обозначения:
Р-родители (от лат. parental – родитель);
F – потомство (от лат. filial – потомство): F1 – гибриды первого поколения – прямые потомки родителей Р; F2 – гибриды второго поколения – потомки от скрещивания между собой гибридов F1 и тд.
♂ - мужская особь (щит и копье – знак Марса);
♀ - женская особь (зеркало с ручкой – знак Венеры);
× - значок скрещивания;
: - расщепление гибридов, разделяет цифровые соотношения отличающихся (по фенотипу или генотипу) классов потомков.
В условии расчетной задачи должны содержаться сведения:
– о характере наследования признака (доминантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом и др.);
– прямо или косвенно (через фенотип) должны быть указаны генотипы родительского поколения.
Вопрос расчетной задачи касается прогноза генетической и фенотипической характеристик потомства. Приведем пример задачи расчетного типа.
Задача
У человека ген полидактилии (многопалости) доминирует над нормальным строением кисти. У жены кисть нормальная, муж гетерозиготен по гену полидактилии. Определите вероятность рождения в этой семье многопалого ребенка.
Решение
Решение этой задачи начинается с записи ее условия и обозначения генов. Затем определяются (предположительно) генотипы родителей. Генотип мужа известен, генотип жены легко установить по фенотипу – она носительница рецессивного признака, значит, гомозиготна по соответствующему гену. Следующий этап – написание значений гамет. Следует обратить внимание на то, что гомозиготный организм образует один тип гамет, поэтому нередко встречающееся написание в этом случае двух одинаковых гамет не имеет смысла. Гетерозиготный организм формирует два типа гамет. Соединение гамет случайно, поэтому появление двух типов зигот равновероятно: 1:1.
Р: 
аа х 
Аа
гаметы: (а) (А) (а)
F1: Аа, аа,
где: А – ген полидактилии, а – нормальный ген.
Ответ: вероятность рождения многопалого ребенка составляет примерно 50%.
Обратите ваше внимание на недопустимость давать ответ в такой форме: «Один ребенок в семье родится нормальным и один многопалым» или еще хуже: «Первый ребенок будет многопалым, а второй нормальным». Сколько и каких детей будет у супругов, точно сказать нельзя, поэтому необходимо оперировать понятием вероятности.
В условии задачи на определение генотипа должна содержаться информация:
– о характере наследования признака;
– о фенотипах родителей;
– о генотипах потомства (прямо или косвенно).
Вопрос такой задачи требует характеристики генотипа одного или обоих родителей.
Задача У норок коричневая окраска меха доминирует над голубой. Скрестили коричневую самку с самцом голубой окраски. Среди потомства два щенка коричневых и один голубой. Чистопородна ли самка?
Решение
Записываем условие задачи, вводя обозначения генов. Решение начинаем с составления схемы скрещивания. Самка обладает доминантным признаком. Она может быть как гомо- (АА), так и гетерозиготной (Аа). Неопределенность генотипа обозначаем А_. Самец с рецессивным признаком гомозиготен по соответствующему гену – аа. Потомки с коричневой окраской меха наследовали этот ген от матери, а от отца – ген голубой окраски, следовательно, их генотипы гетерозиготны. По генотипу коричневых щенков установить генотип матери невозможно. Голубой щенок от каждого из родителей получил ген голубой окраски. Следовательно, мать гетерозиготна (нечистопородна).
Р: Aa х aa
гаметы: (А) (а) (а)
F1: 1 Aa: 1 aa,
Где: А – ген коричневой окраски меха, а – ген голубой окраски меха.
Ответ: генотип самки – Аа, то есть она нечистопородна.
В условиях задач на установление характера наследования признака:
– предлагаются только фенотипы следующих друг за другом поколений (то есть фенотипы родителей и фенотипы потомства);
– содержится количественная характеристика потомства.
В вопросе такой задачи требуется установить характер наследования признака.
Задача Скрестили пестрых петуха и курицу. Получили 26 пестрых, 12 черных и 13 белых цыплят. Как наследуется окраска оперения у кур?
Решение
При решении этой задачи логика рассуждения может быть следующей. Расщепление в потомстве свидетельствует о гетерозиготности родителей. Соотношение близкое к 1: 2: 1 говорит о гетерозиготности по одной паре генов. Согласно полученным долям (1/4 белые, 1/2 пестрые, 1/4 черные), черные и белые цыплята гомозиготны, а пестрые гетерозиготны.
Обозначение генов и генотипов с последующим составлением схемы скрещивания показывает, что сделанный вывод соответствует результату скрещивания.
Р: A + A х A + A
пестрые пестрые
гаметы: (А+) (А) (А+) (А)
F1: 1 А+А+: 2 А+ A: 1 AA
черные пестрые белые
Ответ: окраска оперения у кур определяется парой полудоминантных генов, каждый из которых обуславливает белый или черный цвет, а вместе они контролируют развитие пестрого оперения.
Правило первое
Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в их потомстве наблюдается расщепление признаков, то эти особи гетерозиготны.
Попробуем решить задачу, используя это правило.
Задача
При скрещивании двух морских свинок с черной шерстью получено потомство: пять черных свинок и две белых. Каковы генотипы родителей?
Решение
Из условия задачи нетрудно сделать вывод о том, что в потомстве черных особей больше чем белых, а потому, что у родителей, имеющих черную окраску появились детеныши с белой шерстью. На основе этого введем условные обозначения: черная окраска шерсти – А, белая – а маленькая.
Запишем условия задачи в виде схемы:
Р♀ А? × ♂А?
F1 A?; аа
Используя названное выше правило, мы можем сказать, что морские свинки с белой шкурой (гомозиготные по рецессивныму признаку) могли появиться только в том случая, если их родители были гетерозиготными. Проверим это предположение построением схемы скрещивания:
Р ♀Аа × ♂Аа
Г А, а; А, а
F1 АА; Аа; Аа; Аа; аа
Расщепление признаков по фенотипу – 3:1. Это соответствует условиям задачи. Убедиться правильности решения задачи можно построением схемы скрещивания морских свинок с другими возможными генотипами.
Схема 1
Р ♀АА × ♂АА
Г А; А
F1 АА
Схема 2
Р♀ Аа × ♂АА
Г А, а; А
F1 АА; Аа
В первом случае в потомстве, не наблюдается расщепление признаков ни по генотипу, ни по фенотипу. Во втором случае генотипы особей будут различаться, однако фенотипически они будут одинаковыми. Оба случая противоречат условиям задачи, следовательно генотипы родителей – Аа; Аа
Правило второе
Если в результате скрещивания особей, отличающихся фенотипически по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по этой же паре признаков, то одна из родительских особей была гетерозиготна, а другая – гомозиготна по рецессивному признгаку.
Задача
При скрещивании вихрастой и гладкошерстной морских свинок получено потомство: 2 гладкошерстные свинки, 3 вихрастой.
Решение
Известно, что гладкошерстность является доминантным признаком. Каковы генотипы родителей?
Используя второе правило, мы можем сказать, что одна свинка (вихрастая) имела генотип Аа, а другая (гладкошерстная) – аа. Проверим это построением схемы скрещивания:
Р ♀Аа × ♂аа
Г А,а; а
F1 Аа; аа
Расщепление по генотипу и фенотипу – 1:1, что соответствует условиям задачи. Следовательно, решение было правильным.
Правило третье
Если при скрещивании фенотипически одинаковых (по одной паре признаков) особей в первом поколении гибридов происходит расщепление признаков на три фенотипические группы в отношениях 1:2:1, то это свидетельствует о неполном доминировании и о том, что родительские особи гетерозиготны.
Задача
При скрещивании петуха и курицы имеющих пеструю окраску перьев, получено потомство: 3 черных цыпленка, 7 пестрых и 2 белых. Каковы генотипы родителей?
Решение
Согласно третьему правилу, в данном случае родители должны быть гетерозиготными. Учитывая это, запишем схему скрещивания:
Р♀Аа × ♂Аа
Г А,а; А,а
F1 AA; Аа;Аа;аа
Из записи видно, что расщепление признаков по генотипу составляет соотношение 1:2:1. Если предположить, что цыплята с пестрой окраской перьев имеют генотип Аа, то половина гибридов первого поколения должны иметь пеструю окраску. В условиях задачи сказано, что в потомстве из 12 цыплят 7 были пестрыми, а это действительно составляет чуть больше половины. Каковы же генотипы черных и белых цыплят? Видимо черные цыплята имели генотип АА, а белые – аа, так как черное оперение, или, точнее, наличие пигмента, как правило, доминантный признак, отсутствие пигмента (белая окраска) – рецессивный признак. Таким образом, можно сделать вывод о том, что в данном случае черное оперение у кур неполное доминирует над белым; гетерозиготные особи имеют пестрое оперение.
Правило четвертое
Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении 9:3:3:1, то исходные особи были дигетерозиготными.
Задача
При скрещивании двух морских свинок с черной и вихрастой шерстью получено 10 черных свинок с вихрастой шерстью, 3 черных с гладкой шерстью, 4 белых с вихрастой шерстью и 1 белая с гладкой шерстью. Каковы генотипы родителей?
Решение
Итак, расщепление признаков у гибридов первого поколения в данном случае было близко к соотношению 9:3:3:1, то есть к тому отношению, которое получается при скрещивании дигетерозигот между собой (АаВв × АаВв, где А – черная окраска шерсти, а – белая; В – вихрастая шерсть, в – гладкая). Проверим это.
Р ♀АаВв × ♂АаВв
Г АВ, Ав, Ав, ав АВ, Ав, Ав, ав
F1 1AABB, 2ААВв, 2АаВВ, 4АаВв
1ААвв, 2Аавв, 1ааВВ, 2ааВв,1аавв
Расщепление по фенотипу 9:3:3:1
Решение показывает, что полученное расщепление соответствует условиям задачи, а это значит, что родительские особи были дигетерозиготными.
Правило пятое
Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в отношениях 9:3:4, 9:6:1, 9:7, 12:3:1, 13:3, 15:1, то это свидетельствует о явлении взаимодействия генов; при этом расщепление в отношениях 9:3:4, 9:6:1 и 9:7 свидетельствует о комплементарном взаимодействии генов, расщепление в отношениях 12:3:1 и 13:3 – об эпистатическом взаимодействии, а 15:1 – о полимерном взаимодействии.
Задача
При скрещивании двух растений тыквы со сферической формой плодов получено потомство, имеющее только дисковидные плоды. При скрещивании этих гибридов между собой (с дисковидными плодами) были получены растения с тремя типами плодов: 9 частей с дисковидными плод15:1ами, 6 со сферическими и 1- с удлиненными. Каковы генотипы родителей и гибридов первого и второго поколений?
Решение
Исходя из результатов первого скрещивания, можно определить, что родительские растения были гомозиготны, так как в первом поколении гибридов все растения имеют одинаковую форму плодов.При скрещивании этих гибридов между собой происходит расщепление в отношении 9:6:1, что говорит о комплементарном взаимодействии генов (при таком взаимодействии генотипы, объединяющие в себе два доминантных неаллельных гена Аи В, как в гомо-, так и в гетерозиготном состоянии определяют появление нового признака).
Составим условную схему скрещивания:
Р сферические× сферические
F1 дисковидные
F2 9 дисковидных; 6 сферических;
1 удлиненный
Если в данном примере присутствует комплементарное взаимодействие генов,то можно предположить, что дисковидная форма плодов определяется генами А иВ, а удлиненная, видимо, рецессивным генотипом аавв. Ген А при отсутствии гена В определяет сферическую форму; ген В при отсутствии гена А тоже определяет сферическую форму плода. отсюда можно предположить, что родительские растения имели генотипы ААвв и ааВВ.
При скрещивании растений с генотипами ААвв и ааВВ в первом поколении гибридов все растения будут иметь дисковидную форму плодов с генотипом АаВв. При скрещивании этих гибридов между собой наблюдается то расщепление, которое дано в условии задачи, следовательно, в данном примере действительно имело место комплементарное взаимодействие генов.
Задача
У душистого горошка два белоцветковых, но разных по происхождению растения при скрещивании дали в первом поколении пурпурноцветковые гибриды. При скрещивании этих гибридов между собой в потомстве наблюдалось следующее расщепление: 9 растений с пурпурными цветками, 7- с белыми. Каковы генотипы родительских растений?
Решение
Составим условную схему скрещивания:
Р белоцветковое × белоцветковое
растение растение
F пурпурноцветковые
F 9 пурпурноцветковых; 7 белоцветковых.
Анализируя результаты скрещивания, можно сделать вывод о том, что пурпурная окраска цветка определяется взаимодействием доминантных генов А и В. Отсюда генотип этих растений – АаВв.
Ген А при отсутствии гена В и ген В при отсутствии гена А определяют белоцветковость. Отсутствие в генотипе доминантных генов А и В обусловливает отсутствие пигмента, т. е. растения с рецессивным генотипом аавв тоже будут иметь цветки белой окраски.
Отсюда следует, что исходные родительские растения имели генотипы ААвв, ааВВ. Первое поколение гибридов – АаВв (дигетерозиготные).
Задача
При скрещивании растений тыквы с белыми и желтыми плодами все потомство имело плоды белой окраски. При скрещивании полученных растений между собой наблюдалось следующее расщепление: 204 растения с белыми плодами, 53 — с желтыми и 17 — с зелеными плодами. Определите генотипы родителей и их потомства.
Решение
Запишем условную схему скрещивания: Р желтоплодное X белоплодное р! белоплодное р9 204 белых; 53 желтых; 17 зеленых.
Расщепление 204:53:17 соответствует примерно отношению 12:3:1, что свидетельствует о явлении эпистатического взаимодействия генов (когда один доминантный ген, например А, доминирует над другим доминантным геном, например В).
Отсюда белая окраска плодов определяется присутствием доминантного гена А или наличием в генотипе доминантных генов двух аллелей АВ; желтая окраска плодов определяется геном В, а зеленая окраска плодов генотипом аавв. Следовательно, исходное растение с желтой окраской плодов имело генотип ааВВ, а белоплодное — ААвв. При их скрещивании гибридные растения имели генотип АаВв (белые плоды).
При самоопылении растений с белыми плодами было получено:
9 растений белоплодных (генотип А!В!),
3 — белоплодных (генотип А!вв),
3 — желтоплодных (генотип ааВ!),
1 — зеленоплодное (генотип аавв).
Соотношение фенотипов 12:3:1. Это соответствует условиям задачи.
Итак, генетику, как и алгебру нельзя хорошо освоить без решения задач. Без «сочной», «прочувствованной», глубоко понимаемой генетики не обойтись ни при каком профиле обучения. Это важный незаменимый компонент общей культуры и одна из необходимых опор целостного мировоззрения. Размышления над генетическими задачами тренируют ум, развивают сообразительность, формируют кибернетический подход, весьма ценный и самых далеких от биологии областях деятельности.
