Биология предисловие

К фототаксису способны только двужгутиковые хламидомонады. Их 50% от всей популяции. В светлой части их станет в 2 раза больше. Но они будут неодинаковы по генотипу.

Соотношение по генотипам в освещенной части в конце эксперимента станет.

42 × 2 = 84 частей ift^ts UNI2 (56%) – двужгутиковые при t = +16°С,

без жгутиков при t = +28°С

8 × 2 = 16 частей IFT UNI2 (10,7%) – двужгутиковые при любой температуре.

42 частей IFT uni2 (28%) – одножгутиковые при любой температуре.

8 частей ift^ts uni2 (5,3%) – одножгутиковые при t = +16°С,

без жгутиков при t = +28°С.

(суммарно 150 частей, от которых и рассчитано процентное соотношение).

При выращивании при t = +28°С аллель ift^ts будет фенотипически проявляться, т.е. в пробе из светлой части окажется:

10,7% двужгутиковых IFT UNI2.

28% одножгутиковых IFT uni2.

61,3% без жгутиков ift^ts UNI2 (56%) + ift^ts uni2 (5,3%).

Или 8 (двужгутиковые) : 21 (одножгутиковые) : 42 (без жгутиков).

Таким образом, соотношение по генотипам в освещенной части в конце эксперимента станет.

42 частей ift^ts UNI2 (38,9%) – двужгутиковые при t = +16°С, без жгутиков при t = +28°С

8 × 2 = 16 частей IFT UNI2 (14,8%) – двужгутиковые при любой температуре.

42 частей IFT uni2 (38,9%) – одножгутиковые при любой температуре.

8 частей ift^ts uni2 (7,4%) – одножгутиковые при t = +16°С, без жгутиков при t = +28°С.

(суммарно 108 частей, от которых и рассчитано процентное соотношение).

По фенотипу нужно просуммировать безжгутиковых особей ift^ts UNI2 и ift^ts uni2. Таким образом, распределение окажется

Или 8 (двужгутиковые) : 21 (одножгутиковые) : 25 (без жгутиков).

Результаты скрещиваний, в которых участвовали одни и те же линии растений. Число мутантных аллелей у каждого из родителей минимально.

Для начала представим некоторые варианты цепочки превращений веществ друг в друга. Например, из предшественника W сначала синтезируется пигмент V, а затем из него – пигмент U (линейная последовательность).

Если все гены будут представлены доминантными (функциональными) аллелями, лепестки приобретут окраску U (промежуточное вещество V по условию не накапливается). Генотип растений с окраской U будет следующим: WW VV UU.

Чтобы лепестки остались белыми, вещество W не должно превратиться ни в одно из последующих веществ. Это может быть только в том случае, если ген V представлен рецессивным мутантным аллелем v. Какими аллелями должны быть представлены гены W и U? По условию Число мутантных аллелей у каждого из родителей минимально. Это означает, что остальные гены представлены доминантными аллелями.

Таким образом, генотип белых растений WW vv UU.

Чтобы растения обладали окраской V, вещество V не должно превращаться в вещество U. Это возможно только при генотипе WW VV uu.

Теперь рассмотрим, как должны вести себя признаки при скрещиваниях в разных вариантах.

F₁: WW Vv UU (Окраска U)

F₂: WW VV UU (Окраска U) + 2WW Vv UU (Окраска U) + WW vv UU (Белые)

по фенотипам – классическое моногибридное скрещивание.

3 с окраской U : 1 белые.
Р: WW VV uu (Окраска V) × WW VV UU (Окраска U)

F₁: WW VV Uu (Окраска U)

F₂: WW VV UU (Окраска U) + 2WW VV Uu (Окраска U) + WW VV uu (Окраска V)

по фенотипам – классическое моногибридное скрещивание.

3 с окраской U : 1 с окраской V.

Заметим, что доминировать будет окраска, обусловленная тем веществом, которое стоит в конце биохимической цепочки.

F₁: WW Vv Uu (Окраска U!)

F₂: 9WW V- U- (Окраска U) : 3WW vv U- (Белые) : 3WW V- uu (Окраска V) : 1 WW vv uu (Белые).

Получилось типичное расщепление как при дигибридном скрещивании. Единственная поправка – белыми оказались также и двойные гомозиготы vv uu.

Таким образом, если мы имеем дело с промежуточным продуктом биосинтеза, то при скрещивании белых растений с окрашенными окраска в первом поколении не совпадает с окраской ни одного из родителей. Во втором поколении будет расщепление по двум генам. У потомков F₂ присутствуют все окраски, которые наблюдались у родителей и первого поколения гибридов.
Этап 2. Поиск соответствия результатов скрещивания линейной модели.

Теперь найдём все варианты скрещивания из таблицы, которые подходят под линейную модель биосинтеза. Сначала проанализируем все случаи моногибридного скрещивания.

Скрещивание №5 (см. таблицу).

Р: Пурпурные × Красные; F₁: Все красные;

F₂: 3 красные : 1 пурпурные.

Скрещивание №7.

Р: Пурпурные × Синие; F₁: Все синие;

F₂: 3 синие : 1 пурпурные

Из этих данных следует, что на последнем этапе биосинтеза из вещества P получается R (красные).

В цепочке биосинтеза перед синим пигментом B также присутствует вещество P (пурпурные).

Теперь найдём все варианты дигибридных скрещиваний, в которых 1) новая окраска не появляется и 2) соотношение фенотипов 9 : 4 : 3. Таких вариантов оказывается довольно много.

Скрещивание №2.

Р: Белые × Красные; F₁: Все фиолетовые;

F₂: 9 фиолетовые : 4 белые : 3 красные.

Скрещивание №3.

Р: Белые × Желтые; F₁: Все фиолетовые;

F₂: 9 фиолетовые : 4 белые : 3 жёлтые.

Скрещивание №4.

Р: Белые × Синие; F₁: Все фиолетовые;

F₂: 9 фиолетовые : 4 белые : 3 синие.

Скрещивание №8.

Р: Красные × Жёлтые; F₁: Все фиолетовые;

F₂: 9 фиолетовые : 4 жёлтые : 3 красные.

Скрещивание №9.

Р: Красные × Синие; F₁: Все фиолетовые;

F₂: 9 фиолетовые : 3 красные : 3 синие : 1 пурпурные.

Скрещивание №10.

Р: Жёлтые × Синие; F₁: Все фиолетовые;

F₂: 9 фиолетовые : 4 жёлтые : 3 синие.

Во всех дигибридных скрещиваниях в первом поколении появляется фиолетовая окраска (фиолетовый пигмент не приведён в условии).
Этап 3. Составление модели развилки путей биосинтеза.

В некоторых скрещиваниях возникает окраска, которой не было ни у одной из родительских форм. В частности, в первом и втором поколении присутствуют растения с фиолетовыми лепестками. Логично предположить, что такую окраску может давать сочетание пигментов.

Например:

фиолетовый = красный + синий

Пигменты могут сочетаться только в одном случае – если они принадлежат разным цепочкам биосинтеза (по условию промежуточные продукты не накапливаются!).

Это означает, что в пути биосинтеза есть разветвление: из одного и того же исходного вещества может получиться не один, а несколько продуктов.

Рассмотрим простейшую развилку, когда из одного предшественника может синтезироваться два вещества.

Если все гены представлены доминантными (функциональными) аллелями, то возникает сочетание цветов V и Z. Теперь, чтобы получить окраску U, необходимо прервать не одну, а две биохимические реакции. Это возможно при генотипе UU vv zz.

Предположим, что мы скрещиваем растения с окрасками U и Х:

Р: uu VV ZZ (окраска Х) × UU vv zz (окраска U)

F₁: Uu Vv Zz (окраска V + Z)

Т. е. в первом поколении будет происходить активация обоих ветвей биосинтеза!

F₂ даст довольно много сочетаний аллелей:

27 U-V-Z : 9 uu V-Z- : 9 U-vvZ- : 9 U-V-zz : 3 uuV-zz : 3 uuvvZ- : 3 U-vvzz : 1 uuvvzz. Самый большой класс потомков – это со смешанной окраской, характерной для конечных продуктов в обеих цепочках биосинтеза. Если анализируются предшественник и продукт, которые оказались в одной цепочке (как вещества X и U), то все гомозиготы uu будут иметь окраску Х. Таких окажется 9 uu V-Z- + 3 uuV-zz + 3 uuvvZ- + 1 uuvvzz = 16, т. е., 25% от общего числа потомков (фактически 3 [прочих] : 1 [окраска X]), что мы видели, обсуждая линейную последовательность. Если же отношения (предшественник → продукт) между обсуждаемыми веществами нет, то картина расщепления может оказаться более сложной.
Этап 4. Поиск соответствия результатов скрещивания разветвлённой модели.

Скрещивание №1.

Р: Белые × Пурпурные; F₁: Все фиолетовые;

F₂: 27 фиолетовые : 16 белые : 9 красные : 9 синие :

Скрещивание №6.

Р: Пурпурные × Жёлтые; F₁: Все фиолетовые;

F₂: 27 фиолетовые : 16 жёлтые : 9 красные : 9 синие :

Результаты скрещивания явно свидетельствуют о развилках. При этом отношение (предшественник → продукт), судя по расщеплению, наблюдается в обоих тригибридных случаях. При скрещиваниях между белыми и пурпурными предшественником будет W, а при скрещиваниях между жёлтыми и пурпурными предшественником будет Y.

Таким образом, жёлтый пигмент стоит в цепи биосинтеза раньше, чем пурпурный, а из пурпурного образуются как красный, так и синий. Теперь мы можем составить полную схему биохимических превращений.



Этап 5. Генотипы родительских растений

Исходя из условия задачи, генотипы нужно составить так, чтобы число мутантных аллелей было минимальным.

Чтобы лепестки оставались белыми, вещество W не должно превратиться в Y.

Генотип белых растений: WW yy PP RR BB.

Чтобы образовался только жёлтый пигмент, ген Y должен быть представлен доминантным аллелем. Но жёлтый пигмент не должен превращаться в пурпурный.

Чтобы образовался только пурпурный пигмент, вещество P не должно превратиться ни в R, ни в B. Гены Y и P должны быть представлены доминантными аллелями.

Чтобы лепестки были синими, все ферменты в цепочке между W и B должны работать, а синтеза красного пигмента не должно быть.

Рассуждая аналогично, можно предложить

Теперь нужно подобрать пару генотипов родительских растений с белыми лепестками, у которых все потомки первого поколения будут синими.

Для получения синей окраски необходимы аллели Y, P и В, но красный пигмент не должен образоваться.

Таким условиям удовлетворяет генотип W- Y- P- B- rr.

Одного из родителей с белыми лепестками легко предложить. Достаточно прервать биосинтез между W и Y.

WW yy PP BB rr

У второго родителя должен присутствовать аллель Y (иначе у потомков не будет синтезироваться жёлтый и все последующие пигменты). Но, в то же время, лепестки должны остаться белыми! Это возможно в том случае, если не синтезируется исходное вещество W (лепестки также будут белыми – ведь ни один из пигментов не может образоваться без W).

Р: WW yy PP BB rr (Белые) × ww YY PP BB rr (Белые)

F₁: Ww Yy PP BB rr (Синие)

F₂: 9 W- Y- PP BB rr (Синие) : 3 ww Y- PP BB rr (Белые) : 3 W- yy PP BB rr (Белые) : 1 ww yy PP BB rr (Белые)

Итого: 9 синие : 7 белые

Список литературы.

Тэйлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология (в 3-х томах). М.: Бином, 2013. 1340 с.

Белякова и др. Словарь биологических терминов. М.: Изд-во Московского университета. 288 с.

Беркинблит М.Б. и др. Почти 200 задач по генетике. М: МИРОС, 1992. 120 с.

Авторы заданий: Асеев В.В., Чуб В.В., Богомолова Е.В., Ростовцева Е.Л., Мартьянов А.А., Мурашов В.В., Лабунская Е.А.