Законы Менделя

Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости. Её основу заложили опыты Г. Менделя (1865) на горохе. На экзамене мало знать формулировки законов Менделя — нужно уверенно решать задачи: записывать гаметы, строить решётку Пеннета, считать расщепления и вероятности. В этом уроке разберём всё по шагам.

§1. Основные понятия и обозначения

• Ген — участок ДНК, несущий информацию об определённом признаке; занимает в хромосоме определённое место (локус).
• Аллельные гены — гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом и определяющие разные состояния одного признака: A и a.
• Доминантный признак (A) проявляется у гетерозиготы; рецессивный (a) — только у гомозиготы (aa).
• Гомозигота — одинаковые аллели (AA, aa), даёт один тип гамет; гетерозигота — разные аллели (Aa), даёт два типа гамет.
• Генотип — совокупность генов организма; фенотип — совокупность внешних и внутренних признаков (формируется генотипом и средой).
• Обозначения: P — родители, ♀ — женская особь, ♂ — мужская, × — скрещивание, G — гаметы, F₁, F₂ — гибридные поколения.

Причины успеха Менделя: использовал чистые линии (гомозиготы), выбрал чётко различающиеся альтернативные признаки, применял количественный (статистический) анализ, следил за каждой парой признаков отдельно.

§2. Моногибридное скрещивание: I и II законы

При моногибридном скрещивании прослеживается одна пара альтернативных признаков.

Неполное доминирование (промежуточное наследование): гетерозигота имеет промежуточный признак. Например, у ночной красавицы AA — красные цветки, aa — белые, Aa — розовые. В F₂ расщепления по генотипу и фенотипу совпадают: 1 : 2 : 1.

Анализирующее скрещивание — скрещивание особи с доминантным фенотипом с рецессивной гомозиготой (aa). Цель — выяснить неизвестный генотип:

• всё потомство с доминантным фенотипом → исследуемая особь AA;
• расщепление 1 : 1 → особь Aa.

Пример

У гороха жёлтая окраска семян (A) доминирует над зелёной (a). Скрестили гетерозиготные жёлтые растения, получили 400 семян. Сколько из них зелёных и сколько гетерозиготных?

1. P: Aa × Aa, гаметы: A, a и A, a.
2. Решётка Пеннета: AA, Aa, Aa, aa → 1AA : 2Aa : 1aa.
3. Зелёные (aa) — 1/4: 400 × 1/4 = 100.
4. Гетерозиготы (Aa) — 2/4: 400 × 1/2 = 200.
5. Ответ: 100 зелёных, 200 гетерозиготных (2/3 от всех жёлтых).

§3. Дигибридное скрещивание: III закон

Особь AaBb образует 4 типа гамет: AB, Ab, aB, ab (каждый по 1/4). Решётка Пеннета содержит 4 × 4 = 16 клеток. В F₂:

• 9 A_B_ (оба доминантных признака);
• 3 A_bb и 3 aaB_ (один доминантный);
• 1 aabb (оба рецессивных).

Генотипических классов — 9, фенотипических — 4.

Правило умножения вероятностей: для независимых признаков вероятности перемножаются. При Aa × Aa вероятность aa равна 1/4, при Bb × Bb вероятность bb — 1/4, значит вероятность aabb — 1/4 × 1/4 = 1/16. Так можно получить ответ, не рисуя большую решётку.

Общие формулы (n — число гетерозиготных пар, полное доминирование):

• типов гамет: 2ⁿ;
• фенотипических классов в F₂: 2ⁿ;
• генотипических классов в F₂: 3ⁿ;
• сочетаний гамет в решётке: 4ⁿ.

Пример

Какова вероятность получить потомка aabbcc от скрещивания AaBbCc × AaBbCc? Сколько типов гамет даёт AaBbCc?

1. Для каждой пары вероятность рецессивной гомозиготы — 1/4.
2. Три пары независимы: 1/4 × 1/4 × 1/4 = 1/64.
3. Типов гамет: 2³ = 8.
4. Ответ: 1/64; 8 типов гамет.

Пример

Каков результат анализирующего дигибридного скрещивания AaBb × aabb?

1. Гаметы AaBb: AB, Ab, aB, ab; гамета aabb — только ab.
2. Потомство: AaBb, Aabb, aaBb, aabb.
3. Ответ: по фенотипу 1 : 1 : 1 : 1.

§4. Группы крови и множественный аллелизм

Группы крови человека (система AB0) определяются одним геном с тремя аллелями: I⁰, Iᴬ, Iᴮ (множественный аллелизм). Iᴬ и Iᴮ доминируют над I⁰, а между собой кодоминантны (у гетерозиготы проявляются оба).

Пример

У матери II группа крови, у отца III, первый ребёнок имеет I группу. Какова вероятность, что следующий ребёнок будет с IV группой?

1. Ребёнок с I группой (I⁰I⁰) получил I⁰ от каждого родителя. Значит, мать IᴬI⁰, отец IᴮI⁰.
2. Гаметы матери: Iᴬ, I⁰; отца: Iᴮ, I⁰.
3. Потомство: IᴬIᴮ (IV), IᴬI⁰ (II), IᴮI⁰ (III), I⁰I⁰ (I) — по 1/4.
4. Ответ: 25%. В этой семье возможны дети всех четырёх групп.

§5. Алгоритм решения задач

1. Обозначьте признаки буквами: какой доминантный, какой рецессивный.
2. Определите генотипы родителей; рецессивный фенотип — всегда гомозигота (aa). Если доминантный генотип неизвестен, пишите A_ и уточняйте по потомству.
3. Запишите гаметы (по одному аллелю из каждой пары).
4. Постройте решётку Пеннета или перемножьте вероятности.
5. Отвечайте ровно на вопрос: генотип или фенотип, доля или число.

Проверьте себя

1. Какое расщепление по фенотипу даёт скрещивание Aa × aa?

2. Сколько типов гамет образует AaBbCcDd?

3. Каково расщепление по фенотипу в F₂ при неполном доминировании?

4. Какова доля потомков с фенотипом A_bb при AaBb × AaBb?

5. Отец с IV группой крови, мать с I группой. Какие группы возможны у детей?

6. Чёрного кролика скрестили с белым (aa) и получили 10 чёрных и 9 белых. Каков генотип чёрного кролика?

Типичные ошибки

• Считать особь с доминантным фенотипом всегда гомозиготой (AA); она может быть и Aa.
• Записывать в гамету два аллеля одной пары (гаметы Aa не бывает).
• Путать расщепления: 1 : 2 : 1 — по генотипу, 3 : 1 — по фенотипу.
• Складывать вероятности независимых признаков вместо перемножения.
• Применять III закон к сцепленным генам, лежащим в одной хромосоме.
• Путать кодоминирование с неполным доминированием: при кодоминировании оба признака проявляются полностью (IV группа крови), при неполном — возникает промежуточный признак.