ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ - ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ И СЕЛЕКЦИИ

Задачи. Сформировать знания об основных типах взаимодействия аллельных и неаллельных генов на примерах множественного действия генов и новообразования при взаимодействии неаллельных генов. Показать, что кроме ядерной наследственности существует еще и цитоплазматическая, которая передается чаще всего по материнской линии. Повторить и проконтролировать знания учащихся по генетике пола.

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма (приложение 1).

Ход урока:

Повторение. Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Задача. От черной кошки родились один черепаховый и несколько черных котят. Определите: а) фенотип и генотип отца; б) пол черепахового и черных котят.

2. Задача. В каком случае у мужчины дальтоника может быть внук дальтоник?

3. В каком случае может родиться девочка с дальтонизмом?

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с помощью диафильма, кодограммы (приложение 2).

Взаимодействие генов. Изучая закономерности наследования, Г. Мендель исходил из предположения, что один ген отвечает за развитие только одного признака. Например, ген, отвечающий за развитие окраски семян гороха, не влияет на форму семян. Причем эти гены располагаются в разных хромосомах, и их наследование независимо друг от друга. Поэтому может сложиться впечатление, что генотип представляет собой простую совокупность генов организма. Однако сам Мендель в ряде опытов столкнулся с явлениями наследования, которые не могли быть объяснены с помощью открытых им закономерностей. Так, при изучении наследования окраски семенной кожуры, Мендель обнаружил, что ген, вызывающий образование бурой семенной кожуры, способствует также развитию пигмента и в других частях растения. Растения с бурой семенной кожурой имели цветки фиолетовой окраски, а растения с белой семенной кожурой — белые цветки. Мендель пришел к заключению, что наследование пурпурного цвета зависит не от одного, а от нескольких генов, каждый из которых дает промежуточную окраску. Можно говорить о том, что Мендель не только установил законы независимого наследования пар аллелей, но и заложил основы учения о взаимодействии генов.

Постепенно накапливались факты, показывающие, что полученные Менделем числовые соотношения при расщеплении гибридного поколения не всегда соблюдались, то есть взаимоотношения между генами и признаками носят более сложный характер. Выяснилось: один и тот же ген может оказывать влияние на развитие нескольких признаков; один и тот же признак может развиваться под влиянием многих генов. Взаимодействовать друг с другом могут как аллельные, так и неаллельные гены.

Различают несколько типов взаимодействия аллельных генов.

Полное доминирование, при котором рецессивный признак не проявляется.

Неполное доминирование, при котором у гибридов наблюдается промежуточный характер наследования.

Кодоминирование — в этом случае у гибридов проявляются оба признака. Например, кодоминирование проявляется у людей с 4-й группой крови. Первая группа крови у людей с аллелями iOiO, вторая — с аллелями IАIА или IAiO; третья — IBIB или IBiO; четвертая группа имеет аллели IАIВ.

Взаимодействие неаллельных генов. Известно много примеров, когда гены влияют на характер проявления определенного неаллельного гена или на саму возможность проявления этого гена. Комплементарными называют гены, обусловливающие при совместном сочетании в генотипе в гомозиготном или гетерозиготном состоянии новое фенотипическое проявление признака.

Классическим примером комплементарного взаимодействия генов является наследование формы гребня у кур. При скрещивании кур, имеющих розовидный и гороховидный гребень, все первое поколение имеет ореховидный гребень. При скрещивании гибридов первого поколения у потомков наблюдается расщепление по форме гребня: 9 ореховидных, 3 розовидных, 3 гороховидных, 1 листовидный. Генетический анализ показал, что куры с розовидным гребнем имеют генотип A_bb, с гороховидным — ааВ_, с ореховидным — А_В_ и с листовидным — aabb, то есть развитие розовидного гребня происходит в том случае, если в генотипе имеется только один доминантный ген — А, гороховидного — наличие только гена В, сочетание генов А В обусловливает появление ореховидного гребня, а сочетание рецессивных аллелей этих генов — листовидного.

При комплементарном взаимодействии генов в дигибридном скрещивании получаются расщепления потомков отличные от менделевского: 9:7, 9:3:4, 13:3, 12:3:1, 15:1, 10:3:3, 9:6:1. Однако все они являются видоизменениями общей менделевской формулы 9:3:3:1.

Эпистатичным называют такое взаимодействие генов, при котором аллель одного гена подавляет действие аллелей других генов. Эпистатичное взаимодействие противоположно комплементарному. Некоторые породы кур имеют белое оперение, другие же — окрашенное. Белое оперение определяется несколькими различными генами, например, у белых леггорнов — генами CCII, а у белых плимутроков — ccii. Доминантная аллель гена С определяет синтез предшественника пигмента (хромогена, обеспечивающего окраску пера), а его рецессивная аллель с — отсутствие хромогена. Ген I является подавителем действия гена С, а аллель i не подавляет его действия. Таким образом, белая окраска у кур определяется не наличием особых генов, определяющих развитие этой окраски, а наличием гена, подавляющего ее развитие.

При скрещивании, например, леггорнов (CCII) с плимутроками (ccii) все потомство F, имеет белую окраску, которая определяется наличием в их генотипе гена-подавителя (CcIi). Если же гибридов F1 скрестить между собой, то во втором поколении происходит расщепление по окраске в отношении 13/16 белых: 3/16 окрашенных. Окрашенным оказывается та часть потомства, в генотипе которой имеется ген окраски и отсутствует его подавитель (C_ii).

Полимерия. Скрещивая белую и пурпурную фасоли, Мендель столкнулся с явлением полимерии. Полимерией называют однозначное влияние двух, трех и более неаллельных генов на развитие одного и того же признака. Такие гены называют полимерными, или множественными, и обозначают одной буквой с соответствующим индексом, например А1, А2, а1, а2. Полимерные гены контролируют большинство количественных признаков организмов: высоту растения, массу семян, масличность семян, содержание сахара в корнеплодах сахарной свеклы, удойность коров, яйценоскость, вес тела и т. д. У человека по типу полимерии наследуется, например, окраска кожи.

Множественное действие генов. Имеет биохимическую природу: один белок-фермент, образующийся под контролем одного гена, определяет не только развитие данного признака, но и воздействует на вторичные реакции биосинтеза различных других признаков и свойств, вызывая их изменение. Впервые было обнаружено Г. Менделем, который отметил, что у растений с пурпурными цветками всегда имелись красные пятна в пазухах листьев, а семенная кожура была серого или бурого цвета. То есть развитие этих признаков определяется действием одного наследственного фактора (гена).

У человека встречается рецессивная наследственная болезнь—серповидно-клеточная анемия. Первичным дефектом этой болезни является замена одной из аминокислот в молекуле гемоглобина, что приводит к изменению формы эритроцитов. Одновременно с этим возникают глубокие нарушения в сердечно-сосудистой, нервной, пищеварительной, выделительной системах. Это приводит к тому, что гомозиготный по этому заболеванию ребенок погибает в детстве.

Таким образом, выражение «ген определяет развитие признака» в значительной степени условно, так как действие гена зависит от других генов — от генотипической среды. На проявление действия генов влияют и условия окружающей внешней среды. Следовательно, генотип является системой взаимодействующих генов.

Цитоплазматическая наследственность. Кроме ядерной наследственности существует и цитоплазматическая, связанная с некоторыми органоидами цитоплазмы. Например, хлоропласты высших растений при половом размножении передаются по материнской линии, мужские гаметы их не содержат, следовательно, зигота содержит хлоропласты, которые были в яйцеклетке. Хлоропласты содержат свою кольцевую ДНК, которая обеспечивает синтез некоторых белков и РНК, отвечающих за ряд признаков. У ночной красавицы и львиного зева известны явления пестролистности, связанные с мутациями ДНК некоторых хлоропластов. Эти мутации могут привести к тому, что хлоропласты утрачивают зеленую окраску. Когда клетка делится, распределение хлоропластов по дочерним клеткам происходит случайно, в дочерних клетках могут оказаться окрашенные, бесцветные или те и другие хлоропласты. Если яйцеклетка содержала бесцветные хлоропласты, то из зиготы будет развиваться неокрашенное растение, израсходовав запас питательных веществ, оно погибнет. Если только зеленые — разовьется нормальное зеленое растение. Если в яйцеклетку попали и зеленые и бесцветные хлоропласты, то растение будет пестролистным. Таким же образом наследуются признаки, связанные с мутациями, произошедшими в митохондриях.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку

Тема: Взаимодействие генов. § 28, зад. 1

Аллельное и неаллельное взаимодействие

Взаимодействие аллельных генов??

Полное, неполное доминирование. (Биологам — кодоминирование: i°i° —1; IA — 2; IB — 3; IAIB — 4 гр. крови).

Взаимодействие неаллельных генов:

Множественное действие (1 ген — несколько признаков):

1 ген — белая кожура гороха и белая окраска цветов;

1 ген — белые глаза дрозофилы, светлая окраска внутренних органов, меньшая плодовитость;

1 ген — рыжие волосы, веснушки.

Новообразование (1 признак — несколько генов):

У душистого горошка:

Вывод: генотип — система взаимодействующих генов:

Цитоплазматическая наследственность

Плазмон — совокупность наследственных задатков органоидов цитоплазмы (хлоропластов, митохондрий).

Наследование по материнской линии, мужские клетки содержат мало цитоплазмы. Какое потомство может быть от пестролистного растения?

Приложение 2. Карточка для работы у доски

Запишите номера вопросов, против них — правильные ответы.

1. Сколько аутосом в геноме человека?

2. Сколько аутосом в генотипе человека?

3. У каких групп организмов гомогаметны организмы мужского пола?

4. Где у человека расположен ген, вызывающий цветовую слепоту?

5. Где у человека расположен ген, вызывающий гемофилию?

6. Мать является носительницей гена цветовой слепоты, отец различает цвета нормально. У кого из детей может быть цветовая слепота?

7. Кому передаются гены, находящиеся в Y-хромосоме?

8. Какой генотип у рыжего кота и черной кошки?

9. Какой генотип у трехцветной (черепаховой) кошки?

10. Какой генотип у девочки с цветовой слепотой?

Записав ответы, садитесь на место.

Приложение 3. Компьютерное тестирование

Задание 23. «Сцепленное наследование признаков»

Тест 1. Сколько аутосом в геноме человека?

1. 22 аутосомы.

2. 23 аутосомы.

3. 44 аутосомы.

4. 46 аутосом.

Тест 2. Сколько аутосом в генотипе человека?

1. 22 аутосомы.

2. 23 аутосомы.

3. 44 аутосомы.

4. 46 аутосом.

**Тест 3. У каких групп организмов гомогаметны организмы мужского пола:

1. У птиц.

2. У пресмыкающихся.

3. У двукрылых.

4. У млекопитающих.

Тест 4. Где у человека расположен ген, вызывающий цветовую слепоту?

1. В Х-хромосоме.

2. В Y-хромосоме.

3. В 1-й паре аутосом.

4. В 18-й паре аутосом.

Тест 5. Где у человека расположен ген, вызывающий гемофилию?

1. В Х-хромосоме.

2. В Y-хромосоме.

3. В 1-й паре аутосом.

4. В 18-й паре аутосом.

Тест 6. Мать является носительницей гена цветовой слепоты, отец различает цвета нормально. У кого из детей может быть цветовая слепота?

1. У всех сыновей.

2. У всех дочерей.

3. У половины дочерей.

4. У половины сыновей.

Тест 7. Гены, находящиеся в Y-хромосоме передаются:

1. От отца сыновьям.

2. От отца дочерям.

3. От отца всем детям.

4. От матери сыновьям.

Тест 8. Какое утверждение верно для половых хромосом?

1. Половые хромосомы X и Y полностью гомологичны друг другу.

2. Половые хромосомы X и Y гомологичны друг другу по небольшому участку.

3. Вообще не имеют гомологичных участков.

Тест 9. Какой генотип у рыжего кота и черной кошки?

1. У кота ХВY, у кошки ХВХВ.

2. У кота ХЬY, у кошки ХВХb.

3. У кота ХbY, у кошки ХbХb.

4. У кота ХbY, у кошки ХВХВ.

Тест 10. Какой генотип у трехцветной (черепаховой) кошки?

1. ХВХВ.

2. ХВХb.

3. ХbХb.