Пpaктикум по генетике

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕНЕТИКИ

Наследование – процесс передачи наследственных свойств организма от одного поколения к другому.

Ген – участок молекулы ДНК (или РНК у некоторых вирусов и фагов), содержащий информацию о строении одного белка (ген —>белок—>признак).

Локус – место в хромосоме, которое занимает один ген. Каждый ген занимает строго определенный локус.

Аллель – состояние гена (доминантное и рецессивное). Например:

ген формы горошины

• А (доминантный)
• а (рецессивный)

В некоторых случаях число аллелей может быть большим. Например, ген группы

Крови имеет три аллеля: два доминантных А и В и один рецессивный О.

Аллельные гены – гены, расположенные в одних и тех же местах (локусах) гомологичных хромосом.

Альтернативные признаки – противоположные качества одного признака, гена (карие и гoлyбые глаза, темные и светлые волосы).

Доминантный признак – преобладающий, проявляющийся всегда в потомстве, в гомо- и гетерозиготном состоянии.

Рецессивный признак – подавляемый, проявляющийся только в гомозиготном сосотоянии.

Гомозигота – пара генов, представленная одинаковыми аллелями. Различают гомозиготу по доминантному аллелю (АА) и гомозиготу по рецессивному паллелю (аа). Гомозиготу также называют чистой линией.

Гетерозигота – пара генов, представленная разными аллелями (Аа). Гетерозиготу называют также гибридом (от греч. hybridos -помесь).

Генотип – совокупность генов.

Генофонд – совокупность генотипов группы особей, популяции, вида или всех живых организмов планеты.

Фенотип – совокупность внешних признаков.

Генетический анализ – совокупность генетических методов. Главный элемент генетического анализа – гибридологический метод, или метод скрещивания.

При решении генетических задач используются следующие понятия и символы:

Скрещивание обозначают знаком умножения ().

Женский пол обозначают знаком , мужской .

Родительские организмы обозначают латинской буквой Р.

Организмы, полученные от скрещивания особей с различными признаками, - гибриды, а совокупность таких гибридов – гибридное поколение, которое обозначают латинской буквой F с цифровым индексом, соответствующим порядковому номеру гибридного поколения. Например: первое поколение обозначают F1; если гибридные организмы скрещиваются между собой, то их потомство обозначают F2, третье поколение - F3 и т.д.

ЗАНЯТИЕ № 1. Тема “Моногибридное скрещивание”.

В моногибридном скрещивании родительские организмы отличаются по одной паре контрастных альтернативных признаков. При полном доминировании проявляется только доминантный признак. При неполном доминировании признак имеет среднее (промежуточное) значение между доминантным и рецессивным.

1. Закон единообразия первого поколения (Г.Мендель). При скрещивании двух особей с противоположными признаками в первом поколении все гибриды одинаковы и похожи на одного из родителей.

2.Закон расщепления (Г.Мендель). При скрещивании гибридов 1 поколения во втором поколении наблюдается расщепление в соотношении 3: 1 по фенотипу.

Образец решения задач.

Задача № 1

У томатов рассеченный лист доминантен по отношению к цельнокрайнему. Проведите анализирующее скрещивание гомозиготного растения с рассеченными листьями с растением, имеющим цельные листья. Ответьте на вопросы:

1) сколько типов гамет образует родительское растение с рассеченными листьями?
2) сколько растений в F1 гетерозиготны?
3) сколько растений гетерозиготны в F2 ?
4) сколько разных фенотипов образуется в F2 ?

Дано:

А – рассеченный лист
а - цельный лист
____________
F1 - ? F2 - ?

Решение:

Для F2

	А	а
А	АА	Аа
а	Аа	Аа

Анализ решеток:

1) исходное родительское растение с рассеченными листьями имеет один тип гамет – А;

2) в F1 гетерозиготны (Аа) все растения;

3) в F2 гетерозиготны (Аа) только 2/4 растений, рассеченные листья (Аа) могут получиться в трех случаях из четырех, т.е. ?;

4) в F2 два разных фенотипа - рассеченные листья (генотипы АА и Аа) и цельные (генотип аа).

Разберите решение следующих задач!

Задача № 2

Один ребенок родился в семье здоровым, а второй имел тяжелую наследственную болезнь и умер сразу после рождения. Какова вероятность того, что следующий ребенок в этой семье будет здоровым? Рассматривается одна пара аутосомных генов.

Решение:

Анализируем генотипы родителей: оба родителя здоровы, они не могут иметь данную наследственную болезнь, т.к. она приводит к гибели организма сразу после рождения. Если предположить, что данное заболевание проявляется по доминантному типу и здоровый признак является рецессивным, тогда оба родителя рецессивны. У них не может родиться больной ребенок, что противоречит условию задачи.

Если данная болезнь является рецессивной, а ген здорового признака наследуется по доминантному типу, тогда оба родителя должны быть гетерозиготными и у них могут быть как здоровые, так и больные дети. Составляем схему скрещивания:

Ответ: соотношение в потомстве 3:1, вероятность рождения здорового ребенка в этой семье составляет 75%.

Задача № 3

Растение высокого роста подвергли опылению с гомозиготным организмом, имеющим нормальный рост стeбля. В потомстве было получено 20 растений нормального роста и 10 растений высокого роста. Какому расщеплению соответствует данное скрещивание – 3:1 или 1:1 ?

Решение:

Гомозиготный организм может быть двух видов: доминантный (АА) или рецессивный (аа). Если предположить, что нормальный рост стeбля определяется доминантным геномом, тогда все потомство будет “единообразным”, а это противоречит условию задачи. Чтобы произошло “расщепление”, растение нормального роста должно иметь рецессивный генотип, а растение высокого роста должно быть гетерозиготным.

Ответ: соотношение по фенотипу и генотипу в потомстве составляет 1:1.

Задача № 4

При скрещивании черных кроликов между собой в потомстве получили черных и белых крольчат. Составьте схему скрещивания, если известно, что за цвет шерсти отвечает одна пара аутосомных генов.

Решение:

Родительские организмы имеют одинаковые фенотипы - черный цвет, а в потомстве произошло “расщепление”. Согласно второму закону Г.Менделя, ген, ответственный за развитие черного цвета доминирует и скрещиванию подвергаются гетерозиготные организмы.

Ответ: соотношение по фенотипу в потомстве 3:1.

Задача № 5

При скрещивании земляники с красными и белыми плодами все потомство оказалось с розовыми плодами. Определите какое потомство следует ожидать во втором поколении?

Решение:

Белая и красная окраска являются альтернативными признаками.

Решение:

Ответ: по фенотипу красных - 75 %, белых – 25%, соотношение 3:1; по генотипу гетерозиготных 50%, гомозиготных – 50%, соотношение 1:1.

ЗАНЯТИЕ № 2. ТЕМА “ Дигибридное скрещивание”.

Значительно чаще организмы отличаются друг от друга по многим признакам. В этом случае скрещивание называется полигибридным. Простейший тип полигибридного скрещивания - скрещивание дигибридное, когда родительские организмы различаются по двум парам контрастных альтернативных признаков.

Анализ наследования в дигибридном скрещивании нужно вести вначале раздельно по каждой паре прихзнаков. В генетике принято обозначать аллели разных генов различными буквами. Например, обозначим аллель гладкой формы В, морщинистой- в. Окраска семян: желтая – А, зеленая - а. Допустим, семена одного сорта гороха были гладкие и зеленые, а другого желтые и морщинистые. Теперь можно записать генотипы исходных сортов. Сорт с зелеными гладкими семенами имеет генотип ааВВ, с желтыми морщинистыми ААвв, и гаметы этих растений будут соответственно аВ и Ав. Тогда генотип гибрида F1 будет АаВв. Этот гибрид гетерозиготен сразу по двум парам аллелей, т.е. является дигетерозиготой. Закон единообразия первого поколения соблюдается. Определить расщепление в F2 можно с помощью специальной таблицы, называемой решеткой Пеннета. В верхней горизонтальной графе выписывают мужские гаметы, в левой вертикальной - женские. В клетках таблицы, находящихся на пересечениях горизонтальных и вертикальных линий, выписывают соответствующие генотипы и фенотипы гибридов F2. Например, проанализируем расщепление по окраске семян и по форме семян.

F2:

	АВ	Ав	аВ	ав
АВ	ААВВ	ААВв	АаВВ	АаВв
Ав	ААВв	ААвв	АаВв	Аавв
аВ	АаВВ	АаВв	ааВВ	ааВв
ав	АаВв	Аавв	ааВв	аавв

При одновременном анализе обеих пар признаков получается следующее расщепление:

9: 3: 3: 1

III. Закон независимого наследования признаков (Г.Мендель). При скрещивании гибридов 1 поколения по двум парам признаков наследование по каждой паре признаков идет независимо друг от друга и образуются четыре фенотипические группы с новыми сочетаниями.

При передаче двух или более пар признаков, необходимо учитывать, что гены, контролирующие их, могут наследоваться независимо или быть сцепленными.

Образец решения задачи

Задача № 1

Какое потомство получиться при скрещивании чистопородного черного комолого (безрогого) быка с красными рогатыми коровами? Каким окажется следующее поколение, полученное от скрещивания этих гибридов между собой, если известно, что комолость доминирует над рогатостью, а черная масть - над красной, причем гены обоих признаков в разных парах хромосом?

Дано:

Решение:

При скрещивании гены комолости - рогатости и гены масти находятся в разных хромосомах, они передаются потомству независимо друг от друга, так, что, говоря о комолости или рогатости, можно не обращать внимание на признак цвета, и наоборот. Поэтому по заклну единообразия первого поколения и с учетом доминирования все гибриды первого поколения, имея генотип КкЧч, окажутся комолыми и черными.

F2:

	КЧ	Кч	кЧ	кч
КЧ	ККЧЧ	ККЧч	КкЧЧ	КкЧч
Кч	ККЧч	ККчч	КкЧч	Ккчч
кЧ	КкЧЧ	КкЧч	ккЧЧ	ккЧч
кч	КкЧч	Ккчч	ккЧч	ккчч

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ:

1. У арбуза зеленая окраска плода доминирует над полосатой. От скрещивания гомозиготного зеленоплодного сорта с полосатым получили 217 гибридов первого поколения. Гибриды переопылили и потом получили 172 гибрида во втором поколении.

а) Сколько типов гамет образует растение с зелеными плодами?
б) Сколько растений в F1 будут гетерозиготными?
в) Сколько разных генотипов будет в F2 ?
г) Сколько растений в F2 будет с полосатой окраской плодов ?
д) Сколько гомозиготных растений с зелеными плодами будет в F2 ?

Ответ: 1/ 217 / 3 / 43/ 43.

2. У коров безрогость доминирует над рогатостью. При скрещивании гомозиготных безрогих животных с рогами было получено 96 гибридов. После скрещивания гибридов между собой в F2 получили 48 телят.

а) Сколько гетерозиготных животных среди гибридов F1 ?
б) Сколько разных генотипов среди гибридов F2 ?
в) Сколько фенотипов среди гибридов F2 ?
г) сколько будет безрогих животных в F2 ?
д) Сколько будет рогатых животных в F2 ?

Ответ: 96 / 3 / 2 / 36 / 12.

3. У собак висячие уши доминируют над стоячими. При скрещивании гетерозиготных собак с висячими ушами и собак со стоячими ушами получили 214 щенков.

а) Сколько типов гамет образуется у собаки со стоячими ушами?
б) Сколько разных фенотипов будет в F1 ?
в) Сколько разных генотипов будет в F1 ?
г) Сколько гетерозиготных животных будет в F1 ?
д) Сколько животных с висячими ушами будет в F1 ?

Ответ: 1/ 2/ 2/ 107/ 107.

4. У мухи-дрозофилы серая окраска тела доминирует над черной. При скрещивании гомозиготных мух с серым телом и черных мух получили 34 мухи. Гибриды из F1 затем скрестили с черными мухами и в F2 получили 96 мух.

а) Сколько типов гамет образуется у гибридов из F1 ?
б) Сколько серых мух было в F2 ?
в) Сколько серых мух было в F2 ?
г) Сколько черных мух было в F2 7
д) Сколько разных генотипов было в F2 ?

Ответ: 2/ 34/ 48 / 48/ 2.

5. У кошек длинная шерсть рецессивна по отношению к короткой. Гомозиготную длинношерстную кошку скрестили с гетерозиготным короткошерстным котом и получили 8 котят.

а) Сколько типов гамет образуется у кота?
б) Сколько типов гамет образуется у кошки ?
в) Сколько среди котят будет разных фенотипов?
г) Сколько среди котят будет разных генотипов ?
д) Сколько должно получиться котят с длинной шерстью ?

Ответ: 2/ 1/ 2/ 2/ 4.

6. У человека ген тонких губ рецессивен по отношению к гену толстых губ. В семье у женщины тонкие губы, а у мужчины губы – толстые. У отца мужчины губы были тонкими.

а) Сколько типов гамет образуется у женщины ?
б) Сколько типов гамет образуется у мужчины ?
в) Какова вероятность рождения ребенка с тонкими губами?
г) Сколько разных генотипов может быть у детей ?
д) Сколько разных фенотипов может быть у детей?

Ответ: 1/ 2/ 50/ 2/ 2.

7. Скрещивали красную морковь с желтой. В первом поколении все корнеплоды были желтыми. В F2 получили 96 растений.

а) Сколько типов гамет образует гетерозиготное растение?
б) Сколько рецессивных гомозиготных растений выросло в F2 ?
в) Сколько в F2 гетерозиготных растений ?
г) Сколько в F2 доминантных гомозиготных растений ?
д) Сколько растений будут иметь желтый корнеплод?

Ответ: 2/ 24/ 48/ 24/ 72.

8. У человека карие глаза доминируют над гoлyбыми. Кареглазый мужчина, отец которого также имел карие глаза, а мать была гoлyбоглазой, женился на гoлyбоглазой женщине. У них родились 8 детей.

а) Сколько разных генотипов у детей?
б) Сколько детей имеют карие глаза?
в) Сколько детей гомозиготны?
г) Сколько типов гамет образуется у мужчины?
д) Сколько типов гамет образуется у гoлyбоглазого ребенка?

Ответ: 2/ 4/ 4/ 2/ 1.

Занятие № 3. Тема “ Генетика пола. Наследование признаков сцепленных с полом”.

У всех животных и двудомных растений наблюдается примерно равное количество организмов мужского и женского пола, т.е. соотношение полов равно 1:1.

Цитологические исследования показали, что у животных особи мужского и женского пола различаются по хромосомным наборам. Хромосомы, по которым различаются организмы мужского и женского пола, называют пoлoвыми хромосомами (женские – ХХ, мужские - ХУ). Те хромосомы, по которым мужской и женский пол не различаются, называют аутосомами. Пол, образующий одинаковые гаметы в отношении пoлoвых хромосом, называется гомогаметным (женский ХХ), а тот, который производит гаметы двух сортов - гетерогаметным ( мужской - ХУ).

В кариотипе человека 46 хромосом. Решающую роль в определении пола играет У - хромосома. Оказалось, что у многих организмов У - хромосома в отличие от Х - хромосомы наследственно инертна, так как не содержит генов. Поэтому гены, находящиеся в Х-хромосоме, аллелей в У-хромосоме, как правило, не имеют. В результате даже рецессивные гены, находясь в Х-хромосоме и не имея аллели в У- хромосоме, проявляются так, как это обычно бывает только у гомозиготы.

Наследование признаков, гены которых находятся в Х - или У -хромосомах, называют наследованием, сцепленным с полом.

Образец решения задачи.

Аллель черной масти у кошек локализован в Х-хромосоме. Другой аллель этого гена обуславливает рыжую масть. Ни один из аллелей не является доминантным, а потому гетерозиготы имеют пятнистую окраску. Какое потомство следует ожидать от скрещивания:

1) пятнистой кошки с рыжым котом;
2) пятнистой кошки с черным котом;
3) рыжей кошки с черным котом?

Решение:

1) Р: ХАХа Ха У

Гаметы: ХА Ха Ха У

Самостоятельно запишите 2 и 3 скрещивание.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ:

1. У человека гемофилия вызывается рецессивными аллелями, локализованными в Х-хромосоме. Какова вероятность появления здоровых детей в семьях, где:

1) мать здорова, а отец болен гемофилией;

2) оба родителя фенотипически здоровы, но мать является носительницей?

2. У дрозофил белоглазость вызывается рецессивным аллелем, локализованным в Х-хромосоме. Какое потомство следует ожидать от скрещивания белоглазых самок с красноглазыми самцами и красноглазых самок с белоглазыми самцами?

3. Отец и сын - дальтоники. Мать различает цвета нормально. Можно ли сказать, что сын унаследовал недостаток от отца?

4. Гетерозиготного по тому или иному гену человека называют иногда носителем.

Мужчина с цветной слепотой - дальтоник (признак сцеплен с полом) – женится на женщине - носителе цветной слепоты. Можно ли ожидать в этом бpaке нормального сына ? Дочь с цветной слепотой ?

5. Отсутствие потовых желез у людей предается по наследству как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой. Не страдающий этим недостатком юноша женится на дeвyшке, отец которой лишен потовых желез, а мать и ее предки здоровы. Какова вероятность, что сыновья и дочери от этого бpaка будут страдать отсутствием потовых желез? А каков прогноз в отношении внуков того или иного пола в предположении, что жены сыновей и мужья дочерей будут здоровыми людьми?