Российской Федерации гоувпо удмуртский государственный университет Кафедра экологии животных задачи по биологии задачник Издательство Удмуртский университет Ижевск 2010 2
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
ЧАСТЬ 2. ЗАДАЧИ ПО ГЕНЕТИКЕ Решение генетических задач представляет собой проведение генетического анализа закономерностей наследования. Для решения задач по генетике необходимо знание следующих генетических терминов и понятий аллельные гены (аллели - гены, расположенные в одинаковых локусах (местах) гомологичных хромосом и определяющие альтернативные (взаимоисключающие) признаки доминантный ген – ген, кодирующий признак, проявляющийся как в гомозиготном, таки в гетерозиготном состоянии рецессивный ген - ген, кодирующий признак, подавляемый в гетерозиготном состоянии и проявляющийся только в гомозиготном состоянии генотип - совокупность генов организма при решении генетических задач употребляется в узком значении, как совокупность генов, определяющих рассматриваемые в задаче признаки фенотип - совокупность всех морфологических, биохимических, физиологических, этологических и т. д) признаков организма при решении генетических задач употребляется в узком значении как совокупность признаков, наследование которых анализируется в данной задаче гомозигота - организм (клетка, содержащий идентичные аллели данных генов и образующий один сорт гамет гетерозигота - организм (клетка, содержащий разные аллели данных генов и образующий несколько сортов гамет 27 гемизигота - организм, имеющий только одну аллель данного гена гибриды – особи, получаемые в результате скрещивания гибридизации) организмов с различными признаками гибридные поколения – совокупность гибридов первого, второго и последующих поколений, при условии, что гибриды каждого поколения скрещиваются между собой генетический анализ – совокупность генетических методов, позволяющих понять закономерности наследования признаков гибридологический анализ – главный элемент генетического анализа, сущность которого состоит в анализе наследования отдельных пар признаков в потомстве скрещиваемых организмов, различающихся по одной или нескольким парам альтернативных признаков. Разработан Г. Менделем (1865 г. возвратные скрещивания – скрещивания гибридов с родительскими формами анализирующее скрещивание – скрещивание формы с доминантными признаками, генотип которой нужно определить, с формой, гомозиготной по рецессивным признакам статистические (вероятностные) закономерности – закономерности, основанные на случайных по своей природе событиях, происходящих с определенной вероятностью (выполняются в больших выборках в малых выборках возможны отклонения, обусловленные случайными причинами кроссинговер – взаимный реципрокный) обмен гомологичными участками гомологичных хромосом происходит в профазе первого деления мейоза. 28 Общие правила решения генетических задач При решении генетических задач применяется система условных обозначений А, В, Си т.д. - доминантный гена, сит. д. - рецессивный ген Р - родительское поколение F 1 , F 2 , F 3 и т. д. - первое, второе, третье и т. д. поколения гибридов F b - потомство от возвратного скрещивания F a - потомство от анализирующего скрещивания. Для обозначения генотипа организма гены часто пишут в строчку (Аавв). Данную форму записи называют записью в генном выражении. Такая запись не отражает локализацию генов в хромосомах, поэтому ею нельзя пользоваться при решении задач на сцепленное наследование. Этого недостатка лишена запись в хромосомном выражении аВ С аВ с Параллельные линии здесь обозначают гомологичные хромосомы. При записи генотипов в задачах на сцепленное с полом наследование хромосома гетерогаметного пола обозначается символом . Еще один способ записи генотипов в задачах на сцепленное с полом наследование состоит в символическом обозначении половых хромосом заглавными буквами латинского алфавита (X А X а , а. При анализе наследования удобно пользоваться фенотипическими радикалами, те. записями тех частей генотипов организмов, которые определяют их фенотипы. Например, генотипы Aabb и AAbb будут иметь фенотипический радикал Ab. Поскольку при таком фенотипическом радикале за доминантной аллелью A могут быть скрыты аллели A и a, можно в радикале после A ставить прочерк (A_). Фенотипический радикал b говорит о том, что второй аллелью может быть только 29 рецессивная аллель b. Поэтому в радикал можно вписать и эту аллель - bb. Подставляя в фенотипический радикал на место прочерка разные аллели, можно получить все генотипы, которые соответствуют этому радикалу. Например, радикалу aaB_ соответствуют генотипы aaBB и aaBb. Для правильного восприятия условия задачи необходимо соответствующим образом его оформить. Чаще всего применяется вариант записи, аналогичный записи условия химической задачи. В этом случае с левой стороны тетради в графе Дано записываются словесно в виде букв и цифр все исходные данные. Под горизонтальной чертой записывается вопрос задачи, а справа за вертикальной чертой - ее решение. При написании схемы скрещивания на первое место обычно ставят материнскую особь, на второе - отцовскую. Пример оформления задачи Дано Решение А - ген карих глаза- ген голубых глаз P фенотип ♀ кар. гл. × ♂ гол.гл ♀ - с карими глазами генотип Аа аа ♂ - с голубыми глазами гаметы А a ас карими гл. фенотип ♀ кар. гл ♂ гол.гл. ♂ - с голубыми гл. генотип Аа а ──────────────── Генотипы родителей Ответ ♀ - Аа, ♂ - аа Возможен и другой вариант оформления задачи, когда условие записывается в виде генеалогической схемы. Для написания генеалогических схем применяется система условных обозначений 30 При использовании генеалогической схемы оформление решения выглядит следующим образом Гол. гл. Кар. гл. а аа Кар. гл Гол. гл Аа аа Отметим, что наличие ответа обязательно при любой схеме оформления решения задачи. Количество пунктов в ответе должно соответствовать количеству вопросов. Приступая к решению задачи, прежде всего, следует записать схему скрещиваний и проанализировать ее. Необходимо обратить внимание на фенотипы и количественные соотношения гибридов в каждом поколении, при необходимости определить доминантные и рецессивные признаки. В случаях, когда особи родительского поколения имеют различные фенотипы, 31 единообразие гибридов первого поколения свидетельствует о гомозиготности исходных форм. Расщепление уже в первом поколении свидетельствует о гетерозиготности хотя бы одой из исходных форм. Если особи родительского поколения имеют одинаковые фенотипы, то окончательный вывод о генотипах исходных форм можно сделать, лишь проанализировав расщепление в F 2 . Далее нужно определить тип наследования, рассматриваемый в задаче (моно- или полигенное, независимое комбинирование генов или сцепленное наследование и т. п. Алгоритм определения типов наследования изложен в соответствующих разделах пособия. Раздел 1. Определение типов гамет при известном генотипе Для решения задач данного раздела необходимы знания о закономерностях независимого комбинирования и сцепленного наследования генов, механизмах мейоза и гаметогенеза. Количество сортов гамет, образуемых организмом, при независимом комбинировании или неполном сцеплении генов можно определить по формуле 2 n , где n - число генов, по которым данный организм гетерозиготен. Примеры решения задач Задача 1. Определите, какие гаметы ив каком соотношении образует организм с генотипом с, если известно, что все гены наследуются независимо друг от друга. Решение 32 Организм сданным генотипом гомозиготен по генам Вис, гетерозиготен по генами. Таким образом, число генов, по которым организм гетерозиготен, равно двум. Подставив число 2 в формулу для определения количества сортов гамет, получаем 2 2 = 4 сорта гамет. Теперь определим сорта гамет генотип AaBBccDd гаметы ABcD ABcd aBcD aBcd При независимом комбинировании генов образование любого сорта гамет равновероятно, поэтому в данном случае все гаметы образуются с частотой 25%. Ответ данный организм образует 4 сорта гамет 25% - ABcD, 25% - ABcd, 25% - aBcD, 25% - aBcd. Задача 2. Генотип организма AaBbdd. Аллели A и b располагаются водной хромосоме, a ив другой. Ген d наследуется независимо от генов A и B. Какие сорта гамет и с какой частотой образует этот организм, если 1) гены A и B проявляют полное сцепление 2) между генами A и B возможен кроссинговер в 20% случаев Решение 1. При полном сцеплении генов особи, гетерозиготные даже по нескольким сцепленным генам, образуют лишь по два сорта гамет (как при моногибридном скрещивании. Таким образом, в первом случае, указанная в задаче гетерозигота образует только два сорта гамет. Оба сорта гамет образуются с одинаковой вероятностью - по 50%: генотип Ab d aB d гаметы 50% Abd 50% aBd 2. По условию задачи расстояние между сцепленными генами составляет 20%, значит частота 33 образования кроссоверных гамет также составляет 20%. Тку родительской особи водной из гомологичных хромосом находились гены Ab, а в другой - aB, то кроссоверными являются гаметы ABd и abd, т. кв них наблюдаются новые комбинации генов - AB и ab. Оба сорта кроссоверных гамет образуются с одинаковой вероятностью - по 10% (20:2), некроссоверные гаметы (Abd и aBd) образуются с вероятностью по 40% ((100- 20):2): генотип Ab d aB d гаметы 40% Abd 40% aBd 10% ABd 10% abd Ответ 1) 50% - Abd, 50% - aBd; 2) 10% - ABd, 10% - abd, 40% - Abd, 40% - aBd. Задача 3. У человека рецессивный ген гемофилии (h) и рецессивный ген дальтонизма (d) локализованы в Х- хромосоме на расстоянии 9,8 сантиморгана. Определите, какие гаметы ив каком количестве образуют лица, имеющие следующие генотипы а) женщина с генотипом Х Dh Х dH ; б) мужчина, рецессивный по обоим генам Решение 1. Расстояние между генами отражает примерный процент кроссинговера между ними и соответственно относительную долю кроссоверных гамет (9,8 %). Т.к. образование кроссоверных гамет есть результат одного события то и их соотношение должно быть примерно равно. В данном случае кроссоверных гамет X DH и X dh образуется приблизительно по 4,9 % каждого типа. Женщина продуцирует некроссоверные гаметы типа X Dh и X dH приблизительно по 45,1% каждого типа. 34 2. Мужчина является гемизиготой по анализируемыми генам, т.к. хромосома не содержит соответствующих аллелей, поэтому он продуцирует два типа гамет (X dh ив равном соотношении (по 50%). Ответа и X dH пои (по 4,9 %); б) X dh и Y (по 50%). Задачи для самостоятельного решения 1. Генотип организма – AabbDDCcEe. Определите, какие гаметы и с какой частотой он образует, если известно, что все гены находятся в негомологичных друг другу хромосомах. 2. Определите, какие гаметы, и с какой частотой образует тригетерозиготный организм, являющийся потомком от скрещивания родительских форм с генотипами AAbbCC и aaBBcc при полном сцеплении генов. 3. Генотип организма – MmnnPp. Аллели генов M и N расположены водной паре хромосома гена P – в другой. Определите вероятности образования гамет различных сортов этим организмом. 4. Аллели генов F и J расположены водной паре хромосома гена Н – в другой. Расстояние между генами F и J составляет 40 сантиморганов. Определите долю (%) каждого сорта гамет (без учета случаев двойного кроссинговера между генами F и J), если организм гетерозиготен по всем трем генами водной из его гомологичных хромосом расположены гены F и j, а в другой – f и J. 5. Расстояние между генами A и B составляет 10%, между генами Си. Какие кроссоверные гаметы и 35 с какой частотой образуют организмы со следующими генотипами абс Раздел 2. Задачи по теме «Моногибридное скрещивание Задачи на моногибридное скрещивание предполагают анализ наследования признаков, определяемых аллелями одного гена. Для успешного решения этих задач необходимо знание механизмов мейоза, правила чистоты гамет, закона единообразия гибридов первого поколения, закона расщепления, типов взаимодействия аллельных генов. Необходимо знание следующих понятий полное доминирование – тип взаимодействия аллельных генов, следствием которого является формирование у гетерозигот признака (или признаков, определяемого одним из пары аллельных генов неполное доминирование – тип взаимодействия аллельных генов, в результате которого у гетерозиготимеет место промежуточное проявление признака по сравнению с признаками, которые определяются каждым из аллелей в гомозиготном состоянии кодоминирование – тип взаимодействия аллельных генов, в случае которого в гетерозиготе каждый из генов имеет самостоятельное фенотипическое проявление аллельное исключение – тип взаимодействия аллельных генов, когда в части клеток гетерозиготного организма доминирует один аллель, а в части – другой 36 cверхдоминирование – более сильное проявление признака у гибрида, по сравнению как с рецессивной, таки с доминанитной гомозиготой. Примеры решения задач Задача 1. У арбуза окраска плодов бывает зеленой и полосатой. Гибриды от скрещивания зеленоплодного сорта с полосатоплодным - зеленоплодные. От скрещивания гибридов первого поколения между собой получено 65 растений с зеленой окраской плодов и 21 - с полосатой. Каков характер наследования окраски Каковы генотипы всех форм, встречающихся в этом скрещивании Какова доля гомозигот среди растений с зелеными и полосатыми плодами в F 2 ? Решение 1. Запишем схему скрещиваний, указав в ней только фенотипы и количество всех форма зеленый х полосатый зеленые х зеленые F 2 65 21 зеленые полосатые 2. Проанализируем схему скрещиваний. Проявление в первом поколении только зеленой окраски свидетельствует о доминировании данного признака и гомозиготности исходных форм. Расщепление в F 2 очень близко к 3/4:1/4, что соответствует моногибридному скрещиванию. Незначительные отклонения от ожидаемого соотношения могут быть обусловлены случайными причинами. Таким образом, окраска плодов арбуза определяется одной парой аллельных генов. 37 3. Запишем генотипы всех форм, обозначив ген зеленой окраски А, ген полосатой - а. Генотип родительской формы из линии с зелеными плодами - АА, с полосатыми - аа. Генотипы гибридов F 1 - Аа, гибридов F 2 с полосатой окраской плодов – аа, с зеленой – Аи поскольку определить по фенотипу генотип особи с доминантными признаками нельзя, можно ограничиться записью фенотипического радикала – А. 4. Определим долю гомозигот среди форм с одинаковыми фенотипами в F 2 . Все растения с полосатой окраской плодов гомозиготны, т. к. признак полосатой окраски рецессивен и проявляется только в гомозиготном состоянии. Чтобы определить долю гомозигот среди растений с зеленой окраской плодов нужно проанализировать расщепление по генотипу в F 2 . Для этого необходимо выявить частоты всех возможных комбинаций генов в зиготах. Проще всего это сделать, начертив решетку Пеннета. В верхнюю строку решетки записываются мужские гаметы, в крайний левый столбец - женские. Внутри решетки записываются всевозможные комбинации гамет. В нашем случае запись будет выглядеть следующим образом ♂ ♀ А а А АА Аа а Аа аа Из решетки Пеннета следует, что доля гомозигот среди растений с зелеными плодами должна составлять 1/3 часть. На основании этого мы можем сказать, что примерно 1/3 из 65 растений с зелеными плодами - гомозиготны. Более точный ответ при настоящем условии 38 задачи мы дать не можем, т. к. генетические закономерности носят статистический (вероятностный) характер. Ответ наследование по типу полного доминирования. P - АА и аа, F 1 - Aa, F 2 - 1AA, 2 Aa, 1 аа. Доля гомозигот в F 2 у растений, имеющих зеленые плоды, составляет примерно 33%, у растений, имеющих полосатые плоды, - 100%. Задача 2. Определите вероятность рождения ребенка альбиноса в семье здоровых родителей, если матери обоих супругов страдали альбинизмом. Известно, что альбинизм наследуется как рецессивный аутосомный признак. Решение 1. Запишем схемы скрещиваний (всего необходимо записать три схемы) или составим генеалогическую схему этот способ предпочтительнее) и проанализируем ее Больна Здоров Больна Здоров Здорова Здоров Здорова Здоров Болен 2. Поскольку альбинизм наследуется как рецессивный признак, то он проявляется только у гомозигот по гену альбинизма. Значит, матери обоих супругов гомозиготны по гену альбинизма, который они передают своим детям. Отсюда следует, что каждый из 39 супругов гетерозиготен поданному гену (Аа) и образует по два сорта гамет – Аи а. 3. Заполним решетку Пеннета: ♂ ♀ А а А АА Аа а Аа аа Анализ решетки показывает, что вероятность рождения ребенка, гомозиготного по гену альбинизма, составляет 25%. По мере решения задачи рядом с символами, обозначающими конкретных особей, следует записывать генотипы этих особей. Ответ 25 % Задача 3. При скрещивании между собой чистопородных белых кур потомство оказывается белым, при скрещивании черных кур – черным. Все потомство от скрещивания белой и черной куриц – имеет пеструю окраску. Какое оперение будут иметь а) потомки белого петуха и пестрой курицы, б) двух пестрых родителей Решение Ни черные и ни белые куры при скрещивании между собой не дают расщепления, следовательно, они гомозиготны. Т.к. потомство от скрещивания белой и черной куриц имеет промежуточную (пеструю) окраску, то можно предположить явление аллельного исключения при неполном доминировании гибриды должны иметь равномерно серое оперение. Обозначим генотип черных кур – АА, белых – аа, пестрых – Аа. Запишем схемы требуемых скрещиваний. 40 а) P Аа х аа пестрая белый F 1 1 Аа : 1аа пестрые белые б) P Аа х Аа пестрая пестрый F 1 1АА: 2Aa: 1аа черные пестрые белые Ответа) потомки имеют родительские признаки в примерно равном соотношении анализирующее скрещивание б) появляются особи, имеющие все три типа окраски, в соотношении 1 часть черных, 2 части пестрых, 1 часть белых. Задачи для самостоятельного решения 1. У человека ген дальнозоркости доминирует над геном нормального зрения. В семье мужи жена страдают дальнозоркостью, однако матери обоих супругов видели нормально. Каковы вероятности рождения в данной семье детей с нормальным зрением 2. Ген черной масти у крупного рогатого скота доминирует над геном красной масти. Какое потомство получится от скрещивания чистопородного черного быка с красными коровами Каким будет потомство от скрещивания между собой гибридов F 1 ? Какие телята родятся от красного быка и гибридных коров 3. Стандартные норки имеют коричневый меха алеутские - голубовато-серый. Коричневая окраска доминирует. Какое потомство получится от скрещивания представителей двух пород Что получится в результате 41 скрещивания гибридов F 1 ? Какой результат даст скрещивание алеутского отца сего гибридной дочерью 4. Иммунность к головне у овса доминирует над восприимчивостью к этой болезни. Какое потомство получится от скрещивания гомозиготных иммунных особей с гомозиготными растениями, поражаемыми головней Что получится от скрещивания между собой таких гибридов Какой результат даст скрещивание растений F 1 с родительской формой, лишенной иммунитета 5. Желтая морская свинка при скрещивании с белой всегда дает кремовых потомков. Скрещивание кремовых свинок между собой всегда дает расщепление 1 часть желтых к 2 кремовыми белой. Почему 6. При скрещивании горностаевых петуха и курицы получено 46 цыплят. Из них 24 горностаевых, 12 черных и 10 белых. Как наследуется горностаевая окраска Каких надо брать родителей, чтобы получать только горностаевых цыплят 7. Две черные самки мыши скрещивались с коричневым самцом. Одна самка в нескольких пометах дала 20 черных и 17 коричневых потомков, а вторая в общей сложности 33 черных. Определите генотипы родителей и потомков. 8. Галактоземия неспособность усваивать молочный сахар) наследуется как аутосомный рецессивный признак. Развитие болезни можно предупредить специальной диетой. Какова вероятность рождения больных детей в семье, где один из супругов гомозиготен по гену галактоземии, но развитие у него нарушения обмена веществ предупреждено диетой, а 42 второй гетерозиготен по галактоземии Какова вероятность рождения здоровых детей в этой семье 9. Мужчина с брахидактилией (короткопалостью), отец, бабушка и прабабушка по материнской линии которого также были носителями данного признака, женится на женщине с нормальными пальцами. Каким геном (доминантным или рецессивным) определяется брахидактилия? Какова вероятность рождения ребенка с брахидактилией в этой семье Раздел 3. Задачи по теме Множественный аллелизм» Множественный аллелизм – разнообразие аллелей одного гена (при множественном аллелизме ген может быть представлен более чем двумя аллелями. Явление множественного аллелизма наблюдается в тех случаях, когда какой-либо ген в популяции представлен как минимум тремя аллелями. При этом в генотипе каждого диплоидного организма может быть представлено лишь два из серии аллельных генов. Типичным примером множественного аллелизма может служить наследование групп крови у человека, которые определяются тремя аллельными генами. Два из них - доминантны (I A ,I B ), а один - рецессивен (i). Первую (нулевую - 0) группу крови имеют люди, с генотипом ii, вторую (Ас генотипом или I A i, третью (В) - с генотипом I B I B или I B i. Четвертую (AB) группу крови имеют люди, гетерозиготные по доминантным аллелям (I A I B ). Наследование четвертой группы крови является примером кодоминирования. 43 Примеры решения задач Задача 1. В родильном доме перепутали двух девочек. У одной из них оказалась первая группа крови, у другой - четвертая. У одной из родительских пар были первая и вторая группы крови, у другой - вторая и третья. Распределите детей по родительским парам. Решение Запишем возможные генотипы детей и родителей. 1 девочка - первая группа- ii, 2 девочка - четвертая группа- I A I B , 1 пара родителей первая группа- ii, вторая группа - I A _ (второй ген может быть как I A , таки пара родителей вторая группа- второй ген может быть как I A , таки третья группа - I B _ (второй ген может быть как I B , таки. Первая девочка может быть дочерью как первой, таки второй родительских пар, так как в генотипах всех родителей возможно присутствие гена i. Однако, вторая девочка может быть дочерью только второй пары родителей, так как только в генотипах этой пары есть гены, сочетание которых может обеспечить четвертую группу крови. Таким образом, первая девочка принадлежит первой паре родителей. Ответ первая девочка – дочь первой пары родителей, вторая девочка – дочь второй пары родителей. Задача 2. Ген |