Задачи по генетике: примеры, решение с объяснениями

История

Генетика — это сравнительно новая наука, заключающаяся в изучении наследования и изменчивости живых организмов. Огромный вклад в ее развитие привнес знаменитый ученый-биолог Грегор Мендель. Именно он сформулировал три самых главных закона, от которых в дальнейшем оттолкнулось развитие данной научной области и ввел понятие «генетика».

Несмотря на то, что имя этого выдающегося ученого фигурирует во многих учебниках как имя первооткрывателя данной биологической области, не стоит думать, что он первый задумался о наследственности. За его открытиями и тремя постулатами генетики стоит титанический труд его последователей, пытавшихся изучить данную область. Ведь, как показывает история, уже более шестисот лет назад люди понимали примитивные закономерности наследования, но не могли их объяснить.

Задачи повышенной сложности

Рассмотрев, простые задачи по генетике, давайте попытаемся решить более сложные. Возьмем, пример, задачу, которая будет содержать в совокупности и аутосомные признаки и половые.

Итак, дано: у человека генетически обусловлено доминирование карих глаз над голубыми. А дальтонизм считается рецессивным по отношению к нормальному зрению.

Решаем пошаговым способом:

• Как известно из ранее решенных задач, дальтонизм сцеплен с полом, а, если конкретно, то с Х хромосомой, и обозначается, как Ха. Про признак цвета глаз ничего не сказано, значит делаем вывод, что он аутосомный и обозначаем его В(карие) и в(голубые).
• Определим генотип матери. Известно, что она кареглазая и имеет нормальное зрение, но она не может быть чистой линией, потому что ее отец имел голубые глаза и проблемы с восприятием цвета. Таким образом, ее генотип будет ВвХАХа.
• Определим генотип отца. Из условия это сделать не сложно: он имеет голубые глаза и нормальное зрение, значит — ввХАУ.
• Для того, чтобы определить генотип потомков, составляем решетку:

Родители	ВХА	ВХа	вХА	вХа
вХА	ВвХАХА	ВвХАХа	ввХАХА	ввХАХа
вУ	ВвХАУ	ВвХаУ	ввХАУ	ввХаУ

Наглядные генотипы готовы. Теперь осталось определить вероятность появления в этой семье кареглазых детей с нарушениями цветовосприятия и определить их пол. Для этого внимательно рассмотрим таблицу. Кареглазый дальтоник появится только в одном случае, и это будет мальчик. Таким образом вероятность его появления равна 1/8.

Задачи по генетике

Моногибридное скрещивание

1.1 Имеется зверь, доминантный аллель «волосатости» которого — А и рецессивный «лысости» — а. Каковы типы и соотношения гамет и потомства в следующих скрещиваниях: AAxaa, AAxAa, АаxAa?

1.2 Школьник скрестил двух хомячков черного и белого, у которых родилось 12 черных хомячков. При скрещивании других черного и белого хомячков родилось 6 черных и 5 белых детенышей. Каковы генотипы родителей в каждом скрещивании?

1.3
У кур розовидный гребень — признак, доминантный по отношению к простому гребню. Фермер заподозрил, что его куры с розовидным гребнем несут аллель простого гребня. Как проверить опасение?

1.4 Заболевание обнаруживается у детей, родители которых являлись двоюродными братом и сестрой и не страдали от этого заболевания. Как наследуется болезнь?

Дигибридное скрещивание

2.1 Черную грубошерстную морскую свинку скрестили с грубошерстным альбиносом. В потомстве оказалось: 13 черных грубошерстных, 16 альбиносов грубошерстных, 6 черных гладкошерстных, 5 гладкошерстных альбиносов. Каковы генотипы родителей?

2.2 Самка медоносной пчелы Apis mellifera диплоидна, а трутни гаплоидны. Существует, однако локус со множественными аллелями, влияющий на опредедение пола у диплоидных особей. Все диплоидные
особи, гетерозиготные по этому локусу,-самки, а гомозиготные по любому из аллелей — самцы. Гомозиготные сацы не достигают половозрелости, поскольку обычно поедаются рабочими пчелами на личиночной стадии в первые трое суток после вылупления из яичек. Таким образом, гомозиготный генотип в естественных условиях летален. Однако изъятых из улья личинок таких самцов можно довести до стадии половозрелости. В этом локусе насчитывается около двадцати аллелей, обозначаемых символами A1, A2, … ,A20. Пусть в потомстве некоторой оплодотворенной гаплоидным трутнем матки лишь половина яичек способна к развитию (это хорошо заметно, поскольку половина ячеек в сотах остается пустой, и пустые ячейки распределены по сотам случайным образом). Что можно сказать о генетической конституции матки и трутня?

2.3 Диплоидный трутень оплодотворил матку, у которой в локусе, определяющем пол, один из аллелей идентичен аллелю трутня. Какой процент потомства будет жизнеспособен в улье?

2.4
Пусть число аллелей в локусе, определяющем пол, равно двадцати. Сколько существует генетически различных типов гаплоидных самцов? Диплоидных самцов? Самок?

2.5 Каково число различных типов гамет, генотипов и фенотипов в потомстве самоопыляющегося растения, гетерозиготного по трем, пяти и семи различным доминантным генам?

2.6 У одного из видов дрозофилы известно семь аллелей гена, кодирующего фермент фосфатазу. Каково число различных генотипов по этому гену?

Наследование связанное с полом

3.1 У супругов с нормальным зрением родилось два сына и две дочери. У первой дочери зрение нормальное; у нее 3 сына, 2 из которых дальтоники. У второй дочери и у ее пяти сыновей зрение нормальное. Первый сын дальтоник; у него две дочери и два сына, и все видят нормально. Второй сын и четверо его сыновей также имеют нормальное зрение. Каковы генотипы всех родственников?

3.2
У дрозофилы ген редуцированных крыльев vg рецессивен и расположен в аутосоме; ген желтой окраски тела y также рецeссивен, но сцеплен с полом. Если гомозиготную по этим двум генам самку скрестить с нормальным самцом, то как будет выглядеть потомство в F₁ и F₂?

3.3 Петух гетерозиготен по сцепленной с полом рецессивной летали. Каково отношение полов в потомстве от скрещивания такого петуха с нормальными курами?

3.4 Диплоидный трутень оплодотворяет матку, у которой в локусе, определяющем пол, один из аллелей идентичен аллелю трутня. Какой процент потомства будет жизнеспособен в улье?

Картирование генов

x.x Студент определял положение на карте третьей хромосмы трех мутаций:rosy — красно-коричневые глаза,graucho — щетинки над глазами собраны в пучки,ebony — черное тело.
Забыв записать генотипы родительских мух, он взял самок из F₁, которые все были дикого типа и поставил анализирующее скрещивание с самцами, гомозиготными по всем трем мутациям. Результаты в таблице:

Каков генотип самок дикого типа из поколения F₁? Определите последовательность генов на хромосомной карте и расстояния между ними.

Литература: 

1. Задачи взяты из учебника Айала Современная генетика

Прикрепленный файл	Размер
1_1.gif	6.26 кб
1_2.gif	2.44 кб
1_3.gif	2.48 кб
1_4.gif	1.42 кб

Взаимодействие генов

Передача наследственных признаков — процесс достаточно сложный. Приведенные ранее схемы становятся понятными только при наличии у учащихся базового минимума знаний. Он необходим, так как обеспечивает механизмы, дающие ответ на вопрос о том, как научиться решать задачи по биологии. Генетика изучает формы взаимодействие генов. Это полимерия, эпистаз, комплементарность. Поговорим о них подробней.

Пример наследования слуха у человека является иллюстрацией такого типа взаимодействия, как комплементарность. Слух контролируется двумя парами различных генов. Первая отвечает за нормальное развитие улитки внутреннего уха, а вторая – за функционирование слухового нерва. В браке глухих родителей, каждый из которых является рецессивной гомозиготой по каждой одной из двух пар генов, рождаются дети с нормальным слухом. В их генотипе присутствуют оба доминантных гена, контролирующих нормальное развитие слухового аппарата.

3Адача №2.

У дрозофилы серый
цвет тела доминирует над черным. От
скрещивания мух с серым телом и мух,
имеющих черное тело, получились гибриды
F₁, которые впоследствии
при скрещивании между собой дали 192
особи следующего поколения.

1. Сколько типов
гамет образуется у гибрида F_I?

2. Сколько разных
фенотипов среди потомков F₂?

3. Сколько разных
генотипов среди потомков F₂?

4. Сколько в F₂гомозиготных серых мух (теоретически)?

5. Сколько черных
в F₂(теоретически)?

Задача № 3.

У человека ген
длинных ресниц доминирует над геном
коротких ресниц. Женщина с длинными
ресницами, у отца которой были ресницы
короткие, вступает в брак с мужчиной,
имеющим короткие ресницы.

1.Сколько типов гамет образуется у мужчины?

2. Сколько типов
гамет образуется у женщины?

3. Сколько
разных генотипов может быть среди детей
этой супружеской пары?

4. Какова вероятность,
что ребёнок в этой семье родится с
длинными ресницами?

5. Какова вероятность,
что ребёнок в этой семье родится с
короткими ресницами?

Задача № 4.

У человека ген
раннего развития гипертонической
болезни доминирует над геном,
детерминирующим нормальное развитие
признака. В семье оба супруга страдают
гипертонической болезнью с ранним
началом, у их единственной дочери
нормальное кровяное давление. Она
замужем и имеет двоих детей. Один из
детей дочери имеет нормальное кровяное
давление, а у другого рано развилась
гипертония.

1.Сколько разных генотипов может быть
среди детей вышеуказанных супругов?

2. Сколько типов
гамет образуется у дочери?

3. Сколько типов
гамет образуется у мужа дочери?

4. Какова вероятность
рождения у дочери этих супругов ребёнка
с гипертонией?

5. Сколько разных
генотипов может быть среди внуков от
дочери?

Как наследуются признаки?

Закономерности передачи свойств организма были открыты Менделем благодаря опытам, которые он проводил с широко известным растением — горохом посевным. Гибридологический метод представляет собой скрещивание двух единиц, которые отличаются друг от друга одной парой признаков (моногибридное скрещивание). Если в опыте участвуют организмы, которые имеют несколько пар альтернативных (противоположных) признаков, тогда говорят о полигибридном скрещивании. Ученый предложил следующую форму записи хода гибридизации двух растений гороха, которые отличаются окраской семян. А — желтая краска, а – зеленая.

В этой записи F1 – гибриды первого (I) поколения. Они все абсолютно единообразны (одинаковы), так как содержат доминантный ген А, контролирующий желтую окраску семян. Вышеприведенная запись соответствует первому закону Менделя (Правило единообразия гибридов F1). Знание его объясняет учащимся, как решать задачи по генетике. 9 класс имеет программу по биологии, в которой детально изучается гибридологический метод генетических исследований. В ней также рассматривается и второе (ІІ) правило Менделя, называемое законом расщепления. Согласно ему, у гибридов F2, полученных от скрещивания двух гибридов первого поколения друг с другом, наблюдается расщепление в соотношении по фенотипу 3 к 1, а по генотипу 1 к 2 и к 1.

Используя вышеприведенные формулы, вы поймете, как решать задачи по генетике без ошибок, если в их условиях можно применить первый или уже известный II закон Менделя, учитывая, что скрещивание происходит при полном доминировании одного из генов.

Плейотропия

Это интересный случай взаимодействия генов, при котором от одного гена, присутствующего в генотипе, зависит фенотипическое проявление сразу нескольких признаков. Например, на западе Пакистана обнаружены человеческие популяции некоторых представителей. У них отсутствуют потовые железы на определенных участках тела. Одновременно у таких людей диагностировали отсутствие некоторых коренных зубов. Они не смогли сформироваться в процессе онтогенеза.

У животных, например, каракульских овец, присутствует доминантный ген W, который контролирует как окраску меха, так и нормальное развитие желудка. Рассмотрим, как наследуется ген W при скрещивании двух гетерозиготных особей. Оказывается, что в их потомстве ¼ ягнят, имеющих генотип WW, погибает из-за аномалий в развитии желудка. При этом ½ (имеющие серый мех) гетерозиготные и жизнеспособные, а ¼ — это особи с черным мехом и нормальным развитием желудка (их генотип WW).

Моногибридное скрещивание.

Учитывается
одна пара альтернативных (взаимоисключающих)
признаков, следовательно, одна пара
аллельных генов.

Задача
№ 1

У
томатов ген, обеспечивающий красный
цвет плодов, доминирует над геном желтой
окраски. Какие по цвету плоды окажутся
у растений, полученных от скрещивания
гетерозиготных красноплодных растений
с желтоплодными? Каковы их генотипы?

Решение
задачи № 1

Ген,
отвечающий за красный цвет плодов
доминантный, обозначим А, ген желтой
окраски плодов рецессивный, обозначим
– а. Задача на моногибридное скрещивание,
т.к. в условии растения отличаются 1
парой взаимоисключающих признаков
(цвет плодов). Одна из родительских
особей гетерозиготна, следовательно,
эта особь несет гены одной аллельной
пары в разном состоянии, один ген является
доминантным, другой – рецессивным (Аа).
Такая особь дает два типа гамет (А, а).
Вторая особь желтоплодная, у нее оба
гена находятся в одинаковом состоянии
(аа), значит, особь гомозиготна и дает
один тип гамет (а).

Зная
генотипы родителей, запишем решение
задачи и ответим на поставленный вопрос.

А – красные
плоды

а – желтые
плоды

Р –
родители

Г – гаметы

F₁
– первое поколение

х – знак
скрещивания

Р Аа
х аа

красн.
желт.

Г А, а
а

F₁Аа; аа

красн.
желт.

Ответ:
гибриды F₁
демонстрируют
расщепление по фенотипу в соотношении
1:1 – 50% красноплодных, 50% желтоплодных
томатов. По генотипу расщепление в
соотношении 1:1 – 50% гетерозиготных
особей (Аа), 50% гомозиготных особей (аа).

Задачи
для самостоятельного решения.

Решение задачи по генетике на моногибридное скрещивание у человека

Задача 2
Отсутствие малых коренных зубов у человека наследуется как доминантный аутосомный признак. Определите возможные генотипы и фенотипы родителей и потомства, если один из супругов имеет малые коренные зубы, а у другого они отсутствуют и он гетерозиготен по этому признаку. Какова вероятность рождения детей с этой аномалией?Решение:
Анализ условия задачи показывает, что скрещиваемые особи анализируются по одному признаку – коренные зубы, который представлен двумя альтернативными проявлениями: наличие коренных зубов и отсутствие коренных зубов. Причем сказано, что отсутствие коренных зубов является доминантным признаком, а наличие коренных зубов – рецессивным. Эта задача – на , и для обозначения аллелей достаточно будет взять одну букву алфавита. Доминантный аллель обозначим прописной буквой А, рецессивный аллель – строчной буквой а.
А — отсутствие коренных зубов;
а — наличие коренных зубов.
Запишем генотипы родителей. Помним, что генотип организма включает в себя два аллеля изучаемого гена “А”. Отсутствие малых коренных зубов – доминантный признак, поэтому родитель,у которого отсутствуют малые коренные зубы и он гетерозиготен, значит его генотип — Аа. Наличие малых коренных зубов — рецессивный признак, поэтому родитель, у которого отсутствуют малые коренные зубы гомозиготен по рецессивному гену, значит генотип его — аа.
При скрещивании гетерозиготного организма с гомозиготным рецесивным образуется потомство двух типов и по генотипу, и по фенотипу. Анализ скрещивания подтверждает это утверждение.

Схема скрещивания

Ответ:
1) генотипы и фенотипы Р: аа – с малыми коренными зубами, Аа – без малых коренных зубов;
2) генотипы и фенотипы потомства: Аа – без малых коренных зубов, аа – с малыми коренными зубами; вероятность рождения детей без малых коренных зубов – 50%.

Решение задачи по генетике дигибридное скрещивание у растения томата

Задача 1
При скрещивании двух сортов томата с красными шаровидными и желтыми грушевидными плодами в первом поколении все плоды шаровидные, красные. Определите генотипы родителей, гибридов первого поколения, соотношение фенотипов второго поколения.Решение:
Так как при скрещивании гороха все особи потомства имеют признак одного из родителей, значит, гены красного цвета (А) и гены шаровидной формы плодов (В) являются доминантными по отношению к генам жёлтой окраски (а) и грушевидной формы плодов (b). генотипы родителей: красные шаровидные плоды – ААВВ, желтые грушевидные плоды – ааbb.
Для определения генотипов первого поколения, соотношение фенотипов второго поколения неободимо составить схемы скрещивания:

Схема первого скрещивания:

Наблюдается единообразие первого поколения, генотипы особей AaBb (1-й закон Менделя).

Схема второго скрещивания:

Соотношение фенотипов второго поколения: 9 – красные шаровидные; 3 – красные грушевидные; 3 — желтые шаровидные; 1 – желтые грушевидные.
Ответ:
1) генотипы родителей: красные шаровидные плоды – ААВВ, желтые грушевидные плоды – ааbb.
2) генотипы F₁: красные шаровидные АаВb.
3) соотношение фенотипов F₂:
            9 – красные шаровидные;
            3 – красные грушевидные;
            3 — желтые шаровидные;
            1 – желтые грушевидные.

Наследование, сцепленное с полом

Помимо признаков, наследуемых по аутосомному типу, у человека и животных существует огромное количество признаков, которые локализуются в половых хромосомах.

Известно, что у человека, не страдающего какими-либо серьезными генетическими отклонениями, их две (ХХ у женщин; ХУ у мужчин). Большинство признаков несет именно Х хромосома.

Рассмотрим пример решения задач по генетике на данную тему. Возьмем условие из учебника:

Решение данной биологической задачи по генетике будет следующим:

• Как известно, дальтонизм сцеплен с Х хромосомой как рецессивный признак. Обозначим дальтонизм как Ха, а нормальное зрение, как ХА.
• Определим генотип родителем. Если отец имеет нормальное зрение, то он не может быть носителем гена дальтонизма в виду своей половой особенности. Его генотип — ХАУ. Учитывая то, что в семье все-же появился дальтоник, мать была носителем этого дефекта, хотя сама им не страдала. Ее генотип ХАХа.
• Чтобы определить генотипы детей, составим для большего удобства специальную таблицу:

Таким образом мы определили все генотипы в данной задаче по генетике.