Основні теоретичні відомості та методичні поради. Дигібридним називають схрещування особин, що відрізняються одночасно двома парами альтернативних ознак; якщо ознак три пари - тригібридним; багато ознак -

Дигібридним називають схрещування особин, що відрізняються одночасно двома парами альтернативних ознак; якщо ознак три пари - тригібридним; багато ознак - полігібридним.

Для дигібридного схрещування Г. Мендель узяв гомозиготні рослини гороху, що розрізнялися одночасно за двома парами ознак. Материнська рослина мала гладеньке насіння жовтого забарвлення, батьківська - зморшкувате зелене насіння. Гібрид першого покоління цього схрещування мав насіння жовте і гладеньке. Отже, жовте зафарбування насіння домінує над зеленим, а гладенька форма - над зморшкуватою. Позначимо алелі жовтого зафарбування А, зеленого — а, алелі гладенької форми В, зморшкуватої — b. Гени, що визначають розвиток різних пар ознак, називаються неалельними. У даному випадку гени зафарбування насіння А і а неалельні генам форми насіння В і b. Неалельні гени позначають різними літерами алфавіту.

Батьківські рослини мали генотипи ААВВ і ааbb.

Р ♀ ААВВ × ♂ ааbb

Гамети ♀ АВ ♂ аb

F₁: АаВb - насіння жовте і гладеньке

Схрещування на F₂: ♀ АаВb × ♂ АаВb

Гамети ♀ АВ, Аb, аВ, аb ♂ АВ, Аb, аВ, аb

Гамети в цьому схрещуванні утворяться відповідно до розходження хромосом у мейозі. Поєднання гамет можуть бути визначені за допомогою решітки Пеннета.

Усього можна одержати 16 комбінацій гамет, із них 9 клітин, у яких є хоча б по одній домінантній алелі з кожної пари, 3 комбінації, у яких зустрічається A алель, а b в гомозиготі, ще три, у яких гомозиготною є a і, нарешті, один клас, у якому і a і b - гомозиготи.

F₂:

У F₂ Г.Мендель отримав 556 насінин, із них 315 було гладких жовтих, 101 зморшкувате жовте, 108 гладких зелених, 32 зморшкуватих зелених. Звідси можна порахувати очікуване розщеплення для цих 4-х фенотипових класів:

A-B - 556 × 9/16 = 312 (отримано 315);

A-bb 556 × 3/16 = 104 (отримано 101);

aaB - 556 × 3/16 = 104 (отримано 108);

aabb 556 × 1/16 = 32 (отримано 34).

Отже, реальне розщеплення ідеально відповідає теоретично очікуваному.

Якщо підрахувати кількість насіння по кожній парі ознак окремо від іншої пари виявиться, що відношення числа гладенького насіння до числа зморшкуватого було 423: 133, а жовтого до зеленого - 416: 140, тобто для кожній пари відношення було 3: 1. Є очевидним, що при дигібридному схрещуванні кожна пара ознак при розщепленні в потомстві поводиться так само як при моногібридному схрещуванні, тобто незалежно від іншої пари ознак.

Таким чином, Мендель об'єктивно встановив існування третього закону - закону незалежного успадкування ознак і вільного комбінуваннягенів, який можна сформулювати так: при схрещуванні організмів, гомозиготних за двома або декількома алельними ознаками, і при подальшому розмноженні нащадків, гени, що обумовлюють формування цих ознак, вільно і незалежно комбінуються між собою, локалізуючись у генотипах нащадків другого покоління відповідно закону ймовірностей. Пізніше з'ясувалося, що цей закон має обмеження. Він здебільшого стосується розподілу хромосом, ніж генів. Вільно комбінуватися можуть лише ті гени, які містяться в різних парах хромосом.

Аналізуючи дигібридну схему можна побачити, що внаслідок схрещування виникають нові константні поєднання генів і нові фенотипи: ААbb — жовте зморшкувате; ааВВ — зелене гладеньке насіння. Таких рослин не було на початку досліду. Вони виникли завдяки перекомбінації дискретних менделівських факторів.

Шляхом гібридизації можна об'єднувати в одному генотипі корисні для людини ознаки, які знаходяться у різних форм у роз'єднаному стані. Так, при схрещуванні карликових малопродуктивних сортів пшениці з високорослими, а звідси полягаючими, але врожайними сортами були отримані гібриди в генотипі яких поєдналися гени, які зумовлюють високу продуктивність і низькорослість, а отже стійкість до полягання.

Селекція, яка використовує гібридизацію як засіб перекомбінації генів з метою створення нових генотипів і фенотипів, одержала назву синтетичної селекції. Переважну більшість сучасних високопродуктивних сортів рослин і порід тварин виведено шляхом гібридизації. Слід мати на увазі, що внаслідок схрещування виникають як бажані, так і небажані для людини поєднання ознак, тобто гібридизація посилює генотипову різноманітність, а з цієї різноманітності селекціонер добирає ті комбінації, які його найбільш задовольняють.

Г. Мендель провів досліди з сортами гороху, що відрізнялися за трьома парами ознак: за формою насіння (гладеньке — зморшкувате), за забарвленням сім'ядолей (жовте — зелене), за кольором шкірки насінини (сірий - білий). Тригетерозиготи F₁ мали домінантні ознаки — гладеньке насіння А, жовті сім'ядолі В і сіру шкірку С. Рецесивними ознаками були зморшкувате насіння а, зелені сім'ядолі в і біле забарвлення шкірки насіння с.

Аналізуюче схрещування засвідчило, що тригетерозиготи АаВbСс, тобто гібриди F₁, утворюють вісім типів гамет: АВС, АВс, АbС, Аbс, аВС, аВс, аbС, abc, які перекомбіновуючись у процесі запліднення, дадуть початок 64-м класам потомків (згідно з решіткою Пеннета).

За фенотипом ці класи розподіляються так:

27 гладеньких, жовтих, сірих АВС;

9 гладеньких, жовтих, білих АВс;

9 гладеньких, зелених, сірих АbС;

9 зморшкуватих, жовтих, сірих аВС;

3 гладеньких, зелених, білих Аbс;

З зморшкуватих, жовтих, білих аВс;

З зморшкуватих, зелених, сірих аbС;

1 зморшкуватих, зелених, білих abc.

Отже, тригібридне розщеплення за фенотипом є поєднанням трьох незалежних моногібридних розщеплень:

27АВС + 9АВс + 9АвС + 9аВС + 3авС + 3аВс + 3Авс + 1abc - (3А + 1а) × (3В + 1в) × (ЗС + 1с).

Принцип незалежної поведінки різних пар альтернативних ознак в розщепленні по фенотипу в F₂ при повному домінуванні може бути виражений формулою (3+1)ⁿ де n - число пар альтернативних ознак. По цій формулі можна вирахувати число можливих класів в розщепленні по фенотипу при любому схрещуванні чи то моно- чи полігібридному. Моногібридне (3+1)¹ тобто 3: 1 - 2 класи;

дигібридне (3+1)² =9: 3: 3: 1 - 4 класи;

тригібридне (3+1)³ =27: 9: 9: 9: 3: 3: 3: 1 - 8 класів, тобто число фенотипових класів при розщепленні в F₂ може бути виражено формулою 2ⁿ, де 2 - пара алелей, а n - число алельних пар. Для моногібридного - 2¹ = 2, для дигібридного 2² =4, для тригібридного 2³ = 8 і т.д.

За цією ж формулою можна розрахувати число типів гамет, які утворюються в любого полігібрида F₁.

Можна також вирахувати число можливих комбінацій гамет по формулі 4ⁿ, де 4- число комбінацій при моногібридному схрещуванні, а n число алельних пар.

Число генотипових класів вираховується по формулі 3ⁿ. (3 - число генотипових класів для моногібридного схрещування). Всі ці підрахунки правильні лише тоді, коли неалельні гени знаходяться в негомологічних хромосомах. Але відомо, що число хромосом для кожного виду організмів відносно невелике і постійне. Тому можливе одночасне незалежне успадкування лише скількох генів скільки пар гомологічних хромосом у організмів даного виду. Так, у дрозофіли (2n=8) незалежним може бути лише тетрагібридне схрещування, Якщо ж ми досліджуватимемо успадкування більше ніж 4 ознак, то третій закон Менделя не здійсниться.

У людини 46 хромосом. Якщо допустити, що в людини в кожній парі хромосом тільки по одній алелі, то число різних сортів гамет буде2²³, число класів розщеплення по фенотипу 2²³, по генотипу - 3²³, а число можливих комбінацій гамет - 4²³. Число комбінацій гамет у людини говорить про величезний розмах мінливості у цього виду. До того ж треба зазначити, що в кожній хромосомі не один, а значно більше генів, до того ж гени можуть взаємодіяти між собою. Існують і інші фактори, які значно збільшують мінливість генотипів і фенотипів.

Аналіз полігібридних схрещувань провадиться так же, як і дигібридних, проте з кожним збільшенням числа ознак зростає число комбінацій гамет. Якщо у дигібрида, як ми бачили, утворюється 16 комбінацій, у тригібрида їх уже 64, а в тетрагібрида - 256.

Класичне розщеплення 9: 3: 3: 1 при дигібридному схрещуванні буде не завжди, для цього необхідно дотримання багатьох умов.

Варто мати на увазі, що в полігібридних розщепленнях також може бути неповне домінування, що призводить до серйозних змін у частотах з якими зустрічаються різні фенотипові класи. Необхідно також виконання ряду умов для того, щоб відбулися очікувані розщеплення:

1. Перебування генів, що враховуються у негомологічних хромосомах.

2. Рівновірогідне утворення гамет усіх сортів на основі випадкового розходження хромосом у мейозі.

3. Рівновірогідне дозрівання гамет усіх типів.

4. Рівновірогідна зустріч гамет при заплідненні.

5. Рівновірогідне виживання зигот і дорослих організмів.

6. Відносна стабільність розвитку досліджуваних ознак.