Фиолетовая окраска цветков у некоторого растения определяется комплементарным действием четырех доминантных генов А, В, С и D.

Г. Мендель, основоположник генетики, был убежден в общебиологическом значении открытых им закономерностей. Однако впоследствии его постигло разочарование, так как ему не удалось обнаружить эти же закономерности у других организмов – у растения ястребинки и у пчёл. Дальнейшее развитие генетики показало изначальную правоту Менделя и объяснило причину его неудачи. Что это за причина? Какие особенности использованных организмов обусловили неудачу Менделя?

Ястребинка часто размножается без оплодотворения (апомиктически), то есть гибридизация происходит крайне редко. Потому гибридологический анализ Менделя крайне затруднён.

Дополнительная трудность – анализ признаков, обусловленных генотипом эндосперма (например, цвет или иные признаки семянок ястребинки), который у ястребинки бывает не только 3-плоидным, а уровень плоидности может доходить до 15.

Что касается пчёл, то появление трутней (самцов пчёл) чаще обусловлено плоидностью: самцы гаплоидны и образуются при развитии неоплодотворённой яйцеклетки (партеногенетически), а самки диплоидны и развиваются из оплодотворённой яйцеклетки. Поэтому расщепление признаков будет отличаться от того, что установил Мендель.

В 1865 году, когда вышла работа Менделя «Опыты над растительными гибридами», появилась и статья Ф. Гальтона «Наследственный талант и характер», первая работа, положившая начало изучению наследования этих признаков человека. Работа Менделя получила всеобщее признание и развитие через 35 лет после опубликования. А серьезное продвижение в изучении наследования способностей, особенностей поведения и характера человека оказалось возможным значительно позже. Как Вы думаете, с чем может быть связано такое запаздывание?

Ф. Гальтон с помощью тех или иных тестов придавал количественный характер тем или иным «психическим» свойствам человека и с помощью методов матстатистики (которую и сам развивал) анализировал их появление в потомках, в частности, анализировал корреляцию признаков между родственниками. Таким образом, он оказался новатором и в области статистических процедур в психологии.

Тот факт, что серьезное продвижение в изучении наследования способностей, особенностей поведения и характера человека оказалось возможным лишь значительное время спустя можно объяснить следующими причинами:

1. Несовершенство методов диагностики интеллектуальных и других психических и психологических особенностей человека. Развитие этих методов сделало процедуру измерения интеллектуальных признаков намного более информативной и давало больше информации о характере наследования.

2. В отличие от дискретных менделевских признаков проявление психических и психологических способностей человека, так или иначе оцененных количественно, сильно зависит от влияния среды, а также в значительной степени определяется большим количеством наследственных факторов, что затрудняет использование простых статистических методов, аналогичных методам, использованным Менделем. Сложность анализа обусловила также определённые и часто необоснованные спекуляции для обоснования нацизма, что в некоторой степени подорвало доверие к этим, в целом, правильным методам.

3. Серьёзное продвижение в изучении наследования способностей человека оказался возможным лишь при соединении традиционных статистических подходов с молекулярно-биологическими и биохимическими методами (анализ биохимических маркёров, последовательностей ДНК и белков, напрямую связанных с психическими и психологическими способностями человека).

 В частности, бурный рост в исследованиях в этой области, обусловлен совершенствованием и удешевлением техники секвенирования ДНК в XXIвеке, что позволило выявить десятки генов, заметно влияющих на способности человека. Немаловажную роль сыграло также исследование влияния тех или иных белков (как результата действия наследственных факторов) на формирование психических способностей, что было практически невозможно в XIXи начале XXвека.

У человека высота певческого голоса определяется одним геном с неполным доминированием: АА – бас у мужчин и альт у женщин, Аа – баритон у мужчин и меццо-сопрано у женщин, аа – тенор у мужчин и сопрано у женщин. В семье певцов, в которой у мужчины баритон, а у его жены меццо-сопрано, родился мальчик. Какова вероятность того, что когда он вырастет, у него будет тенор?

Решение. Генотип мужчины с баритоном Аа, женщины с меццо-сопрано – тоже Аа.

Схема наследования:

♀Аа Х ♂Аа

↓

1АА (серая) : 2Аа : 1aa

Генотип аа, соответствующий тенору для мальчика, появится с вероятностью ¼.

Юный натуралист Петя скрестил двух серых мышей. В потомстве оказалось 7 серых мышей и 2 черноогненных (темная спинка, яркожелтое брюшко). Петя сделал вывод, что серые мыши были гетерозиготами. Черноогненные мышки Пете очень понравились, и он решил развести их побольше. Для этого он скрестил повзрослевших черноогненных мышей друг с другом. Мышат родилось мало, но к Петиному удивлению, кроме ожидаемой черноогненной мышки, в потомстве оказались и черные мышата. Петя решил, что проявление окраски у мышей очень изменчиво, поэтому он стал скрещивать друг с другом черных мышей, надеясь, что в потомстве могут появиться черноогненные мышки. Но его надежда не сбылась – все потомки были черными. Объясните результаты Петиных экспериментов. Запишите все скрещивания, проведенные Петей. Удастся ли ему развести понравившихся ему мышей? Какие скрещивания он должен для этого провести?

Решение. В первом поколении F1 отношение 7:2 близко к 3:1, то есть действительно такое расщепление возможно, когда серые мыши гетерозиготны по аллелю, отвечающему за серую окраску.

Тот факт, что черноогненные мыши дают чисто чёрных мышей, а при скрещивании чёрных мышей образуются только чёрные, говорит о том, что аллель черноогненных мышей доминирует над аллелемчёрности.
Таким образом, мы имеем дело с множественными аллелями, где порядок доминирования следующий: а1>а2>а3, где а1 – аллель серой окраски, а2 – аллель черноогненной окраски, а3 – аллель чёрной окраски.

Черная мышь имеет генотип – а3а3, поэтому при скрещивании их друг с другом получаются чёрные мыши.

При скрещивании во втором поколении F2 некоторые черноогненные мыши могли быть гетерозиготамиа2а3, которые при скрещивании друг с другом образовывали потомства следующих генотипов: 1а2а3 :2а2а3 :1а3а3, где первые два генотипа (а2а3 иа2а3) предопределяют черноогненную окраску, а генотип а3а3 предопределяет чёрную окраску.

Гетерозиготы а2а3 в потомстве F1 от скрещивания двух серых мышей могли получиться только в том случае, когда исходные серые мыши были гетерозиготами, но имели разные генотипы: один из родителей должен был иметь генотип а1а2 (серая мышь, содержащая аллель черноогненности), а другой родитель – генотип а1а3 (серая мышь, содержащая аллель чёрной окраски).

Таким образом, скрещивание исходным мышей можно описать следующим образом.

а1а2 Х а1а3

↓

F1

a1a1 (серая) :a1a3 (серая) : a2a1(серая) : a2a3 (черноогненная)

Скрещивание же черноогненных можно описать следующим образом.

а2а3 Х а2а3

↓

F2

A2a2 (черноогненная) :a2a3 (черноогненная) : a3a2(черноогненная) : a3a3 (чёрная)

Скрещивание чёрных мышей можно описать далее.

а3а3 Х а3а3

↓

F3

а3а3

Черноогненных мышей Петя развести сможет, скрещивая их друг с другом. Если он захочет отобрать лишь тех черноогненных мышей, в потомстве которых не образуется чёрных (гомозиготы по аллелю а2), ему можно будет провести анализирующее скрещивание: каждую проверяемую черноогненную мышь необходимо скрестить с чёрной: если в потомстве выщепляются чёрные, то мышь гетерозиготна по аллелючерноогненной окраски (а2а3), а если не выщепляются, то гомозиготна (а2а2). 

У человека оттопыренные уши С доминируют над прижатыми с, наличие веснушекD – над их отсутствием d. Мужчина с оттопыренными ушами и без веснушек и его жена с прижатыми ушами и веснушками имеют восемь детей. Все дети с оттопыренными ушами и с веснушками. Каковы генотипы родителей? Какие и с какой вероятностью у них могут быть внуки, если их сын женится на женщине с прижатыми ушами и без веснушек?

Решение. Возможные генотипы мужчин с оттопыренными ушами и без веснушек: ССdd илиCcdd (рецессивный фенотип всегда соответствует гомозиготе, а доминантный – возможна гетерозигота или гомозигота по С).

Возможные генотипы женщины с прижатыми ушами и с веснушками: ссDDилисcDd.

По условию задачи все дети обязательно имеют доминантные аллели по обоим признакам.

Рассмотрим все возможные случаи генотипов родителей:

1. Отец ССdd, мать ссDD. В этом случае все дети имеют генотип СсDd, то есть имеют оттопыренные уши и веснушки, что соответствует условию задачи.

2. Отец ССdd, мать ссDd. В этом случае примерно половина детей должны иметь генотип СсDd, то есть быть с оттопыренными ушами и веснушками, а половина Ссdd, то есть с оттопыренными ушами, но без веснушек, что не соответствует условию задачи.

3. Отец Ссdd, мать ссDD или ccDD. В этом случае примерно половина детей должны иметь генотип cc, то есть быть с прижатыми ушами, что не соответствует условию задачи.

Таким образом генотип отца ССdd, а матери ссDD, генотип всех их детей СсDd.

Если сын с генотипом СсDd женится на женщине с прижатыми ушами и без веснушек (то есть дигомозиготе по двум рецессивным признакам с генотипом сссd) и если считать, что гены «оттопыренности ушей» и «веснушчатости» не сцеплены, то можно нарисовать следующую решётку Пеннета.

Решётка Пеннета

Таким образом в потомстве сына будет 4 фенотипа: оттопыренные веснушчатые, оттопыренные невеснушчатые, прижатые веснушчатые и прижатыеневеснушчатые, каждый из которых будет наследоваться с вероятность1/4.

В семье, где отец резус-положителен () и имеет (АВ) группу крови, а мать также резус-положительна, но имеет (А) группу крови, родился резус-отрицательный ребенок (rr) с (В) группой крови. Определите генотипы родителей. Какова вероятность рождения в этой семье резус-положительного ребенка с VIгруппой крови? А с Iгруппой крови?

«А с I группой крови?» Здесь не указанонарезусность, поэтому подсчитываю независимо от резус-фактора.

Решение. Ребёнок с рецессивным признаком (резус-отрицательность) мог родиться только в том случае, если оба родителя являются гетерозиготами по этому признаку, то есть оба имеют генотип Rhrh.

Учитывая, что при скрещивании двух гетерозигот в потомстве отношение числа особей с доминантным признаком к числу особей с рецессивным признаком составляет 3:1, вероятность рождения в этой семье резус-положительного ребёнка ¾.

В локусе гена АВО возможны три варианта (аллеля) - 0, A и B, которые экспрессируются по аутосомно- кодоминантному типу.

Тот факт, что в потомстве от фенотипов (АВ) и (А) родился ребёнок без А, означает, что генотип матери АО, и, следовательно, генотип ребёнка тоже АО (аллель О он получил от матери, а аллель А от отца).

Найдём все возможные генотипы возможных детей в этой семье и их соотношения с помощью решётки Пеннета.

Решётка Пеннета

Отсюда видно отношение фенотипов:

6RA:3RAB : 3 RB : 2Ra : 1 rAB: 1 Rb.

Отсюда легко найти требуемые вероятности.

Вероятность рождения резус-положительного ребёнка с группой крови АB(IVгруппа) 3/16=3/8.

Вероятность рождения с Iгруппой крови (00) равна нулю.

Для бОльшей уверенности просто привожу таблицу, где видно, что если хотя бы один родитель с IV группой крови, то дети cI группой не рождаются.

У дрозофилы доминантный ген Н определяет признак «волосатые крылья» (добавочные щетинки на крыльях), а рецессивный генvg, наследуемый независимо, – зачаточные крылья. Самку с нормальными крыльями скрестили с бескрылым самцом. Все самки в потомстве оказались с волосатыми крыльями, а все самцы – с нормальными. Какие потомки и в каком соотношении получатся от скрещивания мух F1 между собой?

Решение.Так как при скрещивании самки с нормальными крыльями с бескрылым самцом все самки в потомстве оказались с волосатыми крыльями, а самцы с нормальными, признак «волосатости» сцеплен с Х-хромосомой. Всем самкам этого потомстваF1 обязательно достаётся Х-хромосома от самца-родителяс этим доминантным геном (проявление которого мы не видим из-за бескрылости) и они будут иметь генотип Х_HХ_h, (Х_Hобозначает доминантный аллель «волосатости в Х-хромосоме), а Х_vg – рецессивный аллель нормы), в то время как все самцы F1 будут получать Х-хромосому от родительской самки, гомозиготной по аллелюХ_h (генотипродительской самки Х_hХ_h).

Обозначим Vg–доминантный аллель наличия крыльев (норма), vg – бескрылости.

Так как в потомстве и самцы, и самки имели крылья, признак наличия крыльев с полом не сцеплен, самцы гомозиготны по рецессивному аллелюvg (vgvg). Так как в F1 все потомки имеют крылья и не происходит образования бескрылых особей, самки гомозиготны по доминантному аллелю наличия крыльев (генотимVgVg).Y – Y-хромосома у самца.

Схем будет иметь следующий вид.

P     ♀VgVgХ_hХ_h (крылатая, неволосатая)  х ♂vgvgХ_HY (бескрылый)

↓

F1   ♀VgvgХ_HХ_h (крылатая, волосатая) + ♂VgvgХ_hY (крылатый, неволосатый)

Изобразим получившиеся генотипы в F2 решёткой Пеннета.

Решётка Пеннета

Таким образом расщепление будет: 3 (♀ Крылатая, волосатая) : 3 (♀ Крылатая, неволосатая) :2 (♀ Бескрылая) : 3 (♂ Крылатый, волосатый) : 3 (♂ Крылатый, неволосатый) :2 (♂ Бескрылый).

8. У дрозофилы ген С обуславливает загнутые крылья, ген S – укороченные щетинки. Скрещивание мух с загнутыми крыльями и укороченными щетинками между собой всегда дает расщепление 4 загнутых укороченных : 2 загнутых неукороченных : 2 незагнутых укороченных : 1 нормальная. Объяснить расщепление.

Решение.

Так как в потомстве появились мухи с рецессивными признаками, а родители по фенотипу оба с доминантными признаками, следовательно? они гетерозиготны, т.еCcSs,

при скрещивании таких мух должно произойти расщепление 9:3:3:1, где сумма коэффициентов согласно стандартной решётке Пеннета должна быть равна 16, но здесь сумма коэффициентов равна 9, можно предположить, что 7 комбинаций выбраковываются в результате того, что один или оба доминантных аллеля для каждого гена имеют рецессивное летальное действие.

Изобразим получившиеся в результате скрещивания CcSs друг с другом генотипы решёткой Пеннета.

Решётка Пеннета

Из решётки Пеннета видно, что в случае, когда оба доминантных аллеля С и Sобладают рецессивным мутатным действием выбраковываются ровно 7 комбинаций (выделено красным), и в результате получается расщепление 4C*S*:2C*ss:2ccS*:1ccss.

Таким образом, данное расщепление объясняется тем, что Cи S– доминантные аллели с рецессивным летальным действием, а родительские формы гетерозиготны по обоим генам, то есть имеют генотип CcSs.

У дрозофилы доминантный ген N (Notch), приводит к появлению вырезки на крыльях. При скрещивании самки с вырезкой с нормальным самцом было получено следующее потомство: самок – 104 нормальных, 99 с вырезкой; самцов – 105 нормальных. Как наследуется данный признак?

Решение. Отсутствие самцов с вырезкой свидетельствует о том, что данный ген сцеплен с Х-хромосомой и проявляет рецессивное летальное действие.

Поэтому самки должны быть гетерозиготны по этому доминантному аллелю. Схема скрещивания будет иметь следующий вид.

P     ♀Х_NХ_n (вырезка на крыльях) х ♂Х_nY (без вырезки на крыльях)

↓

F1 ♀Х_NХ_n (вырезка на крыльях) + ♀Х_nХ_n (нормальных) + ♂Х_nY (нормальных)

Таким образом должно быть расщепление по фенотипам:

1 самка с вырезкой : 1 самка нормальная : 1 самец нормальный,

что соотвестсвует условию задачи. 

Фиолетовая окраска цветков у некоторого растения определяется комплементарным действием четырех доминантных генов А, В, С и D.

Если в генотипе растения отсутствует хотя бы один доминантный аллель любого из четырех генов, окраска цветов будет белой. Скрестили два растения, гетерозиготные по всем четырем генам. Каких цветов будет больше всего среди потомков этого скрещивания? Ответ аргументируйте.

Решение.

Представим для начала, что окраска цветков определяется комплементарным действием одного гена (доминантным аллелем А). В этом случае при скрещивании двух гетерозиготАа ¾ потомства будет с фиолетовыми цветками.   В этом случае при скрещиваниидвух гетерозиготАаВв¾ от форм с генотипом А* потомства будет с фиолетовыми цветками, то есть в этом случае доля растений с фиолетовыми цветками будет уже (¾)². Рассуждая аналогичным образом, получаем, что при скрещивании тригетерозиготАаВвСсдоля растений с фиолетовыми цветками будет уже (¾)³, а при скрещивании тетрагетерозиготАаВвCcDdдоля растений с фиолетовыми цветками будет уже (¾)³=81/259, что меньше ½. Таким образом, доля фиолетовых цветков будет меньше, чем доля белых цветков в потомстве.