Як вирішувати завдання з генетики на біології?

Вивчення основних законів спадковості і мінливості організмів є однією з найбільш складних, але дуже перспективних завдань, що стоять перед сучасним природознавством. У даній статті ми розглянемо як основні теоретичні поняття і постулати науки, так і розберемося з тим, як вирішувати завдання по генетиці.

Актуальність вивчення закономірностей спадковості

Дві найважливіші галузі сучасної науки - медицина і селекція - розвиваються завдяки дослідженням вчених-генетиків. Сама ж біологічна дисципліна, назва якої було запропоновано в 1906 році англійським вченим У. Бетсон, є не стільки теоретичною, скільки практичної. Всім, хто вирішить серйозно розібратися в механізмі наслідування різних ознак (наприклад, таких як колір очей, волосся, група крові), доведеться спочатку вивчити закони спадковості і мінливості, а також з`ясувати, як вирішувати завдання по генетиці людини. Саме цим питанням ми і займемося.

Основні поняття і терміни

Кожна галузь має специфічний, тільки їй властивий, набір основних визначень. Якщо мова зайшла про науку, що вивчає процеси передачі спадкових ознак, під останніми будемо розуміти такі терміни: ген, генотип, фенотип, батьківські особини, гібриди, гамети і так далі. З кожним з них ми зустрінемося, коли будемо вивчати правила, що пояснюють нам, як вирішувати завдання з біології на генетику. Але на початку ми вивчимо гибридологический метод. Адже саме він лежить в основі генетичних досліджень. Він був запропонований чеським натуралістом Г. Менделем в 19 столітті.

Як успадковуються ознаки?

Закономірності передачі властивостей організму були відкриті Менделем завдяки дослідам, які він проводив з широко відомим рослиною - горохом посівним. Гибридологический метод являє собою схрещування двох одиниць, які відрізняються один від одного однією парою ознак (моногибридное схрещування). Якщо в досвіді беруть участь організми, які мають кілька пар альтернативних (протилежних) ознак, тоді говорять про полигибридном схрещуванні. Вчений запропонував наступну форму запису ходу гібридизації двох рослин гороху, які відрізняються забарвленням насіння. А - жовта фарба, а - зелена.

У цьому записі F1 - гібриди першого (I) покоління. Вони всі абсолютно однакове (однакові), так як містять домінантний ген А, контролюючий жовте забарвлення насіння. Вищенаведена запис відповідає першому закону Менделя (Правило одноманітності гібридів F1). Знання його пояснює учням, як вирішувати завдання по генетиці. 9 клас має програму з біології, в якій детально вивчається гибридологический метод генетичних досліджень. У ній також розглядається і друге (ІІ) правило Менделя, зване законом розщеплення. Згідно з ним, у гібридів F2, отриманих від схрещування двох гібридів першого покоління між собою, спостерігається розщеплення у співвідношенні за фенотипом 3 до 1, а за генотипом 1 до 2 і до 1.

Відео: Генетика статі. Рішення генетичних завдань - 9

Використовуючи вищенаведені формули, ви зрозумієте, як вирішувати завдання по генетиці без помилок, якщо в їх умовах можна застосувати перший або вже відомий II закон Менделя, враховуючи, що схрещування відбувається при повному домінуванні одного з генів.

Закон незалежного комбінування станів ознак

Якщо батьківські особини розрізняються двома парами альтернативних ознак, наприклад, забарвленням насіння і їх формою, у таких рослин, як горох посівної, тоді в ході генетичного схрещування потрібно використовувати решітку Піннета.

Абсолютно всі гібриди, які є першим поколінням, підкоряються правилу однаковості Менделя. Тобто вони жовті, з гладкою поверхнею. Продовжуючи схрещувати між собою рослини з F1, ми отримаємо гібриди другого покоління. Щоб з`ясувати, як вирішувати завдання по генетиці, 10 клас на уроках біології використовує запис дигибридного схрещування, застосовуючи формулу розщеплення за фенотипом 9: 3: 3: 1. За умови, що гени розташовані в різних парах, можна використовувати третій постулат Менделя - закон незалежних комбінувань станів ознак.

Як успадковуються групи крові?

Механізм передачі такої ознаки, як група крові у людини, не відповідає закономірностям, розглянутим нами раніше. Тобто він не підпорядковується першому і другому закону Менделя. Це пояснюється тим, що така ознака, як група крові, згідно з дослідженнями Ландштейнера, контролюється трьома алелями гена I: А, В і 0. Відповідно генотипи будуть такими:

• Перша група - 00.
• Друга - АА або А0.
• Третя група - ВВ або В0.
• Четверта - АВ.

Ген 0 є рецесивною аллель до генам А і В. А четверта група є результатом Кодомінування (взаємної присутності генів А і В). Саме це правило потрібно обов`язково враховувати, щоб знати, як вирішувати завдання по генетиці на групи крові. Але це ще не все. Для встановлення генотипів дітей по групі крові, які народилися від батьків з різними її групами, скористаємося таблицею, розташованої нижче.

Відео: Урок біології №17. Рішення завдання на групи крові.

Теорія спадковості Моргана

Повернемося до розділу нашої статті «Закон незалежного комбінування станів ознак», в якому ми розглянули, як вирішувати завдання по генетиці. Дигибридное схрещування, як і сам ІІІ закон Менделя, яким воно підпорядковується, може бути застосовано для алельних генів, що знаходяться в гомологічних хромосомах кожної пари.

В середині 20 століття американський вчений-генетик Т. Морган довів, що більшість ознак контролюється генами, які розташовані в одній і тій же хромосомі. Вони мають лінійне розташування і утворюють групи зчеплення. І їх кількість одно саме гаплоїдному набору хромосом. У процесі мейозу, що приводить до утворення гамет, в статеві клітини потрапляють не окремі гени, як вважав Мендель, а цілі їх комплекси, названі Морганом групами зчеплення.

кроссинговер

Під час профази I (її ще називають першим поділом мейозу) між внутрішніми хроматидами гомологічниххромосом відбувається обмін ділянками (лукусамі). Це явище отримало назву кросинговеру. Воно лежить в основі спадкової мінливості. Кроссинговер особливо важливий для вивчення розділів біології, що займаються вивченням спадкових захворювань людини. Застосовуючи постулати, викладені в хромосомної теорії спадковості Моргана, ми визначимо алгоритм, який відповідає на питання, як вирішувати завдання по генетиці.

Зчеплені з підлогою випадки спадкування є окремим випадком передачі генів, які розташовані в одній і тій же хромосомі. Відстань, яке існує між генами в групах зчеплення, виражається у відсотках - морганідах. А сила зчеплення між даними генами прямо пропорційна відстані. Тому кроссинговер найчастіше виникає між генами, які розташовуються далеко один від одного. Розглянемо явище зчепленого успадкування більш детально. Але на початку згадаємо, які елементи спадковості відповідають за статеві ознаки організмів.

статеві хромосоми

У каріотипі людини вони мають специфічну будову: у жіночих особин представлені двома однаковими Х-хромосомами, а у чоловіків в статевої парі, крім Х-хромосоми, є ще й У-варіант, що відрізняється як за формою, так і по набору генів. Це означає, що він не гомологичен Х-хромосомі. Такі спадкові хвороби людини, як гемофілія і дальтонізм, виникають внаслідок «поломки» окремих генів в Х-хромосомі. Наприклад, від шлюбу носії гемофілії зі здоровим чоловіком можливе народження такого потомства.

Вище наведений хід генетичного схрещування підтверджує факт зчеплення гена, контролюючого згортання крові, зі статевою Х-хромосомою. Дана наукова інформація використовується для навчання учнів прийомам, визначальним, як вирішувати завдання по генетиці. 11 клас має програму з біології, в якій детально розглядаються такі розділи, як «генетика», «медицина» та «генетика людини». Вони дозволяють учням вивчити спадкові хвороби людини і знати причини, за якими вони виникають.

взаємодія генів

Передача спадкових ознак - процес досить складний. Наведені раніше схеми стають зрозумілими тільки при наявності в учнів базового мінімуму знань. Він необхідний, так як забезпечує механізми, що дають відповідь на питання про те, як навчитися вирішувати завдання з біології. Генетика вивчає форми взаємодія генів. Це полімерія, епістаз, комплементарність. Поговоримо про них детальніше.

Приклад успадкування слуху у людини є ілюстрацією такого типу взаємодії, як компліментарність. Слух контролюється двома парами різних генів. Перша відповідає за нормальний розвиток равлики внутрішнього вуха, а друга - за функціонування слухового нерва. У шлюбі глухих батьків, кожен з яких є рецесивною гомозиготи по кожній однієї з двох пар генів, народжуються діти з нормальним слухом. В їх генотипі присутні обидва домінантних гени, які контролюють нормальний розвиток слухового апарату.

Плейотропія

Це цікавий випадок взаємодії генів, при якому від одного гена, присутнього в генотипі, залежить фенотипічніпрояв відразу кількох ознак. Наприклад, на заході Пакистану виявлені людські популяції деяких представників. У них відсутні потові залози на певних ділянках тіла. Одночасно у таких людей діагностували відсутність деяких корінних зубів. Вони не змогли сформуватися в процесі онтогенезу.

У тварин, наприклад, каракульських овець, присутній домінантний ген W, який контролює як забарвлення хутра, так і нормальний розвиток шлунка. Розглянемо, як успадковується ген W при схрещуванні двох гетерозиготних особин. Виявляється, що в їх потомство ¼- ягнят, що мають генотип WW, гине через аномалій в розвитку шлунка. При цьому ½- (мають сірий хутро) гетерозиготні і життєздатні, а ¼- - це особини з чорним хутром і нормальним розвитком шлунка (їх генотип WW).

Генотип - цілісна система

Множинне дію генів, полігібридне схрещування, явище зчепленого успадкування служать незаперечним доказом того факту, що сукупність генів нашого організму є цілісною системою, хоча і представлена індивідуальними алелями генів. Вони можуть успадковуватися за законами Менделя, незалежно чи локусами, зчеплене підкоряючись постулатам теорії Моргана. Розглядаючи правила, що відповідають за те, як вирішувати завдання по генетиці, ми переконалися, що фенотип будь-якого організму формується під впливом як алельних, так і неалельних генів, впливають на розвиток одного або декількох ознак.