Розв'язування вправ і задач з генетики

Для успішного розв’язування задач цього типу необхідно засвоїти основні теоретичні положення генетики і вміти користуватися генетичною символікою.

Будь-яка ознака організму – морфологічна чи фізіологічна – визначається (детермінується) генами, які локалізовані в хромосомах.

Сукупність усіх генів (вірніше, їх система) організму називається генотипом, а сукупність усіх його зовнішніх та внутрішніх морфологічних і фізіологічних ознак – фенотипом. А оскільки живий організм – це відкрита біологічна система, то можна сказати, що фенотип – це реалізація (зовнішній прояв) генотипу організму в конкретних умовах його існування.

При статевому розмноженні відбувається передача від батьків дітям не готових ознак, а генів, які містяться в галоїдному наборі хромосом статевих клітин (гамет). Новий організм розвивається із зиготи, яка внаслідок запліднення має вже не гаплоїдний, а диплоїдний набір хромосом. І тому кожна ознака визначається, як правило, не одним, а двома генами, один з яких отримано від батьківського організму, а другий – від материнського організму.

Цитологічною основою цього явища є парність гомологічних хромосом у соматичних клітинах.

Гомологічні хромосоми – це хромосоми, які мають однакову форму, розміри і однаковий набір генів (тобто простежується подібність на молекулярному рівні).

Гени, які знаходяться в одній парі гомологічних хромосом, розміщені в однакових ділянках (локусах) цих хромосом, визначають одну і ту ж саму ознаку, складають алельну пару і мають назву алельних генів (алелі). Отже, одна ознака детермінується принаймні двома алельними генами.

У генетичних схемах прийнято позначати кожний алельний ген однією буквою латинського алфавіту, а алельну пару – двома буквами. Два алельні гени взаємодіють між собою за принципом домінування, тобто один ген може пригнічувати дію другого алельного йому гена. Такий ген називається домінантним, а ген, дія якого пригнічується, називається рецесивним.

Відповідно до стану алельних генів мають назву ті чи інші ознаки, які визначаються цими генами.

Домінантні гени позначають великими буквами (А, В, С, D і т. д.), а рецесивні малими (а, b, с, d і т. д.). Кожна алельна пара може мати три різні сполучення алелів, наприклад: АА, Аа, аа (на першому місці завжди записується домінантний алель).

Організм, у соматичних клітинах якого присутні два домінантні або два рецесивні алелі даної пари генів (АА або аа), називається гомозиготним.

Організм, у соматичних клітинах якого алельна пара генів є сполученням домінантного і рецесивного алелів (Аа), називається гетерозиготним.

Взаємодія алельних генів може мати такий характер: повне домінування, рецесивність, неповне домінування, кодомінування.

При повному домінуванні гетерозигота Аа за фенотипом тотожна гомозиготі АА. Ознака, яка детермінується рецесивним геном а, проявляється в гомозиготному стані (аа).

При неповному домінуванні прояв ознаки у гетерозиготи Аа буває проміжним, тобто середнім між проявом ознак у гомозигот АА і аа. За умов такої взаємодії алельних генів гетерозиготу прийнято позначати так: а.

Явище кодомінування розглядається у відповідних розділах підручників для студентів вищих навчальних закладів.

При розв’язуванні вправ і задач на схрещування використовують генетичну символіку.

А – домінантний алель

а – рецесивний алель

Р – батьківські організми (від латинського Parenta - батьки)

♀ - жіноча стать (дзеркало Венери)

♂ - чоловіча стать (стріла і щит Марса)

X – символ схрещування

F – гібриди, потомство (від латинського Fili – діти)

F₁, F₂ – цифрами позначають порядковий номер гібридних нащадків.

У схемі схрещування генотип жіночого організму прийнято писати на першому місці (наприклад, Р: ♀ Аа × ♂ Аа).

Моногібридним схрещуванням називають схрещування організмів, які відрізняються між собою однією парою альтернативних (контрастних) ознак. Наприклад, така ознака як форма плодів у томатів має альтернативні прояви – кулясті і грушоподібні плоди; у людини ознака товщини губ має альтернативні прояви – товсті і тонкі губи; у кроликів ознака кольору хутра має альтернативні прояви – чорне та біле хутро і т.д.

Закономірності моно-, ди- і полігібридного схрещування вперше були встановлені Г. Менделем у 1865 році і сформульовані ним у вигляді правил або законів. Виявлення закономірностей спадковості пов’язане із застосуванням цим ученим гібридологічного методу, суть якого така:

1. При схрещуванні організмів до уваги береться не вся сукупність ознак, а точно визначена кількість пар альтернативних ознак: одна, пара альтернативних ознак – моногібридне схрещування; дві пари альтернативних ознак – дигібридне схрещування і т. д. Іншими ознаками, окрім визначених, нехтують.

2. Сувора математична (статистична) обробка одержаного матеріалу в кожному гібридному поколінні.

3. Спадкування визначених ознак простежується в кількох поколіннях.

Перший закон має назву одноманітносгі гібридів першого покоління. Його суть: при схрещуванні двох організмів, які відрізняються однією парою альтернативних ознак, у першому гібридному поколінні спостерігається одноманітність як за генотипом, так і за фенотипом (усі гібриди першого покоління є гетерозиготами і мають домінантну ознаку).

Длугий закон має назву закону розщеплення. Його суть: при схрещуванні двох організмів, які відрізняються однією парою альтернативних ознак, у другому гібридному поколінні спостерігається розщеплення ознак у співвідношенні 3: 1 за фенотипом (3 частини потомства з домінантною ознакою і 1 частина потомства з рецесивною ознакою) і 1: 2: 1 за генотипом (1АА: 2Аа: 1аа).

У практиці відомі відхилення від закону розщеплення. Це має місце, наприклад, при неповному домінуванні.

Неповне домінування – це явище, при якому домінантний ген неповністю пригнічує активність рецесивного алельного йому гена, і в потомстві спостерігається успадкування проміжної ознаки. Наприклад, при схрещуванні рослин нічної красуні з червоними квітками (гомозигота за домінантною ознакою) і рослин нічної красуні з білими квітками (гомозигота за рецесивною ознакою) всі гібриди першого покоління будуть мати рожеве забарвлення квіток. А при схрещуванні між собою цих гібридів у потомстві спостерігається розщеплення у співвідношенні 1: 2: 1 як за фенотипом, так і за генотипом.

Відхилення від закону розщеплення можливе за наявності в генотипі летальних (від латинського letalis — смертельний) генів, які призводять до загибелі організмів на різних етапах їх онтогенезу. Такі гени, як правило, детермінують певну ознаку і одночасно впливають на життєдіяльність організмів залежно від їхнього стану (гомозигота за домінантною чи рецесивною ознакою, гетерозигота). Описане явище є прикладом множинної дії генів (явище плейотропії). Якщо летальним є рецесивний ген, то при схрещуванні між собою гібридів першого покоління розщеплення матиме такий характер: 1АА: 2Аа: 1 аа (гинуть), тобто всі гібриди другого покоління за фенотипом матимуть домінантну ознаку, а за генотипом спостерігається розщеплення у співвідношенні 2: 1.

Якщо ж летальним буде домінантний ген, то при схрещуванні між собою гібридів першого покоління розщеплення буде мати інший характер: 1 АА (гинуть): 2Аа: 1аа, тобто за фенотипом і генотипом відбувається розщеплення у співвідношенні 2: 1.