Схема первого и второго закона Менделя:
- Растение с белыми цветками (две копии рецессивного аллеля w) скрещивается с растением с красными цветками (две копии доминантного аллеля R).
- У всех растений-потомков цветы красные и одинаковый генотип Rw.
- При самооплодотворении у 3/4 растений второго поколения цветки красные (генотипы RR + 2Rw) и у 1/4 — белые (ww).
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 августа 2022 года; проверки требуют 8 правок.
Основные положения теории наследственности Менделя
В современной интерпретации эти положения следующие:
Данная статья имеет статус готовой. Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!
Методы и ход работы Менделя
Эксперимент Менделя с горохом
Помнишь, в посте про методы генетики мы рассказывали о гибридологическом методе? Да-да, том самом, который нельзя применить к человеку. А вот к растениям – с их многочисленным потомством и относительно коротким жизненным циклом – очень даже можно. Именно поэтому австрийский учёный Грэгор Мендель выбрал для своих экспериментов неприхотливый горох.
Что из этого вышло? Во-первых, революционные для того времени выводы о механизмах наследования. Во-вторых, необходимость знать как Отче наш генетические законы, если собираешься сдавать ЕГЭ по биологии.
Для начала давай разберёмся, какими ещё причинами руководствовался Мендель, выбирая объект для своего исследования:
- Первое, как мы уже сказали,– неприхотливость растения и лёгкость выращивания. За год горох может давать урожай несколько раз, что сильно упрощало труд экспериментатора.
- Потомство растения достаточно многочисленное – это нужно для математической обработки данных.
- Горох размножается самоопылением, что исключает вероятность попадания пыльцы с других растений. Зато исследователь может искусственно переносить пыльцу так, как того требует эксперимент.
- У гороха есть контрастные наследуемые признаки (цвет и форма семян, высота стебля и так далее).
- Наконец, полученные в результате искусственного оплодотворения гибриды способны давать своё потомство, что помогает отслеживать дальнейшее наследование признаков.
Мендель не допустил ошибки своих предшественников – попыток сравнивать растения по нескольким признакам одновременно, что неизменно приводило к неудаче. Вместо этого учёный брал лишь одну или две пары альтернативных признаков и изучал закономерности наследования.
Вот признаки, которые он исследовал:
- цвет горошин (зелёный или жёлтый);
- оттенок цветков (белые или розовые);
- высота растения (карликовое или нормальное);
- кожура семян (гладкая или морщинистая);
- форма семян (простые или членистые);
- расположение цветков (верхушечные или пазушные).
Ну а теперь перейдём к самим законам:
Первый закон Менделя – закон единообразия гибридов I-го поколения, или закон доминирования
Законы наследования по Менделю
Учёный скрестил растения, отличающиеся по одному признаку – цвету семян (это так называемое моногибридное скрещивание). Выбранные растения были гомозиготными, то есть не давали расщепления при самоопылении. Семена первого сорта имели жёлтую окраску, второго – зелёную. Всё потомство в первом поколении имело жёлтые семена, поэтому Мендель назвал жёлтую окраску доминирующим признаком, а зелёную – рецессивным.
Первый закон Менделя
При скрещивании организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков, первое поколение единообразно по фенотипу и генотипу.
У потомства, полученного от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1 (при этом 75% особей имеют доминантный признак, а 25% – рецессивный), а по генотипу – 1:2:1.
Второй закон Менделя
Учёный продолжил исследовать растения с жёлтыми горошинами, полученные в результате скрещивания гомозиготных особей. Во втором поколении (полученном путём самоопыления) встречались растения как с жёлтыми семенами, так и с зелёными. Это наблюдение позволило ему вывести второй закон.
Третий закон Менделя
Закон независимого наследования (третий закон Менделя) — при скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях (как и при моногибридном скрещивании).
Когда скрещивались гомозиготные растения, отличающиеся по нескольким признакам, таким как белые и пурпурные цветы и желтые или зелёные горошины, наследование каждого из признаков следовало первым двум законам, и в потомстве они комбинировались таким образом, как будто их наследование происходило независимо друг от друга. Первое поколение после скрещивания обладало доминантным фенотипом по всем признакам.
Во втором поколении наблюдалось расщепление фенотипов по формуле 9:3:3:1, то есть 9/16 были с пурпурными цветами и зелёными горошинами, 3/16 с белыми цветами и зелёными горошинами, 3/16 с пурпурными цветами и желтыми горошинами, 1/16 с белыми цветами и желтыми горошинами.
Генетика и законы Менделя
Менделю попались признаки, гены которых находились в разных парах гомологичных хромосом (нуклеопротеидных структур в ядре клетки). При мейозе гомологичные хромосомы случайно комбинируются в гаметах, что приводит к независимому комбинированию признаков.
Условия выполнения законов Менделя
Законы Менделя применимы только к моногенным признакам, где один ген отвечает за фенотипический признак. Большинство признаков имеют более сложное наследование.
Условия выполнения закона расщепления при моногибридном скрещивании
Для выполнения закона расщепления 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу должны соблюдаться определенные условия.
Условия выполнения закона независимого наследования
При моногибридном скрещивании наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.
Скрещивание двух чистых линий, различающихся по одному признаку, называется моногибридным скрещиванием.
Расщепление возникает при скрещивании гетерозиготных особей и приводит к появлению потомства с доминантным и рецессивным признаками.
Закон чистоты гамет
По закону чистоты гамет в каждую гамету попадает только один аллель из пары аллелей данного гена. Гипотеза чистоты гамет подтверждается цитологическими наблюдениями и имеет общий характер.
Изучая генетические законы Менделя, можно лучше понять процессы наследования и развития организмов.
Гипотеза чистоты гамет
Мендель предположил, что при образовании гибридов наследственные факторы не смешиваются, а сохраняются в неизменном виде. У гибрида присутствуют оба фактора — доминантный и рецессивный, но проявление признака определяет доминантный наследственный фактор, рецессивный же подавляется.
Связь между поколениями
Связь между поколениями при половом размножении осуществляется через половые клетки — гаметы. Каждая гамета несет только один фактор из пары. При оплодотворении слияние двух гамет, каждая из которых несет рецессивный наследственный фактор, будет приводить к образованию организма с рецессивным признаком.
Развитие организма
Слияние гамет, каждая из которых несет доминантный фактор, или же двух гамет, одна из которых содержит доминантный, а другая рецессивный фактор, будет приводить к развитию организма с доминантным признаком.
Расщепление потомства
Появление во втором поколении рецессивного признака одного из родителей возможно при двух условиях: 1) если у гибридов наследственные факторы сохраняются в неизменном виде; 2) если половые клетки содержат только один наследственный фактор из аллельной пары.
Закон чистоты гамет
Мендель объяснил расщепление потомства при скрещивании гетерозиготных особей тем, что гаметы генетически чисты, несут только один ген из аллельной пары. Гипотезу (теперь её называют законом) чистоты гамет можно сформулировать следующим образом: при образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один аллель из пары аллелей данного гена.
Основные этапы мейоза
На схеме показан мейоз клетки с диплоидным набором 2n=4 (две пары гомологичных хромосом). Отцовские и материнские хромосомы обозначены разным цветом.
Известно, что в каждой клетке организма в большинстве случаев имеется совершенно одинаковый диплоидный набор хромосом. Две гомологичные хромосомы обычно содержат каждая по одному аллелю данного гена. Генетически чистые гаметы образуются следующим образом.
В процессе образования гамет у гибрида гомологичные хромосомы во время I мейотического деления попадают в разные клетки. При слиянии мужских и женских гамет получается зигота с диплоидным набором хромосом. При этом половину хромосом зигота получает от отцовского организма, половину — от материнского. По данной паре хромосом (и данной паре аллелей) образуются два сорта гамет. При оплодотворении гаметы, несущие одинаковые или разные аллели, случайно встречаются друг с другом. В силу статистической вероятности при достаточно большом количестве гамет в потомстве 25 % генотипов будут гомозиготными доминантными, 50 % — гетерозиготными, 25 % — гомозиготными рецессивными, то есть устанавливается отношение 1АА:2Аа:1аа (расщепление по генотипу 1:2:1). Соответственно по фенотипу потомство второго поколения при моногибридном скрещивании распределяется в отношении 3:1 (3/4 особей с доминантным признаком, 1/4 особей с рецессивным). Таким образом, при моногибридном скрещивании цитологическая основа расщепления признаков — расхождение гомологичных хромосом и образование гаплоидных половых клеток в мейозе.
Второй Закон Менделя
Проявление у гибридов признака только одного из родителей Мендель назвал доминированием.
Закон выведен на основе статистических данных, полученных Г. Менделем при скрещивании разных сортов гороха, имевших чёткие альтернативные различия по следующим признакам:
При скрещивании чистых линий гороха с пурпурными цветками и гороха с белыми цветками Мендель заметил, что взошедшие потомки растений были все с пурпурными цветками, среди них не было ни одного белого. Мендель не раз повторял опыт, использовал другие признаки. Если он скрещивал горох с жёлтыми и зелёными семенами, у всех потомков семена были зелёными. Если он скрещивал горох с гладкими и морщинистыми семенами, у потомства были гладкие семена. Потомство от высоких и низких растений было высоким.
Кодоминирование и неполное доминирование
Некоторые противоположные признаки находятся не в отношении полного доминирования (когда один всегда подавляет другой у гетерозиготных особей), а в отношении неполного доминирования. Например, при скрещивании чистых линий львиного зева с пурпурными и белыми цветками особи первого поколения имеют розовые цветки. При скрещивании чистых линий андалузских кур чёрной и белой окраски в первом поколении рождаются куры серой окраски. При неполном доминировании гетерозиготы имеют признаки, промежуточные между признаками рецессивной и доминантной гомозигот.
При кодоминировании, в отличие от неполного доминирования, у гетерозигот признаки проявляются одновременно (смешанно). Типичный пример кодоминирования — наследование групп крови системы АВ0 у человека, где А и В — доминантные гены, а 0 — рецессивный. По этой системе генотип 00 определяет первую группу крови, АА и А0 — вторую, ВВ и В0 — третью, а АВ будет определять четвёртую группу крови. Т.о. всё потомство людей с генотипами АА (вторая группа) и ВВ (третья группа) будет иметь генотип АВ (четвёртая группа). Их фенотип не является промежуточным между фенотипами родителей, так как на поверхности эритроцитов присутствуют оба агглютиногена (А и В).
Явления кодоминирования и неполного доминирования признаков слегка видоизменяют первый закон Менделя: «Гибриды первого поколения от скрещивания чистых линий особей с противоположными признаками всегда одинаковы по этому признаку: проявляют доминирующий признак, если признаки находятся в отношении доминирования, или смешанный (промежуточный) признак, если они находятся в отношении кодоминирования (неполного доминирования)».
Формулировка Законов Менделя
1. Первый закон Менделя — «Закон единообразия гибридов первого поколения» («Закон доминирования»). При сопряжении особей, которые имеют отличающийся по одному альтернативному признаку генотип, возникает потомство, в котором проявляется преобладающий (доминантный) ген данной аллели.
2. Второй закон Менделя — «Закон расщепления». При скрещивании особей с разными аллелями наблюдается расщепление проявления признака в соотношении 3:1, а также распределение генотипов в соотношении 1:2:1.