Выполнение задания.

1. Вылущить бобы с расте­ний материнского сорта, подсчитать число семян; убедиться, что все семена желтые морщинистые.

2. Вылущить бобы с растений отцовского сорта, подсчитать число семян; убедиться в том, что все се­мена зеленые гладкие.

3. Вылущить семена F₁ из бобов; убедиться, что все семена одинаковы по окраске (желтые) и по фор­ме (гладкие). Записать в тетрадь, какая окраска и форма семян являются доминантными и рецессивны­ми признаками.

4. Вылущить семена F₂ из бобов. Разделить все се­мена F₂ на 4 группы по сочетанию окраски и формы: желтые гладкие, желтые морщинистые, зеленые глад­кие, зеленые морщинистые.

5. Сосчитать число семян в каждой группе, уста­новить соотношение между числом семян в группах. Все полученные данные занести в таблицу.

6. Для выяснения поведения каждой пары генов в потомстве дигибрида следует каждую пару призна­ков учесть отдельно. Так как расщепление по каж­дой паре признаков происходит в отношении 3:1, можно ожидать, что из общего числа семян F₂ (1440) ³/₄ будут желтыми и ¹/₄ зелеными. В нашем примере получено отношение 1075 (желтых) : 365 (зеленых), или 2,94:1, т. е. близкое 3:1. Подсчет числа гладких и морщинистых семян показывает, что и по этому признаку расщепление идет в отношении 3:1 (1080:360).

№7-практическая работа. Количественный анализ наследования признаков методом хиквадрат. Взаимодейтвие неаллельных генов: комплиментарность, эпистаз.

Комплиментарность

Задание. 1. Ознакомиться с понятием о комплементарном взаимодействии генов. 2. Изучить исходные (родительские) расте­ний по рассматриваемому признаку. 3. Установить характер насле­дования признака у растений F₁. 4. Установить характер наследо­вания признака в F₂; выявить наличие факта комплементарного взаимодействия генов. 5. Определить соответствие фактически полученного в F₂ расщепления теоретически ожидаемому.

Материал. 1. 20—40 растений или главных колосьев ячменя материнского сорта ГБ-18. 2. 20—40 растений или главных ко­лосьев отцовского сорта Вииер. 3. 20—40 растений или главных колосьев гибридов первого поколения (F₁). 4. 80—100 и более ра­стений или главных колосьев гибридов второго поколения (F₂).

Пояснения к заданию. Обычно при моно- и дигибридном скрещивании наблюдается взаимосвязь аллельных генов. Однако у многих организмов (растений и животных) известны случаи взаимодействия неаллельных генов. Один из типов взаимодействия неаллельных генов — комплементарное действие генов, открытое впервые Бэтсоном и Пеннетом у душистого горошка. Комплементарными называют неаллельные гены, которые при совместном действии в гомозигот­ном или гетерозиготном состоянии вызывают развитие нового признака, отсутствовавшего у родителей. На­пример, две белоцветковые расы душистого горошка при их скрещивании дали растения F₁ с пурпурными цветками.

Во втором же поколении гибридов (F₂), получен­ного самоопылением F₁, наблюдалось расщепление по окраске цветков на пурпурные и белые в отноше­нии 9 : 7. Такой тип наследования был объяснен сле­дующим образом. Предположили, что каждая роди­тельская форма имела лишь один из доминантных неаллельных генов. Их генотипы можно записать как ААЬЬ и ааВВ. Наличие в генотипе обоих доминантных генов как в гомо-, так и в гетерозиготном состоянии определяет появление пурпурной окраски цветков. Так как растения F₁ содержат оба доминантных гена (АаВЬ), то они имеют пурпурную окраску цветков. При самоопылении же в F₂ происходит расщепление таким образом: ⁹/_]6 имеют оба доминантных гена (А и В), что обусловливает их пурпурную окраску, ⁶Лб имеют лишь по одному из двух доминантных генов (А или В) и ¹/₁₆ имеет лишь рецессивные гены, что обусловливает белую окраску цветков. Таким обра­зом, ⁷/₁₆ имеют белую окраску цветков.

Такое объяснение проверено и подтверждается анализирующим скрещиванием.

Для анализа комплементарного действия генов можно использовать 2 сорта ячменя — Голозерный безостый 18 (ГБ-18) селекции Л. Е. Ходькова и сорт Винер. Сорт ГБ-18 имет безостый двурядный колос.

При скрещивании ГБ-18 с остистым сортом Винер растения F₁ имеют фуркатный колос, у которого вме­сто остей имеются трехлопастные придатки. В F₂ на­блюдается расщепление на 9 фуркатных, 3 остистых и 4 безостых.

Задание можно выполнять либо в поле во время летней учебной практики, либо в лаборатории. Для занятий в лаборатории зимой готовят снопики из главных колосьев материнского и отцовского сортов, растений F₁ и F₂. Для летних занятий растения роди­тельских сортов и гибридов выращивают в гибридном питомнике на рядом расположенных делянках.

Выполнение задания.

1. Осмотреть колосья сорта ГБ-18 и убедиться в том, что колос у них безостый.

2. Осмотреть растения сорта Винер и убедиться, что колос у них остистый.

3. Осмотреть растения F₁ и убе­диться, что они фуркатные—вместо остей на цве­точных чешуях развиваются трехлопастные при­датки.

4. Тщательно осмотреть растения F₂ и подсчитать число растений с фуркатными колосьями, с безостыми и остистыми. Данные занести в таблицу.

Комплементарное взаимодействие генов у ячменя

Родительские сорта и гибриды	Проанализировано растений					Расщепление
	Всего	Фуркатных	ости­стых	без­остых	теоре­тически ожидае­мое		фактически полученное
♀ сорт ГБ-18	40	0	0	40	-		-
♂ сорт Винер	40	0	40	0	-		-
F1 ГБ-18 Х Винер	20	20	0	0	-		-
F2 ГБ-18 Х Винер	160	86	32	42	9:3:4		8,6:3,2:4,2

4. Вычислить теоретически ожидаемое и факти­чески полученное расщепление в F₂ по наличию и строению остей. Рассмотрев полученные данные по характеру расщепления в F₂, можно сделать вывод о комплементарном наследовании остистости у яч­меня.

Эпистаз

Задание. 1. Ознакомиться с понятием эпистаз. 2. Изучить ро­дительские растения тыквы по окраске плода. 3. Проанализировать растения F₁, по окраске плодов. 4. Проанализировать растения F₂, по окраске плодов, установить характер расщепления и опреде­лить тип взаимодействия генов.

Материал. 1. 1—2 растения тыквы с белыми плодами. 2. 1—2 растения тыквы с зелеными плодами. 3. 5—10 растений тыквы F₁. 4. 20—30 растений тыквы F₂,.

Пояснения к заданию. Эпистазом называется та­кой тип взаимодействия генов, при котором доминант­ный ген одной аллельной пары подавляет действие доминантного гена другой аллельной пары. При этом ген, подавляющий действие другого гена, называется эпистатичным, а подавляемый—гипостатичным. Если, например, ген А подавляет ген В, то эпистаз можно выразить формулой А>В. Ген А эпистатичен по отно­шению к гену В, а ген В гипостатичен по отношению к гену А. Пример эпистаза — наследование окраски плодов у тыквы. Она бывает белой, желтой, зеленой и, как предполагают, обусловлена двумя парами генов. Ген, обусловливающий отсутствие окраски (белые плоды), эпистатичен по отношению к генам, обусловливающим как зеленую, так и желтую окра­ску плодов. При скрещивании белоплодных растений, имеющих генотип WWYY, и зеленоплодных растений, имеющих генотип wwуу, в F₁ все растения имеют бе­лые плоды.

В F₂, наблюдается расщепление в отношении ¹²/₁₆ растений с белыми плодами, ³/₁₆ растений с желтыми плодами и ¹/₁₆ растений с зелеными плодами. Такое расщепление можно объяснить тем, что в при­сутствии в генотипе гена W никакая другая окраска плодов у тыквы не проявляется, поэтому растения, имеющие генотипы W-Y, W-yу, имеют белую окра­ску плодов. У растений, имеющих генотипы wwУУ и wwУ, плоды будут желтыми. Зеленые плоды будут только у растений с генотипом wwуу.

Выполнение задания. 1. Записать число осмотренных родительских растений. 2. Определить окраску плодов у растений F₁ и данные записать в табл. 15. 3. Определить на растениях F₂, фактически полученное расщепление по окраске пло­дов и установить тип взаимодействия генов.

Рис. 5. Наследование окраски и формы семян угорох

Р-родители; Ғ₁-гибрид первого поколения; Ғ₂-гибриды второго поколения; А-ген желтой окраски; а-ген зеленой окраски семян; В-гладкая; b-морщинистая форма семян.

Полученные данные свидетельствуют о независи­мом наследовании двух пар признаков —окраски и формы семян гороха.

При этом растения гибридов второго поколения при дигибридном скрещивании по форме и окраске семян можно разделить на 4 группы: около ⁹/₆ расте­ний F₃ будут иметь желтые гладкие семена, около ³/₁₆ — желтые морщинистые, около ³/₁₆ — зеленые глад­кие, ¹/₁₆ — зеленые морщинистые. Фактически получе­но расщепление 9 \ 3 : 3 : 1.

8-практическая работа. Наследование количественных признаков. Полимерия. Аддитное действие генов.

Задание. 1. Ознакомиться с понятием полимерия. 2. Изучить родительские растения по окраске семян. 3. Изучить F₁ по окраске семян, установить характер наследования окраски семян, выявить доминантный и рецессивный признаки. 4. Проанализировать F₁ по окраске семян, установить характер наследования этого признака.

Рис. 6. Наследование окраски зерна у пшеницы при полимерном взаимодействии геов.

Материал. 1. Одно-два растения материнского сорта. 2. Одно-два растения отцовского сорта. 3. Два-три растения F_1. 4. Десять-двадцать растений F_2.

Пояснения к заданию. Полимерией называется та­кое явление, при котором развитие того или иного признака организма обусловлено взаимодействием двух или более доминантных неаллельных генов, ока­зывающих сходное воздействие на развитие этого признака. Такие гены называются полимерными, или .множественными.

Явление полимерии открыто в 1908 г. шведским генетиком Нильссоном-Эле. Он изучал наследование окраски зерен у гибридов, полученных при скрещива­нии краснозерных и белозерных форм пшеницы. В F₂ он обнаружил в одних случаях расщепление по окрас­ке зерна в отношении 3:1, как при простом моногиб­ридном скрещивании; в других наблюдалось расщеп­ление в отношении ¹⁵/₁₆ краснозерных и ¹/₁₆ белозер­ных. Встречались случаи расщепления в отношении ⁶³/₆₄ краснозерных и ¹/₆₄ белозерных. Было также от­мечено, что в F₂ красные зерна не имели единообраз­ной окраски: она варьировала от темно-красной до бледно-красной (рис. 6).

Нильссон-Эле предположил, что расщепление в F₂ в отношении 15: 1 объясняется тем, что в форми­ровании красной окраски зерна участвуют 2 однознач­ных (имеющих сходное действие на развитие призна­ка) доминантных гена, например А₁ и А₂. Рецессивные же аллели этих генов а₁ и а₂ обусловливают отсутст­вие красной окраски, или белую окраску зерен; при этом число доминантных генов в генотипе определяет интенсивность окраски зерен: чем больше доминант­ных генов в генотипе, тем интенсивнее окраска зерен. Иначе говоря, действие доминантных полимерных ге­нов в данном случае суммируется. Такое взаимодей­ствие полимерных генов называется кумулятивной по­лимерией. Группы же генов, имеющих кумулятивное действие, называют полигенами.

В рассматриваемом случае наследования окраски зерна у пшеницы при полимерии только ¹/₁₆ всех зерен, гомозиготных по обоим рецессивным генам (а₁а₁а₂а₂), будет белой, ¹/₁₆ (генотип А₁А₁А₂А₂)—самой тем­но-красной, а остальные ¹⁴/₁₆ зерен будут иметь раз­личную интенсивность окраски в зависимости от числа доминантных генов в генотипе. В случае, когда расщепление в F₂ оказалось ⁶³/₆₄ окрашенных и ¹/₁₆ неокрашенных зерен, предположили, что в формиро­вании красной окраски зерна участвуют 3 однознач­ных доминантных гена. И в этом случае наблюдались все переходы от интенсивно окрашенных зерен до почти совсем белых.

Полимерия может быть некумулятивной, если каждый доминантный полимерный ген в отдельности оказывает такое же действие на развитие признака, как и сумма нескольких доминантных полимерных генов. Такие гены называются олигогенами.

По типу полимерии наследуются такие признаки, как продолжительность вегетационного периода, дли­на колоса, длина початка кукурузы и другие хозяйст­венно-важные признаки.

При полимерном наследовании признаков труд­но в F₂ выявить четко различимые фенотипические группы; получается непрерывный ряд изменчивости по полимерному признаку. Кроме того, изменчивость, которая вызвана полимерными генами, часто трудно отличима от изменчивости, вызванной воздействием внешней среды, что затрудняет изучение полимерии.

Выполнение задания. 1. Обмолотить 1—2 растения сорта Диамант, убедиться в красной окраске зерен, сосчитать их.

2. Обмолотить 1—2 растения сорта Альбидум 43, убедиться в белой окраске зерен, сосчитать их.

3. Обмолотить 2—3 растения F₁, сосчитать зерна, убедиться в доминировании красной окраски.

4. Обмолотить 5—10 растений F₂, разделить зерна на несколько групп: красные, белые и с промежуточ­ной окраской различной интенсивности. Сосчитать зерна в каждой группе.

Все полученные при выполнении задания данные внести в таблицу.

5. Сделать вывод о наличии или отсутствии поли­мерного наследования.

№9-практическая работа. Моделирование репликации ДНК и процессов транскрипции и трансляции у прокариот в норме и в различных типов генных мутации.

Мутациями называют внезапные наследствен­ные изменения у отдельных особей, в результате ко­торых организм приобретает новые признаки и свой­ства. Мутационные изменения могут затрагивать са­мые разнообразные признаки и свойства организмов.

Мутации могут быть спонтанными, возникающими в природе, и индуцированными, вызванными воздейст­вием различных факторов, называемых мутагенами. Различают следующие типы мутаций:

1. Генные мутации — наследственные измене­ния, ведущие к появлению новых аллелей и не свя­занные с цитологически доказуемыми перестрой­ками хромосом.

2. Хромосомные мутации — изменения структуры хромосом вследствие их разрывов и пере­строек.

3. Геномные мутации — кратные изменения целых хромосомных наборов (полиплоидия) или из­менения числа хромосом в них (анеуплоидия).

4. Плазменные мутации — изменения цитоплазматических наследственных компонентов.

Задание. 1. Ознакомиться с различными методами получения мутаций у растений. 2. Обработать мутагеном семена ячменя сорта Вйнер.

Материал и оборудование. 1. Семена ячменя сорта Винер. 2. Мутаген этиленимин. 3. Вытяжной шкаф. 4. Сосуд для обра­ботки семян мутагеном.

Пояснения к заданию. Для успешного получения мутаций важно подобрать оптимальные для про­цесса мутирования условия (вид мутагена, его доза, физиологическое состояние организма и т. д.). Повы­шенные дозы мутагенов (как физических, так и хи­мических) снижают долю хозяйственно-ценных мутаций. Оптимальные дозы мутагена специфичны не только для различных видов растений, но и. для от­дельных сортов.

Чаще всего воздействуют мутагеном на семена. Первое поколение растений, полученное от обрабо­танных любым мутагеном семян, обозначается М₁, второе поколение — М₂ и т. д.

Работать следует очень осторожно в вытяжном шкафу, так как. мутагены представляют собой силь­ные яды. Обрабатываемых семян в каждом варианте должно быть столько, чтобы в поле выжило около 1000 растений.

Растения (М₁), выращенные из обработанных му­тагеном семян, часто угнетены, частично или пол­ностью стерильны, но среди них встречаются и внешне вполне нормальные. Для растений М₁ следует созда­вать наиболее благоприятные условия. Отбирают цен­ные мутанты во втором поколении (М₂), так как боль­шинство мутаций, будучи рецессивными, выявляются лишь в М₂.

У пшеницы, ячменя и других злаков в М₂ колосья могут быть генетически различны, и потому для полу­чения семей М₂ семена каждого колоса М₁ высевают отдельно. Семена выявленных в М₂ мутантных расте­ний высевают отдельно для проверки наследования измененных признаков в М₃. Для обнаружения так называемых малых мутаций, т. е. мутаций, фенотипически неотличимых, семена от отдельных растений М₂ высевают для получения М₃, а затем растения М₃ подвергают биометрической обработке по тем или другим показателям. Только в результате такой обра­ботки удается выделить малые мутации, которые имеют большую ценность, так как они касаются та­ких количественных признаков, как урожайность, белковость, масличность и др. Отбирают лучшие по малым мутациям семьи, начиная с М₄. Желательно в М₂ иметь 400—500 семей. Семян, подвергаемых воз­действию мутагена, должно быть в 2—3 раза больше, чем семей в М₂, которые желательно получить, по­скольку растения в М₁ частично гибнут.

Мутабильность сортов различна и зависит от их наследственных особенностей. Обычно в качестве исходного материала для получения мутаций реко­мендуется использовать районированные сорта.