Завдяки чому Г. Мендель досяг успіхів у дослідженні успадкування ознак?

Свої дослідження з гібридизації рослин Грегор Йоганн Мендель (1822–1884) розпочав ще в 1856 р. Основні ж закономірності спадковості було сформульовано ним в 1865 р. і опубліковано в праці «Досліди над рослинними гібридами».

Основою для формулювання законів спадковості стали багаторічні досліди з схрещування гороху посівного (Pisum sativum), який виявився ідеальним об’єктом досліджень.

Порівняно з іншими видами горох має низку переваг:

1) різноманіття сортів, що різняться контрастними (альтернативними) проявами ознак (наприклад, жовте й зелене забарвлення насінин); 2) нескладне вирощування;

3) самозапилення та перехресне запилення, що зумовлюють можливість штучного схрещування;

4) чітке успадкування ознак. Г. Мендель для досліджень виділив у гороху посівного серед різноманіття його ознак й їхніх проявів лише сім головних: 1 – поверхню насіння; 2 – забарвлення насіння; 3 – забарвлення квіток; 4 – розташування квіток на пагоні; 5 – довжину стебла; 6 – форму бобів; 7 – забарвлення бобів.

Другою особливістю досліджень Г. Менделя було те, що він обирав для дослідів організми, які належали до чистих ліній, тобто організми, в яких у ряді поколінь не спостерігалось розщеплення ознак під час самозапилення. Іншими словами, в рослин, які виростали з жовтого насіння, дозрівали лише жовті насінини, а в рослин із зелених насінин – лише зелені.

В юності Г. Менделя дуже цікавила фізика, він вивчав математику й особливо такі її розділи, як теорія ймовірностей й статистика. Все це дало змогу науковцеві правильно організувати наукове дослідження, обов’язковими умовами якого є:

1) скрупульозне планування усіх дослідів;

2) суворе дотримання всіх методик;

3) точна реєстрація експериментів і фіксування отриманих результатів;

4) отримання достатньої для статистичної обробки кількості даних.

Усі ці умови стали основою гібридологічного методу дослідження спадковості, що його започаткував саме Г. Мендель.

Гібридологічний метод – це схрещування батьківських особин і вивчення нащадків-гібридів з метою визначення особливостей успадкування тих чи інших ознак й властивостей.

Отже, аспекти організації експериментів, започатковані Г. Менделем, є необхідними умовами проведення будь-якого наукового дослідження.

Як відбувається успадкування ознак під час моногібридного схрещування особин?

Свої дослідження Г. Мендель розпочав з моногібридного схрещування, за якого батьківські особини різняться проявами однієї ознаки. Для дослідів було взято рослини чистих ліній із жовтим й зеленим забарвленням насіння. У першому поколінні нащадків усі горошини завжди були лише жовтого кольору.

Явище переважання в гібридів першого покоління проявів ознаки одного з батьків Мендель назвав домінуванням ознак (від лат. dominancio – панування), прояв ознаки в гібридів першого покоління – домінантним, а той, що не проявився, – рецесивним (від лат. recessus – відступ).

Одноманітність першого гібридного покоління та виявлення в гібридів лише домінантного прояву ознаки в сучасній генетиці називається першим законом Менделя, або ЗАКОНОМ ОДНОМАНІТНОСТІ ГІБРИДІВ ПЕРШОГО ПОКОЛІННЯ:

Під час моногібридного схрещування батьківських особин, що різняться проявами однієї ознаки, в потомстві спостерігаються лише домінантні прояви ознаки, й усі нащадки будуть одноманітними як за генотипом, так і за фенотипом.

При схрещуванні гетерозиготних гібридів першого покоління між собою в другому поколінні з’являються особини як з домінантними, так і з рецесивними станами ознак, тобто виникає розщеплення в певних відношеннях.

Розщеплення ознак – явище появи обох проявів ознаки у гібридів другого покоління (F2), отриманих від схрещування гетерозиготних особин.

Так, у дослідах Менделя із 8023 жовтих насінин гороху, отриманих у другому поколінні, було 6022 жовтих і 2001 зелених. Узагальнюючи фактичний матеріал, Мендель дійшов висновку, що у другому поколінні 75 % особин мають домінантний прояв ознаки, а 25 % – рецесивний (розщеплення 3 : 1).

Ця закономірність отримала назву другого закону Менделя, або ЗАКОНУ РОЗЩЕПЛЕННЯ.

Під час моногібридного схрещування двох гібридів першого покоління, які є гетерозиготами, в потомстві спостерігаються розщеплення за фенотипом 3 : 1 і за генотипом 1 : 2 : 1.

Отже, основними закономірностями, що пояснюють успадкування проявів ознаки, є перший та другий закони Менделя.

Якими є основні взаємодії алельних генів?

Основними видами взаємодії алельних генів є повне домінування, неповне домінування, кодомінування та множинний алелізм.

Повне домінування – це форма взаємодії алельних генів, за якої у гетерозиготного організму домінантний алель (А) повністю пригнічує дію рецесивного (а). У результаті такого впливу в гетерозигот спостерігається домінантний прояв ознаки. Прикладом цієї форми взаємодії є успадкування кольору плодів у томата, довжини стебла в гороху та ін.

Неповне домінування – це форма взаємодії алельних генів, за якої у гетерозиготного організму (Āа) домінантний алель (Ā) не повністю пригнічує рецесивний алель (а), внаслідок чого проявляється проміжний стан ознаки. За повного домінування розщеплення за генотипом і фенотипом збігається й становить 1 : 2 : 1.

Прикладами ознак, які успадковуються за неповним домінуванням, є: форма волосся людини (кучеряве, хвилясте й пряме), забарвлення пір’я курей (чорне, зозулясте й біле), забарвлення квітів нічної красуні (червоне, рожеве й біле) та ін.

Множинний алелізм – це явище, за якого ознака в популяції визначається не двома, а декількома алелями. Множинні алелі виникають внаслідок мутації одного гена в різних особин. Так, у людини три алельні гени (їх позначають і 0, ІА, ІВ) в різних поєднаннях визначають 4 групи крові за системою АВ0. Серії множинних алелей визначають також забарвлення хутра в лисиць, колір шерсті гімалайського кролика. У мухи дрозофіли відома серія алелів за геном забарвлення очей, що складається з 12 варіацій: червона, коралова, вишнева, абрикосова, біла та ін.).

Кодомінування – це взаємодія алельних генів, за якої у фенотипі організму проявляються обидва алелі гена. За типом кодомінування в людини успадковується четверта група крові (генотип ІАІВ).

Отже, між алельними генами за участі їхніх функціональних продуктів постійно відбуваються різного роду взаємодії.