Методические рекомендации к решению задач по генетике "Наследование сцепленных признаков. Кроссинговер"
общеобразовательных дисциплинПротокол №3 от «21» октября 2015г.
Зам. директора по учебной работе
«28» октября 2015 г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ
для студентов медицинского колледжа
«Решение задач по генетике»
Методические рекомендации подготовлены
преподавателем биологии и генетики человека
с основами медицинской генетики
НАСЛЕДОВАНИЕ СЦЕПЛЕННЫХ ПРИЗНАКОВ. КРОССИНГОВЕР
Наследование признаков, гены которых находятся в одной паре гомологичных хромосом, называется сцепленным наследованием (закон Моргана). Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группы сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом.
Неполное сцепление. При неполном сцеплении гомологичные хромосомы могут обмениваться аллельными генами. Причиной этого является кроссинговер, который, в свою очередь, является результатом того, что при мейозе гомологичные хромосомы конъюгируют и могут обмениваться участками.
Кроссоверными называются хромосомы, у которых кроссинговер затронул анализируемые гены, и гаметы с такими хромосомами, некроссоверными – хромосомы и гаметы, у которых сохраняется исходное сцепление аллелей. Из кроссоверных гамет возникают кроссоверные (рекомбинантные) особи.
ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ:
При полном сцеплении у дигетерозиготного организма образуются не четыре типа гамет (когда гены расположены в разных хромосомах), а только два типа в равных количествах.
в хромосомном выражении: в генном выражении:
G: CD, cd; G: CD, cd;
и, следовательно, потомки будут иметь два сочетания признаков (соотношение фенотипов 1:1 как у родителей).
При составлении схем кроссинговера, при неполном сцеплении, следует помнить, что основное количество гамет будут составлять некроссоверные, а кроссоверные гаметы будут встречаться в небольших количествах, т.е. у дигетерозигот образуется 4 типа гамет, но не в равном соотношении.
При выписывании гамет при неполном сцеплении генов у дигетерозиготных организмов сначала выписывают некроссоверные гаметы, а затем кроссоверные.
в хромосомном выражении: в генном выражении:
G: CD, cd, Cd, cD; G: CD, cd, Cd, cD;
некроссоверные кроссоверные некроссоверные кроссоверные
гаметы; гаметы. гаметы; гаметы
Расстояние между генами в процентах кроссинговера находят по формуле:
(количество кроссоверных особей / общее количество особей) х 100%.
ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАЧИ
1. Написать типы гамет, которые образуют организмы со следующим генотипом:
Решение: Гаметы (G): Некроссоверные гаметы содержат хромосомы с исходным сочетанием аллелей: Ab, aB.
Обмен участками между гомологичными хромосомами (кроссинговер) образует новое сочетание сцепленных аллелей: AB, ab.
Ответ: если кроссинговера не было (полное сцепление), то получатся гаметы: Ab, aB, если кроссинговер затронул хромосомы (неполное сцепление), то образуются гаметы: AB, ab.
2. У дрозофилы аутосомные гены А(а) и В(b) находятсяв одной группе сцепления, гены С(с) и D(d) – в другой. Какие типы некроссоверных и кроссоверных гамет образуются у этой особи, если доминантные аллели находятся в одной хромосоме, а рецессивные в другой?
Структура генотипа такова:
a b; c d
Некроссоверные гаметы содержат хромосомы с исходным сочетанием аллелей: ABCD, ABcd, abCD, abcd. Обмен участками между гомологичными хромосомами образует новое сочетание сцепленных аллелей:
a B; c D
Ответ: если кроссинговер произошел только в первой паре хромосом, получатся гаметы с генотипами: AbCD, Abcd, aBCD, aBcd; если в кроссинговер была вовлечена только вторая пара хромосом, получатся гаметы с генотипами: ABCd, ABcD, abCd, abcD; если кроссинговер затронул обе пары хромосом, образуются гаметы с генотипами: AbCd, aBcD, AbcD, aBCd.
3. Скрестили особей CCDD и ccdd. Гены С(с) и D(d) сцеплены и находятся на расстоянии 16 морганид. Полученный гибрид скрещен с рецессивным родителем. Какое потомство получится в первом и во втором скрещивании?
Дано: Решение
F1 ? C D c d
G CD, cd, Cd, cD; cd
c d, c d, c d , c d ,
или II cпособ оформления получения потомков F2
У гетерозиготной особи образуются 84% некроссоверных гамет: 42% CD и 42% cd, а также 16% кроссоверных – 8% cD и 8% Cd. Кроссинговер происходит и у гомозиготной особи, однако он не выявляем.
Ответ: соотношение потомков с разным сочетанием признаков соответствует соотношению гамет: нерекомбинантных (сочетание признаков, как у родителей) по 42%, а рекомбинантных (сочетание признаков новое, по сравнению с родительским) по 8%.
4. При скрещивании дигетерозиготного растения кукурузы с гладкими окрашенными семенами с растением с морщинистыми (а) неокрашенными семенами (b) семенами в потомстве получено расщепление по фенотипу: 100 растений с гладкими окрашенными семенами; 1500 – с морщинистыми окрашенными, 110 с морщинистыми неокрашенными; 1490 – с гладкими неокрашенными. Составьте схему скрещивания, определите генотипы потомства. Объясните формирование четырех фенотипических групп.
Признак Ген, генотип
Р: ♀ гладкие окрашенные Аа Вb
♂ морщинистые неокрашенные ааbb
F1 1490 гладкие неокрашенные ?
1500 морщинистые окрашенные ?
100 гладкие окрашенные ?
100 морщинистые неокрашенные ?
В потомстве: 1490 - с гладкими неокрашенными (А_bb)
1500 - с морщинистыми окрашенными(ааВ_)
100- гладкими окрашенными семенами (А_В_);
100 - с морщинистыми неокрашенными (аа bb).
Образуются четыре фенотипические группы, но не в равном соотношении. Такое сочетание фенотипов показывает, что признаки гладкие – неокрашенные (Аb) и морщинистые – окрашенные (аВ) сцеплены, но не полностью. Появление 4 фенотипических групп объясняется процессом кроссинговера. Р ♀ А b х ♂ a b
G: Аb, аВ, АВ, аb аb
F1 Aabb, aaBb, AaBb, aabb.
Ответ:1) Генотипы потомства: Ааbb - с гладкими неокрашенными
аа Вb - с морщинистыми окрашенными
Аа Вb - гладкими окрашенными семенами
аа bb - с морщинистыми неокрашенными
2) Признаки гладкие – неокрашенные (Аb) и морщинистые – окрашенные (аВ) сцеплены, но не полностью. Появление 4 фенотипических групп объясняется процессом кроссинговера.
3) В F1 проявляется закон сцепленного наследования и нарушение сцепления генов, так как появляются 4 фенотипических класса не равном соотношении.
5. При скрещивании растения гороха с гладкими семенами и усиками с растением с морщинистыми семенами без усиков все поколение было единообразно и имело гладкие семена и усики. При скрещивании другой пары растений с такими же фенотипами (гороха с гладкими семенами и усиками и гороха с морщинистыми семенами без усиков) в потомстве получили половину растений с гладкими семенами и усиками и половину растений с морщинистыми семенами без усиков. Составьте схему каждого скрещивания. Определите генотипы родителей и потомства. Объясните полученные результаты. Как определяются доминантные признаки в данном случае?
Признак Ген, генотип
Р: ♀ гладкие семена и усики ?
♂ морщинистые без усиков ?
F1 гладкие семена и усики ?
Р ♀ гладкие семена и усики ?
♂ морщинистые без усиков ?
F1: 50% гладкие семена и усики ?
50% морщинистые без усиков ?
1-е скрещивание:
Гены, определяющие гладкие семена и наличие усиков, являются
доминантными, так как в 1-м скрещивании всё F1 было единообразным и имело гладкие семена и усики. (по I закону Менделя, при скрещивании гомозигот в первом поколении потомство единообразно и проявляются доминантные признаки.)
Р ♀ ААВВ х ♂ ааbb
гладкие и усики морщинистые без усиков
семена гладкие и усики
2-е скрещивание:
Гены, определяющие гладкие семена и наличие усиков (А, В), локализованы в одной хромосоме и наследуются сцеплено, без кроссинговера, так как во 2-м скрещивании произошло расщепление по двум парам признаков в соотношении 1:1, а не 1:1:1:1, как при независимом наследовании.
гладкие и усики морщинистые без усиков
гладкие и усики морщинистые без усиков
1) Генотипы родителей в 1-ом скрещивании: ААВВ х ааbb;
Генотипы родителей во 2-ом скрещивании: АаBb х ааbb.
2) Генотипы потомков в 1-ом скрещивании: AaBb;
Генотипы родителей во 2-ом скрещивании: АаBb; ааbb.
3) Гены, определяющие гладкие семена (А) и наличие усиков (В), являются доминантными, т.к. проявились в F1.
4) Расщепление 1:1, характерно для сцепленного наследования признаков. Если кроссинговер не происходит, то у дигетерозиготного родителя образуется только два вида гамет (полное сцепление).
6. У одной из лабораторных линий мух черное тело и пурпурные глаза. Оба признака рецессивны и контролируются сцепленными аутосомными генами b (черный цвет тела) и d (пурпурные газа). Мухи дикой расы гомозиготны по доминантным генам серого тела (В) и красных глаз (D). Скрестили самку дикой расы с самцом лабораторной линии. Среди гибридов первого поколения были взяты самки для скрещивания с самцами лабораторной линии. От этого скрещивания получили 78 черных мух с красными глазами, 80 серых мух с пурпурными глазами, 297 серых мух с красными глазами и 300 черных мух с пурпурными глазами. Составьте схему каждого скрещивания. Найдите расстояние между этими генами.
Признак Ген, генотип
Пурпурные газа d
Р: ♀ серое тело красные глаза ААВВ
♂ черное тело пурпурные глаза aabb
F1 серое тело красные глаза
F2:78 черные с красными глазами
80 серые с пурпурными глазами
297 серые с красными глазами
300 черные с пурпурными глазами
Расстояние между генами – ?
Генотипы скрещиваемых особей:
Р ♀ BBDD х ♂ bbdd
серое тело черное тело
красные глаза пурпурные глаза
Структура их генотипов:
Cтруктура генотипа гибридов F1: B D
У гибридных самок происходит кроссинговер, который изменяет сцепление аллелей. Мухи многочисленных фенотипических классов произошли из некроссоверных гамет, малочисленных – из кроссоверных:
серое тело черное тело
красные глаза пурпурные глаза
G BD, bd, Bd, bD; bd
F2 BbDd; bbdd; Bbdd; bbDd
серое тело черное тело серое тело черное тело
красные пурпурные пурпурные красные глаза
глаза; глаза; глаза;
Всего получено: 297 + 300 + 80 +78 = 755 особей.
Из них кроссоверных 78 = 80 =158.
Отсюда частота кроссинговера: (158/755) х 100% = 20,9%, следовательно, расстояние между генами составляет 20,9 морганиды.
Ответ: расстояние между генами составляет 20,9 морганиды.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
1. Гены А и В сцеплены, сила сцепления равняется 20 морганидам. Какие гаметы и в каком соотношении будут возникать в ходе мейоза у дигетерозиготного организма?
2. Гемофилия и дальтонизм наследуются как рецессивные признаки, сцепленные с Х-хромосомой. Расстояние между генами 9,8 морганиды.
а) Девушка, отец которой страдает одновременно гемофилией и дальтонизмом, а мать здорова и происходит из благополучной по этим заболеваниям семьи, выходит замуж за здорового мужчину. Определите вероятные генотипы и фенотипы детей от этого брака.
б) Женщина, мать которой страдала дальтонизмом, а отец гемофилией, вступает в брак с мужчиной, страдающим обоими заболеваниями. Определите фенотипы детей. Определите вероятность рождения детей в этой семье одновременно с обоеми аномалиями.
3. Катаракта и полидактилия обусловлены доминантными аутосомными тесно сцепленными генами (т.е. кроссинговер не обнаруживается). Женщина унаследовала катаракту от матери, а полидактилию от отца. Ее муж нормален в отношении обоих признаков. Что можно ожидать от их детей: одновременного появления катаракты и полидактилии, отсутствия обоих этих признаков или наличия только одной аномалии – катаракты или полидактилии?
4. Гладкая форма семян кукурузы доминирует над морщинистой, окрашенность над бесцветностью, обе пары признаков сцеплены. При скрещивании кукурузы с гладкими окрашенными семенами и растениями с бесцветными морщинистыми семенами было получено потомство: окрашенных гладких – 4152 особи, окрашенных морщинистых – 149, бесцветных гладких – 152, бесцветных морщинистых – 4161. Определить расстояние между генами.
5. Произведено скрещивание двух пар дрозофил. В обеих парах самки были дигетерозиготны по генам «А» и «В», а самцы рецессивны по этим генам. Первая пара мух дала такое расщепление потомства по фенотипу:
АВ : Ав : аВ : ав =48% : 2% : 2% : 48%.
Другая пара дала расщепление –
АВ : Ав : аВ : ав = 2% : 48% : 48% : 2%. Как расположены гены А, а, В, в в парных хромосомах у первой и второй самки? Определить расстояние между генами А и В.
6. Ген цветной слепоты и ген ночной слепоты наследуются как рецессивные сцепленные с Х-хромосомой. Расстояние между этими генами составляет 50 морганид. Определите вероятность рождения детей одновременно с обеими аномалиями в семье, где жена имеет нормальное зрение, но её мать страдала ночной слепотой, а отец - цветной слепотой. Муж ее нормален по этим признакам.
Список использованной литературы:
Атраментова Л. А., Карнацевич И. Я. «Сборник задач по генетике» (Харьков «Торсинг», 2002 год)
Болгова И.В. Сборник задач по общей биологии с решениями для поступающих в вузы. – М.: ООО «Издательство Оникс»: ООО «Издательство «Мир и образование», 2008.
Гуляев Г.В. « Задачник по генетике» (М. , «Колос», 1980г.)
Жданов Н. В. «Решение задач при изучении темы: «Генетика популяций» (Киров, пед. инст., 1995г.) «Задачи по генетике для поступающих в ВУЗы» (г. Волгоград, изд. «Учитель», 1995г.)
Кириленко А.А. Биология. Сборник задач по генетике. Базовый и повышенный уровни ЕГЭ: учебно-методическое пособие. – Ростов н/Д: Легион, 2009
Кочергин Б. Н., Кочергина Н. А. «Задачи по молекулярной биологии и генетике» (Минск, «Народная асвета», 1982г)
Методическая разработка для уч-ся биологического отделения ВЗМШ при МГУ «Законы Менделя» (Москва, 1981г.)
Муртазин Г. М. «Задачи и упражнения по общей биологии (Москва, 1981г.)
Орлова Н. Н. «Малый практикум по общей генетике (сборник задач)» (Изд. МГУ, 1985г.)
Сборник задач по генетике : для студентов биол. фак. / С23 Н. П. Максимова [и др.]. – Минск : БГУ, 2008. – 167 с.
Соколовская Б. Х « Сто задач по молекулярной биологии и генетике» (М., 1981г.)
Хелевин Н. В., Лобанов А. В., Колесова О. Ф. «Задачник по общей и медицинской генетике» (Москва «Высшая школа», 1976г.)