Закономерности и наследования

Гомозиготность и гетерозиготность. Доминантные и рецессивные признаки. Аллельные гены. Моногибридное скрещивание.

Грегор Мендель

Впервые самые важные закономерности наследования признаков были открыты Грегором Менделем (австрийский биолог и ботаник), применившим в своих исследованиях гибридологический метод.

Он скрещивал растения гороха посевного (Pisum sativum), отличавшиеся по следующим признакам:

• окраска семядолей (зеленая или желтая);
• окраска бобов (зеленая или желтая);
• форма семян (семена гладкие или морщинистые);
• форма бобов (гладкие или с перетяжками);
• тип расположения цветков (пазушное или верхушечное);
• высота растений (высокие или низкие);
• окраска семенной оболочки (серая или белая).

Горох посевной, который скрещивал Г. Мендель

Мендель осуществлял внутривидовые скрещивания форм, которые отличались по отдельным качественным признакам с альтернативными (контрастными) их проявлениями. Он проводил строгий количественный учет результатов, математическая обработка которых позволила установить основные закономерности наследования.
Очень важно, что Мендель вовлекал в скрещивания растения из чистых линий гороха.

Мендель использовал горох с различными качественными признаками

Под чистыми понимают такие линии, которые не дают расщеплений. Постановка и анализ разнообразных скрещиваний являются сутью гибридологического анализа. Сначала Мендель анализировал моногибридные скрещивания. Под ними понимают скрещивания форм, отличающихся только по одному качественному признаку.

Результат скрещивания двух исходных форм

В результате скрещивания двух исходных форм из чистых линий (поколение Р) в первом дочернем поколении (F1), как правило, появляются потомки одинакового фенотипа.

Гибриды первого поколения (потомки F1) могут иметь проявление признака такое же, как у одного из родителей, или промежуточное между исходными формами. Запись скрещивания выглядит так:

Запись скрещивания выглядит следующим образом

Такую запись следует понимать следующим образом. В случае, когда различия родительских форм определяются моногенно (т.е. одним геном), за проявление данного признака ответственен ген А, который существует в двух разных состояниях, в данном случае А и а. Такие четко отличающиеся (альтернативные) состояния гена носят название аллелей (или аллельных генов). По каждому гену может быть очень много. Однако каждый диплоидный организм несет только два аллеля, так как каждый из них располагается в отдельной гомологичной хромосоме. Аллели представляют разные структурные варианты одного гена. Об этом более подробно написано в разделе, посвященном мутациям.

Правило «чистоты гамет», являющиеся основополагающим для понимания закономерностей наследования, было сформулировано Менделем. Оно объясняется особенностями расхождения гомологичных хромосом в мейозе, в результате которого каждая гамета (половая клетка) диплоидного организма несет лишь один «чистый» аллель от каждого гена. Из этого вытекает, что в зиготе аллели не сливаются и не перемешиваются, оставаясь неизменными.
Из этого следует, что у особей генотипа АА образуются гаметы одного типа — А, у особей генотипа аа, так же одного вида, — а. Такие особи, образующие гаметы только одного сорта, носят название гомозиготных (или сокращенно гомозигот). Организмы (или генотипы), которые образуют гаметы нескольких видов, называются гетерозиготными (или сокращенно гетерозиготами). Таким образом, очевидно, что чистые линии состоят из гомозиготных особей. Гетерозиготы Аа формируют гаметы уже двух сортов — А и а, каждый из которых «чист» в отношении аллеля А или а. Это означает, что у особей Аа и АА в гаметах находятся совершенно одинаковые аллели А, а у особей Аа и аа совершенно неразличимые аллели а.

В результате скрещивания двух гомозигот (они могут происходить из чистых линий или нет) в первом гибридном поколении образуются особи, которые имеют одинаковый генотип Аа. Естественно, и фенотип у них будет одинаковым. Эта закономерность известна как первый закон Менделя, или, как ее еще называют, закон единообразия гибридов первого поколения. Этот закон, по сути, является следствием основополагающего «правила чистоты гамет», лежащего в основе всех менделевских законов наследования. Он объясняется поведением хромосом в первом мейотическом делении, в первую очередь, точным механизмом их расхождения (отличия мейоза от митоза, последовательность стадий мейоза, а также поведение хромосом в клеточных делениях описаны в разделах, посвященных размножению и индивидуальному развитию организмов). Каждый из аллелей располагается в одной из гомологичных хромосом, и при их расхождении в первом делении мейоза, а потом и хроматид во втором делении мейоза с ними вместе в гаплоидные клетки попадает по одному из соответствующих аллелей.

Разные аллели одного гена, находясь в гетерозиготном состоянии, взаимодействуют друг с другом. Наиболее известны такие виды аллельных взаимодействий, как полное и неполное доминирование, а также кодоминирование. Аллель А будет полностью доминировать над а, если у гетерозиготы генотипа Аа будет проявляться фенотипическое выражение признака, одинаковое с особями генотипа АА. Гомозиготы АА и гетерозиготы Аа имеют доминантное проявление признака, а гомозиготы аа — рецессивное. В соответствии с этим аллель А называют доминантным, а аллель а — рецессивным. В этом заключается еще одно правило менделизма, а именно, «правило доминирования».

Бывает и так, что гибриды имеют промежуточное проявление признака. Так, к примеру, при скрещивании растений ночной красавицы или львиного зева с красными и белыми цветками образуются гибриды с розовой окраской венчика. Такой тип взаимодействия аллелей известен как неполное доминирование. Если у гетерозиготных организмов проявляются признаки обоих родителей — это случай отсутствия доминирования, или кодоминирования. Классическим примером такого типа аллельных взаимодействий является наследование групп крови у человека, который будет описан в разделе, посвященном множественному аллелизму.

Примерные экзаменационные вопросы по теме «Основы генетики».

Перейти к оглавлению.