Решение задач по генетике. Взаимодействие неаллельных генов
методическая разработка по биологии (10, 11 класс)

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

            средняя общеобразовательная школа №450 Курортного района Санкт-Петербурга

Решение задач по генетике

Взаимодействие неаллельных генов

Автор:

Анохина Елена Викторовна,

учитель биологии высшей категории

ГБОУ СОШ № 450 Курортного района

Санкт-Петербурга

 Аннотация: В сборнике собраны и рассматриваются задачи по генетике «Взаимодействие неаллельных генов» с решениями и ответами, а также предлагаются задачи для самостоятельного решения, которые помогут усвоить этот раздел из курса общей биологии и будут полезны при подготовке к экзаменам и олимпиадам.

   Сборник включает задачи на взаимодействие неаллельных генов:

1. Комплементарность
2. Эпистаз
3. Полимерия

Полимерия кумулятивная

Полимерия некумулятивная

I Комплементарность – форма взаимодействия неаллельных генов, при которой признак формируется в результате суммарного сочетания продуктов их доминантных аллелей.

Имеет место при наследовании ореховидной  гребня у кур, синей окраски баклажанов, зеленого оперения у волнистых попугайчиков и др.

Ореховидная форма гребня у кур обуславливается взаимодействием двух доминантных аллелей комплементарных генов А и В (А_В_). Сочетание одного из этих генов в доминантном, а другого в рецессивном состоянии вызывает формирование либо розовидного (А_bb), либо гороховидного гребня (aa_B). У особей с генотипом aabb- листовидный (простой) гребень.

P                   ♀    AaBb                          х                ♂     AaBb

                      ореховидный                                 ореховидный

G                    AB       Ab                                           AB        Ab    

                        aB         ab                                           aB         ab      

9/16 – ореховидная форма гребня; 3/16 - розовидная форма гребня;  3/16 - гороховидная форма гребня;  1/16 – листовидная (простая) форма гребня.

 Расщепление по фенотипу: 9 : 3 : 3 : 1

Темно-синяя окраска плодов баклажанов формируется в результате взаимодействия продуктов двух неаллельных доминантных генов А и В. Растения, гомозиготные по любому из соответствующих рецессивных аллелей a и b или по ним обоим, имеют белые плоды.

P                    ♀  AaBb                                              ♂   AaBb

                          синяя                         х                         синяя

G                    AB       Ab                                           AB        Ab    

                        aB         ab                                           aB         ab            

9/16 – синяя окраска плодов у баклажанов; 7/16 – белая окраска плодов у баклажанов.

  Расщепление по фенотипу  9 : 7

При комплементарном действии генов расщепление по фенотипу  может быть не только 9 : 3 : 3 : 1 и 9 : 7, но и  9 : 6 : 1 и  9 : 3 : 4.         

Образцы решения задач:

1. При скрещивании белых морских свинок с черными потомство получается  серое, а во втором поколении наблюдается расщепление 9 (серые)  :  3 (черные) :  4 (белые).

1. Какой характер наследования окраски шерсти у морских свинок?
2. Какое потомство можно ожидать от скрещивания   дигетерозиготного самца и гомозиготной по первому рецессивному и гетерозиготной по второму признаку самки?

Дано:

А_bb – черная окраска

aaB_ и aabb – белая окраска

А_ B_ - серая окраска

P   ♀ aaBb  х   ♂  AaBb

       белая           серая

__________________________

             F1     ---     ?

Решение:

P              ♀ aaBb             х                 ♂  AaBb

                  белая                                  серая

G      aB       ab                               AB        Ab    

                                                                         aB         ab

Ответ:

1. Окраска шерсти наследуется по типу комплементарного взаимодействия генов;
2. В  F1  расщепление по фенотипу  3(серые) : 1 (черные) : 4 (белые)

2. Зоопарк прислал заказ на белых попугайчиков. Однако скрещивание имеющихся на ферме зеленых и голубых особей не давало белых попугайчиков.

   Каковы генотипы птиц, которых не было на ферме?

Дано:

P   ♂  А_ B_ х   ♀ aaB_

     зеленый    голубой

_____________________

     В  F1   aabb - % ?

                  белый

Рассуждение:

1. Заказ получен на попугайчиков, имеющих именно белый цвет. Но бесцветное оперение волнистых попугайчиков возникает только в том случае, если удастся создать дигоморецессивный генотип aabb.
2. Голубые попугаи имеют генотип либо aaBB , либо aaBb. Но если зеленый родитель не имеет дигетерозиготного генотипа, то излишни подробности о том, каков генотип голубого родителя

   Подходящими производителями белых попугайчиков могут быть особи с генотипами АaBb и  aaBb.

       
        P             ♂   АaBb                         х                         ♀   aaBb

                        зеленый                                                  голубой

G               AB       Ab                                           aB        ab    

                        aB         ab                                                    

Ответ: на ферме не было зеленых попугайчиков с генотипом АaBb и голубых попугайчиков с генотипом aaBb.

2. Эпистаз – форма взаимодействия неаллельных генов, при которой одна пара генов подавляет (не дает проявиться в фенотипе) другую пару генов.

Ген – подавитель называют эпистатичным, подавляемый ген – гипостатичным.

Если эпистатичный ген не имеет собственного фенотипического проявления, то он называется ингибитором и обозначается буквой I(i).

Если эпистатичный ген - доминантный, то эпистаз также называется доминантным. Расщепление по фенотипу при доминантном может идти в отношении 12 : 3 : 1,  13 : 3,  7 : 6 : 3.  Если эпистатичный ген  - рецессивный, то эпистаз также называется рецессивным, и в этом случае расщепление по фенотипу может быть  9 : 3 : 4,  9 : 7,  13 : 3.

Примером доминантного эпистаза является наследование белой окраски плодов тыквы. При этом ген B отвечает за желтую окраску плодов тыкв, b – зеленую окраску, I – эпистатичный ген, подавляет B и  b, вызывая белую окраску, ген i на формирование окраски влияния не оказывает.

 P              ♀ IiBb             х                 ♂  IiBb

                  белая                                белая

G      IB     Ib                               IB        Ib    

                         iB     ib                                iB       ib 

12/16 – белая окраска плодов тыквы, 3/16 – желтая окраска плодов тыквы, 1/16 – зеленая окраска плодов тыквы.

  Расщепление по фенотипу 12 : 3 : 1.

Примером рецессивного эпистаза является наследование белой окраски шерсти у мышей. При этом ген B отвечает за серую окраску шерсти, b – за черную окраску, I - не оказывает влияния на проявление признака, i - эпистатичный ген, подавляющий гены B и b, и вызывающий белую окраску.

P              ♀ IiBb             х                 ♂  IiBb

                  серая                                  серая

G      IB     Ib                               IB        Ib    

                         iB     ib                                iB       ib 

9/16 – серая окраска шерсти у мышей , 3/16 – черная окраска шерсти у мышей, 4/16 – белая окраска шерсти у мышей.

Расщепление по фенотипу 9 : 3 : 4.

Образцы решения задач

1.   У льна форма лепестков контролируется эпистатичным взаимодействием генов. Ген B обуславливает гофрированную форму лепестков, ген, b – гладкую. Эпистатичный ген I подавляет действие гена B, а ген i не оказывает влияния на форму лепестков. Какова вероятность получения растений льна с гофрированными лепестками от скрещивания растений, одно из которых гетерозиготно и имеет гофрированные лепестки, а другое дигетерозиготно?

Дано: 

B - гофрированными лепестки

b – гладкие лепестки

I – эпистатичный ген

  P    ♀ iiBb   х  ♂  IiBb

        гофр.         гладкий

_____________________

Вероятность гофрированных

             в  F1     ---     ?

P              ♀ iiBb             х                 ♂  IiBb

                  гофр.                              гладкие

G      iB      ib                            IB        Ib    

                                                                  iB        ib 

Расщепление по фенотипу 5 (гладкие) : 3 (гофрированные).

Ответ: вероятность появления растений с гофрированными лепестками – 3/8.

2.При скрещивании двух белозерных растений кукурузы в первом поколении все растения также были белозерными, а во втором получено 138 белых семян и 39 пурпурных. К какому типу наследования относится этот случай? Определите генотипы всех форм.

Решение:

   Признак один - цвет. Единообразие в первом поколении говорит о том, что скрещивались две гомозиготы. Расщепление же во втором поколении указывает на то, что имеет место взаимодействие неаллельных генов. Соотношение фенотипических классов соответствует соотношению приблизительно   13 : 3 (138/39). Следовательно, гены взаимодействуют по типу доминантного эпистаза.

        Р:                  ♀ ААВВ             х          ♂ аавв

                               белые                             белые

       F1:                                  АаВв – 100% белые

       F2:               9 А_В_:  3  А_вв : 1 аавв     : 3ааВ_

                                     белые                  пурпурные

          В этом случае ген А подавляет проявление гена В, но сам фенотипического проявления не имеет.

3. Полимерия – вид взаимодействия двух и более пар неаллельных генов, доминантные аллели которых однозначно влияют на развитие одного и того же признака. Полимерное действие генов может быть кумулятивным и некумулятивным. При кумулятивной  полимерии интенсивность значения признака зависит от суммирующего действия генов: чем больше доминантных аллелей, тем больше степень выраженности признака. При некумулятивной полимерии количество доминантных аллелей на степень выраженности признака не влияет, и признак проявляется  при наличии хотя бы одного из доминантных аллелей. Полимерные гены обозначаются одной буквой, аллели одного локуса имеют одинаковый цифровой индекс, например,  А1а1А2а2 А3а3.

  Кумулятивная  полимерия имеет место при наследовании окраски зерновок пшеницы, чешуек семян овса, роста и цвета кожи человека и т.д.

 Р:                 ♀ А1А1А2А2                           х                        ♂ а1а1а2а2
                  черные чешуйки                               белые чешуйки

 G                       А1А2                                                      а1а2

F1:                                           А1а1А2а2
                                         серые чешуйки 100 %

 Р:                 ♀ А1а1А2а2                                х                    ♂ А1а1А2а2

                   серые чешуйки                                 серые чешуйки
G               А1А2              А1а2                                                            А1А2                   А1а2
                  а1А2          а1а2                                      а1А2                а1а2

F2 

1/16 – черные чешуйки семян у овса, 4/16 – темно-серые чешуйки семян у овса, 6/16 - серые чешуйки семян у овса, 4/16 – светло-серые чешуйки семян у овса, 1/16 - белые чешуйки семян у овса
Расщепление по фенотипу 1 : 4 : 6 : 4 : 1

Некумулятивная полимерия имеет место при наследовании формы плодов пастушьей сумки.

Р:                 ♀ А1А1А2А2                           х                        ♂ а1а1а2а2
                   треугольные                                          овальные

G                       А1А2                                                      а1а2

F1:                                           А1а1А2а2
                                         треугольные 100 %

 Р:                 ♀ А1а1А2а2                                х                    ♂ А1а1А2а2

                   треугольные                                        треугольные
G               А1А2              А1а2                                                            А1А2                   А1а2
                  а1А2          а1а2                                      а1А2                а1а2

F2 

15/16 – треугольная форма плодов у пастушьей сумки,1/16 – овальная форма плодов у пастушьей сумки.

Расщепление по фенотипу 15 : 1

Образцы решения задач

1. У пшеницы плотность колоса определяется по числу колосков на 10 см длины колосового стержня. Различают следующие типы плотности колоса: рыхлый – меньше 17 колосков, средней плотности – 17-20, выше средней плотности – 20-23, плотный – 23-26, очень плотный (булавовидный) – больше 26. Предположим, что плотность колоса определяется двумя парами полимерных неаллельных генов, оказывающих кумулятивное действие: чем меньше доминантных генов содержится в генотипе, тем плотнее будет колос.

     Скрестили два сорта пшеницы  с колосьями средней и выше средней плотности и генотипами ♀А1А1а2а2  х ♂ А1а1А2 А2.
Какую максимально возможную плотность колоса могут иметь растения в F1?

Дано:

А1А1А2А2 - рыхлый

А1а1А2А2, А1А1А2а2 – средней плотности

А1а1А2а2, А1А1а2а2, а1а1А2А2 – выше средней плотности

А1а1а2а2, а1а1А2а2 – плотный

а1а1а2а2 - очень плотный

Р ♀А1А1а2а2                 х           ♂ А1а1А2 А2
выше средней пл.               средней пл.

________________________________

            Максимальная плотность в F1 -   ?

Р                       ♀А1А1а2а2                 х           ♂ А1а1А2 А2
                   выше средней пл.               средней пл.

G                       А1а2                              А1А2               а1А2
F1                                А1А1А2а2                                                А1а1А2а2
                  средней пл.                    выше средней пл.

Ответ: Максимально возможная плотность колоса у растений в F1 -  

выше средней.

2. Какое потомство может появиться от брака двух средних гетерозиготных мулатов?

Негры –ААВВ

Темные мулаты – AABb или AaBB

Средние мулаты – AaBb, или aaBB, или AAbb

Светлые мулаты – Aabb или aaBb  

Белые - aabb

P                   ♀    AaBb                          х                ♂     AaBb

                      средний мулат                                       средний мулат

                 G                    AB       Ab                                          AB        Ab    

                      aB         ab                                           aB         ab          

1/16 – негр; 4/16 - темные мулаты;  6/16 -средние мулаты; 4/16 -  светлые мулаты: 1/16 –белые.

 Расщепление по фенотипу: 1 : 4 : 6 : 4 : 1

Задачи для самостоятельного решения

1.    У душистого горошка окраска цветков проявляется только при наличии двух доминантных генов A и B. Если в генотипе имеется только один доминантный ген, то окраска не развивается.  Какое потомство (F1, и F2) получится от скрещивания растений с генотипами AAbb и ааВВ?
2.    Собаки породы кокер-спаниель при генотипе A_В_ имеют черную масть, при генотипе A_b –рыжую, при генотипе ааВ_ - коричневую, а при генотипе ааbb – светло-желтую. В результате скрещивания черного кокер-спаниеля со светло-желтым родился светло-желтый щенок. Какими могут быть щенки от скрещивания того же черного спаниеля с собакой одинакового с ним генотипа?
3.     У хлопчатника доминантный аллель гена B обуславливает коричневую окраску волокна, рецессивный аллель гена b –белую. Ген A подавляет проявление коричневой и белой окрасок и обуславливает зеленую окраску волокна. Рецессивный аллель гена а не оказывает влияния на проявление окраски волокна. Определите, какую окраску будут иметь волокна гибридов, полученных от скрещивания растений с генотипами ♀ Aabb   и  ♂ аaBb.
4.     У кур породы леггорн доминантный аллель гена С обуславливает черную окраску оперения, рецессивный аллель гена с – белую. Ген I подавляет развитие пигмента, а его рецессивный аллель i не оказывает влияния на развитие пигмента. Какова вероятность появления кур с черной окраской от скрещивания черного петуха с генотипом Ссii и белой курицы с генотипом СсII?  
5.     Длина ушей кроликов породы Баран составляет 28 см, у других пород – 12 см. Предположим, что различия в длине ушей зависят от двух пар генов с однозначным действием. Генотип Баранов - А1А1А2А2, обычных кроликов -- А1А1а2а2. Определите длину ушей кроликов в F1, и всех возможных генотипов в F2.
6.      От брака негров и белых рождаются мулаты. Анализ потомства большого числа браков между мулатами дал расщепление 1: 4 : 6 : 4 : 1. Фенотипически это были черные и белые потомки, мулаты, а также темные и светлые мулаты. Определите количество генов, обуславливающих окраску кожи, характер их взаимодействия и генотипы родителей и потомков. Как по-вашему, может ли от брака белой женщины с мулатом или с африканским негром родиться совершенно черный ребенок - негр? Почему?

Список используемой литературы

1. Гекалюк М.С. Генетика. Задачи с образцами решений. Саратов: Лицей, 2012. – 80с.
2. Левитин М.Г., Левитина Т.П. Общая биология: В помощь выпускнику школы и абитуриенту. – СПб.: «Паритет», 1999. – 352с. (Серия «Экзамены без проблем».)
3. Медведева А.А. Как решать задачи по генетике: 10-11классы: учебное пособие для учащихся общеобразовательных организаций/А.А. Медведева. – 2-е изд. испр. – М.: Вентана-Граф, 2014.-320с.
4. Пименова И.Н., Пименов А.В. Лекции по общей биологии: Учеб. пособие. - Саратов: Лицей, 2003. – 208с.