Общая Биология

Гены несут не сами признаки, а только информацию о них. По одним признакам потомство оказывается похожим на родителей, а по другим отличается от них. Разнообразие признаков и свойств у особей одного вида называют изменчивостью. Изменчивость присуща всем живым организмам. Различают наследственную и ненаследственную изменчивости.

Наследственная изменчивость вызвана изменениями в геноме особи, ненаследственная — влиянием факторов среды. Внутривидовое разнообразие особей имеет не только эстетическое значение. Изменчивость позволяет организмам приспосабливаться к различным климатическим условиям и особенностям пищи.

Основоположником современной генетики по праву считается выдающийся чешский исследователь, священник и настоятель монастыря Грегор Мендель. Блестящее математическое образование, которое он получил в Венском университете, позволило ему спланировать и провести исследования, прояснившие суть явлений наследственности. Работа Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами» опубликована в 1866 г., ее выводы отличаются математической точностью и глубиной. Исследования Г. Менделя на несколько десятков лет опередили свое время, не получив достойной оценки современников. Тогда не было ничего известно не только о хромосомах, но и о роли клеточного ядра. Митоз был открыт Э. Страсбургером только в 1876 г.; спустя одиннадцать лет Э. ван Бенеден описал мейоз, и А. Вейсман высказал предположение о том, что половые клетки несут вдвое меньший набор хромосом, чем соматические. Лишь в 1900 г. три биолога Г. де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чер-мак в Австрии независимо друг от друга заново открыли закономерности наследственности и изменчивости, сформулированные Г. Менделем, и, признав его приоритет, назвали их законами Менделя. С этого момента начинается бурное развитие генетики.

§ 24. Моногибридное скрещивание. Первый и второй законы Менделя

Методы исследования современной генетики очень разнообразны, но центральным среди них является метод гибридологического анализа (<лат. hybrida помесь), разработанный Менделем и положенный им в основу своих исследований. Суть его состоит в определенной системе скрещиваний (гибридизации) особей в ряду последовательных поколений, которая позволяет выявить закономерности наследования отдельных признаков. Выдающихся результатов Менделю удалось добиться по ряду причин:

1. Он первым понял, что начать надо с самого простого — изучить закономерности наследования одного единственного признака, а потом последовательно усложнять задачу. В таком подходе сказалась строгая математичность его мышления. В то время как все предшествующие исследователи пытались рассматривать наследственность в целом, Мендель стал изучать наследование одиночных взаимоисключающих (альтернативных) признаков, таких, например, как желтый или зеленый цвет семян, длинные или короткие стебли. Скрещивание родительских форм, различающихся только по одной паре взаимоисключающих признаков, называют моногибридным.

2. Для проведения исследований Мендель удачно выбрал растение (горох), имеющее целый ряд линий с четко выраженными наследственными признаками. Есть формы с желтыми или зелеными семядолями, с гладкой или морщинистой поверхностью семян, пазушными или верхушечными цветками и т. д.

Кроме того, горох является самоопыляющимся растением, что позволяет поддерживать генетическую однородность линий в ряду поколений.

3. Для скрещивания Мендель выделял так называемые чистые линии гороха. Чистые линии получают путем последовательных самоопылений в ряду поколений и отбора растений с нужным признаком. Потомки чистых линий однородны, т. е. одинаковы по наследуемому признаку.

4. Мендель не ограничился анализом одного поколения потомков, а изучал несколько поколений.

5. Мендель вел точный количественный учет каждой пары альтернативных признаков в ряду поколений. Математическая обработка позволила выявить статистические закономерности.

Первый закон Менделя. Единообразие гибридов первого поколения. Для моногибридного скрещивания Мендель взял чистые линии гороха, различающиеся цветом семян (горошин), и провел перекрестное опыление. Для этого он, предварительно удалив на цветках одних растений тычинки, с помощью кисточки поместил на пестики пыльцу с тычинок других растений. После этого каждый цветок накрывался колпачком, чтобы исключить попадание другой пыльцы.

В то время как родительские формы — их обозначают Р (<лат. parens родитель) — имели семена желтого и зеленого цвета, все растения первого поколения гибридов F1 (<лат. filii дети) оказались с желтыми семенами. Явление преобладания признака одного из родителей Мендель назвал доминированием (<лат. dominans господствующий), а преобладающий признак — доминантным. Аналогично при других скрещиваниях гладкая форма семян доминировала над морщинистой, а пазушное расположение цветков — над верхушечным. Признак второго родителя подавлялся доминантным признаком, поэтому и был назван рецессивным (<лат. recessus отступление).

Полученная при моногибридном скрещивании закономерность названа первым законом Менделя: при скрещивании двух организмов из разных чистых линий, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, все первое поколение гибридов окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей.

Схема моногибридного скрещивания у гороха

Позднее генетики установили, что явление доминирования широко распространено при наследовании признаков у всех животных, растений и грибов.

Второй закон Менделя. Расщепление признаков во втором поколении. Для исследования свойств гибридов первого поколения Мендель уже не подвергал их перекрестному опылению. Для того чтобы выявить скрытые качества каждой особи в отдельности, он размножил их обычным для гороха способом — самоопылением. Во втором поколении гибридов (F2) 3/4 растений имели желтые семена, а 1/4 — зеленые. В разделении второго поколения гибридов по признакам и заключается второй закон Менделя: гибриды первого поколения при размножении расщепляются, в их потомстве четверть составляют особи с рецессивным признаком, а три четверти — с доминантным.

Рецессивный признак среди гибридов в F1 не исчезает, а только подавляется, с тем чтобы вновь проявиться при расщеплении в F2. Это значит, что существует материальный носитель этого признака. Таким образом, из закономерностей расщепления, обнаруженных Менделем, следует основополагающий вывод: в организмах существуют дискретные материальные носители наследственной информации; Мендель называл их факторами, или задатками. Впоследствии эти факторы были названы генами.

Гомозиготные и гетерозиготные особи. Для того чтобы выяснить, какие признаки будут проявляться у гибридов далее, Мендель продолжил самоопыление для получения последующих поколений (F3 , F4...). В результате проявились определенные закономерности. Выяснилось, что половина растений второго поколения (1/4 с доминантным и 1/4 с рецессивным признаком) далее не расщеплялась. Другая половина особей вела себя точно так же, как и гибриды первого поколения: их потомство расщеплялось в соотношении 3 : 1. Рецессивный признак, однажды появившись, при самоопылении больше не исчезал.

аа

Моногибридное скрещивание у растения ночная красавица

Те особи, которые не обнаруживали расщепления в потомстве, были позднее названы гомозиготными (<греч. homos равный) по данному признаку. Растения, в потомстве которых происходило расщепление, получили название гетерозиготных (<греч. heteros другой). Во втором поколении гибридов (F2) гомозиготных и гетерозиготных особей оказалось поровну.

Неполное доминирование. У некоторых организмов первое поколение гибридов хотя и единообразно, но значительно отличается от каждого из родителей. Проявление признака носит у них промежуточный характер между доминантным и рецессивным. В этом случае говорят о неполном доминировании. Так, при скрещивании земляники из чистых линий с красными и белыми плодами получаются растения с розовыми плодами. Аналогичное скрещивание особей растения ночная красавица с белыми и красными цветками дает гибриды с розовыми цветками. Во втором поколении наблюдается расщепление в соотношении 1 : 2 : 1, половина цветков оказывается розовыми, остальные — белыми и красными в равных пропорциях.