Решетка Пеннета является визуальным инструментом, который помогает генетикам определять возможные комбинации генов при оплодотворении. Решетка Пеннета представляет собой простую таблицу из 2x2 (или больше) ячеек. С помощью этой таблицы и знания генотипов обоих родителей ученые могут предсказать, какие комбинации генов возможны у потомков, и даже определить вероятность наследования тех или иных признаков.
Чтобы пропустить данный раздел и перейти непосредственно к описанию решетки Пеннета, .
Узнайте больше о понятии генов. Прежде чем приступить к освоению и использованию решетки Пеннета, следует ознакомиться с некоторыми основными принципами и понятиями. Первым таким принципом является то, что все живущие существа (от крохотных микробов до гигантских синих китов) обладают генами . Гены представляют собой невероятно сложные микроскопические наборы инструкций, которые встроены практически в каждую клетку живого организма. В сущности, в той или иной степени гены отвечают за каждый аспект жизни организма, в том числе за то, как он выглядит, каким образом ведет себя, и за многое, многое другое.
Узнайте больше о понятии полового размножения. Большинство (но не все) известных вам живых организмов производят потомство посредством полового размножения . Это означает, что женская и мужская особь вносят свои гены, и их потомство наследует примерно по половине генов от каждого родителя. Решетка Пеннета служит для того, чтобы наглядно изобразить различные комбинации генов родителей.
Узнайте о понятии аллелей. Как отмечалось выше, гены живого организма представляют собой набор инструкций, которые указывают каждой клетке, что следует делать. Фактически, как и обычные инструкции, которые разделены на отдельные главы, пункты и подпункты, различные части генов указывают на то, как следует делать разные вещи. Если два организма обладают различными "подразделами", они будут по-разному выглядеть или вести себя - например, генетические различия могут привести к тому, что у одного человека будут темные, а у другого светлые волосы. Такие различные виды одного гена называются аллелями .
Узнайте о понятии доминантных и рецессивных аллелей. Аллели не всегда обладают одинаковой генетической "силой". Некоторые аллели, которые называют доминантными , обязательно проявятся во внешнем виде ребенка и его поведении. Другие, так называемые рецессивные аллели, проявляются лишь в том случае, если не стыкуются с доминантными аллелями, которые "подавляют" их. Решетка Пеннета часто используется для того, чтобы определить, с какой вероятностью ребенок получит доминантную или рецессивную аллель.
Начертите квадратную сетку 2x2. Простейший вариант решетки Пеннета делается очень легко. Нарисуйте достаточно большой квадрат и разделите его на четыре равных квадрата. Таким образом у вас получится таблица из двух строк и двух столбцов.
В каждой строке и столбце отметьте буквами родительские аллели. В решетке Пеннета столбцы отведены для материнских аллелей, а строки - для отцовских, либо наоборот. В каждую строку и колонку запишите буквы, которые представляют аллели матери и отца. При этом используйте заглавные буквы для доминантных аллелей и строчные для рецессивных.
Напишите соответствующие буквы в каждой ячейке. Вы легко сможете заполнить решетку Пеннета после того, как поймете, какие аллели войдут от каждого родителя. Впишите в каждую ячейку комбинацию генов из двух букв, которые представляют собой аллели от матери и отца. Другими словами, возьмите буквы в соответствующей строке и столбце и впишите их в данную ячейку.
Определите возможные генотипы потомка. Каждая ячейка заполненной решетки Пеннета содержит набор генов, который возможен у ребенка данных родителей. Каждая ячейка (то есть каждый набор аллелей) обладает одинаковой вероятностью - другими словами, в решетке 2x2 каждый из четырех возможных вариантов имеет вероятность 1/4. Представленные в решетке Пеннета различные комбинации аллелей называются генотипами . Хотя генотипы представляют собой генетические различия, это не обязательно означает, что в каждом варианте получится разное потомство (смотрите ниже).
Определите возможные фенотипы потомка. Фенотип организма представляет собой действительные физические черты, которые основаны на его генотипе. Примером фенотипа служат цвет глаз, цвет волос, наличие серповидноклеточной анемии и так далее - хотя все эти физические черты определяются генами, ни одна из них не задается своей особой комбинацией генов. Возможный фенотип потомка определяется характеристиками генов. Различные гены по-разному проявляют себя в фенотипе.
Определите вероятность различных фенотипов по числу ячеек. Одно из наиболее распространенных применений решетки Пеннета состоит в том, чтобы с ее помощью находить вероятность появления того или иного фенотипа в потомстве. Поскольку каждая ячейка соответствует определенному генотипу и вероятность появления каждого генотипа одинакова, для нахождения вероятности фенотипа достаточно поделить число ячеек с данным фенотипом на общее число ячеек .
Поделите каждую ячейку решетки 2x2 еще на четыре квадрата. Не все комбинации генов настолько просты, как описанное выше моногибридное (моногенное) скрещивание. Некоторые фенотипы определяются более чем одним геном. В таких случаях следует учесть все возможные комбинации, для чего потребуется бо льшая таблица.
Определите гены со стороны родителей. Следующий шаг состоит в том, чтобы найти гены родителей, которые отвечают за интересующее вас свойство. Поскольку вы имеете дело с несколькими генами, к генотипу каждого родителя следует добавить еще одну букву - другими словами, необходимо использовать четыре буквы для двух генов, шесть букв для трех генов и так далее. В качестве напоминания полезно записать генотип матери над решеткой, а генотип отца - слева от нее (или наоборот).
Запишите различные комбинации генов вдоль верхнего и левого краев решетки. Теперь мы можем записать над решеткой и слева от нее различные аллели, которые могут передаться потомкам от каждого из родителей. Как и в случае одного гена, каждая аллель может передаться с одинаковой вероятностью. Однако поскольку мы рассматриваем несколько генов, у каждой строки или столбца будет стоять несколько букв: две буквы в случае двух генов, три буквы для трех генов и так далее.
Заполните ячейки соответствующими комбинациями аллелей. Впишите в каждую ячейку решетки буквы так же, как делали это для одного гена. Однако в данном случае для каждого добавочного гена в ячейках появится по две дополнительные буквы: итого, в каждой ячейке будет четыре буквы для двух генов, шесть букв для четырех генов и так далее. Согласно общему правилу, число букв в каждой ячейке соответствует числу букв в генотипе одного из родителей.
Найдите фенотипы для каждого возможного варианта потомства. В случае нескольких генов каждая ячейка в решетке Пеннета также соответствует отдельному генотипу возможного потомства, просто этих генотипов больше, чем при одном гене. И в данном случае фенотипы для той или иной ячейки определяются тем, какие гены мы рассматриваем. Существует общее правило, согласно которому для проявления доминантных признаков достаточно наличия хотя бы одной доминантной аллели, в то время как для рецессивных признаков необходимо, чтобы все соответствующие аллели были рецессивными.
Определите по ячейкам вероятность каждого фенотипа. Чтобы найти вероятность различных фенотипов в потомстве данных родителей, используйте тот же метод, что и в случае одного гена. Иными словами, вероятность того или иного фенотипа равна количеству соответствующих ему ячеек, поделенному на общее число ячеек.
Скрещивание, в котором участвуют две пары. аллелей, называют дигибридным скрещиванием.
Мендель проводил дигибридное скрещивание, в котором гомозиготные родители отличались друг от друга по двум признакам: окраске семян (желтая и зеленая) и форме семян (гладкая и морщинистая). Появление особей с желтыми гладкими семенами свидетельствует о доминировании этих признаков и проявлении правила единообразия у гибридов F1. При образовании гамет у особей F1 возможны четыре комбинации двух пар аллелей. Аллели одного гена всегда попадают в разные гаметы. Расхождение одной пары генов не влияет на расхождение генов другой пары.
Если в мейозе хромосома с геном А отошла к одному полюсу, то к этому же полюсу, т.е. в ту же гамету, может попасть хромосома как с геном В , так и с геном b . Следовательно, с одинаковой вероятностью ген А может оказаться в одной гамете и с геном В , и с геном b . Оба события равновероятны. Поэтому сколько будет гамет АВ , столько же и гамет Аb . Такое же рассуждение справедливо и для гена а, т.е. число гамет аВ всегда равно числу гамет аb .
В результате независимого распределения хромосом в мейозе гибрид образует четыре типа гамет: АВ, АЬ, аВ и аЬ в равных количествах. Это явление было установлено Г. Менделем и названо законом независимого расщепления , или вторым законом Менделя. Он формулируется так: расщепление по каждой паре генов идет независимо от других пар генов»
Независимое расщепление можно изобразить в виде таблицы. По имени генетика, впервые предложившего эту таблицу, она названа решеткой Пеннета. Поскольку в дигибридном скрещивании при независимом наследовании образуются четыре типа гамет, количество типов зигот, образующихся при случайном слиянии этих гамет, равно 4х4, т.е. 16. Ровно столько клеток в решетке Пеннета. Вследствие доминирования А над а и В над Ь разные генотипы имеют одинаковый фенотип. Поэтому количество фенотипов равно только четырем. Например, в 9 клетках решетки Пеннета из 16 возможных сочетаний расположены комбинации, имеющие одинаковый фенотип - желтые гладкие семена. Генотипы, определяющие данный фенотип, таковы: 1ААВВ:2ААВЬ: 2АаВВ:4АаВЬ.
Число различных генотипов, образующихся при дигибридном скрещивании, равно 9. Число фенотипов в F2 при полном доминировании равно 4. Значит, дигибридное скрещивание есть два независимо идущих моногибридных скрещивания, результаты которых как бы накладываются друг на друга . В отличие от первого закона, который справедлив всегда, второй закон относится только к случаям независимого наследования, когда изучаемые гены расположены в разных парах гомологичных хромосом.
Реджинальдом Паннетом (1875-1967) в качестве инструмента, представляющего собой графическую запись для определения сочетаемости аллелей из родительских генотипов . Вдоль одной стороны квадрата расположены женские гаметы , вдоль другой - мужские. Это позволяет легче и нагляднее представить генотипы, получаемые при скрещивании родительских гамет.В этом примере оба организма имеют генотип Bb. Они могут производить гаметы, содержащие аллель B или b (первая означает доминантность , вторая - рецессивность). Вероятность потомка с генотипом ВВ составляет 25 %, Bb - 50 %, bb - 25 %.
| Материнские | |||
|---|---|---|---|
| B | b | ||
| Отцовские | B | BB | Bb |
| b | Bb | bb | |
Фенотипы же получаются в сочетании 3:1. Классический пример - окраска шерсти крысы : например, B - чёрная шерсть, b - белая. В таком случае 75 % потомства будет иметь чёрную шерсть (BB или Bb), тогда как только 25 % будет иметь белую (bb).
Следующий пример иллюстрирует дигибридное скрещивание между гетерозиготными растениями гороха . A представляет доминирующую аллель по признаку формы (круглый горох), a - рецессивную аллель (морщинистый горох). B представляет доминирующую аллель по признаку цвета (жёлтый горох), b - рецессивную аллель (зелёный). Если каждое растение имеет генотип AaBb, то, поскольку аллели по признаку формы и цвета независимы, может быть четыре типа гамет при всех возможных сочетаниях: AB, Ab, aB и ab.
| AB | Ab | aB | ab | |
|---|---|---|---|---|
| AB | AABB | AABb | AaBB | AaBb |
| Ab | AABb | AAbb | AaBb | Aabb |
| aB | AaBB | AaBb | aaBB | aaBb |
| ab | AaBb | Aabb | aaBb | aabb |
Получается 9 круглых жёлтых горошин, 3 круглых зелёных, 3 морщинистых жёлтых, 1 морщинистая зелёная горошина. Фенотипы в дигибридном скрещивании сочетаются в соотношении 9:3:3:1.
129. Проанализируйте представленную в учебнике схему наследования признаков при дигибридном скрещивании. Заполните пропуски в предложенном алгоритме решения задачи на дигибридное скрещивание
1. Запишем объект исследования и обозначение генов
3. Составим решетку Пеннета
130. На основании анализа результатов, полученных в задании 129, ответьте на вопросы
1) Сколько типов гамет образует родительское растение с желтыми гладкими семенами? - 2 . С зелеными морщинистыми семенами? - 2
2) Какова вероятность (%) появления в результате первого скрещивания растений F1 с желтыми семенами? 50 . С зелеными семенами? 50
3) Какова вероятность (%) появления в результате первого скрещивания растений F1 с желтыми гладкими семенами? 25 . С желтыми морщинистыми? 25 . С зелеными гладкими? 25 . С зелеными морщинистыми? 25
4) Сколько разных генотипов может быть среди гибридов первого поколения? 2
5) Сколько разных фенотипов может быть среди гибридов первого поколения? 2
6) Сколько типов гамет образует растение F1 с желтыми гладкими семенами? 4
7) Какова вероятность (%) появления в результате самоопыления растений F2 с желтыми семенами? 50 . С зелеными семенами? - 50
8) Какова вероятность (%) появления в результате скрещивания растений F2 с желтыми гладкими семенами? 25 . С желтыми морщинистыми? 25 . С зелеными гладкими? 25 . С зелеными морщинистыми? 25
9) Сколько разных генотипов может быть среди гибридов второго поколения? - 9
10) Сколько разных фенотипов может быть среди гибридов второго поколения? - 4
131. Решите задачу
У человека праворукость доминирует над леворукостью, а карий цвет глаз - над голубым. В брак вступает кареглазый мужчина-правша, мать которого была голубоглазой левшой, и голубоглазая женщина-правша, отец которой был левшой. 1) Сколько разных фенотипов может быть у их детей? 2) Сколько разных генотипов может быть среди их детей? 3) Какова вероятность (%) того, что у этой пары родится ребенок-левша?
А - праворукость, а - леворукость
В - карие глаза, в - голубые глаза
Генотип мужчины - АаВв, женщины - Аавв
Р ♀АаВв × ♂АаВв Гаметы А,а,В,в А,а,В,в F1 АВ: ав: Ав: аВ
132. Решите задачу
Черная окраска шерсти и висячее ухо у собак доминируют над коричневой окраской и стоячим ухом. Скрещивались чистопородные черные собаки с висячими ушами с собаками, имеющими коричневую окраску шерсти и стоячие уши. Гибриды скрещивались между собой. 1) Какая часть щенков F2 фенотипически должна быть похожа на гибрид F1? 2) Какая часть гибридов F2 должна быть полностью гомозиготна? 3) Какая часть щенков F2 должна быть с генотипом, подобным генотипу гибридов F1?
А - черный цвет, а - коричневый цвет
В - висячее ухо, в - стоячее ухо
Определим генотипы родителей, типы гамет и запишем схему скрещивания
Р черная, висячие уши
× коричневая, стоячие уши
Гаметы А,В а,в F1 черная, висячие уши АаВв
133. Решите задачу
Черная окраска у кошек доминирует над палевой, а короткая шерсть - над длинной. Скрещивались чистопородные персидские кошки (черные длинношерстные) с сиамскими (палевые короткошерстные). Полученные гибриды скрещивались между собой. 1) Какова вероятность (%) получения в F2 чистопородного сиамского котенка? 2) Какова вероятность (%) получения в F2 котенка, фенотипически похожего на персидского? 3) Какова вероятность (%) получения в F2 длинношерстного палевого котенка?
А - черная окраска, а - палевая
В - короткая шерсть, в - длинная
Определим генотипы родителей, типы гамет и запишем схему скрещивания
134. Закончите предложение
Сцепленными называются гены, находящиеся в одной хромосоме и наследуемые сцепленно
135. Ниже приведены открытия, которые принадлежат Г. Менделю и Т. Моргану. Распределите нижеперечисленные открытия в соответствии с их принадлежностью ученым:
а) установлена независимость наследственных признаков
б) установлено, что носителями наследственных признаков являются хромосомы
в) сформулировано положение о сцеплении генов в хромосоме
г) выявлены количественные закономерности наследования признаков
д) установлен характер проявления признака
е) установлен механизм определения пола у животных (самцы и самки различаются по набору хромосом)
Открытия Г. Менделя - а, б, г, д
Открытия Т. Моргана - в, е
Впишите соответствующие аллели в ячейки. Каждая аллель войдет в две ячейки под ней или справа от нее, в зависимости от того, где она расположена. Например, если аллель B стоит над верхним левым углом решетки, запишите букву B в две ячейки, которые расположены под ней. Если же аллель B стоит слева от верней строки таблицы, следует записать B в две ячейки справа от нее. Заполните все ячейки решетки таким образом, чтобы каждая содержала две аллели, по одной от каждого родителя.
Подсчитайте количество ячеек для каждого генотипа. При моногибридном скрещивании существует лишь три возможных генотипа: BB , Bb и bb . BB (каштановые волосы) и bb (белокурые волосы) являются гомозиготными комбинациями, то есть в них ген состоит из двух одинаковых аллелей. Bb (каштановые волосы) является гетерозиготной комбинацией - в этом случае ген состоит из двух разных аллелей. При некоторых вариантах скрещивания возможно появление лишь одного или двух генотипов.
Посчитайте соотношение фенотипов. С помощью полученных выше результатов можно определить соотношение фенотипов. Фенотип представляет собой физическую характеристику гена, например цвет волос или глаз. При наличии полностью доминантных признаков в гетерозиготном генотипе (комбинации разных аллелей) проявится доминантный фенотип.
