Задачи на сцепление с полом у птиц. Образовательный портал Взаимодействие неаллельных генов

К основным качественным признакам птицы относят окраску и форму оперения, форму гребня у кур, цвет скорлупы яиц, наличие шпор у петухов и др. Качественные признаки контролируются одним или несколькими генами, действие которых часто не зависит от действия ненаследственных факторов. Каждой паре качественных признаков соответствует пара аллельных генов, контролирующих их развитие. Большинство качественных признаков имеют только два альтернативных состояния (например, скорлупа яиц - окрашенная или неокрашенная, цвет пуха у суточных цыплят аутосексного кросса «Хайсекс коричневый» - коричневый или светло-желтый и др.).

ГЕНЕТИКА ОКРАСКИ ОПЕРЕНИЯ

Известно около 30 основных генов, контролирующих окраску оперения у птицы, что дает множество генотипов всевозможных перекомбинаций. Эффект действия гена зависит от пола, возраста, скороспелости и других факторов.

Окраска оперения у кур определяется четырьмя основными цветами: черным, белым, коричневым и золотистым. Всевозможные их сочетания, помноженные на различия в оттенках и распределении по узору отдельных перьев, создают многообразие фенотипов. Известно около 600 различных форм и комбинаций по окраске оперения. Окраска оперения главным образом зависит от химических свойств пера и отчасти от его физических свойств. Меланин - основной пигмент, содержащийся в перьях, подразделяют на эумеланин и феомеланин в зависимости от цвета пигментных гранул и свойств.

Для образования альтернативного признака сплошной черной окраски у птицы необходимо, чтобы эумеланин поступал во все перьевые зачатки во всех птерилиях. Это происходит под действием гена Е, который присутствует в генотипе всех черных кур и петухов (породы черные минорки, черные кохинхины, лангшаны и др.). При скрещивании птицы с генотипом ^(например, порода лангшан) с птицей генотипа с нормальным аллелем е+е (бурый леггорн) наблюдается резкое различие между расцветками самцов и самок в потомстве, т. е. наблюдается половой дихроматизм. В данном варианте скрещивания курочки в первом поколении будут иметь сплошное черное оперение, а петушки - черное с золотис- то-красными шеей и «верхом».

В результате исследований у кур в локусе Е обнаружены семь множественных аллелей: Е- ра спространитель черного пигмента по всему телу; ewh - полудоминантный пшеничный; е+ - нормальный (дикий) тип; е6 - коричневый или куропатчатый; е5 - пятнистая голова; евс - баттеркап; еу - рецессивный пшеничный. Схематично доминирование генов серии локуса Е можно записать следующим образом: Е> ewh> е+> еь> е?> ев <~ > еу.

Ген Е обеспечивает черный цвет всего оперения, тогда как другие аллели этой серии ограничивают отложение эумеланина на определенных зонах; на остальных участках тела формируются другие расцветки, в зависимости от генотипа. Однако на распределение черного пигмента по телу могут влиять и некоторые другие гены, не входящие в серию Е: Со - ген колумбийской расцветки; Ме - меланистический ген с неполным доминированием; ИЬ - ген темно-коричневой окраски.

Золотистый цвет оперения обусловлен пигментом феомелани- ном и контролируется рецессивным, сцепленным с полом геном золотистости 5 (породы род-айланд, нью-гемпшир, бурый леггорн, минорка и др.). У таких пород, как белый виандот, темная брама, суссекс и другие, вместо гена б в этом же локусе хромосомы находится его доминантный аллель - ген серебристости Б , который подавляет развитие рыжей, золотистой и коричневой окраски, окрашивая перья или их участки в белый цвет (из-за отсутствия пигмента).

Наследование генов золотистости и серебристости чаще всего происходит «крест-накрест», то есть дочери наследуют цвет оперения от отца, а сыновья - от матери. Классическим примером такого наследования, заслуживающего внимания селекционеров, служит скрещивание петухов породы бурый леггорн (генотип 55) с курами породы темная брама (генотип 5"-). В результате получают петушков с серебристым оперением (&), а курочек -с золотистым оперением (5-).

Кроме того, в серии Б установлена мутация неполного альбинизма (у11) по отношению к генам 5 и 5: у цыплят-носителей данного аллеля розовые глаза и грязно-серый пух, а у взрослых кур - светлое (почти белое) оперение.

Многие породы кур имеют фенотипически сплошную белую окраску оперения, однако белый цвет оперения может иметь различную генетическую природу, выявить которую возможно лишь методами генетического анализа. Белое оперение зависит от доминантного гена белой окраски (У), рецессивного гена белой окраски (с), а также от некоторых других генов (а - ген полного альбинизма, « - ген белой окраски с красными брызгами). Следует отметить, что независимо от генетической природы белые перья лишены пигментных гранул. К данной группе относят породы белый леггорн, белый виандот, белый плимутрок, шелковая , орпингтон и др.

При изучении наследования белой окраски отмечено, что ген / подавляет действие не только рецессивного аллеля /, но также и гена С , являющегося доминантным геном цветного оперения. Например, при скрещивании петухов породы белый леггорн (генотип //СО с курами породы белый виандот (Исс) в первом поколении получают все потомство с белым оперением. В Рг будет расщепление по фенотипу 13 белых: 3 цветных (эпистатическое взаимодействие неаллельных генов).

Коричневая окраска оперения (красно-коричневая, палевая) имеет полигенный характер наследования, то есть она зависит от

действия большого числа генов, контролирующих отложение пигмента феомеланина.

Кроме вышеуказанных генов, контролирующих окраску оперения, определенный интерес для селекционеров представляют гены, связанные со скоростью роста оперения (А- -медленное оперение, Кп - сверхмедленное, А: -быстрое оперение); гены, определяющие частичное или полное отсутствие оперения (N0 - голошеесть, 5с - отсутствие перьевого покрова на ногах, Ар - аутосомный мутантный ген неоперяемости кур, л -голые); гены, вызывающие особенности оперения в основном у декоративных пород кур (О- хо хлатость, МЬ - наличие бак и бороды, й - шелковистость, Р- курчавость, а также лохмоногость и длинный хвост, которые определяются множественными генами).

У птиц отмечен своеобразный генетический эффект в виде мо- заицизма в окраске оперения тела и ног. Известно 22 случая мозаичной окраски помесной птицы. Так, при скрещивании петухов породы бурый леггорн с курами породы суссекс, имеющими серебристую окраску, получено потомство, половина тела которого была окрашена в золотистый цвет (отцовский тип), что носит характер рецессивного наследования, а другая половина тела - в серебристый цвет (материнский тип).

В птицеводстве достигнут значительный успех в изучении закономерностей наследования окраски оперения, что позволило селекционерам создать аутосексные линии и кроссы кур («Ломанн», «Кобб 100+>», «Росс белый», «Родонит», «УК-Кубань 123», «Хай- секс коричневый» и др.), бесперьевые бройлеры (получены в Канаде и США).

Моногибридное скрещивание

№1. Один ребёнок в семье родился здоровым, а второй имел тяжёлую наследственную болезнь и умер сразу после рождения.

Какова вероятность того, что следующий ребёнок 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. Тогда у них не может родиться больной ребёнок, 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 дети, так и больные. Составляем схему скрещивания:

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

№2. Растение высокого роста подвергли опылению с гомозиготным организмом, имеющим нормальный рост стебля. 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: доминантным (АА) или рецессивным (аа) . Если предположить, что нормальный рост стебля определяется доминантным геном, тогда всё 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.

№3. При скрещивании чёрных кроликов между собой в потомстве получили чёрных и белых крольчат.

Составить схему скрещивания, если известно, что за цвет шерсти отвечает одна пара аутосомных генов.

Решение: Родительские организмы имеют одинаковые фенотипы – чёрный цвет, а в потомстве произошло “расщепление”. Согласно второму закону Г. Менделя, ген, ответственный за развитие чёрного цвета, доминирует и скрещиванию подвергаются гетерозиготные организмы.

№4. У Саши и Паши глаза серые, а у их сестры Маши глаза зелёные. Мать этих детей сероглазая, хотя оба её родителя имели зелёные глаза. Ген, ответственный за цвет глаз расположен в неполовой хромосоме (аутосоме).

Определить генотипы родителей и детей. Составить схему скрещивания.

Решение: По материнскому организму и по её родителям определяем, что серый цвет глаз является рецессивным признаком (второй закон Г. Менделя).

Т.к. в потомстве наблюдается “расщепление”, то отцовский организм должен иметь зелёный цвет глаз и гетерозиготный генотип.

№5. Мать брюнетка; отец блондин, в его родословной брюнетов не было. Родились три ребёнка: две дочери блондинки и сын брюнет.

Ген данного признака расположен в аутосоме.

Проанализировать генотипы потомства и родителей.

Решение: Генотип отцовского организма должен быть гомозиготным, т.к. в его родословной наблюдается чистая линия по цвету волос. Гомозиготный генотип бывает доминантным (АА) или рецессивным (аа) .

Если генотип отца гомозиготный доминантный, то в потомстве не будет детей с тёмными волосами – проявится “единообразие”, что противоречит условию задачи. Следовательно, генотип отца рецессивный. Материнский организм должен быть гетерозиготным.

Ответ: Соотношение по фенотипу и генотипу в потомстве составляет 1:1 или 50% 50%.

№6. У человека проявляется заболевание – серповидно-клеточная анемия. Эта болезнь выражается в том, что эритроциты крови имеют не круглую форму, а серповидную, в результате чего транспортируется меньше кислорода.

Серповидно-клеточная анемия наследуется как неполностью доминантный признак, причём гомозиготное состояние гена приводит к гибели организма в детском возрасте.

В семье оба супруга имеют признаки анемии.

Какова процентная вероятность рождения у них здорового ребёнка?

Решение:

Ответ: 25% здоровых детей в данной семье.

Дигибридное скрещивание независимое наследование генов

№1. Мутации генов, вызывающие укорочение конечностей (а) и длинношерстость (в) у овец, передаются в следующее поколение по рецессивному типу. Их доминантные аллели формируют нормальные конечности (А) и короткую шерсть (В) . Гены не сцеплены.

В хозяйстве разводились бараны и овцы с доминантными признаками и было получено в потомстве 2336 ягнят. Из них 425 длинношерстых с нормальными конечностями и 143 длинношерстых с короткими конечностями.

Определить количество короткошерстых ягнят и сколько среди них с нормальными конечностями?

Решение. Определяем генотипы родителей по рецессивному потомству. Согласно правилу “чистоты гамет” в потомстве по каждому признаку один ген от отцовского организма, другой ген от материнского организма, следовательно, генотипы родителей дигетерозиготные.

1). Находим количество длинношерстных ягнят: 425 + 143 = 568.
2). Находим количество короткошерстных: 2336 – 568 = 1768.
3). Определяем количество короткошерстных с нормальными конечностями:

1768 ---------- 12 ч.
х ----------- 9 ч. х = 1326.

№2. У человека ген негритянской окраска кожи (В) полностью доминирует над геном европейской кожи (в) , а заболевание серповидно-клеточная анемия проявляется неполностью доминантным геном (A) , причём аллельные гены в гомозиготном состоянии (AA) приводят к разрушению эритроцитов, и данный организм становится нежизнеспособным.

Гены обоих признаков расположены в разных хромосомах.

Чистородная негроидная женщина от белого мужчины родила двух мулатов. Один ребёнок не имел признаков анемии, а второй умер от малокровия.

Какова вероятность рождения следующего ребёнка, не имеющего признаков анемии?

Решение. Составляем схему скрещивания:

Ответ: Вероятность рождения здорового ребёнка в данной семье составляет 1/4 = 25%

№3. Рецессивные гены (а) и (с) определяют проявление таких заболеваний у человека, как глухота и альбинизм. Их доминантные аллели контролируют наследование нормального слуха (А) и синтез пигмента меланина (С) .

Гены не сцеплены.

Родители имеют нормальный слух; мать брюнетка, отец альбинос. Родились три однояйцовых близнеца больные по двум признакам.

Какова вероятность того, что следующий ребёнок в этой семье будет иметь оба заболевания?

Решение.

По правилу “чистоты гамет” определили, что родители дигетерозиготные:

Ответ: Вероятность рождения ребёнка имеющего оба заболевания составляет 1/8 = 12,5%

№4. Изучаются две пары аутосомных генов, проявляющих независимое наследование.

Петух с розовидным гребнем и оперёнными ногами скрещивается с двумя курицами, имеющих розовидный гребень и оперённые ноги.

От первой курицы были получены цыплята с оперёнными ногами, из них часть имела розовидный гребень, а другая часть – простой гребень.

Цыплята от второй курицы имели розовидный гребень, и часть из них с оперёнными ногами и часть с неоперёнными.

Определить генотипы петуха и двух куриц.

Решение.

По условию задачи оба родителя имеют одинаковые фенотипы, а в потомстве от двух скрещиваний произошло расщепление по каждому признаку. Согласно закону Г.Менделя, только гетерозиготные организмы могут дать “расщепление” в потомстве. Составляем две схемы скрещивания.

Взаимодействие неаллельных генов

№1. Изучаются две пары неаллельных несцепленных генов определяющих окраску меха у горностая.

Доминантный ген одной пары (А) определяет чёрный цвет, а его рецессивный аллель (а) – голубую окраску.

Доминантный ген другой пары (В) способствует проявлению пигментации организма, его рецессивный аллель (в) не синтезирует пигмент.

При скрещивании чёрных особей между собой в потомстве оказались особи с голубой окраской меха, чёрные и альбиносы.

Проанализировать генотипы родителей и теоретическое соотношение в потомстве.

Решение.

Ответ : 9 чёрных, 3 альбиноса, 4 голубой окраски.

№2. Наследование окраски оперения у кур определяется двумя парами неаллельных несцепленных генов, расположенных в аутосоме.

Доминантный ген одной пары (А) определяет синтез пигмента меланина, что обеспечивает наличие окраски. Рецессивный ген (а) не приводит к синтезу пигмента и куры оказываются белыми (перьевой альбинизм).

Доминантный ген другой пары (В) подавляет действие генов первой пары, в результате чего синтез пигмента не происходит, и куры также становятся альбиносами. Его рецессивный аллель (в) падавляющего действия не оказывает.

Скрещиваются два организма гетерозиготные по двум парам аллелей.

Определить в потомстве соотношение кур с окрашенным оперением и альбиносов.

Решение.

Ответ: 13 белых, 3 окрашенных.

№3. У овса цвет зёрен определяется двумя парами неаллельных несцепленных генов.
Один доминантный ген (А) определяет чёрный цвет, другой доминантный ген (В) – серый цвет. Ген чёрного цвета подавляет ген серого цвета.

Оба рецессивных аллеля определяют белый цвет зёрен.

При опылении дигетерозиготных организмов в потомстве оказались растения с чёрными, серыми и белыми зёрнами.

Определить генотипы родительских организмов и фенотипическое соотношение в потомстве.

Решение.

Ответ: 12 чёрных, 3 серых, 1 белый.

Наследование генов, расположенных в половых хромосомах

№1. Ген нормальной свёртываемости крови (А) у человека наследуется по доминантному типу и сцеплен с Х -хромосомой. Рецессивная мутация этого гена (а) приводит к гемофилии – несвёртываемости крови.

У -хромосома аллельного гена не имеет.

Определить процентную вероятность рождения здоровых детей в молодой семье, если невеста имеет нормальную свёртываемость крови, хотя её родная сестра с признаками гемофилии. У жениха мать страдает этим заболеванием, а отец здоров.

Решение. 1) Определяем генотип невесты. По условию задачи сестра невесты имеет рецессивный генотип Х а Х а , значит обе сестры получают ген гемофилии (от своего отца). Поэтому здоровая невеста гетерозиготна.

2) Определяем генотип жениха. Мать жениха с признаками гемофилии Х а Х а , следовательно, по хромосомной теории пола, рецессивный ген она передаёт сыну Х а У .

Ответ: соотношение по фенотипу 1:1, 50% детей здоровы.

№2. Изучается одна пара аллельных генов в Х -хромосоме, регулирующая цветовое зрение у человека.

Нормальное цветовое зрение является доминантным признаком, а дальтонизм проявляется по рецессивному типу.

Проанализировать генотип материнского организма.

Известно, что у матери два сына, у одного из них больная жена и здоровый ребёнок. В семье второго – дочь с признаками дальтонизма и сын, цветовое зрение которого в норме.

Решение. 1) Определяем генотип первого сына. По условию задачи у него больная жена и здоровый ребёнок – это может быть только дочь Х А Х а . Рецессивный ген дочь получила от матери, а доминантный ген от отца, следовательно, генотип мужского организма доминантный (Х А У) .

2) Определяем генотип второго сына. Его дочь больна Х а Х а , значит, один из рецессивных аллелей она получила от отца, поэтому генотип мужского организма рецессивный (Х а У -) .

3) Определяем генотип материнского организма по её сыновьям:

Ответ: генотип матери гетерозиготный Х А Х а .

№3. Альбинизм у человека определяется рецессивным геном (а) , расположенным в аутосоме, а одна из форм диабета определяется рецессивным геном (в) , сцепленным с половой Х -хромосомой.

Доминантные гены отвечают за пигментацию (А) и нормальный обмен веществ (В) .

У -хромосома генов не содержит.

Супруги имеют тёмный цвет волос. Матери обоих страдали диабетом, а отцы – здоровы.

Родился один ребёнок больной по двум признакам.

Определить процентную вероятность рождения в данной семье здоровых и больных детей.

Решение. Применяя правило “чистоты гамет” определяем генотипы родителей по цвету волос – генотипы гетерозиготные Аа .

По хромосомной теории пола определили, что отец болен диабетом Х в У - , а мать здорова Х В Х в.

Составляем решётку Пеннета – по горизонтали выписывают гаметы отцовского организма, по вертикали гаметы материнского организма.

Ответ: шесть организмов из шестнадцати доминантны по двум признакам – вероятность рождения составляет 6/16 = 37,5%. Десять больных: 10/16 = 62,5%, из них двое больных по двум признакам: 2/16 = 12,5%.

№4. Два рецессивных гена, расположенных в различных участках Х -хромосомы, вызывают у человека такие заболевания как гемофилия и мышечная дистрофия. Их доминантные аллели контролируют нормальную свёртываемость крови и мышечный тонус.

У -хромосома аллельных генов не содержит.

У невесты мать страдает дистрофией, но по родословной имеет нормальную свёртываемость крови, а отец был болен гемофилией, но без каких либо дистрофических признаков.

У жениха проявляются оба заболевания.

Проанализировать потомство в данной семье.

Решение.

Ответ: все дети имеют заболевание, 50% с гемофилией и 50% с дистрофией.

Наследование сцепленных генов. Явление кроссинговера.

№1. Ген роста у человека и ген, определяющий количество пальцев на конечностях, находятся в одной группе сцепления на расстоянии 8 морганид.

Нормальный рост и пять пальцев на кистях рук являются рецессивными признаками. Высокий рост и полидактилия (шестипалость) проявляются по аутосомно-доминантному типу.

Жена имеет нормальный рост и по пять пальцев на руке. Муж гетерозиготен по двум парам аллелей, причём ген высокого роста он унаследовал от отца, а ген шестипалости от матери.

Определить в потомстве процентное соотношение вероятных фенотипов.

Решение.

Ответ: 46% 46% 4% 4%

№2. Два гена, регулирующих реакции обмена веществ в организме человека, сцеплены с Х -хромосомой и расположены друг от друга на расстоянии 32 морганид. У -хромосома аллельных генов не содержит.

Доминантные гены контролируют нормальный обмен веществ.

Воздействия различных мутагенных факторов изменяют последовательностъ нуклеотидов в данных участках Х -хромосомы, что приводит к отклонениям в синтезе веществ и наследственным заболеваниям по рецессивному типу.

От здоровых родителей рождается больной ребёнок, имеющий два мутантных гена в генотипе.

Какова процентная вероятность рождения следующего ребёнка с нарушением обмена веществ?

Решение. По условию задачи в данной семье больной ребёнок – это сын в Х а У т.к. от здорового отца дочери больными быть не могут.

Сын получил рецессивные гены от матери, следовательно, генотип матери гетерозиготный

Составляем схему скрещивания:

Ответ: вероятность рождения больных детей составляет 33%, из них 17% больных по двум заболеваниям обмена веществ, 8% по одному заболеванию и 8% по другому.

Усиление пигментов птиц.
В отличие от млекопитающих, у которых характер пигментации кожи и
волосяного покрова зависит в основном от двух разных видов пигментов, относящихся к группе меланинов (эумеланин и феомеланин), синтезируемых, как и другие белки, в самом организме, у птиц, кроме меланинов,имеется еще и другой желтый кристаллический пигмент - ксантофилл, который образуется высшими растениями и в организм птиц поступает в готовом виде. Ксантофилл у некоторых пород кур откладывается только в коже, клюве, коже ног, но не в перьевом покрове. При скрещивании их с породами птиц, у которых этот пигмент откладывается только в жире, способность образовывать желтый пигмент в коже, клюве и ногах в первом поколении не проявляется, то есть этот признак ведет себя как рецессивный. У пород кур, у которых этот пигмент обычно образуется, он может и не проявиться при недостатке ксантофилла в корме или начинает исчезать по мере усиления яйцекладки.

Полностью пигментированные породы птиц обычно имеют в коже и другой пигмент-меланин, который при наличии еще и ксантофилла придает коже ног зеленый оттенок, а при его отсутствии - синий.

Что касается белых кур, то наследственная природа такого оперения
различна. У белых леггорнов и русских белых этот признак будет
доминантным по отношению почти ко всем пигментированным расцветкам (при скрещивании с красными нью-гемпширами и род-айландами у помесей в первом поколении появляется небольшое количество пигментированных перьев). С другой стороны, у таких пород кур, как белый виандот и белый плимутрок, этот тип оперения наследуется как типичный рецессивный признак.

Черное оперение кур пород австралорп, минорка, черные леггорны, черные виандоты доминирует над красным оперением кур пород род-айланд, нью-гемпшир и др. При скрещивании черных и некоторых белых (с единичными черными пятнами в оперении) пород кур гетерозиготное потомство первого поколения имеет голубое оперение (голубые андалузские куры), которое при последующем разведении помесей «в себе» дает расщепление на белых, голубых и черных в соотношении, близком 1:2:1.

У индеек черная окраска оперения доминирует над бронзовой; белое
оперение индеек ведет себя как рецессивный признак. Своеобразно
наследуется оперение у кур породы серый полосатый плимутрок. Во-первых, здесь довольно четко выражен половой диморфизм: уже суточные петушки отличаются от молодок тем, что у них на затылке имеется довольно большое светлое пятно (у молодок оно совсем незначительное), а у взрослых птиц полосатость перьев выражена значительно рельефнее у петухов. Признак этот доминирует над сплошной пигментацией. Во-вторых, полосатость плимутроков является типичным примером наследования признаков, сцепленных с полом: при скрещивании таких полосатых петухов с черными курами, например породы минорка, все потомство первого поколения имеет серополосатое оперение, тогда как при реципрокном скрещивании черных петухов породы минорка с полосатыми курами плимутрок
потомство отличается тем, что у всех самцов будет полосатое оперение, а у самок - черное. Своеобразно также проявление этого признака и во втором поколении; от первого типа скрещивания во втором поколении все петухи будут серополосатыми, а среди курочек половина будет черными и другая
половина серополосатыми; от второго типа реципрокного скрещивания во втором поколении, как среди петушков, так и среди курочек, будет поровну черных и серополосатых.

Целью изучения биологии на профильном уровне в старшей школе является развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учеников, освоение ими системы биологических знаний на высоком уровне.

При изучении раздела «Основы генетики и селекции» эта цель может быть реализована через формирование у учеников умений и навыков решения генетических задач различного уровня сложности.

Кроме задач, составленных с учетом взаимодействий аллельных генов, которые обусловливают доминантное, рецессивное наследование признаков, явление неполного доминирования, целесообразно вводить анализ наследования признаков, являющихся следствием взаимодействия неаллельных генов. Решение подобных задач способствует пониманию того, что генотип – это целостная в функциональном плане система взаимодействующих генов.

Наиболее способным ученикам можно поручить самостоятельно составить подобные задачи. Использование заданий такого уровня сложности предполагает усвоение стереотипных вариантов наследования признаков и способствует реализации еще одной важной цели профильного биологического образования воспитание убежденности в познаваемости живой природы.

Промежуточное наследование цвета у ночной красавицы

Взаимодействие неаллельных генов

Комплементарное взаимодействие . Комплиментарность (взаимодополняющее действие генов) – явление, когда признак развивается только при взаимном действии двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых в отдельности не вызывает развития признака.

Пример № 1. Наследование окраски околоцветника у душистого горошка:

А – синтез бесцветного пропигмента;
а – отсутствие пропигмента;
В – синтез фермента, превращающего пропигмент в пурпурный пигмент;
b – отсутствие фермента;
AАbb – белый околоцветник;
аaBB – белый околоцветник;
А -В - – пурпурный околоцветник.

Пример № 2. Наследование окраски у мышей.

Аллельный ген А контролирует синтез черного пигмента у мышей;
а – отсутствие пигмента;
В – ген, обеспечивающий скопление пигмента преимущественно в основании и на конце волоса;
b – равномерное распределение пигмента;
А -В – серая окраска шерсти у мышей (агути);
А -bb – черная окраска шерсти;
ааВ - – белая шерсть;
ааbb – белая шерсть.

Эпистаз – подавление одного гена другим. Если эпистатическим действием обладает доминантный аллель, говорят о доминантном эпистазе. При рецессивном эпистазе такое действие проявляют рецессивные аллели в гомозиготном состоянии.

Пример № 1. Наследование окраски плодов у некоторых тыкв:

В – желтая окраска;
b – зеленая окраска;
А – подавляет проявление окраски;
а – не препятствует проявлению окраски;
В -А - – белая окраска плодов;
bbA - – белая окраска плодов;
В -аа – желтая окраска плодов;
bbaa – зеленая окраска плодов.

Пример № 2. Наследование окраски оперения у кур:

А – черная окраска;
А – белая окраска;
I – ген, подавляющий проявление окраски;
i – ген, не препятствующий проявлению окраски;
А -I - – белая окраска;Ъ
ааI - – белая окраска;
А -ii – черная окраска.

При эпистазе модулирующее действие заключается в подавлении одними генами функции других генов. Гены, оказывающие такой эффект, называются ингибиторами, или супрессорами . Гены, усиливающие функции других генов, называются интенсификаторами .

Полимерия – явление, когда несколько неаллельных доминантных генов отвечают за сходное воздействие на развитие одного и того же признака. Чем больше таких генов присутствует в генотипе, тем ярче проявляется признак. Такие гены называются множественными , полимерными, или полигенными и обозначаются одной буквой латинского алфавита с цифровыми индексами.

Пример. Наследование окраски зерен у пшеницы:

А 1 А 1 А 2 А 2 – красные зерна;
любые три доминантных аллеля – светло-красные зерна;
любые два доминантных аллеля – розовые зерна;
любой один доминантный аллель – светло-розовые зерна;
а 1 а 1 а 2 а 2 – белые зерна.

Плейотропия – множественное действие гена. В этом случае один ген отвечает за развитие нескольких признаков.

Пример. Ген, отвечающий за развитие укороченных ног у кур, определяет развитие укороченного клюва.

Задачи

№ 1. Каким будет генотипическое и фенотипическое расщепление в первом поколении гибридов при скрещивании растений душистого горошка, имеющих генотип: ааВВ и АаВb ; ААbb и АаВb ?

№ 2. Каким будет потомство от скрещивания мышей агути, имеющих генотип АаВb , между собой? Какое фенотипическое и генотипическое расщепление вы ожидаете получить в анализирующем скрещивании, если предполагаете, что исследуемая особь, имеющая серую окраску, является гомозиготной по двум генам? Гетерозиготной по двум генам?

№ 3. Желтые тыквы, имеющие генотип Вbаа , размножаются самоопылением. Какое генотипическое и фенотипическое расщепление вы ожидаете получить у гибридов F 1 ?

Какие результаты вы ожидаете получить при скрещивании зеленых и белых дигетерозиготных тыкв?

№ 4. Какие результаты анализирующего скрещивания вы ожидаете получить, если исследуете генотип растений пшеницы, имеющих розовые зерновки?

№ 5. Доминантный ген, вызывающий развитие укороченных ног у кур, одновременно вызывает укорочение клюва. У гомозиготных цыплят клюв так мал, что они гибнут из-за невозможности пробить скорлупу и выйти из яйца. Каковы будут генотипы и фенотипы 600 цыплят, полученных от скрещивания между собой гетерозиготных птиц с укороченными ногами? Сколько цыплят при этом погибнут, не вылупившись из яиц?

Литература

Богоявленский Ю.К. , Улиссова Т.Н. , Яровая И.М. , Ярыгин В.Н. Биология. – М.: «Медицина», 1999

Максимов Г.В ., Василенко В.Н. , Максимов В.Г. , Максимов А.Г. Краткий словарь генетических терминов. – М.: Вузовская книга, 2001

Ярыгин В.Н. , Васильева В.И. , Волков И.Н. , Синельщикова В.В. Биология. – М.: Высшая школа, 1999

Как известно, доминирование есть подавление действия одной аллели другой аллелью, представляющих собой один ген: А > а, В > b, С > с и т. д.

Но существует взаимодействие, при котором аллель одного из генов подавляет действие аллелей других генов, например А > В или В А, а > В или b > А и т. д. Такое явление «доминирования» между генами называется эпистазом .

Эпистатическое взаимодействие генов по своему характеру противоположно комплементарному взаимодействию.

Гены, подавляющие действие других генов, называются супрессорами, или ингибиторами. Они могут быть как доминантными, так и рецессивными. Гены-супрессоры известны у животных (млекопитающие, птицы, насекомые) и у растений. Обычно они обозначаются I или Su в случае доминантного состояния генов и i или su для их рецессивных аллелей (от английских слов inhibitor или supressor).

В настоящее время эпистаз делят на два типа: доминантный и рецессивный.

Под доминантным эпистазом понимают подавление доминантной аллелью одного гена действия аллельной пары другого гена. Из многих примеров доминантного эпистаза, установленных как на животных, так и на растениях, приведем лишь отдельные.

Некоторые породы кур имеют белое оперение (белый леггорн, белый примутрок и др.), другие же породы имеют окрашенное оперение (австралорп, ньюгемпшир, полосатый плимутрок и др.). Белое оперение разных пород кур определяется несколькими различными генами. Так, например, доминантная белая окраска определяется генами CCII (белые леггорны), а рецессивная белая - ccii (белые суссексы, белые минорки, белые плимутроки). Ген С определяет наличие предшественник пигменту (хромогена), т. е. окрашенность пера, его аллель с - отсутствие хромогена и, следовательно, неокрашенность пера птицы. Ген I является подавителем действия гена С, аллель i не подавляет его действия. В присутствии даже одной дозы гена I в генотипе птицы действие генов окраски не проявится. Поэтому при скрещивании белых леггорнов CCII с цветными породами CCii, как правило, доминирует белая окраска CCIi. При скрещивании белых плимутроков ccii с окрашенными породами CCii гибриды оказываются окрашенными Ccii. Следовательно, у леггорнов белая окраска является доминантной, а у плимутроков - рецессивной.

Если же производится скрещивание белых леггорнов CCII с рецессивными белыми плимутроками ccii, то в первом поколении цыплята оказываются тоже белыми CcIi. При скрещивании между Собой гибридов F 1 во втором поколении имеет место расщепление по окраске в отношении 13 / 16 белых: 3 / 16 окрашенных.

Как можно объяснить полученное отношение? Прежде всего, данное отношение говорит о расщеплении по двум генам, это расщепление можно представить как 9(С-I-) + 3(ccI-) + 1(ccii) = 13 и 3(С-ii), что соответствует формуле 9:3:3:1.

Очевидно, в этом случае окраска леггорнов обязана не присутствию особых генов белой окраски, а действию гена - подавителя окраски (I-). Тогда генотип гомозиготных белых леггорнов должен быть ССII, где I является геном - подавителем окраски, а С - геном окраски. Белые плимутроки по генотипу должны быть гомозиготными по двум рецессивным факторам ccii, где с - отсутствие окраски и i - отсутствие подавления окраски. В силу эпистатирования I > С гибридные куры первого поколения CcIi должны быть белыми. В F 2 все куры с генотипами 9 / 16 С-I-, 3 / 1 6 ccI- и 1 / 1 6 ccii также должны быть белыми, и лишь куры одного фенотипического класса 3 / 1 6 (С-ii) оказываются окрашенными, поскольку здесь содержится ген окраски и нет его подавителя.

Таким образом, подавление действия доминантной аллели гена, Определяющего развитие окраски, доминантной аллелью другого гена (подавителем) обусловливает в F 2 расщепление по фенотипу в отношении 13: 3.

Доминантный эпистаз может давать и другое отношение при расщеплении в F 2 по фенотипу, а именно 12: 3: 1. В этом случае форма гомозиготная по обоим рецессивным факторам aabb, будет фенотипически отличима от форм с доминантными аллелями двух генов А-В- и форм с одной из них: ааВ- и А-bb. Такое расцепление установлено для наследования окраски плодов у тыквы, кожуры у лука и других признаков. В этом случае в расщеплении также принимает участие доминантный ингибитор.

Мы разобрали взаимодействие только двух генов. В действительности по типу эпистаза взаимодействуют многие гены. Гены-подавители обычно не определяют сами какой-либо качественной реакции или синтетического процесса, а лишь подавляют действие других генов. Однако когда мы говорим, что ген-подавитель не имеет своего качественного влияния на признак, то это относится только к данному признаку. На самом же деле ингибитор, подавляя, например, пигментообразование, может оказывать плейотропное действие на другие свойства и признаки.

Под рецессивным эпистазом понимают такой тип взаимодействия, когда рецессивная аллель одного гена, будучи в гомозиготном состоянии, не дает возможности проявиться доминантной или рецессивной аллелям других генов: аа > В или aa > bb.

Мы уже имели случай познакомиться с расщеплением 9:3:4 как результатом . Но эти же случаи можно рассматривать и как пример рецессивного эпистаза.

При скрещивании черных мышей (ААbb) с белыми (ааВВ) все особи F 1 (АаВb) имеют окраску типа агути, а в F 2 9 / 16 всех особей сказываются агути (А-В-), 3 / 16 черные (A-bb) и 4 / 16 белые (ааВ- и aabb). Эти результаты можно объяснить, предположив, что имеет место рецессивный эпистаз типа ааВ-. При этом мыши генотипа ааВ- оказываются белыми потому, что ген а в гомозиготном состоянии, обусловливая отсутствие пигмента, препятствует тем самым проявлению гена-распределителя пигмента В.

Кроме описанных случаев одинарного рецессивного эпистаза, действуют и такие, когда рецессивная аллель каждого из генов в гомозиготном состоянии одновременно реципрокно подавляет действием доминантных аллелей каждого из генов, т. е. аа эпистатирует над В-, a bb над А-. Такое взаимодействие двух подавляющих рецессивных генов называют двойным рецессивным эпистазом . При этом в дигибридном скрещивании расщепление по фенотипу будет соответствовать 9: 7, как и в случае комплементарного взаимодействия генов.

Следовательно, одно и то же отношение можно трактовать и как комплементарное взаимодействие, и как эпистатирование. Сам по себе генетический анализ наследования при взаимодействии генов без учета биохимии и физиологии развития признака в онтогенезе не может раскрыть природы этого взаимодействия. Но без генетического анализа нельзя понять наследственной детерминации развития этих признаков.