Гибридологический анализ. Законы Менделя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат по генетике

На тему

Гибридологический анализ. Законы Менделя

• Оглавление

1. Генетика. Предмет и методы

1.1 Предмет генетики

1.2 Методы генетики

2. Гибридологический метод

2.1 История «открытия». Основные достоинства гибридологического метода

2.2 Основные понятия генетики

2.3 Генетическая символика

3. Моногибридизм

3.1 Первый закон Менделя

3.2 Правило чистоты гамет

3.3 Второй закон Менделя. Анализ расщепления

3.4 Анализирующее скрещивание

4. Дигибридизм

4.1 Методы получения второго поколения

• 4.1.1 По решетке Пеннета

4.1.2 Дихотомическим методом

4.1.3 Математическим методом

4.2 Третий закон Менделя

5. Полигибридизм

6. Условия (физиологические) проявления законов Менделя

Список используемой литературы

1. Генетика. Предмет и методы

Генетика -- наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В ее основу легли закономерности наследственности, установленные выдающимся чешским ученым Грегором Менделем (1822--1884) при скрещивании различных сортов гороха.

Наследственность -- это неотъемлемое свойство всех живых существ сохранять и передавать в ряду поколений характерные для вида или популяции особенности строения, функционирования и развития. Наследственность обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе передачи наследственных задатков, ответственных за формирование признаков и свойств организма. Благодаря наследственности некоторые виды (например, кистеперая рыба латимерия, жившая в девонском периоде) оставались почти неизменными на протяжении сотен миллионов лет, воспроизводя за это время огромное количество поколений.

В то же время в природе существуют различия между особями как разных видов, так и одного и того же вида, сорта, породы и т. д. Это свидетельствует о том, что наследственность неразрывно связана с изменчивостью.

Изменчивость -- способность организмов в процессе онтогенеза приобретать новые признаки и терять старые. Изменчивость выражается в том, что в любом поколении отдельные особи чем-то отличаются и друг от друга, и от своих родителей. Причиной этого является то, что признаки и свойства любого организма есть результат взаимодействия двух факторов: наследственной информации, полученной от родителей, и конкретных условий внешней среды, в которых шло индивидуальное развитие каждой особи. Поскольку условия среды никогда не бывают одинаковыми даже для особей одного вида или сорта (породы), становится понятным, почему организмы, имеющие одинаковые генотипы, часто заметно отличаются друг от друга по фенотипу, т. е. по внешним признакам.

Таким образом, наследственность, будучи консервативной, обеспечивает сохранение признаков и свойств организмов на протяжении многих поколений, а изменчивость обусловливает формирование новых признаков в результате изменения генетической информации или условий внешней среды.

Задачи генетики вытекают из установленных общих закономерностей наследственности и изменчивости. К этим задачам относятся исследования: 1) механизмов хранения и передачи генетической информации от родительских форм к дочерним; 2) механизма реализации этой информации в виде признаков и свойств организмов в процессе их индивидуального развития под контролем генов и влиянием условий внешней среды; 3) типов, причин и механизмов изменчивости всех живых существ; 4) взаимосвязи процессов наследственности, изменчивости и отбора как движущих факторов эволюции органического мира.

Генетика является также основой для решения ряда важнейших практических задач. К ним относятся: 1) выбор наиболее эффективных типов гибридизации и способов отбора; 2) управление развитием наследственных признаков с целью получения наиболее значимых для человека результатов; 3) искусственное получение наследственно измененных форм живых организмов; 4) разработка мероприятий по защите живой природы от вредных мутагенных воздействий различных факторов внешней среды и методов борьбы с наследственными болезнями человека, вредителями сельскохозяйственных растений и животных; 5) разработка методов генетической инженерии с целью получения высокоэффективных продуцентов биологически активных соединений, а также для создания принципиально новых технологий в селекции микроорганизмов, растений и животных.

1.2 Методы генетики

При изучении наследственности и изменчивости на разных уровнях организации живой материи (молекулярный, клеточный, организменный, популяционный) в генетике используют разнообразные методы современной биологии: гибридологический, цитогенетический, биохимический, генеалогический, близнецовый, мутационный и др. Однако среди множества методов изучения закономерностей наследственности центральное место принадлежит гибридологическому методу. Суть его заключается в гибридизации (скрещивании) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам, с последующим анализом потомства. Этот метод позволяет анализировать закономерности наследования и изменчивости отдельных признаков и свойств организма при половом размножении, а также изменчивость генов и их комбинирование.

2. Гибридологический метод

С незапамятных времен людей волновал вопрос о причинах сходства потомков и родителей, о природе вновь возникающих изменений. Первый шаг в познании закономерностей наследственности сделал выдающийся чешский исследователь Грегор Мендель. Он выявил важнейшие законы наследственности. Г. Мендель показал, что признаки организмов определяются дискретными (отдельными) наследственными факторами. Работа Г. Менделя отличалась глубиной и математической точностью. Однако она оставалась неизвестной почти 35 лет. Переоткрытие законов Менделя вызвало стремительное развитие науки о наследственности и изменчивости организмов, получивших название генетики. Элементарные единицы наследственности стали называть генами. Гены располагаются в хромосомах. Один ген кодирует одну полипептидную цепь. Варианты одного гена называются аллелями. При половом размножении каждая гамета - гаплоидная клетка - содержит только один вариант генома, т.е. по одному аллелю каждого гена. Диплоидная клетка содержит двойной набор хромосом, т.е. по два аллеля каждого гена.

Основной метод, который Г. Мендель разработал и положил в основу своих опытов, называют гибридологическим. Суть его заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам. Поскольку потомков от таких скрещиваний называют гибридами, то и метод получил название гибридологического.

Мендель использовал для экспериментов чистые линии, т.е. растения, в потомстве которых при самоопылении не наблюдалось разнообразия по изучаемому признаку. Другой важной особенностью гибридологического метода было то, что Г. Мендель наблюдал за наследованием альтернативных (взаимоисключающих, контрастных) признаков. Например, рост растений: низкие и высокие, цветки белые и пурпурные, форма семян гладкая и морщинистая. Не менее важная особенность метода - точный количественный учет каждой пары альтернативных признаков в ряду поколений. Математическая обработка опытных данных позволила Г. Менделю установить количественные закономерности в передачи изучаемых признаков. Гибридологический метод лежит в основе современной генетики.

Отличительные особенности метода: 1) целенаправленный подбор родителей, различающихся по одной, двум, трем и т. д. парам контрастных (альтернативных) стабильных признаков; 2) строгий количественный учет наследования признаков у гибридов; 3) индивидуальная оценка потомства от каждого родителя в ряду поколений.

2.2 Основные понятия генетики

*гомозигота - обозначается двумя одинаковыми прописными или строчными буквами латинского алфавита (АА, аа, ВВ, bb);

гетерозигота - обозначается строчной и прописной буквами латинского алфавита (Аа, Сс).

**Доминантный аллель - обозначается прописными буквами латинского алфавита;

Рецессивный аллель - обозначается строчными буквами латинского алфавита.

2.3 Генетическая символика

Символика -- перечень и объяснение условных названий и терминов, употребляемых в какой-либо отрасли науки.

Основы генетической символики были заложены Грегором Менделем, применившим буквенную символику для обозначения признаков. Доминантные признаки были обозначены заглавными буквами латинского алфавита А, В, С и т.д., рецессивные -- малыми буквами -- а, в, с и т.д. Буквенная символика, предложенная Менделем, по сути, алгебраическая форма выражения законов наследования признаков.

Для обозначения скрещивания принята следующая символика.

Гены обозначают обычно первой буквой от названия впервые обнаруженной мутации этого гена, причем, если мутация этого гена рецессивная (не проявляется в гетерозиготном состоянии), то с малой буквы пишут и ее название (например, white - белые глаза у дрозофилы), и название гена (w). Если же мутация доминантная (проявляется в гетерозиготном состоянии) то и название гена пишут с большой буквы (например, мутация Bar - полосковидные глаза у дрозофилы, ген B).

Иногда название гена включает 2, 3 и более букв (например, cn, vg, Antp и другие мутации у дрозофилы).

У всех диплоидных организмов при записи генотипа надо отразить оба аллеля (у тетраплоидных - все четыре и т.д.). Дикий алелль записывают той же буквой, что и мутантный, но со знаком (+), либо просто знаком (+). Т. о. следует записывать:

Где > -- знак доминирования (для обозначения доминирования одного аллеля над другим обычно используют математические знаки > или <).

В случае серии множественных аллелей используют особую запись “с индексацией”: J^a, J^b, J⁰, A^l и т. д. Обычно перечень множественных аллелей приводится в порядке их доминирования друг над другом. Например, серия множественных аллелей окраски шерсти у мышей:

A^y (желтая со светлым брюхом) > A^L (агути) > A (черная с подпалинами) > a^ta (черная).

При составлении родословных приняты следующие символы:

3. Моногибридизм

3.1 Первый закон Менделя

генетика моногибридизм гамета гибридологический

(Единообразие гибридов первого поколения). При скрещивании двух особей чистых линий одного вида, отличающихся по одному признаку, гибриды первого поколения по данному признаку будут единообразными.

При скрещивании гороха с пурпурными и белыми цветками Мендель обнаружил, что у всех гибридных растений первого поколения (F₁) цветки оказались пурпурными. При этом белая окраска цветка не проявлялась.

Мендель установил также, что все гибриды F₁ оказались единообразными (однородными) по каждому из семи исследуемых им признаков.

Схема моногибридного скрещивания: 1 - гомозиготные особи с доминантным признаком; 2 - гетерозиготные особи с доминантным или промежуточным признаком; 3 - гомозиготные особи с рецессивным признаком.

3.2 Правило чистоты гамет

Каждая гамета несет одну аллель одного гена.

При моногибридном скрещивании в случае полного доминирования у гетерозиготных гибридов (Аа) первого поколения проявляется только доминантный аллель (А); рецессивный же (а) не теряется и не смешивается с доминантным. В F2 как рецессивный, так и доминантный аллели могут проявляться в своем «чистом» виде. При этом аллели не только не смешиваются, но и не претерпевают изменений после совместного пребывания в гибридном организме. В результате гаметы, образуемые такой гетерозиготой, являются «чистыми» в том смысле, что гамета А «чиста» и не содержит ничего от аллеля а, а гамета а «чиста» от А. Это явление несмешивания аллелей пары альтернативных признаков в гаметах гибрида получило название правило чистоты гамет. Данное правило, сформулированное У. Бэтсоном, указывает на дискретность гена, несмешиваемость аллелей друг с другом и другими генами. Цитологическая основа правила чистоты гамет и закона расщепления заключается в том, что гомологичные хромосомы и локализованные в них гены, контролирующие альтернативные признаки, распределяются по разным гаметам.

3.3 Второй закон Менделя. Анализ расщепления

(Закон расщепления). При скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление: 75% особей с проявлением доминантного признака, и 25% особей с проявлением рецессивного признака (3:1).

Из гибридных семян гороха Мендель вырастил растения, которые подверг самоопылению, и образовавшиеся семена вновь высеял. В результате было получено второе поколение гибридов, или гибриды F₂. Среди последних обнаружилось расщепление по каждой паре альтернативных признаков в соотношении примерно 3:1, т. е. три четверти растений имели доминантные признаки (пурпурные цветки, желтые семена, гладкие семена и т. д.) и одна четверть -- рецессивные (белые цветки, зеленые семена, морщинистые семена и т. д.). Следовательно, рецессивный признак у гибрида F₁ не исчез, а только был подавлен и вновь проявился во втором поколении. Это обобщение позднее было названо вторым законом Менделя, или законом расщепления.

Статистический анализ расщепления.

Представим результаты опытов Менделя по моногибридному скрещиванию гороха в виде схемы. Из схемы видно, что в родительском поколении (Р) материнская и отцовская формы гомозиготны по исследуемому признаку, поэтому производят гаметы только с аллелем А или только с а.

При оплодотворении эти гаметы образуют зиготу, которая имеет оба аллеля Аа -- доминантный и рецессивный. В результате все гибриды F₁ единообразны по конкретному признаку, поскольку доминантный аллель А подавляет действие рецессивного аллеля а. Во время образования гамет аллели А и а попадают в них по одному. Следовательно, гибридные организмы способны производить гаметы двух типов, несущие аллели А и а, т. е. являются гетерозиготными.

При самоопылении в F₂ получается расщепление по генотипу в отношении 1АА:2Аа:1аа, т. е. одна четвертая часть гибридов гомозиготны по доминантным аллелям, половина -- гетерозиготны и одна четвертая часть -- гомозиготны по рецессивным аллелям. Так как генотипам АА и Аа соответствует один и тот же фенотип -- пурпурная окраска цветка, расщепление по фенотипу будет следующим; 3 пурпурных: 1 белый. Следовательно, расщепление по фенотипу не совпадает с расщеплением по генотипу.

Теперь легко объяснить, почему гомозиготные белоцветковые растения второго поколения с рецессивными аллелями аа при самоопылении в F₃ дают только себе подобных. Такие растения производят гаметы одного типа, и, как следствие, расщепления не наблюдается. Ясно также, что среди пурпурноцветковых 1 /3 доминантных гомозигот (АА) также не будет давать расщепления, а 2/3 гетерозиготных растений (Аа) будут давать в F₃ расщепление 3:1, как и у гибридов F₂.

3.4 Анализирующее скрещивание

При полном доминировании судить о генотипе организма по его фенотипу невозможно, поскольку и доминантная гомозигота (АА), и гетерозигота (Аа) обладают фенотипически доминантным признаком. Для того чтобы отличить доминантную гомозиготу от гетерозиготной, используют метод, называемый анализирующим скрещиванием, т. е. скрещивание исследуемого организма с организмом, гомозиготным по рецессивным аллелям. В этом случае рецессивная форма (аа) образует только один тип гамет с аллелем а, что позволяет проявиться любому из двух аллелей исследуемого признака уже в первом поколении.

Например, у плодовой мухи дрозофилы длинные крылья доминируют над зачаточными. Особь с длинными крыльями может быть гомозиготной (LL) или гетерозиготной (Ll). Для установления ее генотипа надо провести анализирующее скрещивание между этой мухой и мухой, гомозиготной по рецессивным аллелям. Если у всех потомков от этого скрещивания будут длинные крылья, то особь с неизвестным генотипом гомозиготна по доминантным аллелям (LL), Если же в первом поколении произойдет расщепление на доминантные и рецессивные формы в отношении 1:1, то можно сделать вывод, что исследуемый организм является гетерозиготным.

Таким образом, по характеру расщепления можно проанализировать генотип гибрида, типы гамет, которые он образует, и их соотношение. Поэтому анализирующее скрещивание является очень важным приемом генетического анализа и широко используется в генетике и селекции.

4. Дигибридизм

Решетка Пеннета - двухмерная таблица для определения сочетаемости аллелей, происходящих из генотипов родителей и соединяющихся при слиянии материнской и отцовской гамет. Предложена Р. Пеннетом в 1906 г.

Для получения всех возможных комбинаций гамет с целью последующего анализа как генотипов, так и фенотипов строят таблицу, в строках которой (по вертикали) обычно располагают все типы женских гамет с учетом их вероятностей, а в колонках (по горизонтали) все типы мужских гамет и их вероятности. На перекрестках строк и граф, перемножая вероятности гамет, записывают все генотипы и вероятности их появления.

Например: Р: АаВв х АаВв. С учетом всех типов гамет имеем:

Суммируя все одинаковые генотипы имеем расщепление:

1 : 2 : 1: 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1

4.1.2 Дихотомическим методом

Используем расщепления 1:2:1 по генотипу в случае моногибридного скрещивания гетерозигот по гену А и по гену В.

4.1.3 Математическим методом

Математический или алгебраический метод является, безусловно, самым удобным. При его использовании исходят из того, что вероятность появления любого генотипа при моногибридном скрещивании является произведением вероятностей образования гамет, участвующих в оплодотворении. Это рассуждение справедливо для каждого гена при ди-, три-, либо полигибридном скрещивании, где мы будем, таким образом, иметь произведение вероятностей двух трех или n пар гамет соответственно типу скрещивания.

Справедлив и другой еще более простой вариант рассуждения: вероятность появления в полигибридном скрещивании любой комбинации всех генотипов равна произведению вероятностей генотипов по каждому из анализируемых генов. Так, для получения результатов дигибридного анализирующего скрещивания Аавв х ааВв проведем сначала моногибридное анализирующее скрещивание по гену А, затем по гену В. Перемножив полученный двучлен (по гену А) на двучлен (по гену В), получим результаты:

перемножим два двучлена и получим потомство:

ј АаВв + ј Аавв + ј ааВв + ј аавв.

4.2 Третий закон Менделя

(Закон независимого наследования). При скрещивании особей, отличающихся по двум и более альтернативным парам признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.

Для дигибридного скрещивания Мендель использовал гомозиготные растения гороха, различающиеся одновременно по двум парам признаков. Одно из скрещиваемых растений имело желтые гладкие семена, другое - зеленые морщинистые.

Все гибриды первого поколения этого скрещивания имели желтые гладкие семена. Следовательно, доминирующими оказались желтая окраска семян над зеленой и гладкая форма над морщинистой. Обозначим аллели желтой окраски А, зеленой -- а, гладкой формы-- В, морщинистой-- b. Гены, определяющие развитие разных пар признаков, называются неаллельпыми и обозначаются разными буквами латинского алфавита. Родительские растения в этом случае имеют генотипы АА ВВ и aabb, а генотип гибридов F₁ --АаВb ,т. е. является дигетерозиготным.

Во втором поколении после самоопыления гибридов F₁ в соответствии с законом расщепления вновь появились морщинистые и зеленые семена. При этом наблюдались следующие сочетания признаков: 315 желтых гладких, 101 желтое морщинистое, 108 зеленых гладких и 32 зеленых морщинистых семян. Это соотношение очень близко к соотношению 9:3:3:1.

Чтобы выяснить, как ведет себя каждая пара аллелей в потомстве дигетерозиготы, целесообразно провести раздельный учет каждой пары признаков -- по форме и окраске семян. Из 556 семян Менделем получено 423 гладких и 133 морщинистых, а также 416 желтых и 140 зеленых. Таким образом, и в этом случае соотношение доминантных и рецессивных форм по каждой паре признаков свидетельствует о моногибридном расщеплении по фенотипу 3:1. Отсюда следует, что дигибридное расщепление представляет собой два независимо идущих моногибридных расщепления, которые как бы накладываются друг на друга.

Проведенные наблюдения свидетельствуют о том, что отдельные пары признаков ведут себя в наследовании независимо. В этом сущность третьего закона Менделя.

5. Полигибридизм

При полигибридном скрещивании родительские организмы отличаются по нескольким признакам. Примером полигибридного скрещивания может служить дигибридное, при котором родительские организмы отличаются по двум признакам.

Мендель проверял закон независимого комбинирования на различных комбинациях пар признаков. Он подтвердил также этот закон, поставив опыт по скрещиванию растений, отличавшихся сразу по трем признакам. Такое скрещивание называется Тригибридным. Например, скрещивание между двумя растениями гороха с разными признаками (желтый, гладкий, морщинистый, цветы пурпурные). Гибриды F₁ будут тройными гетерозиготами или тригибридами. Вследствие доминантности семена у таких растений будут гладкими и желтыми, а цветы - пурпурными. Если все гены передаются независимо, то в тригибридном растении образуется восемь типов гамет, причем все с равной вероятностью. В общем случае каждый новый ген увеличивает число типов различных гамет вдвое, а число генетических классов втрое. Особь, гетерозиготная по n парам генов, может произвести 2n типов гамет и 3n различных генотипов. Число внешне различающихся классов равно числу различных типов гамет при наличии доминирования и числу различных генотипов в отсутствие доминирования.

6. Условия (физиологические) проявления законов Менделя

· разные гены должны находиться в негомологичных хромосомах (отсутствие сцепления);

· изучаемые организмы не должны иметь нарушений процесса мейоза, а как результат, равновероятное образование гамет всех возможных типов;

· одновременное созревание мужских и женских половых клеток всех типов, обеспечивающее равновероятное их соединение при оплодотворении;

· отсутствие селективности при оплодотворении гаметами всех типов;

· равновероятная выживаемость мужских и женских гамет всех типов;

· отсутствие селективности в выживаемости зигот всех возможных генотипов;

· равновероятная выживаемость взрослых организмов;

· эксперименты должны проводиться в условиях, не препятствующих нормальному развитию изучаемых признаков;

· должно быть обеспечено получение сравнительно большого числа особей в эксперименте.

Список используемой литературы

Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов "Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы" - Минск: Юнипресс, 2008. - 624с.

С.В. Копылова «Решение задач по генетике: Учебно-методическое пособие» - Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета, 2008.- 37с.

В.Н. Шахович «Биология: Учебное пособие» - Минск: Книжный дом, 2006. - 480 с.

М.С. Морозик «Методика решения генетических задач: Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по курсу “Общая и экологическая генетика”» _ Мн.: МГЭУ имени А.Д. Сахарова. 2002. - 24 с.

http://www.licey.net/bio/genetics/glava1_2

http://www.timiryazevka.3dn.ru/load/3-1-0-63

Размещено на Allbest.ru