ПРИ МОНОГИБРИДНОМ СКРЕЩИВАНИИ

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 45Следующая ⇒

В зависимости от того, по скольким парам учитываемых признаков различаются исходные родительские формы, скрещивание называют моногибридным, дигибридным или полигибридным.

МОНОГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ

Методика скрещивания. Моногибридным называют такое скрещивание, в котором родительские формы различаются по одной паре альтернативных, контрастных признаков. Например, отцовское растение имеет пурпурные цветки, а материнское — белые или наоборот.

Перед тем как производить скрещивание, необходимо убедиться в том, что признаки каждой родительской формы являются константными в ряду поколений, т. е. при самоопылении или близкородственном скрещивании каждый из них стойко наследуется, а контрастный, альтернативный признак в потомстве не появляется.

У растений с гермафродитными цветками при искусственной гибридизации до опыления производят кастрацию цветков материнского растения, удаляя пыльники до того, как в них созрела пыльца, а затем цветки изолируют, чтобы на них не попала чужая пыльца. Однополые женские цветки перекрестно-опылителей также заблаговременно помещают в изоляторы. В момент созревания рылец на них наносят пыльцу, собранную с цветков отцовского растения.

Закон доминирования. Рассмотрим результаты моногибридного скрещивания на примере наследования окраски цветка у гороха, на котором и произвел Мендель свои классические опыты (см. рис. на стр. 62). Если материнское растение имело пурпурные цветки, а отцовское — белые, то цветки всех гибридных растений F_t оказываются пурпурными, белая окраска цветков не проявляется.

Следовательно, у гибрида /ч из пары альтернативных признаков развивается только один, второй признак не проявляется. Явление преобладания у гибрида первого поколения признака одного из родителей Мендель назвал доминированием. Признак,

проявляющийся у гибрида и подавляющий развитие другого альтернативного признака, был назван доминантным; подавляемый — рецессивным. Это явление оказалось универсальным для растений, животных и человека и потому было возведено в ранг закона.

Закон доминирования — первый закон Менделя — называют также законом единообразия гибридов первого поколения, так как все они одинаковы (в данном случае имеют пурпурную окраску цветка).

Закон расщепления. Если гибриду первого поколения представляется возможность самоопыляться, то в следующем поколении, т. е. в F ₂ , появляются растения с признаками обоих родителей — с пурпурными и белыми цветками. Эта закономерность, заключающаяся в появлении во втором поколении признаков обоих родительских организмов (доминантных и рецессивных), носит название расщепления. Расщепление оказывается не случайным, а подчиняется определенным количественным закономерностям, а именно в среднем ³Д от общего числа растений несут пурпурные цветки и лишь 'Д — белые. Отношение числа растений с доминантным признаком к числу растений с рецессивным признаком оказывается равным 3:1. Следовательно, рецессивный признак у гибрида первого поколения не исчез, а был только подавлен и проявился во втором поколении.

Расщепление в F ₂ в определенном количественном соотношении доминантных и рецессивных признаков было названо законом расщепления, или вторым законом Менделя.

Наследственные факторы. Если растения второго поколения подвергаются самоопылению, то те из них, которые имеют белые цветки (рецессивный признак), в следующих поколениях — Fa , Fa и т. д.— воспроизводят потомство только с белыми цветками. Растения с пурпурными цветками (доминантный признак) ведут себя иначе. Лишь 7з из них при самоопылении дает в fз и следующих поколениях растения только с пурпурными цветками, а остальные ²/з вновь дают расщепление такое же, как в F ₂ , т. е. на 3 растения с пурпурными цветками 1 —-с белыми. Аналогичным образом будет воспроизводиться каждое последующее поколение.

Итак, гибрид первого поколения имеет лишь один из контрастных родительских признаков, а второй — рецессивный — отсутствует, но он вновь появляется у ¹ U части растений второго поколения. Из этих фактов Мендель сделал вывод о том, что наследуются не сами признаки, а наследственные задатки, или факторы, их определяющие. В таком случае отсутствие признака белой окраски цветка у гибридов F \ и появление его у части растений F ₂ вполне объяснимо, если предположить, что растения Fi имели не проявившийся у них задаток белой окраски и передали его потомству ( F ₂ ).

Эти задатки являются постоянными и в неизменном виде передаются из поколения в поколение. Впоследствии эти наследственные факторы, определяющие развитие того или иного признака, были названы генами. Под термином «ген» принято понимать единицу наследственности, определяющую развитие отдельного признака или свойства организма. По мере углубления анализа явлений наследственности и механизма наследования представления о природе гена будут расширяться.

Аллелизм. Мендель предложил обозначать наследственные задатки буквами латинского алфавита, доминантный задаток большой буквой (например, А), а рецессивный — той же маленькой буквой (а). У каждого организма эти задатки являются парными, так как один из них приходит от матери, а второй — от отца.

Пара генов, определяющих альтернативные признаки, называется аллеломорфной парой, а само явление парности — алле-ломорфизмом или аллелизмом. Каждый фактор, или ген, имеет два состояния А и а, поэтому они составляют одну пару, а каждый из членов пары называется аллелью. Например, пурпурная и белая окраски гороха являются доминантным и рецессивным признаками соответственно двум аллелям (доминантной и рецессивной) одного гена.

Генотип и фенотип. Рассмотрим еще раз наследование окраски цветка у гороха, но уже с учетом поведения аллелей гена. Обозначим доминантную аллель пурпурной окраски — А, белой— а. Тогда исходные растения с пурпурными цветками имеют аллели — АА, с белыми — аа. В каждой паре аллелей данного гена одна имеет материнское, другая — отцовское происхождение. В гаметы попадает лишь одна аллель из двух, вследствие чего каждое родительское растение дает лишь один сорт гамет — или А, или а. Гибрид первого поколения, получив от отцовского и материнского организмов аллели А и а, имеет такую же пурпурную окраску цветков, как и материнское растение (АА), но по совокупности наследственных задатков от него отличается. Следовательно, при одном и том же проявлении признака наследственные задатки могут быть разные (АА и Аа). Поэтому внешнее проявление признака, или, более общие, совокупность свойств и признаков организма, называют фенотипом. Совокупность наследственных задатков, которые определяют развитие признаков, называют генотипом. Таким образом, в рассмотренном примере материнское растение и гибрид F \ имеют одинаковый фенотип — пурпурную окраску цветков, но генотипы у них разные — А А и Аа.

Организмы, имеющие одинаковые аллели одного гена, например обе доминантные (АА) или обе рецессивные (аа), называют гомозиготными или гомозиготами. Организмы, имеющие разные аллели одного гена — одну доминантную, а другую ре-

цессивную (Аа), называют гетерозиготными или гетерозиго-тами. Таким образом, в разобранном примере исходные родительские растения — гомозиготы А А и аа, а гибрид — гетерози-гота Аа. В отличие от гомозиготных родительских организмов гибридные растения F \ дают два сорта яйцеклеток и пыльцы — А и а.

Решетка Пеннета. Для облегчения расчета сочетаний разных типов гамет английский генетик Р. Пеннет предложил производить запись в виде решетки, которая и вошла в литературу под названием решетки Пеннета (см. рис. на стр. 62). По левой вертикали располагаются женские гаметы, по верхней горизонтали— мужские. В квадраты решетки вписываются образующиеся сочетания гамет. Эти сочетания соответствуют генотипам зигот. Решетка Пеннета особенно удобна при анализе наследования признаков сложных гибридов.

При самоопылении в F ₂ получается расщепление по генотипу в отношении 1 АА : 2 Аа : 1 аа. Так как генотипам АА и Аа соответствует один и тот же фенотип — пурпурная окраска цветков, расщепление по фенотипу будет 3 пурпурных : 1 белое. Таким образом, расщепление по фенотипу не совпадает с расщеплением по генотипу. Теперь можно объяснить, почему гомозиготные белоцветковые растения F ₂ с рецессивными аллелями аа при самоопылении в F ₃ дают только себе подобных. Такие растения производят гаметы одного сорта. Ясно также, что среди пурпурноцветковых '/з доминантных гомозигот (АА) также не будет давать расщепления, а ²/з гетерозиготных растений (Аа) с таким же генотипом, как у гибрида F_h будут давать в Fs расщепление, подобное F ₂ , т. е. 3 : 1.

Правило чистоты гамет. Анализируя наследование признаков в моногибридном скрещивании, можно прийти еще к одному важному выводу. Если у гибрида F \ из двух аллеломорф-ных признаков проявляется лишь один доминантный, а в F2 рецессивный признак выщепляется точно в таком же чистом, как у исходных родительских форм, виде, значит, у гетерозиготы аллели Л и а не смешиваются. В результате гаметы, образуемые такой гетерозиготой, являются «чистыми» в том смысле, что гамета А «чиста» и не содержит ничего от аллели а, гамета а «чиста» от А. Это явление несмешивания аллелей пары альтернативных признаков в гаметах гибрида получило название гипотезы или правила чистоты гамет.

Наличие относительно постоянных наследственных задатков, не смешивающихся при гибридизации, свидетельствует о дискретности наследственности.

Цитологический механизм моногибридного расщепления. Причины единообразия гибридов F_x и расщепления в F ₂ , а также природа парности факторов и чистоты гамет Менделю остались неизвестными, так как в его время ничего не было

известно ни о делении клеток, ни о процессе образования гамет, ни об оплодотворении.

Чем же определяется парность генов, чистота гамет и строгое распределение генов в потомстве, обусловливающее расщепление в определенном количественном отношении? Познакомившись в предыдущих главах с развитием половых клеток и формированием гамет, можно связать наблюдавшееся Менделем явление расщепления признаков с поведением хромосом — их парностью, расхождением гомологичных хромосом в мейозе и воссоединением их в процессе оплодотворения.

Обратимся к рисунку 28. Допустим, что в соматических клетках гороха имеется всего одна пара гомологичных хромосом, а аллели, определяющие признак пурпурной окраски цветка и обозначаемые А, находятся в каждой из этих хромосом у родительского растения. Тогда соматические клетки гомозиготного растения, обладающего доминантным признаком окраски цветка, должны нести две доминантные аллели АА, вследствие

Родитепи ( Р ) ф А I X 6

Гаметы Р [ щ

гибриды р, дшы X dl

м	:
!	ш

Гаметы F ,

28.

ruffpudbi Г_г

Схема, иллюстрирующая поведение пары гомологичных хромосом при моногибридном скрещивании: А — фактор пурпурной окраски цветка, а — белой.

парности гомологичных хромосом. Соответственно клетки другого родительского растения с белыми цветками имеют в гомозиготном состоянии рецессивные аллели белой окраски, т. е. аа.

В результате мейоза в каждой гамете остается только одна хромосома из пары и, следовательно, одна аллель — А (у растения А А) или а (у аа). В результате оплодотворения в гибридной зиготе восстанавливается парность хромосом, и формула гибрида будет точно такой, как ее написал Мендель,— Аа. При образовании половых клеток у гибридного организма в мейозе хромосомы данной пары разойдутся в разные дочерние клетки, причем мужские и женские гаметы, несущие по одной из аллелей гена — А или а, будут образовываться в равном количестве. При оплодотворении мужские и женские гаметы обоих типов могут соединяться с равной вероятностью, в результате чего и осуществляется расщепление 1 АА :2 Аа: 1 аа.

Реципрокные скрещивания. В рассмотренном примере доминантный признак имело материнское растение, а рецессивный — отцовское. Изменится ли характер наследования, если мать будет нести рецессивный признак, а отец — доминантный? На этот вопрос можно ответить, применяя так называемые реципрокные скрещивания.

Реципрокными называют такую пару скрещиваний, в которых организмы с доминантным и рецессивным признаками используются и как материнские, и как отцовские. Иногда в ре-ципрокных скрещиваниях различают прямое и обратное. Например, если? ААх <? аа — прямое скрещивание, то 9 ааХ Х^ АА — обратное.

Оказалось, что в подавляющем большинстве случаев реципрокные скрещивания дают одинаковые результаты, т. е. доминирование в F \ и расщепление в F ₂ проявляются одинаково и независимо от того, привносит ли тот или иной признак отцовский или материнский организм. Это легко объяснить, исходя из хромосомного механизма наследования признаков.

2. АНАЛИЗИРУЮЩЕЕ И ВОЗВРАТНОЕ СКРЕЩИВАНИЯ

Возвратное скрещивание. Все вышесказанное относилось к анализу наследования признаков в случае, когда гибриды скрещиваются между собой. Однако в гибридологическом анализе может быть использовано скрещивание гибрида с одной из родительских форм. Такое скрещивание гибрида первого поколения с формой, несущей данную пару аллелей (доминантных или рецессивных) в гомозиготном состоянии, называют возвратным скрещиванием или беккроссом, а потомство обозначается F_B . Эти два скрещивания имеют неодинаковую ценность для генетического анализа.

Гаметы

29.

Возвратное скрещивание гибрида F \ с доминантной родительской формой. Обозначения факторов те же, что на рисунке 28.

При возвратном скрещивании гибрида F \ Аа с исходной формой, гомозиготной по доминантной аллели (АА) (рис. 29), все гаметы родительского растения будут нести доминантную аллель Л, а у гибрида образуются гаметы двух сортов — А и а. Поэтому в результате случайного сочетания этих гамет при оплодотворении в потомстве имеет место расщепление по генотипу в отношении 2 Аа: 2 А А, или 1 : 1, в то время как расщепление по фенотипу не наблюдается; все растения F_B имеют пурпурные цветки.

Анализирующее скрещивание. Значительно больший интерес для генетического анализа представляет скрещивание гибрида Fi (Аа) с формой, гомозиготной по рецессивной аллели (аа), называемое анализирующим скрещиванием (рис. 30). В этом случае рецессивная форма образует только один сорт гамет с аллелью а, что позволяет проявиться любой из двух аллелей гибрида первого поколения в F_B - Анализируя в F_B растение с пурпурными цветками, мы знаем, что в его генотипе одна аллель белой окраски а. Следовательно, от гибрида Fi могла прийти только аллель пурпурной окраски А. Второй фенотип в F_B — растение с белыми цветками имеет от рецессивного родителя аллель белой окраски а, значит, от гибрида могла быть получена только такая же рецессивная аллель а. Таким образом, мы приходим к выводу, что гибрид первого поколения может иметь только один генотип — Аа. Более того, если в F_n наблюдается расщепление на доминантные и рецессивные

формы в отношении 1:1, можно сделать вывод о том, что у гибрида гаметы с аллелями А и а образуются в равном отношении.

Таким образом, по характеру расщепления в F_D можно проанализировать генотип гибрида, типы гамет, которые он образует, и их соотношение. Вот почему скрещивание гибридного организма с гомозиготной рецессивной исходной формой получило название анализирующего.

С помощью анализирующего скрещивания можно проверить генотип организма по изучаемой паре аллелей из любого поколения— F \, Fz , F ₃ или даже организм неизвестного происхождения. Например, если пурпурное растение при скрещивании с белым дало все потомство также с пурпурными цветками, значит, его генотип был АА, т. е. оно было гомозиготной доминантной формой. Поэтому анализирующее скрещивание является очень важным приемом генетического анализа гибридов.

Переоткрытие законов Менделя. Открытие Менделя, опубликованное им в 1866 г., не было понято современниками. Признание нового метода изучения и самих закономерностей наследования пришло лишь через 30 с лишним лет, когда цитологами были открыты и изучены митоз, мейоз и оплодотворение и, таким образом, оказалось возможным связать менделевские наследственные факторы с хромосомами ядра клетки и их поведением в митозе и мейозе.

F_B

В 1900 г. три исследователя — Г. де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак — независимо друг от друга выступили в печати с результатами своих исследований, проведенных на разных объектах и воспроизводящих основные закономерности, описанные ранее Менделем. Переоткрытие метода Менделя и установ-

/аа

30.

/ Аа

Возвратное скрещивание гибрида F \ с рецессивной родительской формой— анализирующее скрещивание. Обозначения факторов те же, что на рисунке 28.

АА

аа

ленных им закономерностей наследования дало мощный толчок к изучению наследственности и изменчивости и рождению новой науки — генетики.

Изучение наследования различных признаков на разных объектах показало общность основных закономерностей наследования не только для растений, но и для животных — позвоночных и беспозвоночных, а также для человека и микроорганизмов. Так, например, наследуются, по Менделю, остистость и безостость у злаков, озимость и яровость у земляники, рога-тость и комолость у крупного рогатого скота, карие и голубые глаза у человека и т. п. Но вместе с тем стали накапливаться факты, указывающие на то, что многие случаи наследования не укладываются в рамки законов Менделя. Однако именно мен-делевский метод исследования позволил выяснить природу этих отклонений и, таким образом, подтвердить всеобщность основных закономерностей наследования.

3. НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИ НЕПОЛНОМ ДОМИНИРОВАНИИ. ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРА ДОМИНИРОВАНИЯ

Неполное доминирование. Всеобщность закона доминирования вскоре после его переоткрытия на основании целого ряда фактов была подвергнута сомнению. Оказалось, что для большого числа признаков у растений и животных характерно промежуточное наследование, или неполное доминирование, в первом поколении. Такое наследование отмечал сам Мендель по некоторым признакам у гороха.

При неполном доминировании гибрид Fj (Аа) не воспроизводит полностью ни одного из родительских признаков, выражение признака оказывается промежуточным, с большим или меньшим уклонением к доминантному или рецессивному состоянию, но все особи этого поколения одинаковы по фенотипу. Поэтому иногда закон доминирования называют законом единообразия гибридов первого поколения.

Примером неполного доминирования может быть промежуточная розовая окраска ягоды у гибридов земляники (Fragaria vesca), полученных от скрещивания форм с красной и белой ягодами (рис. 31).

Вспомним, что при полном доминировании расщепление bF ₂по фенотипу (3:1) не совпадает с расщеплением по генотипу (1:2: 1), так как гетерозигота Аа внешне неотличима от гомозиготы АА. При неполном же доминировании во втором поколении имеет место совпадение расщепления по фенотипу и генотипу, так как доминантная гомозигота АА отличается от гетерозиготы Аа. Так, в разбираемом примере с земляникой расщепление в F ₂ по окраске ягоды 1 красная (АА) : 2 розовых (Аа) : 1 белая (аа). В этом случае лишь условно можно на-

звать красную окраску ягоды доминантной, а белую — рецессивной. Неполное доминирование оказалось широко распространенным явлением, оно наблюдается в наследовании окраски цветка у львиного зева, окраски оперения у кур, шерсти у норок и лошадей, а также многих других морфологических и физиологических признаков у растений, животных и человека.

При изучении групп крови у человека и ряда домашних животных были получены данные, говорящие о том, что есть альтернативные признаки, которые у гибрида Л проявляются одновременно. Так, если материнский организм имеет группу крови А, а отцовский В, то у детей бывает группа крови АВ. Однако и здесь, несмотря на отсутствие явления доминирования, гибриды Fi единообразны, а следовательно, первый закон Менделя справедлив и для них, т. е. универсален.

Сущность доминирования. Природа явления доминирования до сих пор остается малоизученной. Доминирование является свойством гена обусловливать развитие признака в гетерозиготном состоянии. Значит ли это, что рецессивная аллель полностью подавлена и абсолютно не функционирует? Некоторые факты позволяют ответить на этот вопрос отрицательно. Например, при промежуточном наследовании функционируют обе аллели гена. Даже в случае полного доминирования можно найти примеры, свидетельствующие о том, что и рецессивная аллель вырабатывает определенный продукт. Так, у кукурузы (Zea mays) найдены два типа эфиров, которые гидролизуются ферментами,

называемыми эстеразами. Наличие этих ферментов определяет пара аллелей. У гетерозиготных растений гидролизуется только один из эфиров под действием фермента, определяемого доминантной аллелью. Биохимический анализ показал, что у гибрида вырабатываются оба фермента, но только доминантная аллель вырабатывает активный фермент, а рецессивная — неактивный. Рецессивная аллель функционирует наравне с доминантной. Возможно, что в результате взаимодействия этих двух ферментов функционирование одного из них, продуцируемого рецессивной аллелью, подавляется. Доминирование проявляется во взаимодействии тех продуктов действия генов — признаков, которые определяются доминантной и рецессивной аллелями.

Биохимические исследования действия генов приблизили нас к пониманию природы явления доминирования. Например, у львиного зева (Antirrinum maijus) красная окраска цветка доминирует над светло-красной. Биохимический анализ показал, что красный пигмент цианидин отличается от светло-красного пеларгонидина лишним гидрокислом ОН в третьем положении (рис. 32). Каждый из этих двух пигментов синтезируется растением под действием определенного фермента: один из них присоединяет ОН в 4-е положение, благодаря чему вырабатывается пеларгонидин, а второй фермент превращает его в цианидин, присоединяя ОН в 3-е положение, т. е. у гетерозиготного растения в конечном итоге синтезируется цианидин, благодаря чему красная окраска доминирует над светло-красной. Очевидно, можно предполагать, что во всех случаях, когда имеет место подобный биохимический механизм образования пигментов, красная окраска будет доминировать над светло-красной. Действительно, у всех растений, где этот механизм найден, наблюдается и подобный же характер доминирования (стрепто-карпус, тюльпан и др.). Биохимический анализ генных продуктов позволяет предвидеть характер доминирования.

Управление доминированием. Механизм явления доминирования обусловливает возможность изменения доминирования. Оно изменяется под влиянием внешних условий, в разной степени благоприятствующих или препятствующих развитию одного из пары признаков. И действительно, например, у пшеницы (Triti-cum) в обычных условиях доминирует нормальный колос, а при коротком световом дне—ветвистый. Но изменение характера доминирования в индивидуальном развитии гибрида не приводит к изменению его генотипа и, следовательно, не изменяет расщепление в его потомстве. Поэтому расщепление в F ₂по форме колоса одинаковое, независимо от того, какой признак доминировал у гибрида Fi (рис. 33).

И. В. Мичурин на основании многолетних исследований показал возможность управления доминированием у некоторых

гибридов. Для того чтобы получить гибриды с нужными свойствами, он не только тщательно подбирал формы для скрещивания, но и создавал условия, благоприятствующие развитию гибрида в определенном, желательном направлении. Для управления доминированием он разработал метод ментора (воспитателя), заключающийся в прививке гибрида на одну из скрещиваемых форм. Растение, на которое производится прививка, называется подвоем, прививаемую часть растения называют привоем. При срастании тканей растений разных сортов или даже видов и родов под влиянием подвоя в привое могут меняться некоторые физиологические и морфологические особенности. Например, при опылении цветков красноплод-ной владимирской вишни (Primus cerasus) пыльцой белоплодной черешни Винклера (P. avium) Мичурин получил гибрид с бледно-розовыми плодами. Черенок гибридного растения, привитый в крону вишни, стал давать темно-розовые плоды. Следовательно, под влиянием прививки изменился характер доминирования. В дальнейшем путем вегетативного размножения этого гибрида был получен сорт Краса Севера. В селекции плодовых, которые размножаются вегетативно и потому при размножении не утрачивают приобретенных в онтогенезе свойств, метод ментора имеет большое значение.

К сожалению, эти опыты И. В. Мичурина не сопровождались цитофизиологическим и биохимическим анализом, и до сих пор не выяснена биохимическая сущность взаимоотношения компонентов прививки.

А А х аа

А а

Нормальный день Короткий день

Нормальный день
/^ 1aa:?Aq, iqa

33-

Доминирование типа колоса у пшеницы в зависимости от длины светового дня: А — нормальный колос; а — ветвистый.

4. УСЛОВИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПРОЯВЛЕНИЕ ЗАКОНА РАСЩЕПЛЕНИЯ

Условия проявления закона расщепления. Как и всякий закон живой природы, закон расщепления проявляется лишь при определенных условиях. Если эти условия не соблюдаются, то характер расщепления может изменяться.

Какие же условия обеспечивают закономерное расщепление в потомстве гибрида?

1. Образование гибридом двух типов гамет в равных количествах благодаря механизму мейоза определяет расщепление во втором поколении 3 : 1 или при анализирующем скрещивании 1 : 1. Таким образом, первое условие, обеспечивающее закономерное расщепление,— равновероятное образование гибридом всех сортов гамет.

2. Если не все комбинации гамет в ходе оплодотворения будут осуществляться с равной вероятностью, например если комбинация аа будет осуществляться чаще, чем АА и Аа, то расщепление изменится в сторону увеличения количества рецессивных форм. Следовательно, второе условие мы можем сформулировать как равновероятность всех возможных сочетаний гамет при оплодотворении.

3. Закономерное расщепление в F ₂ может измениться в ходе развития гибридов, если один из генотипов будет обладать пониженной или повышенной, по сравнению с другими, жизнеспособностью. Например, если форма аа имеет низкую жизнеспособность и часть этих особей или все они погибают, то при анализе расщепления мы обнаружим преобладание доминантных форм по сравнению с ожидаемым 3:1. Следовательно, третье условие, обеспечивающее проявление закона расщепления — равная жизнеспособность зигот всех генотипов.

4. Расщепление также может измениться, если проявление
того или иного признака будет меняться под влиянием факторов
внешней среды. Таким образом, полное проявление признака
независимо от условий развития организма — четвертое усло
вие, обеспечивающее осуществление менделевского расщепле
ния 3:1.

Рассмотрим на конкретных примерах случаи, когда одно из

этих условий не соблюдается.

Изменение расщепления при неравновероятном образовании гибридом разных сортов гамет. У одной из форм кукурузы пара аллелей определяет наличие или отсутствие пигмента антоциана в семенах. Доминантная аллель А дает окрашенные семена, рецессивная а — неокрашенные. Гомологичные хромосомы, в которых находятся эти гены, в мейозе при микроспорогенезе расходятся нормально, и у гетерозиготы Аа микроспоры А и а образуются с равной частотой. Но в мегаспорогенезе одна из

хромосом (10а) в 70% случаев попадает в мегаспору, а вторая (10 п) —в клетку, подвергающуюся дегенерации. В результате 70% яйцеклеток будут иметь хромосому 10а и лишь 30% — 10 я. Если у гибрида Аа аллель А находится в хромосоме 10а, а аллель а — в хромосоме 10 п, то можно математически рассчитать, какое получится расщепление при самоопылении, выразив частоты гамет в долях единицы. Мы рассматриваем два независимых события — образование женских и мужских гамет, которые объединяются при оплодотворении. Математический закон сочетания двух независимых явлений гласит: вероятность того, что два независимых явления или события произойдут одновременно, равна произведению вероятностей каждого из них. Значит, чтобы определить вероятность появления разных сортов зигот, надо перемножить соответствующие частоты гамет:

\ ^d
\	0,5 А	0,5 а
9 \
0,7 А	0,35 АА	0,35 Аа
0,3 а	окрашенные 0,15 Аа	окрашенные 0,15 аа
	окрашенные	неокрашенные

В результате расщепление по генотипу будет 0,35АА :0,50,4а : 0,15аа

Отношение окрашенных семян к неокрашенным будет не 3 : 1, а 0,85:0,15, или почти 6: 1. Таким образом, если не соблюдается первое условие — равновероятное образование всех сортов гамет у гибрида,— меняется и характер расщепления.

Изменение расщепления при неравновероятном сочетании гамет в оплодотворении. Как же может измениться расщепление, если не соблюдается второе условие — равновероятность всех возможных сочетаний гамет при оплодотворении? Разберем это на примере наследования короткохвостости у мышей (Mus musculus).

Короткий хвост у них определяется доминантной аллелью А, нормальный — рецессивной а. Если скрестить гетерозиготную короткохвостую самку Аа с нормальным самцом аа, то в потомстве получится половина короткохвостых мышат Аа и половина нормальных аа, т. е. осуществится расщепление 1:1. Но в обратном скрещивании 9 ааХ с? Аа преобладающая часть мышат будут нормальными по фенотипу (аа) и лишь очень небольшое количество короткохвостых (Аа). Например, в одном

из опытов получилось расщепление не 1:1, а 20 нормальных : 1 короткохвостый. Цитологический анализ показал, что в сперматогенезе' у самцов Аа нет нарушений, следовательно, гаметы Л и а должны образовываться в равном количестве, а отклонения в расщеплении могут происходить за счет того, что в процессе оплодотворения значительно чаще осуществляется объединение яйцеклетки а со сперматозоидом а, нежели с Л, т. е. наблюдается так называемая селективность в оплодотворении. Изменение расщепления при неравной жизнеспособности зигот. Третьей причиной,. которая может вызывать отклонения

Ь 1 л ■» ^w . it .

25. Восьмиядерный зародышевый мешок: / — микропиле; 2 — синергиды; 3 — яйцеклетка; 4 — центральные ядра; 5 — антиподы.

102. Изменения хромосом после рентгенизации у азиатской саранчи (Lo-custa mirgatoria)

1 — отставание хромосом в анафазе в силу склеивания их концов, образование мостиков и фрагментов; 2— пикноз ядер — слипание хромосом в общую массу.

66. Микрофотография бивалента в про фазе мейоза. Видны четыре хроматиды

% I

m Ш ^

108. Рекомбинация у фагов. На фотогр; фии видны негативные колонии, появ! шиеся в результате смешанного зарая ния Escherichia coll фагами т₂ ( h + r и Ад-Видны колонии рекомбинантного ти ( h + r + _и hr ), ti +, ft, r+r — гены, опре; ляющие характер лизиса.

121. Половой хроматин в клетке эпителия слизистой щек женщины (/) и его отсутствие в клетках мужчины (2).

он цианидин

ОН

пвларгонидин

Окраска цветка у львиного зева: 32.

АА — красная; од—светло-красная и химические формулы пигментов

113. Конъюгирующие бактерии.

129. Гибридизация соматических клеток мышей:

/ — клетка ннзкораковой линии; стрелки указывают на две особо длинные телецентру ческие хромосомы; 2 — клетка высокораковой линии; стрелка указывает на характерную короткую метацентрическую хромосому; 3 — гибридная клетка; стрелки указывают на две особо длинные телоцентрические хромосомы — маркеры ннзкораковой линии и на короткую метацентрическую хромосому высокораковой линии.

■* ЗЙ '

АаВЬ

ааВ-

*Кч*

3/16

A-bb

3/16

ааЬЬ

Наследование окраски глаз у дрозофилы (комплементарность). 39.

Окраска глаз:

а — ярко-красиая; в —коричневая.

3(lp^h_P^h+2p^hp)

86.

в расщеплении, является неодинаковая жизнеспособность зигот разных генотипов. Например, в Англии есть порода крупного рогатого скота (Bos taurus), называемая декстер. Эти животные имеют очень рыхлое телосложение (рис. 34, /). При скрещивании между собой они постоянно расщепляются на декстер и нормальных, называемых керри (рис. 34, 2), в отношении 2:1. Можно предположить, что они являются гетерозиготными и поэтому дают расщепление в потомстве. Это предположение подтверждается скрещиванием декстер с керри, в результате которого всегда получается расщепление на декстер и керри в отношении 1:1. Следовательно, генотип декстер — Аа, керри — аа. Но тогда при скрещивании между собой гетерозиготных животных Аа в потомстве должно было бы осуществиться менделев-ское расщепление 1 АА : 2 Аа: 1 аа, а получается 2 Аа: 1 аа, и гомозиготных декстер АА никогда не обнаруживается. Однако примерно 74 телят гибнет или в эмбриональный период, или вскоре после рождения главным образом из-за аномалий скелета, и прежде всего черепа. Это так называемые телята — «бульдоги» (рис. 34, 3).

Итак, наследование типа декстер можно представить следующим образом:

Аа X Аа

декстер j. декстер

1йй

керри

\АА : 2 Аа :

«бульдоги» декстер

гибнут

Наследование в серии множественных аллелей окраски шерсти у норок: Р — коричневая (дикий тип), р — платиновая; р —белая окраска порок.

* Генетика с основами селекции

Следовательно, доминантный ген, определяющий телосложение типа декстер у крупного рогатого скота, связан с рецессивным наследственным дефектом в развитии организма, вызывающим смертельный исход в гомозиготном состоянии, т. е. определяет два признака. Подобным же образом наследуется характер чешуйчатого покрова у карпов, серая окраска смушка у каракульских овец, платиновая — у лисиц и т. п.

Известны также гены, рецессивные в отношении обоих эффектов. У многих растений встречаются наследственные аль-бинотические формы, неспособные синтезировать хлорофилл. Такие белые проростки нежизнеспособны. Например, у пшеницы зеленая окраска доминантна, отсутствие окраски рецессивно. Если скрещивать гетерозиготные зеленые растения Аа, то в потомстве они должны давать расщепление 1 АА : 2 Аа: 1 аа, или 3 зеленых: 1 бесцветное. Но бесхлорофильные проростки аа погибают, и если учитывать окраску взрослых растений, то расщепление вообще не обнаруживается.

Изменение расщепления в зависимости от характера прояв ления признака. Наконец, последнее, четвертое условие, обеспечивающее проявление закона расщепления,-—полное проявление признака независимо от условий развития организма. Если выражение признака варьирует, характер расщепления меняется. Например, у кукурузы пара аллелей определяет окраску всходов: доминантная аллель А дает зеленую окраску, рецессивная а — желтую. Но желтая окраска проявляется лишь в относительно низкой температуре. Поэтому, если всходы появляются весной, при низких температурах, гибридное растение Аа дает в потомстве расщепление 3 зеленых: 1 желтому. При прорастании гибридов F ₂ летом, в высоких температурах, все проростки, в том числе и рецессивные гомозиготы аа, оказываются зелеными и расщепление отсутствует (рис. 35).

Типы расщепления при моногибридном скрещивании. Перечисленные выше условия обеспечивают закономерное менделев-ское расщепление. Если хотя бы одно из них не соблюдается, то

Соотношение фенотипов в случае:

Генотипы F₂	Полного доминирования	Неполного доминирования	Гибели А А	Гибели аа
\АА	3	1	—	3
2Аа	3	2	2
\аа	1	1	1

Любая температура

Температура
низкая Высокая

аа

^F 1

Низкая температура

Люд ~ ая температура

^F 2

Высокая температура

аа

35.

Наследование окраски всходов у кукурузы в зависимости от «мпературы Л-зеленая; _в _ желтая окраска всходов при низкой температуре.

характер расщепления меняется, а в отдельных случаях оно может отсутствовать. Это видно из схемы на стр. 82.

Однако отклонения от классического типа расщепления 3: 1 ни в коей мере не могут поколебать закономерностей, установленных Менделем. Они лишь свидетельствуют о влиянии на них различных закономерных или случайных факторов и подчеркивают важность самого метода генетического анализа для изучения наследования признаков.

5. СТАТИСТИЧЕСКИЙ ХАРАКТЕР РАСЩЕПЛЕНИЯ

Вероятностный характер расщепления. Как уже было сказано, механизмом, обусловливающим расщепление признаков в потомстве гибрида, является мейоз, обеспечивающий закономерное расхождение гомологичных хромосом при образовании гамет. Таким образом, расщепление осуществляется в гаплоидных гаметах, на уровне хромосом и генов, а анализируется в диплоидных организмах, на уровне признаков. Между этими двумя моментами проходит много времени, происходит оплодотворение, протекают сложные процессы развития организмов. В этот период на гаметы, зиготы и развивающиеся организмы действует множество независимых друг от друга условий среды, и именно в это время могут влиять на проявление расщепления те четыре группы факторов, о которых только что шла речь.

Поэтому если в основе процесса расщепления лежат биологические механизмы, то проявление этих механизмов, т. е. наблюдаемое расщепление, носит случайный или статистический характер. Более того, уже при образовании женских половых клеток и у животных, и у растений играет роль момент случайности, так как в результате двух делений созревания образуется лишь одна функционирующая клетка, а три дегенерируют (см. гл. 3). Следовательно, гаметическое расщепление 1 : 1 в данном случае может осуществиться только при условии, если у гетерозиготного организма Аа в функционирующие половые клетки будут попадать хромосомы с аллелями А и а с одинаковой частотой.

Перечисленные выше четыре условия создают элемент случайности в расщеплении, поэтому при его анализе необходимо применять специальные математические методы, которые позволяют решить, является ли отклонение от теоретически ожидаемого расщепления (3:1; 1:1 и т. п.) неслучайным, вызванным закономерным влиянием каких-то факторов, нарушающих расщепление (например, гибель зигот определенного генотипа), или оно случайно и обусловлено, например, малой величиной анализируемого материала (выборки). По теории вероятностей отклонение фактически полученных данных от теоретически

ожидаемых чаще может проявиться при изучении малого по объему материала (малая выборка) благодаря влиянию случайных причин.

Из таблицы 1, взятой из работы Менделя, видно, что расщепление по окраске семян при небольшом их количестве в потомстве 12 растений сильно варьирует. В некоторых случаях оно

очень близко к 3: 1 (напри-

• ■ — ^v___ ^г— Таблица 1

Расщепление в потомстве • 12 гибридных растений

	Число семян
№ растения
	желтых
1	25	11
2	32	7
3	14	5
4	70	27
5	24	13
6	20	6
7	32	13
8	20	19
9	44	9
10	50	14
11	44	18
12	32 1
Всего	407	143

мер, 14:5), а в некоторых очень сильно от него отличается (20: 19 и 32: 1). Па этом примере видно влияние величины выборки на проявление закона расщепления. Возьмем для анализа потомство растения № 12 с наиболее резким отклонением от расщепления 3: 1 и общее количество семян, собранных- со всех растений. В статистике принято считать, что если отклонение встречается чаще, чем 1 на 20 проб (720=0,05), то оно не случайно, т. е. закономерно; если реже, чем 1 на 20 «0,05), то случайно.

Метод у². Для статистической оценки случайности

отклонения применяют метод %² ( xu -квадрат). Расчеты с помощью этого метода производятся следующим образом (табл. 2). Сначала составляют таблицу по классам расщепления на

Таблица 2

Примеры вычисления величины х^а Для двух выборок разного объема

Объем выборки

33 семени

550 семяи

зеленых

желтых

Данные

желтых

зеленых

143 137,5

+5,5 30,25

407 412,5 -5,5 30,25

32 24,8 +7,2 51,84

Наблюдаемые (Р) . ■ .
Ожидаемые при 3 :1 ( q )
Отклонение (d) . . . .
d*......................................

X² = ^s--------------------------

_?___________

0,29

8,2 -7,2 51,84

8,36

основании опытных числовых данных (Р). Затем из суммы частот всех классов, составляющей объем выборки, вычисляются теоретически ожидаемые величины ( q ) для каждого класса соответственно предполагаемой формуле расщепления (1:1; 3:1 и т. п.). Далее определяют отклонение ( d ) полученных данных от теоретически ожидаемых для каждого класса. Каждое отклонение d возводят в квадрат ( d ² ), делят его на

теоретически ожидаемое число ( q ) для данного класса: ---- .

Затем все частные суммируют и получают величину %²:

; По методу %² можно определить вероятность того, является |ли данное отклонение случайным или, наоборот, закономерным.

Производится это с помо-
Та блиц а 3 щью специальной таблицы

Таблица значений х² Фишера (табл. 3).

при разных степенях свободы Чтобы определить веро-

(по Фишеру, с сокращением) ятность (Р) соответствия

Число ст -.пеней сврСоды («')	Вероятность (Р)
Число ст -.пеней сврСоды («')	0,05	0,01
- 1 2 3	3,841 5,991 7,815	6,635 9,210 11,341

опытных и теоретически ожидаемых данных по данной величине %², необходимо сначала выяснить число степеней свободы. Это делается следующим образом. Отношения 1:1 и 3 : 1, где в каждом по два класса, можно представить в виде суммы двух слагаемых, одно из которых устанавливается свободно, а второе — зависимо, как разность между суммой и первым слагаемым. В данном случае степень свободы может быть только одна. Чтобы было ясно, что такое степень свободы, приведем примеры.

В группе из 36 семян (табл. 1, растение № 1) встречаются только 2 класса (желтые и зеленые). Известно, что 25 из них желтые. Если их отобрать, то все оставшиеся будут только зеленые, и их должно быть 11. Таким образом, из суммы двух слагаемых одно взято свободно (одна степень свободы), а второе определилось автоматически. Если.в Р₂ имеет место расщепление на три фенотипических класса (АА : Аа : аа), то после учета одного из них останется еще возможность выбора второго класса, а третий класс будет определен автоматически, _:т. е. при трех слагаемых два берутся свободно (две степени 'свободы), а третье имеет зависимое значение и т. д.

Таким образом, число степеней свободы при анализе классов расщепления всегда будет на единицу меньше числа последних,

f. ё. если п — число классов, 'го число степеней свободы будет равно: п' = п— 1.

В нашем примере при двух классах расщепления будет только одна степень свободы. Вычислив величины %², отыскиваем соответствующие им вероятности для одной степени свободы по таблице Фишера (табл. 3). Если бы сравниваемые величины не отличались друг от друга, то %² был бы равен 0. Если х² не равен 0, то всегда предполагают, что сравниваемые величины отличаются друг от друга случайно. Вероятности, приведенные в таблице 3, говорят о справедливости этого предположения. Поэтому в таблице все значения %², соответствующие вероятности меньше чем 0,05, свидетельствуют о неправильности предположения о случайности отличия сравниваемых величин, т. е. говорят о закономерном отклонении фактического расщепления от теоретического, если же Р = 0,05 или больше, то предположение справедливо, а отклонение это случайно.

Для небольшой выборки из 33 семян вероятность того, что отклонение наблюдаемого расщепления от ожидаемого 3: 1 случайно, при %² = 8,36, очень незначительна (Р<С0,01), т. е. в данной выборке расщепление 3": 1 не проявилось. Следовательно, это отклонение не случайно. Недостаток семи зеленых семян может быть следствием какой-либо неучтенной причины: опали бобы, содержавшие преимущественно зеленые зерна, или эти зерна были уничтожены вредителями и т. п. При малом количестве семян (33) такое небольшое отклонение (7,2) оказывается не случайным. Для суммарной большой выборки в 550 семян (х² = 0,29) почти такое же отклонение (5,5) оказывается случайным (Р>0,05), т. е. здесь имеет место расщепление 3:1.

Метод х² дает возможность сравнивать численные отклонения при разных объемах выборок и числе классов, что очень важно для оценки опытных данных. Ню следует иметь в влду, что этот метод неприменим к значениям, выраженным в процентах, в относительных числах^ и к выборкам с числом особей в каком-либо из теоретически рассчитанных классов меньшим, чем 5. Ненадежные результаты получаются и при .работе с малыми выборками (<50).

6. ГАМЕТИЧЕСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ И ТЕТРАДНЫЙ АНАЛИЗ

Гаметическое расщепление у высших растений. Закономер
ности расщепления можно устанавливать не. только по призна
кам целого организма, но. также и по признакам гамет, являю
щихся продуктами мейоза. " -..''..

В микроспорогенезе у высших растений в результате двух мейотических делений у гетерозиготы Аа из одной диплоидной

Гаплоиды

клетки возникает четыре гаплоидные клетки (клеточная тетрада), из них две клетки несут аллели А, а две другие — а. Следовательно, га-метическое расщепление по одной паре аллелей будет 1 А : 1 а. Но у покрытосеменных каждую тетраду отдельно учесть невозможно, так как их оболочки разрушаются и зрелые пыльцевые зерна из разных тетрад перемешиваются. Поэтому у этих растений можно учесть расщепление только по совокупности всех пыльцевых зерен.

Гаплоиды

Например, у кукурузы была найдена пара аллелей, которая определяет крахмалистый или воско-видный тип пыльцевых зерен. Если пыльцу гибридного растения (Аа) обработать йодом, то крахмалистая пыльца будет иметь синюю окраску, а восковидная — красноватую. Расщепление будет соответствовать отношению 1 : 1. Например, в одном из опытов было получено 3437 синих и 3482 красноватых пыльцевых зерна.

36.

Тетрадный анализ наследования окраски колоний у пекарских дрожжей Saccharomyces:

А — белая; а — красная.

Гаметическое расщепление у низших растений. У некоторых низших организмов удается проанализировать расщепление в пределах одиночной тетрады.

У большинства грибов, мхов, водорослей вслед за слиянием гамет (оплодотворение) сразу же следует мейоз. Поэтому длительность диплоидной фазы (зиготы) очень мала, а наиболее продолжительна в жизненном цикле гаплоидная фаза. Такая особенность низших организмов и позволяет анализировать расщепление гамет по отдельным признакам и развившиеся из них гаплоидные особи. Это возможно потому, что в гаплофазе проявляется действие каждой аллели —доминантной и рецессивной.

Тетрадный анализ. Этот метод, названный тетрадным анали зом, позволил доказать, что менделевское расщепление обусловливается механизмом мейоза и что оно представляет собой не статистическую, а биологическую закономерность. Тетрадный анализ был применен особенно успешно на некоторых низших

грибах: на плесневом грибе Neurospora crassa и на пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisia.

Вслед за оплодотворением и образованием зиготы у этих грибов происходит мейоз, в результате которого образуются четыре аскоспоры, т. е. споры, находящиеся в одной сумке — аске. Расположение спор в аске может быть различным: либо линейным, по оси деления (у нейроспоры), либо секторальным (у дрожжей). С помощью микроманипулятора можно выделить каждую из спор, а затем дать ей возможность размножиться.

Рассмотрим пример тетрадного анализа у пекарских дрожжей. У этого вида встречаются красные и белые колонии (рис. 36). Эти альтернативные признаки определяются одной парой аллелей: А — белый, а — красный цвет колонии. При слиянии гамет (спор) образуется диплоидная зигота Аа. Она вскоре приступает к мейозу, в результате чего в одном аске образуется тетрада гаплоидных спор. Разрезав аск и вынув каждую спору отдельно, переносят их на питательную среду. Каждая из четырех гаплоидных клеток начинает делиться, и образуются четыре колонии. Две из них оказываются белыми и две красными, т. е. 1 А : 1 а. То же самое можно проследить и для любой другой пары признаков.

Из тетрадного анализа с очевидностью следует, что расщепление генов при моногибридном скрещивании является результатом мейотического деления.

ОСОБЕННОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 572; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!