Схема передачи наследственной информации от ДНК к м-РНК и к белку

Схема передачи наследственной информации от ДНК к м-РНК и к белку

ДНК (фрагмент)
м-РНК (фрагмент)	АУГ	ГТА	УУУ	ГУГ	ЦГУ
Антикодоны т-РНК	УАЦ	ЦЦУ	ААА	ЦАЦ	ГЦА
Полипептид (фрагмент)	метионин	глицин	фенилаланин	валин	аргинин

1.2 Молекулярные основы наследственности с примерами решения типовых задач

Задача 1

На репликацию ДНК (удвоение, редупликацию)

Одна из цепочек ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов ГГТ ААА ТЦГ ГАГ ТАТ ГГТ АЦГ. Определите последовательность второй цепочки той же молекулы ДНК. Если известна последовательность нуклеотидов в первой цепочке, то для второй цепочки необходимо по принципу комплементарности заменить тимин на аденин, аденин на тимин, гуанин на цитозин, цитозин на гуанин.

Решение:

Первая цепочка ДНК:

Вторая цепочка ДНК: после удвоения

Ответ: последовательность нуклеотидов второй цепи молекулы ДНК ЦЦА ТТТ АГЦ ЦТЦ АТА ЦЦА ТГЦ.

Задача 2

На определение строения м-РНК по структуре ДНК

Определите м-РНК, если фрагмент смысловой (кодогенной) цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦТЦ ЦАТ ГАТ ААЦ ЦТГ. Поскольку транскрипция происходит по принципу комплементарности межмолекулярных взаимодействий нуклеотидов, образующих пары А-У, Г-Ц, следовательно м-РНК на данном участке будет иметь следующий вид:

Цепочка ДНК: Цепочка м-РНК:

В РНК, как отмечено выше, вместо азотистого основания тимина входит урацил.

Ответ: м-РНК ГАГ ГУА ЦУА УУГ ГАЦ

Задача 3

На определение строения молекулы белка по структуре молекулы ДНК

Фрагмент смысловой молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в следующей последовательности: ТАЦ ААЦ ТГА ЦГЦ ТТТ АГА ЦТТ ЦАГЦЦЦ.

Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

Решение: В начале определяем строение м-РНК, исходя из принципа комплементарности А-У и Г-Ц, что памятуя, что в РНК вместо тимина азотистое основание урацил.

Цепочка ДНК: Цепочка м-РНК:

По таблице генетического кода находим аминокислоты, которые закодированы в данной м-РНК, всего 9 триплетов:

1) кодону (триплета) АУГ соответствует аминокислота - метионин,

2) УУГ - лейцин,

3) АЦУ-треонин,

4) ГЦГ-аланин,

5) ААА - лизин,

6) УЦУ-серин,

7) ГАА - глютаминовая кислота,

8) ГУЦ-валин,

9) ГТГ - глицин.

Ответ: последовательность аминокислот в полипептидной цепи: метионин, лейцин, треонин, аланин, лизин, серии, глютаминовая кислота, валин, глицин.

Задача 4

На определение структуры ДНК по строению молекулы белка.

Фрагмент молекулы белка миоглобина содержит аминокислоты, расположенные в следующем порядке: валин - аланин - глютаминовая кислота - тирозин - серии - глютамин.

Напишите структуру участка молекулы ДНК, кодирующего эту последовательность аминокислот?

Решение: 1. По таблице генетического кода находим триплеты, кодирующие каждую из указанных аминокислот: валин - ГУУ, аланин - ГЦУ, глютаминовая кислота - ГАА, тирозин - УАУ, серии - УНУ, глютамин - ЦАА.

Полученная цепочка отражает строение молекулы м-РНК: ГУУ ГЦУ ГАА УАУ УЦУ ЦАА.

2. После этого определяем строение цепочки ДНК, которая кодировала строение м-РНК.

Цепочка м-РНК: ГУУ ГЦУ ГАА УАУ УЦУ ЦАА.

Ответ:

Кодогенная смысловая цепочка ДНК: ЦАА ЦГА ЦТТ АТА АГА ГТТ

| | | | | | | | | | | | | | | | | |

Вторая цепочка ДНК: ГТТ ГЦТ ГАА ТАТ ТЦТ ЦАА

Вторая цепочка ДНК достраивается по принципу комплементарности.

Задача 5

Задача 6

Задача 7

На определение молекулярного веса белка и молекулярного веса и длины кодирующего его гена

Белок содержит 177 аминокислот. Какую длину и вес имеет определяющий его ген, а также какой вес имеет данный белок, учитывая, что средний молекулярный вес аминокислоты около 110, нуклеотида около 330, расстояние между двумя соседними нуклеотидами в молекуле ДНК 0, 34 нм.

Решение: Исходный белок включает 177 аминокислот, вес одной аминокислоты около 110, следовательно молекулярный вес белка 177x110=19470.

Каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов, следовательно в гене содержится 177x3=531 нуклеотид. Молекулярный вес гена составляет 531x330=175.230; длина гена - 531x0, 34 нм=180, 54 нм.

Ответ: молекулярный вес белка 19470, молекулярный вес кодирующего его гена - 175230, длина гена 180, 54 нм.

Задача 8.

Задача 9

Задача 1

Фрагмент смысловой (кодогенной) цепочки молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ААЦГАЦТАТЦАЦТАТАТА ЦЦА.

Определите последовательность нуклеотидов второй цепочки этой же молекулы ДНК.

Задача 2

Молекула ДНК при плавлении распалась на две цепочки. Одна из них имеет следующее строение: АЦЦАГТГАЦЦАТГАА. Определите строение второй цепочки молекулы ДНК.

Задача 3

Установлен участок одной из цепочек ДНК, включающий 21 нуклеотид в следующем порядке: ТАГЦААГТГАГГТАТЦАЦАТА. Определите последовательность второй цепочки молекулы ДНК.

Тип 2. Репликация м-РНК на молекуле ДНК (транскрипция). Определение первичной структуры белка.

Задача 4

Фрагмент смысловой цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: АААГАТЦАЦАТАТТТЦТГТТА. Определите строение молекулы м-РНК, синтезирующейся в процессе транскрипции на этом участке молекулы ДНК.

Задача 5

Участок молекулы ДНК состоит из следующих нуклеотидов: ЦТЦТТЦАГ-ГТАТТЦЦАЦЦТЦЦ. Определите структуру м-РНК и первичную структуру белка, которые кодируются этим смысловым отрезком молекулы ДНК?

Задача 6

Участок м-РНК, образовавшийся после транскрипции, имеет следующий состав кодонов: ГЦГАЦАУУУУЦГЦГУАГУАГА. Определите: а) состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, б) какие кодоны отрезка ДНК будут кодировать эту м-РНК и в какой последовательности они будут располагаться.

Задача 7

Фрагмент белка цепи А-инсулина состоит из 5 аминокислот: глицин - изолейцин - валин - глутамин - глутамин. Определите: а) структуру участка м-РНК, кодирующего этот участок инсулина, б) антикодоны т-РНК к указанным аминокислотам?

Задача 8

Последовательность кодонов в м-РНК: 1. АУГ, 2. УУУ; 3. ААА; 4. АГУ; 5. ЩЩ. Определите последовательность антикодонов т-РНК комплементарным данным кодонам: 1, ГГГ; 2. ЦЦЦ; 3. ААА; 4. УАЦ; 5. УУУ; 6. УАА; 7. УГА; 8. УАГ; 9. УЦА.

Задача 9

Фрагмент молекулы белка состоит из следующих 7 аминокислот: валин -аспарагин - аланин - пролин - тирозин - серии - триптофан. Определите: а) структуру участка м-РНК, кодирующего данные аминокислоты: б) ген, несущий информацию об этом белке.

Задача 10

Белковая часть гемоглобина человека состоит из 2-х а - цепей и 2-х р цепей. В а -цепь входит 141 аминокислота, в Р цепь 146 аминокислот. У больных людей серповидноклеточной анемией в 6-ом положении вместо глютаминовой кислоты становится валин, и состав β цепь гемоглобина (HbS) имеет следующий вид: валин - гистидин ² - лейцин³ - треонин ⁴ - пролин ⁵ - валин ⁶ - глютаминовая кислота⁷ - лизин ⁸.

Постройте участок ДНК (НbА) здорового человека, учитывая замену в 6 положении Р цепи и участок ДНК (HвS), больного серповидноклеточной анемией. Определите изменение в участке ДНК, приведшее к заболеванию.

Задача 11

Последовательность нуклеотидов в ДНК: ААТТАЦГТЦААТТАЦ. 1. Постройте м-РНК; 2. Определите последовательность аминокислот в белке. 3. Что произойдет, если между 9-м и 10-м нуклеотидами в м-РНК будет вставка урацила?

Задача 12

Инсулин содержит 51 аминокислоту. Средний молекулярный вес аминокислоты 110, а нуклеотида около 330. Определите молекулярный вес гормона инсулина и молекулярный вес кодирующего его гена.

Задача 13

Сколько аминокислот содержит белок, если кодирующая часть соответствующего гена состоит из 1500 нуклеотидов?

Задача 14

Сколько видов т-РНК может быть использовано для включения в полипептидную цепь аминокислоты триптофана?

Задача 15

Сколькими т-РНК и какими соответственно антикодонами т-РНК будет возможна доставка следующих аминокислот к месту синтеза белка на полиробосоме: метионина, фенилаланина, валина, триптофана?

Задача 16

Нуклеиновая кислота бактериофага имеет молекулярный вес 10⁷. Сколько белков закодировано в ней, если учесть, что белок состоит в среднем из 400 аминокислот, а молекулярный вес нуклеотида 330?

Задача 17

Белок состоит из 500 аминокислот. Какую длину имеет определяющий его ген, если расстояние между двумя соседними нуклеотидами в двухцепочной ДНК составляет 0, 34 нм?

Задача 18

Определите процентное содержание всех нуклеотидов в молекуле ДНК, если адениловых нуклеотидов 20%.

Задача 19

Сколько аминокислот содержится в белке, если в гене, который его кодирует содержится адениловых и тимидиловых нуклеотидов по 150, а гуаниловых и цитидиловых по 300?

Задача 20

В ДНК вируса закодировано 15 белков, состоящих в среднем из 5000 аминокислот каждый. Определите массу вирусной ДНК, если молекулярный вес одного нуклеотида - около 330.

Задача 21

Вирус табачной мозаики содержит белок с молекулярной массой 17-18 10³. Капсид вируса табачной мозаики состоит из 2000 идентичных молекул белка, уложенных по спирали. Определите: 1) количество аминокислот, входящих в данную молекулу белка, 2) число нуклеотидов в молекуле РНК, кодирующих данный белок, 3) молекулярный вес капсида вируса.

Задача 22

В фрагменте молекулы ДНК обнаружено 1400 гуаниловых нуклеотидов, что составляет 24% общего количества. Сколько содержится в этом фрагменте ДНК цитидиловых, тимидиловых, адениловых нуклеотидов?

Задача 23

Яичный альбумин имеет молекулярную массу 36000, молекулярный вес одной аминокислоты равен ПО. Определите количество нуклеотидов в гене и его длину, кодирующем яичный альбумин?

Задача 24

Определите антикодоны молекул т-РНК, которые доставляют следующие аминокислоты к месту синтеза белка на полиробосоме: метионин, лизин, фенилаланин, серии, гистидин, треонин, изолейцин.

Задача 25

В нормальном гемоглобине НвА фрагмент (3 цепи (4-тый пептид) состоит из 8 аминокислот: валин - гистидин - лейцин - треонин - пролин - глютаминовая кислота - глютаминовая кислота - лизин. В гемоглобине g в этом пептиде в положении 6 вместо глютаминовой кислоты стоит глицин. Определите изменения на данном участке м-РНК и соответственно ДНК, кодирующим g - гемоглобин.

Задача 26

Сложные вирусы могут содержать до 200 генов. Типичные белки состоят в среднем из 500 аминокислот, молекулярный вес одной аминокислоты - ПО, а молекулярная масса одного нуклеотида составляет 330. Определите молекулярную массу одного типичного белка и молекулярную массу вирусной ДНК?

Раздел III

Решение

Обозначим гены: Согласно закону Менделя расщепление по

А - вихрастая шерсть фенотипу должно идти в соотношении 3: 1,

фактически же получилось соотношение

3, 6: 1, такое отклонение допустимо, так как

закономерности расщепления носят

статистический характер, чтобы

совпадение расщепления было,

более достоверным,

потомство должно быть многочисленным.

Значимость отклонения от теоретически ожидаемого результата оценивается (чаще всего) методом

Σ - сумма результатов по всем классам в эксперименте, О - наблюдаемое, Е -ожидаемое.

Ответ: доминантный признак - вихрастая шерсть, родители по генотипу гетерозиготны Р: ♀ Аа х ♂ Аа

Расщепление по генотипу согласно закону Менделя должно быть 1: 2: 1, т.е. среди вихрастых одна часть гомозиготна, а две части гетерозиготны, следовательно гомозиготны примерно шесть молодых свинок (может быть больше или чуть меньше).

Неполное доминирование

В природе наряду с полным доминированием часто встречается неполное (промежуточное), когда гетерозиготы имеют иной фенотип, чем исходные родительские формы, выражение признака у гетерозиготы оказывается промежуточным. Неполное доминирование заключается в ослаблении действия доминантного аллеля в присутствии рецессивного.

Например, у человека анофтальмия (отсутствие глазных яблок) обусловлена аутосомно-рецессивным геном, нормальная величина глазных яблок - доминантным геном. Гетерозиготы имеют микрофтальмию, т.е. уменьшенную величину глазных яблок. У гомозигот по рецессивным аллелям глазные яблоки отсутствуют, у гетерозигот обнаруживается микрофтальмия, у гомозигот по доминантным аллелям яблоки имеют нормальную величину. Задача 3

На определение генотипа и фенотипа потомства детей по фенотипу и генотипу родителей при неполном (промежуточном) доминировании

Здоровая женщина с нормальной величиной глазных яблок выходит замуж за мужчину, страдающего анофтальмией (отсутствие глазных яблок). Каков прогноз потомства, если дети от указанной пары вступят в брак с себе подобными (избранные браки).

Решение:

Обозначим гены, определяющие развитие глазных яблок: А - нормальная величина глазных яблок, а - анофтальмия, Аа - микрофтальмия

F₂: АА: 2Аа: аа

1: 2: 1 три фенотипических класса, расщепление по фенотипу.

1: 2: 1 три генотипических класса, расщепление по генотипу. Ответ: в первом поколении (F1), когда родители гомозиготны (анофтальмия проявляется только у гомозигот по рецессивным аллелям), все дети имеют уменьшенную величину яблок (микрофтальмия); генотипически они все гетерозиготны, т.е. проявился I закон (правило) единообразия. Г. Менделя, однако, фенотипически дети не имеют сходства с родителями.

Во втором поколении (F₂) при неполном доминировании расщепление по фенотипу и генотипу совпадает 1: 2: 1, т.е. 1/4(25%) детей с нормальной величиной глазных яблок; 1/2(50%) с микрофтальмией 1/4(25%) детей с отсутствием глазных яблок (анофтальмией).

У человека наследуются неполным доминированием признак волнистых волос, заболевания: акаталазия, микрофтальмия, фенилкетонурия, серповидно-клеточная анемия и др. Отклонения от ожидаемого расщепления, связанные с летальными генами

В природе в некоторых случаях во втором поколении расщепление может отличаться от ожидаемого, в связи с тем что гомозиготы по некоторым генам оказываются нежизнеспособными. У человека аналогично наследуется доминантный ген брахидактилии (укороченные фаланги пальцев и редуцированное число самих фаланг). В браках, когда муж и жена страдают брахидактилей, рождаются дети в отношении: две части короткопалых и одна часть с нормальными пальцами (2: 1, а не 3: 1), доминантные гомозиготные особи погибают еще в эмбриональном развитии.

Задача 4

На определение фенотипа и генотипа потомства по фенотипу и генотипу

родителей при отклонении от ожидаемого расщепления

Одна из пород кур отличается укороченными ногами. Признак этот - доминантный. Контролирующий его ген вызывает одновременно также и укорочение клюва. При этом у гомозиготных цыплят клюв так мал, что они не в состоянии пробить яичную скорлупу и гибнут, не вылупившись из яйца. В инкубаторе хозяйства, разводившего только коротконогих кур, получено 4500 цыплят. Сколько среди них коротконогих?

Решение:

Обозначим гены, определяющие развитие ног и клюва.

А - укороченный клюв и укороченные ноги

а - нормальный клюв,

АА - укороченный клюв, укороченные ноги, летальные гомозиготы.

Поскольку в инкубаторе разводили только коротконогих кур, следовательно все куры в данном хозяйстве по генотипу - гетерозиготны (гомозиготы, как было отмечено, гибнут, не вылупившись).

Наблюдается расщепление 2: 1, т.е. коротконогие составляют две трети

выводка — в данном случае

Ответ: количество коротконогих с укороченным клювом 3000 цыплят.

Явление, когда один ген определяет, т.е. детерминирует, несколько признаков, причем один из них в большей степени, чем другие, носит название плейотропии.

Анализирующее скрещивание

При полном доминировании одного аллеля над другим гомозиготные особи по доминантному аллелю не отличимы фенотипически от гетерозиготных особей и различить их можно только с помощью анализирующего скрещивания.

Скрещивание исследуемой особи с доминантным признаком с особью гомозиготный по этому рецессивному аллелю называют анализирующим скрещиванием. Если при анализирующем скрещивании все потомство единообразно по фенотипу и генотипу, значит, анализируемая особь гомозиготна по доминантным аллелям, если произойдет расщепление, то она гетерозиготна.

Задача 5

Определение фенотипа и генотипа детей по генотипу и фенотипу родителей при анализирующем скрещивании

От брака голубоглазого мужчины, родители которого имели карие глаза, и кареглазой женщины, у отца которой глаза были голубые, а у матери карие, родился ребенок с карими глазами. Какова вероятность рождения в этой семье детей с голубыми глазами?

Решение: Обозначим гены:

А - карие глаза

а - голубые глаза

Сочетание гамет свободное, поэтому образуются особи с генотипами Аа и аа в соотношении 1: 1 или 50%: 50%. Половина потомства, т.е. 1\2 детей будет с карими глазами и1\2 с голубыми.

Так как мужчина голубоглазый, он гомозиготен по рецессивным аллелям. Его жена кареглазая, но у ее отца глаза были голубыми, следовательно по генотипу она гетерозиготна. Записываем генотипы родителей и гаметы.

Гомозиготные особи образуют один тип, или сорт гамет, поэтому мужчина имеет гаметы только с рецессивным геном а. Женщина гетерозиготна по генотипу - Аа и образует 2 типа гамет и

Ответ: вероятность рождения голубоглазых детей в данной семье 50%, или 1\2.

Таким образом, при анализирующем моногибридном скрещивании расщепление потомства по фенотипу и генотипу 1: 1, когда исследуемая особь гетерозиготна по генотипу, если же особь - гомозиготна по доминантным аллелям, то все потомство будет единообразно по фенотипу и генотипу (I закон Менделя).

Типы наследования.

Моногенное наследование_- как механизм передачи, потомку качественных характеристик (группа крови, Rh-антиген и др), т.е. признак определяется аллелями одного гена.

Полигенное наследование - как механизм передачи количественных признаков (вес, рост, гипертония, и др.), т.е. признак определяется взаимодействием нескольких генов.

Гипотеза чистоты гамет.

Аллельные гены в гетерозиготном состоянии не изменяют друг друга, не сливаются, не разбавляются. В гамете может быть лишь один из аллельных генов, поэтому гаметы остаются «чистыми», и один из аллельных генов определяет развитие только одного из альтернативных признаков.

Крови

Группа крови реципиента	Антигены эритроцитов	Антитела сыворотки	Реакция агглютинации сыворотки реципиента с эритроцитами групп крови (донора)
О	А	В	АВ
О(I)	О	α и β,	-	+	+	+
А (II)	А	β	-	-	+	+
В(III)	В	α	-	+	-	+
АВ (IV)	А и В	О		-	-	-

Переливают кровь одноименной группы с учетом резус-фактора. 85 % людей европеоидной расы резус-положительные (Rh⁺), так как они имеют резус-антиген на примембранных слоях эритроцитов, а 15% резус-отрицательных, не имеющих резус-антигена. Естественных резус-антител в сыворотке крови человека при рождении нет, но при попадании в резус-отрицательный организм (при переливании крови, беременности) резус-фактор вызывает образование антител. В связи с этим несовместимость по резус-фактору, возникает при переливании крови резус-положительной в резус-отрицательную, а также в браках, когда женщина резус-отрицательная по генотипу, а мужчина резус-положительный. Дети унаследуют резус-положительный фактор от отца. Кровоток матери отделен от кровотока плода плацентарным барьером, через который эритроциты плода не могут проникать в кровеносное русло матери. Первая беременность, как правило, заканчивается благополучно. Небольшое количество эритроцитов ребенка при родах проникает в кровь матери, в результате этого резус-антиген вызывает выработку резус-антител в сыворотке крови матери, что приводит при последующих беременностях к несовместимости крови матери и плода, т.к. резус-антитела матери способны проходить через плацентарный барьер и взаимодействовать с Rh-фактором плода. В результате этого может возникнуть иммунологический конфликт, произойдет гемолиз эритроцитов и разовьется гемолитическая желтуха новорожденного.

В настоящее время эта проблема решена путем введения резус-отрицательным женщинам, если она в браке с резус-положительным мужчиной, сыворотки с резус-антителами, с тем чтобы они провзаимодействовали с резус-антигеном эритроцитов плода, попадающих во время рождения, не допуская выработки собственных антител у матери. Ведь с каждой последующей беременностью титр резус-антител у таких женщин увеличивается и дети погибают. Резус-отрицательные женщинам противопоказано переливание резус-положительной крови, чтобы не возникло бесплодия.

Резус-антиген наследуется тремя аутосомными генами CDE, абсолютно сцепленными в одной хромосоме (первая пара аутосом), каждый ген представлен двумя или более аллелями. Наибольшее значение имеет ген D, так что Rh⁺люди имеют генотипы DD и Dd и Rh -генотип dd, т.е. гомозиготны по рецессивным аллелям.

Группа крови и резус-фактор не изменяются в течение жизни. Группа крови по системе АВО контролируется аутосомным геном, локус этого гена обозначается I от слова «изогемагглютиноген»), тремя его аллелями -I°, I^А, I^В. Аллель I° рецессивна по отношению к аллелям I^Аи I^В, т.е. аллели I^Аи I^В доминантны в одинаковой степени над I°, между собой аллели I^Аи I^В кодоминантны, не подавляют друг друга.

Поскольку аллельных состояний гена больше двух, следовательно аллели I°, I^А, I^В можно отнести к множественным аллелям.

Крови системы АВО

У матери IV группа крови, у отца -I. Могут ли дети унаследовать группу крови одного из своих родителей?

Решение Ген	признак
I° I^AI^B	I группа крови II группа крови III группа крови IV группа крови

Определите группы крови F?

Мать имеет четвертую группу, следовательно она гетерозиготна - I^АI^В; отец I группу крови, он гомозиготен по рецессивным аллелям -I°I°. Дети получают от отца аллель I°, от матери - одну аллель I^А или I^В, поэтому ребенок будет иметь генотип I^АI° - II группа крови или I^ВI° - III группа крови, но ни в коем случае ни I°I°, ни I^АI^В.

Ответ: дети в данном браке могут иметь по фенотипу II и III группу крови, по системе АВО, по генотипу - гетерозиготны, они не унаследуют группу крови ни отца, ни своей матери.

Типовых задач

Скрещивание, при котором родительские формы анализируются по аллелям двух генов, носит название дигибридного.

При полигибридном скрещивании родительские организмы анализируются по аллелям нескольких генов. Дигибридное скрещивание является частным случаем полигибридного скрещивания.

Классический пример анализа дигибридного скрещивания дал Г. Мендель, скрестивший две формы гороха, различающиеся одновременно по форме (круглые и морщинистые) и по окраске семян (семядолей) желтые и зеленые.

Задача 1

На определение фенотипа и генотипа (детей) потомства по генотипу и фенотипу родителей.

У гороха гены, определяющие желтую окраску и гладкую форму семядолей, доминируют над генами зеленой окраски и морщинистой формой семян. Скрещены растения гороха, гомозиготные по желтой окраске и гладкой форме семян с растениями гороха с зеленой окраской и морщинистой формой семян. Определить фенотипы и генотипы потомства в первом поколении F1 и во втором поколении F2 при скрещивании гибридов первого поколения между собой.

Решение

Обозначим гены:

Ген	признак
А – а – В – B –	аллель желтого цвета аллель зеленого цвета аллель гладкой формы аллель морщинистой формы.

Поскольку родители гомозиготны по аллельным генам, один по доминантным, другой по рецессивным, их генотипы: ААВВ - желтый гладкий, аавв - зеленый морщинистый.

Ответ: в первом поколении гибридные семена имеют желтый цвет и гладкую форму. Проявляется первый закон Г. Менделя - единообразия гибридов первого поколения. Генотип гибридов F1 - АаВb - дигетерозиготные особи.

Затем растения, выращенные из семян дигетерозиготных по генотипу и желтых и гладких по фенотипу, т.е. потомки первого поколения подверглись самоопылению, и в результате получены гибридные семена второго поколения, в которых наблюдались всевозможные сочетания исследуемых признаков. Записываем генотипы родителей.

Дигетерозиготы,

когда гены у особи расположены в

разных парах хромосом, т.е. не

сцеплены, образуют четыре типа гамет в

равном соотношении.

Для облегчения анализа потомства в F2 строим комбинационный квадрат, который дает наглядное представление о поведении наследственных факторов и определяемых ими признаков при скрещиваниях.

♀ ♂	¼ АВ	¼ Ав	¼ aB	¼ ab
¼ АВ	1/16 ABB	1/16 AABb	1/16 AaBB	1/16 AaBb
¼ АЬ	1/16 ААВЬ	1/16 AAbb	1/16 aBb	1/16 Aabb
¼ аВ	1/16 АаВВ	1/16 AaBb	1/16 aaBB	1/16 aaBb
¼ ab	1/16 AaBb	1/16 Aabb	1/16 ааВЬ	1/16 aabb

В решетке Пеннета по горизонтали выписываем все типы женских гамет, по вертикали - все типы мужских гамет. В клетках соединяем пересекающиеся гаметы и получаем генотипы F2.

При свободном сочетании 4 типов гамет у женской и мужской особей наблюдается 16 комбинаций. В 9/16 реализуются два доминантных признака (А-В-желтые круглые), в 3/16 - первый признак доминирует, второй - рецессивный (A-bb-желтый морщинистый), еще 3/16 - первый признак рецессивный, второй - доминантный (ааВ- - зеленый гладкий), а в одном 1/16- оба признака рецессивные (aabb-зеленые морщинистые).

Расщепление по фенотипу наблюдается в следующем соотношении 9А-В-: 3A-bb: 3aaB-: laabb.

Г. Мендель получил четыре фенотипических класса в соотношении: 315 с гладкими желтыми семенами., 101 с морщинистыми желтыми, 108 с гладкими зелеными и 32 с зелеными морщинистыми.

Наряду с формами, имеющими сочетания признаков, свойственных для родителей и прародителей (А-В-желтые и круглые, aabb-зеленые и морщинистые), проявляются и новые сочетания признаков в результате свободного комбинирования генов: это 3/16 A-bb желтые морщинистые, 3/16 ааВ- - зеленые и гладкие. Комбинирование генов и соответственно признаков можно объяснить поведением хромосом при мейозе. Негомологичные хромосомы в анафазу первого деления расходятся независимо и могут комбинироваться в любых сочетаниях.

Ответ: во втором поколении при самоопылении дигетерозигот наблюдается расщепление по фенотипу 9/16 А-В- (желтые, гладкие): 3/16 A-bb (желтые

морщинистые): 3/16 ааВ- (зеленые, гладкие): 1/16 aabb (зеленые, морщинистые), 4 фенотипических класса.

Расщепление по генотипу:

lAABB: 2AABb: lAAbb: 2AaBB: 4AaBb: 2Aabb: laaBB: 2aaBb: laabb, 9 генотипических классов.

Анализируя расщепление при дигибридном скрещивании, Г. Мендель обнаружил, что признаки наследуются независимо друг от друга — это третий закон Менделя - закон независимого наследования признаков, или более строго, независимого комбинирования генов, который формулируется следующим образом: при скрещивании гомозиготных особей, анализируемых по двум (или более) парам альтернативных признаков, во втором поколении (F₂) наблюдается независимое наследование и комбинирование признаков, если гены, определяющие их, расположены в различных парах гомологичных хромосом.

Если при дигибридном скрещивании произвести анализ полученных особей во втором поколении по одному признаку (12А-: 4аа→ ЗА-: 1аа) х (12В-: 4bb→ ЗВ -: lbb) → 9A-B-: 3A-bb: 3aaB-: laabb, т.е. наблюдается известное соотношение по фенотипу 3: 1. Можно вывести формулу полигибридного скрещивания (3+1)ⁿ. Формула числа гамет для гетерозигот, если гены не сцеплены 2ⁿ, где n число пар генов, анализируемых при скрещивании (n - степень гетерозиготности).

Дигетерозигота АаВЬ - 2² образует 4 сорта гамет в равном соотношении по 25 %, или по 1/4 части от единицы, если гены находятся в разных парах гомологичных хромосом. Тригетерозигота АаВЬСс - 2³=8, образует восемь типов гамет: ABC, AbC, Abe, аВС, аВс, АВс, abC, abc. При скрещивании тригетерозигот между собой образуются 64 комбинации, и расщепление в потомстве включает 8 классов с числовыми соотношениями: 27: 9: 9: 9: 3: 3: 3: 1

Задача 2

На определение генотипа родителей по фенотипу и генотипу детей при дигибридном анализирующем скрещивании

При скрещивании гороха, имеющего гладкие и желтые семена (доминантные признаки), с горохом-зеленым и морщинистым (рецессивные признаки), получено потомство: желтых гладких 3397, желтых морщинистых 3390, зеленых гладких 3385, зеленых морщинистых 3393. Определите генотипы родителей?

Решение

Обозначим гены:

Ген	Признак
А – a – В – b–	желтый цвет зеленый цвет гладкая форма семян морщинистая форма семян

Поскольку зеленый цвет и морщинистая форма семян - признаки рецессивные, то они проявляются в гомозиготном состоянии по рецессивным аллелям, следовательно генотип зеленого морщинистого гороха: аавв.

В потомстве отмечено расщепление, в котором были и зеленые морщинистые семена гороха, следовательно они были гомозиготными по рецессивным аллелям - аавв. Два рецессивных аллеля (ав) данной особи были получены от одного родителя, подобного по генотипу, два рецессивных аллеля от желтых гладких растений, поэтому генотип последних растений был дигетерозиготным: АаВв.

Записываем схему скрещивания

Дигетерозигота образует 4 типа гамет в равном соотношении, когда гены не сцеплены (AB, Ab, aB, ab) Гомозиготная особь по рецессивным аллелям дает один тип гамет.

397: 3390: 3385: 3393

Сочетание гамет свободное. Получаем 4 фенотипа и генотипа. Складываем количество полученных растений: 3397(A-B-)+3390(A-bb)+3385(aaB-)+3393 (aabb)=43565 растений - 100%. На долю каждого фенотипа и генотипа приходится 25%.

Следовательно, когда исследуемая особь дигетерозиготна по исследуемым генам, то расщепление в потомстве при анализирующем скрещивании, если гены не сцеплены: 25% (А-В-): 25% (A-bb): 25% (ааВ-): 25% (aabb), или 1: 1: 1: 1, или ј: ј: ј: ј

Ответ: генотипы родителей: ♀ AaBb: ♂ aabb.

Задача 3

На определение генотипа детей по фенотипу и генотипу родителей?

Брахидактилия (укорочение пальцев рук), подагра и близорукость определяются доминантными аутосомными генами, не сцепленными между собой. Какова вероятность рождения здоровых детей в семье без аномалий, где оба родителя страдают тремя недостатками, гетерозиготны по всем трем парам генов.

Решение

Обозначим гены:

Ген	Признак
А – a – В – b – С – c –	брахидактилия, нормальные пальцы, близорукость, нормальное зрение, подагра, нормальные суставы.

Поскольку родители тригетерозиготны, гены не сцеплены, то они образуют количество типов гамет согласно

формуле 2ⁿ → 2³→ 8

F: ааввсс

Здоровый ребенок не должен иметь ни одного доминантного аномального гена, поэтому его генотип: ааввсс гомозиготный по рецессивным генам. Такая зигота может образоваться при оплодотворении яйцеклетки

сперматозоидом

Сочетание гамет в браке свободное 8 х 8 → 64, в данном браке возможно 64 сочетания, вероятность рождения здоровых детей 1/8 х 1/8 (по одной гамете из восьми без аномальных генов) 1/64, или 1, 5%

Ответ: Вероятность рождения здоровых детей 1, 5%, или 1/64 часть.

Задача 1

На модификацию дигибридного скрещивания при комплементарном взаимодействии генов в отношении 9: 7.

Нормальный слух обусловлен двумя доминантными неаллельными генами D и Е, из которых один определяет развитие улитки, а другой - слухового нерва. Доминантные гомозиготы и гетерозиготы по обоим генам имеют нормальный слух, рецессивные гомозиготы по одному из этих генов - глухие.

Ген	Признак
D- d- Е- е- D-E-	нормальное развитие улитки, болезнь нормальное развитие нерва, патология, болезнь нормальный слух

Фенотипы родителей: ♀ DDee глухой. - ♂ ddEE глухой

Фенотипы родителей: ♀ DdEe норм. слух. - ♂ DdEe норм, слух

Р2: ♀ DdEe - ♂ DdEe

♀ ♂	1/4 DE	1/4 De	1/4 dE	1/4 de
1\4DE	1/16 DDEE	1/16 DDEe	l/16DcffiE	1/16 DdEe
l\4De	1/16 DDEe	1/16 DDee	1/16 DdEe	1/16 Ddee
l\4dE	1/16 DdEE	1/16 DdEe	1/16 ddEE	1/16 ddEe
l\4de	1/16 DdEe	1/16 Ddee	1/16 ddEe	1/16 ddee

В результате такого скрещивания в F₁ все особи имеют нормальный слух, в F₂ -9/16 потомства будут с нормальным слухом и 7/16 (3D-ee + 3ddE- + lddee) глухонемых, 9: 7.

Задача 2

На расщепление в F2 при комплементарном взаимодействии генов в отношении 9: 3: 3: 1 (дигибридное скрещивание)

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒