Генотип – целостная система – биология

Генотип как целостная система

Генотип – целостная система - биология

Свойства генов. На основании знакомства с примерами наследования признаков при моно- и дигибридном скрещивании может сложиться впечатление, что генотип организма слагается из суммы отдельных, независимо действующих генов, каждый из которых определяет развитие только своего признака или свойства.

Такое представление о прямой и однозначной связи гена с признаком чаще всего не соответствует действительности. На самом деле существует огромное количество признаков и свойств живых организмов, которые определяются двумя и более парами генов, и наоборот, один ген часто контролирует многие признаки.

Кроме того, действие гена может быть изменено соседством других генов и условиями внешней среды. Таким образом, в онтогенезе действуют не отдельные гены, а весь генотип как целостная система со сложными связями и взаимодействиями между ее компонентами.

Эта система динамична: появление в результате мутаций новых аллелей или генов, формирование новых хромосом и даже новых геномов приводит к заметному изменению генотипа во времени.

Характер проявления действия гена в составе генотипа как системы может изменяться в различных ситуациях и под влиянием различных факторов. В этом можно легко убедится, если рассмотреть свойства генов и особенности их проявления в признаках:

  1. Ген дискретен в своем действии, т. е. обособлен в своей активности от других генов.
  2. Ген специфичен в своем проявлении, т. е. отвечает за строго определенный признак или свойство организма.
  3. Ген может действовать градуально, т. е. усиливать степень проявления признака при увеличении числа доминантных аллелей (дозы гена).
  4. Один ген может влиять на развитие разных признаков — это множественное, или плейотропное, действие гена.
  5. Разные гены могут оказывать одинаковое действие на развитие одного и того же признака (часто количественных признаков) — это множественные гены, или полигены.
  6. Ген может взаимодействовать с другими генами, что приводит к появлению новых признаков. Такое взаимодействие осуществляется опосредованно — через синтезированные под их контролем продукты своих реакций.
  7. Действие гена может быть модифицировано изменением его местоположения в хромосоме (эффект положения) или воздействием различных факторов внешней среды.

Взаимодействия аллельных генов. Явление, когда за один признак отвечает несколько генов (аллелей), называется взаимодействием генов. Если это аллели одного и того же гена, то такие взаимодействия называются аллельными, а в случае аллелей разных генов —неаллельными.

Выделяют следующие основные типы аллельных взаимодействий: доминирование, неполное доминирование, сверхдоминирование и кодоминирование.

Доминирование —тип взаимодействия двух аллелей одного гена, когда один из них полностью исключает проявление действия другого.

Такое явление возможно при следующих условиях: 1) доминантный аллель в гетерозиготном состоянии обеспечивает синтез продуктов, достаточный для проявления признака такого же качества, как и в состоянии доминантной гомозиготы у родительской формы; 2) рецессивный аллель совсем неактивен, либо продукты его активности не взаимодействуют с продуктами активности доминантного аллеля.

Примерами такого взаимодействия аллельных генов может служить доминирование пурпурной окраски цветков гороха над белой, гладкой формы семян над морщинистой, темных волос над светлыми, карих глаз над голубыми у человека и т. д.

Неполное доминирование, или промежуточный характер наследования, наблюдается в том случае, когда фенотип гибрида (гетерозиготы) отличается от фенотипа обеих родительских гомозигот, т. е.

выражение признака оказывается промежуточным, с большим или меньшим уклонением в сторону одного или другого родителя.

Механизм этого явления состоит в том, что рецессивный аллель неактивен, а степень активности доминантного аллеля недостаточна для того, чтобы обеспечить нужный уровень проявления доминантного признака.

Примером неполного доминирования является наследование окраски цветков у растений ночной красавицы (рис. 3.5). Как видно из схемы, гомозиготные растения имеют либо красные (АА), либо белые (аа) цветки, а гетерозиготные (Аа) — розовые.

При скрещивании растения с красными цветками и растения с белыми цветками в F1, у всех растений цветки розовые, т. е. наблюдается промежуточный характер наследования.

При скрещивании гибридов с розовой окраской цветков в F2 имеет место совпадение расщепления по фенотипу и генотипу, так как доминантная гомозигота (АА) отличается от гетерозиготы (Аа).

Так, в рассматриваемом примере с растениями ночной красавицы расщепление в F2 по окраске цветков обычно следующее — 1 красная (АА): 2 розовые (Аа): 1 белая (аа).

Рис. 3.5. Наследование окраски цветков при неполном доминировании у ночной красавицы.

Неполное доминирование оказалось широко распространенным явлением. Оно наблюдается в наследовании курчавости волос у человека, масти крупного рогатого скота, окраски оперения у кур, многих других морфологических и физиологических признаков у растений, животных и человека.

Сверхдоминирование — более сильное проявление признака у гетерозиготной особи (Аа), чем у любой из гомозигот (АА и аа). Предполагается, что это явление лежит в основе гетерозиса (см. § 3.7).

Кодаминирвание— участие обоих аллелей в определении признака у гетерозиготной особи. Ярким и хорошо изученным примером кодоминирования может служить наследование IV группы крови у человека (группа АВ).

Эритроциты людей этой группы имеют два типа антигенов: антиген А (детерминируемый геном / имеющимся в одной из хромосом) и антиген В (детерминируемый геном /а, локализованным в другой гомологичной хромосоме).

Только в этом случае проявляют свое действие оба аллеля — 1А (в гомозиготном состоянии контролирует II группу крови, группу А) и IB (в гомозиготном состоянии контролирует III группу крови, группу В).

Аллели и IB работают в гетерозиготе как бы независимо друг от друга.

Пример наследования групп крови иллюстрирует и прояв-ление множественного аллелизма: ген/может быть представлен тремя разными аллелями, а есть гены, имеющие десятки аллелей.

Все аллели одного гена получили название серии мно-жественных аллелей, из которых каждый диплоидный организм может иметь два любых аллеля (и только).

Между этими аллелями возможны все перечисленные варианты аллельных взаимодействий.

Явление множественного аллелизма распространено в природе. Известны обширные серии множественных аллелей, определяющих тип совместимости при оплодотворении у грибов, опылении у семенных растений, детерминирующих окраску шерсти животных и т. д.

Взаимодействия неаллельных генов.Неаллельные взаимодействия генов описаны у многих растений и животных.

Они приводят к появлению в потомстве дигетерозиготы необычного расщепления по фенотипу: 9:3:4; 9:6:1; 13:3; 12:3:1; 15:1, т.е. модификации общей менделевской формулы 9:3:3:1.

Известны случаи взаимодействия двух, трех и большего числа неаллельных генов. Среди них можно выделить следующие основные типы: комплементарность, эпистаз и полимерию.

Комплементарным, или дополнительным, называется такое взаимодействие неаллельных доминантных генов, в результате которого появляется признак, отсутствующий у обоих родителей. Например, при скрещивании двух сортов душистого горошка с белыми цветками появляется потомство с пурпурными цветками. Если обозначить генотип одного сорта ААbb, а другого — ааВВ, то

Гибрид первого поколения с двумя доминантными генами и В) получил биохимическую основу для выработки пурпурного пигмента антоциана, вто время как поодиночке ни ген А, ни ген B не обеспечивали синтез этого пигмента.

Синтез антоциана представляет собой сложную цепь последовательных биохимических реакций, контролируемых несколькими неаллельными генами, и только при наличии как минимум двух доминантных генов (А-В-) развивается пурпурная окраска.

В остальных случаях {ааВ- и A-bb) цветки у растения белые (знак «—» в формуле генотипа обозначает, что это место может занять как доминантный, так и рецессивный аллель).

При самоопылении растений душистого горошка из F1 в F2 наблюдалось расщепление на пурпурно- и белоцветковые формы в соотношении, близком к 9:7. Пурпурные цветки были обнаружены у 9/16 растений, белые — у 7/16. Решетка Пеннета наглядно показывает причину этого явления (рис. 3.6).

Эпистаз — это такой тип взаимодействия генов, при котором аллели одного гена подавляют проявление аллельной пары другого гена. Гены, подавляющие действие других генов, называются эпистатическими, ингибиторами или супрессорами. Подавляемый ген носит название гипостатический.

По изменению числа и соотношения фенотип и чес ких классов при дигибридном расщеплении в F2 рассматривают несколько типов эпистатических взаимодействий: доминантный эпистаз (А>В или В>А) с расщеплением 12:3:1; рецессивный эпистаз (а>В или b>А), который выражается в расщеплении 9:3:4, и т. д.

Полимерия проявляется в том, что один признак формируется под влиянием нескольких генов с одинаковым фенотипичес-ким выражением. Такие гены называются полимерными. В этом случае принят принцип однозначного действия генов на развитие признака.

Например, при скрещивании растений пастушьей сумки с треугольными и овальными плодами (стручочками) в F1 образуются растения с плодами треугольной формы. При их самоопылении в F2 наблюдается расщепление на растения с треугольными и овальными стручочками в соотношении 15:1.

Это объясняется тем, что существуют два гена, действующих однозначно. В этих случаях их обозначают одинаково— А1и A2 .

Рис. 3.6. Наследование окраски цветков у душистого горошка

Тогда все генотипы (А1 ,-А2,-, А1-а2а2, a1a1A2-) будут иметь одинаковый фенотип — треугольные стручочки, и только растения а1а1а2a2 будут отличаться —- образовывать овальные стручочки. Это случай некумулятивной полимерии.

Полимерные гены могут действовать и по типу кумулятивной полимерии. Чем больше подобных генов в генотипе организма, тем сильнее проявление данного признака, т. е. с увеличением дозы гена (А1 А2 А3 и т. д.

) его действие суммируется, или кумулируется. Например, интенсивность окраски эндосперма зерен пшеницы пропорциональна числу доминантных аллелей разных генов в тригибридном скрещивании.

Наиболее окрашенными были зерна А1А1А2А2А3,А 3 а зерна а1а1а2a2а3а 3 не имели пигмента.

По типу кумулятивной полимерии наследуются многие признаки: молочность, яйценоскость, масса и другие признаки сельскохозяйственных животных; многие важные параметры физической силы, здоровья и умственных способностей человека; длина колоса у злаков; содержание сахара в корнеплодах сахарной свеклы или липидов в семенах подсолнечника и т. д.

Таким образом, многочисленные наблюдения свидетельствуют о том, что проявление большей части признаков представляет собой результат влияния комплекса взаимодействующих генов и условий внешней среды на формирование каждого конкретного признака.

Источник : Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов “Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы”

Источник: http://sbio.info/materials/obbiology/obbosnovgen/33

Конспект урока по теме: Генотип как целостная система. Взаимодействие генов

Цель урока: формирование знаний о влиянии генов на фенотип организма; развитие навыков работы с генетической символикой.

Задачи:

Структура и основное содержание урока. Методы и методические приемы.

1. Организационный момент.

2. Изложение нового материала.

Вопрос: Что такое генотип? (Слайд 3)

Генотип – это совокупность генов и цитоплазматических их носителей, которые определяют развитие наследственных признаков и свойств организма.

Реальное существование гена доказывается двумя группами фактов: относительно независимым комбинированием при расщеплении и способностью изменяться – мутировать. К числу основных свойств гена относится его способность к удвоению при удвоении хромосом.

Гены обладают значительной устойчивостью, что и определяет относительное постоянство генотипа.

Между генами осуществляется тесное взаимодействие, в результате которого генотип не может рассматриваться как простая механическая сумма генов, а представляет собой сложную, сложившуюся в эволюции организмов систему.

Читайте также:  Борьба за существование - биология

Вопрос: Что является носителем генов? (Слайд 4)

Цитоплазматическими носителями генов служат хромосомы, в состав которых входят ДНК и белки. Основой перечисленных выше свойств гена является способность ДНК к самоудвоению. В основе действия генов лежит его способность через посредство РНК определять синтез белка. Этот механизм является общим на всех ступенях эволюции.

При формировании генетических представлений о связи между генами и признаком, предполагалось, что каждому признаку соответствует особый наследственный фактор, обуславливающий развитие своего признака. Однако прямые и однозначные связи гена с признаком на самом деле скорее исключение, чем правило.

Было установлено, что существует огромное количество свойств и признаков организмов, которые определяются двумя, тремя и даже многими парами генов, и, наоборот, один ген часто влияет на многие признаки. Кроме того, действие гена может быть изменено соседством других генов или условиями внешней среды.

Таким образом, в онтогенезе действуют не отдельные гены, а весь генотип как целостная система со сложными связями и взаимодействиями между генами.

Что же такое Взаимодействие генов?

Взаимодействие генов – это совместное действие нескольких генов, приводящее к появлению признака, отсутствующего у родителей, или усиливающее проявление уже имеющихся признаков.

Схема: Взаимодействие генов. (Слайд 5)

Взаимодействие генов

Аллельных Неаллельных

1. Полное доминирование 1. Комлементарность

2. Неполное доминирование 2. Эпистаз

3. Множественный аллелизм 3. Полимерия

4. Кодоминоирование

5. Сверхдоминирование.

Вопрос: Что такое полное доминирование? (Слайд 6, 7)

Неполное доминирование? (Слайд 8, 9)

Множественный аллелизм(Слайд 10)– это явление существования более двух альтернативных аллельных генов, имеющих различные проявления в фенотипе.

(Слайд 11)

Электронное приложение к учебнику «Биология. Живые системы и экосистемы», стр. 7, Анимированная таблица «Проявление множественного аллелизма»

Пример 1. Группы крови у человека определяются сочетанием в генотипе аллелей А, В и 0 одного и того же гена I.

Пример 2. Окраска шерсти у кроликов: темная, белая (альбинизм), горностаевая (аллели А (темная), А1 (горностаевая), а (белая)).

Пример 3. У мухи дрозофилы имеется серия аллелей гена окраски глаз, состоящая из 12 членов: вишневая, красная, коралловая, и т.д. до белой, определяемой рецессивным геном.

Пример 4. Окраска шерсти у домовой мыши: AY – желтая, A – серая, at– темная спинка, бежевое брюшко, a – черная. Аллель AY оказывает влияние на жизнеспособность гомозигот AY AY .

Таким образом, множественный аллелизм характеризует разнообразие генофонда целого вида, т.е. является видовым, а не индивидуальным признаком.

Кодоминоирование (Слайд 12) – явление независимого друг от друга проявления обоих аллелей в фенотипе гетерозиготы.

Пример. (Слайд 13)Взаимодействие аллелей, определяющих четвертую группу крови у человека.

Известна множественная серия аллелей гена I, определяющая признак группы крови у человека. Ген I отвечает за синтез ферментов, присоединяющих к белкам, находящимся на поверхности эритроцитов, определенные полисахариды. Эти полисахариды определяют специфичность групп крови.

Аллели IA и IB кодируют разные ферменты, аллель I0 – не кодирует никакого, рецессивна по отношению к IA и IB . а между IA и IB нет доминантно – рецессивных отношений.

Люди, имеющие IV группу крови, несут в своем генотипе аллели IA и IB, у них синтезируется два фермента и формируется соответствующий фенотип.

Сверхдоминирование (Слайд 14)– более сильное проявление признака в гетерозиготе, а не в гомозиготе.

Пример. У дрозофилы имеется рецессивный летальный ген, гетерозиготы по которому обладают большей жизнеспособностью, чем доминантные гомозиготы.

Комлементарность (дополнительное действие генов) (Слайд 15)– это явление, при котором неаллельные гены дополняют действие друг друга, а признак формируется лишь при одновременном действии обоих генов.

Пример. Форма гребня у кур (задача 1).

Эпистаз (Слайд 16)– вид взаимодействия неаллельных генов, при котором один из генов полностью подавляет действие другого гена.

Ген, подавляющий действие другого гена, называется ген – супрессор, ингибитор, эпистатичный ген. Подавляемый ген называется гипостатичным.

Эпистаз может быть доминантным (ген – супрессор доминантный) и рецессивный (ген – супрессор рецессивный). (Слайд 17)

Пример 1. Доминантный эпистаз (задача 2). Пигментация оперения у кур.

Пример 1. Рецессивный эпистаз (задача 3). Окраска шерсти у домовой мыши.

Групповая работа учащихся с примерами взаимодействия генов с последующим обсуждением полученных результатов.

Полимерия (Слайд 18)– один из видов взаимодействия неаалельных генов, при котором на проявление количественного признака оказывает влияние одновременно несколько генов.

При этом, чем больше в генотипе оказывается доминантных генов, обуславливающих этот признак, тем ярче этот признак выражается – кумулятивная полимерия (накапливающаяся).

Некумулятивная полимерия (ненакапливающаяся) – наличие хотя бы одного доминантного гена в генотипе определяет развитие признака.

Полимерные гены обозначаются одной и той же буквой латинского алфавита с числовым индексом, указывающим на число аллельных пар, например А1а1; А2а2 и т.д.

Электронное приложение к учебнику «Биология. Живые системы и экосистемы», стр. 7, Словарь

(Слайд 19)

Пример 1. Кумулятивная полимерия. ( задача 4). Цвет кожи у человека

Пример 1. Некумулятивная полимерия. ( задача 5). Оперённость ног у кур.

3. Закрепление и выводы.

Таким образом, мы с вами видим, что в результате взаимодействия неаллельных генов набдюдается отклонение от менделеевских расщеплений и вместо классического расщепления классов фенотипов 9:3:3:1 могут наблюдаться 13:3, 9:3:4, 15:1.

Давайте посмотрим, действительно ли рассмотренные нами примеры противоречат менделеевским законам. Заполним таблицу.

Таблица. Влияние взаимодействия неаллельных генов на соотношение фенотипических классов в F2 при дигибридном скрещивании. (Слайд 20)

(Самостоятельная работа учащихся)

Тип взаимодействия генов

Пример

Расщепление по фенотипу

Генотипический состав фенотипических классов

Комплементарность

Наследование формы гребня у кур

9:3:3:1

9 R-P-

3 R-pp

3 rrP-

1 rrpp

Доминантный эпистаз

Наследование пигментации оперения у кур.

13:3

9I-C-

3 I-cc белая

3 ii C-

1 iicc окрашенная

Рецессивный эпистаз

Наследование окраски шерсти у домовой мыши

9:3:4

9 A-C- агути

3 aaC- черная

3A-cc белая

1 aacc

Кумулятивная полимерия

Наследование цвета кожи у человека

1:4:6:4:1

9A1- A2- промежут.

3 A1- a2a2 фенотип.

3a1a1A2- классы

1 a1a1a2a2белая

Некумулятивная полимерия

Наследование оперённости ног у кур.

15:1

9A1- A2-

3 A1- a2a2 оперенные

3a1a1A2-

1 a1a1a2a2 неопернные

Вывод: как вино из таблицы, расщепление в некоторых случаях притекает нетипично. Однако эти отклонения касаются только фенотипических классов.

Расщепление же по генотипам во всех случаях происходит в полном соответствии с законами, установленными Менделем.

Таким образом, рассмотрев различные виды взаимодействия генов, можно считать, что генотип является сбалансированной системой взаимодействующих генов; развитие признака есть результат проявления нескольких генов.

Примером влияния одного гена на несколько признаков является:

Плейотропия, или множественное действие генов – это явление одновременного влияния одного гена на несколько признаков. Электронное приложение к учебнику «Биология. Живые системы и экосистемы», стр. 7, Анимированная таблица «Множественное действие генов»

.

4. Домашнее задание: $ 43

Источник: https://infourok.ru/material.html?mid=88423

Генотип как целостная, исторически сложившаяся система. Изменчивость, ее виды и биологическое значение. Ненаследственная изменчивость

Термин «генотип» предложен в 1909 г. датским генетиком Вильгельмом Иогансеном. Он же ввел термины: «ген», «аллель », «фенотип», «линия», «чистая линия», «популяция».

Генотип — это совокупность генов данного организма. У человека около 100 тыс. генов.

Генотип как единая функциональная система организма сложился в процессе эволюции. Признаком системности генотипа является взаимодействие генов.

Аллельные гены (точнее, их продукты — белки) могут взаимодействовать друг с другом:

  • в составе хромосом — примером является полное и неполное сцепление генов;
  • в паре гомологичных хромосом — примерами являются полное и неполное доминирование, кодоминирование (независимое проявление аллельных генов).

Неаллельные гены взаимодействуют в следующих формах:

  • кооперация — появление новообразований при скрещиваниях двух внешне одинаковых форм. Например, наследование формы гребня у кур определяется двумя генами:
    • R — розовидный гребень;
    • Р — гороховидный гребень.
    • Р RRpp х rrPP  — розовидный гороховидный
    • F1 RrPp — появление ореховидного гребня в присутствии двух доминантных генов; при генотипе rrрр проявляется листовидный гребень;
  • комплементарное взаимодействие — появление нового признака при наличии в генотипе двух доминантных не-аллельных генов. При таком взаимодействии во втором поколении возможно появление четырех вариантов расщепления. Примером является развитие антоциана (красящего пигмента) у цветков душистого горошка. При наличии в гомозиготном состоянии хотя бы одного рецессивного аллеля окраска не развивается и лепестки остаются белыми:
  • эпистаз, или взаимодействие, при котором ген одной аллельной пары подавляет действие гена другой аллельной пары. Если в генотипе присутствуют два разных доминантных аллеля, то при эпистазе проявляется один из них. Проявившийся ген называют супрессором, подавляемый ген называют гипостатическим. При скрещивании двух белых кур (леггорн Ааbb и виандотт Aаbb) во втором поколении произойдет расщепление по фенотипу в отношении 13/16 белых — в тех случаях, когда в генотипе встречаются оба доминантных гена, или в случае полной рецессивности генотипа и 3/16 — окрашенных — в случаях, когда есть только один из доминантных генов. В данном случае ген А подавляет ген В. В отсутствие гена А проявляется ген В и куры окрашены;
  • полимерия — влияние на один признак нескольких неаллельных однотипных генов. В результате степень выраженности признака зависит от числа доминантных аллелей разных генов в генотипе организма;
  • плейотропия — влияние одного гена на развитие нескольких признаков. У человека известен ген, вызывающий появление паучьих пальцев (синдрома Марфана). Одновременно этот ген вызывает дефект в хрусталике глаза. Ген, вызывающий рыжую окраску волос, влияет на пигментацию кожи, появление веснушек.

1.19. Изменчивость, ее виды и биологическое значение

Изменчивость — это всеобщее свойство живых систем, связанное с вариациями фенотипа и генотипа, возникающими под влиянием внешней среды или в результате изменений наследственного материала. Различают наследственную и ненаследственную изменчивость.

Наследственная изменчивость бывает комбинативной, мутационной, неопределенной.

Комбинативная изменчивость возникает в результате новых сочетаний генов в процессе полового размножения, кроссинговера и других процессов, сопровождающихся рекомбинациями генов. В результате комбинативной изменчивости возникают организмы, отличающиеся от своих родителей по генотипам и фенотипам.

Мутационная изменчивость связана с изменениями последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК, выпадения и вставок крупных участков в молекулах ДНК, изменений числа молекул ДНК (хромосом). Сами подобные изменения называют мутациями. Мутации наследуются.

Мутации выделяют:

  • генные, вызывающие изменения конкретного гена. Генные мутации бывают как доминантными, так и рецессивными. Они могут поддерживать или, наоборот, угнетать жизнедеятельность организма;
  • генеративные, затрагивающие половые клетки и передающиеся при половом размножении;
  • соматические, не затрагивающие половые клетки. У животных не наследуются, а у растений наследуются при вегетативном размножении;
  • геномные (полиплоидия и гетероплоидия), связанные с изменением числа хромосом в кариотипе клеток;
  • хромосомные, связанные с перестройками структуры хромосом, изменением положения их участков, возникшего в результате разрывов, выпадением отдельных участков и т.д.

Наиболее распространены генные мутации, в результате которых происходит изменение, выпадение или вставка нуклеотидов ДНК в гене.

Мутантные гены передают к месту синтеза белка уже иную информацию, а это, в свою очередь, ведет к синтезу других белков и возникновению новых признаков-Мутации могут возникать под влиянием радиации, ультрафиолетового излучения, различных химических агентов.

Не все мутации оказываются эффективными. Часть их исправляется при репарациях ДНК. Фенотипически мутации проявляются в том случае, если они не привели к гибели организма. Большинство генных мутаций носят рецессивный характер.

Эволюционное значение имеют фенотипически проявившиеся мутации, либо обеспечившие особям преимущества в борьбе за существование, либо, наоборот, повлекшие их гибель под давлением естественного отбора.

Читайте также:  Движение воздуха - биология

Мутационный процесс повышает генетическое разнообразие популяций, что создает предпосылки для эволюционного процесса.

Частоту мутаций можно повышать искусственно, что используют в научных и практических целях.

Ненаследственная изменчивость

Ненаследственная, или групповая (определенная), или модификационная изменчивость — это изменения фенотипа под влиянием условий внешней среды. Модификационная изменчивость не затрагивает генотип особей. Пределы, в которых может изменяться фенотип, определяются генотипом. Эти пределы называют нормой реакции.

Норма реакции устанавливает границы, в которых может изменяться конкретный признак. Разные признаки обладают разной нормой реакции — широкой или узкой. Так, например, изменчивость глаза млекопитающих невелика и обладает узкой нормой реакции.

Удойность, коров может варьировать в довольно широких пределах в зависимости от условий содержания породы.

На фенотипические проявления признака влияет совокупное взаимодействие генов и условий внешней среды. Степень проявления признака называют экспрессивностью. Частота проявления признака (%) в популяции, где все ее особи несут данный ген, называют пенетрантностью.

Гены могут проявляться с разной степенью экспрессивности и пенетрантности. Например, ген облысения может проявляться с пенетрантностью 100% или 50%, что зависит от конкретных условий среды, количества и взаимодействия генов, ответственных за развитие признака.

Модификационные изменения не наследуются в большинстве случаев, но не обязательно носят групповой характер и не всегда проявляются у всех особей вида, находящихся в одинаковых условиях среды. Модификации обеспечивают приспособленность особи к этим условиям.

Источник: https://kaz-ekzams.ru/biologiya/uchebnaya-literatura-po-biologii/biologia-repetitor/541-genotip-kak-celostnaya-istoricheski-slozhivshayasya-sistema-izmenchivost-ee-vidy-i-biologicheskoe-znachenie-nenasledstvennaya-izmenchivost.html

Генотип – целостная система

Как вы считаете, генотип – это просто совокупность генов или целостная система?

Взаимодействие генов в генотипе. Генотип представляет собой совокупность всех генов, локализованных в хромосомах данного организма. Генотип – это целостная система, элементы которой (гены) постоянно взаимодействуют. В результате такого взаимодействия у организмов формируются те или иные признаки.

Примером взаимодействия аллельных генов может служить явление доминирования (см. § 41).

Однако активно взаимодействовать между собой могут и гены, расположенные в разных локусах (участках) гомологичных хромосом, и гены, находящиеся в негомологичных хромосомах, т. е. неаллельные гены.

Один ген может контролировать развитие одного или нескольких различных признаков. В то же время большинство признаков организмов представляют собой результат совместного действия многих генов.

Взаимодействие генов изучено у многих видов живых организмов. Явление взаимодействия обусловливает отклонения от закономерностей, установленных Г. Менделем для гибридного скрещивания. Основные типы взаимодействия неаллельных генов – комплементарное взаимодействие, эпистаз и полимерия.

Комплементарное взаимодействие происходит между комплементарными генами. Комплементарными генами называют такие неаллельиые гены, которые при совместном действии обусловливают развитие нового признака. Возникает так называемое «новообразование при скрещивании». Например, у душистого горошка окраска цветков (белая или красная) зависит от двух пар неаллельиых генов.

Красная окраска цветков душистого горошка возникает только в том случае, когда имеется хотя бы один доминантный аллель в каждой из двух разных пар неаллельных генов (возможные генотипы: AABB, AaBb, AABb, AaBb).

В остальных случаях цветок будет иметь белую окраску (возможные генотипы: AAbb, Aabb, aaBb, aaBB, aabb).

При скрещивании разных сортов душистого горошка с белыми цветками можно получить потомство только с красными цветками:

Все потомки гибридов первого поколения гетерозиготны, они имеют по одному доминантному аллелю A и B. Присутствие этих аллелей обусловливает формирование нового признака у гибридов – красной окраски цветков.

Эпистаз. Значительные отклонения от численных соотношений фенотипов могут возникать в тех случаях, когда две или более пар генов действуют на развитие одного и того же признака. В этом случае проявляется взаимодействие генов, называемое эпистазом.

Это такое взаимодействие неаллельных генов, при котором вплели одного гена подавляют проявление аллелей других генов. В определенном смысле эпистаз противоположен комплементарному взаимодействию.

Например, окраска шерсти у кроликов определяется двумя парами генов, локализованных в разных парах гомологичных хромосом.

Полимерия. Различные неаллельные гены могут оказывать действие на один и тот же признак, усиливая его проявление. Такие гены получили название полимерных.

Полимерия наблюдается в том случае, когда проявление признака зависит от количества доминантных аллелей, вносящих вклад в его развитие. Многие из самых заметных признаков организмов (например, масса и размеры тела, плодовитость) представляют собой результат совместного действия комплекса генов.

Факты, свидетельствующие о взаимодействии генов, доказывают, что генотип обладает целостностью и не может рассматриваться как сумма отдельных генов. Вместе с этим факт расщепления в потомстве гибридов позволяет утверждать, что генотип, представляя собой систему, слагается из отдельных элементов – генов.

Вопросы и задания

  1. Каковы возможные типы взаимодействия генов?
  2. В чем заключается комплементарное взаимодействие? Приведите пример.
  3. Исходя из понимания системы как совокупности взаимодействующих между собой элементов, докажите, что генотип – это целостная система.

Источник: http://blgy.ru/biology10/genotype

Конспект урока “Генотип как целостная система”

Тема урока. Генотип как целостная система.

(урок рассчитан на 2 часа учебного времени)

Цель урока: Систематизировать полученные знания путём повторения основных теоретических вопросов, закрепить ведущие понятия. Сформировать понятие о материальных основах наследственности и изменчивости. Научить, на практике, применять законы генетики при решении задач, объяснить механизмы передачи признаков по наследству.

Тип урока: комбинированный.

Методы обучения: эвристический, репродуктивный, частично поисковый.

Межпредметные связи: химия, математика, история.

Оборудование: карточки-задания, таблицы-схемы по общей биологии, динамические модели по генетике.

Учебник: Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. «Общая биология», Дрофа, 2000 год.

Ход урока

  1. Организационный момент. Акцентирование внимания школьников на теме и цели урока.

  2. Смотр знаний.

Смотр знаний предусматривает выполнение разноуровневых заданий, призванных помочь формированию и развитию у ребят умений и навыков, углубить знания по основным пробелам общей биологии, а также стимулировать стремление к самостоятельному приобретению знаний.

Задания рассчитаны на индивидуальную форму работы.

Биологический тренажёр

Задание 1.

Дайте определение терминам: гаметы, митоз, конъюгация, пластический обмен, ассимиляция, генотип, фенотип, хроматиды, ген, диплоидный, овогенез, кроссинговер, генетика, цитология, изменчивость, гетерозиготный, гаметогенез, аллель, локус, наследственность.

Задание 2.

Вставьте в текст, пропущенные слова и цифры:

  1. Мейозу предшествует __________________ .

  2. _____________с набор хромосом.

  3. Мейоз состоит из ____________делений.

  4. Первое деление называется __________________.

  5. Оно состоит из __________________ фаз, они называются ____________ .

  6. В результате первого деления образуется ______________ клетки, с _______________ п _______________ с набором хромосом, за счёт _____________________ расхождения.

  7. После второго деления мейоза образуется _______________ клетки с ________________ п __________с набором хромосом, за счёт расхождения _____________ в ____________ фазе деления».

  8. После оплодотворения зигота начинает ___________, при этом образуются ____________. Однослойный зародыш с полостью внутри называется _________. Путём выпячивания образуется второй слой зародыша. Двухслойный зародыш называется ____________.

    Затем образуется третий зародышевый листок. Наружный слой называется __________, внутренний – _________, промежуточный – ________________. Следующий период эмбрионального развития называется _______________, когда образуются различные организмы.

Задание 3.

Дополните предложенные формулировки символами:

  1. доминантный ген – _________________

  2. рецессивный ген – __________________

  3. гомозигота – _______________________

  4. гетерозигота – ______________________

  5. дигетерозигота – ____________________

  6. родители – _________________________

  7. гибриды первого поколения – ___________

  8. гибриды второго поколения – ___________

  9. гамета А + гамета а = оплодотворение = зигота – _____________

  10. генотип белой крольчихи – ____________ (белая окраска шерсти – рецессивный признак).

Задание 4. Аукцион знаний.

(оценивается каждый, грамотно сформулированный и аргументировано доказанный ответ)

  1. Методы изучения наследственности, их особенности.

  2. Что такое анализирующее скрещивание, с какой целью его проводят?

  3. Сформулировать закон Т. Моргана. В чём его сущность?

  4. Какие Вам известны типы неаллельных генов?

  5. В чём сущность цитоплазматической наследственности?

  6. Методы изучения наследственности человека, в чём их сущность?

  7. Какая изменчивость называется модификационной?

  8. Что такое мутация? Виды мутаций, их значение.

  9. В чём сущность закона гомологических рядов и его практическое значение?

  10. Законы Менделя.

III. Изложение и объяснение нового материала.

Учитель объясняет Законы Менделя с использованием динамических моделей, показывает, что большинство наследственно обусловленных признаков организма находится под контролем не одного, а многих генов. Наряду с этим имеет место и другое явление. Часто ген оказывает действие не на один, а на ряд признаков организма. Приводит пример.

У большинства растений с красными цветками (наследственный признак) в стеблях тоже имеется красный пигмент. У растений с белыми цветками стебли чисто зелёные. У водосбора (демонстрация) ген, обуславливающий окраску цветка, имеет множественное действие.

Он определяет фиолетовый оттенок листьев, удлинение стебля и большую массу семян. В животном мире ярким примером служит плодовая мушка дрозофила, которая генетически изучена очень полно.

Ген, определяющий отсутствие пигмента в глазах, снижает плодовитость, влияет на окраску некоторых внутренних органов и уменьшает продолжительность жизни.

Учитель заостряет внимание школьников на том, что в настоящее время накопившийся в генетике обширный материал по изучению наследственности у самых различных растений, животных, микроорганизмов доказывает то, что гены проявляют множественное действие.

Наследственной основой организма является генотип. Факт расщепления признаков в потомстве гибридов позволяет утверждать, что генотип слагается из отдельных элементов – генов, которые могут отделяться друг от друга и наследоваться независимо (вспомним второй закон Менделя).

Вместе с тем генотип обладает целостностью и не может рассматриваться как простая механическая сумма отдельных генов.

Эта целостность генотипа, возникающая исторически в процессе эволюции вида, выражается в том, что отдельные компоненты его (гены), находятся в тесном взаимодействии друг с другом.

Развитие признаков организма определяется взаимодействием множества генов, а каждый ген обладает множественным действием, оказывая влияние на развитие не одного, а многих признаков организма. Генотип организма связан с определёнными компонентами клетки, с её хромосомным аппаратом, ДНК.

Сообщения учащихся по теме «Гены в нашей жизни» – 10 минут.

Решение генетических задач с целью закрепления и обобщения изученного материала.

Последовательность действий при решении генетических задач:

  1. Краткая запись условия задачи.

  2. Введение буквенных обозначений генов, определение типа наследования, если это не указано.

  3. Запись фенотипов и схемы скрещивания (словами для наглядности).

  4. Определение генотипа в соответствие с условием. Запись генотипов символами генов, под фенотипами.

  5. Определение гамет. Выяснение их числа и находящихся в них генов на основе установленных генотипов.

  6. Составление решётки Пеннета.

  7. Анализ решётки, согласно поставленным вопросам.

  8. Краткая запись ответов.

Задача 1. У человека ген длинных ресниц доминирует над геном коротких ресниц.

Женщина с длинными ресницами, у отца которой ресницы были короткими, вышла замуж за мужчину с короткими ресницами.

Читайте также:  Многообразие цветков. соцветия - биология

А) сколько типов гамет образуется в генотипе женщины?

Б) сколько типов гамет образуется в генотипе мужчины?

В) какова вероятность рождения в данной семье ребёнка с длинными ресницами?

Г) сколько разных генотипов может быть у детей в этой семье?

Д) сколько разных фенотипов может быть у детей в этой семье?

Задача 2. Голубоглазый мужчина, оба родителя которого были кареглазы, женился на кареглазой женщине, у отца которой карие глаза, а у матери – голубые. От брака родился один голубоглазый сын. Определите генотипы каждого из упомянутых лиц.

Задача 3. При скрещивании серой крольчихи, оба родителя которой были серыми, с серым кроликом, родители которого тоже были серыми, родилось несколько чёрных крольчат. Определите генотип каждой из упомянутых особей, если известно, что серый цвет доминирует над чёрным.

Задача 4. Какое получится по генотипу и фенотипу потомство, если скрестить розовоплодную (гибридную) землянику с красноплодной? А с белоплодной, если известно, что красный цвет доминирует над белым?

Задача 5. Черепаховую кошку скрестили с рыжим котом. Определить какими будут котята в первом поколении, если известно, что черный цвет доминирует над рыжим (черепаховый окрас – гетерозигота).

Задача 6. Мохнатую белую морскую свинку, гетерозиготную по первому признаку, скрестили с таким же самцом. Определите формулу расщепления потомства по генотипу и фенотипу, если известно, что мохнатость доминирует над гладкошёрстностью, а чёрный цвет над белым.

  1. Домашнее задание. §58 – 59.

Задача: Мать имеет I группу крови, а отец – III. Какие группы крови могут быть у детей?

Подготовить сообщение по теме: «Генетика и медицина».

Итоги занятия, выставление оценок.

Источник: https://kopilkaurokov.ru/biologiya/uroki/konspiekt_uroka_gienotip_kak_tsielostnaia_sistiema

Генотип как целостная система. цитоплазматическая наследственность – наследственность и изменчивость организмов. основы селекции – общая биология 11 класс кучеренко м. есть

РАЗДЕЛ 2. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОРГАНИЗМОВ. ОСНОВЫ СЕЛЕКЦИИ

§ 14. ГЕНОТИП КАК ЦЕЛОСТНАЯ СИСТЕМА. ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ

Что такое ген, геном, генетический код, рекомбинация, транскрипция, кроссинговер, антибиотики?

Что такое ген? Ранее вы узнали о химической природе гена*. Длительное время, пока не было выяснено структуру нуклеиновых кислот и генетический код, ген считали неделимой единицей наследственной информации, рекомбинаций и мутаций. Но впоследствии выяснили, что изменения могут затрагивать не весь ген, а только определенную его часть.

Во время кроссинговера гомологичные хромосомы могут обмениваться как целыми генами, так и их частями. Минимальная участок молекулы нуклеиновой кислоты, которая может быть разделена во время кроссинговера, составляет всего 1-2 пары нуклеотидов.

Однако ген – целостная функциональная единица, поскольку любые нарушения его структуры меняют закодированную в нем информацию или приводят к ее потере.

Среди генов различают структурные, кодирующие структуру белков и РНК определенных типов, и регуляторные, служащие местом присоединения ферментов и других биологически активных веществ. Последние влияют на активность структурных генов и участвуют в процессах удвоения ДНК и транскрипции. Размеры регуляторных генов по сравнению со структурными, обычно, незначительны (рис. 53).

Итак, ген – фактор наследственности, функционально неделимая едини эта генетического материала в виде участка молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Он кодирует первичную структуру белка, молекулы тРНК или рРНК или взаимодействует с биологически активными веществами (например, ферментами).

Какая организация генома у различных организмов? У разных организмов количество генов в геноме может значительно варьировать. Проще всего организован геном вирусов.

Он может включать от одного гена до нескольких сотен генов. Геном прокариот содержит как структурные, так и регуляторные гены.

Например, ДНК кишечной палочки состоит из 3 800 000 пар нуклеотидов, а количество структурных генов – приблизительно 1 000.

Рис. 53. Фрагмент молекулы ДНК со структурными (1-3, 5)

и регуляторным (4) генами

*Термин «ген» предложил в 1909 г. датский ученый Вильгельм Людвиг Іоганнсен (1857-1927).

Почти половина длины такой молекулы генетической информации не несет, это участки, расположенные между отдельными генами (так называемые спейсеры; от англ. спейс – пространство).

Геном эукариот сложнее, потому что имеет большее количество ядерной ДНК и структурных и регуляторных генов. Так, геном дрозофилы состоит из почти 180 000 000 пар нуклеотидов и включает около 10 000 структурных генов. По данным последних исследований, структурных генов в геноме человека около 30 000.

В результате исследований генома различных еукаріотичних организмов выяснено, что количество ДНК в ядре превышает необходимую для кодирования всех структурных генов в 8-10 раз. Причины этого явления разные.

Во-первых, ДНК эукариот содержит большое количество последовательностей нуклеотидов, каждая из которых повторяется до сотен тысяч раз. Во-вторых, значительная часть ДНК вообще не несет генетической информации.

В-третьих, есть немало регуляторных генов, которые не кодируют структуру белков или РНК.

Что такое цитоплазматическая наследственность? В клетках эукариот, кроме наследственного материала, расположенного в ядре, выявлено также цитоплазматическую наследственность, или позаядерну.

Она заключается в способности определенных структур цитоплазмы сохранять и передавать потомкам часть наследственной информации родителей.

Хотя ведущая роль в наследовании большинства признаков организма принадлежит ядерным генам, роль цитоплазматической наследственности тоже значительная. Она связана с двумя видами генетических явлений:

– наследованием признаков, которые кодируются позаядерними генами, расположенными в определенных органеллах (митохондриях, пластидах);

– проявление у потомков признаков, обусловленных ядерными генами, но на формирование которых влияет цитоплазма яйцеклетки.

О существовании генов в органеллах (митохондриях и пластидах), способных к самоподвоєння, стало известно в начале XX века во время изучения зеленых и бесцветных пластид в некоторых цветочных растений с мозаичной окраской листьев (рис. 54).

Позаядерні гены взаимодействуют с ядерными и находятся под контролем ядерной ДНК. Цитоплазматическая наследственность связана с генами пластид, характерная для различных видов растений (например, львиного зева).

Среди таких растений есть формы с пестрыми листьями, причем этот признак передается по материнской линии. Пестрота листьев обусловлена неспособностью части пластид образовывать пигмент хлорофилл.

После разделения клеток с бесцветными пластидами в листьях возникают белые пятна, которые чередуются с зелеными участками. Передача пестроты по материнской линии объясняется тем, что во время образования половых клеток пластиди попадают к яйцеклеток, а не сперматозоидов.

Пластиди, которые размножаются делением, имеют генетическую непрерывность: зеленые пластиди дают начало зеленым, а бесцветные – бесцветным. Во время деления клетки пластиди распределяются случайно, в результате чего образуются клетки с бесцветными, зелеными или обоими типами пластид одновременно.

Рис. 54. Пестрота листьев у бегонии

Явление цитоплазматической наследственности, связанной с генами митохондрий, изучали на примере дрожжей. В этих микроорганизмов в митохондриях обнаружены гены, которые обусловливают отсутствие или наличие дыхательных ферментов, а также устойчивость к воздействию определенных антибиотиков.

Рис. 55. Проявление цитоплазматической наследственности у прудовика

Влияние ядерных генов материнского организма через цитоплазму яйцеклетки на формирование определенных состояний признаков можно проследить на примере прудовика (рис. 55). У этого пресноводного моллюска есть формы с различными состояниями наследственной признаки направления закрученности раковины – левого или правого.

Аллель, которая определяет правозакрученість ракушки, доминирует над алеллю лівозакрученості, но при этом направление закрученности обусловлен генами материнской особи.

Например, особи, гомозиготные по рецессивной алеллю лівозакрученості, могут иметь пра – возакручену черепашку, если доминантную аллель правозакрученості имел материнский организм.

Который е взаимосвязь между генами и признаками, которые они определяют? Долгое время в генетике существовало правило, согласно которому каждый ген определяет синтез одного белка, или один признак. Однако дальнейшие исследования показали, что отношение «ген – признак» значительно сложнее. Стали известны явления множественной действия генов и взаимодействия неаллельных генов.

Ранее мы с вами рассмотрели различные варианты взаимодействия аллельных генов: полное и неполное доминирование, промежуточный характер наследования. Однако на формирование определенных состояний признаков часто влияет взаимодействие двух или большего количества неаллельных генов. Такое взаимодействие возможно в разных формах.

Один из типов взаимодействия неаллельных генов проявляется в том, что определенная аллель одного гена подавляет проявление аллеля другого, неаллельного.

Например, пурпурную окраски глаз дрозофилы обусловлено рецессивной алеллю одного из генов. Но она не проявится в фенотипе, если в гомозиготных по этой алеллю особей в гомозиготном состоянии будет находиться рецессивный аллель другого неаллельного гена, который будет подавлять действие первого.

Другой распространенный тип взаимодействия неаллельных генов заключается в том, что для проявления в фенотипе определенного состояния признака необходимо взаимодействие доминантных аллелей двух или большего количества неаллельных генов.

Так, фиалковые окраска плодов баклажана зависит от взаимодействия доминантных аллелей двух неаллельных генов, благодаря чему образуется соответствующий пигмент (антоциан).

Если хотя бы один из этих генов гомозиготний по рецессивной алеллю, пигмент не синтезируется и образуются бесцветные плоды. Подобное явление наблюдается и у душистого горошка, в которой доминантные аллели двух неаллельных генов обусловливают красную окраску венчика.

Но если хотя бы один из этих генов гомозиготний по рецессивной алеллю, венчик будет белым.

У животных (например, мышей, кроликов) для формирования темного окраса шерсти нужны доминантные аллели двух неаллельных генов, один из которых определяет наличие пигмента, а другой – его распределение по волоску.

Если первый из этих генов гомозиготний по рецессивной алеллю, то пигмент не синтезируется и рождаются белые особи (альбиносы) (рис. 56).

У человека развитие нормального слуха также определяют доминантные аллели двух неаллельных генов, один из которых отвечает за нормальное развитие улитки внутреннего уха, а другой – слухового нерва. Если хотя бы один из этих генов гомозиготний по рецессивной алеллю – человек глух от рождения.

Рис. 56. Пример взаимодействия неаллельных генов у кроликов

Что такое множественное действие генов? Большинства генов присуще свойство, когда одна их аллель влияет на формирование определенных состояний нескольких различных признаков. Это явление называют множественной действием генов.

Например, у человека известное заболевание – арахнодактилия (в переводе – «паучьи пальцы»). Оно обусловлено мутацией доминантного аллеля, что влияет на формирование удлиненных пальцев на руках и ногах, неправильное положение хрусталика глаза и врожденные пороки сердца.

У дрозофилы рецессивный аллель одного из генов определяет отсутствие пигмента глаз (білоокість), светлая окраска тела, изменяет строение половых органов, снижает плодовитость и продолжительность жизни (рис. 57).

У картофеля доминантная аллель определяет розовую окраску клубней и красно-фиалковые – венчика (у растений, гомозиготных по соответствующей рецессивной алеллю, клубни и венчики цветков синеватые или белые).

Рис. 57. Мутантная (1) и нормальная (2) формы дрозофил

Генотип особей каждого вида является целостной системой, хотя и состоит из отдельных генов, которые могут отделяться друг от друга и наследоваться независимо.

Целостность генотипа, которая сложилась в процессе исторического развития вида, проявляется в том, что формирование состояний большинства признаков организма е результатом взаимодействия аллельных и неаллельных генов, а аллели большинства генов влияют на развитие определенных состояний нескольких признаков.

Источник: http://schooled.ru/textbook/biology/11klas_1/16.html

Ссылка на основную публикацию