Решение задач по теме «Определение пола и сцепленное с полом наследование»

С давних времен человечество интересовал вопрос: почему у одних и тех же родителей появляются потомки разного пола и в связи, с чем у большинства раздельнополых организмов наблюдается примерно одинаковое соотношение мужских и женских особей. Выдвигались сотни гипотез, но только развитие генетики и цитологии дало возможность раскрыть механизм наследования и определения пола.

Пол — это совокупность морфологических, физиологических, биохимических и других признаков организма, обеспечивающих воспроизведение себе подобных. Поскольку признаки определяются генами, было сделано предположение, что пол организма определяется генетически.

При исследовании кариотипов многих видов животных и человека было установлено, что у особей мужского и женского пола имеются различия в одной паре хромосом. Дальнейшие исследования показали, что эти хромосомы и определяют пол организма, в связи, с чем они получили название половых хромосом. Все остальные пары хромосом, одинаковые у особей мужского и женского пола, были названы аутосомами.

В соматических клетках человека содержится 23 пары хромосом: 22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом.

В клетках женского организма половые хромосомы одинаковые — две Х-хромосомы.

В клетках мужского организма половые хромосомы резко отличаются по размеру и строению. Одна из них крупная, неравноплечая, содержит большое количество генов — это Х-хромосома. Другая хромосома мелкая, напоминает букву Y и содержит сравнительно мало генов. Она названа У-хромосомой

Абозначив аутосомы А, можно записать хромосомный набор женщины в виде 44А + XX, мужчины — 44A+XY. При образовании гамет в каждую из них попадает половина аутосом и одна из половых хромосом.

Пол, содержащий одинаковые половые хромосомы (ХХ) и образующий одинаковые гаметы, называется гомогамным. Другой пол, содержащий разные половые хромосомы (ХУ) и образующий разные гаметы, называется гетерогамным.

Если яйцеклетку оплодотворяет сперматозоид, содержащий Х-хромосому, из зиготы развивается женский организм. Если в оплодотворении участвует сперматозоид с Y хромосомой, из зиготы развивается ребенок мужского пола. Следовательно, у человека пол ребенка зависит от типа сперматозоида отца. Поскольку оба типа мужских гамет образуются с одинаковой вероятностью, в потомстве наблюдается расщепление по полу 1:1.

В природе встречается и противоположный тип определения пола, при котором мужские особи являются гомогамными, а женские — гетерогамными. Это характерно, например для птиц, многих пресмыкающихся, некоторых рыб, земноводных, бабочек. При этом половые хромосомы обозначают буквами Z и W, чтобы выделить данный тип определения пола. У самцов половые хромосомы записывают как ZZ, а у самок — ZW.

У пчел, ос, муравьев и некоторых других перепончатокрылых нет половых хромосом. Самки — это диплоидные организмы, которые развиваются из оплодотворенных яиц, а гаплоидные самцы — из неоплодотворенных.

Половые хромосомы кодируют еще и часть наследственной информации. А значит, признаки, которые «записаны» в этих хромосомах, могут передаваться только представителям одного биологического пола: это и есть сцепленное с полом наследование генов. Таким образом, можно сделать важный вывод. Если ген располагается на одной из половых хромосом, то биологи говорят о таком явлении, как наследование признаков, сцепленных с полом. Это закон Моргана.

Решение генетических задач начинается с тщательного анализа условия задачи:

1. Сколько пар признаков рассматривается в задаче.
2. Сколько пар генов контролируют развитие признаков.
3. Какие организмы скрещиваются (гомозиготные, гетерозиготные).
4. Каков тип скрещивания.
5. Сцепленно или независимо наследуются гены, контролирующие развитие признаков.
6. Связано ли наследование признака с половыми хромосомами. При сцепленном с полом наследовании обратите внимание на то, кто из родителей является гетерогамным, а кто гомогамным.
7. Сколько классов фенотипов (или генотипов) образуется в потомстве, полученном от скрещивания, и каково их количественное соотношение.

Для решения генетических задач по данной теме учащийся должен обязательно знать основные правила сцепленного с полом наследования.

1. Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно и образуют одну группу сцепления.
2. Количество групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом.
3. Сцепленные гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются, как правило, совместно (сцепленно).
4. Гены в хромосомах имеют разную группу сцепления.
5. Сцепление может быть:

• полное, если гены, относящиеся к одной группе сцепления, всегда наследуются вместе - об этом указывается в задаче;
• неполное, если между генами, относящимися к одной группе сцепления, возможна рекомбинация. Причиной рекомбинации генов в группе сцепления является явление кроссинговера, вследствие конъюгации гомологичных хромосом.

Предлагаем следующий алгоритм решения задач на сцепленное с полом наследование.

1. Определить количество признаков.
2. Определить наследуется данный признак сцеплено с Х- хромосомой или У – хромосомой.
3. Записать схему скрещивания в генном выражении.
4. Определить вероятность появления в потомстве данного признака.
5.  Записать ответ в соответствии с условиями задачи.

Рассмотрим решение задач на наследование генов, локализованных в половых хромосомах

Для успешного решения этого типа задач необходимо четко представлять механизм наследования половых хромосом:

Р :	♀XX	×	♂XY
гаметы:	X		XY
F1	♀XX		♂XY
	50%		50%

У человека, как у большинства других организмов, женщина продуцирует гаметы, содержащие только Х-хромосомы (гомогамные). Мужчины являются гетерогамными и производят два типа гамет: с Х- хромосомой и с Y-хромосомой.

Отец всегда передает свою Х-хромосому дочери, а Y-хромосому – сыну. Мать передает Х- хромосому или сыну, или дочери.

Признаки, развитие которых определяется генами, расположенными в негомологичных участках Y-хромосомы, всегда встречаются у мужчин и никогда не встречаются у женщин.

Рецессивные гены, расположенные в Х-хромосомах, всегда проявляются у мужчин, а у женщин – только в гомозиготном состоянии.

Доминантные гены в Х-хромосомах у женщин могут быть в гомозиготном или гетерозиготном состоянии, а у мужчин – только в гомозиготном.

Решение задач, в которых рассматриваются признаки, гены которых расположены в Х-хромосомах, следует начинать с мужских особей, поскольку у них всегда проявляется действие и рецессивных, и доминантных генов. Затем можно определить генотип матери по генотипу сыновей и генотип дочерей по генотипу отца или братьев.

Решение задач на наследование генов, локализованных в Х-хромосоме

Следует помнить, что рецессивные признаки, кодируемые генами, расположенными в Х-хромосомах, всегда проявляются у мужчин, а у женщин – только в гомозиготном состоянии.

Задача 1.

Классическая гемофилия передается как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой, признак. Мужчина, больной гемофилией, женился на здоровой женщине (все ее предки были здоровы). У них родилась здоровая дочь. Определить вероятность рождения больного гемофилией ребенка от брака этой дочери со здоровым мужчиной.

Решение

А – нормальная свертываемость

а – гемофилия

1. Мужчина болен гемофилией, следовательно, его генотип – ХаY.
2. Женщина здорова, значит, она несет доминантный ген А. Все ее предки были здоровы (чистая линия), следовательно, она не является носительницей, и ее генотип – ХAХA
3. Одну Х-хромосому дочь получила от матери, другую от отца. Мать могла передать ей только хромосому ХA , а отец – только Хa.

Генотип дочери – ХAХa

4. Генотип мужа дочери – ХAY, по условию задачи.

Составим схему брака:

Р :	♀XAXa	×	♂XaY
	Здорова		Гемофилия
G:	X		XY
F!	♀XA Xa		♂XaY
	Носитель		Здоров

F2	♀XАXА	♀XАXa	♂XАY	♂XaY
	Здорова	Носитель	Здоров	гемофилия
	25%	25%	25%	25%

Ответ: вероятность рождения больного гемофилией ребенка – 25% .

Решение задача на наследование генов, сцепленных с Y-хромосомой

Признаки, детерминируемые генами, расположенными в негомологичных участках Y-хромосом, всегда проявляются у мужчин и никогда не встречаются у женщин.

Задача 2.

Перепончатопалость передается через Y-хромосому. Определить возможные фенотипы детей от брака перепончатопалого мужчины и нормальной женщины.

Решение

1. Генотип мужчины – ХYА, так как он несет ген перепончатопалости (ген можно обозначать и заглавной, и строчной буквой, так как понятие доминантности или рецессивности в данном случае не имеет смысла).
2. Генотип женщины – ХХ, поскольку у нее отсутствует Y-хромосома, которая содержит ген перепончатопалости.

Составим схему брака:

Р :	♀XX	×	♂XYА
	Норма		Перепончатопалость
G:	XХ		XA
F!	♀XX		♂XYA
	Норма		Перепончатопалость

Ответ: Все девочки будут здоровы, а мальчики будут перепончатопалыми.

Решение задач на наследование нескольких признаков, сцепленных с полом

При решении подобных задач следует использовать принципы решения задач на дигибридное скрещивание, с учетом особенностей наследования признаков, сцепленных с полом.

Задача 3.

Рецессивные гены, кодирующие признаки гемофилии и дальтонизма, сцеплены с Х-хромосомой. Мужчина, больной гемофилией, женится на здоровой женщине, отец которой был дальтоником, но не болел гемофилией. Какое потомство получится от брака их дочери со здоровым мужчиной?

Решение

А – нормальная свертываемость

а – гемофилия

В – нормальное цветоощущение

b – дальтонизм.

1. Генотип мужчины – ХаВY, так как он несет признак гемофилии и не является дальтоником.
2. Отец женщины был дальтоником, следовательно, она получила от него рецессивный ген дальтонизма. Вторая аллель этого гена находится в доминантном состоянии, так как женщина является здоровой. По признаку гемофилии женщина гомозиготна, так как здорова (доминантный признак), и ее отец был здоров.

Генотип женщины – ХАВХАb

3. Генотип мужа дочери – ХАВY, так как он не страдает ни дальтонизмом, ни гемофилией.
4. По признаку гемофилии дочь является гетерозиготной, так как от отца она может получить только рецессивный ген, а от гомозиготной матери – только доминантный. Отец передал ей доминантный ген по признаку дальтонизма, а мать могла передать ей как доминантный, так и рецессивный ген. Следовательно, генотип дочери может быть ХаВХАВ или ХаВХАb.

Задача имеет два варианта решения.

Вариант 1.

Р :	♀XaBXAB	×	♂XABY
	Здорова		Здоров
G:	XaB Xab		XAB Y

F1	♀XaB XAB	♀XaBY	♂XАBXAB	♂XABY
	здорова	гемофилия	здорова	здоров
	25%	25%	25%	25%

Вариант 2.

Составим схему брака:

Р :	♀XaBXAb	×	♂XABY
	Здорова		Здоров
G:	XaB Xab		XAB Y

F1	♀XaB XAB	♀XaBY	♂XАbXAB	♂XAbY
	здорова	гемофилия	здорова	дальтонизм
	25%	25%	25%	25%

Ответ: в первом случае 25% детей (половина мальчиков) будут болеть гемофилией, а остальные (75%) будут здоровы; во втором — половина мальчиков (25%) будет страдать гемофилией, а половина (25%) — дальтонизмом, все девочки будут здоровы.

Список литературы:

1. Асланян М.М., Солдатова О.П. Генетика и происхождение пола –М: «Авторская академия, КМК», 2010 .
2. Беляев Д.К., Дымшиц Г.М., Рувимский А.О. Общая биология. – М., 2000.
3. Гофман-Кадошников П.Б.Руководство к практическим занятиям по генетике. -М.: «Колос», 1975.
4. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сивоглазов В.И. Биология. Общие закономерности. – М., 2012.
5. Кайданов Л.З. Генетика популяций. Учебник для вузов. –М.: Высшая школа, 1996.
6. Карманова Е.П., Болгов А.Е. Практикум по генетике. Петрозаводск: ПетрГУ, 2004
7. Константинов В.М., Рязанова А.П. Общая биология. М., 2012.
8. Максимова Н.П. Генетика. Учебно-методический комплекс по генетике для студентов-биологов кафедры генетики Биологического факультета БГУ.2010.
9. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Е.Н. Общая биология. 2013.
10. Чебышев Н.В. Биология. – М., 2012.