Законы наследования Менделя

Работа австрийского монаха Грегора Менделя, появившаяся в 1865 г., заложила основы современной генетики. Кропотливые исследования побегов гороха помогли объяснить принципы наследования.

Еще до того как Грегор Мендель (1822-1884) провел свои опыты в садах монастыря в Моравии, фермеры веками занимались селекцией растений и скота. Они брали отдельных особей с желаемыми признаками, ожидая, что их потомство унаследует эти черты. Но никто не понимал, согласно какому принципу происходит наследование, пока Мендель не пролил свет на проблему в 1865 г.: тогда он опубликовал результаты семилетних опытов с побегами гороха.

Мендель выбирал растения, отличные только по одному признаку, например, по цвету цветка или по характеру поверхности горошины (сморщенной или гладкой). Затем он скрещивал выбранные экземпляры друг с другом и считал число растений, демонстрировавших эти признаки в следующем поколении. Он заметил, что первое поколение скрещенных растений, названное им F1 (от англ. first filial), целиком состоит из растений с одним признаком. При смешении растений с красными (скорее пурпурными, но смысл тот же) и белыми цветками все поколение F1 имело красные цветы. Смешения не происходило. Мендель назвал красные цветки и другие признаки, которые проявлялись в F1, «доминантными», а исчезнувшие, подобно белым цветкам, «рецессивными».

Грегор Иоганн Мендель жил в монастыре Св. Томаша в Брно, в Моравии. Сегодня территория принадлежит Чехии, а тогда входила в состав Австро-Венгерской империи

Мендель проводил самоопыление растений из поколения F1 (для оплодотворения семян он брал пыльцу того же цветка — в отличие от многих растений, у гороха это возможно). В результате он обнаружил, что примерно три четверти особей следующего поколения, F2, содержат доминирующий признак, а четверть — рецессивный, что дает соотношение 3 : 1.

Переходящие факторы

Мендель предположил, что признаки определяются единицами наследования, которые он назвал «факторами». Родители передают факторы потомству, поэтому у каждого потомка имеется по два фактора. Фактор существует у каждого признака, но в различных вариантах, например красный и белый цвета. Доминирующий фактор контролирует признак, проявившийся у потомства. Мендель увидел, что факторы не сливаются и не сочетаются в поколении F1, а передаются по отдельности F2.

Он обобщил свои наблюдения в два закона наследования. Согласно закону расщепления, единообразные растения первого поколения дают разное потомство, то есть расщепляются. Какая пара генов будет унаследована — вопрос случая. По закону независимого наследования признаков, пары факторов передаются потомкам независимо друг от друга.

Выводя законы наследования, Мендель рассматривал семь характерных признаков гороха: форму и цвет горошин, цвет цветков и их расположение на растении, форму и цвет стручков и длину стеблей растения

КОДОМИНАНТНОСТЬ

Выбор прозорливого Менделя пал именно на побеги гороха, так как они быстро воспроизводятся и имеют ярко выраженные признаки. Генетика не всегда так проста. В некоторых случаях аллели гена кодоминантны, или неполностью доминантны. Неполная доминантность наблюдается, когда аллели дают смешение наследуемых черт, например, когда красный и белый цветки дают розовый. В случаях кодоминантности у потомства проявляются оба наследуемых признака. Цвет шерсти некоторых животных, например лошадей и кошек, определяется по этому типу наследования. Поэтому они имеют множество разных окрасов и рисунков.

Современный взгляд

Сегодня мы называем «факторы» генами, а варианты генов — их аллелями. Современные термины появились почти через пятьдесят лет после выхода в свет работы Менделя, остававшейся без внимания до начала ХХ в. Менделевские законы наследования лежат в основе нашего понимания генетики, хотя во многих случаях не так легко выделить доминантную и рецессивную формы гена (см. примечание о «Кодоминантности»).

Тем не менее, благодаря преимуществам современной генетики мы можем объяснить происходящее. Проще всего изобразить наследование по Менделю, снабдив каждую аллель специальным символом: W — белый цвет, а R — красный. Цветки-родители — это WW и RR; у них по два комплекта одной аллели для цвета. Растения F1 наследуют один признак W и один R, то есть их можно обозначить WR. R — всегда доминантный, поэтому все F1 красного цвета. Растения F1 передают потомкам F2 либо W, либо R совершенно произвольно. Следовательно, растение F2 может унаследовать RR, WR, RW или WW. Шансы унаследовать одно из этих четырех сочетаний равны. Но только сочетание WW даст белые цветы; остальные три дадут красные. Поэтому при достаточно большой группе гибридов соотношение красных и белых цветков всегда будет 3 : 1.

На иллюстрации показано прохождение доминантной (R) и рецессивной (W) аллелей через три поколения

ПЛОХИЕ ПЧЕЛЫ

Мендель прославился опытами с горохом, но исследователь разводил и пчел, чтобы выявить генетические признаки у животных, а заодно получить великолепный мед для монахов монастыря. Существует легенда, что Менделю удалось вывести новую гибридную линию медоносных пчел, но получившиеся насекомые оказались настолько агрессивны, что жалили всех, кто попадался им на пути. Улей вообще не поддавался контролю, и пчел пришлось уничтожить.