Читать книгу Биология: путь к пониманию жизни – от клеточных механизмов до эволюции видов. Цикл: учебники и учебные пособия по биологии, сельскому хозяйству, зоологии, анатомии и агрономии - - Страница 8

Законы Менделя являются основополагающими принципами генетики и были впервые сформулированы австрийским монахом Грегором Менделем в середине XIX века. Эти законы описывают механизмы наследования признаков у организмов и позволяют предсказывать вероятность появления тех или иных характеристик у потомства.

Грегор Мендель (1822—1884) проводил свои исследования на горохе (Pisum sativum), используя для экспериментов чистые линии растений с различными признаками, такими как цвет семян, форма семян и высота стебля. Его работа заложила основы современной генетики, хотя признание пришло к нему только после его смерти.

Основные понятия:

– Ген: единица наследственной информации, которая определяет конкретный признак организма. Гены находятся в хромосомах и состоят из ДНК.

– Аллель: одна из двух или более форм гена, определяющая альтернативные варианты одного и того же признака. Например, ген цвета семян может иметь две аллели: желтую и зеленую.

– Фенотип: совокупность внешних проявлений признаков организма, которые определяются взаимодействием генотипа и окружающей среды.

– Генотип: набор генов организма, который определяет его потенциальные признаки.

– Гаметы: половые клетки, содержащие половину набора хромосом от каждого родителя. У человека это сперматозоиды и яйцеклетки.

– Зигота: клетка, образующаяся при слиянии мужской и женской гамет, содержащая полный набор хромосом.

Первый закон Менделя – Закон сегрегации

Этот закон утверждает, что каждая гамета получает только одну аллель из каждой пары аллелей родительского организма. Это означает, что если у растения есть две разные аллели для определенного признака (например, желтая и зеленая), то гаметы будут содержать либо желтую, либо зеленую аллель, но не обе одновременно.

Пример:

Если растение имеет генотип Aa (где A – доминантная аллель, а a – рецессивная), то половина его гамет будет нести аллель A, а другая половина – аллель a.

Второй закон Менделя – Закон независимого комбинирования

Этот закон гласит, что аллели разных генов передаются независимо друг от друга при образовании гамет. Это значит, что комбинация аллелей в гамете определяется случайным образом и не зависит от других пар аллелей.

Пример:

Допустим, у нас есть два гена: один отвечает за форму семян (R – круглая, r – морщинистая), другой – за цвет семян (Y – желтый, y – зеленый). Если растение имеет генотип RrYy, то возможны следующие комбинации аллелей в гамете: RY, Ry, rY, ry. Все эти комбинации равновероятны.

Третий закон Менделя – Закон доминирования

Закон доминирования описывает взаимодействие между двумя аллелями одного гена. Он утверждает, что если организм имеет две различные аллели для данного гена (гетерозиготный), то фенотип будет определяться доминантной аллелью.

Пример:

Если у растения генотип Aa, где A – доминантная аллель (желтый цвет семян), а a – рецессивная (зеленый цвет семян), то фенотип будет желтый, так как аллель A доминирует над аллелем a.

Генная инженерия – это область биотехнологии, которая занимается целенаправленным изменением генома живых организмов путем введения, удаления или модификации отдельных генов. Этот процесс позволяет создавать организмы с новыми или улучшенными характеристиками, которые невозможно получить естественным путём.

Что такое генная инженерия?

Генная инженерия включает в себя методы, позволяющие изменять структуру ДНК и включать новые гены в геном организма. Основными этапами генной инженерии являются:

– Изоляция нужного гена. Сначала необходимо выделить интересующий ген из организма-донорa.

– Клонирование гена. Затем этот ген вставляется в вектор (обычно плазмиду), чтобы его можно было размножить в большом количестве.

– Введение гена в организм-реципиент. После этого модифицированный вектор вводится в организм-реципиента, где он интегрируется в его геном.

– Экспрессия нового гена. В результате новый ген начинает экспрессироваться, т.е. производить белок, который изменяет характеристики организма.

Какое отношение генная инженерия имеет к биологии, генетике и законам Менделя?

Биология

Биология изучает живые организмы и их взаимодействия с окружающей средой. Генная инженерия является одним из инструментов, используемых в биологических исследованиях для изучения функций генов, создания моделей заболеваний и разработки новых методов лечения.

Генетика

Генетика исследует механизмы передачи наследственных признаков от поколения к поколению. Генная инженерия позволяет напрямую манипулировать этими механизмами, вводя новые гены или изменяя существующие. Таким образом, генная инженерия расширяет возможности генетиков по изучению и изменению наследственности.

Законы Менделя

Законы Менделя описывают основные принципы наследования признаков у организмов. Генная инженерия, в свою очередь, использует эти принципы для создания организмов с заданными характеристиками. Однако генная инженерия выходит за рамки законов Менделя, позволяя вводить новые гены, которые не могли бы быть переданы естественным путём.

Примеры применения генной инженерии

– Сельское хозяйство. Создание трансгенных растений, устойчивых к вредителям, болезням или неблагоприятным условиям окружающей среды.

– Медицина. Разработка лекарств и вакцин, создание генетически модифицированных клеток для лечения болезней, таких как рак или наследственные заболевания.

– Промышленность. Производство ферментов, белков и других веществ с помощью микроорганизмов, модифицированных методами генной инженерии.

Этические аспекты

Генная инженерия вызывает множество этических вопросов, связанных с безопасностью, экологическими рисками и моральной ответственностью. Некоторые люди опасаются возможных негативных последствий использования генетически модифицированных организмов, в то время как другие видят в этом возможность улучшить качество жизни людей и решить глобальные проблемы, такие как голод и болезни.

Таким образом, генная инженерия тесно связана с биологией, генетикой и законами Менделя, являясь мощным инструментом для изменения живой природы и решения множества практических задач.

Вывод

Законы Менделя представляют собой фундаментальные принципы наследственности, которые объясняют, как гены передаются от родителей к потомству. Они остаются актуальными и сегодня, несмотря на значительные достижения в области молекулярной биологии и генетической инженерии.

Упражнение №4. Упражнение: Тестовые задания по теме «2.1. Законы Менделя»

Лёгкий уровень

– 1.Кто сформулировал основные законы наследования признаков?

a) Чарльз Дарвин

b) Грегор Мендель

c) Жан-Батист Ламарк

d) Карл Линней

– 2. Как называется организм, содержащий два одинаковых аллеля для одного гена?

a) Гетерозигота

b) Гомозигота

c) Доминантный

d) Рецессивный

– 3.Какой принцип отражает первый закон Менделя?

a) Закон расщепления

b) Закон единообразия гибридов первого поколения

c) Закон независимого наследования признаков

d) Закон сцепленного наследования

Средний уровень

– 4. Что означает понятие «аллель»?

a) Место на хромосоме

b) Вариант гена, отвечающий за определённый признак

c) Белковая структура в ядре клетки

d) Тип клеточного деления

– 5. Каковы результаты скрещивания гетерозиготных организмов по одному признаку (по Менделю)?

a) Все потомки одинаковы

b) Расщепление в соотношении 3:1

c) Расщепление в соотношении 1:1

d) Расщепление в соотношении 9:3:3:1

– 6. Какой признак называется рецессивным?

a) Тот, который всегда проявляется

b) Тот, который подавляется доминантным

c) Тот, который влияет на все другие признаки

d) Тот, который всегда является летальным

Сложный уровень

– 7. При анализе наследования двух признаков у растений гороха наблюдается соотношение 9:3:3:1. Какой закон Менделя это подтверждает?

a) Первый закон

b) Второй закон

c) Третий закон

d) Закон сцепления признаков

– 8. Какие условия необходимы для проявления закона независимого наследования признаков?

a) Гены должны находиться в одной хромосоме

b) Гены должны быть несцепленными

c) Гены должны быть в состоянии мутации

d) Гены должны быть доминантными

– 9. Какой метод применял Мендель для анализа потомков?

a) Генетический код

b) Анализирующее скрещивание

c) Микроскопия

d) Гибридизация культур

Очень сложный уровень

– 10. Почему законы Менделя не всегда применимы на уровне популяции?

a) Из-за действия модифицирующих факторов среды

b) Из-за плейотропии и полигенности генов

c) Из-за сцепленного наследования и хромосомных перестроек

d) Всё перечисленное

– 11. Как расщепление признаков изменяется, если гены сцеплены?

a) Оно становится 3:1

b) Оно не происходит

c) Оно отличается от классических закономерностей

d) Оно зависит от окружающей среды

– 12. Какова вероятность появления рецессивного признака в потомстве двух дигетерозигот, если один из генов сцеплен с половыми хромосомами?

(Пояснение: используйте законы сцепленного наследования.)

a) 25%

b) 12.5%

c) 50%

d) Расчёт невозможен без дополнительных данных

Каждый вопрос позволяет учащимся углубить свои знания о принципах наследственности и применении законов Менделя на практике.