Хрести Менделя

Основна робота Менделя була здійснена за допомогою садовий горох, Pisum sativum, для вивчення спадщини. Цей вид природно самозапліднює, це означає, що пилок стикається з яйцеклітинами в межах однієї квітки. Пелюстки квітів залишаються герметично закритими до завершення запилення, щоб запобігти запиленню інших рослин. Результат - високопородний або «справжній селекційний» рослин гороху. Це рослини, які завжди дають потомство, схоже на батьківське. Експериментуючи із справжніми селекційними рослинами гороху, Мендель уникав появи у потомства несподіваних ознак, які могли б виникнути, якщо рослини не були справжніми селекційними. Садовий горох також дозріває протягом одного сезону, що означає, що кілька поколінь можна було оцінити за відносно короткий час. Нарешті, велику кількість садового гороху можна було вирощувати одночасно, що дозволило Менделю зробити висновок, що його результати з’явилися не випадково.

Мендель проводив гібридизацію, яка передбачає спарювання двох справжніх племінних особин які мають різні риси. У гороху, який від природи самозапилюється, це робиться шляхом ручного перенесення пилку з пильовика зрілої рослини гороху одного сорту на рильце окремої зрілої рослини гороху другого сорту.

Рослини, що використовувались у хрестах першого покоління, називали P, або батьківське покоління, рослини (рисунок 8.3). Мендель збирав насіння, вироблені рослинами Р, отримані в результаті кожного схрещування, і вирощував їх наступного сезону. Цих нащадків називали F1, або першим потомством (потомством = дочка чи син), покоління. Одного разу Мендель вивчив характеристики в F1 покоління рослин, він дозволив їм самозапліднюватись природним шляхом. Потім він збирав і вирощував насіння з рослин F1, щоб отримати покоління F2, або другу нитку. Експерименти Менделя вийшли за межі Покоління F2 до покоління F3, покоління F4 тощо, але саме співвідношення характеристик поколінь P, F1 та F2 було найбільш інтригуючим і стало основою постулатів Менделя.

Малюнок 8.3 Процес Менделя для виконання схрещувань включав вивчення кольору квітки.

У своїй публікації 1865 року Мендель повідомив результати своїх схрещувань, що включали сім різних характеристик, кожна з двох контрастних рис. Риса визначається як варіація зовнішнього вигляду спадкової характеристики. Характеристики включали висоту рослини, структуру насіння, колір насіння, колір квітки, розмір стручка гороху, колір стручка гороху та положення квітки. Наприклад, для характеристики кольору квітки двома контрастними ознаками були білий та фіолетовий. Щоб повністю вивчити кожну характеристику, Мендель створив велику кількість рослин F1 і F2 і повідомив результати від тисяч рослин F2.

Які результати знайшов Мендель у своїх хрестах щодо кольору квітки? Спочатку Мендель підтвердив, що використовував рослини, які вирощували справжній білий або фіолетовий колір квітки. Незалежно від кількості поколінь, які досліджував Мендель, усі нащадки батьків з білими квітами мали білі квіти, а всі нащадки батьків з фіолетовими квітами мали фіолетові квіти. Крім того, Мендель підтвердив, що крім кольору квітки рослини гороху фізично ідентичні. Це була важлива перевірка, щоб переконатися, що два сорти рослин гороху відрізняються лише за однією ознакою - кольором квітки.

Після того, як ці перевірки були завершені, Мендель застосував пилок рослини з фіолетовими квітами до клейма рослини з білими квітами. Зібравши і посіявши насіння, отримані в результаті цього хреста, Мендель виявив це 100 відсотків F1 гібридне покоління мало фіолетові квіти. Традиційна мудрість того часу передбачала, що гібридні квіти будуть блідо-фіолетовими, а для гібридних рослин рівна кількість білих та фіолетових квітів. Іншими словами, очікувалося, що контрастні батьківські риси змішаться у нащадків. Натомість результати Менделя продемонстрували, що ознака білої квітки повністю зникла у поколінні F1.

Що важливо, Мендель не зупиняв своїх експериментів там. Він дозволив рослинам F1 самозапліднюватися і виявив, що 705 рослин у F2 покоління мало фіолетові квіти, а 224 - білі. Це було співвідношення 3,15 фіолетових квіток до однієї білої квітки, або приблизно 3: 1. Коли Мендель переносив пилок із рослини з фіолетовими квітами на клеймо рослини з білими квітками, і навпаки, він отримав приблизно однакове співвідношення, незалежно від того, хто з батьків - чоловік чи жінка - внесли яку ознаку. Це називається a взаємний хрест—Парний хрест, у якому відповідні риси чоловічої та жіночої статі в одному хресті стають відповідними рисами жіночої та чоловічої статі в другому хресті. Що стосується інших шести характеристик, які досліджував Мендель, покоління F1 та F2 поводилися так само, як і для кольору квітки. Одна з двох ознак повністю зникне з покоління F1, а потім знову з’явиться у поколінні F2 у співвідношенні приблизно 3: 1 (рис. 8.4).

Рисунок 8.4 Мендель визначив сім характеристик рослини гороху.

Концепція в дії

Щоб отримати чудовий огляд експериментів Менделя, а також виконати власні схрещування та визначити схеми успадкування, відвідайте веб-лабораторію Менделя Піша.

Працюючи з садовими гороховими рослинами, Мендель виявив, що схрещування батьків, які відрізнялися за однією ознакою, давали потомство F1, що виражало риси одного з батьків. Риси, які були помітні в поколінні F1, називаються домінантними, а риси, які зникають у поколінні F1, описуються як рецесивні. Коли рослини F1 в експерименті Менделя перехрещувались, потомство F2 виявляло домінантну ознаку або рецесивну ознаку у співвідношенні 3: 1, підтверджуючи, що рецесивна ознака була достовірно передана від оригінального батька Р. Взаємні схрещування породжували однакові співвідношення потомства F1 та F2. Вивчаючи обсяги зразків, Мендель показав, що риси успадковуються як самостійні події.

Вправи

Уявіть, що ви виконуєте схрещування за участю кольору насіння на рослинах гороху городу. Які риси ви сподіваєтесь спостерігати у нащадків F1, якщо схрещуєте справжніх племінних батьків із зеленими та жовтими насінням? Жовтий колір насіння домінує над зеленим.

А) лише насіння жовто-зеленого кольору

Б) тільки жовте насіння

В) 1: 1 жовте насіння: зелене насіння

Г) 1: 3 зелені насіння: жовті насіння

Уявіть, що ви виконуєте схрещування за участю текстури насіння на рослинах гороху городу. Ви схрещуєте батьків з круглими зморшками і отримуєте потомство F1. Які з наведених експериментальних результатів за кількістю рослин є найближчими до очікуваних у потомстві F2?

А) 810 круглих насінин

Б) 810 зморшкуватих насінин

В) 405: 395 круглі насіння: зморшкуваті насіння

Г) 610: 190 круглі насіння: зморшкуваті насіння

Опишіть одну з причин, яка зробила садовий горох чудовим вибором модельної системи для вивчення спадщини.

Садовий горох має квіти, які щільно закриваються під час самозапилення. Це допомагає запобігти випадковому або ненавмисному заплідненню, яке могло б зменшити точність даних Менделя.

Глосарій

безперервні зміни: варіація характеристики, при якій індивіди виявляють цілий ряд рис із невеликими відмінностями між собою

неперервна зміна: варіація характеристики, в якій індивіди виявляють дві або декілька рис, що мають великі відмінності між собою

домінантний: описує ознаку, яка маскує експресію іншої ознаки, коли обидві версії гена присутні у особини

F1: перше синівське покоління на хресті; потомство батьківського покоління

F2:друге покоління ниток, що виробляється, коли особини F1 перетинаються або запліднюються між собою

гібридизація: процес спаровування двох особин, які відрізняються, з метою досягнення певної характеристики у їх нащадків

модель моделі: вид або біологічна система, яка використовується для вивчення конкретного біологічного явища, щоб отримати розуміння, яке застосовуватиметься до інших видів

P: покоління батьків у хресті

рецесивний: описує ознаку, вираз якої маскується іншою ознакою, коли алелі обох ознак присутні у людини

взаємний хрест: парний хрест, у якому відповідні риси чоловічої та жіночої статі в одному хресті стають відповідними рисами жіночої та чоловічої статі в іншому хресті

риса: варіація успадкованої характеристики