Решение задач по генетике с использованием законов Г. Менделя
Важное умение, без которого невозможно решить задачу, – определять, к какому разделу она относится: моно-, ди- или полигибридное скрещивание; наследование, сцепленное с полом, или наследование признаков при взаимодействии генов. Это позволяет выбрать необходимые для решения задачи законы, закономерности, правила, соотношения.
Упражнение 1. Одна из пород кур отличается укороченными ногами (такие куры не разрывают огородов). Этот признак – доминирующий. Управляющий им ген вызывает одновременно и укорочение клюва. При этом у гомозиготных цыплят клюв так мал, что они не в состоянии пробить яичную скорлупу и гибнут, не вылупившись из яйца. В инкубаторе хозяйства, разводящего только коротконогих кур, получено 3000 цыплят. Сколько среди них коротконогих?
Упражнение 2. В медицине имеет большое значение различие между четырьмя группами человеческой крови. Группа крови является наследственным признаком, зависящим от одного гена. Ген этот имеет не две, а три аллели, обозначаемые символами А, В, 0. Лица с генотипом 00 имеют первую группу крови, с генотипами АА или А0 – вторую, BB или В0 – третью, АВ – четвертую (мы можем сказать, что аллели А и В доминируют над аллелью 0, тогда как друг друга они не подавляют). Какие группы крови возможны у детей, если у их матери – вторая группа крови, а у отца – первая?
Ответ: обе задачи на моногибридное скрещивание, так как речь идет об одном гене. (Ключевые слова выделены в тексте задач.)
Все генетические задачи, какой бы темы они ни касались (моно- или полигибридное скрещивание, аутосомное или сцепленное с полом наследование, наследование моно- или полигенных признаков), сводятся к трем типам: 1) расчетные; 2) на определение генотипа; 3) на определение характера наследования признака.
В условии расчетной задачи должны содержаться сведения:– о характере наследования признака (доминантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом и др.);– прямо или косвенно (через фенотип) должны быть указаны генотипы родительского поколения. Вопрос расчетной задачи касается прогноза генетической и фенотипической характеристик потомства.
Приведем пример задачи расчетного типа.
Задача 2. У человека ген полидактилии (многопалости) доминирует над нормальным строением кисти. У жены кисть нормальная, муж гетерозиготен по гену полидактилии. Определите вероятность рождения в этой семье многопалого ребенка.
Решение этой задачи начинается с записи ее условия и обозначения генов. Затем определяются (предположительно) генотипы родителей. Генотип мужа известен, генотип жены легко установить по фенотипу – она носительница рецессивного признака, значит, гомозиготна по соответствующему гену. Следующий этап – написание значений гамет. Следует обратить внимание на то, что гомозиготный организм образует один тип гамет, поэтому нередко встречающееся написание в этом случае двух одинаковых гамет не имеет смысла. Гетерозиготный организм формирует два типа гамет. Соединение гамет случайно, поэтому появление двух типов зигот равновероятно: 1:1.
Р: аа х Аа гаметы: (а) (А) (а)F1: Аа, аа,где: А – ген полидактилии, а – нормальный ген.
Ответ: вероятность рождения многопалого ребенка составляет примерно 50%.
Сколько и каких детей будет у супругов, точно сказать нельзя, поэтому необходимо оперировать понятием вероятности.
В условии задачи на определение генотипа должна содержаться информация:– о характере наследования признака;– о фенотипах родителей;– о генотипах потомства (прямо или косвенно).Вопрос такой задачи требует характеристики генотипа одного или обоих родителей.
Задача 3. У норок коричневая окраска меха доминирует над голубой. Скрестили коричневую самку с самцом голубой окраски. Среди потомства два щенка коричневых и один голубой. Чистопородна ли самка?
Записываем условие задачи, вводя обозначения генов. Решение начинаем с составления схемы скрещивания. Самка обладает доминантным признаком. Она может быть как гомо- (АА), так и гетерозиготной (Аа). Неопределенность генотипа обозначаем А_. Самец с рецессивным признаком гомозиготен по соответствующему гену – аа. Потомки с коричневой окраской меха наследовали этот ген от матери, а от отца – ген голубой окраски, следовательно, их генотипы гетерозиготны. По генотипу коричневых щенков установить генотип матери невозможно. Голубой щенок от каждого из родителей получил ген голубой окраски. Следовательно, мать гетерозиготна (нечистопородна).
Р: Aa х aaгаметы: (А) (а) (а) F1: 1 Aa : 1 aa ,Где: А – ген коричневой окраски меха, а – ген голубой окраски меха.
Ответ: генотип самки – Аа, то есть она нечистопородна.
В условиях задач на установление характера наследования признака:– предлагаются только фенотипы следующих друг за другом поколений (то есть фенотипы родителей и фенотипы потомства);– содержится количественная характеристика потомства.В вопросе такой задачи требуется установить характер наследования признака.
Задача 4. Скрестили пестрых петуха и курицу. Получили 26 пестрых, 12 черных и 13 белых цыплят. Как наследуется окраска оперения у кур?
При решении этой задачи логика рассуждения может быть следующей. Расщепление в потомстве свидетельствует о гетерозиготности родителей. Соотношение близкое к 1 : 2 : 1 говорит о гетерозиготности по одной паре генов. Согласно полученным долям (1/4 белые, 1/2 пестрые, 1/4 черные), черные и белые цыплята гомозиготны, а пестрые гетерозиготны.Обозначение генов и генотипов с последующим составлением схемы скрещивания показывает, что сделанный вывод соответствует результату скрещивания.
Р: A + A х A + A пестрые пестрыегаметы: (А + ) (А) (А + ) (А)F1: 1А + А + : 2А + A : 1AA черные пестрые белые
Ответ: окраска оперения у кур определяется парой полудоминантных генов, каждый из которых обуславливает белый или черный цвет, а вместе они контролируют развитие пестрого оперения.
Решение типовых задач
с использованием законов Г.Менделя
Моногибридное скрещивание
Полное доминирование
1. Какая окраска шерсти у кроликов доминирует?2. Каковы генотипы родителей и гибридов первого поколения по признаку окраски шерсти?3. Какие генетические закономерности проявляются при такой гибридизации?
1. Доминирует темная окраска шерсти.2. Р: АА х аа; F1 : Aa.3. Мы наблюдаем проявления правил доминирования признаков и единообразия первого поколения.
1. Какая форма плода томата (шаровидная или грушевидная) доминирует?2. Каковы генотипы родителей и гибридов 1 и 2 поколения?3. Какие генетические закономерности, открытые Менделем, проявляются при такой гибридизации?
1. Доминирует шаровидная форма плода.2. Р: аа х АА; F1 : Аа; F2 : 25% АА, 50% Аа, 25% аа.3. Законы единообразия гибридов первого поколения (I закон Менделя) и закон расщепления (II закон Менделя).
При скрещивании двух гомозиготных по окраске мышей, белой и серой в первом поколении все мышата серые. Признак какой окраски доминирует? Какова вероятность (в %) появления белой мыши в первом поколение?
Дано: Объект: мышь
Признак: окраска, F1-серые.
Признак какой окраски доминирует?
Какова вероятность (в %) появления белой мыши в первом поколение?
Р: серый(АА) х белая(аа)
Ответ: Доминирует признак серой окраски. Появление белой мыши в F1 невозможно по первому закону Менделя.
Задача 8Мыши генотипа yy-серые, Yy-жёлтые, YY-гибнут на эмбриональной стадии. Каково будет потомство следующих родителей: жёлтый х серая ; жёлтая х жёлтая? В каком скрещивании можно ожидать более многочисленного помёта?
Дано : объект: мыши, признак: окраска, yy-серые, Yy-жёлтые, YY-гибнут на эмбриональной стадии, жёлтый х серая, жёлтая х жёлтая.
Каково будет потомство следующих родителей: жёлтый х серая ; жёлтая х жёлтая? В каком скрещивании можно ожидать более многочисленного п омёта?
- P1 жёлтый(Yy) х серый(yy)
- Р2 жёлтый(Yy) х жёлтый(Yy)
Ответ: У Р1 50%-серые, 50%-жёлтые, у Р2 25%-погибнет на эмбриональной стадии, 50%-жёлтые, 25%-серые. В первом скрещивании выживет больше т.к. ни один мышонок не несёт генотип YY.
Наследование отдельного признака при неполном доминировании
Растения красноплодной земляники при скрещивании между собой всегда дают потомство с красными ягодами, а растения белоплодной земляники – с белыми ягодами. В результате скрещивания обоих сортов друг с другом получаются розовые ягоды. Какое потомство возникает при скрещивании между собой гибридных растений земляники с розовыми ягодами? Какое потомство получится, если опылить красноплодную землянику пыльцой гибридной земляники с розовыми ягодами?
При скрещивании между собой растений с розовыми ягодами получается 25% красноплодных, 50% с розовыми ягодами и 25% белоплодных.Растения с розовыми ягодами (Аа) – гибриды F1. При скрещивании Аа х Аа образуются гаметы двух сортов: А несут признак красноплодности и а признак белоплодности. Пользуясь решеткой Пеннета, внося обозначения гамет, определяем генотип и фенотип получившихся растений.
Скрещивание АА х Аа дает расщепление: 50% АА (красноплодных) и 50% Аа (с розовыми ягодами).
Задача 10При скрещивании чёрного петуха с белой курицей все цыплята в F1 крапчатые, а в F2 получается расщепление 1 чёрный к 2 крапчатым и 1 белому. Какое будет потомство от скрещивания крапчатых с чёрными?
Дано: объект: куры, признак: окраска, F1- крапчатые, F2-1 чёрный 2 крапчатых 1 белому.
Какое будет потомство от скрещивания крапчатых с чёрными?
Ответ: при скрещевания крапчатых с чёрными в потомстве получается 50% крапчатых и 50% чёрных.
Дигибридное скрещиваниеПри решении задач на дигибридное скрещивание мне хотелось бы обратить внимание на два момента:
а) использование буквенной символики
б) способах анализа F2-поколения.
1. Каковы генотипы родителей и гибридов F1, если красная окраска и круглая форма плодов томата – доминантные признаки, а желтая окраска и грушевидная форма – рецессивные признаки?2. Докажите, что при таком скрещивании проявляется закон независимого распределения генов.
1. Р: АаВb х ааВb; F1: АаBB, 2AaBb, Aabb, aaBB, 2aaBb, aabb.2. Наследование признака окраски плодов томата идет независимо от их формы, а именно отношение числа красных плодов к желтым равняется:(37% + 14%) : (37% + 12%) = 1 : 1,а круглой формы к грушевидным:(37% + 37%) : (14% + 12%) = 3 : 1.
Какое потомство получится при скрещивании чистопородного комолого (безрогого) черного быка с красными рогатыми коровами? Каким окажется следующее поколение, полученное от скрещивания этих гибридов между собой, если известно, что комолость доминирует над рогатостью, а черная масть – над красной, причем гены обоих признаков находятся в разных парах хромосом?
Условие задачи можно записать двумя способами.
А – ген комолостиа – ген рогатостиВ – ген черной мастив – ген красной масти ААBB – комолый черный ааbb – рогатые красныеF1 – ? F2 – ?
К – ген комолостик – ген рогатостиЧ – ген черной мастич – ген красной масти ККЧЧ – комолый черный ккчч – рогатые красныеF1 – ? F2 –?
Способы анализа потомков в F2
Составление решетки Пеннета.
Так как каждый признак контролируется одной парой аллелей, локализованных в разных парах хромосом, анализ каждого признака при решении задачи должен проводиться отдельно.Это правило является основой второго и третьего способов анализа потомства в F2.
Позволяет наглядно представить, какие фенотипы будут в потомстве F2 при условии, что анализировать генотипы не следует.Потомство F2 условно изображают в виде квадрата. Так как комолость доминирует над рогатостью, мы сразу можем сказать (в соответствии с менделевским законом расщепления), что только одна четверть всего потомства будет рогатой, а остальные три четверти комолыми.
Изобразим это наглядно, отсекая нижнюю четверть квадрата горизонтальной линией (тогда меньший – нижний прямоугольник будет символизировать рогатую часть потомства). Независимо от этого, по признаку масти все потомство тоже должно распадаться на две неравные части: одна четверть – красные, а остальные три четверти – черные (ведь черный цвет доминирует).
Так как площадь квадрата принимается за единицу, площади его частей символизируют доли потомства с соответствующими признаками. Как видим, 9/16 всего потомства (3/4 х 3/4) – комолые черные,3/16 (3/4 х 1/4) – рогатые черные, еще 3/16 – комолые красные и, наконец, 1/16 потомства (1/4 х 1/4) – рогатые красные.
Согласно закону независимого наследования (третий закон Менделя) в потомстве F2 по каждой паре признаков происходит расщепление по фенотипу 3 : 1 и расщепление по генотипу 1 : 2 : 1. То есть по признаку наличия рогов можно записать (воспользуемся буквенной символикой 1-го способа записи условия):
Расщепление по фенотипу: (3А_комолые :1аa)рогатые Расщепление по генотипу:
(1АА : 2Аа : 1аa)
Аналогично, по признаку масти, можно записать.
Расщепление по фенотипу: (3В_ черные : 1bb)красные Расщепление по генотипу:
(1BB : 2Bb : 1bb)
Объединив оба признака, запишем выражение: (3А_ + 1аa) хкомолые рогатые (3В_ + 1bb) =черные красные 9А_В_ + комолыечерные 3A_bb + комолыекрасные 3ааВ_ + рогатыечерные 1 аabbрогатыекрасные В результате получили четыре фенотипические группы.
Этот способ хорошо позволяет быстро написать не только фенотипы потомства F2, но также генотипы F2 поколения:
(1АА + 2Аа + 1aa) х (1BB + 2Bb + 1bb) = 1AABB+ + 2AABb + 1AAbb + 2АаBB + 4АаBb + 2Aabb ++1aaBB + 2aaBb + 1aabb
Удобен этот способ и при других схемах скрещивания:
1) P: AaBb х aabbF1: (1Aa + 1aa) х (1Bb + 1bb) = 1АаBb : 1Aabb : 1aaBb : 1aabb
2) P: AaBb х aaBbF1: (1Aa + 1aa) х (3B_ + 1bb) = 3AaB_ + 1Aabb + 3AaB_ + 1aabb
3) Р: АаBBcc х AabbCc F1: (3A_+ 1aa) х (Bb) х (1Cc + 1cc) = 3A_BbCc + 3A_Bbcc + 1aaBbCc + 1aaBbcc
Тригибридное скрещивание Задача 13При скрещивании морских свинок ген курчавой шерсти доминирует над геном гладкой, ген короткой над длинной, а чёрная окраска над белой. Какое будет F1, если оба родителя гетерозиготные по всем трём аллелям?
Дано: объект: морская свинка, 1 признак: А- курчавая шерсти, а- гладкая шерсти, 2 признак: В-короткой шерсти, b-длинной шерсти, 3 признак: С-чёрная окраска, с-белая окраска. Какое будет F1?
P: АаBbCc х АаBbCc.
F1: 27 A_B_C_ - чёрных с короткой курчавой шерстью;
9 A_B_cc - белых с короткой курчавой шерстью;
9 A_bbC_ - чёрных с длинной курчавой шерстью;
9 aaB_C_ - чёрных с гладкой короткой шерстью;
3 А_bbcc - белых с длинной курчавой шерстью;
3 aaB_cc - белых с гладкой короткой шерстью;
3 aabbC_ - чёрных с гладкой длинной шерстью;
1 aabbcc - белая с длинной гладкой шерстью.
Наследование, сцепленное с полом Задача 14У кошек жёлтая окраска определяется доминантным геном В, чёрная - b. Гетерозигота Bb имеет черепаховую окраску шерсти. Ген В сцеплен с полм. Какие могут котята, если кот чёрный, а кошка жёлтая? Может ли кот иметь черепаховую окраску?
Дано : объект: кошка, признак: окраска, В-жёлтая, b-чёрная, Bb-черепоховая.
Какие могут котята, если кот чёрный, а кошка жёлтая? Может ли кот иметь черепаховую окраску?
Р1 жёлтая(ХB ХB) х чёрный(Хb Y)
Все кошки будут с черепаховым окрасом,
все коты будут жёлтыми.
Все кошки черепаховые, все коты желтыми. Кот не может иметь черепаховую окраску т.к. с Y хромосомой не может быть сцепленной с хромосомой В.
Задачи для самостоятельного решения
У ночной красавицы при скрещивании растений, имеющие красные и белые цветки, F1 с розовыми цветками. Какая окраска цветков будет у растений, полученных от обоих обратных скрещиваний?
Серая окраска доминантна, белая окраска рецессивная.
Скрестить с самкой имеющей мягкую шерсть.
Можно ожидать около 72% цыплят с нормальным оперением.
Петух и курица были гетерозиготные по обоим признакам.
9-зелёных округлых, 3-зелёных длинных, 3-полосатых округлых, 1-полосатый длинный.
Дльтоником может быть только сын.
Во всех трёх случаях появление на свет чалого телёнка 50%.
В случае с красным цветком 50%-красные, 50%-розовые. В случае с белым цветком 50%-розовые, 50%-белые.
Словарь основных понятий и терминовАльтернативные признаки – взаимоисключающие, контрастные признаки.
Гаметы (от греч. «гаметес» – супруг) – половая клетка растительного или животного организма, несущая один ген из аллельной пары. Гаметы всегда несут гены в «чистом» виде, т.к. образуются путем мейотического деления клеток и содержат одну из пары гомологичных хромосом.
Ген (от греч. «генос» – рождение) – участок молекулы ДНК, отвечающий за один признак, т.е. за структуру определенной молекулы белка.
Гены аллельные – парные гены, расположенные в идентичных участках гомологичных хромосом.
Генотип – совокупность полученных от родителей наследственных признаков организма – наследственная программа развития.
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.
Гомозигота (от греч. «гомос» – одинаковый и зигота) – зигота, имеющая одинаковые аллели данного гена (оба доминантные или оба рецессивные). Гомозиготная особь в потомстве не дает расщепления.
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, вторая – отцовская.
Признак доминантный (от лат. «доминас» – господствующий) – преобладающий признак, проявляющийся в потомстве у гетерозиготных особей.
Признак рецессивный (от лат. «рецессус» – отступление) – признак, который передается по наследству, но подавляется, не проявляясь у гетерозиготных потомков, полученных при скрещивании.
Скрещивание анализирующее – скрещивание испытуемого организма с другим, являющимся по данному признаку рецессивной гомозиготой, что позволяет установить генотип испытуемого.
Скрещивание дигибридное – скрещивание форм, отличающихся друг от друга по двум парам альтернативных признаков.
Скрещивание моногибридное – скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков.
Фенотип – совокупность признаков и свойств организма, проявляющаяся при взаимодействии генотипа со средой.
Модели расщепления при взаимодействии неаллельных геновВзаимодействие неаллельных генов Математическая модель расщепления Типы взаимодействия аллелей разных генов Коэпистаз
Доминантные аллели одного гена подавляют проявление доминантной аллели другого гена
Законы Г.Менделя Название Год Формулировка Правило единообразия гибридов первого поколения (первый закон Менделя) 1865 г. При моногибридном скрещивании у гибридов первого поколения проявляются только доминантные признаки – оно фенотипически и генотипически единообразно Закон расщепления (второй закон Менделя) 1865 г. При скрещивании гибридов первого поколения в потомстве происходит расщепление признаков в отношении 3 : 1 – образуются две фенотипические группы (доминантная и рецессивная); 1 : 2 : 1 – три генотипические группы Закон независимого наследования (третий закон Менделя) 1865 г. При дигибридном скрещивании у гибридов каждая пара признаков наследуется независимо от других и дает расщепление 3:1, образуя при этом четыре фенотипические группы, характеризующиеся отношением 9 : 3 : 3 : 1 (при этом образуется девять генотипических групп – 1 : 2 : 2 : 1 : 4 : 1 : 2 : 2 : 1) Гипотеза (закон) чистоты гамет 1865 г. Находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются при образовании гамет и по одному от каждой пары переходят в них в чистом виде Соотношение между числом пар генов, участвующих в скрещивании, и числом фенотипических и генотипических классов в F2Число пар генов, участвующих в скрещивании Число различных сортов гамет, образуемых гибридом Число генотипов Число возможных сочетаний гамет, образованных в F1 Число фенотипов (при полном доминировании) 1
Основные правила, помогающие в решении генетических задачЕсли при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в их потомстве наблюдается расщепление признаков в соотношении 3 : 1, то эти особи гетерозиготны. (Моногибридное скрещивание при полном доминировании.)
Если при скрещивании фенотипически одинаковых (по одной паре признаков) особей в первом поколении гибридов происходит расщепление признака на три фенотипические группы в соотношении 1 : 2 : 1, то это свидетельствует о неполном доминировании и о том, что родительские особи гетерозиготны. (Моногибридное скрещивание при неполном доминировании.)
Если в результате скрещивания особей, отличающихся друг от друга фенотипически по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по той же паре признаков в соотношении 1 : 1, то одна из родительских особей была гетерозиготна, а другая – гомозиготна по рецессивному признаку.
Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении 9 : 3 : 3 : 1, то исходные (данные) особи были дигетерозиготными. (Дигибридное скрещивание.)