Модель-аппликация Дигибридное скрещивание

1. Назначение пособия

Пособие предназначено для использования в качестве демонстрационного материала в средней общеобразовательной школе в курсе общей биологии. Также данное пособие можно использовать в ВУЗах, на занятиях по генетике. Модель предназначена для изучения процесса перекреста хромосом (кроссинговера).

2. Устройство пособия

Пособие включает в себя 35 карточек с изображениями генотипов и фенотипов семян гороха, отличающихся по двум признакам: цвету семян и форме семян, а также карточек с изображением доминантных и рецессивных гамет и знаков скрещивания.

Все карточки покрыты матовой антибликовой ламинирующей пленкой и снабжены магнитным креплением, позволяющим монтировать приведенную ниже схему на магнитной доске или экране.

Комплектация

Карточки с изображениями генотипов и фенотипов семян гороха - 20 шт. (№ В1-В10)

Карточки с изображениями гамет - 10 шт. (№ В10-В13)

Карточки с знаков скрещивания - 5 шт. (№ Б4, Б5, Б7)

3. Методика работы с моделью

Прикрепить к доске карточку 'Р' (родители). Справа от нее карточки родительских растений ААВВ (семена желтые, гладкие) и аавв (семена зеленые, морщинистые). Между этими карточками поставить знак скрещивание (Х). Временно не следует акцентировать внимание на генотипах родителей. Следует объяснить, что родители гомозиготные.

Прикрепить карточку F1 под карточкой 'Р', заметно отступив вниз. Справа от F1 прикрепить карточку АаВв (семена желтые, гладкие). Так получилось в опытах Менделя. Обратить внимание на фенотипическое единообразие всех семян - один фенотипический класс: все семена желтые гладкие.

Спросить учащихся, какие признаки являются доминантными по цвету семян и по форме семян, исходя из результатов скрещивания.

Ввести буквенные обозначения, написав на доске:

А - желтые, а - зеленые, гены аллельные.
В - гладкие, в - морщинистые, другая пара аллельных генов.

Аллельные гены находятся в гомологичных хромосомах, которые в мейозе конъюгируют и расходятся к разным полюсам клетки.

Схема сборки модели

Акцентировать внимание на генотипах гомозиготных родителей ААВВ - семена желтые гладкие, аавв - семена зеленые морщинистые.

Между 'Р' и 'F1 ' прикрепить карточку 'гаметы' и правее этой карточки, поместить карточки с гаметами каждого родителя АВ (первого родителя) и ав (второго родителя).
Гибриды F1 образуются в результате слияния гамет. Их генотип АаВв. Это соответствует фенотипу: семена желтые по цвету, гладкие по форме.

Для получения F2 гибриды F1 необходимо скрестить между собой. Правее прикрепленной карточки АаВв поместить точно такую же карточку и между ними поставить знак 'Х' (скрещивание).

Обратить внимание на процесс образования гамет каждым родителем ( см. теорию вопроса). Каждый родитель образует 4 типа гамет: АВ, Ав, аВ, ав.
Объяснить принцип записывания скрещивания с помощью решетки Пеннета (см. теоретическую часть).
Составить границы решетки Пеннета с помощью карточек 'гаметы': по горизонтали и по вертикали.

Гаметы Гаметы АВ Ав аВ ав АВ Ав аВ ав

Заполнить соответствующими карточками ячейки решетки Пеннета.

ААВВ
ж., гл.
ААВв
ж., гл.
АаВВ
ж., гл.
АаВв
ж.,гл.
ААВв
ж., гл,
ААвв
ж,, морщ.
АаВв
ж., гл.
Аавв
ж., морщ.
АаВВ
ж., гл.
АаВв
ж., гл.
ааВВ
зел., гл.
ааВв
зел., гл.
АаВв
ж., гл.
Аавв
ж., морщ.
ааВв
зел., гл.
аавв
зел., морщ.

Выписать, какие фенотипические классы имеются: горошины желтые гладкие, желтые морщинистые, зеленые гладкие, зеленые морщинистые. Всего 4 фенотипических класса. Количественные соотношения между классами 9:3:3:1 соответственно.

Подсчитать расщепление для каждого признака в отдельности. По цвету семена желтые и зеленые, в соотношении 3:1. По форме семена гладкие и морщинистые, в соотношении 3:1.

Сформулировать закон о независимом наследовании признаков, если они кодируются генами, находящимися в негомологичных хромосомах. Это третий закон Менделя.

Обратить внимание на появление в F2 новых сочетаний признаков, чего не было у родителей: семена желтые и морщинистые и зеленые гладкие. Объяснить причину на основе независимого расхождения гомологичных хромосом из каждой пары в мейозе. Ввести понятие 'комбинативная изменчивость' (см. теоретическую часть вопроса).

Решить задачу. Посеяна желтая гладкая горошина неизвестного происхождения. Какие семена будут на растении, выросшем из этой горошины, учитывая процесс самоопыления?
Этот фенотип может иметь следующие варианты генотипов: ААВВ, АаВа, АаВВ, ААВв. Рассмотреть все варианты.
Подвести итог и выписать все законы Менделя для дигибридного скрещивания.

4. Теория вопроса

Скрещивания называются дигибридными, если рассматривается наследование и производится точный количественный учет потомства по двум парам альтернативных признаков. При этом одна родительская особь отличается от другой родительской особи по двум признакам.

Г. Мендель рассматривал закономерности наследования при дигибридных скрещиваниях на примере растений гороха, отличающихся по окраске и форме семян. Окраска семян желтая и зеленая, форма семян гладкая и морщинистая.

Исходные родительские растения гомозиготные. Одна родительская особь имеет семена желтые и гладкие. Другой родитель - с семенами зелеными и морщинистыми. При скрещивании у гибридов первого поколения все семена одинаковые - желтые гладкие. Проявляется закон единообразия гибридов первого поколения, он справедлив для любого количества признаков.

Все гибриды первого поколения имели семена желтые и гладкие. Следовательно, доминантный ген А - отвечает за желтый цвет семян, рецессивная аллель а - за зеленый цвет семян. Доминантный ген В обеспечивает гладкую форму семян, а рецессивный аллельный ген в - морщинистую форму семян. Тогда генотипы гомозиготных родителей ААВВ и аавв соответствуют фенотипам: семена желтые гладкие и зеленые морщинистые.

Цитологическая основа образования гамет, в том числе и при дигибридном скрещивании, процесс мейоза.

Гены А и В неаллельные, следовательно они находятся в негомологичных хромосомах. В одной паре гомологичных хромосом находятся гены А//А, в другой В//В. У другого родителя соответственно а//а и в//в. В мейозе гомологичные хромосомы после конъюгации расходятся к разным полюсам клетки, и оказываются в разных клетках. Гаметы одного родителя АВ, другого - ав.

Гибриды F1 имеют генотип АаВв, по фенотипу их семена желтые и гладкие. Один фенотипический класс. Единообразие гибридов первого поколения.

Для получения F2 гибридов F1 скрещивают между собой: АаВв Х АаВв. У каждой родительской особи в профазе мейоза гомологичные хромосомы образуют биваленты: А//а и В//в. В анафазе из каждого бивалента к разным полюсам клетки гомологичные хромосомы расходятся. Если к одному полюсу идет хромосома с геном А, то к другому полюсу - с геном а. Вместе с геном А может пойти ген В, и с геном а - ген в. Гаметы будут АВ, ав. Возможен другой вариант Ав и аВ. Таким образом, дигетерозиготная по генотипу особь образует 4 типа гамет АВ, Ав, аВ, ав. Все четыре типа гамет образуются у каждого из родителей.

Во время оплодотворения каждая из четырех типов гамет одного организма случайно встречается с любой из четырех типов половых клеток другого организма. Все возможные сочетания мужских и женских гамет обычно записывают с помощью решетки Пеннета. По горизонтали выписывают гаметы одного родителя, слева по вертикали гаметы другого родителя.

На пересечении соответствующих гамет вписывают генотипы и фенотипы зигот, образующихся при слиянии соответствующих гамет:

ААВВ
ж., гл.
ААВв
ж., гл.
АаВВ
ж., гл.
АаВв
ж.,гл.
ААВв
ж., гл,
ААвв
ж,, морщ.
АаВв
ж., гл.
Аавв
ж., морщ.
АаВВ
ж., гл.
АаВв
ж., гл.
ааВВ
зел., гл.
ааВв
зел., гл.
АаВв
ж., гл.
Аавв
ж., морщ.
ааВв
зел., гл.
аавв
зел., морщ.

После подсчета оказывается, что при дигибридном скрещивании в F2 расщепление происходит на 4 фенотипических класса: семена желтые гладкие, желтые морщинистые, зеленые гладкие, зеленые морщинистые. Количественное соотношение между классами: 9:3:3:1.

Если учитывать результаты расщепления по каждой паре признаков в отдельности, то соотношение семян желтых к зеленым будет 3:1, гладких к морщинистым также 3:1. Следовательно, в дигибридном скрещивании каждая пара признаков при расщеплении в потомстве ведет себя так же, как при моногибридном скрещивании, независимо от другой пары признаков. Это соответствует закону независимого расщепления признаков. Закон сформулирован Г. Менделем. На современном уровне генетики закон формулируется так: если признаки кодируются генами, находящимися в негомологичных хромосомах, то они наследуются независимо друг от друга.

В F2 наблюдается сочетание признаков, которого не было у родителей. Родительские растения имели семена желтые гладкие и зеленые морщинистые. В F2 выявляются новые сочетания признаков. Имеются новые фенотипические классы: семена желтые морщинистые и зеленые гладкие. Причина такого явления комбинативная изменчивость, основанная на перекомбинировании генов, имеющихся у родителей, в процессе мейоза у гибридов F1. В мейозе образуются гаметы с новым сочетанием генов. У родительских растений гаметы АВ и ав. У гибридов F1 в гаметах новые сочетания Ав и аВ, т.к. гомологичные хромосомы из каждого бивалента расходятся к разным полюсам клетки независимо друг от друга.

Таким образом, дигибридное скрещивание позволяет сформулировать следующие закономерности наследования признаков: закон единообразия гибридов первого поколения, расщепление во втором поколении на четыре фенотипических класса в соотношении 9:3:3:1, закон независимого наследования признаков, закон комбинативной изменчивости. Г. Мендель открыл эти закономерности наследования признаков для гороха, позже оказалось, что они характерны для всех живых организмов.

Рассмотрим указанные закономерности с использованием модели-аппликации 'Дигибридное скрещивание'.

Вопросы

Какое скрещивание называется дигибридным?

Напишите генотипы гомозоготных особей: горошины желтые морщинистые и зеленые гладкие.

Какой результат получится при скрещивании растений гороха с такими признаками?

Какой результат получится во втором поколении? Сравнить с результатом из объяснений преподавателя.

Выписать гаметы особей с генотипами: ААВв, АаВВ. Сколько типов гамет образуется в каждом случае?

Что такое комбинативная изменчивость?

В результате какого клеточного деления образуются гаметы?

6. Правила хранения

Хранить модель следует в сухом отапливаемом помещении, при температуре около 15-250С и влажности не более 80%.

После демонстрации рекомендуется проверить комплектность модели.