Atilde;О.В. Крапивникова, В.И.Шутов, Т.А. Калыгина
Государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Рязанский государственный медицинский университет
имени академика И.П. Павлова»
Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации
Кафедра гистологии и биологии
Генетика: сборник задач с решениями
Для абитуриентов
Заочных подготовительных курсов
Рязань
УДК 575 (075.8)
Составители: ассистент кафедры гистологии и биологии,
О.В. Крапивникова
доцент кафедры гистологии и биологии,
К.м.н. В.И.Шутов
доцент кафедры гистологии и биологии,
К.б.н. Т.А. Калыгина
Рецензенты: И.В. Рыжкина, к.б.н., врач – цитогенетик Рязанской областной медико – генетической консультации
В.Н.Дармограй д.м.н., профессор, зав. кафедрой фармакогнозии и ботаники
Генетика: сборник задач с решениями для абитуриентов заочных подготовительных курсов. Рязань: РГМУ, 2004.- 91 с.
Методические указания предназначены для самостоятельной подготовки по курсу генетики и решению генетических задач абитуриентов заочных подготовительных курсов.
Библиограф.5
Одобрено Научно-методическим Советом Университета
atilde;О.В. Крапивникова, В.И.Шутов, Т.А. Калыгина
ОГЛАВЛЕНИЕ
Закономерности менделевского
наследования признаков……………………………………………………………4
Взаимодействие аллельных генов………………………………………………………………...18
Взаимодействие неаллельных генов………………………………………………………………..32
Генетика пола…………………………………………………………………49
Хромосомная теория наследственности…………………………………………………60
Гентика популяций.
Закон Харди – Вайнберга…………………………………………………………..71
Метод родословных………………………………………………………80
Литература………………………………………………………91
ЗАКОНОМЕРНОСТИ МЕНДЕЛЕВСКОГО НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ
Объектом исследования Менделя был горох посевной – Pisum sativum. Выбор объекта был чрезвычайно удачным, так как:
- горох посевной – самоопыляющееся растение, что давало возможность получения чистых линий;
- большое количество потомства, что давало возможность количественного учета и математической обработки данных;
- легкость в выращивании растения;
- наличие более 22 (во времена Менделя) сортов, четко различающихся между собой по одной или нескольким парам взаимоисключающих признаков.
При изучении наследования признаков у гороха Мендель применил гибридологический метод – анализа характера наследования путем системы скрещиваний.
В отличие от своих предшественников (ведь Мендель был не первым, кто проводил опыты по скрещиванию растений), изучавших наследование одновременно всех признаков растения, Мендель рассматривал одну, две или три пары взаимоисключающих признаков, прослеживая их на протяжении нескольких поколений. В своих опытах Мендель изучил наследование признаков у растений, различающихся по 7 парам взаимоисключающих признаков:
1. По высоте растения ( низкое – высокое)
2. По окраске семян (желтая – зеленая)
3. По форме семян (гладкая – морщинистая)
4. По окраске плодов (желтая – зеленая)
5. По форме плодов (выпуклая – гладкая)
6. По окраске цветков (красная – белая)
7. По расположению цветков (пазушные – верхушечные)
На первом этапе работы Мендель выявил сорта растений, которые на протяжении 3 поколений не давали расщепления, то есть обладали однородной наследственностью. Эти растения были названы «чистыми линиями».
Затем он начинает скрещивание растений с взаимоисключающими признаками, например, растений, выросших из желтых семян, с растениями, выросшими из зеленых. Такое скрещивание организмов, отличающихся по одной паре взаимоисключающих признаков, называется моногибридным. Поскольку горох – самоопыляющееся растение, ученый производит скрещивание искусственно: отрезает тычинки желтосемянного растения и кисточкой наносит на его пестик пыльцу зеленосемянного растения; затем он надевает колпачок на цветок каждого растения, чтобы исключить попадание посторонней пыльцы. Через некоторое время Мендель получает первое поколение: все растения имеют желтые семена (признак зеленой окраски семени исчезает).
Далее он дает растениям первого поколения самоопылиться и , таким образом, получает второе поколение. Оно состоит в основном (на три четверти) из желтосемянных растений, среди которых снова появляются растения с зелеными семенами (одна четверть). Таким образом, признак зеленой окраски семени проявляется вновь через одно поколение гибридов.
Необходимо отметить, что помимо признака окраски семян, Мендель исследует и другие особенности гороха. При этом расщепление 3:1 имеет место во всех опытах.
Для объяснения полученных результатов Мендель выдвинул предположение, что при половом размножении растений потомок получает от родителей через половые клетки наследственные факторы, ответственные за развитие признаков. Число наследственных факторов в половых клетках равно количеству признаков у данного организма. Эта гипотеза Г. Менделя получила название «факторальной». Она легла в основу современного материалистического понимания наследственности.
За развитие признака у потомка отвечает материальный субстрат – наследственный фактор, передающийся через половые клетки. Одни факторы способны подавлять проявление других и являются доминантными; те же факторы проявление которых ингибируется являются рецессивными.
За проявление признака отвечает не один, а пара факторов (именно этим объясняется проявление рецессивного признака у потомка через поколение). Факторы комбинируются друг с другом, давая разнообразие комбинаций признаков у потомков. Другая гипотеза, предложенная Г. Менделем называется гипотезой чистоты гамет. Связь между поколениями организмов осуществляется посредством гамет. Каждая гамета генетически чиста и несет один фактор из пары. Чистота гамет означает, что факторы отца и матери, полученные потомком, никогда не смешиваются, они лишь свободно комбинируются. Таким образом, потомок получает один фактор из пары: один от отцовского, а другой – от материнского организма.
В дальнейшем Мендель проводит скрещивание растений и прослеживает не один, а два и более пар взаимоисключающих признаков (окраску и форму семян). Скрещивание организмов, отличающихся по двум парам взаимоисключающих признаков, называется дигибридным, а скрещивание организмов, отличающихся по нескольким парам взаимоисключающих признаков – полигибридным
Он скрещивает растение, имеющее желтые и гладкие семена, с растением с зелеными и морщинистыми. В первом поколении проявляется доминирование желтых и гладких семян: все 100% потомков - с желтыми и гладкими семенами. При самоопылении особей первого поколения, во втором поколении происходит расщепление:
9/16 растений – с желтые и гладкие семенами;
3/16 растений – с желтые и морщинистыми семенами;
3/16 растений – с зелеными и гладкими семенами;
1/16 растений – с зелеными и морщинистыми семенами.
Подобный результат Мендель объясняет тем, что наследование этих признаков происходит независимо друг от друга, чему соответствует расщепление (3:1)2 или 9:3:3:1. Расщепление при тригибридном скрещивании будет соответствовать (3:1)3 или 27:9:9:9:3:3:3:1. Мендель ввел также применяемые по сей день обозначения. Он предлагает также обозначать родительское поколение буквой Р, гаметы – буквой G, а поколение потомков – буквой F1 (F2 и т.д.), доминантные признаки – заглавными буквами латинского алфавита, а рецессивные - строчными .
Таким образом, запись скрещиваний, производимых Менделем, будет иметь вид:
| Ген | Признак |
| А | Желтое семя |
| а | Зеленое семя |
Р: АА х аа
Желтое семя зеленое семя
G: (А) (а)
F1: Аа
Желтое семя
P(F1): Аа х Аа
Желтое семя желтое семя
G: (А) , (а) ( А ) , ( а)
F2: АА, Аа, Аа, аа.
Желтое семя зеленое семя
1/4 - генотип АА – желтое семя
2/4- генотип Аа - желтое семя
1/4- генотип аа – зеленое семя.
Таким образом, в F1 - единообразие гибридов, а в F2 – видно расщепление в соотношении 3:1 по фенотипу, и 1:2:1 по генотипу.
Запишем ход дигибридного скрещивания.
| Ген | Признак |
| А | Желтое семя |
| а | Зеленое семя |
| В | Гладкое семя |
| в | Морщинистое семя |
Р: ААВВ х аавв
Желтое семя зеленое семя
Гладкое морщинистое
G: (АВ) (ав)
F1: АаВв
Желтые, гладкие 100%
P(F1) АаВв х АаВв
Желтые, гладкие Желтые, гладкие
F2:
| / | АВ | Ав | аВ | ав |
| АВ | ААВВ Желт.глад. | ААВв Желт.глад. | АаВВ Желт.глад. | АаВв Желт.глад. |
| Ав | ААВв Желт.глад. | Аавв Желт.морщ. | АаВв Желт.глад. | Аавв Желт.морщ. |
| аВ | АаВВ Желт.глад. | АаВв Желт.глад. | ааВВ зелен.гладк. | ааВв Зелен.гладк. |
| ав | АаВв Желт.глад. | Аавв Желт.морщ. | ааВв зелен.гладк. | аавв Зелен.морщ. |
Таким образом, фенотипическое расщепление в F2 носит характер:
9/16 – растения с желтыми гладкими семенами
3/16 – растения с желтыми морщинистыми семенами
3/16 – растения с зелеными гладкими семенами
1/16 – растения с желтыми морщинистыми семенами.
Результаты скрещивания могут быть записаны также через фенотипический радикал, который обозначается «_» и означает, что на месте радикала может стоять как доминантный ген, так и рецессивный.
9/16 – А-В- (то есть, ААВВ, АаВВ,ААВв, АаВв)
3/16 – А-вв (то есть, ААвв или Аавв)
3/16 - ааВ- (то есть, ааВВ или ааВв)
1/16 – аавв
На основании данных, полученных Г. Менделем, Иогансен в начале XX века предлагает три правила генетики:
1. Правило единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании особей, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, в первом поколении проявляется единообразие как по генотипу, так и по фенотипу;
2. Правило расщепления: при скрещивании гибридов первого поколения между собой в потомстве проявляется расщепление признаков в соотношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу.
3. Правило независимого комбинирования: гены различных аллеломорфных пар и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга комбинируясь между собой во всех возможных сочетаниях, если гены, определяющие эти признаки, находятся в разных парах хромосом.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача 1. У человека ген карих глаз доминирует над геном голубых. Какова вероятность рождения голубоглазых детей в семье, где мать имела голубые глаза, а отец – карие, причем известно, что по данному признаку он гетерозиготен?
Дано:
| Ген | Признак |
| А | Карие глаза |
| а | Голубые глаза |
Решение: Запишем схему скрещивания.
Р: аа х Аа
голубые карие
G: (а) (А) , ( а)
F1: Аа, аа
карие голубые
50% 50%
Ответ: вероятность рождения голубоглазого ребенка – 50%.
Задача 2. Фенилкетонурия наследуется как аутосомный рецессивный признак. В семье, где оба родителя были здоровы, родился больной фенилкетонурией ребенок. Какова вероятность того, что второй ребенок в этой семье также будет болен?
Дано:
| Ген | Признак |
| А | Норма |
| а | Фенилкетонурия |
Решение. Р: А- х А-
 |
F: аа
Рассуждение. Так как оба родителя здоровы, то они могут иметь как генотип АА, так и генотип Аа. Поскольку первый ребенок в этой семье был болен, его генотип аа. По гипотезе чистоты гамет, один аллель гена организм получает от отца, а другой – от матери. Следовательно, оба родителя гетерозиготны по анализируемому признаку – Аа.
Теперь можно определить вероятность рождения второго ребенка больным:
Р: Аа х Аа
Норма норма
G: (А), (а) ( А ) , (а)
F1: АА, 2 Аа, аа
Норма норма фенилкетонурия
25% 50% 25%
Таким образом, 75%детей будут здоровы, а 25% - больны.
Ответ: 25%.
Задача 3. У некоторых пород крупного рогатого скота комолость доминирует над рогатостью.
А) При скрещивании комолых и рогатых животных родилось 14 рогатых и 15 комолых потомков. Определите генотипы родительских форм.
В) В результате скрещивания рогатых и комолых животный все 30 потомков были комолыми. Определите генотипы родительских форм.
С) Скрещивание комолых животных между собой дало 12 комолых и 3 рогатых теленка. Определите генотипы родительских форм.
Дано:
| Ген | Признак |
| А | Комолость |
| а | Рогатость |
Решение. Генотипы родителей можно определить по расщеплению в потомстве. В первом случае расщепление 1:1, следовательно имело место анализирующее скрещивание:
Р: Аа х аа
комолость рогатость
G: (А), ( а) ( а)
F1: Аа, аа
Комолость рогатость
50% 50%
Во втором случае имело место единообразие потомства, следовательно скрещивались гомозиготные рогатые и комолые животные:
Р: АА х аа
Норма норма
G: ( А) ( а)
F1: Аа
Комолость
100%
В третьем случае имело место расщепление 3:1, которое возможно только при скрещивании двух гетерозигот:
Р: Аа х Аа
комолость комолость
G: (А), (а) (А) , ( а)
F1: АА, 2 Аа, аа
комолость комолость рогатость
25% 50% 25%
75% - комолые
25% - рогатые
Ответ: А) Аа и аа
В) АА и аа
С) Аа и Аа
Задача 4. У человека карие глаза доминируют над голубыми, а праворукость над леворукостью.
1. Какова вероятность рождения леворукого голубоглазого ребенка в семье, где мать голубоглазая и праворукая (хотя ее отец был левшой), а отец имеет карие глаза и владеет преимущественно левой рукой, хотя его мать была голубоглазой правшой?
2. В семье кареглазых правшей родился ребенок-левша с голубыми глазами. Какова вероятность рождения следующего ребенка-правши с голубыми глазами?
Дано:
| Ген | Признак |
| А | Карие глаза |
| а | Голубые глаза |
| В | Правшество |
| в | Левшество |
Решение:
--вв ааВ-
 |  | ||
Р: ааВ- х А-вв
Рассуждение. Сначала необходимо определить генотипы родителей. Так как отец женщины был левшой, следовательно она гетерозиготна по гену В; мужчина же гетерозиготен по гену А, так как его мать имела голубые глаза.
Проверка. Запишем схему скрещивания:
Р: ааВв х Аавв
Голуб., прав. Кар., лев.
G: (аВ), (ав) (Ав), (ав)
F1: АаВв, ааВв, Аавв, аавв
Кар., прав. Гол., прав. Кар, лев. Голуб., лев.
25% 25% 25% 25%
Ответ: вероятность рождения ребенка голубоглазого левши – 25%.
Р: А-В- х А-В-
Кареглазый Кареглазый
.правша правша
F1: аавв
Голубоглазый левша
Рассуждение. Так как, согласно гипотезе чистоты гамет, организм получает один аллель гена от одного родителя, а другой – от другого, то оба родителя гетерозиготны по обоим парам анализируемых генов; их генотип АаВв.
Проверка. Можно рассчитать вероятность рождения следующего ребенка-правши с голубыми глазами.
P: АаВв х АаВв
Кар. Прав. Кар. Прав.
F2:
| / | АВ | Ав | аВ | ав |
| АВ | ААВВ Кареглазый. Правша. | ААВв Кареглазый. Правша | АаВВ Кареглазый. Правша | АаВв Кареглазый. Правша |
| Ав | ААВв Кареглазый. Правша | ААвв Кареглазый. левша | АаВв Кареглазый. Правша | Аавв Кареглазый. левша |
| аВ | АаВВ Кареглазый. Правша | АаВв Кареглазый. Правша | ааВВ голубоглазый. правша | ааВв голубоглазый. правша |
| ав | АаВв Кареглазый. Правша | Аавв Кареглазый. левша | ааВв голубоглазый. правша | аавв голубоглазый. левша |
Таким образом, вероятность рождения следующего ребенка-правши с голубыми глазами (генотип ааВв или ааВВ) равна 3/16 (или 18.75%).
Ответ: 18.75%.