Гжегож Мендель и его опыт.
Мендель Греорг родился. 22 VII 1822 г. в Хайнцендорфе (ныне Хынчице, Чехия) скончался 6 января 1884 г. в Брно. Он был натуралистом и монахом. Он считается основателем основ современной генетики. С 1857 г. он проводил эксперименты на гибридах растений, главным образом различных сортов гороха. В результате этих исследований он обнаружил закономерности в явлениях наследования и выдвинул гипотезы, объясняющие их, впоследствии полностью подтвердившиеся. Он описал свои наблюдения в работе пт « Исследование гибридов растений». Работа Менделя была недооценена тогдашним миром науки, она напоминала до 1900 года, когда К. Корренс, Э. Чермак и Г. де Ври неоднократно открывали (независимо друг от друга) закономерности Менделя, которые теперь известны под названием законов Менделя (Первый и Второй закон Менделя).
Мендель использовал в качестве исходного материала для своих экспериментов генетически чистые сорта гороха, то есть те, которые в течение нескольких последовательных поколений опылялись друг с другом, давали потомство с точки зрения изученных характеристик совершенно однородно. Затем он сделал кроссворды между людьми с одной отличительной чертой, например:
- цвет цветов; белые цветки, не содержащие антоцианов и окрашенные - содержащие этот пигмент,
- цвет семян; желтые и зеленые семена,
- форма семян; гладкие и морщинистые семена.
генетика использует много терминов, которые позволяют очень легко описывать и интерпретировать различные явления наследственности. Говоря об организме, выделяются два важных понятия. Каждому организму может быть назначен определенный генотип , его генный состав. В эксперименте Менделя растения имели три разных генотипа AA, Aa и aa. Генотип - это набор генов, которые есть у данного человека.
Дайте каждому человеку конкретный фенотип или набор его функций наследование мы изучаем. В случае рассмотренного выше креста Менделя растения с тремя разными генотипами AA, Aa и aa имеют только два разных фенотипа - красочные или бесцветные цветы. Растения с двумя разными генотипами AA и Aa имеют одинаковый фенотип с цветными цветами.
Гены данной пары, которые в экспериментах Менделя встречались в гаметах индивидуально, определяя различные фенотипы с точки зрения детерминантного признака, теперь называются аллелями .
Лица с генотипом AA или AA, и, таким образом, содержащие два одинаковых аллели данный ген и возникающий из комбинации двух гамет, несущих один и тот же аллель гена, называются гомозиготами. Индивидуумы с генотипом Aa, содержащие два разных аллеля одного и того же гена и являющиеся результатом сочетания гамет, несущих два разных аллеля одного и того же гена, называются гетерозиготами.
Гетерозиготы Aa имеют фенотип (цветные цветки) такой же, как и у гомозиготных растений AA. Из этого следует, что в гетерозиготе Aa аллель кондиционирующие белые цветки при одновременном присутствии аллеля A цветных цветов фенотипически не проявляет себя. Такой аллель, который фенотипически не встречается у гетерозиготы, называется рецессивным или рецессивным аллелем, и мы обозначаем его строчной буквой. Второй аллель, который фенотипически проявляет себя и маскирует присутствие рецессивного аллеля, называется доминантным или доминантным аллелем, и мы помечаем его заглавной буквой. Согласно принципу, принятому в генетике, гибриды первого поколения отмечены символом F1, а родительское поколение - символом P.
Первый закон Менделя.
Первый закон Мендель сформулировал благодаря сочетанию гороха с белыми и красочными цветами, то есть красными. На пестиках растений с белыми цветами, из которых они были ранее удалены тычинки что этого не произойдет самоопыление Мендель переехал пыльца с красными цветами. Во время этих обработок цветы находились в изоляторах, чтобы они не могли случайно опылаться. Результат кроссвордов был одинаковым независимо от направления скрещивания, то есть независимо от того, была ли пыльца растений красного цветка перенесена на стебли растений с белыми цветами, или пыльца растений белого цветка была перенесена на стебли растений с красными цветами. В результате этого двустороннего скрещивания гибриды первого поколения имели красные цветы, идентичные одной из родительских форм.
Скрещивая гладкие растения с растениями с морщинистыми семенами, Мендель получал гибриды F1 только с гладкими семенами, и если родительские формы различались по цвету семян, желтому или зеленому, гибриды F1 характеризовались желтым цветом семян.
От поколения F1 Мендель получил гибриды второго поколения, которые отмечены символом F2. Чтобы получить их, просто привейте поколение F1 для самооплодотворения или позвольте им опыляться друг с другом. Во втором поколении гибридов Мендель утверждал, что с точки зрения изученных признаков особи поколения F2 являются гетерогенными. в результате пересечения растений с разным цветом цветов в поколении F2 появились как растения с белыми цветами, так и растения с красными цветами. Числовое отношение растений с яркими цветами к растениям с белыми цветами в поколении F2 составляло приблизительно 3: 1, то есть 3/4 и 1/4.
В результате расщепления признака в поколении F2, являющегося результатом ассоциации гетерозиготы генотипа Aa F1, рецессивный аллель, хотя и не присутствует фенотипически, остается неизменным и передается в гаметы, продуцируемые индивидуумами F1. Это подтверждается 25% белых цветковых растений, появляющихся в поколении F2.
Предположение Менделя, что гетерозигот Аа производит два вида гамет с аллелем или аллелем А, и в равных количествах, то есть в соотношении 1: 1, вы можете доказать более прямо. Если мы скрещиваем родительский гомозигот с белыми цветами и, следовательно, с генотипом аа, с гетерозиготным аа из поколения F, это будет скрещивание, называемое ретроградным. Если предположение Менделя верно, то в результате этого скрещивания должны появиться полу-созданные особи с белыми цветами - аотипом и цветными цветами - генотип - аа. Их взаимное количественное соотношение в обратном скрещивании будет таким же, как взаимное количественное отношение гамет к аллелю A и аллелю, продуцируемому генотипом Aa гетерозиготы. Результат обратного кроссворда полностью подтверждает предположение Менделя.
Обратное скрещивание называется скрещиванием гибрида F1 с одной из родительских форм. Когда родительская форма, используемая для обратного скрещивания, является рецессивным гомозиготом, мы называем такое обратное скрещивание тестовым кроссвордом . На основании фенотипа потомства, полученного в результате тестового скрещивания, можно напрямую определить, какие виды гамет и в каком соотношении продуцирует гетерозигота и является ли индивид поколения F определенно гетерозиготой.
В селекционной практике часто используется повторное обратное скрещивание, когда из одного сорта растения или животного мы хотим перенести определенные отдельные гены во второй сорт, сохраняя остальные его надлежащие свойства. Путем скрещивания гибрида F1 с одним из родительских сортов и повторения этой процедуры много раз при соответствующем отборе различные гены второго сорта могут быть введены в сорт, используемый для обратного скрещивания. Те же результаты, что и для пары генов A и a цветов, связанных с цветом, были даны Менделю для нескольких пар генов, определяющих другие признаки гороха. На основании этих результатов он сформулировал общее правило, названное первым законом Менделя . Это так называемый закон чистоты гаметы , который гласит, что в гаметах аллели одного и того же гена взаимно исключают друг друга, что означает, что гамет может содержать только один аллель данного гена. Из вышеприведенного закона следует, что гомозиготы продуцируют только один тип гамет и гетерозиготы двух типов гамет с одним или другим аллелем в равных количествах, то есть 50%.
В поколении F2 соотношение фенотипов составляет 3: 1.
Так было получено 3 экземпляра с красными цветами, 1 экземпляр с белыми цветами.
Второй закон Менделя
Чтобы сформулировать второй закон, Мендель создал кроссворд, в котором одна родительская форма имела гладкие и желтые семена, а другая - зеленые и морщинистые семена. И так:
- Б - доминантный аллель желтого цвета семян,
- б - рецессивный аллель зеленого цвета семян.
- C - доминантный аллель формы гладкого семени,
- в - рецессивный аллель формы морщинистых семян
Таким образом, генотип гомозиготной родительской формы с желтыми и гладкими семенами будет иметь символ BBCC, в то время как генотип второй родительской формы, также гомозиготный по зеленым морщинистым семенам, будет иметь символ bbcc. После скрещивания двух родительских сортов Мендель получил только желтые и гладкие семена в первом поколении. Этот результат следовало ожидать, что если один родительский сорт продуцирует гамет с составом гена BC, а другой, соответственно, гамет с составом гена bc. Комбинации этих гамет приводят к гетерозиготам с генотипом BbCc, то есть к двойным гетерозиготам. Из-за доминирования аллелей B и C, фенотип семян поколения F должен быть желтым и гладким.
В следующем поколении гибридов F2, полученных путем самооплодотворения растений F1, Г. Мендель обнаружил четыре вида семян с различными комбинациями формы и цвета в соотношении примерно 9: 3: 3: 1. Фигуры из одного из экспериментов Менделя сравнение числа найдены экспериментально с числами, рассчитанными из соотношения 9: 3: 3: 1. Все эти четыре типа гамет продуцируются с одинаковой частотой, то есть 25%, то есть в соотношении 1: 1: 1: 1. Согласно первому закону Менделя, аллели одного и того же гена являются взаимоисключающими в гаметах, тогда как аллели отдельных генов могут встречаться в гаметах во всех возможных комбинациях. Все четыре возможных комбинации аллелей двух генов встречаются в гаметах с одинаковой частотой, что указывает на то, что они объединяются в гаметах совершенно случайно.
Числовые пропорции полученных четырех типов семян в поколении F2, полученные в результате опыта, очень похожи на пропорцию чисел, рассчитанную при условии, что четыре найденных типа семян разделяются в соотношении 9: 3: 3: 1.
Чтобы объяснить сегрегацию четырех типов семян, полученных в поколении F2, предполагалось, что двойной гетерозигот с генотипом BbCc продуцировал четыре типа гамет, содержащих один аллель. Если для получения поколения F2 мы самооплодотворяем растение поколения Fu или связываем его друг с другом, то четыре различных типа женских гамет будут оплодотворены четырьмя различными типами мужских гамет. Можно сделать 16 различных видов оплодотворения (4x4 = 16), что приведет к образованию зигот с 9 различными генотипами. Хотя в поколении F2 продуцируется 9 различных генотипов, из-за преобладания аллелей B и C в соотношении 9: 3: 3: 1 будут сформированы только четыре различных фенотипа. Самыми многочисленными, будучи целыми 9/16, будут семена с доминирующими признаками, то есть желтые и гладкие. Из этих семян 1/9 будет иметь генотип BBCC, 2/9 с генотипом BbCC, 2/9 с генотипом BBCc и, наконец, 4/9 с генотипом BbCc. Проводя самоопыление растений, полученных из желтых и гладких семян поколения F2, мы можем проверить в поколении F3, существует ли ожидаемая количественная связь между желтыми и гладкими желтыми семенами поколения F2 между четырьмя возможными генотипами, обусловливающими один и тот же фенотип. Полученные Менделем результаты полностью подтвердили это предположение.
Чтобы непосредственно увидеть, что двойной гетерозиготный BbCc продуцирует четыре типа гамет с одинаковой частотой, следует провести обратное скрещивание, связав двойной гетерозигот с двойной рецессивной гомозиготой с генотипом bbcc. В результате такого обратного кроссворда, в соответствии с предположениями Менделя, мы фактически получаем четыре типа семян с различными комбинациями формы и цвета в равных количественных соотношениях, по 25% каждый, то есть в соотношении 1: 1: 1: 1. Другими словами, двойной гетерозигота производит четыре типа гамет с одинаковой частотой.
На основе результатов, полученных из кроссвордов, в которых родители различались одновременно на два, особенности Менделя сформулировали правило, называемое вторым законом Менделя, который гласит, что аллели, два разных гена разделены на гамет независимо друг от друга чисто случайным образом. Таким образом, признаки, зависящие от отдельных генов, наследуют независимо, а в потомстве гетерозигот случайным образом обуславливают все возможные комбинации генных аллелей, обусловливающих их.
В поколении F2 соотношение фенотипов составляет: 9: 3: 3: 1
9 образцов с желтыми и гладкими семенами, 3 образца с желтыми и морщинистыми семенами, 3 образца с зелеными и гладкими семенами и 1 образец с зелеными и морщинистыми семенами.
суммирование
Опыт Гжегожа Менделя заложил основы современной генетики, которая начала развиваться очень быстро. Благодаря дальнейшим исследованиям, проведенным как на растениях, так и на животных, первые теории Менделя были разработаны и дополнены их небольшой модификацией. Первые эксперименты показали, что законы Менделя относятся не только к гороху, но и ко многим очень различным организмам, включая людей. Поэтому стало общепринятым, что законы Грегори Менделя имеют общую биологическую природу.