Абитуриенты, поступающие на биологические факультеты университетов и педагогических институтов, а также в медицинские и сельскохозяйственное высшие учебные заведения, нередко показывают невысокие знания по генетике — одному из наиболее трудных, но важных разделов школьной программы по биологии и показывают слабое развитие компетенций третьего уровня. Третий уровень (уровень рассуждений) от обучающихся требует найти закономерности, провести обобщение и объяснить или обосновать полученные результаты. Данный вид компетенций, по моему мнению, развивается при решении биологических задач. Вторая часть экзаменационной работы включает задание на решение генетических задач.
При оформлении таких задач необходимо уметь пользоваться символами, которые приняты в традиционной генетике.
| Символ | Характеристика |
 |
женский организм |
 |
мужской организм |
| X | знак скрещивания |
| Р | родительские организмы |
| F1, F2 | потомки, гибриды первого и второго поколений |
| А, В, С, D... | гены, которые кодируют доминантные признаки |
| а, в, с, d... | гены (парные, аллельные), которые кодируют рецессивные признаки |
| АА, ВВ, СС, DD... | генотипы моногомозиготных особей по доминантному признаку |
| аа, bb, сс, dd... | генотипы моногомозиготных особей по рецессивному признаку |
| Аа, Bb, Сс, Dd... | генотипы моногетерозиготных особей |
| ААВВ,ААВВСС | генотипы ди- и тригомозиготных особей |
| АаВв, АаВвСс | генотипы ди- и тригетерозиготных особей |
 |
генотипы дигетерозигот в хромосомном виде при независимом наследовании признаков |
 |
генотипы дигетерозиготвхромосомном виде при сцепленном наследовании признаков |
| А; В; С; D... AB; Ab; ABc... или
|
гаметы |
При решении задач по генетике необходимо придерживаться алгоритма:
- Определить виды скрещивания и взаимодействий аллельных и неалельных генов(определить характер скрещивания).
- Определить доминантный и рецессивный признак(-и) по условию задачи, рисунку, схеме или по результатам скрещивания F( и F2.
- Ввести буквенные обозначения доминантного и рецессивного признаков, если они не даны в условии задачи.
- Записать фенотипы и генотипы родительских форм.
- Записать фенотипы и генотипы потомков.
- Составить схему скрещивания, обязательно указать гаметы, которые образуют родительские формы.
- Записать ответ.
При решении задач на взаимодействие неаллельных генов необходимо:
- Сделать краткую запись задачи.
- Если признак не один, вести анализ каждого признака отдельно, сделав по каждому признаку соответствующую запись.
- Применить формулы моногибридного скрещивания, если ни одна из них не подходит, то...
- Сложить вес числовые показатели в потомстве, разделить сумму на 16, найти одну часть и выразить все числовые показатели в частях.
- Исходя из того, что расщепление в F2 дигибридного скрещивания идёт по формуле 9А_В_ : 3A_bb : 3 ааВ_ : l aabb, найти генотипы Fr
- По F2найти генотипы F,.
- По F. найти генотипы родителей.
Для определения характера скрещивания удобно пользоваться общими формулами, где n - число аллелей, пар признаков
- Расщепление по генотипу – (3:1)n
- Расщепление по фенотипу – (1:2:1)n
- Количество типов гамет – 2n
- Количество фенотипических классов - 2n
- Количество генотипических классов - 3n
- Число возможных комбинаций, сочетаний гамет – 4n
Вторая часть экзаменационной работы включает задания со свободным развернутым ответом. С их помощью наряду со знаниями проверяются умения четко, логично и кратко письменно излагать свои мысли, аргументировать ответ, обосновывать и доказывать изложенные в ответе факты, правильно делать вывод.
Вывод к задачам, в которых действует закон единообразия гибридов первого поколения:
Единообразие гибридов первого поколения наблюдается потому, что родители - гомозиготные, и образуют по одному типу гамет. При слиянии гамет (во время оплодотворения) формируются гетерозиготные организмы (Аа). Расщеплений по фенотипам нет. Расщепление генов во втором поколении происходит потому, что гетерозиготные (Аа) потомки первого поколения (F1) образуют по два типа гамет, которые при оплодотворении соединяются случайно.
У первого поколение (F1) формируется по одному типу гамет
- расщепление по генотипам нет (Аа)
- расщепление по фенотипам нет (А)
Вывод к задачам, в которых действует закон расщепления при моногибридном скрещивании:
Расщепление по генотипам определяется генотипом родителей. Расщепление по фенотипам определяется генотипами родителей и формами взаимодействия генов: взаимодействие аллельных генов и взаимодействие неаллельных генов
Расщепление по генотипам и фенотипам при разных формах взаимодействия аллельных генов:
Моногибридное скрещивание с полным доминированием:
У второго поколение (F2) формируется по два типа гамет
- расщепление по генотипам 1 АА : 2Аа : 1аа
- расщепление по фенотипам 3А : 1а
- образуется два фенотипических класса
Моногибридное скрещивание при неполном доминировании:
У второго поколения (F2) формируется по два типа гамет
- расщепление по генотипам 1 АА : 2Аа : 1аа
- расщепление по фенотипам 1 АА : 2Аа : 1аа
- образуется три фенотипических класса, наблюдается проявление промежуточного признака
Моногибридное скрещивание при кодоминировании
У второго поколения (F2) формируется по два типа гамет
- расщепление по генотипам 1 АВАВ : 2АВАС : 1 АСАС
- расщепление по фенотипам 1 В : 2ВС : 1С
- образуется три фенотипических класса
Расщепление по генотипам и фенотипам при разных формах взаимодействия неаллельных генов
Дигибридное скрещивание ,независимое наследование признаков
У второго поколения (F2) формируется по четыре типа гамет
- расщепление по генотипам 1:2:2:1:4:1:2:2:1
- расщепление по фенотипам 9:3:3:1
- образуется четыре фенотипических класса, полное доминирование по двум парам аллелей.
Дигибридное скрещивание при комплементарном действии генов
У второго поколения (F2) формируется по четыре типа гамет
- расщепление по генотипам 1:2:2:1:4:1:2:2:1
- расщепление по фенотипам 9:7
- образуется два фенотипических класс, наблюдается проявление нового признака.
Наблюдается расщепление по фенотипу 9:3:4 или 9:6:1
Дигибридное скрещивание при эпистазе (ген А- супрессор)
У второго поколения (F2) формируется по четыре типа гамет
- расщепление по генотипам 1:2:2:1:4:1:2:2:1
- расщепление по фенотипам 12:3:1
- образуется три фенотипических класса
Наблюдается расщепление по фенотипу 9:3:4 или 13:3
Дигибридное скрещивание при полимерии
У второго поколения (F2):
- формируется по четыре типа гамет
- расщепление по генотипам 1:2:2:1:4:1:2:2:1
- расщепление по фенотипам 15:1
- образуется два фенотипических класса
Наблюдается так же расщепление по фенотипу 1:4:6:4:1
Сцепленное наследование неаллельных генов
При неполном сцеплении между генами может происходить кроссинговер (нарушение сцепления) и дигетерозиготный организм (АаВb) продуцирует четыре типа гамет (кросоверные и некросоверные). Гены могут наследоваться как вместе, так и порознь. Общее количество кросоверных гамет и кросоверных организмов в потомстве пропорционально расстоянию между сцепленными генами. Некросоверных гамет в сумме больше 50%, а кросоверных меньше 50%.
При полном сцеплении кроссинговер не происходит, дигетерозиготный организм (АаВb) формирует два типа гамет (по 50% некросоверных гамет каждого типа), гены наследуются только совместно, как один ген.
Наследование пола
Поскольку гомогаметный организм продуцирует только один тип гамет по половым хромосомам, гетерогаметный – два, пол потомков зависит от того, какую половую хромосому несет гамета гетерогаметного организма, участвующая в оплодотворении. Вероятность рождения мальчика равно 50%, и вероятность рождения девочки равна 50%.
Закономерность наследования генов, локализованных в половых хромосомах (наследование, сцепленное с полом)
Наследование генов, локализованных в половых хромосомах, можно рассмотреть на примере наследования генов гемофилии у человека, который расположен в Х хромосоме. Заболевание вызывается рецессивным аллелем. Женщина может иметь один из трех вариантов генотипов: ХНХН, ХHXh или XhXh . У мужчины - один из двух вариантов генотипов XHY или XhY.
Существует несколько правил, которые помогут учащимся в решение генетических задач.
Правило первое. Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в их потомстве наблюдается расщепление признаков, то эти особи гетерозиготны.
Попробуем решить задачу, используя это правило.
Задача. При скрещивании двух морских свинок с черной шерстью получено потомство: 5 черных свинок и 2 белых. Каковы генотипы родителей?
Из условия задачи нетрудно сделать вывод о том, что черная окраска шерсти доминирует над белой, и не потому, что в потомстве черных особей больше, чем белых, а потому, что у родителей, имеющих черную окраску, появились детеныши с белой шерстью. На основе этого введем условные обозначения: черная окраска шерсти — А, белая — а.
Запишем условия задачи в виде схемы:
Р А? X А?; F1 А? аа
Используя названное выше правило, мы можем сказать, что морские свинки с белой шерстью (гомозиготные по рецессивному признаку) могли появиться только в том случае, если их родители были гетерозиготными. Проверим это предположение построением схемы скрещивания:
Р Аа X Аа G А, а; А, а; F1 АА; Аа; Аа; аа
Расщепление признаков по фенотипу — 3:1. Это соответствует условиям задачи.
Убедиться в правильности решения задачи можно построением схем скрещивания морских свинок с другими возможными генотипами.
Схема 1
Р АА X АА G А; А F1 АА
Схема 2
Р Аа X АА G А а; А F1 АА; Аа
В первом случае в потомстве не наблюдается расщепления признаков ни по генотипу, ни по фенотипу. Во втором случае генотипы особей будут различаться, однако феиотипически они будут одинаковыми. Оба случая противоречат условиям задачи, следовательно, генотипы родителей — Аа; Да.
Правило второе. Если в результате скрещивания особей, отличающихся феиотипически по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по этой же паре признаков, то одна из родительских особей была гетерозиготна, а другая — гомозиготна по рецессивному признаку.
Задача. При скрещивании вихрастой и гладкошерстной морских свинок получено потомство: 2 гладкошерстные свинки и 3 вихрастые. Известно, что гладкошерстность является доминантным признаком. Каковы генотипы родителей?
Используя второе правило, мы можем сказать, что одна свинка (вихрастая) имела генотип Аа, а другая (гладкошерстная) — аа.
Проверим это построением схемы скрещивания:
Р Аа X аа Г А, а; а F1 Аа; аа
Расщепление по генотипу и фенотипу — 1:1, что соответствует условиям задачи. Следовательно, решение было правильным.
Правило третье. Если при скрещивании феиотипически одинаковых (по одной паре признаков) особей в первом поколении гибридов происходит расщепление признаков на три фенотипические группы в отношениях 1:2:1, то это свидетельствует о неполном доминировании и о том, что родительские особи гетерозиготны.
Задача. При скрещивании петуха и курицы, имеющих пеструю окраску перьев, получено потомство: 3 черных цыпленка, 7 пестрых и 2 белых. Каковы генотипы родителей?
Согласно третьему правилу, в данном случае родители должны быть гетерозиготными, Учитывая это, запишем схему скрещивания:
Р Аа X Аа G А, а; А, а F АА; Аа; Аа; аа
Из записи видно, что расщепление признаков по генотипу составляет соотношение 1:2:1. Если предположить, что цыплята с пестрой окраской перьев имеют генотип Аа, то половина гибридов первого поколения должны иметь пеструю окраску. В условиях задачи сказано, что в потомстве из 12 цыплят 7 были пестрыми, а это действительно составляет чуть больше половины. Каковы же генотипы черных и белых цыплят? Видимо, черные цыплята имели генотип АА, а белые — аа, так как черное оперение, или, точнее, наличие пигмента, как правило, доминантный признак, а отсутствие пигмента (белая окраска) — рецессивный признак. Таким образом, можно сделать вывод о том, что в данном случае черное оперение у кур неполно доминирует над белым; гетерозиготные особи имеют пестрое оперение.
Правило четвертое. Если при скрещивании двух феиотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении 9:3:3:1, то исходные особи были дигетерозиготными.
Задача. При скрещивании двух морских свинок с черной v. вихрастой шерстью получены 10 черных свинок с вихрастой шерстью, 3 черных с гладкой шерстью, 4 белых с вихрастой шерстью и 1 белая с гладкой шерстью. Каковы генотипы родителей?
Итак, расщепление признаков у гибридов первого поколения в денном случае было близко к соотношению 9:3:3:1, т. е. к тому отношению, которое получается при скрещивании дигетерозигот между собой (АаВв Х АаВв, где А — черная окраска шерсти, а — белая; В — вихрастая шерсть, в — гладкая). Проверим это.
Р АаВв X АаВв Г АВ, Ав, аВ, ав; АВ, Ав, аВ, ав F1 1 ААВВ, 2 ААВв, 2 АаВВ, 4 АаВв 1 ААвв, 2 Аавв, 1 ааВВ, 2 ааВв, 1 аавв
Расщепление по фенотипу 9:3:3:1.
Решение показывает, что полученное расщепление соответствует условиям задачи, а это значит, что родительские особи были дигетерозиготными.
Задания второй части оцениваются от нуля до двух баллов в зависимости от его условия. Успех выполнения заданий с развернутым ответом во многом зависит от правильности их выполнения и объяснения полученных результатов(составления схемы скрещивания, указания закона, который проявляется в конкретном случае и приведении доказательств.