Раздел 3 .Основы генетики и селекции.

 

Содержание раздела

1. Рождение генетики. Законы Менделя.

2. Хромосомная теория наследственности.

3. Закономерности изменчивости.

4. Генетика и селекция.

РОЖДЕНИЕ ГЕНЕТИКИ. ЗАКОНЫ МЕНДЕЛЯ.

1. Первый закон Менделя.

Наиболее удивительное свойство живой клетки – это её способность к передаче наследственных признаков потомству. Наука, изучающая материальные основы наследственности и изменчивости называется генетикой. Основателем генетики является чешский ученый Грегор Мендель. В 1865 году Мендель сформулировал законы, которые затем были названы его именем.

До Менделя были известны методы скрещивания живых существ, когда в результате получались животные и растения с признаками обоих родителей. Такие живые существа назывались и называются, по сей день - гибридами. Раньше считалось, что в гибридах признаки родителей просто и равномерно перемешаны.

Мендель усовершенствовал гибридологический метод: во-первых, он применил впервые математические методы обработки данных, что было не характерно для биологии 19 века; во-вторых, он очень удачно выбрал объект исследований – горох. Горох – самоопылитель, поэтому многие его сорта являются весьма чистыми генетическими линиями.

В своих опытах Мендель использовал сорта гороха, которые отличались по хорошо различимым признакам: цвет и форма семян, длина стебля, цвет и форма цветов и другие. Главное, что он изучал, как наследуется каждый конкретный признак, а не все сразу.

Он обнаружил следующее. В первом поколении гибридов(F1) все растения походили на одного из родителей. Например, при скрещивании сортов с зелёными и желтыми семенами все растения имели желтый цвет. Признак, который проявлялся в первом поколении гибридов, Мендель назвал доминантным, а который не проявлялся – рецессивным.

Смысл этих результатов стал ясен, когда Мендель получил второе поколение гибридов(F2), скрестив растения первого поколения. При этом оказалось, что во втором поколении у 75% потомков проявились доминантные признаки, у 25% - рецессивные. По каждому из семи изученных признаков во втором поколении гибридов было получено соотношение доминантных признаков к рецессивным 3:1. От скрещивания растений второго поколения с рецессивными признаками в третьем поколении(F3) были получены растения только с рецессивными признаками. Потомство растений с доминантными признаками расщепилось по проявлению признаков: 1/3 дала потомство исключительно с доминантными признаками, а 2/3 – смешанное потомство, в котором соотношение числа растений с доминантными и рецессивными признаками составило 3:1.

Первый закон Менделя формулируется так. В потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается явление расщепления: четверть гибридов имеет рецессивный признак, три четверти – доминантный.

Гипотеза чистоты гамет.

В науке важно не только получить данные, но и правильно их объяснить. Заслуга Г. Менделя в том, что он правильно интерпретировал полученные результаты, опередив современную ему науку на 35 лет. Объяснение Менделя называют часто «гипотезой чистоты гамет», чем подчеркивают главную идею, положенную в это объяснение. В современных терминах основные положения этой гипотезы звучат так.

1. Из поколения в поколение передаются не признаки, а гены, контролирующие их развитие.

2. Развитие каждого признака контролируется двумя генами: один из них от отца, а другой от матери. Два таких гена называют аллельными. Аллели могут быть тождественными, как это имеет место у родителей, происходящих из стабильных и проверенных в течение многих поколений чистых линий. Особи, у которых аллельные гены одинаковы, называются гомозиготными. Гены гибрида различны, чаще всего проявляется только один из них - доминантный, реже возможно промежуточное наследование. Особи, у которых аллельные гены различны, называют – гетерозиготами.

3. Два различных гена гибрида – доминантный и рецессивный – существуют в нём, не сливаясь, не смешиваясь и не разбавляясь. Передача генов последующим поколениям не зависит от того, осуществил ли ген свое действие в развитии особи или контролируемый им признак оказался подавленным.

4. При образовании половых клеток гибрида в каждую гамету попадает только один ген из каждой аллельной пары. Гаметы с рецессивными и доминантными генами образуются в равном числе и обладают равной жизнеспособностью. Встреча и слияние гамет при оплодотворении не зависят от задатков, которые они несут.

Совокупность внешних признаков, которыми проявляются гены, называют фенотипом, а генетическую конституцию генотипом.

 

3. Второй закон Менделя.

 

Мендель провел опыты по скрещиванию сортов гороха, отличающихся более чем одним признаком. Если первую серию опытов принято называть моногибридным скрещиванием, то эти опыты принято называть дигибридным скрещиванием. Как и в первой серии опытов, он использовал две чистые линии, которые при самоопылении давали потомство тождественное родительской форме. Одна из скрещиваемых линий имела круглые желтые семена, а другая – морщинистые, зелёные. Поскольку гены, определяющие круглую форму и желтый цвет семян, доминируют, то всё потомство в первом поколении гибридов имело желтые и круглые семена. Однако при скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении происходило расщепление признаков и наряду с исходными формами – желтыми, гладкими и зелеными, морщинистыми – появились смешанные фенотипы – желтые, морщинистые и зеленые, гладкие.

И эти результаты Мендель смог объяснить, исходя из предположения о существовании генов. Для этого ему пришлось сделать допущение, что при образовании половых клеток гены разных аллельных пар передаются независимо друг от друга. Соотношение между фенотипами во втором поколении дигибридного скрещивания было следующим: 9(круглые, желтые): 3(круглые, зеленые): 3(морщинистые, желтые): 1(зеленые, морщинистые).

Этот феномен независимого распределения получил название второго закона Менделя. Его формулируют так. Расщепление в каждой паре генов идет независимо от других пар генов.

Поэтому дигибридное скрещивание можно рассматривать как два независимых моногибридных. Правда в дальнейшем мы сможем убедиться, что существует масса исключений из этого правила, которые подтверждают этот закон.

4. Генетическая терминология.

Разберемся теперь с терминами и символами, которые используют в современной генетике. Доминантные гены принято обозначать большими буквами латинского алфавита, а рецессивные - малыми. Например, ген, контролирующий желтую окраску семян, обозначается буквой А, а ген, контролирующий зеленую окраску а. Доминантный генотип будет обозначаться, соответственно, АА, а рецессивный – аа. Родители в генетике обозначаются латинской буквой Р, гибриды первого поколения, соответственно, F1, а второго – F2.

Схема моногибридного скрещивания, характерного для первого закона Менделя будет выглядеть так.

 

Моногибридное скрещивание.

 

 

Р АА Х аа

¯

 

 

F1 Aa

 

 

F2

 

Показанная выше схема была предложена английским математиком Пеннетом и называется решеткой Пеннета

Исходные формы, имеющие одинаковые аллели называются гомозиготными, а гибриды – гетерозиготными.

Нетрудно убедиться, что по фенотипу мы будем наблюдать типичное менделевское распределение 3:1, а по генотипам 1:2:1. Такое распределение наблюдается и по фенотипам в случае неполного доминирования, когда гетерозиготы имеют свои фенотипы.

Для дигибридного скрещивания схема выглядит сложнее.

Дигибридное скрещивание.

 

Р ААВВ Х аавв

 

¯

F1 AaBв

 

F2

 

Из данной схемы видно, что распределение по фенотипам 9:3:3:1, а по генотипам 1:2:2:4:1:2:1:2:1.