Егор Советников
Биология. Генетика. Полный теоретический и практический курс
Введение
Задачи по генетике являются неотъемлемой частью любого варианта ЕГЭ по биологии и регулярно изучаются в школе на уроках. В структуре ЕГЭ по биологии задачам по генетике отведено два номера: задание 4 и задание 28, что суммарно дает 4 первичных балла. Это довольно много, учитывая шаблонность и алгоритмичность данных заданий.
В учебном пособии мы изучим теоретические основы генетики, необходимые для решения задания 28, а затем закрепим их с помощью решения большого числа задач. Что касается задания 4 то его выполнение не вызывает трудностей у учеников, успешно решающих задание 28, поэтому отдельная подготовка к заданию 4 не требуется.
Пособие состоит из трех разделов. Раздел 1 посвящен теоретическим основам генетики. Начинайте с него, если никогда не изучали генетику или имеете слабый уровень по генетике. Если вы умеете решать типичную задачу на дигибриное скрещивание, то можете сразу приступать к Разделу 2. Если вы отлично справляетесь с типичными задачами ЕГЭшного формата, то сразу переходите к Разделу 3, где вас ждут самые нестандартные задачи по генетике.
Учебное пособие все еще находится в стадии разработки, поэтому в нем отсутствуют некоторые разделы и пояснения, могут быть допущены ошибки фактического плана. Любые ваши замечания и пожелания я с удовольствием и благодарностью приму в письменном виде по почте egorsovetnikov@mail.ru или в социальной сети «Вконтакте» vk.com/egorsovetnikov
Я искренне желаю, чтобы каждый из читающих заинтересовался генетикой и отлично сдал предстоящие экзамены.
Успехов и удачи!
Раздел 1. Теория
Основные понятия с объяснениями
Признак любая особенность организма, начиная от строения клетки и протекающих в ней биохимических реакций, заканчивая анатомией всего организма, вплоть до черт характера или заболеваний. В основе признаков лежат белки. За какие-то признаки отвечает один белок, за какие-то много.
Фенотип совокупность признаков организма (не всех, а именно тех, которые рассматриваются в задаче).
Ген единица наследственного материала. С точки зрения материи это часть хромосомы, очень длинная последовательность нуклеотидов ДНК, с которой в дальнейшем может считаться РНК и произойти синтез белка. То есть, это «чертеж» будущего белка, который может отвечать за какой-нибудь конкретный признак. Обозначается какой-нибудь буквой, желательно попроще («A» или «а», но никак не «J» или «w», хотя этого никто не запрещает).
Генотип совокупность генов организма (не всех, а именно тех, которые рассматриваются в задаче).
Таким образом, схему синтеза белка из цитологии:
ДНК РНК Белок
Можно преобразовать в схему проявления признака в генетике:
Ген Белок Признак
Но сам белок нас редко будет интересовать, поэтому упростим еще сильнее:
Ген Признак
Но в генетике есть усложнение, которого нет в цитологии не с любой последовательности ДНК будет считываться РНК и синтезироваться белок. Поэтому схема сложнее:
«Крутые» гены Признак
«Некрутые гены» Нет признака
В чем разница между «крутыми» и «некрутыми» генами? В том, что «крутые» гены подавляют работу «некрутых».
Все гены работают парами (иногда из этого есть исключения). Один ген достается от мамы, другой от папы (иногда и из этого есть исключения, но это не про однополые браки). Получается, каждый ген в паре получен от одного из родителей. Вот один этот ген называется аллелью, а пара генов аллельными генами.
Аллель форма одного и того же гена, представленная в одной хромосоме. Обозначается одной буквой (например, «А» или «а»).
Аллельные гены парные гены, различные формы одного гена (большая буква или маленькая буква).
На материальном уровне это объясняется следующим. У тебя 46 хромосом (если больше или меньше, то у меня для тебя плохие новости). Хромосомы сидят в ядре парами. Хромосомы в паре очень похожи друг на друга по размеру и форме (прямо как ты и пирожок с картошкой в школьной столовке). Такие хромосомы называются гомологичными. В каждой гомологичной хромосоме есть локусы одинаковые места. Вот последовательности ДНК в этих локусах в каждой из гомологичных хромосом и есть понятие аллели. А обе последовательности ДНК называются аллельными (парными) генами.
Обратите внимание, что привычное изображение хромосом в виде Х-образных структур это их визуализация в интерфазе митоза или мейоза, где они удвоены. На самом деле хромосома состоит из одной молекулы ДНК, покрытой белками и выглядит как лопасть пропеллера.
Обратите внимание, что привычное изображение хромосом в виде Х-образных структур это их визуализация в интерфазе митоза или мейоза, где они удвоены. На самом деле хромосома состоит из одной молекулы ДНК, покрытой белками и выглядит как лопасть пропеллера.
Вернемся к «крутым» и «некрутым» генам. Теперь мы знаем, что все гены работают парами. В одной паре может быть либо два «крутых» гена, либо два «некрутых» гена, либо один «крутой» и один «некрутой» ген.
Два «крутых» гена круто работают друг с другом. Два «некрутых» гена, как ни странно, тоже. А вот если встречаются «крутой» и «некрутой» гены, то «крутой» подавляет «некрутого» и забирает у него всю работу.
Доминантный ген это «крутой» ген, который проявляет себя всегда. Обозначается большой буквой. Например, А, В, С.
Доминантный признак это работа хотя бы одного «крутого» гена. Проявляется всегда.
Рецессивный ген это «некрутой» ген, который проявляет себя только когда встречается с другим «некрутым» геном в паре. Обозначается маленькой буквой. Например, а, b, с.
Рецессивный признак это работа всегда только двух «некрутых» генов. Этот признак подавляется.
Гомозигота особь с одинаковыми ко «крутости» генами: либо оба в паре «крутые» (доминантные, то есть, обозначаются АА или ВВ), либо оба в паре «некрутые» (рецессивные, то есть, обозначаются аа или bb). Гомозиготу по-другому называют чистой линией.
Гетерозигота особь с разными по «крутости» генами: один «крутой», а другой «некрутой» (то есть, один доминантный, а второй рецессивный, обозначается как Аа или Bb).
Гамета половая клетка (яйцеклетка или сперматозоид), в которую попадает только одна аллель (буква) из генотипа.
Моногибридное скрещивание скрещивание по одному признаку. Это означает, что остальные признаки при скрещивании не учитываются, независимо от того, разные особи по ним или одинаковые.
Дигибридное скрещивание скрещивание по двум признакам.
Анализирующее скрещивание скрещивание с рецессивной по всем признакам гомозиготой. Применяется для обнаружения в генотипе анализируемой особи «некрутых», рецессивных генов. То есть, скрещивают организм с доминантными признаками и организм с рецессивными признаками. Если среди потомства оказались особи с рецессивным признаком то рецессивные аллели были в анализируемой гетерозиготе с доминантными признаками.
Основные понятия (без объяснений)
Ген единица наследственного материала, участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре белка.
Генотип совокупность генов организма.
Признак любая особенность организма.
Фенотип совокупность признаков организма.
Аллель одна из форм гена. Обозначается одной буквой (большой или маленькой).
Аллельные гены парные гены, различные формы одного гена.
Доминантный признак признак, проявляющийся всегда.
Доминантный ген ген, отвечающий за доминантный признак. Обозначается большой буквой: А или В.
Рецессивный признак признак, который подавляется доминантным признаком. Проявляется только при наличии обоих рецессивных генов в генотипе.
Рецессивный ген ген, отвечающий за рецессивный признак. Обозначается маленькой буквой: а или b.
Гомозигота особь с одним типом аллелей (либо доминантные, либо рецессивные) по одному или нескольким генам. Обозначается одинаковыми буквами: АА или аа. Другое название чистая линия.
Гетерозигота особь с различными типами аллелей (доминантная + рецессивная). Обозначается разными буквами: Аа.
Гамета половая клетка, несущая одну аллель гена.
Моногибридное скрещивание скрещивание по одному признаку.
Дигибридное скрещивание скрещивание по двум признакам.
Анализирующее скрещивание скрещивание с рецессивной гомозиготой для поиска рецессивных аллелей в анализируемой особи.
Обозначения в генетике
P parenta (parents) родители
F fillii (family) потомки, семья, гибриды
F1 гибриды первого поколения
F2 гибриды второго поколения
G gametes гаметы
женский пол
мужской пол
× скрещивание
Иногда в генетике применяются особые обозначения хромосом, аллелей или иных ситуаций:
i0, IA, IB аллели для обозначения генов агглютиногенов при решении задач на группы крови по системе АВ0.
R, r аллели для обозначения генов положительного и отрицательного резус-фактора соответственно при решении задач на резус-фактор.