Символы, используемые в генетике
Класс. Базовый уровень.
13 апреля 2020 год.
Урок 26.
Тема: «Законы наследственности Г. Менделя».
Ход урока:
Прочтите внимательно текст. Обращайте внимание на определения выделенные красным цветом. Эти определения необходимо запомнить.
I. Предмет и основные понятия генетики.
1. Генетика – область биологии, которая изучает закономерности наследственности и изменчивости.
2. Наследственность – это способность живых организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития следующему поколению.
Наследственность обеспечивает материальную и функциональную преемственность между поколениями, сохраняя определенный порядок в природе.
Клетки организмов не содержат готовых признаков взрослой особи, наследование признаков происходит на молекулярном уровне.
Хромосомы – основные структуры, которые обеспечивают материальную основу наследственности.
Мы наследуем не свойства, а генетическую информацию.
Ген – элементарная структурная единица наследственности.
Ген - участок молекулы ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, тРНК или рРНК.
Ген - участок молекулы ДНК, кодирующий последовательность аминокислот для синтеза одного белка. Генетическая информация в ДНК реализуется с помощью процессов транскрипции и трансляции, изученных нами ранее. В одной молекуле ДНК зашифрованы сотни тысяч различных белков.
|
|
|
Генотип – это сумма всех генов организма.
3. Изменчивость – это способность живых организмов приобретать в процессе индивидуального развития отличия от других особей своего и других видов.
Фенотип – совокупность свойств и признаков организма, которые являются результатом взаимодействия генотипа особи и окружающей среды.
Фенотип — совокупность внешних и внутренних признаков организма, приобретённых в результате онтогенеза (индивидуального развития).
Реализация наследственной информации находится под постоянным давлением факторов окружающей среды.
Однако существуют признаки, проявление которых не зависит от влияния внешней среды (группа крови, с которой мы родились, остается неизменной на протяжении всей жизни).
II. У истоков генетики.
Грегор Мендель (1822-1884) – австрийский ученый - во второй половине XIX в. впервые описал основные закономерности наследования признаков.
Основные особенности работы Менделя, которые позволили ему добиться успеха:
ü в качестве экспериментальных растений Мендель использовал разные сорта посевного гороха, поэтому потомство, получаемое в таких внутривидовых скрещиваниях, было плодовито;
|
|
|
ü горох – самоопыляющееся растение, т.е. цветок защищен от случайного попадания посторонней пыльцы; при постановке нужного скрещивания Мендель удалял тычинки, чтобы исключить возможность самоопыления, а затем кисточкой переносил на пестик пыльцу другого родительского растения;
ü горох неприхотлив и имеет высокую плодовитость;
ü в качестве экспериментальных признаков Мендель выбрал простые качественные альтернативные признаки по типу «или-или» (цветки пурпурные или белые, семена желтые или зеленые); выбранные Менделем признаки контролировались одним геном, что значительно упрощало трактовку результатов скрещивания;
Альтернативные признаки – противоположные качества одного признака, гена (карие и голубые глаза, темные и светлые волосы).
- признаки противоположные по своему значению (например зеленый горох – желтый горох).
ü при обработке получаемых данных Мендель вел строгий математический учет фенотипов всех растений и семян.
Скрещивая различные организмы и исследуя получаемое потомство, Мендель по сути, разработал основной и специфический метод генетики.
|
|
|
Гибридологический метод - подразумевает скрещивание организмов с определенными признаками между собой и анализ проявления (наследования) этих признаков у потомства, полученного от данного скрещивания.
Этот метод позволяет обнаружить возникновение наследственных изменений у потомков.
Результаты своих экспериментов Г. Мендель представил в 1865 г. на заседании Общества естествоиспытателей г. Брюнна (современный город Брно) и изложил в статье «Опыты над растительными гибридами». Но современники Менделя работы не оценили. Работа Менделя значительно опередила уровень развития науки того времени.
Лишь когда в 1900 г. сразу в трех лабораториях три ученых – Гуго Де Фриз, Карл Корренс, Эрих Чермак – независимо друг от друга открыли заново закономерности наследования, ученый мир вспомнил, что 35 лет тому назад они уже были сформулированы Грегором Менделем.
Рис. 1. Гуго Де Фриз
| 
Рис. 2. Карл Корренс
| 
Рис. 3. Эрих Чермак
|
Результаты их исследований подтвердили все то, что Мендель опубликовал в 1865 году. Они признали его заслуги и провозгласили его основоположником генетики.
Закономерности, установленные в свое время Грегором Менделем, справедливо носят его имя.
|
|
|
1900 год считается годом рождения генетики. Генетика – молодая наука, этот термин был предложен в 1906 году Уильямом Бетсоном (рис. 4).
Рис. 4. Уильям Бетсон
III. Закон единообразия гибридов первого поколения.
Моногибридное скрещивание – в котором родительские особи отличались друг от друга по одному изучаемому признаку.
Поскольку горох – самоопыляющееся растение, в пределах одного сорта не существует изменчивости по конкретному признаку: на растениях, выросших из желтых семян, всегда созревают желтые семена, а на растениях, выросших из зеленых семян – зеленые.
Чистые линии - это группа организмов, у которых на протяжении нескольких поколений наследуется один и тот же признак (признаки) в силу генетической однородности всех особей.
Мендель скрестил растения гороха, отличающиеся по цвету семян. Гибридные семена первого поколения все оказались желтого цвета.
Рис. 5. Схема скрещивания растений с альтернативными признаками.
Гибри́д (от лат. Hibrida — помесь) — организм или клетка, полученные вследствие скрещивания генетически различающихся форм.
Следовательно, у гибридов первого поколения из каждой пары альтернативных признаков развивается только один. Второй признак как бы исчезает, не проявляется.
Доминирование – явление преобладания у гибрида признака одного из родителей.
Доминантный – признак, проявляющийся у гибрида первого поколения и подавляющий развитие другого признака.
Рецессивный – противоположный признак, не проявляющийся у гибридов, т.е. подавляемый.
В результате такого скрещивания была установлена важнейшая закономерность наследования.
Закон единообразия гибридов первого поколения, или закон доминирования (первый закон Менделя):
при скрещивании двух гомозиготных организмов, обладающих альтернативными признаками, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей, т.е. они будут единообразны по фенотипу.
IV. Закон расщепления.
Из гибридных семян гороха (полученных в результате от скрещивания в первом опыте) Мендель вырастил растения, которые в результате самоопыления произвели семена второго поколения. Среди них оказались не только желтые, но и зеленые семена, т.е. произошло расщепление потомства на две группы, одна из которых обладала доминантным признаком, а вторая – рецессивным. Это расщепление подчинялось строгим количественным закономерностям: ¾ семян оказались желтыми и ¼ - зелеными.
Эта закономерность была названа Законом расщепления (второй закон Менделя):
при скрещивании двух потомков (гибридов) первого поколения между собой во втором поколении гибридов появляются особи с доминантными и рецессивными признаками в соотношении 3:1.
V. Аллельные гены.
Чтобы объяснить закономерности наследования признаков у гороха, Мендель предположил, что развитие каждого признака определяется неким наследственным фактором, который впоследствии был назван геном.
Мендель ввел буквенные обозначения, которыми мы пользуемся и в настоящее время.
Доминантные признаки и гены обозначают прописными латинскими буквами – A B C.
Рецессивные признаки и гены обозначают строчными латинскими буквами –
a b c.
Желтая окраска - доминантный признак (А).
Зеленая окраска – рецессивный признак (а).
Аллельные гены – пара генов (А и а), которые определяют альтернативные признаки.
Аллель – каждый член пары
В данном примере ген, отвечающий за цвет семени, может находиться в двух аллельных вариантах: желтая окраска (А) или зеленая окраска (а).
Аллель – одна из двух альтернативных форм гена. Они занимают одинаковые места, сайты или локусы, на гомологичных хромосомах (рис. 6)
аллель А
Рис. 6. Расположение аллелей
Локусом (лат. locus — место) - в генетике обозначают положение определенного гена в хромосоме.
Обратите внимание, что гены всегда парные, по этой причине генотип должен быть записан двумя генами - AA, Aa, aa. Писать только один ген было бы ошибкой.
Гомологичные хромосомы — пары хромосом, одинаковых по размерам, форме и набору генов. Аллельные гены занимают в гомологичных хромосомах одинаковые локусы.
В результате анализа последующих поколений Мендель обнаружил, что организмы, одинаковые по внешнему виду, могут различаться по наследственным задаткам.
Гомозиготные организмы – организмы, не дающие расщепления в следующем поколении.
Гомозиготные организмы имеют одинаковые аллели одного гена – оба доминантных (АА) или оба рецессивных (аа).
Гетерозиготные организмы – организмы, в потомстве которых обнаруживается расщепление.
Аллели могут быть гомозиготными или гетерозиготными, т. е. находиться в одинаковом или различном состоянии.
VI. Закон чистоты гамет.
Мендель предположил, что каждая клетка организма содержит по два наследственных фактора, причем при образовании гибридов эти факторы не смешиваются, а сохраняются в неизменном виде.
При половом размножении связь между поколениями осуществляется через половые клетки – гаметы. Поэтому Мендель логично предположил, что каждая гамета должна содержать только один фактор из пары, чтобы при их слиянии восстанавливался двойной набор. Если при оплодотворении встретятся две гаметы, несущие рецессивный фактор, сформируется организм с рецессивным признаком (аа), а если хотя бы одна из двух гамет будет содержать доминантный фактор, образуется особь с доминантным признаком (АА, Аа). Основываясь на результатах своих экспериментов, Мендель сделал вывод, что наследственные факторы (гены) в гибриде не смешиваются, не сливаются и передаются гаметам в «чистом» виде.
Закон чистоты гамет:
при образовании половых клеток в каждую гамету попадают только один аллель из каждой пары.
Для того чтобы понять, почему и как это происходит, надо вспомнить основные явления, происходящие в мейозе. В каждой клетке тела содержится диплоидный (2n) набор хромосом. В результате двух делений мейоза образуются клетки, несущие гаплоидный набор хромосом (1n), т.е. содержащие по одной хромосоме из каждой пары гомологичных хромосом. В дальнейшем слияние гаплоидных гамет вновь приводит к образованию диплоидного организма.
VII. Цитологические основы моногибридного скрещивания.
Давайте схематично представим результаты скрещиваний, осуществлённые Менделем, используя современные знания
Символы, используемые в генетике
P — генотипы родительских форм;
F — генотипы потомства;
A — доминантный ген;
a — рецессивный ген;
Aa — гетерозиготное состояние двух аллельных генов;
AA — гомозиготное состояние доминантных генов;
aa — гомозиготное состояние рецессивных генов;
AaBb — дигетерозигота;
AaBbCc — тригетерозигота;
«×» — скрещивание;
♀ —материнский организм;
♂ — отцовский организм.
Исходные родительские растения в рассматриваемом опыте были гомозиготными, т. е. содержали в обеих гомологичных хромосомах одинаковые аллели гена. Следовательно, первое скрещивание можно записать так: Р (♀ АА × ♂ аа). Оба родительских растения могли образовывать гаметы только одного типа: женское растение — гаметы, содержащие ген А, мужское — а. Поэтому при их слиянии все особи первого поколения имели одинаковый гетерозиготный генотип (Аа) и одинаковое проявление признака (жёлтые семена). Гибриды первого поколения образовывали в равном соотношении гаметы двух типов, несущие гены А и а. При самоопылении в результате случайной встречи гамет в F2 возникали следующие зиготы: АА, Аа, аА, аа, что можно записать так: АА + 2Аа + аа. Гетерозиготные семена окрашены в жёлтый цвет, поэтому по фенотипу расщепление во втором поколении соответствует 3 : 1. Понятно, что та 1/3 растений, которые выросли из жёлтых семян, имеющих гены АА, при самоопылении сформируют только жёлтые семена. Остальные 2/3 растений (Аа) в следующем поколении вновь образуют расщепление признаков.
VIII. Закон независимого наследования.
В природе организмы редко отличаются друг от друга только по одному признаку, поэтому Мендель решил исследовать, как ведут себя в ряду поколений несколько признаков одновременно.
Дигибридное скрещивание - скрещивание, при котором прослеживают наследование двух пар альтернативных признаков.
Для постановки эксперимента по дигибридному скрещиванию Мендель взял два сорта гороха, один из которых имел жёлтые и гладкие семена, а другой — зелёные и морщинистые. В первом поколении все гибридные семена были жёлтыми и гладкими, т.е. закономерность единообразия сохранилась и в этом типе скрещивания. Следовательно, жёлтая окраска (А) и гладкая форма (В) — доминантные признаки, а зелёная окраска (а) и морщинистая форма (b) — рецессивные.
При самоопылении гибридных растений во втором поколении произошло расщепление и образовалось четыре фенотипических класса: 315 жёлтых гладких семян, 101 жёлтое морщинистое, 108 зелёных гладких и 32 зелёных морщинистых. Для того чтобы было легче понять, что происходит при дигибридном скрещивании, воспользуемся таблицей.
Впервые такой способ определения соотношения фенотипических классов в сложных скрещиваниях предложил английский генетик Реджиналд Пеннет, поэтому такую таблицу называют решёткой Пеннета.
Исходные родительские растения были гомозиготны по обоим генам и могли образовать гаметы только одного типа: выросшие из жёлтых гладких горошин (ААВВ) — только АВ, а выросшие из зелёных морщинистых (ааbb) — аb. Следовательно, всё первое поколение было единообразно и по генотипу (АаBb), и по фенотипу (жёлтые гладкие горошины), что соответствует данным, полученным Менделем.
Если гены, отвечающие за формирование исследуемых признаков, расположены в разных хромосомах, то при образовании гамет у гибридов первого поколения они будут комбинироваться независимо друг от друга. Вспомните, что в первом делении мейоза при образовании половых клеток гомологичные хромосомы каждой пары расходятся к разным полюсам клетки независимо от других пар гомологичных хромосом.
Допустим, хромосома с геном А отошла к одному полюсу, к тому же полюсу с равной вероятностью может отойти и хромосома с геном В, и хромосома с геном b. Следовательно, ген А может оказаться в одной гамете и с геном В, и с геном b. Оба события равновероятны. Поэтому у гибридов первого поколения (АаBb) образуется четыре типа гамет в равных количествах: АВ, Аb, аB, ab.
В дальнейшем при оплодотворении любая гамета женского организма имеет равные шансы быть оплодотворённой любой мужской гаметой. Генотипы и фенотипы второго поколения представлены в таблице.
Всего во втором поколении (в F2) образуется 9 разных генотипов, которые проявляются в виде четырёх фенотипических групп (жёлтые гладкие, жёлтые морщинистые, зелёные гладкие и зелёные морщинистые), причём соотношение этих фенотипов соответствует отношению 9 : 3 : 3 : 1.
Количество фенотипических классов меньше, чем число генотипов, потому что обладатели разных генотипов могут иметь одно и то же внешнее фенотипическое проявление признаков. Так, жёлтые гладкие семена представлены четырьмя разными генотипами (AABB, AaBB, AABb, AaBb), жёлтые морщинистые — двумя генотипами (AAbb, Aabb), зелёные гладкие — тоже двумя (aaBB, aaBb), а зелёные морщинистые — только одним (aabb). Если мы подсчитаем расщепление в F2 по каждой паре признаков от-дельно, то легко убедимся, что в обоих случаях (жёлтые — зелёные и гладкие — морщинистые) оно равно 12 : 4, т. е. 3 : 1, как и при моногибридном скрещивании.
Следовательно, каждая пара альтернативных признаков наследуется независимо. Значит, дигибридное скрещивание представляет собой два независимо идущих моногибридных скрещивания, результаты которых как бы накладываются друг на друга. Следует подчеркнуть, что такое независимое распределение признаков в потомстве при дигибридном скрещивании возможно лишь в том случае, когда гены, определяющие развитие данных признаков, расположены в разных негомологичных хромосомах.
Закон независимого наследования (третий закон Менделя):
при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки передаются потомству независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.
IX. Анализирующее скрещивание.
Мы с вами уже не раз убеждались, что особи, имеющие одинаковые проявления признаков (одинаковый фенотип), могут обладать разными генотипами.
При полном доминировании одного аллеля над другим гетерозиготные особи (Аа) внешне неотличимы от гомозиготных по доминантному аллелю (АА). Часто возникает необходимость определить генотип конкретной особи, имеющей доминантный фенотип. Для этого проводят так называемое анализирующее скрещивание.
Анализирующее скрещивание — это такой тип скрещивания, при котором исследуемую особь с доминантным фенотипом скрещивают с организмом, гомозиготным по рецессивному аллелю (анализатором).
Если испытуемая особь гомозиготна (АА), то потомство от такого скрещивания будет единообразно и расщепления не произойдёт.
Совершенно иной результат получится при скрещивании в том случае, если исследуемый организм гетерозиготен (Аа). В потомстве произойдёт расщепление, и образуется два фенотипических класса, причём их соотношение будет строго 1 : 1. Полученный результат чётко доказывает формирование у одной из родительских особей двух типов гамет, т. е. её гетерозиготность.
2. Для закрепления материала вы можете, используя ссылку просмотреть
Видеоурок «История развития генетики. Гибридологический метод»
https://interneturok.ru/lesson/biology/10-klass/osnovy-genetiki/istoriya-razvitiya-genetiki-gibridologicheskiy-metod?block=player
Видеоурок «Закономерности наследования. Моногибридное скрещивание»
https://interneturok.ru/lesson/biology/10-klass/osnovy-genetiki/zakonomernosti-nasledovaniya-monogibridnoe-skreschivanie
Видеоурок «Закон чистоты гамет»
https://interneturok.ru/lesson/biology/10-klass/osnovy-genetiki/zakon-chistoty-gamet
Видеоурок «Дигибридное скрещивание. Закон независимого наследования признаков»
https://interneturok.ru/lesson/biology/10-klass/osnovy-genetiki/digibridnoe-skreschivanie-zakon-nezavisimogo-nasledovaniya-priznakov
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 93; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!