Як вырашаць задачы па генетыцы на біялогіі?

Вывучэнне асноўных законаў спадчыннасці і зменлівасці арганізмаў з'яўляецца адной з найбольш складаных, але вельмі перспектыўных задач, якія стаяць перад сучасным прыродазнаўствам. У дадзеным артыкуле мы разгледзім як асноўныя тэарэтычныя паняцці і навуковая, так і разбярэмся з тым, як вырашаць задачы па генетыцы.

Актуальнасць вывучэння заканамернасцяў спадчыннасці

Дзве найважнейшыя галіны сучаснай навукі - медыцына і селекцыя - развіваюцца дзякуючы даследаванням навукоўцаў-генетыкаў. Сама ж біялагічная дысцыпліна, назва якой было прапанавана ў 1906 годзе ангельскай навукоўцам У. Бетсоном, з'яўляецца не столькі тэарэтычнай, колькі практычнай. Усім, хто вырашыць сур'ёзна разабрацца ў механізме спадчыну розных прыкмет (напрыклад, такіх як колер вачэй, валасоў, група крыві), прыйдзецца спачатку вывучыць законы спадчыннасці і зменлівасці, а таксама высветліць, як вырашаць задачы па генетыцы чалавека. Менавіта гэтым пытаннем мы і зоймемся.

Асноўныя паняцці і тэрміны

Кожная галіна мае спецыфічны, толькі ёй уласцівы, набор асноўных азначэнняў. Калі гаворка зайшла аб навуцы, якая вывучае працэсы перадачы спадчынных прыкмет, пад апошнімі будзем разумець наступныя тэрміны: ген, генатып, фенатып, бацькоўскія асобіны, гібрыды, гаметы і гэтак далей. З кожным з іх мы сустрэнемся, калі будзем вывучаць правілы, якія тлумачаць нам, як вырашаць задачы па біялогіі на генетыку. Але на пачатку мы вывучым Гібрыдалагічны метад. Бо менавіта ён ляжыць у аснове генетычных даследаванняў. Ён быў прапанаваны чэскім прыродазнаўцам Г. Мендэлем ў 19 стагоддзі.

Як ўспадкоўваюцца прыкметы?

Заканамернасці перадачы уласцівасцяў арганізма былі адкрыты Мендэлем дзякуючы доследам, якія ён праводзіў з шырока вядомым раслінай - гарохам пасяўным. Гібрыдалагічны метад ўяўляе сабой скрыжаванне двух адзінак, якія адрозніваюцца адзін ад аднаго адной парай прыкмет (Монагібрыднае скрыжаванне). Калі ў вопыце ўдзельнічаюць арганізмы, якія маюць некалькі пар альтэрнатыўных (процілеглых) прыкмет, тады кажуць пра полигибридном скрыжаванні. Навуковец прапанаваў наступную форму запісу ходу гібрыдызацыі двух раслін гароху, якія адрозніваюцца афарбоўкай насення. А - жоўтая фарба, а - зялёная.

У гэтым запісы F1 - гібрыды першага (I) пакалення. Яны ўсе абсалютна аднастайным (аднолькавыя), так як ўтрымліваюць дамінантны ген А, які кантралюе жоўтую афарбоўку насення. Вышэйпрыведзеная запіс адпавядае першаму закону Мендэля (Правіла аднастайнасці гібрыдаў F1). Веданне яго тлумачыць навучэнцам, як вырашаць задачы па генетыцы. 9 клас мае праграму па біялогіі, у якой дэталёва вывучаецца Гібрыдалагічны метад генетычных даследаванняў. У ёй таксама разглядаецца і другое (ІІ) правіла Мендэля, званае законам расшчаплення. Згодна з ім, у гібрыдаў F2, атрыманых ад скрыжавання двух гібрыдаў першага пакалення адзін з адным, назіраецца расшчапленне у суадносінах па фенатыпу 3 да 1, а па генатыпе 1 да 2 і да 1.

Выкарыстоўваючы вышэйпрыведзеныя формулы, вы зразумееце, як вырашаць задачы па генетыцы без памылак, калі ў іх умовах можна ўжыць першы ці ўжо вядомы II закон Мендэля, улічваючы, што скрыжаванне адбываецца пры поўным дамінаванні аднаго з генаў.

Закон незалежнага камбінавання станаў прыкмет

Калі бацькоўскія асобіны адрозніваюцца двума парамі альтэрнатыўных прыкмет, напрыклад, афарбоўкай насення і яго формай, ў такіх раслін, як гарох пасяўной, тады ў ходзе генетычнага скрыжавання трэба выкарыстоўваць краты Пиннета.

Абсалютна ўсё гібрыды, якія з'яўляюцца першым пакаленнем, падпарадкоўваюцца правілу аднастайнасці Мендэля. Гэта значыць, яны жоўтыя, з гладкай паверхняй. Працягваючы крыжаваць паміж сабой расліны з F1, мы атрымаем гібрыды другога пакалення. Каб высветліць, як вырашаць задачы па генетыцы, 10 клас на ўроках біялогіі выкарыстоўвае запіс Дыгібрыднае скрыжавання, ужываючы формулу расшчаплення па фенатыпу 9: 3: 3: 1. Пры ўмове, што гены размешчаны ў розных парах, можна выкарыстоўваць трэці пастулат Мендэля - закон незалежных камбінаванне станаў прыкмет.

Як ўспадкоўваюцца групы крыві?

Механізм перадачы такой прыкметы, як група крыві ў чалавека, не адпавядае заканамернасцям, разгледжаным намі раней. Гэта значыць ён не падпарадкоўваецца першаму і другому закону Мендэля. Гэта тлумачыцца тым, што такі прыкмета, як група крыві, згодна з даследаваннямі Ландштэйнера, кантралюецца трыма алеляў гена I: А, В і 0. Адпаведна генатыпы будуць такімі:

• Першая група - 00.
• Другая - АА або А0.
• Трэцяя група - ВВ або В0.
• Чацвёртая - АВ.

Ген 0 з'яўляецца рецессивной Алеляў да генам А і В. А чацвёртая група з'яўляецца вынікам кодоминирования (ўзаемнай прысутнасці генаў А і В). Менавіта гэтае правіла трэба абавязкова ўлічваць, каб ведаць, як вырашаць задачы па генетыцы на групы крыві. Але гэта яшчэ не ўсё. Для ўстанаўлення генатыпаў дзяцей па групе крыві, якія нарадзіліся ад бацькоў з рознымі яе групамі, скарыстаемся табліцай, размешчанай ніжэй.

Тэорыя спадчыннасці Моргана

Вернемся да падзелу нашага артыкула «Закон незалежнага камбінавання станаў прыкмет», у якім мы разгледзелі, як вырашаць задачы па генетыцы. Дыгібрыднае скрыжаванне, як і сам ІІІ закон Мендэля, якому яно падпарадкоўваецца, дастасавальна для алельных генаў, якія знаходзяцца ў гамалагічных храмасомах кожнай пары.

У сярэдзіне 20 стагоддзя амерыканскі вучоны-генетык Т. Морган даказаў, што большасць прыкмет кантралюецца генамі, якія размешчаны ў адной і той жа храмасоме. Яны маюць лінейнае размяшчэнне і ўтвараюць групы счаплення. І іх колькасць роўна менавіта гаплоідным набору храмасом. У працэсе мейоза, які прыводзіць да адукацыі гамет, у палавыя клеткі трапляюць не асобныя гены, як лічыў Мендэль, а цэлыя іх комплексы, названыя Морганам групамі счаплення.

кро- сінговера

Падчас профазы I (яе яшчэ называюць першым дзяленнем мейоза) паміж ўнутранымі хроматидами гамалагічных храмасом адбываецца абмен ўчасткамі (лукусами). Гэта з'ява атрымала назву кро- сінговера. Яно ляжыць у аснове спадчыннай зменлівасці. Кро- сінговера асабліва важны для вывучэння раздзелаў біялогіі, якія займаюцца вывучэннем спадчынных захворванняў чалавека. Ужываючы пастулаты, выкладзеныя ў храмасомнай тэорыі спадчыннасці Моргана, мы вызначым алгарытм, які адказвае на пытанне, як вырашаць задачы па генетыцы.

Счэпленыя з падлогай выпадкі атрымання ў спадчыну з'яўляюцца прыватным выпадкам перадачы генаў, якія размешчаны ў адной і той жа храмасоме. Адлегласць, якое існуе паміж генамі ў групах счаплення, выяўляецца ў працэнтах - морганидах. А сіла счаплення паміж дадзенымі генамі прама прапарцыйная адлегласці. Таму кро- сінговера часцей за ўсё ўзнікае паміж генамі, якія размяшчаюцца далёка адзін ад аднаго. Разгледзім з'ява сцэпленага ў спадчыну больш падрабязна. Але на пачатку ўспомнім, якія элементы спадчыннасці адказваюць за палавыя прыкметы арганізмаў.

палавыя храмасомы

У карыатыпе чалавека яны маюць спецыфічнае будову: у жаночых асобін прадстаўлены двума аднолькавымі Х-храмасомамі, а ў мужчын у палавой пары, акрамя Х-храмасомы, ёсць яшчэ і У-варыянт, які адрозніваецца як па форме, так і па наборы генаў. Гэта значыць, што ён не гомологичен Х-храмасоме. Такія спадчынныя хваробы чалавека, як гемафілія і барваслепасць, ўзнікаюць з прычыны «паломкі» асобных генаў у Х-храмасоме. Напрыклад, ад шлюбу носьбіткі гемафіліі са здаровым мужчынам магчыма нараджэнне такога нашчадкаў.

Вышэй прыведзены ход генетычнага скрыжавання пацвярджае факт счаплення гена, які кантралюе згусальнасць крыві, з палавой Х-храмасомай. Дадзеная навуковая інфармацыя выкарыстоўваецца для навучання навучэнцаў прыёмам, вызначальным, як вырашаць задачы па генетыцы. 11 клас мае праграму па біялогіі, у якой дэталёва разглядаюцца такія раздзелы, як «генетыка», «медыцына» і «генетыка чалавека». Яны дазваляюць навучэнцам вывучыць спадчынныя хваробы чалавека і ведаць прычыны, па якіх яны ўзнікаюць.

узаемадзеянне генаў

Перадача спадчынных прыкмет - працэс досыць складаны. Прыведзеныя раней схемы становяцца зразумелымі толькі пры наяўнасці ў вучняў базавай мінімуму ведаў. Ён неабходны, бо забяспечвае механізмы, якія даюць адказ на пытанне аб тым, як навучыцца вырашаць задачы па біялогіі. Генетыка вывучае формы ўзаемадзеянне генаў. Гэта палімеры, эпистаз, камплементарнай. Пагаворым пра іх падрабязней.

Прыклад атрымання ў спадчыну слыху ў чалавека з'яўляецца ілюстрацыяй такога тыпу ўзаемадзеяння, як камплементарнай. Слых кантралюецца двума парамі розных генаў. Першая адказвае за нармальнае развіццё слімакі ўнутранага вуха, а другая - за функцыянаванне слыхавога нерва. У шлюбе глухіх бацькоў, кожны з якіх з'яўляецца рецессивной гомозиготой па кожнай адной з двух пар генаў, нараджаюцца дзеці з нармальным слыхам. У іх генатыпе прысутнічаюць абодва дамінантных гена, кантралюючых нармальнае развіццё слыхавога апарата.

Плейотропия

Гэта цікавы выпадак ўзаемадзеяння генаў, пры якім ад аднаго гена, які прысутнічае ў генатыпе, залежыць фенатыпічнае праява адразу некалькіх прыкмет. Напрыклад, на захадзе Пакістана выяўленыя чалавечыя папуляцыі некаторых прадстаўнікоў. У іх адсутнічаюць потовые залозы на пэўных участках цела. Адначасова ў такіх людзей дыягнаставалі адсутнасць некаторых карэнных зубоў. Яны не змаглі сфармавацца ў працэсе антагенезу.

У жывёл, напрыклад, каракульских авечак, прысутнічае дамінантны ген W, які кантралюе як афарбоўку футра, так і нармалёвае развіццё страўніка. Разгледзім, як атрымліваецца ў спадчыну ген W пры скрыжаванні двух гетерозиготных асобін. Аказваецца, што ў іх нашчадства ¼ ягнятаў, якія маюць генатып WW, гіне з-за анамалій ў развіцці страўніка. Пры гэтым ½ (якія маюць шэры мех) гетерозиготные і жыццяздольныя, а ¼ - гэта асобіны з чорным мехам і нармальным развіццём страўніка (іх генатып WW).

Генатып - цэласная сістэма

Множны дзеянне генаў, полигибридное скрыжаванне, з'ява сцэпленага спадчыну служаць бясспрэчным доказам таго факту, што сукупнасць генаў нашага арганізма з'яўляецца цэласнай сістэмай, хоць і прадстаўлена індывідуальнымі алеляў генаў. Яны могуць спадчыну па законах Мендэля, незалежна ці локусов, счэпленыя падпарадкоўваючыся пастулатам тэорыі Моргана. Разглядаючы правілы, якія адказваюць за тое, як вырашаць задачы па генетыцы, мы пераканаліся, што фенатып любога арганізма фармуецца пад уздзеяннем як алельных, так і неаллельных генаў, якія ўплываюць на развіццё аднаго або некалькіх прыкмет.