Решение и оформление генетических задач

Решение и оформление генетических задач.

Глава 1. Некоторые общие методические приемы, которые могут быть использованы при решении задач.
Подавляющее большинство ошибок, допускаемых учащимися, связано с невыполнением ими простых правил, которые они должны усвоить из курса генетики. К этим правилам относятся следующие:

Каждая гамета получает гаплоидный набор хромосом (генов). Все хромосомы (гены) имеются в гаметах.
В каждую гамету попадает только одна гомологичная хромосома из каждой пары (только один ген из каждой аллели).
Число возможных вариантов гамет равно 2ⁿ, где n – число хромосом, содержащих гены в гетерозиготном состоянии.
Одну гомологичную хромосому (один аллельный ген) из каждой пары ребенок получает от отца, а другую (другой аллельный ген) – от матери.
Гетерозиготные организмы при полном доминировании всегда проявляют доминантный признак. Организмы с рецессивным признаком всегда гомозиготен.
Решение задачи на дигибридное скрещивание при независимом наследовании обычно сводится к последовательному решению двух задач на моногибридное (это следует из закона независимого наследования).

Кроме того, для успешного решения задач по генетике следует уметь выполнять некоторые несложные операции и использовать методические приемы, которые приводятся ниже.

Прежде всего необходимо внимательно изучить условие задачи. Даже те учащиеся, которые хорошо знают закономерности наследования и успешно решают генетические задачи, часто допускают грубые ошибки, причинами которых является невнимательное или неправильное прочтение условия.

Следующим этапом является определение типа задачи. Для этого необходимо выяснить, сколько пар признаков рассматривается в задаче, сколько пар генов кодирует эти признаки, а также число классов фенотипов, присутствующих в потомстве от скрещивания гетерозигот или при анализирующем скрещивании, и количественное соотношение этих классов. Кроме того, необходимо учитывать, связано ли наследование признака с половыми хромосомами, а также сцеплено или независимо наследуется пара признаков. Относительно последнего могут быть прямые указания в условии. Кроме того, свидетельством о сцепленном наследовании может являться соотношение классов с разными фенотипами в потомстве.

Для облегчения решения можно записать схему брака (скрещивания) на черновике, отмечая фенотипы и генотипы особей, известных по условию задачи, а затем начать выполнение операций по выяснению неизвестных генотипов. Для удобства неизвестные гены на черновике можно обозначать знаками *, - или ?.

Выяснение генотипов особей, неизвестных по условию, является основной методической операцией, необходимой для решения генетических задач. При этом решение всегда надо начинать с особей, несущих рецессивный признак, поскольку они гомозиготны и их генотип по этому признаку однозначен –аа.

Выяснение генотипа организма, несущего доминантный признак, является наиболее сложной проблемой, потому что он может быть гомозиготным АА или гетерозиготным Аа.

Гомозиготными АА являются представители «чистых линий», т.е. такие организмы, все предки которых несли тот же признак. Гомозиготными являются также особи, оба родителя которых были гомозиготными по этому признаку, а также особи, в потомстве которых F1 не наблюдается расщепление.

Организм гетерозиготен Аа, если один из его родителей или потомство несет рецессивный признак, или если в его потомстве наблюдается расщепление.

В некоторых задачах предполагается выяснить, доминантным или рецессивным является рассматриваемый признак. Следует учитывать, что доминантный признак во всех случаях, кроме неполного доминирования, проявляется у гетерозигот. Его несут также фенотипически одинаковые родители, в потомстве которых встречаются особи, отличные от них по фенотипу. При моногенном наследовании доминантный признак всегда проявляется у потомства F1 при скрещивании гомозиготных родителей (чистых линий) с разным фенотипом (исключение – неполное доминирование).

При определении возможных вариантов распределения генов в гаметах следует помнить, что в каждую гамету попадает только одна гомологичная хромосома из каждой пары (только один ген из каждой аллели). Число возможных вариантов гамет равно 2ⁿ, где n – число хромосом, содержащих гены в гетерозиготном состоянии.

Распространенной ошибкой при определении вариантов гамет является написание одинаковых типов гамет, т.е. содержащих одни и те же сочетания генов. Для определения возможных типов гамет более целесообразным представляется запись генотипов в хромосомной форме. Это упрощает определение всех возможных вариантов сочетания генов в гаметах (особенно при полигибридном скрещивании). Кроме того, некоторые задачи невозможно решить без использования такой формы записи.

Сочетания гамет, а также соответствующие этим сочетаниям фенотипы потомства при дигибридном или полигибридном скрещивании равновероятны и поэтому их удобно определять с помощью решетки Пеннета. По вертикали откладываются типы гамет, продуцируемых матерью, а по горизонтали – отцом. В точках пересечения вертикальных и горизонтальных линий записываются соответствующие сочетания генов. Обычно выполнение операций, связанных с использованием решетки Пеннета, не встречает затруднений у учащихся. Следует учитывать только то, что гены одной аллельной пары надо записывать рядом и помнить о доминантности или рецецивности признака – ААВВ или АаВв.

Конечным этапом решения является запись схемы скрещивания (брака) в соответствии с требованиями по оформлению, а также максимально подробное изложение всего хода рассуждений по решению задачи, с обязательным логическим обоснованием каждого вывода. Отсутствие объяснения даже очевидных, на первый взгляд, моментов может быть обоснованием для снижения баллов за задание.
Глава 2. Оформление задач по генетике.
При оформлении задач необходимо уметь пользоваться символами, принятыми в традиционной генетике, и приведенными ниже:

♀ - женский организм

♂- мужской организм

х - знак скрещивания

Р - родительские организмы

F1 и F2 – дочерние организмы первого и второго поколения

А, В, С… - гены, кодирующие доминантные признаки

а, в, с… - аллельные им гены, кодирующие рецессивные признаки

АА, ВВ, СС … - генотипы особей, гомозиготных по доминантному признаку

аа, вв, сс … - генотипы рецессивных особей

Аа, Вв, Сс … - генотипы гетерозиготных особей

АаВв, АаВвСс – генотипы ди- и тригетерозигот

А, а, АВ, ав, аС – гаметы.

Глава 3. Примеры решения и оформления задач по генетике.

Запись в хромосомной форме является более предпочтительной. При написании схемы скрещивания (брака) обязательно следует указывать фенотипы всех рассматриваемых особей, поколение, к которому они принадлежат (F1, F2 и т.д.), а также пол родителей и потомства. Гаметы можно обвести кружком, чтобы при выполнении не спутать гаметы с генами генотипа.

К распространенным ошибкам, допускаемым учащимися при оформлении задач, относятся также случаи, когда женский организм написан не слева (принятая форма записи), а справа. Довольно часто встречаются ошибки, когда у гомозиготных особей отмечается 2 типа гамет, например:

Такая запись не имеет смысла, т.к. должно быть указано не число гамет, которых может быть множество, а только число их типов. Запись типа «один ребенок будет больным, а другой здоровым» или «первый ребенок родится больным, а второй здоровым» также лишена смысла, поскольку результаты указывают лишь на вероятность рождения тех или иных особей.

Рассмотрим один из примеров решения и оформления задачи на моногибридное скрещивание.

Условие задачи: У человека альбинизм – аутосомный рецессивный признак. Мужчина альбинос женился на девушке с нормальной пигментацией. У них родилось двое детей – нормальный и альбинос. Определить генотипы всех указанных членов семьи.

Решение:

1. Определение характера наследования признака, доминантность и рецессивность признака.

А – нормальная пигментация

а – альбинизм.
2. Запись брака по фенотипам ( на черновике).
Р ♀ нормальная пигментация х ♂ альбинос

F1 альбинос нормальная пигментация

3. Выяснение и запись генотипов, известных по условию задачи.

Генотип особи с рецессивным признаком известен – аа, особь с доминантным признаком имеет генотип - А*

Р ♀ А* х ♂ аа

норма альбинос

F1 аа А*

альбинос норма

4. Определение генотипов организмов по генотипам родителей и потомков.

Генотип мужчины и ребенка альбиноса аа, т.к. оба они несут рецессивный признак.
Женщина и здоровый ребенок имеют в своем генотипе доминантный ген А, потому что у них проявляется доминантный признак.
Генотип ребенка с нормальной пигментацией – Аа, поскольку его отец гомозиготен по рецессиву (аа) и мог передать ему только ген а.
Один из детей имеет генотип аа. Один аллельный ген ребенок получает от матери, а другой от отца. Поэтому мать должна нести рецессивный ген а. ее генотип – Аа.

5. Запись хода рассуждений по выяснению генотипов и схемы брака в чистовик:
Р ♀ Аа х ♂ аа

норма альбинос

Г А, а а

F1 аа Аа

альбинос норма

50% 50%
6. Ответ. Генотип мужа – аа, жены – Аа, ребенка с нормальной пигментацией – Аа, ребенка-альбиноса – аа.

Глава 4. Рекомендации необходимые для успешного решения генетических задач.

При моногибридном скрещивании соблюдается первый закон Менделя (закон единообразия), согласно которому при скрещивании гомозиготных организмов у их потомков F1 проявляется только один альтернативный признак (доминантный), а второй находится в скрытом (рецессивном) состоянии. Потомство F1 единообразно по фенотипу и генотипу. Согласно второму закону Менделя (закон расщепления) при скрещивание гетерозигот в их потомстве F2 наблюдается расщепление по генотипу в соотношении 1:2:1 и по фенотипу в пропорции 3:1.

Вероятность появления особей с тем или иным генотипом можно определить по формуле:

число ожидаемых событий

Вероятность = ----------------------------------------- (%)

число всех возможных событий
3. Если в задаче не указано, какой признак является доминантным, а какой рецессивным, его можно определить, исходя из следующих соображений:

Если при скрещивании двух организмов с альтернативными признаками в их потомстве проявляется только один, то он и будет доминантным.
Если у организма наблюдается расщепление в потомстве, то он гетерозиготен и, следовательно, несет доминантный признак.
Если у двух родителей, одинаковых по фенотипу, наблюдается расщепление признака, то признак, имеющийся у исходных форм, является доминантным.

4. При неполном доминировании у гетерозигот не проявляется ни один признак из имеющихся у родителей. При промежуточном наследовании гибриды несут среднее выражение признаков. При кодоминировании у гетерозигот проявляются оба родительских признака. Примером промежуточного наследования может служить наследование окраски плодов земляники или цветков ночной красавицы, кодоминирования – наследование чалой масти у крупного рогатого скота.

5. Наследование по типу множественных аллелей осуществляется, например, при наследовании групп крови системы АВ0. Наличие той или иной группы крови определяется парой генов (точнее, локусов), каждай из которых может находиться в трех состояниях

. Генотипы и фенотипы лиц с разными группами крови приведены в таблице 1.

6. Независимое наследование осуществляется генами, которые локализованы в разных парах хромосом. Перед разбором задач этого типа следует вспомнить распределение хромосом при мейозе, в результате которого в каждую гамету попадает гаплоидный набор хромосом или только одна хромосома из каждой пары.

Дигибридным называется скрещивание, при котором рассматривается наследование двух альтернативных признаков, кодируемых генами, расположенными в разных парах гомологичных хромосом.

Согласно третьему закону Менделя, при дигибридном скрещивании наследование обоих признаков осуществляется независимо друг от друга, а в потомстве дигетерозигот наблюдается расщепление по фенотипу в пропорции 9:3:3:1 (9 А*В*, 3 ааВ*, 3 А*вв, 1аавв). По генотипу расщепление будет осуществляться в соотношении 4:2:2:2:2:1:1:1:1

(4 АаВв, 2 ААВв, 2 АаВВ, 2 Аавв, 2 ааВв, 1 ААвв, 1 ААВВ, 1 ааВВ, 1 аавв).

Для определения фенотипов и генотипов потомства при дигибридном скрещивании удобно пользоваться решеткой Пеннета.

Решетка Пеннета:

А – желтая окраска семян (ж)

а – зеленая окраска семян (з)

В – гладкая форма семян (г)

в – морщинистая форма семян (м).

7. Взаимодействие генов. Проявление одного признака может определяться двумя и более парами генов (комплементарность и полимерное наследование) и, наоборот, одна пара генов может влиять на проявление нескольких признаков (множественное действие генов). Кроме того, одни гены могут подавлять действие других (эпистаз). Все эти явления получили общее название – взаимодействие генов.

При взаимодействии двух пар генов вероятность появления организмов каждого фенотипа определяется различными сочетаниями двух пар генов, участвующих в развитии признака. В большинстве случаев различные соотношения фенотипов при скрещивании дигетерозигот образованы из соотношения 9:3:3:1 путем сложения отдельных элементов, например, расщепление 9:7 при комплементарном наследовании может быть представлена как 9:(3+3+1).

При решении задач следует обращать внимание на количественное соотношение фенотипов.

Комплементарность. Развитие признака может определяться не одной, адвумя или более парами неаллельных генов, располагающимися в разных хромосомах. Если хотя бы одна пара находится в гомозиготном рецессивном состоянии, то признак не развивается или отличен от доминантного.

Расщепление при скрещивании дигетерозигот при комплементарном наследовании обычно бывает в пропорции 9:7, 9:3:4, или 9:3:3:1, 9:6:1.

Полимерное действие генов. При полимерном наследовании развитие одного признака контролируется несколькими парами генов, расположенных в разных хромосомах. Чем больше генов находится в доминантном состоянии, тем ярче выражен признак. Полимерное действие лежит в основе наследования количественных признаков и играет важную роль в эволюции.

Например, степень пигментации кожи определяется двумя парами генов. В соответствии с этим признаком людей можно условно разделить на 5 фенотипов:

негры – ААВВ, темные мулаты – ААВв или АаВВ, средние мулаты – АаВв, ААвв или ааВВ, светлые мулаты – Аавв или ааВв, белые – аавв.

Эпистаз. Эпистазом или противоположным действием генов называется явление, при котором ген одной аллельной пары (супрессор) в доминантном состоянии может подавлять развитие признака, контролируемого другой парой генов. При случае эпистаза при скрещивании дигетерозигот в потомстве наблюдается расщепление в соотношении 13:3 или 12:3:1.

8. Сцепленное наследование. Число признаков организма многократно превышает число хромосом. Следовательно, в одной хромосоме располагается множество генов. Наследование признаков, гены которых находятся в одной паре гомологичных хромосом, называется сцепленным наследованием (закон Моргана). Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группы сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом.

Распространенные ошибки при решении этого типа задач обычно сводятся к тому, что учащиеся не умеют определять типы гамет, не понимают механизмы кроссинговера или не учитывают тот факт, что при сцепленном наследовании доминантные и рецессивные гены могут находиться в одной из гомологичных хромосом (транс-положение) или в разных гомологичных хромосомах (цис-положение).

Полное сцепление. Количество гамет при независимом наследовании определяется по формуле 2ⁿ, где n – количество пар разнородных хромосом, содержащих гетерозиготные пары. Например, тригетерозигота АаВвСс будет давать 8 типов гамет, если гены расположены в разных парах хромосом (n=3) и только 2 типа, если гены находятся в одной паре (n=1). А В С

а в с

Неполное сцепление. При неполном сцеплении гомологичные хромосомы могут обмениваться аллельными генами. Причиной этого является кроссинговер, который, в свою очередь, является результатом того, что при мейозе гомологичные хромосомы конъюгируют и могут обмениваться участками.

В результате этого скрещивании дигетерозигот с генотипом

А а с гомозиготами по рецессиву, имеющими генотип а а
В в в в
В потомстве наряду с обычными появляется некоторое количество особей, образовавшихся в результате слияния кроссинговерных гамет (рекомбинантов), имеющих генотип А а или а а
в в в В
Составление схем кроссинговера. При составлении схем кроссинговера следует помнить, что основное количество гамет будут составлять некроссоверные, а кроссоверные гаметы будут встречаться в небольших количествах. Образование кроссоверных гамет можно легко определить, воспользовавшись схемой:

9. Наследование генов, локализованных в половых хромосомах. Для успешного решения этого типа задач необходимо четко представлять механизм наследования половых хромосом:

Р ♀ХХ х ♂ ХУ

Г Х Х,У

F1 ♀ ХХ ♂ ХУ

50% 50%

У человека, как у большинства организмов, женщина продуцирует гаметы, содержащие только Х-хромосомы (гомогаметные). Мужчины являются гетерогаметными и производят два типа гамет (с Х- и У-хромосомой). У некоторых организмов: птиц, бабочек, отдельных видов рыб и растений (например, у земляники) гетерогаметными являются женские особи, а мужские – гомогаметными.

Половые хромосомы Х и У не являются полностью гомологичными друг другу. Поэтому наследование признаков, гены которых находятся в негомологичных участках половых хромосомах, имеет свои особенности:

Отец всегда передает свою Х-хромосому дочери, а У-хромосому – сыну. Мать передает Х-ромосому или сыну, или дочери.
Признаки, развитие которых определяется генами, расположенными в негомологичных участках У-хромосомы, всегда встречаются у мужчин и никогда не встречаются у женщин.
Рецессивные гены расположенные в Х-хромосомах, всегда проявляются у мужчин, а у женщин только в гомозиготном состоянии.
Доминантные гены в Х-хромосомах у женщин могут быть в гомозиготном или гетерозиготном состоянии, а у мужчин только в гомозиготном.

Решение задач, в которых рассматриваются признаки, гены которых расположены в Х-хромосомах, следует начинать с мужского организма, поскольку у них всегда проявляется действие и рецессивных, и доминантных генов. Затем можно определить генотип матери по генотипу сыновей и генотип дочерей по генотипу отца или братьев.

9. Наследование летальных генов. Летальные гены в гомозиготном состоянии могут вызывать гибель потомства еще до рождения. При этом другие генотипы выживают. Как и доминирование, в данном случае образуется три фенотипических класса, но один из фенотипов не проявляется, т.к. особи, несущие летальные гены, погибают. Поэтому расщепление в потомстве отличается от менделеевского. Наличие летальных генов, расположенных в Х-хромосомах, может изменять соотношение полов и распределение признаков, кодируемых этими генами у потомства.

Глава 5. Решение типовых задач по генетике

(задачи из Кириленко А.А., Колесников С.И. «Биология. Подготовка к ЕГЭ 2010», учебно-методическое пособие, изд-во «Легион», Ростов-на-Дону, 2009г).
Задача 1. Мужчина с I группой крови, больной гемофилией, женился на здоровой женщине (все её предки здоровы) со II группой крови. У них родилась здоровая дочь с I группой крови. Определите: генотипы родителей, генотип дочери и вероятность рождения больного гемофилией сына с IV группой крови от брака этой дочери со здоровым мужчиной с IV группой крови.

Решение задачи: данная задача на дигибридное скрещивание, т.к. рассмотрены наследование двух несцепленных друг с другом признаков. Первый признак - наследование гемофилии (необходимо учитывать, что ген гемофилии сцеплен с X хромосомой); второй признак – группа крови (сцеплен с J хромосомой).
А * Н Н о о h

Р ♀ J J Х Х х ♂ J J Х У

II группа крови, здорова I группа крови, больной гемофилией

А Н * Н о h о

Г J Х , J Х J X , J У
А о Н h A о H

F1 ♀ J J Х Х ♂ J J Х У

II группа крови, здорова II группа крови, здоров

носительница гена

* о Н h * о H

♀ J J Х Х ♂ J J Х У

I группа крови, здорова I группа крови, здоров

носительница гена

Так как у данной супружеской пары родилась здоровая дочь с I группой крови, следовательно мать является гетерозиготной.
А о Н Н о о h

Р ♀ J J Х Х х ♂ J J Х У

II группа крови, здорова I группа крови, больной гемофилией

А Н о Н о h о

Г J Х , J Х J X , J У
А о Н h A о H

F1 ♀ J J Х Х ♂ J J Х У

II группа крови, здорова II группа крови, здоров

носительница гена

о о Н h о о H

♀ J J Х Х ♂ J J Х У

I группа крови, здорова I группа крови, здоров

носительница гена

о о Н h А В H

♀ J J Х Х х ♂ J J Х У

о Н о h А H A В H B

Г J Х , J Х J X , J У , J Х , J У

А о Н H A о H

F2 ♀ J J Х Х ♂ J J Х У

II группа крови, здорова II группа крови, здоров
B о Н H B о H

♀ J J Х Х ♂ J J Х У

III группа крови, здорова III группа крови, здоров
А о Н h A о h

♀ J J Х Х ♂ J J Х У

II группа крови, здорова II группа крови, больной гемофилией

носительница гена

B о Н h B о h

♀ J J Х Х ♂ J J Х У

III группа крови, здорова III группа крови, больной гемофилией

носительница гена

А о Н Н о о h

Ответ: генотип родителей - ♀ J J Х Х и ♂ J J Х У

II группа крови, здорова I группа крови, больной гемофилией

о о Н h

генотип дочери - ♀ J J Х Х

I группа крови, здорова

носительница гена

А В h

вероятность рождения сына больного гемофилией с IV гр.крови ♂ J J Х У - 0%.

Задача 2. У дрозофилы серая окраска тела (А) доминирует над черной (а). признак окраски тела наследуется по аутосомному типу, а доминантный ген красной окраски глаз (W) и рецессивный ген белой окраски глаз (w) локализованы в Х-хромосоме. Белоглазая самка с серым телом скрещивалась с красноглазым самцом с черным телом, в потомстве появилась самка с признаками самца. Определите генотипы родителей, генотип появившейся самки, а также фенотипы и генотипы других потомков от этого скрещивания.