Учебник для 9 класса

Биология

§ 26. Фенотип организма как результат проявления генотипа

Вспомните, что такое наследственность и изменчивость как свойства живого. В чем сущность хромосомной теории наследственности? Что такое генотип и фенотип? От чего зависит проявление признаков у организмов?

Генотип особи реализуется в его фенотипе. Организм наследует определенные гены, но мы видим лишь их проявление — признаки. При этом, как вы уже знаете, не все гены проявляются. Для изучения закономерностей наследственности и изменчивости ученые-генетики используют различные методы. Один из них — гибридологический (от греч. гибрида — помесь). В основе этого метода лежит скрещивание различных по своим признакам организмов с целью изучения характера их наследования в потомстве.

Рис. 108. Грегор Иоганн Мендель (1822—1884)

Чистые линии и гибриды. Организмы, гомозиготные по какому-либо одному или нескольким признакам, называют чистой линией. Они получаются от одной самоопыляющейся, самооплодотворяющейся особи или от двух организмов с одинаковым проявлением признаков в течение нескольких поколений.

Организмы, полученные от скрещивания двух чистых линий, называют гибридами. По результатам гибридизации определяют доминантные признаки, а по характеру проявления признаков у гибридов — полное или частичное подавление рецессивных признаков. Проводится точный количественный учет наследования каждого признака в поколениях. Статистически достоверные результаты получаются только при анализе достаточно большого числа потомков.

Рис. 109. Гибридологический метод, применный Менделем для изучения закономерностей наследования признаков у гороха посевного

Другие методы, которые применяют ученые-генетики — цитологический и молекулярно-генетический. Первый метод основан на анализе хромосомного набора особей, изучении процесса деления клеток. С его помощью определяется число хромосом в клетках организма и в гаметах. Второй метод основан на изучении структуры генов, их числа и последовательности расположения в ДНК, генных мутаций.

Основные законы наследственности. С давних времен человека занимал факт сходства родителей и детей. Развитие сельского хозяйства привело к накоплению сведений о наследственной природе признаков культурных растений и домашних животных и определенном характере их проявлений. В середине XIX в. было сделано много попыток установить природу этих явлений.

Первым действительно научным шагом к изучению наследственных свойств организмов явились исследования чешского монаха Грегора Иоганна Менделя (рис. 108) в 1865 г. В своих опытах он применил гибридологический метод, который позже использовали и другие ученые.

Многочисленные эксперименты Менделя на горохе посевном показали, что при скрещивании организмов двух чистых линий с противоположными признаками все полученные гибриды оказываются одинаковыми (рис. 109). При этом они либо похожи на одного из родителей, либо имеют промежуточные признаки. Например, при скрещивании двух чистых линий гороха с желтыми и зелеными семенами Мендель получил в потомстве только растения с семенами желтого цвета. На основании этих данных ученый вывел закон доминирования, или единообразия гибридов первого поколения. Этот закон гласит, что при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре признаков, все гибридное потомство в первом поколении единообразно.

Опытные скрещивания были проведены затем другими учеными на разнообразных объектах, и во всех случаях был получен один и тот же результат. Например, при скрещивании белых гладкошерстных морских свинок с черными ангорскими свинками все потомство оказалось черным ангорским. В некоторых случаях у гибридов развивался промежуточный признак. Так, при скрещивании растения ночной красавицы с красными и белыми цветками, все потомство имело розовые цветки (рис. 110).

Рис. 110. Иллюстрации закона доминирования, или закона единообразия гибридов первого поколении у морских свинок н у ночной красавицы (кружками обозначены гены)

Однако такие явления наблюдались только в первом поколении, при последующих скрещиваниях полученных гибридов между собой рецессивные признаки все же проявлялись у небольшого числа потомков. Происходило расщепление признаков. Это явление Мендель назвал законом расщепления признаков. Закон расщепления гласит, что при скрещивании двух гетерозиготных особей, т. е. гибридов, в их потомстве наблюдается расщепление признаков.

Следует отметить, что подобное расщепление наблюдается при наследовании нескольких признаков только в том случае, если их гены находятся в разных хромосомах. В случае если гены разных признаков находятся в одной хромосоме, они будут наследоваться совместно, или сцепленио друг с другом. Например, у томатов сцепленно наследуются высота стебля и форма плодов: нормальная высота стебля и округлая форма плодов — доминантные признаки и наследуются совместно.

Развитие генетики в настоящее время связано с изучением природы генов и основ наследственности на молекулярно-генетическом уровне. Генетика стала основой для возникновения новой отрасли биологии — генной инженерии, связанной с направленным изменением структуры генов, синтезом необходимых человеку белков, например гормона поджелудочной железы инсулина, регулирующего в организме углеводный обмен. Знание генетических законов используются учеными для выведения новых пород домашних животных и сортов культурных растений. Успехи в развитии генетики позволили исследовать наследственные заболевания человека, разработать мероприятия по предупреждению развития различных аномалий, их ранней диагностики и лечению.

Гибридологический метод, чистая линия, гибрид, цитологический и молекулярногенетический методы, закон доминирования (единообразия гибридов первого поколения), закон расщепления признаков.

Упражнения по пройденному материалу

1. В чем сущность гибридологического метода?
2. Дайте определение чистой линии. Чем организмы чистой линии отличаются от гибридов? Как можно получить гибриды?
3. Почему закон доминирования соблюдается только в первом поколении при скрещивании чистых линий?
4. Почему при скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении происходит расщепление признаков?

В 80-х гг. XIX в. исследование процессов деления клеток позволило сформулировать идею о дифференцированном (неравнонаследственном) делении ядер. Немецкий зоолог А. Вейсман сформулировал теорию за родышевой плазмы, согласно которой в ядрах клеток существуют особые частицы — биофоры, от которых зависят отдельные свойства клеток. Биофоры группируются в хромосомы, которые Вейсман назвал носителями наследственных факторов, и располагаются в хромосомах линейно.

В 1856-1863 гг. Г. Мендель провел опыты по гибридизации посевного гороха, результаты которых были доложены в Брюннском обществе испытателей природы и опубликованы год спустя. Следующим важным шагом в развитии представлений о наследственности было открытие иного типа деления клеток при образовании гамет. В1883 г. Т. Бовери описал мейоз и отметил, что процессы митоза и мейоза схожи, но приводят к различным результатам. В 1900 г. независимо друг от друга ботаники К.Э. Корренс в Германии, Г.Де Фриз в Голландии и Э. Чермак в Австрии переоткрыли законы наследственности Менделя. В 1906 г. У. Бэтсон предложил назвать новую отрасль биологической науки генетикой, а датский биолог В. Иоганнсен назвал наследственные факторы генами и ввел термины генотип и фенотип.