Хромосомная теория наследственности (биология 10 класс)

Данный видеоурок создан специально для самостоятельного изучения темы «Хромосомная теория наследственности». В ходе занятия все желающие смогут узнать том, как наследственные элементы Менделя и усовершенствованные микроскопы привели к открытию хромосомной теории наследственности.

БИОЛОГИЯ 10 КЛАСС

Тема: Основы генетики

Урок: Хромосомная теория наследственности

Степанова Анна Юрьевна

к. б.н., доц. МГУИЭ

Москва

2012

Здравствуйте, тема нашего сегодняшнего урока – «Хромосомная теория наследственности». Сегодня мы поговорим о хромосомной теории наследственности. Но начнем с предыстории. Грегор Мендель в 1866 году опубликовал свои исследования в журнале «Труды Брюннского общества естествоиспытателей», который рассылался в научные общества многих стран мира. Однако ученые не смогли оценить значение его открытия. Возможно, это объяснялось тем, что невозможно было при том уровне науки связать данные Менделя со структурой гамет, в которых бы наследственные факторы передавались от родителей к потомкам. Действительно в 1865 году не было изучено ядро, не были известны клеточные (ядерные) циклы митоз и мейоз, а о существовании ДНК и хромосом никто не подозревал. Поэтому гипотетические наследственные элементы Менделя трудно было внести в систему тогдашних знаний о клетке. К концу XIX века значительно улучшились оптические качества микроскопов, были усовершенствованы методы цитологических исследований, стало возможно наблюдать поведение хромосом в гаметах и зиготах.

В 1875 году Оскар Гертвиг обратил внимание, что при оплодотворении яиц морского ежа происходит слияние двух ядер: ядра спермия и яйцеклетки. В 1902 году Теодор Бовери продемонстрировал важную роль ядра в регуляции наследственных признаков, а немного раньше — в 1882 году – Флеминг описал поведение хромосом во время митоза.

В 1902 году американский ученый Вильям Сеттон предположил, что наследственные факторы или элементы могут располагаться в хромосомах. Он обратил внимание в схожести поведения хромосом и передаче наследственных признаков по законам Менделя. Но в то же время стали появляться факты, что расщепление по Менделю наблюдается далеко не во всех случаях. Например, у душистого горошка два признака: форма пыльцы и окраска цветков – не дают классического расщепления в потомстве 3:1, и потомки остаются похожими на родительские особи. При последующем анализе оказалось, что гены этих двух признаков находятся в одной хромосоме.

В действительности было выяснено, что таких генов очень много. У человека насчитывается около 4000 генов, при том что количество хромосом у человека — 23 пары. Именно такое разнообразие генов должно уместиться на этих хромосомах. Следовательно, законы Менделя справедливы лишь в том отношении, когда гены рассматриваемых признаков расположены в разных негомологичных хромосомах. Если гены располагаются в одной хромосоме, то в таком случае они наследуются сцеплено и такого независимого наследования не наблюдается.

Каковы же принципы наследования генов, расположенных в одной хромосоме? Современная теория наследственности создана выдающимся американским генетиком Томасом Морганом. Согласно этой теории:

1​ген представляет собой участок хромосомы (эти гены называются сцепленными);

2​аллельные гены расположены в строго определенных участках гомологичных хромосом;

3​гены располагаются в хромосомах линейно, друг за другом.

Кстати, Морган работал с плодовой мушкой дрозофилой, которая сейчас является излюбленным объектом генетиков. Ее популяцию легко поддерживать, а особи легко скрещивать между собой. Мушка откладывает более 100 яиц, и новые особи формируются через каждые 2 недели. У наиболее распространенного вида дрозофилы (Drosophila melanogaster) всего 4 пары хромосом. Эксперименты показали, что гены, находящиеся в одной хромосоме, при мейозе попадают в одну гамету. То есть наследуются сцеплено. Это явление носит название законов Моргана.

Таким образом, мы сегодня рассмотрели положение хромосомной теории наследственности. В следующий раз мы разберем кроссинговер, научимся строить генетические карты. На этом наш урок закончен, всего вам доброго! До свидания!

Соответствие между событиями в мейозе и оплодотворении с гипотезами Менделя

Мейоз и оплодотворение

       

Гипотеза Менделя

Диплоидные клетки содержат пары гомологичных хромосом

Признаки контролируются парой факторов

Гомологичные хромосомы расходятся во время мейоза

Парные факторы разделяются при образовании гамет

В каждую клетку попадет одна из гомологичных хромосом

Каждая гамета получает один из пары факторов

Только ядро мужской клетки сливается с ядром яйцеклетки

Факторы передаются из поколения в поколение как дискретные единицы

При оплодотворении пары гомологичных хромосом восстанавливаются, каждая гамета вносит одну из гомологичных хромосом

Каждый организм наследует по одному фактору от каждой из родительских особей

Отклонения от закона независимого наследования признаков. Сцепление генов было открыто в 1905 году английским генетиком Уильямом Бетсоном. Он работал с душистым горошком и скрещивал чистую линию душистого горошка с красными цветками и круглой пыльцой и гомозиготную линию с пурпурными цветками и продолговатой пыльцой. Все растения первого поколения имели пурпурные цветки и продолговатую пыльцу. В F2 были обнаружены следующие признаки:

— 284 с фиолетовыми цветками и продолговатой пыльцой,

— 21 с фиолетовыми цветками и круглой пыльцой,

— 21 с красными цветками и продолговатой пыльцой,

— 55 с красными цветками и круглой пыльцой.

Если бы два гена (окраска цветков и форма пыльцы) были локализованы в одной хромосоме, потомство бы получилось двух типов. Если же речь идет о локализации в разных хромосомах, получили бы расщепление 9:3:3:1. Однако в нашем случае ясно, что ген, отвечающий за окраску цветков, и ген, отвечающий за форму пыльцы, наследовались вместе, как если бы были сцеплены друг с другом. По какой причине появились красные цветки с продолговатой пыльцой и красные цветки с круглой пыльцой, мы рассмотрим на следующем уроке, поскольку они появились в результате кроссинговера.

Удача Менделя. Когда Мендель ставил свои эксперименты, ему ничего не было известно о хромосомах. А, как мы уже знаем, гены могут располагаться как в одной, так и в разных хромосомах. Если гены, отвечающие за разные признаки, будут располагаться в одной хромосоме, они не будут подчиняться закону независимого наследования признаков, а будут наследоваться сцеплено. Либо по счастливой случайности, либо благодаря осторожному подбору признаков Мендель избежал сцепления, которое впоследствии не смогут объяснить. Горох огородный имеет 7 пар хромосом. Признаки, которые исследовал Мендель, локализованы на четырех различных хромосомах, как показано на нашем рисунке. К тому же гены, локализованные на одной хромосоме, так далеко стоят друг от друга, что они также наследуются независимо друг от друга. Только гены, определяющие форму боба и длину стебля, находятся в 4-й хромосоме так близко друг к другу, что Мендель должен был заметить сцепление этих признаков. Однако Мендель не сообщал о данном скрещивании, и мы не знаем, проводил ли он его вообще.