Без кейворда

08.09.2021

Биология 198

ПРИНЦИПЫ БИОЛОГИИ

Менделевские проблемы генетики

Обновлено: 21 августа 2000 г.

ПРОБЛЕМЫ МЕНДЕЛЬСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Грегор Мендель, австрийский монах, обнаружил в ходе многочисленных экспериментов с растениями гороха, что потомство просто не является «смесью» их родителей. Скорее, он ясно продемонстрировал, что черты имеют тенденцию передаваться потомству «частичным» способом. В самом деле, если бы теория смешения была верной, то в конечном итоге все выглядели бы примерно одинаково. Кто знает; возможно, наиболее благоприятные фенотипы были бы подобны Родни Дэнджерфилду и Филлис Диллер.

Мендель решил провести несколько скрещиваний со своими растениями, чтобы проверить теорию смешивания. Во-первых, он скрестил высокие растения (т. Е. С длинным стеблем), у которых все родители, бабушки и дедушки были высокими, с короткими растениями (с короткими стеблями), у которых все родители, а также бабушки и дедушки были невысокими. Скрещенные им растения получили название P (родительского) поколения. Он обнаружил, что потомство, или поколение F1 (дочернее), было на 100% высоким. Однако, когда он скрестил эти растения F1 вместе, он обнаружил, что поколение F2 представляет собой смесь: 3/4 - высокие, а 1/4 - короткие. Когда бы он ни выполнял такие скрещивания, он всегда использовал эти математические соотношения. Эти математические соотношения очень важны, потому что изменения в соотношениях иногда могут быть индикаторами того, что происходит эволюция.

Как можно объяснить эту «частичную» природу наследственности? Что ж, у Менделя был математический опыт, и за годы скрещивания и употребления гороха он выдвинул следующую гипотезу: что должно быть 2 фактора (теперь называемых аллелями) для каждого признака (теперь называемого генами), и что эти факторы (аллели) ) при передаче потомству ведут себя как отдельные «частицы». Некоторые из этих признаков являются доминантными (т.е. когда они присутствуют, они выражены), тогда как другие являются рецессивными, и их выражение может быть «замаскировано» доминантными аллелями. Потомство получает один из факторов (аллель) от одного родителя, а другой фактор - от другого родителя.

Давайте назначим буквы каждому признаку и выполним несколько генетических скрещиваний с использованием одного гена. Это называется моногибридным скрещиванием.(просто помесь двух особей, где мы рассматриваем единственный ген). У гороха высокое растение является доминирующим и обозначается большой буквой T. Каждый раз, когда присутствует большая буква T, растение высокое. Когда нет большой буквы Т, растение будет коротким. Поскольку все высокие родительские растения Менделя были истинными селекционерами (т. Е. Производились только высокие растения), оба их фактора должны были быть большими, поэтому они представлены как «TT». Если бы присутствовали какие-либо небольшие факторы, они бы обязательно проявились в какой-то момент во время его наблюдений за родительскими и прародителями растений. Этот «TT» является генотипом (т. Е. Генетическим составом, представляющим 2 присутствующих аллеля). Поскольку короткие растения были истинно селекционными (т. Е. Все потомки от скрещиваний давали 100% короткие растения), их генотип должен был быть «tt».Мы можем наглядно показать такую ​​помесь двух родителей с помощью квадрата Пеннета:

TT x tt

т т Т Тт Тт Т Тт Тт

Обратите внимание, что вверху мы пишем два аллеля, которые разделились на разные гаметы от одного родителя до спаривания (голубой цвет). Слева мы записываем два аллеля от другого родителя (бледно-зеленый цвет). Получающиеся диплоидные организмы (называемые F1) внутри самих квадратов представляют потомство. Как видно, 100% всего потомства гетерозиготны (Tt). Поскольку каждый организм обладает по крайней мере одним большим T, а большое T доминирует над маленьким t, любые эффекты, которые может вызвать маленький t, полностью замаскированы. Все потомки этого скрещивания демонстрируют доминирующую характеристику роста. Таким образом, генотип всего потомства - Tt, а фенотип (то, что вы видите) - высокий. В действительности большинство комбинаций аллелей в живых организмах не демонстрируют полного доминирования или рецессивности. Скорее,оба обычно вносят свой вклад в результат потомства, и большинство характеристик находятся под контролем нескольких генов. Однако вполне вероятно, что Мендель провел значительное время, наблюдая за своими растениями гороха до своих экспериментов, и когда пришло время заняться своими экспериментами, он, вероятно, выбрал только те характеристики, которые казались ему разумными.

А теперь давайте проведем следующие эксперименты Менделя, в которых он пересек F1 друг с другом. Вы заметите из вышесказанного, что все потомки были гетерозиготными (Tt). Он обнаружил, что у этого типа скрещивания 3/4 поколения F2 были высокими, но рецессивная характеристика снова появилась у 1/4 потомства. Крест можно представить следующим образом:

Tt x Tt

Т т Т TT Тт т Тт тт

Действительно, теперь мы можем понять, почему 1/4 особей были низкорослыми, поскольку только каждый четвертый (внизу справа) обладает генотипом tt; т.е. у 25% потомков нет большого T. Таким образом, генотип популяции F2 составляет 25% TT, 50% Tt и 25% tt (соотношение 1: 2: 1). Однако фенотип другой. Поскольку у 3/4 есть хотя бы одна большая буква Т, они будут высокими. Итак, фенотипическое соотношение составляет 3: 1 (высокий против низкого).

Полностью рецессивные особи очень полезны в генетике. Когда вы видите один, вы автоматически узнаете весь генотип (то есть оба аллеля) этого гена. Например, если у вас высокий человек, вы знаете, что присутствует по крайней мере один большой T, но вы не знаете, является ли второй аллель «T» или «t». Не так для растений гороха, поскольку они могут быть только«тт». Эти рецессивные потомки чрезвычайно ценны в генетике. Вы не только знаете генотип рассматриваемого человека, но также знаете, что каждый из родителей несет по крайней мере один рецессивный аллель, независимо от того, видите ли вы его или нет (т. Е. Потомство ДОЛЖНО получить немного «t» от КАЖДОГО родителя. ). Эти рецессивные особи могут быть использованы для «тестирования» неизвестного растения и исследования любых скрытых рецессивных аллелей.Это называется тестовым скрещиванием..

Результаты скрещиваний Менделя позволили ему сформулировать свой закон сегрегации, который гласит, что каждый организм содержит два фактора (то есть аллели) для каждого признака, а факторы разделяются во время формирования гамет, так что каждая гамета содержит только один фактор для каждого признака. . Это означает, что аллели организма существуют в виде пар (теперь мы знаем об отдельных гомологичных хромосомах) и что один член пары входит в разные гаметы (то есть теперь мы знаем, что гомологичные хромосомы разделяются во время мейоза I).

ХОРОШО. Надеюсь, теперь вы понимаете некоторые основы того, как аллели разделяются на гаметы и как гаметы сливаются, образуя зиготу. Используя то, что мы узнали выше, давайте посмотрим, сможете ли вы решить следующие две проблемы моногибридной генетики.

Гипотетически коричневый цвет (Б) у голых землекопов преобладает над белым цветом (б). Предположим, вы наткнулись на коричневого голого землекопа-самца в классе и решили выяснить, BB или Bb, с помощью тестового скрещивания. Вы повяжете его с белой (полностью рецессивной) самкой и исследуете полученное потомство. Так вот, если бы родилось всего 2-3 потомка, и все они были коричневыми, вы бы все равно не знали, был ли он BB или Bb (например, даже если вероятность того, что вы родите мальчика или девочку, составляет 50:50). много людей, которые производят 4-5 девочек и никогда не производят мальчиков, и наоборот). Но если слепыши производят 50 потомков, и все они коричневые, то вполне вероятно, что скрытых аллелей нет и самец - BB. Но что, если появятся белые потомки? Вы бы знали, что у коричневого родителя был скрытый маленький аллель «b». Так,что вам нужно сделать, так это провести тест-кросс на этом коричневом гетерозиготном голом землекопе мужского пола. Каковы ожидаемые генотипические и фенотипические соотношения такого скрещивания?

Что, если вы вывели несколько драконов и скрестили гомозиготное красное растение (RR) с гомозиготным белым растением (rr)? В ботанике «истинное разведение» означает гомозиготный. В этом случае 100% особей F1 будут розовыми! Это пример «неполного доминирования», когда оба аллеля влияют на результат. В некоторых случаях неполного доминирования оба аллеля могут вносить одинаковый вклад, поэтому один аллель будет производить красный пигмент, а другой белый; таким образом появляется розовое растение. В другом случае один аллель может быть нефункциональным. Хотя во многих случаях требуется только один аллель, возможно, в этом случае вырабатывается только половина необходимого пигмента, поэтому розовый цвет обусловлен низким содержанием красного пигмента в лепестках. Кто знает. В любом случае, используйте Punnett 's квадрат и создали помесь гомозиготного красного растения и гомозиготного белого растения. Затем возьмите полученное потомство и скрестите их между собой (т.е. F1 x F1). Затем определите фенотипические и генотипические соотношения.

В приведенных выше примерах использовался только один ген и один набор аллелей. Но что, если задействованы ДВА разных гена. Что ж, это усложняет скрещивание, и мы называем это дигибридным скрещиванием.. Пока гены находятся на разных хромосомах, все идет довольно легко. Только квадраты Пеннета больше (16 квадратов вместо 4). Итак, давайте скрестим человека, который является гомозиготным доминантным по гену A (AA) и гомозиготным доминантным по гену B (BB), с кем-то, кто является гомозиготным рецессивным по гену A (aa) и гомозиготным рецессивным по гену B (bb). Если вы проследите за перемещением аллелей в гаметы, например, с помощью AABB, аллели будут отсортированы следующим образом: первый A в AABB идет с первым B (я подчеркнул этот набор) и помещается в столбец 1 ( светло-синий); во второй паре первый A идет со вторым B (столбец 2); в третьей паре второй A идет с первым B (столбец 3); а в четвертой паре второй A идет со вторым B (столбец 4). Затем,сделайте то же самое для индивидуума aabb и поместите эти пары аллелей в четыре ряда (светло-зеленые). Как вы заметите ниже, все потомки являются AaBb и будут обладать одним и тем же фенотипом.

АА БВ x aabb

AB AB AB AB ab AaBb AaBb AaBb AaBb ab AaBb AaBb AaBb AaBb ab AaBb AaBb AaBb AaBb ab AaBb AaBb AaBb AaBb

Как вы заметите из вышеизложенного, генотип всех индивидуумов - AaBb, и фенотип (каким бы он ни был) будет одинаковым. Итак, что, если мы скрестим два поколения F1 (гетерозиготы)? Полученный квадрат Пеннета должен содержать 9 различных генотипов и 4 различных фенотипа, а именно:

AaBb x AaBb

AB Ab аБ ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb аБ AaBB AaBb aaBB aaBb ab AaBb Aabb aaBb aabb

Допустим, каждый из генов предполагает полное доминирование и рецессивность. Таким образом, AA и Aa кодируют красный фенотип, а aa представляет белый цвет. Допустим также, что BB и Bb волосатые, а BB - лысые. Давайте рассчитаем генотипы, соотношения генотипов, фенотипы и фенотипические соотношения для указанного выше скрещивания:

ГЕНОТИПИЧЕСКОЕ СООТНОШЕНИЕ ГЕНОТИП ФЕНОТИП 1 AABB рыжий, волосатый 2 AABb рыжий, волосатый 1 AAbb рыжий, лысый 2 AaBB рыжий, волосатый 4 AaBb рыжий, волосатый 2 Aabb рыжий, лысый 1 aaBB белый, волосатый 2 aaBb рыжий, волосатый 1 aabb белый, лысый

Таким образом, наше фенотипическое соотношение составляет 9: 3: 3: 1 (9 рыжих и волосатых, 3 рыжих и лысых, 3 белых и волосатых и 1 белый и лысый). Каждый раз, когда вы выполняете дигибридное скрещивание, работайте с двумя полностью гетерозиготными особями, и если аллели демонстрируют доминирование и рецессивность, то в конечном итоге вы получите те же генотипические и фенотипические соотношения. ПРИМЕЧАНИЕ. При дигибридных скрещиваниях следует обратить внимание на то, что каждая пара аллелей гена ведет себя независимо от пары аллелей другого гена. Когда Мендель выполнил свои дигибридные скрещивания, он тоже это заметил. Поэтому он сформулировал свой закон независимого выбора, который гласит, что члены одной пары факторов (аллелей) сортируются (разделяются) независимо от другой пары факторов. Таким образом, зная все вышесказанное, можно приступить к решению некоторых задач дигидридного скрещивания.

Вы знаете, что обладание когтями (WW или Ww) преобладает над отсутствием когтей (ww). Вы также знаете, что наличие неприятного запаха на ногах (FF или Ff) преобладает над отсутствием запаха на ногах (ff). Вы скрещиваете когтистого мужчину с вонючими ногами с когтистой ногой и ногами без запаха. Все 18 потомков имеют вонючие лапы, 14 - когтистые, а 4 - не когтистые. Какие генотипы у родителей?

У вас есть человек, который полностью гетерозиготен по 2 не сцепленным генам (т. Е. Не на одной хромосоме). Один ген предназначен для размера ушей (AA или Aa - большие уши, а aa - для маленьких ушей), а другой ген - для глаз с ошибками (BB и Bb для глаз с ошибками, тогда как bb представляет нормальные глаза). Если вы проведете тест-скрещивание сэтим человеком, каковы полученные в результате генотипы и фенотипы?

Теперь, после того, как вы выполнили указанную выше задачу, давайте проигнорируем квадрат Пеннета и просто посмотрим на 4 типа потомков из вышеприведенного креста. Что, если бы фактическое соотношение в вашем тестовом скрещивании было не 1: 1: 1: 1, а было следующим. Что это будет означать?

Ниже приводится проблема генетического сцепления с участием 4 генов. Вы хотите определить, какие из генов связаны, а какие находятся в отдельных хромосомах. Вы скрещиваете два настоящих племенных (т.е. помните, что это означает, что они гомозиготные) растения, которые имеют следующие характеристики:

ЗАВОД 1 ЗАВОД 2 Красные цветы белые цветы Колючие семена Гладкие семена Длинные пыльцевые зерна Короткие пыльцевые зерна Позднее цветение Раннее цветение

Следуя приведенному выше скрещиванию, все потомки имеют красные цветы, колючие семена, длинные пыльцевые зерна и раннее цветение (что означает, что эти черты являются доминирующими). Затем вы тестируете поколение F1, которое, как вы должны понимать, к настоящему времени являются полностью гетерозиготными особями, и получаете соотношения, указанные ниже. В чем дело?

49% красно-колючая 25% красный длинный 25% красно-ранний 25% лонг-ранний 1% красновато-гладкий 25% красно-короткие 25% красно-поздно 25% долго-поздно 1% бело-колючая 25% белый длинный 25% бело-ранний 25% короткие-ранние 49% белый-гладкий 25% белые короткие 25% белый-поздний 25% короткие-поздно

Ниже приводится проблема генетического сцепления, в которой также участвуют 4 гена. Вы хотите определить, какие из генов связаны, которые встречаются в отдельных хромосомах, а также расстояния между сцепленными генами. Вы скрещиваете 2 настоящих племенных (т.е. гомозиготных) растения, которые обладают следующими «необычными» характеристиками:

ЗАВОД 1 ЗАВОД 2 Красные цветы белые цветы Длинные пыльцевые зерна Короткие пыльцевые зерна Тупой разговор Умный ответ Среднее расположение Хороший нрав

У всех потомков красные цветы, длинные пыльцевые зерна, умные разговоры и приятный характер (это означает, что эти черты являются доминирующими). Затем вы тестируете поколение F1 и получаете коэффициенты, указанные ниже. Сколько хромосом вовлечено в сцепления и каково положение сцепленных генов относительно друг друга?

45% длинное красное 25% рыжеволосый 25% долго тупой 48% красный-средний 43% долгосрочные 5% красно-короткие 25% красный умный 25% длинные умные 2% красновато-приятный 7% долгое приятное 5% белый длинный 25% бело-немой 25% тупой 2% среднее белое 7% короткое среднее 45% белые короткие 25% белый-умный 25% короткие-умные 48% белый-приятный 43% короткие-хорошие

  1. Отец Типа А?
  2. Отец типа B?
  3. Отец Типа О?
  4. Отец Type AB?

Кареглазая длиннокрылая муха спаривается с красноглазой длиннокрылой мухой. Потомство: 51 длинное, красное; 53 длинные, коричневые; 18 коротких, красных; 16 короткий, коричневый На основании предоставленной информации, каковы генотипы родителей?

Странная женщина страдает причудливым заболеванием, известным как синдром «циклопа», при котором у нее один глаз посередине лба. Аллель нормального состояния (например, синдрома «циклопа») является рецессивным (cc). Ее отец - циклоп, как и ее мать. Мать ее отца была нормальной. Какой генотип у чужой женщины-отца?

У ситцевых кошек есть X-связанный ген с двумя аллелями, которые контролируют цвет шерсти. BB - черная сука; B'B '- сука желтого цвета; B'B (гетерозиготный) - ситцевая самка; B '- желтый самец; а B - черный кобель. Вы недавно взяли на себя должность судьи Вапнера в Народном суде, и женщина приносит черную кошку, которая родила 4-х ситцевых котят и 2-х черных котят-самцов. Вы должны решить, кто из котов защитника виноват: черный или желтый.

Распространенная форма красно-зеленой цветовой слепоты у людей вызвана наличием Х-сцепленного рецессивного аллеля. Учитывая это, пожалуйста, ответьте на следующие вопросы:

  1. Могут ли двое дальтоников родить нормального сына или дочь?
  2. Могут ли двое нормальных родителей родить дальтоничную дочь?
  3. Могут ли двое нормальных родителей произвести на свет дальтоника сына?

Изучая феномен наследования, генетик обнаруживает фенотипическое соотношение 9: 6: 1 среди потомков от данного спаривания. Дайте простое правдоподобное объяснение результатов. Как бы вы проверили эту гипотезу?

Еще новости