Тема. ЗАКОНОМІРНОСТІ СПАДКОВОСТІ

 

УРОК 7. ХРОМОСОМНА ТЕОРІЯ СПАДКОВОСТІ

 

 

 

Цілі уроку: ознайомити учнів з основними положеннями хромосомної теорії спадковості, історією її виникнення та значенням для науки й сільського господарства; розвивати вміння аналізувати інформацію й висувати гіпотези для пояснення спостережень; виховувати вміння прислухатися до чужих ідей та критично сприймати інформацію.

 

Обладнання й матеріали: портрет Т. Моргана, таблиці або слайди презентації з поясненням основних положень хромосомної теорії спадковості, зображення хромосом і хромосомних наборів окремих видів живих організмів.

 

Базові поняття й терміни: хромосома, група зчеплення, зчеплене успадкування, гомологічні хромосоми, мейоз, кросинговер.

 

 

 

ХІД УРОКУ

 

I. Організаційний етап

 

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

 

Питання для бесіди

 

1. Коли були повторно відкриті закони Г. Менделя?

 

2. Які цитологічні основи мають закони Г. Менделя?

 

3. Чому закони Г. Менделя мають статистичний характер?

 

4. Яке практичне значення для людини мають закони Г. Менделя?

 

III. Вивчення нового матеріалу

 

Розповідь учителя з елементами бесіди

 

Учені встановили, що кількість спадкових ознак організму значно перевищує число хромосом гаплоїдного набору. Так, у гаплоїдному наборі класичного об’єкта генетичних досліджень — мухи-дрозофіли — є лише чотири хромосоми, але число спадкових ознак і, відповідно, генів, які їх визначають, безсумнівно, значно більше. Це означає, що в кожній хромосомі розміщено багато генів. Тож разом з ознаками, які успадковуються незалежно, мають існувати й такі, що успадковуються зчеплено одна з одною, бо вони визначаються генами, розташованими в одній хромосомі. Такі гени утворюють групу зчеплення. Кількість груп зчеплення в організмів певного виду дорівнює кількості хромосом у гаплоїдному наборі (наприклад, у дрозофіли 1n = 4, у людини 1n = 23). Цей факт і було покладено в основу хромосомної теорії спадковості.

 

Хромосомна теорія спадковості, в основному, була сформована на початку XX століття Т. X. Морганом та його учнями.

 

 

 

Основні положення хромосомної теорії спадковості

 

 

 

• Матеріальною основою спадковості є хромосоми.

 

• Гени розташовані в хромосомах у лінійній послідовності.

 

• Гени, локалізовані в одній хромосомі, складають одну групу зчеплення і передаються нащадкам разом.

 

• Кількість груп зчеплення дорівнює гаплоїдному числу хромосом.

 

• Гаплоїдне число хромосом є постійним для кожного виду.

 

• Ознаки, які визначаються зчепленими генами, також успадковуються зчеплено.

 

• Зчеплене успадкування генів може порушуватися внаслідок перехрещування хромосом (кросинговеру), який відбувається між гомологічними хромосомами у процесі мейозу.

 

Слід зазначити, що Т. X. Морган вдало обрав об’єкт для своїх досліджень. Він обрав муху-дрозофілу, яка згодом стала класичним об’єктом для генетичних експериментів. Дрозофіл легко утримувати в лабораторіях, вони мають значну плодючість, швидку зміну поколінь (за оптимальних умов утримання нове покоління виникає кожні півтора-два тижні) та невелику кількість хромосом, що спрощує спостереження.

 

Явище зчепленого успадкування Т. X. Морган встановив у такому досліді. Самців дрозофіли, гомозиготних за домінантними алелями забарвлення тіла (сіре) та формою крил (нормальні), схрестили із самками, гомозиготними за відповідними рецесивними алелями (чорне тіло — недорозвинені крила). Генотипи цих особин позначили відповідно EEYY та ееуу. Усі гібриди першого покоління мали сіре тіло й нормальні крила, тобто були гетерозиготними за обома парами алелів (генотип — EeYy). Потім гібридів схрестили з особинами, гомозиготними за відповідними рецесивними алелями (тобто провели аналізуюче схрещування).

 

Теоретично можна було очікувати два варіанти розщеплення. Якби гени, що зумовлюють забарвлення тіла й форму крил, містилися в негомологічних хромосомах, тобто успадковувалися незалежно, розщеплення мало бути таким: 25 % особин із сірим тілом і нормальними крилами, 25 % — із сірим тілом і недорозвиненими крилами, ще 25 % — з чорним тілом і нормальними крилами та 25 % — з чорним тілом і недорозвиненими крилами (тобто у співвідношенні — 1:1:1:1). Якби ці гени розміщувалися в одній хромосомі й успадковувалися зчеплено, то було б отримано 50 % особин із сірим тілом і нормальними крилами та 50 % — з чорним тілом і недорозвиненими крилами (тобто 1:1).

 

Насправді 41,5 % особин мали сіре тіло й нормальні крила, 41,5 % — чорне тіло й недорозвинені крила, 8,5 % — сіре тіло й недорозвинені крила і 8,5 % — чорне тіло й нормальні крила, тобто розщеплення наближувалося до співвідношення фенотипів 1:1 (як у разі зчепленого успадкування), але разом з тим проявилися всі чотири варіанти фенотипу (як у випадку незалежного успадкування). На підставі цих даних Т. X. Морган припустив, що гени, які визначають забарвлення тіла й форму крил, розташовані в одній хромосомі, але в процесі мейозу під час утворення гамет гомологічні хромосоми можуть обмінюватися ділянками, тобто має місце явище, яке дістало назву перехрест хромосом, або кросинговер.

 

Кросинговер — обмін ділянками гомологічних хромосом у процесі клітинного поділу, переважно в профазі першого мейотичного поділу, іноді в мітозі. Дослідами Т. Моргана, К. Бріджеса й А. Стертеванта було показано, що немає абсолютно повного зчеплення генів, за якого гени передавалися б завжди разом. Імовірність того, що два гени, локалізовані в одній хромосомі, не розійдуться в процесі мейозу, коливається в межах 1-0,5. У природі переважає неповне зчеплення, зумовлене перехрестом гомологічних хромосом і рекомбінацією генів.

 

Цитологічна картина кросинговеру була вперше описана датським ученим Ф. Янсенсом. Кросинговер проявляється тільки тоді, коли гени знаходяться в гетерозиготному стані (АВ/ав). Якщо гени в гомозиготному стані (АВ/АВ або аВ/аВ), обмін ідентичними ділянками не дає нових комбінацій генів у гаметах і в поколінні. Частота (відсоток) перехресту між генами залежить від відстані між ними: чим далі вони розташовані один від одного, тим частіше відбувається кросинговер. Т. Морган запропонував відстань між генами вимірювати кросинговером у відсотках, за формулою:

 

N1/N2 х 100 = % кросинговеру,

 

де N1 — загальне число особин у F1;

 

N2 — сумарне число кросоверних особин.

 

Заслуги Т. X. Моргана було увічнено в назві одиниці вимірювання кросинговеру. Відрізок хромосоми, на якому здійснюється 1 % кросинговеру, дорівнює одній морганіді (умовна міра відстані між генами). Частоту кросинговеру використовують для того, щоб визначити взаємне розміщення генів і відстань між ними.

 

Генетики розрізняють декілька типів кросинговеру: подвійний, множинний (складний), неправильний, нерівний. Кросинговер призводить до нового поєднання генів, що викликає зміну фенотипу. Крім того, він поряд з мутаціями є важливим фактором еволюції організмів.

 

IV. Практична робота

 

Тема. Розв’язання типових задач з генетики (моно- й дигібридне схрещування)

 

Мета: закріпити в учнів навички розв’язання типових задач з генетики (моно- й дигібридне схрещування).

 

Обладнання й матеріали: таблиці із зображенням схем законів Г. Менделя, роздавальні картки із задачами, підручник, робочий зошит.

 

Хід роботи

 

1. Розв’яжіть наведені на роздавальній картці задачі з моногібридного схрещування. Розв’язання запишіть у зошиті.

 

Задачі з роздавальної картки

 

Задача 1. У квасолі чорне забарвлення насінин (А) домінує над білим (а). Визначте генотипи й фенотипи нащадків у схрещуванні Аа х Аа.

 

Задача 2. У дрозофіли сірий колір тіла домінує над чорним. Усі нащадки від схрещування сірої та чорної мух мали сіре забарвлення. Визначте генотипи батьків.

 

2. Розв’яжіть наведені на роздавальній картці задачі з дигібридного схрещування. Розв’язання запишіть у зошиті.

 

Задачі з роздавальної картки

 

Задача 3. У томатів червоне забарвлення плодів (R) домінує над жовтим (r), а високорослість (Н) — над карликовостю (h). Визначте генотипи й фенотипи нащадків у схрещуванні RrHh х rrhh.

 

Задача 4. У дрозофіли сірий колір тіла (В) домінує над чорним (b), а нормальні крила (V) — над зачатковими (v). Визначте генотипи батьків, якщо від схрещування двох сірих мух з нормальними крилами народилося 90 сірих мух з нормальними крилами, 32 сірі мухи із зачатковими крилами, 27 чорних мух з нормальними крилами й 10 чорних мух із зачатковими крилами.

 

V. Домашнє завдання