Цель — сформировать понятие о кроссинговере, кроссоверных и некроссоверных комбинациях генов, типах перекреста, проценте перекреста и проценте силы сцепления, втором законе хромосомной теории наследственности.
Занятие начинается с анализа результатов опытов № 7 и № 8. Восстанавливаются сведения об условиях опытов.
В опыте № 7 производилось скрещивание нормальных самцов с самками, имеющими черное тело и зачаточные крылья. Причем самцы были гетерозиготами по этим признакам.
В опыте № 8, наоборот, самки были нормальные по рассматриваемым признакам и также гетерозиготы, а самцы имели черное тело и зачаточные крылья.
Потомство в опыте № 7 получилось двух фенотипов, как у исходных форм, в силу сцепленного наследования генов. Однако в пробирке № 8 получилось потомство более разнородное — четырех фенотипов, но в соотношениях, не встречаемых ранее. В процентном выражении это выглядит так:
- 41,5 % мух с нормальными крыльями и серым телом
- 8,5 % мух с зачаточными крыльями и серым телом
- 8,5 % мух с нормальными крыльями и черным телом
- 41,5 % мух с зачаточными крыльями и черным телом
Данные опыта № 8 противоречат известному учащимся закону сцепления генов. Создается впечатление о действии закона независимого распределения. Но тогда почему не соответствует этому закону характер расщепления в анализирующем скрещивании? Почему при скрещивании нормальных самцов (гетерозигот) с мутантными самками образуется всего два фенотипа и гены наследуются сцеплено?
Этот вопрос сложный, целесообразно постепенно подвести учащихся к правильным выводам. Сначала можно выяснить, в каких случаях в анализирующем скрещивании появляются четыре фенотипа. С помощью педагога учащиеся делают вывод о том, что фенотипический состав потомства зависит от типа гамет, образующихся в мейозе у гетерозиготной самки. Обучающиеся должны пока просто запомнить, что у гетерозиготного самца дрозофилы образуется всего два типа гамет, а у гетерозиготной самки — четыре.
Если так, то совершенно очевидно, что в опыте № 7 гетерозиготный самец образует два типа гамет, а рецессивная самка—один тип, в анализирующем скрещивании формируется всего два фенотипа.
В опыте № 8 гетерозиготная самка образует четыре типа гамет, а рецессивный самец — один, следовательно, в анализирующем скрещивании возникает четыре фенотипа.
Далее предстоит выяснить, почему гетерозиготная самка образует четыре типа гамет, если гены, отвечающие за формирование признаков, расположены в одной хромосоме — группе сцепления.
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо обратиться к процессу мейоза, вспомнить о том, что в профазе мейоза I происходит конъюгация хромосом, каждая из которых в этот период состоит из двух хроматид. Необходимо связать этот процесс с возникновением новых комбинаций генов и предложить построить модель хромосом из пластилина в период их конъюгации, обернуть концы каждой хроматиды полоской бумаги и обозначить гены буквами.
Затем учащиеся под руководством педагога на пластилиновой модели получают различные варианты перекреста хроматид и убеждаются в возможности обмена участками хроматид, образования новых комбинаций аллелей двух генов (не только АВ и аb, как у исходных форм, но и Аb, аВ), появления четырех типов гамет. Вводится понятие о кроссоверных комбинациях генов (Аb и аВ) и некроссоверных (АВ и аb), характерных для исходных родительских форм.
Манипулируя с палочками из пластилина, учащиеся создают различные типы кроссинговера и образуют всевозможные комбинации из двух пар генов. Следует помнить, что вблизи центромер обмениваются частями не хроматиды, а хромосомы, что сказывается на результатах кроссинговера. Необходимо ограничиваться теми случаями, когда осуществляется перекрест хроматид.
Педагог обращает внимание учащихся на кроссоверные гаметы, их меньшее количество по сравнению с некроссоверными (в анализируемом случае 17% первых и 83% вторых) и предлагает выяснить причины данного явления. Обучающиеся приходят к выводу о том, что не всегда конъюгация сопровождается перекрестом хромосом.
Выясняются причины равного числа кроссоверных особей обоих типов (серое тело и зачаточные крылья — черное тело, нормальные крылья). В мейозе при конъюгации аллели обмениваются взаимно: сколько аллелей А образовало комбинаций с аллелем b, столько аллелей а соединилось с аллелем В, это результат одного события.
Вводится понятие о проценте кроссинговера как суммарном числе кроссоверных особей, выраженном в процентах, и о проценте силы сцепления как суммарном числе некроссоверных особей, выраженном в процентах.
Далее целесообразно спросить учащихся: почему в каждом конкретном случае процент кроссинговера бывает различным? Почему гетерозиготные самцы BbVgvg дают два типа гамет: BVg и bvg, а гетерозиготные самки — четыре типа: BVg, bvg, Bvg и bVg? Обучающихся нужно подвести к предположению о том, что у самцов дрозофилы нет кроссинговера вообще, а есть он только у самок.
Решение генетических задач на кроссинговер
Задача 1
Допустим, что в 1000 клетках, подвергнувшихся обоим делениям мейоза, двухроматидный одинарный кроссинговер между генами а и b произошел только в 100 клетках. Какой процент кроссоверных гамет дает особь генотипа
AB
ab
Решение.
1. Определяем число некроссоверных гамет АВ и аb: 1000—100 = 900.
2. Находим число некроссоверных гамет после двух последовательных делении мейоза: 900 X 4 = 3600, из которых 1800 гамет — АВ и 1800 гамет — аb.
3. 100 исходных клеток после двух делений мейоза дадут 400 гамет, из которых 100 АВ, 100 аb, 100 Ab и 100 аВ.
4. Теперь подсчитываем, сколько получится каждого типа гамет в итоге:
1800 АВ +100 AB = 1900 АВ,
1800 аb + 100 аb = 1900 аb,
100 Аb и 100 аВ.
5. Наконец, находим процент кроссоверных гамет:
4000—100%
200— х%
Ответ: 5%.
Задача 2
У дрозофилы гены красной, белой и эозиновой окраски глаз являются аллелями. Известно, что гены желтого тела и белых глаз сцеплены (находятся в одной хромосоме) друг с другом и дают 1,5% кроссинговера. Какой процент кроссинговера будет наблюдаться между генами желтого тела и эозиновых глаз?
Ответ.
Такой же (1,5%), так как гены белых и эозиновых глаз — аллели.
Задача 3
Гомозиготная по генам а и b особь скрещивается с особью, гомозиготной по их доминантным аллелям А и В, a F1 скрещивается с двойным рецессивом. Получено потомство: 903 АаВb, 98 Ааbb, 898 aabb, 102 ааВb. Объясните характер расщепления, укажите процент кроссинговера между генами а и b.
Решение.
Округляем результаты Fанализ и переводим их в проценты. 900 (АаВЬ) + 100 (Ааbb) + 900 (ааbb) + 100 (ааВb) =2000.
2000—100%
200 — х%
Ответ: 10%