- Закон Моргана
- Хромосомная теория наследственности
- Взаимодействие генов
- Генетика пола
- Цитоплазматическая наследственность
- раскрывать цитологические основы генетических законов
- пользоваться генетической терминологией при объяснении генетических законов
- применять генетические закономерности к практическим ситуациям.
- сравнивать родительские формы, гаметы и потомство при анализе гибридизации
- На прямой поставили три точки: А и В на расстояние 7 см , между А и С — 18 см, между генами С и В — 25 см. Начертите предложенную схему на лист, отметьте на ней взаимное расположение точек А, В, С и предположите, какое отношение логическая задача будет иметь к законам генетики.
Законы Моргана
Рис. 1. Кариотип соматических клеток дрозофилы: А — самки; Б — самца
Со временем стало ясно, что принцип независимого распределения в потомстве и свободного комбинирования распространяется не на все гены. В самом деле, у любого организма признаков очень много, а число хромосом невелико. Следовательно, в каждой хромосоме должно находиться много генов. Каковы же закономерности наследования генов, локализованных в одной хромосоме? Этот вопрос был изучен выдающимся американским генетиком Томасом Морганом (1866–1945). Совместно с группой учёных он провёл огромную исследовательскую работу по изучению наследования генов на примере плодовой мушки дрозофилы, у которой в клетках тела (соматических) содержится по 8 хромосом, а в половых клетках (гаметах) только по 4 хромосомы (рис. 1).
Закон сцепленного наследования генов: гены, находящиеся в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются совместно, сцепленно (рис. 2).
Рис. 2. Цитологические основы сцепленного наследования
Сцепленные гены — гены, лежащие в одной хромосоме.
Группа сцепления — все гены одной хромосомы.
Цитологические основы закона сцепленного наследования:
- каждый организм имеет небольшое число хромосом, но десятки тысяч генов;
- в каждой хромосоме сосредоточено несколько тысяч генов;
- гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно.
Вывод: если гены находятся в одной хромосоме, они наследуются преимущественно вместе, образуя группу сцепления. Число групп сцепления равно числу пар хромосом данного вида.
Закон нарушения сцепления: в некотором проценте случаев сцепление может нарушаться. Причина нарушения сцепления — кроссинговер (перекрёст хромосом) — обмен участками хромосом в профазе I мейотического деления (рис. 3).
Рис. 3. Нарушение сцепленного наследования
Хромосомная теория наследственности
В 1911 г. закономерности, открытые школой Т. Моргана, а затем подтверждённые и углубленные на многочисленных объектах, стали известны под общим названием «хромосомная теория наследственности».
Положения хромосомной теории наследственности:
- Гены находятся в хромосомах. Каждая хромосома представляет собой группу сцепления генов. Число групп сцепления у каждого вида равно гаплоидному числу хромосом.
- Каждый ген в хромосоме занимает определённое место (локус). Гены в хромосомах расположены линейно. Гены относительно стабильны.
- Гены могут изменяться (мутировать).
- Между гомологичными хромосомами может происходить обмен аллельными генами (кроссинговер).
- Расстояние между генами в хромосоме пропорционально проценту кроссинговера между ними.
Рис. 4. Генетические карты второй хромосомы у дрозофилы
Понимание кроссинговера помогло генетикам создать хромосомные карты (рис. 4), т. е. определить место каждого гена в хромосоме при помощи подсчёта частоты кроссинговера между двумя различными генами: частота перекрёста между двумя неаллельными генами одной хромосомы пропорциональна расстоянию между ними. Понятно, что чем ближе два гена расположены в одной хромосоме, тем реже они разделяются при кроссинговере. В половых хромосомах кроссинговер возможен только у самок (гомозиготных по Х-хромосоме).
Взаимодействие аллельных генов
Под взаимодействием генов понимают взаимодействие их продуктов (РНК, белков).
|
Полное доминирование
|
взаимодействие, при котором доминантный ген полностью подавляет действие рецессивного гена; у гетерозигот (Аа) проявляется доминантный признак
|
полидактилия, наследование карего цвета глаз, умение владеть правой рукой
|
|
Неполное доминирование
|
взаимодействие, при котором доминантный ген частично подавляет действие рецессивного гена; у гетерозигот (Аа) проявляется промежуточный признак
|
форма волос, отсутствие глазного яблока, розовая окраска цветков у ночной красавицы
|
|
Кодоминирование
|
взаимодействие, когда при различных сочетаниях генов проявляются новые признаки
|
наследование IV группы крови по системе АВО
|
Взаимодействие неаллельных генов
|
Комплементарность
|
доминантные аллели двух генов при совместном нахождении в генотипе (А_В_) обусловливают развитие нового фенотипа
|
цветок горошка с генами ААвв и ааВВ имеет неокрашенный венчик, а с АаВв — окрашенный
|
|
Эпистаз
|
один ген подавляет проявление другого гена
|
у лошадей ген С кодирует серую масть, но в доминантном состоянии (СС или Сс) он подавляет рыжую и вороную масть, кодируемые генами В соответственно: ВВсс — вороная, ВвСС — серая, ввсс — рыжая, ВВСС — серая, ВвСс — серая.
|
|
Полимерия
|
взаимодействия генов, когда признак определяется несколькими парами неаллельных генов, их обозначают одной буквой: А1, А2, А3 и т. д.
|
окраска пшеницы, количество молока у коров, яйценоскость у кур, содержание сахаров в плодах, пигментация кожи у человека: у африканцев преобладают доминантные аллели, а у европейцев — рецессивные.
|
Известно также множественное действие гена, или плейотропность. Например, мутация одного гена, отвечающего за состояние соединительной ткани, приводит к множественным поражениям тканей и органов человека (поражение клапанов сердца, вывих хрусталика глаза, разрушение стенок аорты, очень длинные тонкие пальцы, впалая грудина и др.). Такую патологию называют синдромом Марфана.
Генетика пола
Генетическое определение пола зависит от баланса хромосом.
Мендель утверждал, что пол наследственно детерминирован. На это утверждение его натолкнули результаты расщепления по полу 1 : 1, а значит, и самцы и самки различаются по набору хромосом.
В результате изучения выяснено. что у организмов все пары хромосом, кроме одной, одинаковы, поэтому различают:
- аутосомы — хромосомы, одинаковые у обоих полов (у человека их 22 пары в соматических клетках);
- половые хромосомы (гетерохромосомы) — хромосомы, по которым мужской и женский пол отличаются друг от друга (у человека их одна пара в соматических клетках).
Рис. 5. Генетика пола
Половые хромосомы обозначаются как X и Y хромосомы. У женских особей млекопитающих и большинства других животных содержится 2 Х-хромосомы, поэтому такой пол называется гомогаметным. У мужской особи этих организмов одна X-хромосома и одна Y-хромосома, поэтому такой пол называется гетерогаметным. В этом случае при образовании яйцеклеток, все клетки будут содержать только X-хромосомы, а при образовании сперматозоидов половина клеток будет с X-хромосомой, а другая половина с Y-хромосомой. При оплодотворении с одинаковой вероятностью с яйцеклеткой может слиться как сперматозоид с X-хромосомой, так и сперматозоид с Y-хромосомой. В первом случае из зиготы разовьётся организм женского пола (XX), а во втором — организм мужского пола (XY).
Цитоплазматическая наследственность
Согласно хромосомной теории наследственности ведущую роль в наследственности играют ДНК хромосом. Однако ДНК содержатся также в митохондриях, хлоропластах и в цитоплазме. Нехромосомные ДНК называются плазмидами.
Клетки не имеют специальных механизмов равномерного распределения плазмид в процессе деления, поэтому одна дочерняя клетка может получить одну генетическую информацию, а вторая — совершенно другую. Наследование генов, содержащихся в плазмидах, не подчиняется менделевским закономерностям наследования, а их роль в формировании генотипа ещё мало изучена.
Для человека — это митохондриальная ДНК материнской клетки. Частота мутаций кольцевой в 10 раз выше, чем хромосомной, но они подавляются нормальными генами других митохондрий этой же клетки, поэтому организм фенотипически здоров. Эти мутации — причина более 100 болезней, в т. ч. диабет, эпилепсия, болезнь Паркинсона.
Митохондриальная ДНК способна сохраняться в ископаемых останках. По этим ДНК провели сравнение останков Александры Фёдоровны и её дочерей и принца Филиппа — родственников по женской линии.
Контрольные вопросы
- Кто является автором хромосомной теории наследственности?
- Что такое группа сцепления генов? От чего зависит количество групп сцепления у каждого вида организмов? Одинаковое ли количество групп сцепления будут иметь организмы одного вида? Ответ поясните.
- В чём проявляется взаимодействие генов?
- Между какими хромосомами может происходить кроссинговер? К чему он приводит?
- В чём выражается расстояние между генами, расположенными в одной хромосоме?
- Что такое генетическая карта хромосомы? Как она составляется?
- Что такое полимерия?
- Как наследуется пол организма?
- В чём проявляется цитоплазматическая наследственность?
Подумайте
- Анализ результатов нарушения сцепленного наследования генов позволяет определить последовательность расположения генов в хромосоме и составить генетические карты. Результаты многочисленных скрещиваний мух дрозофил показали, что частота нарушения сцепления в Х-хромосоме между генами А и В составляет 7 %, между генами А и С — 18 %, между генами С и В — 25 %. Перерисуйте предложенную схему хромосомы на лист ответа, отметьте на ней взаимное расположение генов А, В, С и укажите расстояние между ними. Будет ли происходить с равной вероятностью нарушение сцепления этих генов у самцов и самок? Ответ поясните.
- У кукурузы гены зелёной окраски проростков (А) и матовых листьев (В) сцеплены друг с другом и находятся в одной хромосоме, а рецессивные гены жёлтой окраски проростков и блестящих листьев также сцеплены. При скрещивании растений, имеющих зелёные проростки и матовые листья, и растений, имеющих жёлтые проростки и блестящие листья, было получено 390 растений с зелёными проростками и матовыми листьями и 388 растений с жёлтыми проростками и блестящими листьями. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родительских форм и потомства. Обоснуйте результаты скрещивания.
- У фасоли жёлтая окраска бобов доминирует над зелёной, а чёрная окраска семян — над белой. При скрещивании фасоли с жёлтыми бобами и чёрными семенами с растением, которое имеет зелёные бобы и белые семена, получили 53 растения с жёлтыми бобами и чёрными семенами, 48 — с жёлтыми бобами и белыми семенами, 19 — с зелёными бобами и чёрными семенами и 15 — с зелёными бобами и белыми семенами. Определите генотипы родительских форм и потомков. Как можно объяснить появление четырёх фенотипических классов? Составьте схему решения задачи.
