10 класс Биология Наследственность и изменчивость. Селекция Хромосомы, пол и изменчивость

Хромосомная теория. Сцепленное наследование

Содержание

Задача в формате ЕГЭ (учебные данные). Дигетерозиготу AaBb скрестили с рецессивной гомозиготой aabb. По закону независимого наследования ждали четыре класса потомков поровну, по 25%.

Получили иначе: AaBb — 42%, aabb — 42%, Aabb — 8%, aaBb — 8%. Почему сочетания, как у родителей, встречаются гораздо чаще? И откуда взялись 16% потомков с новыми сочетаниями?

Содержание

Гены одной хромосомы наследуются вместе
Кроссинговер разделяет сцепленные гены
Сколько рекомбинантов среди потомков
Чем дальше гены, тем больше рекомбинантов
Часто задаваемые вопросы

Гены одной хромосомы наследуются вместе

Наблюдение. Слева гены A и B лежат в разных парах хромосом, справа — в одной. Хромосомы пары расходятся в разные гаметы. Сколько типов гамет даст каждая особь без обмена участками?

Дигетерозигота AaBb. Слева гены A и B в разных парах хромосом: четыре типа гамет AB, Ab, aB, ab поровну. Справа гены в одной хромосоме, запись AB/ab: без обмена участками два типа гамет, AB и ab — Дигетерозигота AaBb: при генах в разных парах хромосом — четыре типа гамет поровну; при AB/ab без обмена — два типа, AB и ab

Закон Моргана

Гены, расположенные в одной хромосоме, при мейозе попадают в одну гамету, пока их не разделит обмен участками, — наследуются сцепленно. Место гена в хромосоме — локус.

Гены одной хромосомы образуют группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом, если у вида нет разных половых хромосом.

{"questions":[{"content":"У растения в диплоидных клетках тела 20 хромосом, половых хромосом у него нет. Сколько у него групп сцепления? Запишите число. [[input-1]]","widgets":{"input-1":{"type":"input","answer":"10"}},"hints":["Какие гены образуют одну группу сцепления?","Несут ли две хромосомы одной гомологичной пары разные группы генов или одну и ту же?"],"explanation":"20 хромосом образуют 10 гомологичных пар; хромосомы пары несут одни и те же гены, поэтому групп сцепления 10 — гаплоидное число.","step":1}],"mix":1}

Модель урока. Запись AB/ab: над чертой — аллели одной хромосомы пары, под чертой — другой. Гаметы читаем по хромосомам: без обмена — сочетания над и под чертой. На схемах один обмен, расстояния условные.

{"questions":[{"content":"Дигетерозигота Ab/aB: над чертой — аллели одной хромосомы пары, под чертой — другой. Какие гаметы она образует, если обмена участками между генами нет?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Одну гамету AaBb с обеими хромосомами","Только Ab и aB, как в хромосомах","Все четыре типа, AB, Ab, aB и ab, поровну","Только AB и ab, доминантные вместе"],"explanations":["В гамету попадает одна хромосома пары, а не обе: в ней один аллель каждого гена","","Четыре типа поровну дают гены в разных парах хромосом; здесь гены в одной хромосоме","AB и ab — сочетания другой записи: у этой особи A лежит в одной хромосоме с b, а a — с B"],"answer":[1]}},"hints":["Какие аллели лежат вместе в одной хромосоме — над чертой и под ней?","Без обмена в гамету попадает одна хромосома пары целиком."],"explanation":"Без обмена участками хромосомы пары расходятся в разные гаметы целиком: гамета получает либо хромосому Ab, либо хромосому aB.","step":1}],"mix":1}

Кроссинговер разделяет сцепленные гены

Наблюдение. Пусть в задаче из начала урока хромосомы — AB и ab. Откуда тогда Ab и aB? В профазе I мейоза гомологи сближаются, каждый состоит из двух сестринских хроматид. Найдите на схеме, какие хроматиды обменялись участком.

Кроссинговер

В профазе I мейоза гомологичные хромосомы сближаются, и хроматиды разных гомологов — несестринские — могут обменяться участками. Это кроссинговер (перекрест). Если обмен прошел между двумя генами (так бывает не в каждой клетке), их сцепление нарушается. Кроссинговер повышает генетическую изменчивость.

Почему не сестринские? Сестринские хроматиды — копии одной хромосомы с одинаковыми аллелями: обмен между ними нового сочетания не дает.

{"questions":[{"content":"Обмен участками прошел между двумя сестринскими хроматидами хромосомы AB, на участке между генами A и B. Появятся ли от этого рекомбинантные гаметы Ab и aB?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Да: обмен участками хроматид дает рекомбинантов","Да: обмен прошел на участке между генами A и B","Да: сестринские хроматиды несут разные аллели","Нет: у сестринских хроматид одинаковые аллели"],"explanations":["Новое сочетание дает обмен хроматид разных гомологов, где аллели различаются; здесь AB меняется на AB","Место обмена подходит, но у сестринских хроматид аллели одинаковые: AB меняется на AB","Разные аллели у гомологов — отцовской и материнской хромосом; сестринские хроматиды — копии одной хромосомы",""],"answer":[3]}},"hints":["Какие аллели несут сестринские хроматиды одной хромосомы?","Обе сестринские хроматиды несут A и B: что получится после обмена их участками?"],"explanation":"Сестринские хроматиды — копии одной хромосомы, обе несут A и B. После обмена участками получаются те же AB и AB, поэтому рекомбинантов нет.","step":1}],"mix":1}

Определение

Гаметы с сочетанием аллелей, как в хромосомах родителя, — родительские, с новым сочетанием — рекомбинантные. Потомков из рекомбинантных гамет называют рекомбинантами.

{"questions":[{"content":"Особь Ab/aB: A и b лежат в одной хромосоме, a и B — в другой. Распределите ее гаметы. [[grouper-1]]","widgets":{"grouper-1":{"type":"grouper","labels":["Родительские","Рекомбинантные"],"items":[["Ab","aB"],["AB","ab"]]}},"hints":["Какие сочетания аллелей записаны в хромосомах этой особи?","Родительские повторяют записи над чертой и под чертой."],"explanation":"Хромосомы особи — Ab и aB, такие гаметы родительские. AB и ab появляются после кроссинговера между генами — они рекомбинантные.","step":1}],"mix":1}

Сколько рекомбинантов среди потомков

Наблюдение. Скрестим AB/ab с ab/ab. Особь ab/ab дает гаметы одного типа — ab, поэтому классы потомков повторяют гаметы дигетерозиготы. Как меняются классы на схеме, когда доля рекомбинантов растет от 0 до 20%?

Анализирующее скрещивание AB/ab на ab/ab при доле рекомбинантов 0, 10 и 20 процентов: рекомбинантные классы Ab и aB делят эту долю поровну, родительские AB и ab делят остаток тоже поровну — AB/ab × ab/ab: при 10% и 20% классы Ab и aB делят долю рекомбинантов поровну, AB и ab — остаток, тоже поровну

Правило

Доля рекомбинантов — доля рекомбинантных гамет; ее задают в условии или находят по потомству. Один обмен между генами у AB/ab дает одну хроматиду Ab и одну aB, поэтому рекомбинантные гаметы делят эту долю поровну, а родительские — остаток, тоже поровну. В анализирующем скрещивании так же делятся классы потомков.

Пример

Задача. AB/ab скрестили с ab/ab, доля рекомбинантов 10%. Сколько из 200 потомков ожидаемо будут aB/ab?

Решение. Хромосомы особи — AB и ab, значит, aB — рекомбинантная гамета. Рекомбинантные делят 10% поровну: по 5%. Анализатор дает гаметы ab, поэтому потомков aB/ab тоже 5%: 200 · 0,05 = 10.

Ответ: около 10.

{"questions":[{"content":"Особь Ab/aB скрестили с ab/ab. Доля рекомбинантных гамет — 10%. Сколько из 400 потомков ожидаемо будут AB/ab? Запишите число. [[input-1]]","widgets":{"input-1":{"type":"input","answer":"20"}},"hints":["Гамета AB у этой особи родительская или рекомбинантная? Сравните с записью ее хромосом.","Совпадает ли AB с одной из хромосом особи — с Ab или с aB? Сколько классов делят долю такой гаметы?"],"explanation":"Хромосомы особи — Ab и aB, поэтому гамета AB рекомбинантная: 10% : 2 = 5%. Анализатор дает только ab, значит, потомков AB/ab 5%: 400 · 0,05 = 20.","step":1}],"mix":1}

Пример

Обратная задача. AB/ab × ab/ab: из 400 потомков 184 AB/ab, 184 ab/ab, 16 Ab/ab и 16 aB/ab. Какова доля рекомбинантов?

Решение. Рекомбинантные классы — Ab/ab и aB/ab: 16 + 16 = 32 из 400, то есть 8%.

Ошибка

Как ошибаются. «Сцепленные гены всегда наследуются вместе: рекомбинантов не бывает». Так думают, потому что по закону Моргана гены одной хромосомы попадают в одну гамету.

Проверка. В задаче из начала урока 8% + 8% потомков несут новые сочетания — их дал кроссинговер между генами.

Верно. Сцепленные гены наследуются преимущественно вместе: рекомбинанты бывают, но в задачах урока их меньше, чем родительских.

Неверно: при сцеплении всегда только два класса AB и ab, рекомбинантов не бывает. Верно, данные задачи: AB и ab по 42 процента, рекомбинанты Ab и aB по 8 процентов — Неверно: «при сцеплении всегда два класса». Верно, данные задачи: родительские по 42%, рекомбинанты по 8%

{"questions":[{"content":"В анализирующем скрещивании AB/ab × ab/ab получили 400 потомков: 192 AB/ab, 192 ab/ab, 8 Ab/ab и 8 aB/ab. Ученица решила: «Гены A и B сцеплены, значит, 16 потомков — ошибка подсчета». Что верно?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Это родительские классы, их меньше всего","Гены A и B лежат в разных парах хромосом","Это рекомбинанты после кроссинговера между генами","Ученица права: сцепленные гены не разделяются"],"explanations":["Родительские классы повторяют хромосомы AB и ab — их здесь большинство","Тогда четыре класса были бы примерно поровну, а здесь родительских 384 из 400","","Сцепленные гены идут в гамету вместе, пока их не разделит обмен: кроссинговер дает редких рекомбинантов"],"answer":[2]}},"hints":["Какие классы здесь повторяют хромосомы родителя, а какие несут новое сочетание?","Что может разделить гены A и B одной хромосомы в профазе I мейоза?"],"explanation":"Родительских классов 384 из 400 — гены сцеплены. Редкие Ab/ab и aB/ab — рекомбинанты: их дал кроссинговер между A и B, доля 16 : 400 = 4%.","step":1}],"mix":1}

Чем дальше гены, тем больше рекомбинантов

Наблюдение. На схеме участок одной хромосомы с генами A, B и C. Для A и B рекомбинантов около 4%, для A и C — около 20%. В какой паре гены дальше друг от друга и где обмен случается чаще?

Три гена на участке одной хромосомы, учебные данные: A и B близко, рекомбинантов около 4 процентов; A и C дальше, рекомбинантов около 20 процентов — A и B близко — рекомбинантов около 4%; A и C дальше — около 20%. Данные учебные, расстояния условные

Правило

Чем дальше гены в хромосоме, тем выше вероятность кроссинговера между ними; близкие гены разделяются редко. В модели урока (одиночный обмен) чем дальше гены, тем больше доля рекомбинантов — по ней сравнивают расстояния генов одной хромосомы. Повторные обмены здесь не рассматриваем: с ними зависимость сложнее.

{"questions":[{"content":"Гены K, L и M лежат в одной хромосоме. Между K и L рекомбинантов 3%, между K и M — 17% (учебные данные). Какой ген лежит дальше от K?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["M: рекомбинантов с ним больше","По долям видно лишь, что гены сцеплены","Оба одинаково: гены одной хромосомы","L: рекомбинантов с ним меньше"],"explanations":["","По доле рекомбинантов сравнивают и расстояния: чем дальше гены, тем больше рекомбинантов","Гены одной хромосомы лежат на разных расстояниях; доли 3% и 17% это показывают","Меньше рекомбинантов — кроссинговер между генами реже, значит, они ближе"],"answer":[0]}},"hints":["Как связаны расстояние между генами и вероятность обмена между ними?","Сравните 3% и 17%: между какими генами обмен шел чаще?"],"explanation":"Чем дальше гены, тем выше вероятность кроссинговера между ними: 17% больше 3%, значит, M дальше от K, чем L.","step":1}],"mix":1}

Хромосомная теория наследственности

1. Ген — участок хромосомы; каждый ген занимает свое место — локус. Хромосома — группа линейно сцепленных генов.

2. Аллельные гены расположены в одинаковых локусах гомологичных хромосом.

3. Во время мейоза возможен кроссинговер — обмен аллельными генами между гомологичными хромосомами.

{"questions":[{"content":"Какой результат объясняет третье положение хромосомной теории — о кроссинговере?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["У AaBb с генами в разных парах четыре гаметы","Аллели A и a лежат в одном локусе гомологов","У AB/ab без обмена только гаметы AB и ab","У AB/ab появились гаметы Ab и aB"],"explanations":["Это независимое наследование генов разных пар хромосом, а не кроссинговер","Это второе положение — о местах аллелей, а не результат обмена","Это объясняет первое положение: гены одной хромосомы сцеплены",""],"answer":[3]}},"hints":["Чем третье положение отличается от первых двух?","Какой результат невозможен без обмена участками гомологов?"],"explanation":"Третье положение: в мейозе возможен кроссинговер — обмен аллельными генами между гомологами. Без него у AB/ab не было бы гамет Ab и aB.","step":1}],"mix":1}

Вывод

Ответ на задачу: результат объясняется сцеплением — гены A и B лежат в одной хромосоме, хромосомы дигетерозиготы — AB и ab. Поэтому родительские сочетания встречаются чаще всего, по 42%. Новые сочетания, 8% + 8% = 16%, — рекомбинанты после кроссинговера между генами.

Задачи на сцепление (они есть в ЕГЭ по биологии) решают, читая гаметы по хромосомам:

Родительские гаметы — аллели над чертой и под чертой; если записи нет — два самых частых класса потомков (в задачах урока).
Два других сочетания — рекомбинантные: доля рекомбинантов делится между ними поровну, остаток — тоже поровну между родительскими.
В анализирующем скрещивании классы потомков повторяют гаметы: умножьте долю класса на число потомков.
Обратная задача для анализирующего скрещивания: оба рекомбинантных класса сложите и разделите на всех потомков. Чем больше доля, тем дальше гены этой хромосомы (при одиночных обменах).

Часто задаваемые вопросы

Закон Моргана говорит, что гены одной хромосомы наследуются вместе. Откуда же рекомбинанты?

В профазе I мейоза несестринские хроматиды гомологов могут обменяться участком между генами — так появляются рекомбинантные гаметы. Поэтому сцепленные гены наследуются преимущественно вместе, а не всегда.

Почему обмен между сестринскими хроматидами не дает рекомбинантов?

У сестринских хроматид одинаковые аллели; новое сочетание дает обмен хроматид разных гомологов с разными аллелями.

Как по потомству понять, что гены сцеплены?

В анализирующем скрещивании при генах в разных парах хромосом четыре класса примерно поровну, а при сцеплении в задачах урока родительских больше.

Награды за урок