Дигибридное скрещивание и 3-й закон Менделя.

Сущность дигибридного скрещивания. Организмы различаются по многим генам и, как следствие, по многим признакам. Скрещивание, при котором родительские формы отличаются по двум парам альтернативных признаков (по двум парам аллелей), называется дигибридным. Гибриды, гетерозиготные по двум генам, называют дигетерозиготными, а в случае отличия их по трем и многим генам —три- и полигетерозиготными соответственно.Результаты дигибридного и полигибридного скрещивания зависят от того, как располагаются гены, определяющие признаки, в одной хромосоме или в разных.Независимое наследование (третий закон Менделя). Для дигибридного скрещивания Мендель использовал гомозиготные растения гороха, различающиеся одновременно по двум парам признаков. Одно из скрещиваемых растений имело желтые гладкие семена, другое — зеленые морщинистые.Все гибриды первого поколения этого скрещивания имели желтые гладкие семена. Следовательно, доминирующими оказались желтая окраска семян над зеленой и гладкая форма над морщинистой. Обозначим аллели желтой окраски А,зеленой — а, гладкой формы— В, морщинистой— b. Гены, определяющие развитие разных пар признаков, называютсянеаллельпыми и обозначаются разными буквами латинского алфавита. Родительские растения в этом случае имеют генотипы АА ВВ и aabb, а генотип гибридов F1 —АаВb ,т. е. является дигетерозиготным.Во втором поколении после самоопыления гибридов F1 в соответствии с законом расщепления вновь появились морщинистые и зеленые семена. При этом наблюдались следующие сочетания признаков: 315 желтых гладких, 101 желтое морщинистое, 108 зеленых гладких и 32 зеленых морщинистых семян. Это соотношение очень близко к соотношению 9:3:3:1.Чтобы выяснить, как ведет себя каждая пара аллелей в потомстве дигетерозиготы, нужно разделить каждую пару признаков — по форме и окраске семян. Из 556 семян Менделем получено 423 гладких и 133 морщинистых, а также 416 желтых и 140 зеленых. Таким образом, и в этом случае соотношение доминантных и рецессивных форм по каждой паре признаков свидетельствует о моногибридном расщеплении по фенотипу 3:1. Отсюда следует, что дигибридное расщепление представляет собой два независимо идущих моногибридных расщепления, которые как бы накладываются друг на друга. Проведенные наблюдения свидетельствуют о том, что отдельные пары признаков ведут себя в наследовании независимо. В этом сущность третьего закона Менделя — закона независимого наследования признаков, или независимого комбинирования генов.Он формулируется так: каждая пара аллельных генов (и альтернативных признаков, контролируемых ими) наследуется независимо друг от друга.Третий закон- закон независимого наследования неаллельных генов или случайных сочетаний наследственных задатков у потомков. Наследование двух генов (двух пар признаков) называется дигибридным, более двух генов (двух пар признаков) -полигибридным.Закон независимого комбинирования (наследования) признаков (третий закон Менделя)Этот закон говорит о том, что каждая пара альтернативных признаков ведет себя в ряду поколений независимо друг от друга, в результате чего среди потомков первого поколения (т.е. в поколении F2) в определенном соотношении появляются особи с новыми (по сравнению с родительскими) комбинациями признаков. Например, в случае полного доминирования при скрещивании исходных форм, различающихся по двум признакам, в следующем поколении (F2) выявляются особи с четырьмя фенотипами в соотношении 9:3:3:1. При этом два фенотипа имеют «родительские» сочетания признаков, а оставшиеся два - новые. Данный закон основан на независимом поведении (расщеплении) нескольких пар гомологичных хромосом. Так, при дигибридном скрещивании это приводит к образованию у гибридов первого поколения (F 1) 4 типов гамет (АВ, Ав, аВ, ав), а после образования зигот - к закономерному расщеплению по генотипу и, соответственно, по фенотипу в следующем поколении (F2).Парадоксально, но в современной науке огромное внимание уделяется не столько самому третьему закону Менделя в его исходной формулировке, сколько исключениям из него. Закон независимого комбинирования не соблюдается в том случае, если гены, контролирующие изучаемые признаки, сцеплены, т.е. располагаются по соседству друг с другом на одной и той же хромосоме и передаются по наследству как связанная пара элементов, а не как отдельные элементы. Научная интуиция Менделя подсказала ему, какие признаки должны быть выбраны для его дигибридных экспериментов, - он выбрал несцепленные признаки. Если бы он случайно выбрал признаки, контролируемые сцепленными генами, то его результаты были бы иными, поскольку сцепленные признаки наследуются не независимо друг от друга.С чем же связана важность исключений из закона Менделя о независимом комбинировании? Дело в том, что именно эти исключения позволяют определять хромосомные координаты генов (так называемый локус).В случаях когда наследуемость определенной пары генов не подчиняется третьему закону Менделя, вероятнее всего эти гены наследуются вместе и, следовательно, располагаются на хромосоме в непосредственной близости друг от друга. Зависимое наследование генов называется сцеплением, а статистический метод, используемый для анализа такого наследования, называется методом сцепления. Однако при определенных условиях закономерности наследования сцепленных генов нарушаются. Основная причина этих нарушений - явление кроссинговера, приводящего к перекомбинации (рекомбинации) генов. Биологическая основа рекомбинации заключается в том, что в процессе образования гамет гомологичные хромосомы, прежде чем разъединиться, обмениваются своими участками.Кроссинговер - процесс вероятностный, а вероятность того, произойдет или не произойдет разрыв хромосомы на данном конкретном участке, определяется рядом факторов, в частности физическим расстоянием между двумя локусами одной и той же хромосомы. Кроссинговер может произойти и между соседними локусами, однако его вероятность значительно меньше вероятности разрыва (приводящего к обмену участками) между локусами с большим расстоянием между ними.Данная закономерность используется при составлении генетических карт хромосом (картировании). Расстояние между двумя локусами оценивается путем подсчета количества рекомбинаций на 100 гамет. Это расстояние считается единицей измерения длины гена и называется сентиморганом в честь генетика Т. Моргана, впервые описавшего группы сцепленных генов у плодовой мушки дрозофилы - любимого объекта генетиков. Если два локуса находятся на значительном расстоянии друг от друга, то разрыв между ними будет происходить так же часто, как при расположении этих локусов на разных хромосомах.Используя закономерности реорганизации генетического материала в процессе рекомбинации, ученые разработали статистический метод анализа, называемый анализом сцепления.Законы Менделя в их классической форме действуют при наличии определенных условий. К ним относятся:1) гомозиготность исходных скрещиваемых форм;2) образование гамет гибридов всех возможных типов в равных соотношениях (обеспечивается правильным течением мейоза; одинаковой жизнеспособностью гамет всех типов; равной вероятностью встречи любых гамет при оплодотворении);3) одинаковая жизнеспособность зигот всех типов.

15. Статистический характер расщепления. Оценка полученных отклонений по методу х².

Вероятностный характер расщепления. Как уже было сказано, механизмом, обусловливающим расщепление признаков в потомстве гибрида, является мейоз, обеспечивающий закономерное расхождение гомологичных хромосом при образовании гамет. Таким образом, расщепление осуществляется в гаплоидных гаметах, на уровне хромосом и генов, а анализируется в диплоидных организмах, на уровне признаков. Между этими двумя моментами проходит много времени, происходит оплодотворение, протекают сложные процессы развития организмов. Поэтому если в основе процесса расщепления лежат биологические механизмы, то проявление этих механизмов, т. е. наблюдаемое расщепление, носит случайный или статистический характер. Более того, уже при образовании женских половых клеток и у животных, и у растений играет роль момент случайности, так как в результате двух делений созревания образуется лишь одна функционирующая клетка, а три дегенерируют. Следовательно, гаметическое расщепление 1 : 1 в данном случае может осуществиться только при условии, если у гетерозиготного организма Аа в функционирующие половые клетки будут попадать хромосомы с аллелями Л и а с одинаковой частотой.Перечисленные выше четыре условия создают элемент случайности в расщеплении, поэтому при его анализе необходимо применять специальные математические методы, которые позволяют решить, является ли отклонение от теоретически ожидаемого расщепления (3:1; 1:1 и т. п.) неслучайным, вызванным закономерным влиянием каких-то факторов, нарушающих расщепление (например, гибель зигот определенного генотипа), или оно случайно и обусловлено, например, малой величиной анализируемого материала (выборки). По теории вероятностей отклонение фактически полученных данных от теоретически ожидаемых чаще может проявиться при изучении малого по объему материала (малая выборка) благодаря влиянию случайных причин.Метод х2. Для статистической оценки случайности отклонения применяют метод %2 (хи-квадрат). Расчеты с помощью этого метода производятся следующим образом (табл. 2). Сначала составляют таблицу по классам расщепления на основании опытных числовых данных (Р). Затем из суммы частот всех классов, составляющей объем выборки, вычисляются теоретически ожидаемые величины (q) для каждого класса соответственно предполагаемой формуле расщепления (1:1; 3:1 и т. п.). Далее определяют отклонение (d) полученных данных от теоретически ожидаемых для каждого класса. Каждое отклонение d возводят в квадрат (d2), делят его на d3 теоретически ожидаемое число (q) для данного класса. Затем все частные суммируют и получают величину %2:По методу х2 можно определить вероятность того, является |ли данное отклонение случайным или, наоборот, закономерным.
Производится это с помощью специальной таблицы Фишера (табл. 3).
Чтобы определить вероятность (Р) соответствия опытных и теоретически ожидаемых данных по данной величине %2, необходимо сначала выяснить число степеней свободы. Это делается следующим образом. Отношения 1:1 и 3 : 1, где в каждом по два класса, можно представить в виде суммы двух слагаемых, одно из которых устанавливается свободно, а второе — зависимо, как разность между суммой и первым слагаемым. В данном случае степень свободы может быть только одна. Чтобы было ясно, что такое степень свободы, приведем примеры.В группе из 36 семян (табл. 1, растение № 1) встречаются только 2 класса (желтые и зеленые). Известно, что 25 из них желтые. Если их отобрать, то все оставшиеся будут только зеленые, и их должно быть 11. Таким образом, из суммы двух слагаемых одно взято свободно (одна степень свободы), а второе определилось автоматически. Если .в Fz имеет место расщепление на три фенотипических класса (АА : Аа: аа), то после учета одного из них останется еще возможность выбора второго класса, а третий класс будет определен автоматически, ;т. е. при трех слагаемых два берутся свободно (две степени ;свободы), а третье имеет зависимое значение и т. д. Таким образом, число степеней свободы при анализе классов расщепления всегда будет на единицу меньше числа последних.Метод х2 дает возможность сравнивать численные отклонения при разных объемах выборок и числе классов, что очень важно для оценки опытных данных. Но следует иметь в виду, что этот метод неприменим к значениям, выраженным в процентах, в относительных числах, и к выборкам с числом особей в каком-либо из теоретически рассчитанных классов меньшим, чем 5. Ненадежные результаты получаются и при работе с малыми выборками (<50).