Читать книгу: «Решение усложненных и нестандартных задач по генетике»

Вступление

Среди генетических задач определенной тематики встречаются задания, которые не сразу и определишь, к какому типу взаимодействий генов они относятся. Существуют задачи и со смешанным или комбинированным условием. Решать такие задачи нужно, применяя знания различных типов взаимодействий генов.

Встречаются генетические задачи с очень нестандартными условиями, настолько нестандартными, что сразу и не определишь, как к ним вообще можно подступиться.

Конечно, не всегда можно четко разграничить задания «усложненные» и «нестандартные». «Усложненные» – сложнее обычных. «Нестандартные» – могут оказаться и простыми, если разобраться, о чем говорится в условии. То есть на таких заданиях лежит несколько иная методическая нагрузка.

Сами эти нестандартные задания явно "не попадутся" на выпускных экзаменах при сдаче ЕГЭ, тогда зачем же я рекомендую с ними ознакомиться?

Дело в том, что понимание этих нестандартных заданий по генетике может придать вам дополнительной уверенности в том, что вы действительно хорошо разбираетесь в сути явлений наследственности, а не выполняете какие-то определенные действия лишь «по трафарету», который когда-то запомнился.

Итак, вот несколько усложненных и нестандартных задач по генетике с подробным объяснением сути каждой "закорючечки".

Решение усложненных задач

Задача 1. Для тех, кто любит кошек

У кошек сиамской породы короткая шерсть (А) доминирует над длинной шерстью у персидской породы, а чёрная окраска шерсти (В) персидской породы доминантна по отношению к палевой окраске сиамской породы. Скрестили сиамских кошек с персидскими. После скрещивания полученных гибридов между собой во втором поколении получили 48 котят. У сиамских кошек в роду животные с длинной шерстью не встречались, а у персидских котов в родословной не было животных с палевой окраской.

а) Сколько типов гамет у кошки сиамской породы?

б) Сколько разных генотипов получилось в F₂?

в) Сколько разных фенотипов получилось в F₂?

г) Сколько котят из F₂ похожи на сиамских кошек?

д) Сколько котят из F₂ похожи на персидских кошек?

Начнем с анализа последнего предложения задания. К чему оно здесь? Я всегда говорил, что в задачах по генетике мы обязаны использовать для решения ОБЯЗАТЕЛЬНО всю приводимую информацию.

Поскольку сказано, что у сиамцев не было в роду животных с длинной шерстью, значит они были гомозиготными не только по рецессивному признаку палевой окраски шерсти – bb (иначе бы они не назывались сиамской породой), но и по аллелям формы шерсти – АА. Тот же вывод можно сделать о генотипе персов в этой задаче: он будет ааВВ.

Таким образом, найдя генотипы исходных родительских форм (ААbb  и  ааВВ), нам не составит труда решить эту, в общем-то, типичную задачу.

а) кошка сиамской породы при мейозе образует гаметы одного типа: Аb (кстати, у кота персидской породы тоже только один тип гамет: аВ);

б) поскольку в F₁ мы получим дигетерозиготу АаВb, то перед нами типичное дигибридное скрещивание Менделя, когда для подсчета генотипов и фенотипов потомства нам надо заполнить решетку Пеннета 4 х 4 = 16 клеточек. Поэтому генотипов разных в F₂ будет 9 (1:2:2:4:1:2:1:2:1), а именно 1ААВВ:2ААВb:2АаВВ:4АаВb:1ААbb:2Ааbb:1ааВВ:2ааВb:1ааbb;

в) Фенотипов разных в F₂ будет 4 (9:3:3:1), а именно 9А-В- (коротко-черношерстных) : 3А-bb (коротко-палевошерстных) : 3ааВ- (длинно-черношерстных) : 1ааbb (длинно-палевошерстных);

г) и д) в F₂ ни одного котенка не будет похожими ни на сиамских, ни на персидских кошек (да и какая разница: чистопородная ваша кошечка или гибридная. Главное, чтобы вы её любили)!

Задача 2. Про мух с кроссинговером

У дрозофилы ген «изрезанных» крыльев и ген «гранатовых» глаз сцеплены и находятся в Х-хромосоме, при этом количество обычных и кроссоверных гамет образуется поровну. Соответствующие доминантные аллели дикого типа определяют нормальную длину крыльев и красные глаза. В эксперименте скрещивали самок чистых линий дикого типа и рецессивных по обоим генам самцов (гетерогаметный пол). Затем гибриды первого поколения скрещивали между собой, при этом было получено 56 яиц. Рассчитайте, из скольких яиц появятся самцы с «изрезанными» крыльями и «гранатовыми» глазами.

Обозначим, буквой А – крылья нормальной длины, тогда а-малое – крылья изрезанные; В – красные глаза, а b-малое – гранатовые глаза.

Но надо помнить, что эти неаллельные гены являются сцепленными и находятся в Х хромосоме. Поэтому необходимо их записать как индексы при одной и той же букве Х. То есть,    Х^АВ – нормальной формы крылья и красные глаза; Х^ab – изрезанные крылья и гранатовые глаза.

Р: ♀ Х^АВХ^АВ х  ♂ Х^abY

G: …..X^АВ …..…..X^ab, Y

F₁: X^АВX^ab, X^АВY.

Далее нам необходимо скрестить полученные гибриды между собой.

P₂: ♀ X^АВX^ab x  ♂ X^АВY

G: у самки по условию задачи образуются некроссоверные гаметы X^АВ, X^ab и столько же кроссоверных X^Ab, X^aB

гаметы самца X^АВ, Y.

F₂: Х^АВХ^АВ, X^АВX^ab, X^АВX^Ab, X^АВX^aB – это самки

X^АВY, X^abY, X^AbY, X^aBY – это самцы

Значит, из 56 яиц по теории вероятности разовьется 28 самцов, из них только четверть или 7 штук будут с генотипом X^abY, то есть с изрезанными крыльями и гранатовыми глазами.

Задача 3. Про курочку Рябу с гребешком и без гребешка

В F₁ от скрещивания рябой с гребнем курицы с рябым без гребня петухом получили 94 рябых курицы, из них 44 с гребнем и 50 без гребня, и 25 рябых с гребнем петушка. Определите генотипы родителей. Каких петушков и курочек можно ожидать в дальнейшем?

На первый взгляд может показаться, что это самая обыкновенная задача на дигибридное скрещивание. Изучаются ведь ДВА признака: окраска оперения (рабая или не рябая) и наличие гребешка (есть гребешок или нет гребешка). Но, то, что от    скрещивания рябой курицы с рябым петухом было получено такое разное количество рябых курочек (94) и рябых петушков (всего 25), должно нас сразу насторожить.

Делаем вывод, что такое несоответствие возможно лишь в связи с тем, что ген рябой окраски оперения должен быть сцеплен с полом и находиться в Х хромосоме. (У птиц гомогаметным полом ХХ является мужской, а гетерогаметным – ХY женский. Если бы было наоборот, то рябых петушков рождалось бы больше, чем рябых курочек).

К тому же аллель рябого оперения доминирует над аллелем не рябого. Признак же наличия или отсутствия гребня – аутосомный, причем аллель наличия гребня доминирует над аллелем отсутствия гребня.

Поскольку изучаемые признаки находятся в разных парах хромосом – в аутосомных и половых – (значит, наследоваться они будут независимо друг от друга, а не сцеплено), то к этой задаче применим третий закон

Введем обозначения генотипов: АА или Аа – гребень есть; аа – нет гребня. Х^ВХ^В или Х^ВХ^b и Х^ВY – рябое оперение у петухов и курочек соответственно; Х^bX^b и X^bY – не рябое оперение.

Как мы можем СРАЗУ записать генотипы родителей, исходя только из информации об их фенотипах: Х^ВYА-  рябая, с гребнем курица и Х^ВХ-аа рябой, без гребня петух. Прочерки означают, что вторые аллельные гены ПОКА могут быть любыми (A или a, X^B или X^b) – фенотип от этого будет тот же.

Чтобы составить схему скрещивания, надо знать полностью генотипы родителей, а это нам позволяет определить информация о фенотипах их потомства:

а) так как сказано, что ВСЕ 94 курочки были рябыми, их генотип по признаку цвета оперения мог быть только Х^ВY. Поскольку же Х^В хромосома им достается от петуха (от курочки Y хромосома), то значит, что генотип петуха мог быть по этому признаку только гомозиготным – Х^ВХ^В (иначе часть курочек были бы X^bY, то есть не рябыми);

б) к тому же еще сказано, что ПОЛОВИНА курочек родились без гребня, то есть с генотипом “аа” (44 с гребнем и 50 без гребня из 94 можно считать расщеплением 1 : 1). Это могло быть только в случае, если их курица-мать была по этому признаку только гетерозиготой – Аа (если бы она была АА, то от скрещивания АА с аа все родились бы Аа, то есть не было бы расщепления).

Решение.

Р: ♀ Х^ВYAa x ♂ X^BX^Baa

Гаметы G: женские четыре типа: X^BA, X^Ba, YA, Ya ;

мужские только одного типа X^Bа

F₁: курочки X^BYAa (рябые, с гребнем);. Х^ВYaa (рябые, без гребня)

петушки X^BX^BAa (рябые, с гребнем); а петушки с генотипом X^BX^Bаа (рябые, без гребня – видимо не рождаются, какое-то летальное сочетание генов).

Чтобы ответить на второй вопрос задания, надо скрещивать уже полученных в первом поколении курочек с петушками. Очевидно, придется рассмотреть два случая: 1) скрестить рябых с гребнем курочек с рябыми с гребнем петушками; 2) рябых без гребня курочек с рябыми с гребнем петушками.

1) P: ♀ X^BYAa x ♂ X^BX^BAa

G: женские X^BA, X^Ba, YA, Ya; мужские X^BA, X^Ba

F: курочки X^BYAA, 2X^BYAa, X^BYaa (1 : 2 : 1 – по генотипу).

Рябые с гребнем, рябые без гребня (3 : 1) по фенотипу;

петушки X^BX^BAA, 2X^BX^BAa – это все рябые с гребнем (а X^BX^Baa – рябые, без гребня не родятся).

2) P: ♀ X^BYaa x ♂ X^BX^BAa

G: женские X^Ba, Ya; мужские X^BA, X^Ba

F: курочки X^BYAa, X^BYaa (1 : 1 и по генотипу, и по фенотипу рябые, с гребнем и рябые без гребня);

петушки только X^BX^BAa рябые с гребнем (а X^BX^Baa – рябые без гребня не родятся).

Задача 4. А если изучается наследование сразу трех признаков…

Светловолосая мать имеет свободную мочку уха и гладкий подбородок, а темноволосый отец обладает несвободной мочкой уха и треугольной ямкой на подбородке. Их сын имеет светлые волосы, свободную мочку уха и треугольную ямку на подбородке, а дочь -темные волосы, несвободную мочку уха и гладкий подбородок. Определить генотипы родителей и детей, если известно, что свободная мочка уха, темные волосы и треугольная ямка на подбородке являются доминантными аутосомными признаками.

Как мы видим, в этой задаче изучается наследование сразу трех признаков. Но не надо «пугаться» заранее, что придется расписывать всевозможные сочетания скрещиваний всех возможных гамет. Задача всего в три действия.

Обозначим каждый признак отдельной буквой (доминантный – заглавной, рецессивный – прописной). А – темные волосы, а – светлые волосы. В – свободная мочка уха, в – несвободная мочка уха. С – треугольная ямка на подбородке, с – гладкий подбородок.

Теперь запишем генотипы родителей и детей настолько полно, насколько это возможно сделать сразу из условия задачи, вставляя вместо неизвестного аллеля гена радикал «-».

Р: матери ааВ-сс, отца А-ввС-.

F: сын ааВ-С-, дочь А-ввсс.

Начнем заполнять недостающие аллели генов. Сразу видим, что мать по форме уха могла быть только гетерозиготной Вв, так как их дочь имеет два рецессивных аллеля этого признака (один она унаследовала от отца, ну а второй значит – от матери).

Отец, оказывается, является гетерозиготой по цвету волос Аа, так как их сын светловолосый, как и мать с генотипом аа. И по форме подбородка генотип отца тоже является гетерозиготным обязательно Сс, так как их дочь, как и мать по этому признаку гомозиготы сс.

Итак, генотипы родителей: ааВвсс и АаввСс и теперь уже становится все ясно и с недостающими аллелями генов в генотипах детей: ааВвСс и Ааввсс.

Задача 5. Как разобраться, ст-о-о-о-лько признаков, сцепленных, да еще и с кроссинговером…

У человека ген, определяющий синдром дефекта ногтей и коленной чашечки, и ген, определяющий группу крови по системе АВО, сцеплены между собой и находятся на расстоянии 10 морганид. Ген, определяющий резус-фактор, и ген эллиптоцитоза находятся в другой аутосоме и расположены друг от друга на расстоянии 3 морганид. Синдром дефекта ногтей, эллиптоцитоз и резус-положительность наследуются по доминантному типу. Группы крови системы АВО определяются тремя аллелями одного аутосомного гена I . Женщина гетерозиготна по всем анализируемым признакам и имеет IV группу крови. Известно, что резус-положительность и эллиптоцитоз она унаследовала от матери, а синдром дефекта ногтей она унаследовала от отца вместе с геном II группы крови. Ее супруг гомозиготен по всем рецессивным генам и имеет I группу крови. Чему равна вероятность рождения у них здорового ребенка с резус-положительной кровью III группы?

Разве не захочется только после одного прочтения условия задания, бросить всё  «к чертовой…» и убежать, схватившись за голову?

Для тех, кто всё же не убежал, покажем, что, введя правильно все обозначения по исходной информации, мы увидим, что ничегошеньки то сложного и нет.

Обозначим: В первой аутосомной паре хромосом имеются: D – аллельный ген дефекта ногтей и коленной чашечки; d – аллель, ответственный за проявление нормального развития ногтей и коленной чашечки. I0 – аллельный ген, ответственный за проявление первой группы крови (для удобства оформления не будем писать букву I); A – аллель, ответственный за проявление II группы крови; B – III; AB   генотип IV группы крови.  Расстояние между генами D и I = 10 %.

Во второй аутосомной паре хромосом имеются: R – аллель, ответственный за резус-положительную кровь; r – аллель резус-отрицательной крови. Е –  эллиптоцитоз; e – нормальные эритроциты. Расстояние между генами R и E = 3 %.

Тогда генотип женщины запишется как: d B R E//D A r e

Генотип супруга: d 0 r e //d 0 r e

У мужчины один тип гамет (d 0 r e), значит всё зависит от соотношения гамет женщины. Чтобы найти это соотношение лучше составить таблицу и вписать в неё все «нормальные» исходные гаметы женщины и количество гамет, образующихся в результате кроссинговера.