Закономерности наследственности и изменчивости — тренажёр для 9 класса

Определение

Закономерности наследственности и изменчивости — это установленные генетикой правила передачи признаков от родителей потомкам и правила изменения этих признаков у потомства. Наследственность — свойство организмов передавать особенности строения, физиологии и развития следующему поколению; изменчивость — свойство приобретать новые признаки, отличающие потомка от родителей.

Законы Менделя описывают поведение генов, лежащих в разных парах хромосом. Хромосом у человека 23 пары, а генов — около 20 тысяч, поэтому в одной хромосоме их сотни. Такие гены наследуются вместе, и объяснение этому дала хромосомная теория Т. Моргана.

Изменчивость делят по причине возникновения: изменение самих генов даёт мутационную, новое сочетание старых генов — комбинативную, реакция неизменного генотипа на среду — модификационную. Первые две наследуются, третья — нет.

Ключевые правила

Гены одной хромосомы образуют группу сцепления и наследуются совместно — таков закон Моргана; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом (у человека — 23).

1. Сцепление нарушается кроссинговером — обменом участками между гомологичными хромосомами в профазе I мейоза. У дрозофилы гены серого тела и длинных крыльев расходятся в 17 % гамет.
2. Частота кроссинговера пропорциональна расстоянию между генами: 1 % кроссоверных гамет = 1 морганида. Чем дальше гены, тем чаще разрыв сцепления.
3. Пол определяется хромосомами: у млекопитающих ♀ XX, ♂ XY; гетерогаметный пол (XY) даёт два типа гамет и задаёт пол потомства.
4. Гены Х-хромосомы у мужчины представлены в единственном числе, поэтому рецессивный аллель проявляется всегда — отсюда преобладание гемофилии и дальтонизма у мальчиков.
5. Норма реакции — пределы модификационной изменчивости, заданные генотипом. Наследуется норма реакции, а не сам признак.
6. Мутации по месту возникновения: генеративные (в половых клетках, передаются потомству) и соматические (в клетках тела, потомству не передаются).

Разбор примеров

Пример 1. Опыт Моргана. Скрещивание дигетерозиготной самки дрозофилы (серое тело, длинные крылья) с чёрным короткокрылым самцом дало 41,5 % + 41,5 % родительских форм и 8,5 % + 8,5 % новых. Ожидалось по 25 % каждого класса, но гены лежат в одной хромосоме. Вывод: сцепление неполное, расстояние равно 8,5 + 8,5 = 17 морганид.

Пример 2. Гемофилия. Здоровая женщина-носительница X^H X^h × здоровый мужчина X^H Y. Гаметы матери: X^H и X^h; отца: X^H и Y. Потомство: X^H X^H, X^H X^h, X^H Y, X^h Y — 25 % всех детей больны, но среди мальчиков — 50 %. Вывод: признак передаётся от матери сыну, дочери остаются носительницами.

Пример 3. Стрелолист. Одно растение образует лентовидные подводные, округлые плавающие и стреловидные надводные листья. Генотип у всех листьев один, различие создаёт среда. Вывод: модификационная изменчивость обратима и не затрагивает ДНК.

Пример 4. Серповидноклеточная анемия. Замена одного нуклеотида в гене β-глобина меняет глутаминовую кислоту на валин — эритроцит принимает форму серпа. Изменён один ген, число и структура хромосом сохранены. Вывод: генная (точковая) мутация.

Пример 5. Синдром Дауна. Нерасхождение 21-й пары в мейозе даёт гамету с 24 хромосомами, после оплодотворения — 47 хромосом (трисомия). Вывод: геномная мутация, изменено число хромосом.

Пример 6. Комбинативная изменчивость. Дигетерозигота AaBb (гены в разных хромосомах) образует 2² = 4 типа гамет, при самоопылении — 16 сочетаний и 4 фенотипа 9:3:3:1. Новых генов не возникло, новые сочетания — да.

Таблица

Типичные ошибки

Смешивание сцепленного наследования и наследования, сцепленного с полом. Ошибка возникает из-за созвучия терминов. Неправильно: «гены сцеплены — значит, они в Х-хромосоме». Правильно: сцепление — совместное наследование генов любой одной хромосомы; сцепление с полом — расположение гена именно в половой хромосоме.

Признание загара наследуемым. Причина — видимость изменения признака. Неправильно: «у загорелых родителей дети смуглее». Правильно: среда меняет фенотип в границах нормы реакции, ДНК половых клеток не затрагивается.

Запись генотипа мужчины по дальтонизму как X^d X^d. Ошибка от привычки писать две одинаковые буквы. Неправильно: X^d X^d. Правильно: X^d Y — мужчина гемизиготен, второго аллеля нет.

Отнесение кроссинговера к мутациям. Причина — «перестройка хромосом». Правильно: кроссинговер — нормальный этап мейоза, источник комбинативной изменчивости; мутация — нарушение структуры или числа.

Утверждение «широкая норма реакции = хороший признак». Правильно: норма реакции нейтральна; удойность коровы имеет широкую норму, жирность молока — узкую, группа крови — нулевую.

Пошаговый алгоритм

1. Прочитайте условие и определите тип наследования: гены в разных хромосомах, в одной хромосоме или в Х-хромосоме.
2. Обозначьте аллели буквами; для сцепленных с полом обязательно пишите X и Y с индексом.
3. Запишите генотипы родителей: сцепленные гены — через дробь (AB/ab), несцепленные — подряд (AaBb).
4. Выпишите типы гамет. При полном сцеплении — 2 типа, при неполном — 4 (два частых, два редких).
5. Постройте решётку Пеннета или схему скрещивания.
6. Подсчитайте расщепление по генотипу и фенотипу, переведите в проценты.
7. Для расстояния между генами сложите доли кроссоверных классов: (n₁ + n₂) / N × 100 % = морганиды.
8. Проверьте результат: сумма долей равна 100 %, пол потомства делится 1:1, кроссоверных особей всегда меньше родительских.

Как запомнить

• «Один вагон — одна группа»: хромосома-поезд, гены-пассажиры едут вместе, кроссинговер — пересадка.
• Дальше гены — чаще разрыв: 1 % кроссинговера = 1 морганида.
• «Крест-накрест»: дед → дочь → внук — путь гена гемофилии.
• МКМ: Модификационная — не наследуется, Комбинативная — тасовка, Мутационная — поломка.
• Уровни мутаций по возрастанию: ген → хромосома → геном.