Урок "Неаллельное взаимодействие генов"

Цель урока:

1. Ознакомить учащихся с основными видами неаллельного взаимодействия генов;
2. Показать характер проявления признаков в результате различных комбинаций генов;
3. Выявить характер расщепления признаков при различных типах неаллельного взаимодействия генов.

Межпредметные связи: информатика – ИКТ, зоология – птицы, млекопитающие, ботаника - растения

Оборудование: презентация, компьютер, таблицы или рисунки с различными типами наследования признаков, задачи на различный вид неаллельного взаимодействия.

1. Орг.момент.

Учитель настраивает учеников на урок, проверка готовности к уроку (наличие тетрадей, учебников, кучек), объявляет тему урока и цели. Слайд 1

Слайд 2

“Пока живёшь, обучайся,
Не жди, когда старость принесет тебе мудрость”

2. Опрос.

- Вспомните, по каким законам происходит наследование признаков?
- По каким признакам аллельные гены взаимодействуют между собой?

Учитель: Наш урок пройдет под девизом: “Думать коллективно, работать оперативно, спорить доказательно – для всех обязательно”.

Взаимодействие неаллельных генов описано у многих растений и животных. Оно приводит к появлению необычных соотношений потомков во втором поколении при дигибридном скрещивании: 9:7, 9:3:4, 13:3, 12:3:1, 15:1, 10:3:3. Это вовсе не означает, что классическое менделевское соотношение 9:3:3:1 неверно, напротив, генетический анализ полностью подтверждает его справедливость.

Принято различать следующие основные типы взаимодействия неаллельных генов, обратимся к схеме. Слайд 3

Учитель: Для того чтобы продолжить урок начертим таблицу в тетради и будим заполнять по ходу моего рассказа. Слайд 4

Учитель давал для учащихся Д/З найти определение данных понятий.

Учитель: Дайте определение данным понятиям – комплементарность, эпистаз, полимерия, плейотропность.

Учащиеся дают понятия и записывают их в таблицу.

Учитель: рассматривает первый вид – слайд 5. Слайд 6 комплементарность на примере окраски душистого горошка. При скрещивании двух рас этого растения с белыми цветками у гибридов F ₁ цветки оказались пурпурными. При самоопылении из F₁ в F₂ наблюдалось расщепление растений по окраске цветков в отношении, близком к 9:7. Пурпурные цветки были обнаружены у 9/16 растений, белые у 7/16. Объяснение такого результата состоит в том, что каждый из доминантных генов не может вызвать появления окраски, определяемой пигментом антоцианом. Выработка этого пигмента представляет собой сложную задачу и до сих пор не полностью исследованную цель последовательных реакций, контролируемых несколькими неаллельными генами, и только при наличии как минимум двух неаллельных доминантных генов (А – В) развивается пурпурная окраска. В остальных случаях (аа- и -bb) цветки у душистого горошка белые.

У попугайчиков (Melophittacus undulatus) встречаются голубая и желтая окраски оперения. Обе они рецессивны по отношению к зеленой окраске и доминантны – к белой. При скрещивании голубых птиц с желтыми гибриды F₁ оказываются зелеными, а в F₂ наблюдается расщепление на четыре фенотипических класса в отношении 9 зеленых: 3голубых: 3 желтых: 1 белый.

Различия исходных форм по одной паре признаков могло бы свидетельствовать о моногенных различиях между ними. Однако в F₁ вместо доминирования одного из признаков появляется новое качество – зеленая окраска, а в F₂ осуществляется дигибридное расщепление с тем лишь отличием от менделеевского, что оно идет по-разному, а не по двум свойствам (только окраска оперенья). При этом здесь появляется еще один новый признак - белый цвет.

Таким образом, генетический анализ свидетельствует о том, что в этом скрещивании участвует не одна, а две пары аллелей. Мы можем сделать вывод, что ген А определяет голубую окраску оперенья, В – желтую, а вместе (А-В-) они дают новое качество – зеленую окраску. Рецессивные аллели обоих генов определяют белое оперенье. В случае, когда каждый из двух доминантных генов проявляет самостоятельный фенотипический эффект, расщепление в F₂ по фенотипу соответствует менделеевскому отношению 9:3:3:1, ибо каждый из четырех классов имеет свой особый фенотип. Перед вами другие примеры комплиментарности. Попробуйте объяснить, как происходит расщепление у них?

Учащиеся – выдвигают свои варианты, а учитель по мере их рассказа если нужно поправляет их ответы.

Учитель: Дайте определение понятия – эпистаз. Слайд 7

Учитель: Эпистаз принято делить на два типа: доминантный и рецессивный. Под доминантным эпистазом понимают подавление одним доминантным геном действие другого гена, направленного на развитие этого признака. При этом возможны расщепления 13 : 3; 12 : 3 : 1, 9:3:4., Слайд 8

Рассмотрим расщепление 13:3. У лука ( Allium сера) гибриды от скрещивания двух форм с неокрашенной луковицей имеют луковицы также неокрашенные, а в F₂ получается расщепление: 13 растений с неокрашенными луковицами и 3 – с окрашенными.

Характер расщепления свидетельствует о том, что окраска луковицы определяется двумя генами. В таком случае одно из исходных растений должно нести в скрытом состоянии ген окрашенности луковицы, действие которого подавлено ингибитором. Следовательно, у растений этого генотипа неокрашенность луковицы определяется не особым геном неокрашенности, а геном – подавителем окраски (J).

Обозначим аллель окрашенности луковицы - А, неокрашенности –а (это основной ген окраски), ингибитор окраски -J ,аллель, не подавляющую окраску – j . Тогда исходные формы будут иметь генотипы JJАА и jjаа, гибриды первого поколения - Jj Аа. Они, как и родительские растения, являются не окрашенными. Во втором поколении на 16 растений 13 получились неокрашенными и 3 окрашенных.

Таким образом, подавление действия доминантного гена окрашенности луковицы доминантной же аллелью другого гена (ингибитора) обусловливает расщепление по фенотипу 13:3.

Слайд окр.шерсти у собак. Доминантный эпистаз может давать и другое расщепление в F₂ по фенотипу, а именно 12:3:1 [(9+3):3:1]. В этом случае, в отличие от предыдущего, форма, гомозиготная по обоим рецессивным генам, имеет специфический фенотип.

Например, некоторые собаки с белой окраской шерсти при скрещивании с собаками, имеющими коричневую окраску, дают в F ₁ щенков с белой окраской, а в F₂ расщепление на 12/16 белых, 3/16 черных и 1/16 коричневых.

Если проанализировать это скрещивание отдельно по свойству окрашенности – неокрашенности и черной – коричневой окраске, то можно убедиться, что отсутствие окраски в F₁ доминирует над ее наличием, а в F₂ наблюдается расщепление 12:4 или 3:1. Расщепление на 3 черных и 1 коричневую свидетельствует о том, что черная окраска определяется доминантным геном, а коричневая рецессивным. Обозначив ингибитор окраски – J, а его отсутствие – i, черную окраску – А, коричневую – а, можно представить фенотипы исходных форм и гибридов.

Под рецессивным эпистазом понимают подавление рецессивным геном ингибитором ( ii) как доминантного, так и рецессивного гена, направленного на развитие одного признака.

Рассмотрим расщепление 9:3:4. Наследование голубой, черной и белой окраски у кроликов можно объяснить, предположив, что имеет место рецессивный эпистаз типа аа> В- и аа > bb. При этом кролики оказываются белыми, потому что ген а в гомозиготном состоянии, блокируя образование пигмента, препятствует тем самым проявление гена В . Следовательно, одно и тоже расщепление можно трактовать как результат и комплементарного взаимодействия, и эпистаза.

Полимерия. Слайд 9

Учитель: Рассмотренные до сих пор типы взаимодействия генов относились к альтернативным, т.е. качественно различающимся признакам. Такие свойства организмов, как например, темп роста и масса животного, длина стебля растения и т.д. нельзя разложить на четкие фенотипические классы; их необходимо измерять, взвешивать, подсчитывать, т.е. оценивать количественно. Подобные признаки обычно называют количественными признаками. Если расположить, например, овец одной породы в порядке возрастания их массы, то между самым мелким и крупным животными будет серия незаметных переходов, образующих непрерывный ряд. Такой характер наследования обусловлен взаимодействием двух или нескольких генов однозначного действия (А₁, А₂, А₃… и т.д.) гены однозначного действия обычно в генотипе контролируют развитие одного признака, усиливая или ослабляя его проявление в фенотипе. Эти гены могут контролировать количественные и качественные признаки в организме, развитие которых зависит или от суммирования доминантных аллелей однозначных генов в генотипе или от присутствия хотя бы одного доминантного аллеля. Слайд 10

Исходя из вышесказанного, различают два вида полимерии: кумулятивную и некумулятивную.

Кумулятивная полимерия. Допустим, что количественные признаки, образующие по своему проявлению непрерывный ряд, определяются взаимодействием многих доминантных генов, действующих на один и тот же признак или свойство. В таком случае количественно варьирующий признак у разных особей одного и того же поколения будет определяться разным числом доминантных генов в генотипе. Так, при скрещивании рас пшениц с красными и белами (неокрашенными) зернами шведский генетик Г. Нильсон-Элле в 1908 г. обнаружил в F ₂ обычное моногибридное расщепление в отношении 3:1.

Некумулятивная полимерия. Слайд 11. Гены с однозначным действием могут определять и качественные, т.е. альтернативные признаки. Примером может служить наследование оперенности ног у кур. От скрещивания пород, имеющих оперенные и неоперенные ноги, в F ₁ появляются цыплята с оперенными ногами. Во втором поколении происходит расщепление по фенотипу в отношении 15/16 с оперенными ногами и 1/16 неоперенными, т.е. наблюдается два фенотипических класса. Очевидно, порода с оперенными ногами гомозиготна по двум парам доминантных аллелей с однозначным действием. Гибриды F₁ имеют генотип A₁А₂ a₁а₂. Доминантные аллели каждого из двух генов действуют качественно однозначно, т.е. определяют оперенность ног. Поэтому генотипы A ₁-А₂-(9/16), А₁-a ₂a₂ (3/16),и a₁a ₁А₂- (3/16) соответствуют фенотипу с оперенными ногами, а генотип а₁а₁а₂а₂ (1/16) – с неоперенными.

В приведенном примере наличие в генотипе разного количества доминантных генов однозначного действия не изменяет выраженности признака. Достаточно одной доминантной аллели любого из двух генов, чтобы вызвать развитие признака. Поэтому такой тип взаимодействия генов называется некумулятивной полимерией.

Слайд 12. Более наглядным примером некумулятивной полимерии является наследование окраски кожи у человека в смешанных браках. Количество пигмента в коже человека контролируется двумя полимерными доминантами (А₁А₁А₂А₂) и рецессивными (а₁а₁а₂а₂) генами. Интенсивность окраски кожи зависит от соотношения доминантных и рецессивных полимерных генов: Негр – А₁А₁А₂А_2;Белый - а₁а₁а₂а_2;Мулат – А₁а₁А₂а₂.Причем у детей мулатов возможны все варианты окраски кожи от белой до черной.

Учитель: Кто скажет мне, в чем сущность плейотропности? Слайд 13

Учитель: Слайд 14. Часто встречаются и ситуации, когда один ген определяет развитие нескольких признаков и свойств организмов. Такое явление получило название плейотропии (от греч. Plei оn- многочисленный, tropos- направление). Так, например, у человека известен ген, определяющий одновременно развитие дефекта ногтей и коленной чашечки. Глубокая деформация позвоночника может наблюдаться при системном заболевании соединительной ткани – синдроме Марфан (признаки – нарушение опорно-двигательног аппарата, которые выявил в 1986г. Лисиченко О.В., деформация грудины в виде кифосколиозов, удлинение и деформация ребер, непропорциональное укорочение конечностей, нарушение мышечного аппарата, нарушение суставного аппарата и т.д.). У мышей встречается мутантный ген, вызывающий недоразвитие всех костей, и т.д. В основе плейотропного действия генов лежит его раннее проявление в онтогенезе. Тщательное изучение действия генов показало, что плейотропным эффектом обладают многие (если не все) гены.

4. Закрепление. Учитель проверяет, как ученики заполнили таблицу, где допустили ошибки при заполнении. Так как это поможет в дальнейшем при решении задач по данной теме. Задачи подобраны согласно всем видам неаллельного взаимодействия. Ученики самостоятельно должны решить задачи, а другие можно дома.

5. Рефлексия. Ученики делают, чем характерно данный тип взаимодействия, чем он отличается от предыдущего, на что нужно обратить внимание при данном виде взаимодействия. Слайд 15

6. Д/З Заключительный момент: отметить активных учеников, раздать задание на дом.

Дома ученикам предложить ответить на следующие вопросы:

1. Как вы считаете, каков молекулярный механизм явления комплементарности?
2. Какую перспективу в медицине и биологии может открыть поиск и изучение генов-супрессоров?
3. Как вы объясните, что изучение явления полимерии особенно важно для понимания наследования количественных признаков?
4. Задачи по неаллельному взаимодействию.

Приложение.