ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ УЧЕБНИК

---

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра лесных культур и почвоведения

ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ

Учебно-методическое пособие по практическим занятиям

для студентов специальности 1-75 01 01 «Лесное хозяйство»

очной и заочной форм обучения

Минск 2012

УДК 630*165(076.5)(075.8)

ББК  43.4я73

Г34

 

Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета.

 

Составители:

Л. Ф. Поплавская, П. В. Тупик, С. B. Ребко

Рецензенты:

кандидат биологических наук,

доцент кафедры генетики биологического факультета

Белорусского государственного университета Е. А. Храмцова;

зав. сектором воспроизводства леса и лесомелиорации

Министерства лесного хозяйства Республики Беларусь,

М. В. Герасименко

По тематическому плану изданий учебно-методической литературы университета на 2012 год. Поз. 16.

Для студентов специальности 1-75 01 01«Лесное хозяйство» очной и заочной форм обучения

 

 

© УО «Белорусский государственный

технологический  университет», 2012

Словарь терминов

Аллели – формы состояния одного и того же гена, находящиеся в гомологичных (парных) участках (локусах) гомологичных хромосом и контролирующие альтернативные (противоположные) признаки.

Взаимодействие генов – взаимное действие генов независимо от того, являются эти гены аллельными или неаллельными.

Гамета – половая клетка.

Ген – участок хромосомы, способный к редупликации и изменению, контролирующий развитие определенного признака.

Геном – гаплоидный набор хромосом.

Генотип – сумма всех генов организма; генетическая структура индивидуума.

Генофонд – совокупность  всех  генов  популяции,  характеризующаяся определенной их частотой.

Гетерозис – увеличение размеров и мощности гибридов по сравнению с родительскими формами.

Гибрид – особь, полученная в результате скрещивания между генетически различающимися родительскими типами.

Группа сцепления – совокупность всех генов, которые локализованы в одной хромосоме, вследствие чего они наследуются совместно или сцеплено.

Дигибрид – гибрид, гетерозиготный по двум парам аллелей.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – материальный носитель наследственности.

Доминирование – явление, при котором один из аллелей гетерозиготы (доминантный аллель) оказывает более сильное влияние на соответствующий признак особи, чем другой аллель (рецессивный).

Локус – место в хромосоме, где расположен ген.

Панмиксия – случайное скрещивание без отбора в популяции.

Полусибсы – особи, происходящие от одной матери и разных отцов и наоборот.

Сибсы – потомки одних и тех же родителей, происходящие из одной или разных зигот.

Соматические гибриды – продукт слияния неполовых клеток.

Соматический – относящийся к клеткам тела.

Фенотип – сумма свойств (внешних и внутренних) какой-либо особи на определенной стадии развития.

Хромосомы – самовоспроизводящиеся элементы клеточного ядра, окрашивающиеся основными красителями и несущие генетическую информацию [1].

 

ВВЕДЕНИЕ

Генетика (от греч. genesis –  происхождение) – наука о закономерностях наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В наши дни генетика стала одним из важнейших разделов биологии. Благодаря ей получены соматические и трансгенные гибриды, создана карта генома человека, проведены работы по клонированию животных организмов и многое другое. Одно из направлений генетики – исследование лесных древесных пород, благодаря которому ведутся работы по изучению формового разнообразия древесных пород, генотипической и генетической структуры лесных популяций, явления гетерозиса при гибридизации и др. [1].

Генетика  является  теоретической  основой  селекции  (от лат.  selectio –  выбор, отбор) – науки о методах  создания сортов и гибридов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. Селекцией также еще называют отрасль производства, занимающуюся выведением сортов и гибридов растений, животных.

Н. И. Вавилов называл селекцию наукой об эволюции растений и животных, управляемой человеком. Он выделил следующие теоретические разделы селекции: учение об основных направлениях селекционной работы; учение об исходном материале (его разнообразии, изменчивости, происхождении и т. п.); учение о наследственной изменчивости; учение о роли среды в выявлении сортовых признаков и свойств; теория гибридизации; теория селекционного процесса; частная селекция отдельных видов и культур [2].

Лесная селекция разрабатывает пути и методы получения новых, более ценных и продуктивных сортов деревьев и кустарников, способствуя в настоящее время повышению уровня лесокультурного дела и продуктивности лесов при проведении различных лесоводственных мероприятий. Основной задачей лесной селекции можно назвать улучшение качества и повышение продуктивности лесов путем управления наследственностью и изменчивостью древесных растений. Данная наука тесно  связана с лесным семеноводством, конечной целью которого является перевод лесовосстановления на генетико-селекционную основу и создание высокопродук­тивных и устойчивых лесных насаждений.

Настоящее методическое  пособие составлено для студентов очной и заочной форм обучения с целью  ознакомления их с основными направлениями и достижениями современных генетики и селекции, а также для получения навыков решения практических задач.

1. УЧЕНИЕ О НАСЛЕДСТВЕННОСТИ Г. МЕНДЕЛЯ

 

В широком смысле слова наследственность – это свойство организма воспроизводить себе подобных. В более узком понимании наследственность – это свойство генов направлять по определенному типу построение специфической белковой молекулы, развитие признака и план строения организма. Благодаря наследственности каждый вид животных и растений в ряде сменяющих друг друга поколений сохраняет не только характерные для него признаки, но и особенности развития.

Кроме наследственности в генетике различают также понятие наследования, под которым подразумевают наличие процесса передачи генетической информации от одного поколения к другому, и понятие наследуемости, т. е. генетической обусловленности изменчивости признака для группы организмов.

Материальной основой наследственности, связывающей поколения, являются хромосомы (при половом размножении) и соматические клетки (при бесполом). Клетки несут в себе не признаки и свойства будущих организмов, а лишь задатки, дающие возможность развития этих признаков и свойств.

Одним из ученых, занимавшихся характером наследования признаков, отличающих родителей друг от друга, является Г. Мендель. Проведенные им исследования позволили выявить ряд закономерностей, имеющих большое значение для генетики [1].

 

1.1. Моногибридное скрещивание

 

Основным методом генетики является гибридологический, представляющий собой систему скрещиваний, дающую возможность проследить закономерности наследования и изменения признаков в ряду поколений. В генетических исследованиях используют различные типы скрещиваний. Моногибридным называют такое, при котором анализируется наследование одной пары альтернативных (взаимоисключающих) признаков.

Проведя анализ скрещивания гомозиготных растений гороха с желтыми и зелеными семенами, Мендель пришел к выводу, что у гибридов первого поколения из каждой пары альтернативных признаков проявляется только один, а второй – не развивается, как бы исчезает (рис. 1, 1). Проявляющийся у гибридов первого поколения признак Мендель назвал доминантным, а подавляемый – рецессивным. Само же явление преобладания у гибридов признака одного из родителей Г. Мендель назвал доминированием.

 

Рис. 1. Моногибридное скрещивание растений гороха
с желтыми и зелеными семенами: (1 – первое поколение; 2 – второе поколение)

При составлении подобных схем или решении задач символом Р обозначаются родительские особи, символом F_n – гибриды n-го поколения. Доминантные аллели обозначаются большими буквами русского алфавита, рецессивные – маленькими.  Организмы, имеющие одинаковые аллели одного гена, называются гомозиготными. Они могут быть гомозиготными по доминантным (АА) или по рецессивным генам (аа). Организмы, имеющие разные аллели одного гена, называются гетерозиготными (Аа).

Позже выявленная закономерность была названа законом единообразия гибридов первого поколения, или первым законом Менделя.

Первый закон Менделя: при моногибридном скрещивании гомозиготных организмов, имеющих разные фенотипические проявления альтернативных признаков, гибриды первого поколения F₁ единообразны по генотипу и фенотипу.

Второй закон наследственности был сформулирован Менделем при изучении гибридов, полученных от скрещивания между собой потомков первого поколения (рис. 1, 2).

Анализ результатов скрещивания позволяет сделать ряд выводов:

1) единообразия гибридов во втором поколении не наблю­дается – часть гибридов несет один (доминантный), часть – другой (рецессивный) признак из альтернативной пары;

2) количество гибридов, несущих доминантный признак, приблизительно в 3 раза больше, чем гибридов, несущих рецессивный признак. Это соотношение наблюдается как по каждой отдельно взятой паре, так и по всей совокупности растений;

3) рецессивный признак не исчезает, а лишь подавляется и проявляется во втором гибридном поколении;

4) наследуются не сами признаки, а наследственные задат­ки или факторы (в современной терминологии – гены), их определяющие.

Явление, при котором часть гибридов второго поколения несет доминантный признак, а часть – рецессивный, называют расщеплением. Причем наблюдающееся у гибридов расщепление неслучайное, оно подчиняется определенным количественным закономерностям.

Второй закон Г. Менделя: при моногибридном скрещивании гетерозиготных организмов в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3 : 1, по генотипу  1 : 2 : 1.

Для объяснения явления доминирования и расщепления гибридов второго поколения Бэтсоном была предложена гипотеза чистоты гамет. Он предположил, что развитие признака определяется соответствующим ему наследственным фактором. Один наследственный фактор гибриды получают от отца, другой – от матери. У гибридов F₁ проявляется лишь один из факторов – доминантный. Однако среди гибридов F₂ появляются особи с признаками исходных родительских форм. Это значит:

– у гибридов наследственные факторы сохраняются в не­изменном виде;

– половые клетки содержат только один наследственный фактор.

Каждый организм один задаток (ген) получает от мате­ринского организма, а другой – от отцовского, следовательно, они являются парами. Каждый ген пары называют аллелем. Например, желтая и зеленая окраска семян гороха являются двумя аллелями (соответственно доминантным и рецессивным аллелем) одного гена.

В настоящее время известно, что существуют гены, имеющие не два, а большее количество аллелей. Наличие у гена большого количества аллелей называют множественным аллелизмом. Он является следствием возникновения нескольких мутаций одного и того же гена.

Цитологическими основами явлений доминирования и расщепления признаков, наблюдаемых Менделем, являются парность хромосом, расхождение их во время мейоза и объединение во время оплодотворения [3, 4].

Пример решения задачи

У гороха желтая окраска семян доминантна по отношению к зеленой. От скрещивания гомозиготных желтосеменного и зеленосеменного растений получено 158 семян в первом поколении и 3256 семян во втором поколении.

1. Сколько семян в F₁ гомозиготны?

2. Сколько разных генотипов имеют семена в F₁?

3. Сколько разных фенотипов имеют семена в F₂?

4. Сколько семян F₂ могут быть гомозиготными?

5. Сколько зеленых семян может быть в F₂?

Дано: А – желтая окраска; а – зеленая окраска; Р – ♀ АА ´ ♂ аа; желт.      зелен. F1 – 158 семян; F2 – 3256 семян.		Решение: 1. Записываем схему скрещивания. По условию скрещиваемые растения гомозиготны, значит генотип желтосеменного растения АА, зеленосеменного  аа. Р                 ♀ АА ´ ♂ аа желт.        зелен. 2. Определяем типы гамет скрещиваемых особей. Р         ♀ АА ´ ♂ аа желт.        зелен. Типы      А            а гамет 3. Определяем генотипы и фенотипы потомков F1. Для этого удобноиспользовать решетку Пеннета, которая представляет собой таблицу, где записываются гаметы материнской и отцовской особей, а в соответствующих ячейках – генотипы получаемых потомков. Р                  ♀ АА ´ ♂ аа желт.        зелен.        ♂ ♀ А а Аа Аа – желтые семена 100%
1. Сколько семян F1 гомозиготны? 2. Сколько разных генотипов имеют семена в F1? 3. Сколько разных фенотипов имеют семена в F2? 4. Сколько семян F2 могут быть гомозиготными? 5. Сколько зеленых семян может быть в F2?
4. Записываем скрещивание потомков F1.
P	♀ Аа ´ ♂ Аа      желт.        желт.
5. Определяем типы гамет. Потомки F1 гетерозиготны, поэтому они образуют по два типа гамет.
	Р                           ♀ Аа ´ ♂ Аа         желт.     желт. Типы гамет        А     а     А     а
6. Получаем потомков F2, используя решетку Пеннета.
P F2	♀ Аа ´ ♂ Аа желт.        желт.        ♂ ♀ А а А АА желт. Аа желт. а Аа желт. аа зелен.
7. Проводим анализ скрещивания. В F2 произошло расщепление: по генотипу 1 (АА) : 2 (Аа) : 1 (аа); по фенотипу 3/4 (желтосеменные растения) : 1/4 (зеленосеменные растения). 8. Ответы.
1. Количество гомозиготных семян в F1 – 0.
2. Количество генотипов в F1 – 1.
3. В F2 количество разных фенотипов – 2.
4. В F2 количество гомозиготных семян – ½ · 3256 = 1628 шт.
5. Количество зеленых семян в F2 – ¼ · 3256 = 814 шт.

1.2. Дигибридное скрещивание

 

Дигибридным называют скрещивание, при котором анализируется наследование двух пар альтернативных признаков.

Скрещивая гомозиготное растение с желтыми и гладкими семенами (доминантные признаки) с гомозиготным растением с зелеными и морщинистыми семенами (рецессивные признаки), Мендель получил единообразное гибридное поколение F₁ с желтыми и гладкими семенами.

Анализируя полученное потомство в F₂, Мендель обратил внимание на то, что, наряду с сочетаниями признаков исходных сортов (желтые гладкие и зеленые морщинистые семена), при дигибридном скрещивании появляются и новые сочетания признаков (желтые морщинистые и зеленые гладкие семена), причем расщепление по каждому отдельно взятому признаку соответствовало расщеплению при моногибридном скрещивании. Зависит ли расщепление одной пары признаков (гладкие и морщинистые семена) от расщепления другой (желтая окраска семян и зеленая), или эти пары тесно связаны между собой?

Анализ количественных соотношений групп гибридов F₂, имеющих определенное сочетание признаков, привел к такому заключению (рис. 2): расщепление по фенотипу при скрещивании дигетерозигот происходит в соотношении 9 : 3 : 3 : 1. При этом:

– 9/16 растений обладали обоими доминантными признаками (гладкие желтые семена);

– 3/16 были желтыми (доминантный) и морщинистыми (рецессивный);

– 3/16 были зелеными (рецессивный) и гладкими (доминантный);

– 1/16 растений обладала обоими рецессивными признаками (морщинистые семена зеленого цвета).

Рис. 2. Дигибридное скрещивание растений гороха с желтыми гладкими и зелеными морщинистыми семенами

Мендель пришел к выводу, что расщепление по одной паре признаков не связано с расщеплением по другой паре. Для семян гибридов характерны не только сочетания признаков родительских растений (желтое гладкое и зеленое морщинистое семя), но и возникновение новых комбинаций признаков (желтое морщинистое и зеленое гладкое семя). Это позволило сформулировать третий закон Менделя.

Третий закон Менделя: при скрещивании гетерозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга в соотношении 3 : 1 и комбинируются во всех возможных сочетаниях [3].

Пример решения задачи

У гороха желтая окраска семян доминирует по отношению к зеленой, а гладкая форма – по отношению к морщинистой. От скрещивания гомозиготного растения, имеющего желтые гладкие семена, с гомозиготным растением с зелеными морщинистыми семенами в F₁ получено 115 шт. семян, в F₂ – 1717 шт.

1. Сколько разных генотипов в F₁?

2. Сколько типов гамет образуют растения F₁?

3. Сколько растений F₂ с желтыми гладкими семенами?

4. Сколько растений F₂ с зелеными гладкими семенами?

5. Сколько фенотипов в F₂?

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8

Все права защищены © 2013 Kursak.NET. Электронная библиотека : Если вы автор и считаете, что размещённая книга, нарушает ваши права, напишите нам: admin@kursak.net