ПРИ МОНОГИБРИДНОМ СКРЕЩИВАНИИ

Моногибридным называют скрещивание, при котором родительские организмы различаются по одной паре альтернативных признаков. Другие признаки не учитываются. Например, семена одной родительской линии гороха имеют желтую окраску, другой – зеленую. В первом поколении этого скрещивания появляются гибридные семена, по окраске соответствующие одной родительской линии (в данном случае они будут иметь желтую окраску). Они гетерозиготны, содержат в генотипе доминантный и рецессивный аллели Аа, образуют два типа гамет и .

Признак, который проявляется у гибридов первого поколения, называют доминантным, а который подавляется – рецессивным. Это явление получило название закона единообразия гибридов первого поколения.

В 1909 году В. Иогансен ввел понятия «генотип» и «фенотип». Генотипом называется совокупность наследственных задатков организма, фенотипом – совокупность признаков организма. Для обозначения реального состояния гена был введен термин «аллель»: А и а. Один аллель детерминирует развитие доминантного, другой – рецессивного признака. В нашем примере генотип – совокупность аллелей гена А : АА, Аа или аа; а фенотип – признак желтой или зеленой окраски семян.

Во втором поколении наблюдается расщепление по анализируемому признаку. При этом особи с доминантным признаком составляют три части, а с рецессивным – одну часть (два фенотипических класса в соотношении 3 : 1).

Генотипы родительских форм:

РР ♀АА х ♂аа

гаметы РР

генотип F₁ Аа

гаметы F₁ ♀ ♂

Решетка Пеннета

Генетических классов получается три: по одной четвертой части составляют гомозиготные особи как с доминантным (АА), так и с рецессивным (аа) признаком, половина особей имеют доминантный признак, но в гетерозиготном состоянии (Аа).

Такое расщепление названо расщеплением по генотипу. В этом состоит суть второго закона Менделя, закона расщепления. Метод, с помощью которого установлены упомянутые выше закономерности, называют гибридологическим.

В систему гибридологического анализа входит анализирующее скрещивание, когда F₁ скрещивают с рецессивной родительской формой. Оно позволяет анализировать генотип гибрида. Если F₁ является истинным гибридом, то в результате анализирующего скрещивания происходит расщепление по фенотипу и генотипу в соотношении 1 : 1.

РР ♀Аа х ♂аа

гаметы

Fа Аа аа Аа аа

1Аа : 1аа

С помощью гамет гомозиготного рецессива можно анализировать генотип формы, несущей доминантный признак, вскрывать соотношение типов гамет, образуемых гетерозиготой, или выявлять гомозиготность доминантной формы.

Позднее У. Бетсон сформулировал правило «чистоты гамет», согласно которому доминантные и рецессивные аллели не смешиваются в гетерозиготном организме и расходятся чистыми при образовании гамет.

В ряде случаев имеет место неполное доминирование, когда у гибридов первого поколения не воспроизводится полностью ни один из родительских признаков (промежуточное наследование). Но все особи этого поколения одинаковы по фенотипу. Во втором поколении расщепление по фенотипу совпадает с расщеплением по генотипу, статистический характер его будет соответствовать соотношению 1 : 2 : 1. Неполное доминирование характерно для большинства признаков растений и животных.

При изучении группы крови у человека и некоторых домашних животных были получены данные, свидетельствующие об отсутствии явления доминирования.

Так, если материнский организм имеет группу крови А, а отцовский В, то у детей бывает группа крови АВ. Такое явление получило название кодоминирования. И в этих случаях гибриды первого поколения являются единообразными по изучаемому признаку. Они гетерозиготны, содержат в генотипе доминантный и рецессивный аллели Аа, образуют два типа гамет:

и .

Необходимо подчеркнуть, что особенность гибридологического анализа состоит в исследовании дискретных признаков, различия по которым наследуются альтернативно. Следовательно, понятие «признак» в менделевских экспериментах является специальным термином и выступает в форме элементарной составляющей фенотипа. Различия между элементарными признаками (фенами) наследуются по альтернативной схеме. В качестве фена могут выступать: форма, окраска органов или целых организмов, наличие или отсутствие органов.

Поведение животных или человека тоже может быть разложено на элементарные признаки. Известно также большое количество особенностей обмена веществ, которые представляют собой элементарные признаки. Более 100 видов метаболических аномалий у человека наследуются по менделевской моногибридной схеме, например, фенилкетонурия (новорожденные чувствительны к ароматическим аминокислотам).

Строение отдельных белковых молекул представляет собой выражение элементарных признаков. Примером служат гемоглобинопатии человека – «болезни гемоглобина». Известны несколько десятков аномальных гемоглобинов, отличающихся от нормального, одной аминокислотой в молекуле. В каждом случае альтернативные состояния признака (нормаль-ный – измененный гемоглобин) наследуется в соответствии с моногибридной схемой. Благодаря этому в большинстве случаев удается конкретизировать представление об элементарном признаке, или фене, в виде структуры какого-то одного белка.

Можно заключить, что дискретность фенотипа, выявляемая генетическим анализом в виде элементарных признаков или фенов, соответствует молекулярной дискретности генных продуктов, которые в конечном итоге отвечают за все процессы в клетке и организме.

Следует отметить, что в опытах не всегда получаются идеальные соотношения фенотипических классов, особенно в малочисленных выборках. Причины таких отклонений имеют объяснение: не вся созревшая пыльца участвует в оплодотворении, не все зиготы выживают и т.д. Чтобы подтвердить, случайны ли эти отклонения, применяют статистические методы. Самый популярный из них – метод «хи-квадрат» ( ). Применение этого метода сводится к расчету величины и ее оценке. Расчет осуществляется по формуле

,

где Σ – знак суммы;

q – теоретически ожидаемое число особей с определенным

признаком;

d – отклонение фактически полученных данных от

теоретически ожидаемых для каждого класса (р-q).

На основании опытных данных (р) сначала составляют таблицу 3 по классам расщепления. Затем по суммам частоты всех классов, составляющих объем выборки, вычисляют теоретически ожидаемые величины (q) для каждого класса соответственно предполагаемой формуле расщепления 3 : 1. Далее определяют отклонение полученных данных от теоретически ожидаемых (d) для каждого класса. Каждое отклонение возводят в квадрат (d²), делят на теоретически ожидаемое число (q) для данного класса. Затем все частные суммируют и получают величину .

Оценка величины производится по таблице Фишера (табл. 4). При полном соответствии опытных и теоретически ожидаемых данных равен нулю. Если не равен нулю, необходимо определить степень расхождения между эмпирическим и нормальным распределением.

Для того, чтобы пользоваться этой таблицей, необходимо установить число степеней свободы для изучаемого распределения.

Таблица 3

Результаты анализа наследования окраски тела у дрозофилы

^.

При анализе расщепления число степеней свободы всегда равно числу различных классов особей минус единица.

В данном случае рассчитаны две теоретически ожидаемые величины (число серых и черных мух). Число степеней свободы будет равно 2-1=1.

Таблица 4

Таблица значений при разных степенях свободы

(по Фишеру, с сокращениями)

Для каждого числа степеней свободы в таблице 3 указаны две цифры. Это предельные значения , соответствующие двум стандартным ступеням вероятности (Р₁ = 0,05 и Р₂ = 0,01) того, что распределения, показавшие такие значения или большие, различаются достоверно. Если фактическое значение меньше значений соответствующих Р = 0,05 и Р = 0,01, то различие между распределениями можно считать недостоверным. В нашем примере = 2,0 , т. е. меньше табличных значений. Следовательно, отклонение фактического расщепления от теоретически ожидаемого является недостоверным, то есть случайным.