Методика розв’язання задач на хромосомну теорію спадковості (для роботи з дітьми з особливими освітніми потребами)

Методичні рекомендації та алгоритми розв’язання генетичних задач

У кожній хромосомі локалізується не один ген, а більше, тому закон незалежного успадкування (і комбінування) зв’язаний не з перерозподілом самих генів, а лише з перерозподілом хромосом.

Якщо гени А і В знаходяться в одній хромосомі, то при утворенні гамет вони потрапляють в одну гамету, успадковуються разом (зчеплено). Такі гени назвали зчепленими генами. Кількість груп зчеплення відповідає гаплоїдному набору хромосом. Якщо гени зчеплені, то утворення рекомбінантних форм можна пояснити перехрестом гомологічних хромосом (кросинговером), що відбувся у мейозі дигетерозиготних особин. Частота кросинговеру свідчить про локалізацію генів у хромосомі і в результаті може бути мірою відстані між ними.

Ознаки, що детермінують зчеплені гени, успадковуються разом, а не за принципом незалежного успадкування.

Необхідними умовами для розв’язання задач на хромосомну теорію спадковості є:

1.      знання генетичної символіки;
2.      уміння правильно писати гамети схрещуваних форм;
3.      уміння правильно складати генетичні схеми;
4.      знання законів успадкування, встановлених Г. Менделем;
5.      розуміння дослідів Т. Моргана;
6.      розуміння явища кросинговеру;
7.      знання положень хромосомної теорії спадковості, сформульованих Т. Морганом.

При розв’язанні генетичних задач необхідно знати генетичну символіку:

А – перший домінантний алель (може бути будь-яка велика літера);

В – другий домінантний алель (може бути будь-яка велика літера);

а – перший рецесивний алель (може бути будь-яка мала літера);

в – другий рецесивний алель (може бути будь-яка мала літера);

АВ

АВ – гомозигота за двома домінантними алелями;

ав

ав – гомозигота за двома рецесивними алелями;

АВ

ав  – дигетерозигота;

Р – батьківські організми;

♂ – чоловіча стать;

♀ – жіноча стать;

Х – символ схрещування;

G – гамети;

F₁ – гібриди першого покоління;

F₂ – гібриди другого покоління.

      Більшість генетичних задач на хромосомну теорію спадковості за методом розв’язання поділяють на три типи: 1) за генотипами, фенотипами батьків треба визначити фенотипи нащадків  F₁; 2) за фенотипами нащадків треба визначити генотипи батьків; 3) визначити відстань між генами за кількістю кросоверних особин у потомстві.

При схрещуванні організмів, які відрізняються двома парами ознак, у F₁ утворюється генотип, що має гени обох батьківських форм:

Р ♀ АВ Х ♂ ав

       АВ         ав

 G   АВ←ав

F₁ АВ –  100 %

     ав

Але при схрещуванні гібридів F₁ між собою відбувається розщеплення 3:1, а не 9:3:3:1, як при незалежному успадкуванні:

Р ♀ АВ Х ♂ АВ

       ав           ав

    G       АВ        АВ

              ав          ав  

Використовуємо решітку Пеннета для визначення F₂:

F₂ АВ   АВ   АВ     ав

    АВ    ав     ав      ав

Розщеплення 3:1

При аналізуючому схрещуванні гібридів F₁ відбувається розщеплення 1:1 (а не 1:1:1:1, що відповідає незалежному успадкуванню).

Р ♀ АВ Х ♂ ав

       ав           ав

    G     АВ          ав

       ав

    F₂     АВ       ав

             ав        ав

    Розщепленні 1:1.

Однак, Т. Морган, провівши аналізуюче схрещування, отримав розщеплення за фенотипами наближене до 1:1 (як у випадку зчепленого успадкування). Появу двох інших варіантів фенотипів Т. Морган пояснив перехрестом гомологічних хромосом (кросинговером), що відбувся у мейозі дигетерозиготних особин. Це необхідно враховувати при розв’язанні генетичних задач.

Відстань між генами, на якій відбувається кросинговер з ймовірністю 1 %, була прийнята за одиницю вимірювання та названа морганідою (на честь Т. Моргана). Загальна формула для визначення відстані між генами АВ (коефіцієнт кросинговеру):

АВ = (П₁ + П₂)·100 % ,

                     N

де П₁ + П₂ – кількість кросоверних особин, N – загальна кількість особин (кросоверних і некросоверних).

Число кросоверних особин завжди менше від числа некросоверних. Кросоверні особини відрізняються ознаками від батьківських організмів.

Приклади розв’язків задач

1. У томатів високий зріст стебла домінує над карликовим, а куляста форма плоду – над грушоподібною, гени висоти стебла й форми плоду зчеплені. Які нащадки з’являться при схрещуванні двох гетерозиготних за обома ознаками рослин?

Орієнтир для розв’язання задач

1.Позначення генів.

А – ген, що визначає високий зріст стебла, а – ген, що визначає карликовий зріст, В – ген, що визначає кулясту форму плоду, в – ген, що визначає грушоподібну форму плоду.

2.Позначення генотипів.

АВ

ав  –  генотип гетерозиготної за обома ознаками рослини.                                                                                                    

3.Запис схрещування:

Р ♀ АВ Х ♂ АВ

   ав           ав

G     АВ        АВ

        ав          ав  

Використовуємо решітку Пеннета для визначення F₁:

F₁ АВ    АВ   АВ    ав

    АВ     ав     ав     ав

    25 %     25 %   25 %    25 %

Відповідь: розщеплення у нащадків за фенотипом 3:1: 75 % гібридів мають високий зріст і кулясту форму плоду; 25 % – карликовий зріст і грушоподібну форму плоду.

2. У дрозофіли сіре забарвлення тіла і довгі крила – домінантні ознаки, а чорне забарвлення тіла і короткі крила – рецесивні ознаки. Ген забарвлення тіла і довжини крил у дрозофіли знаходяться в одній хромосомі й обмінюються при мейозі у 17 % випадків.  Сіру довгокрилу дигетерозиготну самку схрещують з чорним короткокрилим самцем. Визначте відсоткове співввідношення різних фенотипів у потомстві.

Орієнтир для розв’язання задач

За умовою задачі кросинговер між генами дорівнює 17 %, тобто кросоверних гамет утворюється 17 %.

1.Позначення генів.

А – ген сірого забарвлення, а – ген чорного забарвлення, В – ген, що визначає довгі крила, в – ген, що визначає короткі крила.

2.Позначення генотипів.

АВ

ав  –  генотип гетерозиготної за обома ознаками самки;

ав

ав – генотип гомозиготного за обома рецесивними ознаками самця.

3. Запис схрещування:

Р ♀ АВ Х ♂ ав

  ав           ав

G АВ             ав             

     ав

    Ав

    аВ

Некросоверні гамети (АВ 41,5 %, ав 41, 5 %) – 83 %, кросоверні гамети (Ав 8,5 %, аВ 8,5 %) – 17 %.

Використовуємо решітку Пеннета для визначення F₁:

F₁ АВ     ав     Ав     аВ

     ав      ав      ав      ав

    41,5 %  41,5 %  8,5 %  8,5 %

Відповідь: розщеплення у нащадків за фенотипом:  41,5% сірі довгокрилі мухи; 41,5 % чорні короткокрилі мухи; 8,5 % сірі короткокрилі мухи; 8,5 % чорні довгокрилі мухи.

3. У мух дрозофіл ознаки забарвлення тіла і форми крил зчеплені. Чорне забарвлення тіла рецесивне відносно сірого, короткі крила – довгих. У лабораторії схрещувалися сірі довгокрилі самки, гетерозиготні за обома ознаками, із самцями, що мають чорне тіло і короткі крила. У потомстві виявилося сірих довгокрилих особин 1394, чорних короткокрилих – 1418, чорних довгокрилих – 287, сірих короткокрилих – 288. Визначте відстань між генами.

Орієнтир для розв’язання задач

Відстань між генами визначається в морганідах (1 морганіда = 1% кросинговеру). Відсоток кросинговеру розраховують за кількістю кросоверних особин у потомстві за формулою:

АВ = (П₁ + П₂)·100 % ,

                     N

де П₁ + П₂ – кількість кросоверних особин, N – загальна кількість особин (кросоверних і некросоверних).

 Число кросоверних особин завжди менше від числа некросоверних. Кросоверні особини відрізняються ознаками від батьківських організмів. У даній задачі П₁ – кросоверні особини чорного забарвлення, довгокрилі (287), П₂ – кросоверні особини сірого забарвлення, короткокрилі (288), N – загальна кількість особин (1394+1418+287+288)=3387

АВ = (287 + 288)·100 %  = 17 % або 17 морганід

                     3387

Відповідь: відстань між генами дорівнює 17 % або 17 морганід.

Задачі

1.У пацюків темне забарвлення хутра домінує над світлим, рожевий колір очей – над червоним. Гени, що відповідають за ці ознаки, успадковуються зчеплено. Схрестили двох дигетерозиготних особин. Визначте генотип і фенотип  нащадків F₁ ?

2. У гороху гладенька поверхня насіння і наявність вусиків – домінантні ознаки. Зморшкувата поверхня насіння та відсутність вусиків – рецесивні ознаки. Гени, що відповідають за ці ознаки, успадковуються зчеплено. Встановіть генотипи батьків, якщо гібриди F₁ виявилися одноманітними за фенотипом і генотипом.

3. Гени забарвлення тіла і довжини крил у дрозофіли знаходяться в одній хромосомі й обмінюються при мейозі у 20 % випадків. Сіру довгокрилу                                                                       дигетерозиготну самку схрещують з чорним короткокрилим самцем. Визначте відсоткове співвідношення різних генотипів і фенотипів у потомстві. Сіре забарвлення тіла і довгі крила – домінантні ознаки.

4. У мишей темне забарвлення домінує над світлим, а коротке хутро домінує над довгим. Гени забарвлення і довжини хутра зчеплені в одній хромосомі. Встановіть генотипи батьків, якщо гібриди F₁ виявилися одноманітними за фенотипом і генотипом.

5. Гладка форма насіння кукурудзи домінує над зморшкуватою, забарвлене насіння домінує над безколірним. Обидві ознаки зчеплені. При схрещуванні кукурудзи з гладеньким забарвленим насінням із рослиною, що має зморшкувате безколірне насіння, отримано нащадків: забарвлених гладеньких – 449 особин, забарвлених зморшкуватих – 49, безколірних гладеньких – 52, безколірних зморшкуватих – 451. Визначте відстань між генами.

6. У томатів високий зріст стебла домінує над низьким, а куляста форма плоду – над грушоподібною, гени висоти стебла й форми плоду зчеплені. При схрещуванні дигетерозиготних томатів отримано нащадків: високий зріст стебла і куляста форма плоду – 500 особин, високий зріст стебла і грушоподібна форма плоду – 40, низький зріст і куляста форма плоду – 50, низький зріст і грушоподібна форма плоду – 400. Визначте відстань між генами.

7. У томатів високий зріст стебла домінує над низьким, а куляста форма плоду – над грушоподібною, гени висоти стебла й форми плоду зчеплені й перебувають на відстані 20 морганід один від одного. Які нащадки з’являться при схрещуванні гетерозиготної за обома ознаками рослини з карликовою, яка має грушоподібні плоди ?