Решение задач по классической генетике

При решении задач  на кроссинговер следует учитывать  следующее: количество (в %) кроссоверных гамет численно равно расстоянию (в сантиморганах) между генами. Например, если расстояние между генами «А» и

                                                                                    АВ

«В» равно 2 сантиморганам, то организм с генотипом        будет образовывать

2% кроссоверных гамет: 1%   будет приходиться           ab   на гамету АВ и 1% - на

 гамету ab. Остальные 98% будут приходиться на некроссоверные гаметы: 49% - на гамету Аb и 49% - на гамету аВ.

При неполном сцеплении  генов “план по гаметам” слегка видоизменяется и включает в себя сумму типов некроссоверных и кроссоверных гамет с указанием доли (в %) гамет каждого типа.

Изучите запись  “плана по гаметам” и процедуру записи гамет  для генотипа, где расстояние между сцепленными генами равно 6 сантиморганам.

 

 

 

 

 

 

(100-6=94 %) 2 некроссоверные + 2 кроссоверные (6 %) = 4

         ₁ АВ       

Р                                 расстояние = 6 сМ

         ²  аb        

 

Типы  гамет:

           некроссоверные   АВ     ;     аb

                                            47 %  +     47 %  = 94 %

          

           кроссоверные       Аb     ;     аВ

                                             3 %  +      3 %    = 6 %

                                                   4

 

Рассуждать при записи “плана по гаметам” для этого организма можно следующим образом. Организм анализируется по генам, расположенным в одной паре гомологичных хромосом, поэтому при полном сцеплении генов для расчета следует использовать одно число. Поскольку гомологичные друг другу хромосомы различаются по набору аллелей изучаемых генов, то этим числом будет 2. Это значит, что данный организм формирует два типа некроссоверных гамет по аллелям гомологичных хромосом. Однако, в редких случаях будет происходить кроссинговер, и аллели одного гена будут меняться местами относительно аллелей другого гена. Поэтому кроме двух типов некроссоверных гамет будет образовываться два типа кроссоверных гамет. Общее количество типов гамет будет равно сумме типов некроссоверных и кроссоверных гамет и составит 4. Доля кроссоверных гамет двух типов будет равна 6 %, так как по условию задачи расстояние между изучаемыми генами равно 6 сантиморганам. В таком случае доля некроссоверных гамет двух типов составит 100 – 6 = 94 %.    

Записывая возможные типы гамет, рассуждаем следующим образом. При полном сцеплении генов хромосома 1 направляется в одну половую клетку, и в составе этой хромосомы в одной половой клетке оказываются аллели А и В. Образуется некроссоверная гамета АВ. При этом хромосома 2 направляется в другую половую клетку, и в составе этой хромосомы в одной половой клетке оказываются аллели а и b. Образуется некроссоверная гамета аb. На долю некроссоверных гамет приходится 94%: по 47% на гамету каждого типа. Однако, в   А и а, могут меняться местами относительно аллелей гена “В”. После кроссинговера одна хромосома будет содержать аллели А и b, а другая – аллели а и В. Хромосомы с новыми сочетаниями аллелей будут расходиться по разным половым клеткам, поэтому в равном количестве будут образовываться кроссоверные гаметы Аb и аВ. На долю кроссоверных гамет приходится 6%: по 3 % на кроссоверную гамету каждого типа. Мы написали четыре типа гамет, доля которых соответствует расстоянию между генами.   

Предлагаемый алгоритм рассуждений  при планировании и написании типов гамет организма должен существенно облегчить процедуру написания гамет и снизить риск ошибочных действий.

Незнание цитологических основ  наследования приводит к следующим  типичным ошибкам учащихся.

 

 

 

 

 

Ошибка 1.

 

               Р      ♀ АаВb

 

Типы  гамет    А; а; В; b                         АВ; Аb; аВ; аb

        (неправильная запись)         (правильная запись)

 

Ошибка 2.

 

               Р              ♀ АаВbСс

 

Типы  гамет    АВ; Аb; АС; Ас; ВС; Вс;             АВС; АbC; АВс; АВс;

                       аВ; аb; аС; ас; bС; bс;                аВС; аbC; аВс; аВс;              

                        (неправильная запись)                   (правильная запись)

 

Анализ ошибок. Учащийся забыл, что:

• каждый аллель расположен в соответствующей хромосоме,

• аллели разных генов расположены в разных парах гомологичных хромосом,

• негомологичные хромосомы в анафазу первого мейотического деления направляются к одному и тому же полюсу веретена деления и в последствии оказываются в одной половой клетке; поэтому каждая гамета обязательно будет содержать по одной хромосоме из каждой пары хромосом и, следовательно, по одному аллелю из каждой пары аллелей.    

 

6. При решении задачи очень  часто приходиться находить тот  или иной аллель генотипа особи  по генотипу ее родителя или потомка. В этом случае следует учитывать, что в генотипе особи может присутствовать тот аллель, который имеется у его родителя или потомка. Если в генотипе потомка имеется тот или иной аллель, то он его получил от одного из родителей, поэтому хотя бы один из его родителей обязательно должен иметь в своем генотипе данный аллель.

Решая задачу, следует так оформлять решение, чтобы можно было увидеть не только тот аллель, который был найден по генотипу другой особи, но и процедуру нахождения этого аллеля. Вокруг найденного аллеля рекомендуется рисовать окружности, обозначая таким образом аллель генотипа одной особи, найденный по генотипу другой особи. Следует указывать стрелкой направление наследования найденного аллеля, иллюстрируя тем самым процедуру нахождения этого аллеля. Ниже приведен пример такой записи. Стрелка показывает, что патологический рецессивный аллель а попадает в генотип сына – дальтоника от его здоровой матери в составе ее Х-хромосомы. На основании этого делается вывод о гетерозиготности матери по изучаемому гену.

                  

                   норм. цветовосприятие                 дальтонизм                                               

Р                         ♀ Х^А Х^{. а}         х                  ♂ Х^аY

 

F₁                                                  ♂   Х^аY

                                              дальтонизм                                    

  

При нахождении второго аллеля генотипа матери рассуждаем следующим образом. Первый аллель Х^А найден по фенотипу матери. Предварительно место второго аллеля обозначено точкой. Это значит, что вторым аллелем в генотипе женщины с доминантным признаком может быть аллель А или аллель а. Y-хромосому сын получил от своего отца (рисуем стрелку от Y-хромосомы отца к Y-хромосоме сына).   От своей матери сын получил Х-хромосому, поэтому в генотипе женщины обязательно должен присутствовать аллель а, расположенный в Х-хромосоме. Напишем рядом с точкой аллель а и нарисуем вокруг него окружность.  Нарисуем стрелку, показывающую то, как мы нашли этот аллель:  именно женщина передала своему сыну аллель а в составе своей Х-хромосомы.

 

7.  Перед записью генотипов потомства рекомендуется оформлять так называемый “план по зиготам”. При записи генотипов потомства следует помнить, что генотипы зигот – это результат случайной и равновероятной встречи гамет со строго определенным набором аллелей в каждой из них. Любая гамета одного организма может случайно и равновероятно встретиться с любой гаметой другого организма. Поэтому при расчете количества записываемых генотипов  потомства  перемножают числа, равные количеству типов гамет, образуемых мужской и женской особями.

При оформлении “плана по зиготам” сначала под гаметами каждого организма записывают число, равное тому количество типов гамет, которое формирует этот организм. Затем на этой же строке записывают произведение двух чисел, одно из которых равно количеству типов гамет одного организма, а другое – количеству типов гамет другого организма. Их произведение равно тому количеству зигот, генотипы которых необходимо будет написать при записи генотипов потомства. Одна из таких записей выглядит следующим образом:

                                       2 х 1 = 2                            1 х 2 = 2                                     

Р                               ♀ AaX^BX^В          x          ♂ aaX^bY

 

типы гамет                 AX^B; аХ^В;                     аХ^b; аY

                                          2                                     2                2 х 2 = 4

 

F₁                    AaX^BX^b ;    ааX^BX^b ;    АaX^ВY ;   аaX^ВY       4

 

После записи плана по зиготам остается только написать генотипы всех зигот, помня о том, что их должно быть 4, и каждый из них  есть результат случайной встречи  любой гаметы материнского организма с любой гаметой отцовского организма. Справа от написанных генотипов особей F₁ следует написать число 4 и убедиться в том, что оно равно количеству запланированных зигот.  

 

8. При записи генотипов  потомства особей, образующих большое количество гамет, рекомендуется составлять решетку Пеннета. При наличии одинаковых генотипов особей F₁ составляют соотношение особей с разными генотипами. Затем для каждого генотипа записывают фенотип особи, имеющей такой генотип.

При записи фенотипов следует использовать таблицу “признак - ген”, но читать строки этой таблицы не слева направо, а справа налево. При этом следует придерживаться следующего правила: надо провести анализ сразу всех особей сначала по одному признаку и записать конкретные альтернативные проявления этого признака у каждой особи, а затем то же самое - по другому признаку. Не следует анализировать каждую особь по отдельности сразу по всем признакам, так как это затрудняет анализ и повышает вероятность ошибки. Разберем процедуру записи фенотипов особей по их генотипу на конкретном примере.

Изучите таблицу “признак - ген” и результат скрещивания.

 

Таблица “Признак - ген”

Пара альтернативных признаков      Аллели         Возможные генотипы

                                                                  генов  

Наличие резус-фактора                   А                  А . (АА или Аа)

1                                                                            “А”

     Отсутствие резус-фактора              а                 аа

Дальтонизм                                        Х^b               ♀ Х^bХ^b; ♂ Х^bY

2                                                                            “В”   

Нормальное  цветовосприятие      Х^B               ♀ Х^BХ^. (Х^BХ^B или Х^BХ^b); ♂ Х^BY

 

 

F₁    1 AaX^BX^b           :          1 АаX^bY           :         1 аaX^ВX^b        :        1 аaX^bY

  

Процедура записи фенотипов  особей потомства заключается в  следующем. Читаем первую строку правого  столбца таблицы. На ней написан  генотип А . , которому соответствует доминантный признак “наличие резус-фактора”. В F₁ имеется две особи  с генотипом, содержащим доминантный аллель А, что позволяет нам написать под их генотипами название признака “наличие резус-фактора”.  Затем читаем справа налево вторую строку таблицы. На ней написан генотип аа, которому соответствует рецессивный признак “отсутствие резус-фактора”. Среди потомства имеется две особи с генотипом аа, что позволяет нам написать под их генотипами название признака “отсутствие резус-фактора”. Теперь читаем справа налево третью строку таблицы и убеждаемся в том, что среди потомства нет особей с генотипами Х^bХ^b и Х^bY. Чтение четвертой строки позволяет написать под каждым генотипом особей потомства название признака “нормальное цветовосприятие”.  После процедуры записи фенотипов строка F₁ приобретает следующий вид:

 

F₁    1 Aa X^BX^b           :       1 Аа X^bY           :        1 аa X^ВX^b        :       1 аa X^bY

  наличие резус-факт.   наличие  резус-факт.      отс. резус-факт.       отс. резус-факт.

   норм. цветовоспр.       дальтонизм                  норм. цветовоспр.      дальтонизм

 

Можно ограничиться записью  только тех признаков, которые будут  необходимы для расчета вероятности  рождения у родителей особи с  набором конкретных значений изучаемых  признаков. Более того, вместо названия признаков можно использовать их условные обозначения. При этом в качестве условных обозначений можно использовать подчеркивание.  Например, особь, имеющая конкретное проявление первого признака, подчеркивается одной волнистой линией, а особь, имеющая конкретное проявление второго признака – двумя волнистыми линиями. Причем каждый раз подчеркивается та часть генотипа, которая обусловливает формирование признака.  Например, если требуется найти вероятность рождения особи с резус-фактором и нормальным цветовосприятием, то строка F₁ с обозначением требуемых признаков будет иметь следующий вид: