Законы Менделя
Первый закон Менделя (закон единообразия гибридов F1)
Этот закон выведен Менделем на основании результатов моногибридного скрещивания. Для опытов были взяты два сорта гороха, отличающиеся друг от друга
одной парой признаков — цветом семян: один сорт имел желтую окраску, второй — зеленую. Скрещивающиеся растения были гомозиготными, т. е. не давали расщепления при самоопылении.
Для записи результатов скрещивания Мендель предложил следующую схему. Пусть А — желтая окраска, а — зеленая окраска. Тогда (рис. 4.36):
Р (родители) | АА | ´ | аа |
Г (гаметы) | А |
| а |
F1 (первое поколение) | Аа | ||
Рис. 4.36. Иллюстрация первого закона Менделя
В первом поколении все растения имели желтые семена. Мендель назвал желтый цвет доминирующим, а зеленый — рецессивным. По генотипу все потомки были гетерозиготны.
На основании полученных результатов Мендель сформулировал закон, позднее
названный первым законом Менделя или законом единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании организмов, различающихся по одной паре альтернативных признаков, первое поколение единообразно по фенотипу и генотипу.
Второй закон Менделя (закон расщепления)
Из семян, полученных при скрещивании гомозиготного растения с желтой окраской семян с растением с зеленой окраской семян, Менделем были выращены растения, и путем самоопыления было получено второе поколение F2. Среди полученных растений встречались экземпляры как с желтыми семенами, так и с зелеными (рис. 4.37). Вдобавок Мендель выявил, что схожие по фенотипу растения отличаются по генотипу: треть растений с желтыми семенами при самоопылении не давала расщепления, а две трети — давали в соотношении 3:1. Эти опыты показали, что расщепление по фенотипу сопровождается расщеплением по генотипу в соотношении 1:2:1.
Р (F1) | Аа | ´ | Аа |
Г | А; а |
| А; а |
F2 | АА; Аа; |
| Аа; аа |
Рис. 4.37. Иллюстрация второго закона Менделя
На основании полученных данных Мендель сформулировал второй закон или закон расщепления: у потомства, полученного от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1 (75% особей имеют доминантный признак, 25% — рецессивный), а по генотипу — 1:2:1.
Закон (гипотеза) чистоты гамет
При анализе признаков гибридов первого и второго поколений Мендель установил, что рецессивный ген не исчезает и не смешивается с доминантным. В F2 проявляются оба гена, что возможно только в том случае, если гибриды F1 образуют два типа гамет: одни несут доминантный ген, другие — рецессивный. Это явление и получило название гипотезы чистоты гамет: каждая гамета несет или доминантный, или рецессивный ген из одной аллельной пары. Гипотеза чистоты гамет была доказана после изучения процессов, происходящих в мейозе.
Гипотеза «чистоты» гамет — это цитологическая основа первого и второго законов Менделя. С ее помощью можно объяснить расщепление по фенотипу и генотипу.
Определение числа типов гамет проводится по формуле 2n, где n — число пар генов в гетерозиготном состоянии. Например, у организма с генотипом ААВВ генов
в гетерозиготном состоянии нет, т. е. n = 0, следовательно, 20 = 1, и он образует один тип гамет (АВ). У организма с генотипом АаВвСс три пары генов в гетерозиготном состоянии, т. е. n = 3, следовательно, 23 = 8, и он образует восемь типов
гамет.
Третий закон Менделя
(закон независимого наследования)
Этот закон был выведен на основании анализа наследования двух пар признаков
у гороха: окраски и формы семян. Скрещивание, в котором рассматривается наследование двух пар признаков, называется дигибридным.
В качестве родительских форм Мендель использовал гомозиготные по обоим парам признаков растения: один сорт имел желтые семена (А) с гладкой кожицей (В), другой — зеленые (а) и морщинистые (b).
В первом поколении (рис. 4.38) все гибриды были одинаковы: желтая окраска и гладкая кожица, т. к. эти два признака являются доминантными.
Затем Мендель из семян F1 вырастил растения и с помощью самоопыления получил гибриды второго поколения. В F2 произошло расщепление на 4 фенотипических класса в соотношении 9:3:3:1. 9/16 всех семян имели оба доминантных признака, 3/16 — первый доминантный и второй рецессивный, 3/16 — первый рецессивный и второй доминантный, 1/16 — оба рецессивных признака.
Поколение F2 можно представить так, как показано на рис. 4.27 (для записи и определения генотипов гибридов используется решетка Пеннета).
Для растений с желтыми и гладкими семенами возможны 4 генотипа (ААВВ, АаВВ, АаВb, ААВb); для растений с желтыми и морщинистыми семенами — 2 генотипа (ААbb, Ааbb); для растений с зелеными и гладкими семенами — 2 генотипа (ааВВ, ааВb); для растений с зелеными и морщинистыми семенами — 1 генотип (ааbb).
Рис. 4.38. Иллюстрация третьего закона Менделя
При анализе наследования каждой пары признаков получаются следующие результаты. В F2 12 частей желтых семян и 4 части зеленых семян, т. е. соотношение 3:1. Точно такое же соотношение будет и по второй паре признаков (форме семян).
На основании этих опытов Мендель сформулировал закон независимого наследования: при скрещивании организмов, отличающихся друг от друга двумя и более
парами альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всевозможных сочетаниях.
В отличие от первого и второго законов, третий закон Менделя выполняется, если гены, кодирующие исследуемые признаки, находятся в разных парах гомологичных хромосом.