные генотипы родителей

Р: А — bb (пурп., гладк.) и А — В — (пурп., колюч.)

2) также пока неоднозначно выписываем информацию о производимых ими гаметах

G: Аb, — b и АВ, А -, — В, — —

3) запишем исходя из известного фенотипа потомства их возможные генотипы

F1 А — В — (пурп.,колюч.) А — bb (пурп., гладк.)

……. ааВ — (белые, колюч.) ааbb (белые, гладк.)

Теперь, самые главные сведения, которые мы можем извлечь из всего вышеизложенного:

а) так как среди потомства есть растения с гладкими коробочками (а это рецессивный признак), то генотипы обоих родителей обязательно должны иметь ген b. То есть мы уже можем и в генотип второго родителя вписать b (маленькое): А-Вb;

б) так как среди потомства есть растения с белыми цветками (а это рецессивный признак), то генотипы обоих родителей должны иметь ген а (маленькое);

4) только теперь мы можем уже полностью выписать генотипы обоих родителей: .. … ………………….. Ааbb и АаВb и производимые ими………………………………………….

гаметы: …. Аb, аb и АВ, Аb, аВ, аb

5) поскольку по условию задачи в потомстве были обнаружены все возможные сочетания признаков растений:

…………. «с пурпурными цветками и колючими коробочками,

………….. с пурпурными цветками и гладкими коробочками,

………….. с белыми цветками и колючими коробочками,

………….. с белыми цветками и гладкими коробочками»,

то это возможно лишь при независимом наследовании признаков;

6) поскольку мы определили, что признаки не сцеплены и наследуются независимо друг от друга, то необходимо произвести все возможные сочетания скрещиваний имеющихся гамет. Удобнее всего произвести запись используя решетку Пеннета. В нашей задаче она будет, слава богу, не классическая (4 х 4 = 16), а всего 2 х 4 = 8:

G: АВ Аb аВ аb

Аb ААВb ААbb АаВb Ааbb

………….. пурп.колюч пурп.гладк пурп.колюч пурп.гладк

ав АаВb Ааbb ааВb ааbb

…………. пурп.колюч пурп.гладк бел.колюч бел.гладк

7) распределение в потомстве будет

по генотипу: 1 ААВb: 1 ААbb: 2 АаВb: 2 Ааbb: 1 ааВb: 1 ааbb

по фенотипу: 3/8 — пурпурные колючие (А-Вb);

………………….. 3/8 — пурпурные гладкие (А-bb);

………………….. 1/8 — белые колючие (ааВb);

………………….. 1/8 — белые гладкие (ааbb).

Задача 3. Совсем простая, если разбираться в смысле генетической терминологии

От скрещивания 2-х сортов ячменя, у одного из которых колос двурядный плотный, а у другого — многордный рыхлый, получили гибриды F 1 , с двурядным рыхлым колосом. Какие результаты по фенотипу и генотипу получатся в возвратных скрещиваниях, если наследование признаков независимое? Составьте схемы скрещиваний.

Поскольку сказано, что скрещивали сорта ячменя (да чего угодно, «фигурирует» слово сорт), значит речь идет о гомозиготных организмах по обоим изучаемым признакам. А какие признаки здесь рассматриваются:

а) форма колоса и б) его качество. Да еще и сказано, что наследование признаков независимое, значит мы можем применить выкладки, следуемые из 3-го закона Менделя для дигибридного скрещивания.

Также сказано и то, какими признаками обладали гибриды в F 1 . Они были с двурядным рыхлым колосом — значит эти признаки и являются доминантными над многорядностью и плотностью колоса. Поэтому мы можем теперь вводить обозначения аллелей генов этих двух изучаемых признаков и не ошибемся в правильности использования больших и малых букв алфавита.

Обозначим:

аллельный ген двурядного колоса А, а многорядного — а;
аллельный ген рыхлого колоса В , а плотного — b ,
тогда генотипы исходных двух сортов ячменя будут выглядеть так: ААbb и aaBB . От их скрещивания в F 1 получатся гибриды: AaBb .

Ну а теперь уж провести возвратные скрещивания гибридов AaBb с каждой из исходных родительских форм по отдельности с AAbb , а потом и с aaBB , уверен, ни для кого не составит труда, не правда ли?

Задача 4. «Не рыжий, вовсе я не рыжий, не рыжий я, а золотой»

Женщина с карими глазами и рыжими волосами вышла замуж за мужчину с не рыжими волосами и голубыми глазами. Известно, что у отца женщины глаза были карие, а у матери - голубые, у обоих - рыжие волосы. У отца мужчины были не рыжие волосы и голубые глаза, у матери - карие глаза и рыжие волосы. Какими являются генотипы всех указанных людей? Какими могут быть глаза и волосы у детей этих супругов?

Аллельный ген, ответственный за проявление карего цвета глаз обозначим А (это всем хорошо известно, что карий цвет глаз доминирует над голубым цветом), а аллельный ему ген голубых глаз, соответственно, будет а . Обязательно одна и та же буква алфавита, так как это один признак - цвет глаз.

Аллельный ген не рыжих волос (цвет волос - второй изучаемый признак) обозначим В , так как он доминирует над аллелем, отвечающим за проявление рыжей окраски волос — b.

Генотип женщины с карими глазами и рыжими волосами мы можем записать сначала неполностью, а так А-bb . Но так как сказано, что её отец был кареглазый с рыжими волосами, то есть с генотипом А-bb , а мать её была голубоглазая и тоже с рыжими волосами (ааbb ), то второй аллель женщины при А мог быть только а , то есть её генотип будет Ааbb .

Генотип голубоглазого мужчины с не рыжими волосами можно сначала записать так: ааB- . Но так как у его матери были волосы рыжие, то есть bb , то второй аллельный ген при В у мужчины мог быть только b . Таким орбразом, генотип мужчины запишется aaBb . Генотипы его родителей: отца - aaB- ; матери - А-bb.

Дети от брака анализируемых супругов Ааbb x aaBb (а гаметы соответственно: Ab, ab и aB, ab ) будут с равновероятными генотипами AaBb, Aabb, aaBb, aabb или по фенотипу: кареглазые не рыжие, кареглазые рыжие, голубоглазые не рыжие, голубоглазые рыжие в соотношении 1:1:1:1 .

*************************************************************************

Да, теперь вы сами видите какие неравноценные по сложности могут быть задания. Несправедливо, да несправедливо, отвечаю я, как репетитор ЕГЭ по биологии. Нужна удача, да нужна удача!

Но согласитесь, что удача окажется полезной лишь для тех, кто реально «в теме». Без знания законов наследственности Грегора Менделя невозможно решить и первое задание, поэтому вывод может быть один: .

В следующей статье репетитора биологии по Скайпу разберем задачи на наследование, которые правильно решают еще меньшее количество учащихся.

Для тех, кто хочет хорошо разобраться как надо решать задачи по генетике на дигибридное скрещивание, могу предложить свою книгу: « «

***************************************

У кого будут вопросы к репетитору биологии по Скайпу ,обращайтесь в комментариях. У меня на блоге вы можете приобрести ответы на все тесты ОБЗ ФИПИ за все годы проведения экзаменов и .

Шестое здание ЕГЭ по биологии — это задачи. На людей, которые только начинают заниматься биологией или подготовкой к экзамену в частности, они наводят ужас. Очень зря. Стоит лишь разобраться, как все станет простым и легким. 🙂

Относится к базовому уровню, при правильно данном ответе можно получить 1 первичный балл.

Для успешного выполнения этого задания следует знать следующие темы, приведенные в кодификаторе:

Темы в кодификаторе по заданию №6

Генетика, ее задачи. Наследственность и изменчивость – свойства организмов. Методы генетики. Основные генетические понятия и символика. Хромосомная теория наследственности. Современные представления о гене и геноме

Закономерности наследственности, их цитологические основы. Закономерности наследования, установленные Г. Менделем, их цитологические основы (моно- и дигибридное скрещивание). Законы Т. Моргана: сцепленное наследование признаков, нарушение сцепления генов. Генетика пола. Наследование признаков, сцепленных с полом. Взаимодействие генов. Генотип как целостная система. Генетика человека. Методы изучения генетики человека. Решение генетических задач. Составление схем скрещивания.

«Решу ЕГЭ» делит задания на две больших группы: моногибридное скрещивание и дигибридное скрещивание.

Прежде чем решать задачи, предлагаем составить небольшой словарь терминов и понятий, чтобы понимать, что от нас требуется.

Теория к заданиям по скрещиванию

Признаки делятся на два вида: рецессивные и доминантные.

«Доминантный признак подавляет рецессивный » — устойчивая фраза. Что же значит подавляет? Это значит, что в выборе между доминантным и рецессивным признаком, проявится обязательно доминантный. В любом случае. Доминантный признак обозначается заглавной буквой, а рецессивный- маленькой. Все логично. Для того, чтобы в потомстве проявился рецессивный признак необходимо, чтобы ген нес рецессивный признак и от самки, и от самца.

Для наглядности: представим себе признак, например, цвет шерсти у котенка. Пусть у нас есть два варианта развития событий:

Черная шерсть
Белая шерсть

Черная шерсть доминирует над белой. Вообще, в задачах всегда указывают что над чем доминирует, абитуриенты не обязаны знать все, тем более из генетики.

Черная шерсть будет тогда обозначаться заглавной буквой. Чаще всего используются A,B,C и далее по алфавиту. Белая шерсть, соответственно, маленькой буквой.

А- черная шерсть.

а- белая шерсть.

Если при слиянии гамет получаются комбинации: АА,Аа,аА, то это значит, что шерсть у потомков первого поколения будет черной.

Если же при слиянии гамет получится комбинация аа, то шерсть будет белой.

О том, какие гаметы у родителей, будет сказано в условии задачи.

Гаметы , или половые клетки, - репродуктивные клетки, имеющие гаплоидный (одинарный) набор хромосом и участвующие, в частности, в половом размножении.

Зигота - диплоидная клетка, образующаяся в результате оплодотворения.

Гетерозигота — два гена, определяющие один признак,- одинаковые (АА или аа)

Гомозигота — два гена, определяющие один признак,- разные (Аа)

Дигибридное скрещивание - скрещивание организмов, различающихся по двум парам альтернативных признаков.

Моногибридное скрещивание — скрещивание, при котором скрещиваемые организмы отличаются только одним признаком.

Анализирующее скрещивание - скрещивание гибридной особи с особью, гомозиготной по рецессивным аллелям.

Грегор Мендель — «отец» генетики

Итак, как отличать эти виды скрещивания:

При моногибридном скрещивании речь идет об одном признаке: цвет, размер, форма.

При дигибридном скрещивании мы говорим о паре признаков.

При анализирующем скрещивании одна особь может быть совершенно любой, а вот у другой гаметы должны нести исключительно рецессивные признаки.

Аллели - различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках гомологичных хромосом.

Звучит не очень-то понятно. Разберемся:

1 ген несет 1 признак.

1 аллель несет одно значение признака (оно может быть доминантным или рецессивным).

Генотип - совокупность генов данного организма.

Фенотип - совокупность характеристик, присущих индивиду на определённой стадии развития.

В задачах часто просят указать процент особей с определенным генотипом или фенотипом или указать расщепление по генотипу или фенотипу. Если упростить определение фенотипа, то фенотип- внешнее проявление признаков из генотипа.

Кроме всяких понятий, нужно знать законы Грегора Менделя — отца генетики.

Грегор Мендель скрещивал горох с плодами, отличающимися окраской и гладкостью кожуры. Благодаря его наблюдениям и появились три закона генетики:

I. Закон единообразия гибридов первого поколения:

При моногибридном скрещивании отличающихся гомозигот все потомки первого поколения будут одинаковы по фенотипу.

II. Закон расщепления

При скрещивании потомков первого поколения наблюдается расщепление 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу.

III. Закон независимого расщепления

При дигибридном скрещивании двух отличающихся гомозигот во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 9:3:3:1.

Когда навык решения генетический задач будет получен может возникнуть вопрос: а зачем мне знать законы Менделя, если я и так прекрасно могу решить задачу и найти расщепление в частных случаях? Внимание ответ: в некоторых заданиях может потребоваться указать по какому закону произошло расщепление, но относится это скорее к заданиям развернутым ответом.

Подковавшись в теории, можно наконец-то перейти к задачам. 😉

Разбор типовых заданий №6 ЕГЭ по биологии

Типы гамет у особи

Сколько типов гамет образуется у особи с генотипом aabb?

У нас есть две пары аллельных хромосом:

Первая пара: аа

Вторая пара: bb

Это все гомозиготы. Можно составить лишь одну комбинацию: ab.

Типы гамет при скрещивании

Сколько видов гамет образуется у дигетерозиготных растений гороха при дигибридном скрещивании (гены не образуют группу сцепления)? В ответ запишите цифру.

Раз растения дигетерозиготны, то это значит, что по обоим признакам у них одна аллель доминантная, а вторая-рецессивная.

Получаем генотипы AaBb и AaBb.

Гаметы в задачах обозначаются буквой G, притом без запятых, в кружочках, указываются вначале гаметы одной особи, потом ставится точка с запятой (;), пишутся гаметы другой особи, тоже в кружочках.

Скрещивание обозначается значком «х».

Выпишем гаметы, для этого переберем все сочетания:

Гаметы у первой и второй особи получились одинаковыми, так генотип их был тоже одинаков. Значит, у нас получилось 4 разных типа гамет:

Подсчет доли дигетерозигот

При скрещивании особей с генотипами АаВb с АаВb (гены не сцеплены) доля (%) гетерозигот по обеим аллелям (дигетерозигот) в потомстве составит….

Составим решетку Пеннета. Для это выпишем гаметы одной особи в столбик, гаметы другой- в строку, получим таблицу:

Найдем дигетерозиготы в таблице:

Всего зигот:16

Дигетерозигот:4

Посчитаем процент: =

Применение законов Менделя

Правило единообразия первого поколения проявится, если генотип одного из родителей - aabb, а другого -

По правилу единообразия скрещиваться должны моногибридные гомозиготы, одна с доминантным признаком, а вторая- с рецессивным. Значит, генотип другой особи должен быть AABB.

Ответ: ААВВ.

Соотношение фенотипов

Генотип одного из родителей будет АaBb, если при анализирующем дигибридном скрещивании и независимом наследовании признаков наблюдается расщепление по фенотипу в потомстве в соотношении. Ответ запишите в виде последовательности цифр, показывающих соотношение получившихся фенотипов, в порядке их убывания.

Анализирующее дигибридное скрещивание, значит, у второй особи рецессивная дигомозигота: aabb.

Здесь можно обойтись без решетки Пеннета.

Поколения обозначаются буквой F.

F1: AaBb; Aabb; aaBb; aabb

Все четыре варианта фенотипов разные, так что относятся они друг к другу как 1:1:1:1.

Ответ: 1111

Соотношение генотипов

Каково соотношение генотипов у потомства, полученного от скрещивания особей с генотипами АаВb х ААВВ?

АаВb х ААВВ

F1: AaBb; Aabb; aaBb; aabb

Все 4 генотипа разные.

Наследование определенных признаков или болезней

Какова вероятность рождения здоровых мальчиков в семье, где мать здорова, а отец болен гипертрихозом - болезнью, обусловленной наличием гена, сцепленного с Y−хромосомой?

Если признак сцеплен с Y-хромосомой, значит, на Х- хромосоме он никак не отражается.

Женский пол гомозиготен: ХХ, а мужской- гетерозиготен ХY.

Решение задач с половыми хромосомами практически не отличается от решения задач с аутосомами.

Составим табличку ген и признак, которую также следует составлять и для задач про аутосомные хромосомы, если указаны признаки и это важно.

Буква над Y обозначает, что с этой хромосомой сцеплен ген. Признаки бывают доминантными и рецессивными, они обозначаются заглавными и маленькими буквами, могут относиться как к Ч-хромосоме, так и к Y-хромосоме, зависит от задачи.

♀ХХ х ХY a

F1: ХХ-девочка, здорова

ХY a — мальчик, болен

Мальчики, родившиеся у этой пары будут 100% больны, значит 0% здоровы.

Группы крови

Какую группу крови по системе АВО имеет человек с генотипом I B I 0 ? В ответ запишите цифру.

Воспользуемся табличкой:

В нашем генотипе записаны агглютиногены В и 0. Эта пара дает третью группу крови.

Работа со схемой

По изображённой на рисунке родословной определите вероятность (в процентах) рождения у родителей 1 и 2 ребёнка с признаком, обозначенным чёрным цветом, при полном доминировании этого признака. Ответ запишите в виде числа.

Итак, учимся анализировать подобные схемы.

Мы видим, что признак проявляется как у мужчин, так и у женщин, значит, он не сцеплен с полом.

Проявляется в каждом поколении, значит, доминантный.

Раз у одного из детей пары признак не проявился, значит, родители-гетерозиготы.

F1: АА- проявляется

Аа- проявляется

аа — не проявляется

3 — проявляется из 4