109053 (689187), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Дигибридное скрещивание.
Следующим этапом в работе Менделя было изучение наследования двух пар признаков. Обязательным условием является то, что гены рассматриваемых признаков должны находиться в разных хромосомах. Рассмотрим пример с двумя парами признаков: желтые и зеленые, гладкие и морщинистые семена гороха. Проводя эксперименты с моногибридным скрещиванием, Мендель установил, что доминантными признаками являются желтая окраска и гладка форма. Он скрестил чистые линии сорта гороха с желтыми и гладкими семенами с сортом гороха. Имеющим зеленые и морщинистые семена. Первое поколение было единообразным: желтые и гладкие семена, зато во втором поколении выявилось расщепление в следующем количественном соотношении:
Гладкие желтые - 315
Морщинистые желтые - 101
Гладкие зеленые - 108
Морщинистые зеленые - 32
Соотношения фенотипов получилось 9:3:3:1. На основе этих данных Мендель сделал два вывода:
1. Во втором поколении появилось два новых фенотипа: гладкие зеленые и морщинистые желтые семена.
2. Для каждой пары признаков был соблюден закон моногибридного скрещивания 3:1 ( 423 гладких к 133 морщинистым, 416 желтых к 140 зеленым).
Эти результаты позволили Менделю утверждать, что признаки наследуются независимо друг от друга. Третий закон Менделя - принцип независимого расщепления, согласно которому расщепление по каждой паре генов идет независимо от других пар генов. Третий закон Менделя можно наглядно проиллюстрировать с помощь решетки Пеннета, названной так по имени кембриджского генетика. Она позволяет проследить все возможные генотипы и фенотипы при дигибридном скрещивании. В клетки по вертикальным столбцам записываются возможные мужские гаметы, а в клетки по горизонтальным строкам - женские. В каждой гамете должно находиться только по одному аллелю каждого гена. В соответствующие клетки решетки вносятся генотипы потомков.
Аналогичные результаты можно было получить, учитывая то, что дигибридное скрещивание - это два моногибридных скрещиваний. Можно перемножить результаты двух моногибридных скрещиваний по правилу умножения многочленов.
(АА+2Аа+аа)*(ВВ+2Вв+вв)=ААВВ+2ААВв+2ВВАа+ААвв+ааВВ+4АаВв+
+2Аавв+2ааВв+аавв - по генотипу.
(3А+а)*(3В+в)=9АВ+3Ав+3аВ+ав - по фенотипу.
Исходя из выведенных закономерностей, можно утверждать, что и другие виды полигибридного скрещивания будут идти по таким же законам. Так тригибридное скрещивание - это три моногибридных:
(АА+2Аа+аа)*(ВВ+2Вв+вв)*(СС+2Сс+сс) и так далее.
Сцепленное наследование.
У любого организма имеется огромное количество признаков, а хромосом - ограниченное количество, поэтому в каждой хромосоме находится огромное количество генов. Гены, лежащие в одной хромосоме, называются сцепленными, а все гены одной хромосомы называются группой сцепления, соответственно число групп сцеплений соответствует равно количеству пар хромосом (гаплоидному набору). Естественно, что при образовании половых клеток сцепленные гены далеко не всегда комбинируются независимо, а чаще передаются в гаметы в таких сочетаниях, в которых они находились у родительских организмов. При таком расхождении получается, что Менделевское расщепление 9:3:3:1 не соблюдается, а преобладают сочетания, аналогичные родительским.
Сцепленное наследование было открыто в 1905 году Бэтсоном и Пеннетом, но объяснить его они не смогли. Цитолог Сеттон предполагал, что признаки, гены которых находятся в одной хромосоме, наследуются всегда вместе, но его теория не подтвердилась, так как полного сцепления признаков не наблюдалось. Механизм сцепленного наследования был открыт в 1910 году американским биологом Томасом Гентом Морганом и его учениками А. Стертевантом и К. Бриджесом.
Для своих исследований Морган выбрал очень удачный объект - муху дрозофилу (Drosophila melanogaster). У мухи дрозофилы четыре пары хромосом, различающихся по величине и форме. Дрозофила быстро размножается 9потомство через 12-15 дней) и очень плодовита (100 потомков у одной пары), поэтому можно было исследовать в течении года более 20 поколений. Муху изучали по паре признаков, находящихся в одной хромосоме: серое и черное тело, длинные и зачаточные (короткие) крылья. Серое и длинные крылья доминируют. Морган скрещивал мух с серым телом и длинными крыльями с мухами, у которых было черное тело и короткие крылья. Во втором поколении были получены фенотипы в отношении 3:1 (3 доли мух и серым телом и длинными крыльями и одна доля мух с черными телами и короткими крыльями). Но и такое отношение было не абсолютным. Все-таки встречались мухи с серыми телами и короткими крыльями и мухи с черными телами и длинными крыльями. Эти новые фенотипы назвали рекомбинантными. Это доказывало неполное сцепление.
К открытию сцепленного наследования Морган пришел в результате следующего опыта. Он скрещивал серую длиннокрылую муху, гетерозиготную по обоим признакам, с рецессивной гомозиготой с черным телом и зачаточными крыльями (то есть производил анализирующее скрещивание). Он предположил два варианта:
1. Если гены, определяющие данные признаки, лежат в разных парах хромосом, то они наследуются независимо и можно предположить следующее распределение фенотипов: 1 серое тело, длинные крылья : 1 серое тело, зачаточные крылья : 1 черное тело, длинные крылья : 1 черное тело, зачаточные крылья.
2. Если гены, определяющие данные признаки, сцеплены (т.е. лежат в одной паре хромосом), то отношение фенотипов будет следующее: 1 серое тело, длинные крылья : 1 черное тело, длинные крылья.
Ни один раз Морган не получил предсказанные результаты, а получал все время следующее соотношение: по 41,5% приходилось на каждый родительский фенотип, 8,5% имели серое тело и зачаточные крылья и столько же черное тело и длинные крылья. Поэтому Морган сделал следующие выводы: эти гены находятся в одной хромосоме, т.е. сцеплены, аллели каждого гена расположены в гомологичных хромосомах и во время мейоза происходит обмен генами между гомологичными хромосомами, поэтому и появляются рекомбинативные фенотипы. Этот обмен участками хромосом получил название кроссинговер.
Была выведена формула частоты рекомбинаций, которая выглядит следующим образом:
Частота рекомбинаций=(число рекомбинантов/общее число потомков)*100%
В случае с мухами дрозофилами можно посчитать число рекомбинаций, зная, что Морган получил 965 серых мух с длинными крыльями, 944 черные мухи с зачаточными крыльями, 206 черных мух с длинными крыльями и 185 серых мух с короткими крыльями.
((206+185)/(965+944+206+185))*100=(391/2300)*100?17% (т.е. 8,5%+8,5%)
ученик Моргана Стертевант высказал мысль, что частота рекомбинаций отражает относительное взаимное расположение генов в хромосоме: чем дальше друг от друга находятся сцепленные гены, тем больше вероятность кроссинговера, т.е. частота рекомбинаций . Это объясняется тем, что чем ближе находятся сцепленные гены, тем больше между ними взаимодействие и тем труднее они отделяются друг от друга. Расстояние между генами стали исчислять в Морганидах, которые отражают частоту рекомбинаций. Например, если известно, что расстояние между генам 30 Морганид, то в потомстве будет 30% рекомбинантов.
Стеревант исследовал частоту кроссинговера между тремя генами. Такой метод называется триангуляцией. В ходе экспериментов Стертевант открыл закон аддитивности, согласно которому если измерить частоту кроссинговера между тремя генами (А, В, С), то частота между любыми из них приблизительно равна сумме или разности частот кроссинговера между двумя другими парами, т.е. АС%=АВ%+ВС% или АС%=АВ%-ВС%. Эта закономерность соответствует аксиоме геометрии о длинах отрезков, поэтому был сделан вывод, что гены в хромосоме располагаются линейно и находятся на определенном расстоянии друг от друга. Благодаря этому можно не только узнавать расстояние между генами, но и устанавливать их взаимное расположение. Таким методом создают карты хромосом. Первой была составлена Стеревантом хромосомная карта одной из хромосом мухи дрозофилы. Затем и других видов.
Рассмотрим пример с определением взаиморасположения трех генов, если известно что частота кроссинговера составляет следующие значения: АВ = 14%, АС = 8%, ВС = 6%. Можно заметить, что 8+6=14, т.е. АС%+ВС%=АВ%, значит, по закону аддитивности, гены лежат в порядке А-С-В.
Но при составлении хромосомных карт возникают некоторые сложности. Они возникают, когда гены разделены большим расстоянием. Тогда происходит двойной кроссинговер, так что число выявляемых рекомбинантов будет меньше фактического числа перекрестов. Так, например, если произойдет перекрест между генами А и В и между генами В и С, то А и В проявят себя как сцепленные. Но двойной кроссинговер можно учесть, так как исследуются три пары генов, соответственно при кажущемся сцеплении А и С рекомбинативный организм будет нести рецессивный аллель в и наоборот. Это позволяет более точно установить частоту кроссинговера.
Наследование пола.
Наследование пола - яркий пример зависимости между фенотипическими признаками и строением хромосом. Например, у мухи дрозофилы всего четыре пары хромосом, но только три идентичны у обоих полов, а по одной паре они отличаются. Это половые хромосомы или гетеросомы. Идентичные хромосомы называются аутосомами. У особей пола, имеющих различные половые хромосомы, образуются гаметы двух видов, поэтому их назвали гетерогаметными. А особи пола, у которых обе половые хромосомы одинаковы, все гаметы несут одинаковую половую хромосому; такой пол называется гомогаметным. У большинства животных (в том числе и у человека) самки имеют половые хромосомы XX (т.е. гомогаметны), а самцы - XY (гетерогаметны). Но у птиц и бабочек наблюдается обратная картина: самки имеют разные половые хромосомы XY, а самцы - XX. Есть и такие насекомые (прямокрылые), у которых вообще отсутствует Y хромосома, поэтому у самцов будет генотип X0. Рассмотрим пример наследования пола у организмов, у которых мужской пол гетерогаметен. В процессе гаметогенеза у самок образуются яйцеклетки, которые несут только Х половую хромосому, тогда как по теории вероятности половина спермиев несет Х хромосому и половина - Y хромосому. Пол потомка зависит только от того, какой спермий оплодотворит яйцеклетку, и так спермиев двух видов равное количество, то вероятность появления потомка мужского или женского пола равна. Таким образом Х-Y механизм определения пола гарантирует появление в каждом поколении примерно равного числа самок и самцов.
Равенство это неабсолютное: существует перевес в ту или иную сторону на 1-3%. Например, у человека рождается больше мальчиков. Сначала думали, что это результат повышенной внутриутробной смерти девочек, но исследования показали, что среди выкидышей преобладают мальчики, следовательно, мальчиков при оплодотворении получается больше. Причина еще достоверно не установлена, но есть предположение, что Y-сперматозоид более активен, чем X-сперматозоид.
Функция Y-хромосомы варьируется в зависимости от вида. У человека и других млекопитающих в Y-хромосоме располагаются гены, отвечающие за развитие признаков, характерных для мужчин, т. е. развитие семенников и т.д. Это подтверждается тем фактом, что у людей с нарушением числа хромосом по 23 паре наблюдается следующая картина: человек с хромосомным набором ХХY все же являются мужчиной, хотя имеются две Х-хромосомы, а человек с генотипом Х0 (одна хромосома в 23 паре) является женщиной.
У других организмов Y-хромосома не содержит генов, имеющих отношения к полу. Ее так же называют генетически инертной, так как в ней очень мало генов. В этом случае гены, отвечающие за пол, располагаются в аутосомах, а у женских особей их фенотипические проявления маскируются наличием пары Х-хромосом, т.е. их действие подавляется. Это пример наследования, ограниченного полом. Так у человека вторичные мужские половые признаки подавляются по такому же принципу: ген, определяющий рост бороды, находится на аутосоме, но у женщин борода не растет, так как действие этого гена подавляется действием 23 пары хромосом. Аналогично плешивость проявляется в основном у мужчин и подагрой болеют мужчины.
С наследованием пола связано наследование сцепленных с полом признаков. Признаки, чьи определяющие гены локализуются на аутосомах, наследуются независимо от пола, т.е. эти признаки присущи и мужчинам и женщинам. Но если ген расположен в гетеросоме, то наблюдается несколоко иная картина наследования. Гены, находящиеся в половых хромосомах, называются сцепленными с полом. В Х-хромосоме имеется участок, для которого в Y-хромосоме нет гомологичного участка, поэтому у гетерогаметического пола гены, локализованные на этом участке, будут проявляться в любом случае, даже в рецессивном состоянии.
Классическим примером наследования гена, сцепленного с полом, - наследование гемофилии у человека. Ген, определяющий синтез одного из ферментов, участвующих в свертывании крови, располагается на Х-хромосоме 23 пары. Существует два аллеля: доминантный нормальный и рецессивный сублетальный (см. "Взаимное влияние генов"). У человека, больного гемофилией, нарушена свертываемость крови, поэтому даже небольшой порез может вызвать тяжелое кровотечение, даже летальное. Женщина, у которой имеется аллель гемофилии, все равно будет здоровой, так как действие этого гена будет подавляться доминантным нормальным аллелем, но у мужчины нет гомологичного гена, поэтому не будет "прикрытия" в виде доминантного аллеля - мужчина будет гемофиликом. Ген, сцепленный с полом, обозначается индексом сверху на Х-хромосоме. Так ген нормальной свертываемости крови Н, а гемофилии h, то необходимо записывать следующим образом: ХH, Xh, Y. Соответственно можно записать и различные генотипы:
ХНХН - здоровая женщина, ХНХh - женщина-носитель, ХНY - здоровый мужчина, ХhY - мужчина-гемофилик.
У родителей с нормальной свертываемостью крови могут родится сыновья-гемофилики, если мать гетерозиготна по этому признаку (т.е. является носителем гемофилии, при этом 50% мальчиков будут здоровыми, а у 50% будет гемофилия, а все девочки будут здоровыми, но половина будут носителями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
