Цель — сформировать понятие о локусе гена и генетических картах, о методике их составления, раскрыть практическое значение генетических карт.

 

Занятие начинается с восстановления знаний учащихся о законах независимого распределения, сцепления генов и кроссинговере. Анализируются еще случаи кроссинговера на примере кукурузы.

От скрещивания двух гомозиготных линий кукурузы:

1)  окрашенное зерно гладкой формы (доминантные признаки, генотип

  • CSh
  • CSH

2)  неокрашенное зерно морщинистой формы   (рецессивные признаки, генотип

  • csh
  • csh

получается   гетерозиготное   первое   поколение  гибридов

  • CSh
  • csh

 

В  анализирующем   скрещивании образуется потомство не двух фенотипов, как должно соответствовать закону сцепления генов, а четырех. Однако некроссоверных зерен получилось 96,4%, а кроссоверных всего 3,6%

Опыты с дрозофилой и кукурузой убеждают учащихся в том, что действительно гены могут быть сцеплены — расположены в одной хромосоме, но благодаря кроссинговеру происходит то или иное отклонение от закона сцепления. В рассмотренных случаях у дрозофилы это отклонение более значительное (17%), а у кукурузы оно небольшое (3,6%).

Возникает вопрос: почему в одних случаях кроссинговер происходит чаще, а в других реже? Не связано ли это с расположением неаллельных генов в хромосоме, с расстоянием между ними?

На предыдущем занятии учащиеся узнали, что между величинами силы сцепления и перекреста существует обратная зависимость: чем больше сила сцепления, тем меньше величина перекреста. Т. Морган предположил, что между частотой кроссинговера и расстоянием между генами существует связь. Желательно, чтобы учащиеся сами ее установили. Некоторые учащиеся правильно говорят о том, что наиболее удаленные друг от друга гены в хромосоме чаще подвержены кроссинговеру, чем близко расположенные. Следует отметить, что эта зависимость между расстоянием генов в хромосоме и величиной кроссинговера возможна в том случае, если гены расположены в ней, линейно. Гипотеза линейного расположения генов в хромосоме была высказана Морганом и подтверждена в дальнейшем различными генетическими и цитологическими исследованиями.

Выдвигается новая проблема: возможно ли определить порядок расположения генов в группах сцепления, а если можно, то как? Следует поставить вопрос: какая существует связь между величиной кроссинговера и расстоянием между генами?

Учащиеся говорят о том, что кроссинговер происходит чаще между генами, расположенными дальше друг от друга, так как в этом случае наиболее возможен разрыв. Значит, по частоте кроссинговера можно определить положение генов в хромосоме.

Чтобы закрепить это понятие, целесообразно рассмотреть пример.

Убедителен классический опыт Т. Моргана с тригибридным скрещиванием дрозофилы. Гетерозиготных самок желтого цвета (у) с белыми глазами (w) и вильчатыми крыльями (bi) скрестили с гомозиготными по этим генам самцами. Получилось потомство, состоящее из 1160 некроссоверных мух, 15 кроссоверных за счет перекреста генов у и w, 43 кроссоверных за счет перекреста генов w и bi. Сопоставление величины перекреста позволяет сделать вывод, что гены w и bi расположены дальше, чем гены у и w.

Затем целесообразно вычислить расстояние между генами. Для этого требуется узнать процент перекреста. Подсчитываем общее число мух (1160 + 15 + 43 = 1218) и находим процент кроссинговера по генам у и w (1,2%) и по генам w и bi (3,5%).

1)

1218—100%

15 — x;

х= 1,2 %

 

2)

1218—100%

43 — x

x = 3,5 %

 

Необходимо сообщить учащимся о том, что процент перекреста между генами у и w, w и bi остается величиной постоянной, т. е. наблюдается воспроизводимость результатов в повторных опытах. Это свидетельствует о том, что каждый ген занимает в хромосоме строго определенное место, что расстояние между генами в группе сцепления остается величиной постоянной. В связи с этим вводится понятие о локусе гена, о его фиксированном местоположении в хромосоме.

Педагог ставит вопрос: «Можно ли, опираясь на понятие локуса и возможность измерения в единицах кроссинговера расстояния между отдельными локусами генов, определить последовательность расположения генов в хромосоме? Можно ли построить генетическую карту?»

Обращаемся к предыдущему примеру, в котором определены расстояния в единицах кроссинговера между генами окраски тела (у) и окраски глаз (w), генами окраски глаз (w) и формы крыльев (bi) у дрозофилы. Для определения порядка расположения этих трех пар генов необходимо еще знать величины кроссинговера между генами окраски тела (у) и формы крыльев (bi). Из опыта он оказался равен 4,7%. Теперь можно определить последовательность генов. Она будет следующей:

 

у w bi

 

Зная процент перекреста, можно выбрать масштаб и соответственно ему расположить гены в хромосоме на определенном расстоянии друг от друга. Один процент перекреста принято считать единицей расстояния между генами, названной морганидой (в честь Т. Моргана).

Затем педагог дает учащимся задание: расположить гены а, b, с, d в нужной последовательности: величины кроссинговера между а и b — 8%, между b и с —3%, между с и d —4%, между а и с —5%, между а и d —4%, между с и b —3%.

Выбрав произвольную точку, учащиеся откладывают на прямой любой из четырех данных генов, например ген а. Затем (выбирается определенный масштаб) от гена а откладывают восемь единиц (можно взять направление слева направо) и помещают ген b (так как процент кроссинговера между генами а и b равен восьми). Расстояние между генами b и с равно трем единицам. Куда отложить локус гена с: вправо или влево от локуса гена b? Нужно знать расстояние между а и с, оно равно 5%, т. е. меньше, чем между а и b. Значит, ген с нужно расположить между генами а и b. Теперь следует поместить на свое место ген d. По условию он находится на расстоянии 4 единиц от гена а и 4 единиц от гена b. Следовательно, ген d расположен между генами а и с.

Итак, гены расположены в хромосоме в порядке a, d, с, b, a относительное расстояние между ними выражено в процентах кроссинговера:

Таким образом, путем скрещивания между собой гетерозиготных и рецессивных особей по сцепленным генам можно установить процент перекреста между генами, а по проценту перекреста определить последовательность расположения генов в хромосоме, находящихся в одной группе сцепления, т. е. составить карту хромосомы.

Педагог сообщает, что исследования генетиков, направленные на определение последовательности генов в хромосоме, сопряжены с большими трудностями. Для этого требуется выявить группы сцепления, рецессивные формы по исследуемым генам, использовать метод гибридологического анализа, а именно анализирующее скрещивание. Наличие кроссинговера позволяет определить последовательность генов в хромосоме. Сложность и трудоемкость методики исследования не дают возможности быстро строить генетические карты, хотя они имеют огромное практическое значение для селекционной работы. Составлены карты хромосом дрозофилы, томатов, кукурузы и других объектов.

Читайте также по данной теме

Яндекс.Метрика