Методы исследования наследственности. Фенотип и генотип

Много веков люди пытались понять, как происходит передача наследственных признаков. Однако все попытки получить ответ на этот вопрос оказались неудачными.

Прорыв в этом направлении совершил Грегор Мендель. В 1856 г. он начал проводить эксперименты, в которых пытался выявить правила наследования отдельных признаков гороха. Эту работу он проводил в течение 8 лет, изучил более 10 000 растений гороха. До этого ученый потратил несколько лет, чтобы выбрать организм, с которым ему предстояло работать. После этого он долго решал, какие же признаки растения следует изучать.

Горох Мендель выбрал потому, что его легко выращивать. Он быстро растет, имеет многочисленное потомство. Но важно и то, что у гороха много сортов, которые отличались друг от друга. Кроме того, для гороха характерно самоопыление, то есть главные органы цветка защищены от проникновения пыльцы с цветков другого растения.

Перед началом опытов с горохом Мендель два года проводил предварительные исследования, чтобы найти чистые сорта с различными наследственными признаками. В результате этого Мендель выбрал из множества сортов гороха те, которые имели разные наследственные признаки в  четко различающихся формах.

Вот эти признаки:

1. Пурпурные и белые цветки.

2.Желтые и зеленые семена.

3. Желтая и зеленая окраска бобов.

4.Гладкая и морщинистая поверхность семян.

5.Простая и членистая форма бобов.

6. Длинные и короткие стебли.

7. Пазушное и верхушечное положение цветков на стебле.

Для исследования ученый применил гибридологический анализ. Это система скрещиваний организмов, которая позволяет выявить закономерности наследования признаков. Мендель разработал и условия проведения гибридологического анализа.

Родительские особи должны быть одного вида и размножаться половым способом, иначе скрещивание просто невозможно.

Кроме того, родительские особи должны различаться по изучаемым признакам. Только на основании этих условий родительские особи скрещиваются между собой один раз для получения гибридов первого поколения, которые затем скрещивают между собой для получения гибридов второго поколения.

Мендель вел строгий учет числа особей первого и второго поколения, которые имели изучаемый признак. Математически обработанные данные позволили установить количественные закономерности в передаче признаков.

Особенностью данного исследования было и то, что Мендель изучал наследование, пользуясь одной парой признаков. Изучив, как наследуются одна пара, ученый переходил к изучению наследования следующей пары признаков. Позднее метод изучения наследственной передачи единичных признаков стал одним из основных в генетике.

Скрещивание родительских форм, которые различаются лишь по одной паре признаков, Мендель назвал моногибридным.

После изучения наследования одного признака можно было переходить к изучению передачи двух, а затем и трех признаков. Так появилось дигибридное, тригибридное скрещивание, а позже и полигибридное скрещивание.

Мендель также предположил, что каждый наследуемый признак передается своим фактором. Позже этот фактор назвали геном. Мендель определил, что если у гороха в родительских формах один признак, например цветок либо белый, либо пурпурный, то эти организмы составляют чистую линию.  В гибридах одновременно содержатся признаки обоих родителей, но ярче проявляется более сильный признак. Такой сильный признак был назван доминантным, а слабый, не проявляющийся признак — рецессивным.

В ходе исследования выяснилось, что у гороха  доминантными являются следующие признаки: красный цветок, длинные стебли, желтая окраска семян, гладкая форма семян, пазушные цветки, простая форма бобов и их зеленая окраска. Соответственно, рецессивными признаками будут белые цветки, короткие стебли, зеленая окраска семян, морщинистая форма семян, верхушечные цветки, членистая форма бобов и их желтая окраска.

Для обозначения признаков Мендель ввел буквенную символику, которую до сих пор используют в генетике. Доминантные гены он обозначил заглавными буквами латинского алфавита, а рецессивные признаки — теми же буквами, но прописными. Также Мендель ввел и другие обозначения.

1.Буквой Р обозначают родительские организмы, взятые для скрещивания. (от лат. «парента» — родители)

2. Знаком «зеркало Венеры» ♀ обозначают женский пол.

3. Знаком «щит и копье Марса» ♂ обозначают мужской пол.

4.Скрещивание обозначают знаком «X».

5. Гибридное потомство обозначают буквой F с цифрой, отвечающей порядковому номеру поколения — F₁, F₂, F₃. (от лат. «филия» — дети)

6. А — доминантный признак

7. а — рецессивный признак.

Гены и хромосомы являются наследственной основой организма. Совокупность всех генов организма называется генотипом.

Для каждого организма характерен набор внешних и внутренних признаков, которые формируются под действием генотипа и окружающей среды. Совокупность признаков одного организма называют фенотипом.

Если в генотипе организма находится два одинаковых аллельных гена — или оба доминантные, или оба рецессивные, — то такой организм называется гомозиготным.

 Если же из пары аллельных генов один доминантный, а другой рецессивный, то такой организм называется гетерозиготным.

Грегор Мендель разработал метод, с помощью которого можно установить, является ли организм гомозиготным или гетерозиготным. Для этого он применил метод аналитического скрещивания: скрещивание исследуемой особи с рецессивной исходной формой. Так, растение гороха, выросшее из желтых семян с неизвестным генотипом, скрещивают с растением, полученным из зеленых семян с известным генотипом. Так как все половые клетки гомозиготного рецессивного организма несут рецессивный ген, то характер расщепления в потомстве по фенотипу будет соответствовать качеству гамет исследуемого родителя. Если в потомстве анализирующего скрещивания соотношение желтых и зеленых горошин будет 1:1, значит, генотип исследуемого родителя гетерозиготный. Если в потомстве все семена гороха имеют только желтую окраску, то исследуемый родитель гомозиготный.

При сравнении результатов опытов и теоретических расчетов Мендель особенно подчеркивал среднестатистический характер открытых им закономерностей. Чем больше потомков получалось в результате скрещивания, тем ближе у них соотношение различных родительских признаков в эксперименте к теоретически  расчетному числу.

Все приемы исследования, которые применял Мендель, явились новыми методами изучения наследственности и открыли новую веху в биологии. Метод Менделя получил название гибридологический, а организм, который получается в результате скрещивания родительских форм,  назвали гибридом.

Основные черты гибридологического метода:

1. Мендель выделял и анализировал наследование по отдельным признакам.

2. Был проведён точный количественный учёт наследования каждого признака в ряду последовательных поколений.

3. Мендель проследил характер потомства каждого гибрида в отдельности.

Гибридологический метод Менделя начал широко использоваться  селекционерами. При гибридизации в гибридных формах растений и животных сочетаются многие хозяйственно ценные и наследственно закрепленные признаки.

Метод гибридизации применяется человеком и является эффективным методом селекции. Гибридизация проводится для получения потомства с новой комбинацией генетически обусловленных признаков. При подборе пар для гибридизации теоретической основой служат правила наследования нужных признаков строго по законам Грегора Менделя.