Генетика: законы Менделя — разбор для ЕГЭ

Базовые понятия: генотип, фенотип и аллели

Генетика на ЕГЭ пугает многих объёмом терминов, но если разобраться в логике, ты сможешь решать любую задачу за считанные минуты. Начнём с фундамента. Ген — это участок молекулы ДНК, отвечающий за развитие определённого признака (например, цвета семян гороха). В половых клетках и соматических клетках гены находятся в хромосомах. О том, как хромосомы распределяются при делении, подробно описано в статье про митоз и мейоз.

Каждый ген может существовать в нескольких формах — они называются аллелями. У диплоидного организма всегда две копии каждого гена (по одной от мамы и папы):

A — доминантный аллель (подавляющий признак, например, жёлтый цвет)
a — рецессивный аллель (подавляемый признак, например, зелёный цвет)
AA — доминантная гомозигота (чистая линия, одинаковые аллели)
aa — рецессивная гомозигота (проявляет рецессивный признак)
Aa — гетерозигота (проявляет доминантный признак, но несёт скрытый рецессивный)

Генотип — это совокупность всех генов организма (запись буквами: AaBb). Фенотип — совокупность внешних и внутренних признаков (то, что мы видим: «жёлтые гладкие семена»). Запомни: организмы с разным генотипом (AA и Aa) могут иметь абсолютно одинаковый фенотип.

Первый и второй законы Менделя: моногибридное скрещивание

Австрийский монах Грегор Мендель проводил опыты на посевном горохе. При моногибридном скрещивании мы следим за наследованием только одной пары альтернативных признаков (например, цвет семян: жёлтый или зелёный).

Первый закон Менделя (закон единообразия гибридов первого поколения): при скрещивании двух гомозиготных особей с противоположными признаками всё потомство F₁ получается единообразным как по генотипу, так и по фенотипу.

P: ♀ AA (жёлтые) × ♂ aa (зелёные)
G: A | a
F₁: Aa (100% жёлтые)

Второй закон Менделя (закон расщепления): при скрещивании гибридов первого поколения (гетерозигот) между собой во втором поколении F₂ наблюдается расщепление по фенотипу 3:1 (75% с доминантным признаком, 25% с рецессивным) и по генотипу 1:2:1.

P (F₁ × F₁): ♀ Aa (жёлт.) × ♂ Aa (жёлт.)
G: A, a | A, a
F₂: 1 AA (жёлт.) : 2 Aa (жёлт.) : 1 aa (зелен.)

Третий закон Менделя и независимое наследование

Когда Мендель решил проследить наследование сразу двух независимых признаков (например, цвет семян и их форму), он провёл дигибридное скрещивание. Пусть A — жёлтый цвет, a — зелёный цвет, B — гладкая форма, b — морщинистая форма.

Третий закон Менделя (закон независимого наследования): гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях, если они расположены в разных парах негомологичных хромосом.

P: ♀ AABB (жёлтые гладкие) × ♂ aabb (зелёные морщинистые)
G: AB | ab
F₁: AaBb (100% жёлтые гладкие)

Дигетерозигота AaBb образует 4 типа гамет в равных долях (по 25%): AB, Ab, aB, ab. Это происходит благодаря случайному расхождению хромосом в анафазе I мейоза. Похожие принципы лежат и в основе наследования многих признаков человека, подробнее об этом читай в теме генетика человека и задачи.

Решётка Пеннета и классическое расщепление 9:3:3:1

Чтобы не запутаться при скрещивании дигетерозигот (AaBb × AaBb), английский генетик Реджинальд Пеннет предложил специальную таблицу — решётку Пеннета. По горизонтали выписывают женские гаметы, по вертикали — мужские, а на пересечениях получают генотипы потомков.

Всего образуется 16 комбинаций, которые объединяются в 4 фенотипические группы с классическим соотношением 9:3:3:1:

Фенотипическая группа	Доля потомства	Генотипы	Пример признака
Доминантный по обоим признакам (A_B_)	9 / 16 (56,25%)	AABB (1), AABb (2), AaBB (2), AaBb (4)	Жёлтые гладкие
Доминантный по 1-му, рецессивный по 2-му (A_bb)	3 / 16 (18,75%)	AAbb (1), Aabb (2)	Жёлтые морщинистые
Рецессивный по 1-му, доминантный по 2-му (aaB_)	3 / 16 (18,75%)	aaBB (1), aaBb (2)	Зелёные гладкие
Рецессивный по обоим признакам (aabb)	1 / 16 (6,25%)	aabb (1)	Зелёные морщинистые

Обрати внимание: если рассматривать каждый признак отдельно, расщепление по цвету составит (9+3):(3+1) = 12:4 = 3:1, и по форме семян (9+3):(3+1) = 12:4 = 3:1. Это доказывает независимость их наследования.

Анализирующее скрещивание

Представь ситуацию: перед тобой растение с жёлтыми гладкими семенами. Какой у него точный генотип: AABB, AaBB, AABb или AaBb? По фенотипу определить невозможно. Для этого проводят анализирующее скрещивание — скрещивание особи с доминантным фенотипом с рецессивной гомозиготой (aa или aabb).

Рецессивная особь образует гаметы только одного типа (ab), несущие рецессивные аллели. Поэтому фенотип потомства целиком зависит от того, какие гаметы отдаст исследуемый организм:

Вариант 1 (исходная особь гомозиготна):
P: AA × aa → F₁: Aa (100% единообразие, расщепления нет)

Вариант 2 (исходная особь гетерозиготна):
P: Aa × aa → F₁: 1 Aa (доминантный) : 1 aa (рецессивный) — расщепление 1:1

Для дигетерозиготы:
P: AaBb × aabb → F₁: 1 AaBb : 1 Aabb : 1 aaBb : 1 aabb — расщепление 1:1:1:1 (по 25% каждого фенотипа)

Если в задаче №28 на анализирующее скрещивание дигетерозиготы ты видишь расщепление 1:1:1:1 — перед тобой независимое наследование (3-й закон Менделя). Если соотношение другое — гены сцеплены.

Алгоритм решения задач и что нужно запомнить

Молекулярные механизмы передачи признаков тесно связаны со строением ядра и ДНК, о чём мы говорили в материале про строение и состав клетки. Чтобы уверенно оформлять задачи второй части ЕГЭ по генетике, держи чёткий алгоритм:

1. Введи буквенные обозначения генов (дано).
2. Запиши генотипы родителей (P) с указанием фенотипов и пола (♀, ♂).
3. Выпиши типы гамет (G) каждого родителя в кружочках или через запятую.
4. Составь решётку Пеннета или распиши генотипы потомства (F₁ / F₂).
5. Укажи фенотипы потомков и соотношение расщепления.
6. Дай ответ на дополнительные вопросы задачи с пояснением закона.

Что запомнить для экзамена: 1-й закон — 100% единообразие гибридов; 2-й закон — расщепление 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу; 3-й закон — независимое расщепление 9:3:3:1 для негомологичных хромосом; анализирующее скрещивание с рецессивной гомозиготой даёт расщепление 1:1 или 1:1:1:1.