Четвертое задание ЕГЭ по биологии проверяет знание основных закономерностей наследования признаков, установленных Г. Менделем, и умение решать генетические задачи на моно- и дигибридное скрещивание. В этом задании необходимо понимать механизмы наследования признаков, уметь составлять схемы скрещивания и анализировать их результаты.
Генетика – это наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Основные закономерности наследования признаков были установлены Грегором Менделем в середине XIX века на основе экспериментов с горохом. Эти закономерности легли в основу классической генетики и до сих пор являются фундаментальными для понимания механизмов наследственности.
Ген – это участок ДНК, кодирующий определенный признак организма. Гены располагаются в хромосомах и передаются от родителей потомкам.
Аллель – это одна из возможных форм гена, определяющая вариант развития признака. Аллели одного гена располагаются в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом.
Если оба аллеля одного гена одинаковы, организм называется гомозиготным по данному гену (АА или аа). Если аллели разные, организм называется гетерозиготным (Аа).
Доминантный признак – это признак, который проявляется у гетерозиготных организмов. Доминантные аллели обозначаются заглавными буквами (А).
Рецессивный признак – это признак, который проявляется только у гомозиготных организмов. Рецессивные аллели обозначаются строчными буквами (а).
Генотип – это совокупность всех генов организма. В узком смысле генотип – это набор аллелей, определяющих конкретный признак или группу признаков.
Фенотип – это совокупность всех признаков организма, формирующихся в результате взаимодействия генотипа с окружающей средой.
Гомозиготный организм – это организм, имеющий одинаковые аллели одного гена (АА или аа).
Гетерозиготный организм – это организм, имеющий разные аллели одного гена (Аа).
При скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения (F₁) единообразны по фенотипу и генотипу.
Схема скрещивания:
P: АА × аа
G: А, А × а, а
F₁: Аа (100%)
Все гибриды первого поколения имеют генотип Аа и фенотипически проявляют доминантный признак.
Первый закон Менделя справедлив только при полном доминировании, когда доминантный аллель полностью подавляет проявление рецессивного аллеля в гетерозиготном состоянии.
При скрещивании двух гетерозиготных организмов (гибридов первого поколения) между собой во втором поколении (F₂) наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1 (3 части особей с доминантным признаком и 1 часть особей с рецессивным признаком) и по генотипу в соотношении 1:2:1 (1 часть гомозигот по доминантному аллелю, 2 части гетерозигот и 1 часть гомозигот по рецессивному аллелю).
Схема скрещивания:
P: Аа × Аа
G: А, а × А, а
F₂: АА (25%), Аа (50%), аа (25%)
По фенотипу: 75% особей с доминантным признаком (АА, Аа) и 25% особей с рецессивным признаком (аа), т.е. соотношение 3:1.
Второй закон Менделя является следствием независимого расхождения аллелей при образовании гамет (закон чистоты гамет) и случайного сочетания гамет при оплодотворении.
При скрещивании двух организмов, отличающихся друг от друга по двум (или более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.
Схема дигибридного скрещивания:
P: ААВВ × аавв
G: АВ × ав
F₁: АаВв (100%)
При скрещивании гибридов первого поколения между собой:
P: АаВв × АаВв
G: АВ, Ав, аВ, ав × АВ, Ав, аВ, ав
F₂: 9 А_В_ : 3 А_вв : 3 ааВ_ : 1 аавв
По фенотипу в F₂ наблюдается расщепление в соотношении 9:3:3:1:
Третий закон Менделя справедлив только для генов, расположенных в разных парах гомологичных хромосом или достаточно далеко друг от друга в одной хромосоме, чтобы наследоваться независимо.
У человека карий цвет глаз (А) доминирует над голубым (а). Кареглазый мужчина, гетерозиготный по этому признаку, женился на голубоглазой женщине. Какова вероятность рождения в этой семье голубоглазого ребенка?
Ответ: 50%
Решение:
1. Определяем признаки и их проявление:
- Карий цвет глаз (А) – доминантный признак
- Голубой цвет глаз (а) – рецессивный признак
2. Определяем генотипы родителей:
- Кареглазый мужчина, гетерозиготный по этому признаку: Аа
- Голубоглазая женщина: аа (так как голубой цвет глаз – рецессивный признак, который проявляется только в гомозиготном состоянии)
3. Определяем типы гамет, которые образуют родители:
- Мужчина (Аа): А, а
- Женщина (аа): а
4. Составляем решетку Пеннета:
| А | а | |
| а | Аа | аа |
5. Определяем генотипы и фенотипы потомства:
- Аа – кареглазые дети (50%)
- аа – голубоглазые дети (50%)
6. Вероятность рождения голубоглазого ребенка составляет 50% или 1/2.
У томатов красная окраска плодов (А) доминирует над желтой (а). Гомозиготное растение с красными плодами скрестили с растением, имеющим желтые плоды. Определите генотипы родителей, гибридов первого поколения, соотношение генотипов и фенотипов потомства при самоопылении гибридов первого поколения.
Ответ: P: АА × аа; F₁: Аа (100% красные плоды); F₂: АА (25%), Аа (50%), аа (25%); по фенотипу 3:1 (75% красные плоды, 25% желтые плоды)
Решение:
1. Определяем признаки и их проявление:
- Красная окраска плодов (А) – доминантный признак
- Желтая окраска плодов (а) – рецессивный признак
2. Определяем генотипы родителей:
- Гомозиготное растение с красными плодами: АА
- Растение с желтыми плодами: аа (так как желтая окраска – рецессивный признак, который проявляется только в гомозиготном состоянии)
3. Определяем типы гамет, которые образуют родители:
- Растение с красными плодами (АА): А
- Растение с желтыми плодами (аа): а
4. Определяем генотипы и фенотипы гибридов первого поколения (F₁):
P: АА × аа
G: А × а
F₁: Аа (100% растения с красными плодами)
5. Определяем результаты самоопыления гибридов первого поколения (F₂):
P: Аа × Аа
G: А, а × А, а
F₂: АА (25%), Аа (50%), аа (25%)
6. Определяем соотношение фенотипов в F₂:
- Растения с красными плодами (АА, Аа): 75%
- Растения с желтыми плодами (аа): 25%
Соотношение фенотипов в F₂: 3:1
У гороха желтая окраска семян (А) доминирует над зеленой (а), а гладкая форма семян (В) – над морщинистой (в). Гомозиготное растение с желтыми гладкими семенами скрестили с растением, имеющим зеленые морщинистые семена. Определите генотипы родителей, гибридов первого поколения, соотношение генотипов и фенотипов потомства при самоопылении гибридов первого поколения.
Ответ: P: ААВВ × аавв; F₁: АаВв (100% желтые гладкие семена); F₂: 9 А_В_ (желтые гладкие) : 3 А_вв (желтые морщинистые) : 3 ааВ_ (зеленые гладкие) : 1 аавв (зеленые морщинистые)
Решение:
1. Определяем признаки и их проявление:
- Желтая окраска семян (А) – доминантный признак
- Зеленая окраска семян (а) – рецессивный признак
- Гладкая форма семян (В) – доминантный признак
- Морщинистая форма семян (в) – рецессивный признак
2. Определяем генотипы родителей:
- Гомозиготное растение с желтыми гладкими семенами: ААВВ
- Растение с зелеными морщинистыми семенами: аавв (так как оба признака рецессивные, они проявляются только в гомозиготном состоянии)
3. Определяем типы гамет, которые образуют родители:
- Растение с желтыми гладкими семенами (ААВВ): АВ
- Растение с зелеными морщинистыми семенами (аавв): ав
4. Определяем генотипы и фенотипы гибридов первого поколения (F₁):
P: ААВВ × аавв
G: АВ × ав
F₁: АаВв (100% растения с желтыми гладкими семенами)
5. Определяем результаты самоопыления гибридов первого поколения (F₂):
P: АаВв × АаВв
G: АВ, Ав, аВ, ав × АВ, Ав, аВ, ав
F₂: 9/16 А_В_ (желтые гладкие семена)
3/16 А_вв (желтые морщинистые семена)
3/16 ааВ_ (зеленые гладкие семена)
1/16 аавв (зеленые морщинистые семена)
6. Соотношение фенотипов в F₂: 9:3:3:1
У человека карий цвет глаз (А) доминирует над голубым (а), а способность лучше владеть правой рукой (В) – над леворукостью (в). Кареглазый правша, гетерозиготный по обоим признакам, женился на голубоглазой левше. Какова вероятность рождения в этой семье кареглазого левши?
Ответ: 25% или 1/4
Решение:
1. Определяем признаки и их проявление:
- Карий цвет глаз (А) – доминантный признак
- Голубой цвет глаз (а) – рецессивный признак
- Праворукость (В) – доминантный признак
- Леворукость (в) – рецессивный признак
2. Определяем генотипы родителей:
- Кареглазый правша, гетерозиготный по обоим признакам: АаВв
- Голубоглазая левша: аавв (так как оба признака рецессивные, они проявляются только в гомозиготном состоянии)
3. Определяем типы гамет, которые образуют родители:
- Кареглазый правша (АаВв): АВ, Ав, аВ, ав
- Голубоглазая левша (аавв): ав
4. Составляем решетку Пеннета:
| АВ | Ав | аВ | ав | |
| ав | АаВв | Аавв | ааВв | аавв |
5. Определяем генотипы и фенотипы потомства:
- АаВв – кареглазые правши (25%)
- Аавв – кареглазые левши (25%)
- ааВв – голубоглазые правши (25%)
- аавв – голубоглазые левши (25%)
6. Вероятность рождения кареглазого левши (Аавв) составляет 25% или 1/4.
Анализирующее скрещивание – это скрещивание организма с неизвестным генотипом (но с доминантным фенотипом) с организмом, гомозиготным по рецессивным аллелям всех исследуемых генов. Анализирующее скрещивание позволяет определить генотип организма с доминантным фенотипом.
Если организм с доминантным фенотипом гомозиготен (АА), то при анализирующем скрещивании все потомство будет иметь доминантный фенотип (Аа).
Если организм с доминантным фенотипом гетерозиготен (Аа), то при анализирующем скрещивании половина потомства будет иметь доминантный фенотип (Аа), а половина – рецессивный фенотип (аа).
У кроликов черная окраска шерсти (А) доминирует над белой (а). Черный кролик скрещен с белым, и в потомстве получено 7 черных и 5 белых крольчат. Определите генотип черного кролика.
Ответ: Аа
Решение:
1. Определяем признаки и их проявление:
- Черная окраска шерсти (А) – доминантный признак
- Белая окраска шерсти (а) – рецессивный признак
2. Определяем генотип белого кролика:
- Белый кролик: аа (так как белая окраска – рецессивный признак, который проявляется только в гомозиготном состоянии)
3. Анализируем результаты скрещивания:
- В потомстве получено 7 черных и 5 белых крольчат, т.е. примерно 50% черных и 50% белых
4. Определяем генотип черного кролика:
- Если бы черный кролик был гомозиготным (АА), то все потомство было бы черным (Аа)
- Поскольку в потомстве есть белые крольчата, черный кролик должен быть гетерозиготным (Аа)
5. Проверяем:
P: Аа × аа
G: А, а × а
F: Аа (черные) – 50%, аа (белые) – 50%
Это соответствует полученным результатам (примерно равное количество черных и белых крольчат).
Таким образом, генотип черного кролика – Аа.
Закрепите теорию на практике! Попробуйте решить несколько вариантов задания 4.