На уроках биологии можно узнать, что дети получают наследственные признаки родителей благодаря генам. Это утверждение касается не только людей, но и всех живых существ на планете. Биологически значимые структурные единицы представляют собой отрезок ДНК, который определяет последовательность полипептидов. В 11 классе осваивают типы, виды аллельных генов и их взаимодействие. К изучению основных понятий нужно подойти ответственно, чтобы получить высокий балл по ЕГЭ.
Краткое описание
В греческом языке понятие «аллельность» означает взаимосвязь. Впервые этот термин был введён датским учёным В. Иогансеном в начале ХХ века. В это же время появились такие понятия, как «генотип» и «фенотип». Этим учёным также был открыт закон наследственности под названием «Чистая линия», который стал настоящим открытием.
Для проведения своих опытов В. Иогансен использовал исключительно растительный материал. Учёный определил, что в пределах одинакового участка хромосом одни и те же гены могут менять свою форму. Этот эффект оказывает влияние на разнообразие каких-либо родительских признаков. Такие гены были названы аллельными. Большое значение имеет то, что в природе многие существа обладают диплоидным организмом (все хромосомы представлены попарно).
В конкретном рассматриваемом случае может присутствовать два одинаковых или разных аллельных гена. В первом случае речь касается гомозиготного типа, в котором все наследственные признаки являются идентичными. Второй случай — гетерозиготный. Учёным было установлено, что наследственные признаки могут различаться, так как в хромосомах копии аллелей отличаются друг от друга. Но в природе есть место и феноменам.
Особенность неаллельных генов в том, что они расположены в разных участках хромосом и кодируют неодинаковые белки.
Гомозиготы и гетерозиготы
В генетике доминантный ген обозначают большой буквой (к примеру, A), а рецессивный — малой (a). Если речь касается гетерозиготной особи, тогда её генотип будет выглядеть так — Aa. Гомозиготные живые организмы обозначаются как AA или aa. Когда наблюдается полное доминирование, то генотипы AA и Aa будут наделены абсолютно одинаковыми фенотипами.
Все аллели в гомозиготных организмах представлены только рецессивными либо доминантными генами. В обеих хромосомах присутствуют одинаковые яйцеклетки. В гомозиготных особях они кодируют похожие признаки (например, розы с белым цветом лепестков). Благодаря этому всё потомство унаследует такой же генотип и фенотип.
Гетерозиготами называются те организмы, в которых аллели обладают рецессивными и доминантными генами. В биологии также существует такое понятие, как гетерозиготность. В этом случае в гомологичных участках хромосом присутствуют разные аллельные гены. Фенотип у таких организмов всегда будет одинаковым, а определяться он будет доминантным геном. К примеру, А — зелёные глаза, а — карие глаза. У особи с генотипом Аа будет зелёный цвет глаз.
Гемизиготой называют тот организм, который обладает одним аллельным геном. Но он рецессивный, из-за чего всегда будет проявляться на фенотипическом уровне. В природе гемизигота присутствует в половых хромосомах.
Гетерозиготные организмы отличаются тем, что они склонны к расщеплению. В процессе скрещивания двух особей в первом поколении можно получить такой результат: по генотипу 1:2:1, а по фенотипу — 3:1. В качестве примера можно рассмотреть наследование цвета волос. A — аллель доминантного типа по признаку тёмных волос, a — рецессивного (светлый тон). Результат будет выглядеть так:
- Г: A, a, A, a.
- Р: Aa х Aa.
- П: AA:2Aa:aa.
Г — гаметы, р — родители, п — потомство. По этой схеме наглядно можно увидеть, что вероятность унаследовать от родителей доминантный признак в 3 раза выше, чем рецессивный.
Закономерности наследования признаков
Настоящий прорыв в биологии был совершён благодаря стараниям Г. Менделя. Закономерности наследования признаков основаны на следующих фактах:
- В биологии есть такое понятие, как мейоз (деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза). В этом случае пара аллелей расщепляется, после чего они присоединяются к разным гаметам. Именно к таким выводам пришёл Мендель в своих научных работах.
- Каждый отдельный признак в организме контролируется парой аллелей конкретного гена.
- Отцовский и материнский организмы в равных долях принимают участие в передаче потомкам своих наследственных факторов. Новому поколению достаётся от каждого родителя только по одному аллелю. Это утверждение характерно для каждого признака.
- Аллели передаются из одного поколения в другое как неизменная дискретная единица наследственности.
- Определённой специфичностью отличается процесс образования женских и мужских гамет. В каждую из них может попасть только 1 аллель из пары.
Изменчивость одного и того же признака может находиться под контролем одного главного гена либо полигена. В качестве примера можно рассмотреть такое заболевание, как карликовость у человека. Серьёзные отклонения в росте нормальной популяции индивидов характерны для полигенной изменчивости. Это явление описано в законе Менделя. Широко распространённые патологии человека (например, бронхиальная астма, артериальная гипертензия, сахарный диабет) наследуются полигенно. Форма заболевания зависит не только от общего принципа действия различных генов, но и от провоцирующих сопутствующих факторов.
В природе неоднократно были зафиксированы случаи, когда наследование качественных признаков происходило именно полигенно. Конечный результат не зависит от количества доминантных аллелей в генотипе. Речь касается некумулятивной полимерии. Альтернативными в биологии принято называть взаимоисключающие, контрастные факторы. Аллелизм представляет собой явление парности признаков организма, которые исключают друг друга.
Степень взаимодействия и способы обозначения
В научной среде для определения аллелей принято использовать первые буквы названия гена. Большая буква указывает на доминантную единицу. Рядом обязательно обозначают порядковый номер видоизменённой генной формы. В русском языке термин «аллель» можно употреблять не только в женском, но и в мужском роде.
Степень взаимодействия аллельных генов можно разделить сразу на несколько категорий:
- Неполное доминирование. Доминантный ген частично подавляет признаки рецессивного аллеля. Наглядно этот процесс можно увидеть на примере жёлтых и красных цветов. Признак цвета определяется гомозиготным состоянием. После скрещивания этих двух растений можно будет вывести новый цветок, лепестки которого будут окрашены в красный и жёлтый цвет.
- Полное доминирование. Этот вариант взаимодействия требует меньше всего внимания. В этой ситуации доминантный ген полностью подавляет рецессивный аллель.
- Кодоминирование. У потомка появятся совершенно новые признаки, которых не было у его родителей. В качестве примера можно изучить наследование младенцем группы крови. Если у матери и отца I группа, тогда у всех наследников тоже будут такие показатели. Но когда мама является носительницей II (АО), а папа — II (ВО), то у них может родиться ребёнок с любой группой крови.
- Сверхдоминирование. Особенность этого взаимодействия состоит в том, что у гетерозиготного потомка основные признаки будут проявляться гораздо интенсивнее, нежели у гомозиготных предков. Сверхдоминирование используется в качестве основы гетерозиса. Объяснить эту взаимосвязь можно тем, что потомки превосходят своих родителей. Это касается не только жизнеспособности, но и всех остальных факторов.
Что касается гипотетической идеальной популяции, частота генотипов остаётся прежней и подчиняется специальному закону Харди-Вайнберга.
Ключевые особенности
При скрещивании гороха Мендель заметил, что в некоторых случаях выращиваемое растение с длинными и короткими листьями позволяет получить потомство со средней длиной листа. Это промежуточный характер наследования, который учёный не смог объяснить. Только через некоторое время выяснилось, что действие рецессивных генов могут подавлять доминантные аллели. Но каждая ситуация должна быть проанализирована в индивидуальном порядке. К примеру, рецессивные аллели не кодируют пигментный белок, из-за чего окраска остаётся белой, а в случае с доминантными генами ситуация совершенно противоположная.
Закон неполного доминирования не противоречит первому закону Менделя, а только вносит свои поправки. Это значит, что всё первое поколение будет единообразным и унаследует признак одного из родителей. При неполном доминировании все особи проявляют промежуточные либо смешанные характеристики. Основная причина модификации менделевского расщепления по фенотипу связана с тем, что неаллельные гены взаимодействуют между собой.
Исключения из правил
В природе встречаются ситуации, когда гомогаметная особь содержит половые клетки с одинаковым набором хромосом, но со временем одна из них теряет свою прежнюю подвижность либо становится вовсе не активной. Среди людей такое состояние чаще всего можно наблюдать у женщин, а вот у бабочек ситуация противоположная. Когда речь касается аллельного исключения, то экспрессироваться может только одна из двух имеющихся хромосом. Вторая единица скручивается в спираль и становится неактивной. В биологии такая хромосома называется тельцем Барра. Структура отличается своей мозаичностью.
В медицинской отрасли аллельное исключение прослеживается в отношении В-лимфоцитов. Синтез антител доступен только по отношению к определённым антигенам. Каждый лимфоцит наделён возможностью самостоятельно определится между активностью материнского или отцовского аллеля. На уроках биологии можно узнать, что один ген имеет не только две, но и более форм. При выращивании растений такое явление проявляется разнообразием полосок на листьях, а в случае с животными можно получить неожиданный окрас.
