Гибридологический метод. закономерности наследования, открытые при его применении
[“Вопрос рассмотрим на примере работ Г.Менделя…”]. Метод применялся и до Менделя, но усовершенствован им (наиболее прогресс.методы – полукастрация цветков, реципрокн. и возвратн. скрещивания, отбор растений с альтерн.признаками), дополнен количеств.учетом получ.потомков и мат.анализом. Объект – Pisum sativum (7 пар контраст.признаков – формы семени и зрелых бобов; окраски семядолей, цветов и зрелых бобов; расположение цветков и высота растения). Закон доминирования (единообразия F1), закон расщепления признаков =>1.Признаки в потомстве гибридов не исчезают, а перекомб-ся и перед-ся след.поколениям; 2.В основе такого наследования – сочетания двух факторов (равновероятн.обр-ие гамет А и а, равновероятн.их встреча). 3.Гипотеза «чистоты гамет» (гамета каждого из родителей несет по одному наследств.факторов). Закон независимого комбинирования признаков =>«поведение каждой пары различающихся признаков в гибридном соединении независимо от др.различий» (Мендель). Главная выявленная закономерность – каждому признаку соотв-ет отд.наследств.признак.
Скрещиваемые организмы должны принадлежать к одному виду, резко отличаться по отдельным признакам, которые должны быть константны, то есть возпроизводиться из поколения в поколение при скрещивании в пределах линии родительской формы.
Гибридологический метод представляет собой специфический метод генетики. Он в значительной степени совпадает с методом генетического анализа, однако не исчерпывает его, поскольку в генетическом анализе гибридологический метод часто сочетается с методами получения мутаций. Метод гибридологического анализа, заключающийся в гибридизации и последующем учете расщеплений, в законченной форме был предложен Г. Менделем. Им были сформулированы непреложные правила, которым следуют все генетики:
1. Скрещиваемые организмы должны принадлежать к одному виду.
2. Скрещиваемые организмы должны четко различаться по отдельным признакам.
3. Изучаемые признаки должны быть константны, т. е. воспроизводиться из поколения в поколение при скрещивании в пределах линии (родительской формы).
4. Необходимы характеристика и количественный учет всех классов расщепления, если оно наблюдается у гибридов первого и последующих поколений.
Со времен Менделя генетический анализ обогатился целым рядом методов. В частности, методы получения мутаций позволяют создавать исходную гетерогенность для последующего применения гибридологического анализа. Метод отдаленной гибридизации позволяет выяснять степень эволюционного родства между видами и родами. При этом большое значение имеет цитологический метод. Закономерности см. вопросы 3-5.
4.ЗАКОН ЧИСТОТЫ ГАМЕТ. СУТЬ И ДОКАЗАТЕЛЬСТВА. «Гаметы каждого из родителей» несут только по одному из наследуемых факторов». Мендель не связывал наследств.факторы с конкретн.матер.структурами, цитологическое обоснование появл-ся позже: Во время мейоза у гибрида F1(Аа) разн.пары хромосом расх-ся в дочерн.клетки независимо =>при случ.оплодотворении – 3 типа зигот (АА, Аа и аа). Др.док-во – тетрадный анализ: проводится на орг-х, у которых все 4 продукта мейоза остаются вместе и могут далее функц. как вегетет. клетки (мхи, грибы (аскомицеты),водоросли).Напр., у аскомицетов в рез-те мейоза дипл. вегет. кл. образ. аски(сумки), содерж. по 4 гапл. аскоспоры. Аскоспоры можно извлечь и получить вегет. клон- культуру каждой из них. Если исходный диплоид был гетерозиготен по к-л. гену,напр. ADE2/ade2, то в каждой тетраде две споры обычно образ. белые колонии(ADE2), а две другие - красные (ade2).Это расщепление - общая закономерность, характерная для моногенного наследования. Т.о., тетрадный анализ доказывает, что в основе менделевских соотношений лежит строгий биол. закон гаметического расщепления 2A:2a в каждом мейозе.(у мхов гетерозиг. Аа клетка дает тетраду гаплоидных спор. У половины развившихся из спор организмов генотип – А, у половины – а).
5.СУТЬ И ЗНАЧЕНИЕ РАБОТ Г.МЕНДЕЛЯ. Открытие основных закономерностей наследования стало возможным потому, что Г. Мендель руководствовался рядом правил постановки эксперимента. Работая с самоопыляющимся растением — горохом, Г. Мендель исследовал семь признаков. Убедившись в течение ряда циклов самоопыления в константности выбранных признаков, Г. Мендель скрестил растения, различающиеся по отдельным признакам, получил от них семена и высеял их. Таким образом он вырастил гибриды первого поколения, обозначаемые F1. Эти растения оказались единообразными по каждому из признаков. В F1 было зарегистрировано лишь одно из пары альтернативных проявлений каждого признака, названное доминантным.
Эти результаты иллюстрируют первый закон Менделя — закон единообразия гибридов первого поколения, а также правило доминирования.
Гибриды F1 подверглись самоопылению, и образовавшиеся семена вновь были высеяны. Так было получено второе поколение гибридов, или F2. Среди гибридов F2 обнаружилось расщепление по каждому из признаков: появились как круглые, так и морщинистые семена; как с желтой, так и с зеленой окраской семядолей и т. д. по всем признакам. Таким образом, у части гибридов F2 вновь появились признаки, не обнаруженные у гибридов F1. Эти признаки названы рецессивными. Соотношение потомков с доминантным проявлением признака и потомков с рецессивным проявлением признака оказалось очень близко к 3/4:1/4. Это соотношение выражает второй закон Менделя, или закон расщепления.
Родительские формы, обозначаемые Р, были константны; каждый из них содержал задатки только одного типа, т. е. родительские формы были гомозиготными по исследуемому признаку и соответственно образовывали гаметы либо A, либо а.
Вследствие доминирования в F1 проявляется признак только одного из родителей — округлость семян. Наконец, среди гибридов F2 обнаруживается расщепление в соответствии со случайной комбинаторикой двух типов гамет А и a.
Соотношение 3:1 —это расщепление по фенотипу. В случае полного доминирования расщепление по генотипу 1АА-2Аа:1аа не совпадает с расщеплением по фенотипу: ЗА :1аа.
Расщепление по генотипу и фенотипу может совпадать в тех случаях, когда признак проявляет неполное доминирование, т. е. наблюдается его промежуточное выражение у гетерозигот при сравнении с обеими гомозиготными родительскими формами. Согласно гипотезе Г. Менделя расщепление, которое он наблюдал, реализуется вследствие равновероятного образования гамет А и а у гибридов F1, а также вследствие равновероятной встречи гамет обоих типов при оплодотворении, т. е. при образовании гибридов F2.
Мендель хорошо понимал, что результаты таких процессов можно наблюдать только при больших выборках растений. Изучая расщепление по форме семян, он исследовал 7324 горошины и получил соотношение: 5474 круглых и 1850 морщи- нистых; по окраске семян исследовал 8023 горошины и получил соотношение: 6022 желтых и 2001 зеленых и т. д., что очень близко к соотношению 3:1.Основа работ – гибрид.метод (скрещивание растений pisum Sativum с 7 парами альтерн.признаков).Закон доминирования (единообразия): При скрещивании отлич-ся по паре альтерн.признаков растений в F1 проявился только один признак (доминантный). Закон расщепления признаков: В первом поколении потомства от самоопыления растений из F1 – у ¼ проявились рецесс.признаки. Закон независимого комбинирования признаков: наследств.факторы разл.пра признаков наслед-ся независимо. Выводы, сделанные Менделем: 1.Признаки в потомстве гибридов не исчезают, а перекомб-ся и перед-ся след.поколениям; 2.В основе такого наследования – сочетания двух факторов (равновероятн.обр-ие гамет А и а, равновероятн.их встреча). 3.Гамета каждого из родителей несет по одному наследств.факторов.
Главное: установлена связь фенотип-наследств.фактор (не исчезающий, а перед-ся потомкам), предложен матем.подход к характеру наследования.
6.МОНОГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКА. ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАКОНА РАСЩЕПЛЕНИЯ В МОНОГИБРИДНОМ СКРЕЩИВАНИИ – скрещивание, в котором родительские формы отличаются по аллелям одного гена. При скрещивании гомозигот по 1 признаку в F1 – единообразие, в F2 – расщепление 3:1 по данному признаку. Цитологические основы: 1.Независимое расхождение хромосом в гаметы у представителей F1 =>по одному типу аллелей в каждой гамете; 2. Равновероятная встреча гамет, несущих доминантный или рецессивный аллель.
7.МНОЖЕСТВЕННЫЙ АЛЛЕЛИЗМ: НАСЛЕДОВАНИЕ, ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АЛЛЕЛЕЙ – наличие у гена множественных аллелей (следствием нескольких мутаций одного и того же гена). Пример: у Drosophilae melanogastrae – множеств.мутации по гену цвета глаз (white). w+ (красн.глаза) доминирует над всеми другими, w – рецессивн.по отн.к остальным, другие аллели проявляют неполн.доминирование (↓интенсивн-ти окраски глаз) – i.e., гетерозиготы wa(абрикос.глаза)/w имеют светло-абрик.глаза.
Множ.аллели могут проявлять и неполное доминирование, и кодоминирование (проявл-ся оба аллеля в составе гена), и супердоминирование (гетерозиготы по аллелям в составе гена имеют более яркое проявление признака, чем гомозиготы).