Определение фенотипов и генотипов в популяции растений в пятом поколении потомков
Расчёт частоты генотипов3 и фенотипов в популяции в различных поколениях
Задача 216.
Допустим, что у определенного вида растений окрашенные цветы доминируют над белыми и что вид этот в природных условиях размножается самоопылением1 (фасоль). Допустим, что на остров, на котором нет ни одного представителя этого вида, завезено одно гетерозиготное растение с окрашенными цветами Сс и что его потомство будет размножаться и распространяться в огромных количествах. Наконец, допустим, что растение является однолетним, так что возможность скрещивания между собой особей, принадлежащих к разным поколениям, исключается. Каков будет в отношении окраски цветов внешний вид пятого поколения потомков?
Решение:
Изучение наследственности в популяции связано с определением частот различных генотипов и аллелей генов. Частота определяемого генотипа в популяции – это отношение количества особей данного генотипа, выраженных в долях от 1 или в %. Для подсчета отношения окраски цветов в самоопыляющихся популяциях очень просто вести подсчет гетерозигот. Так в F1 все растения на 100% являются гетерозиготными - Сс, в F2 гетерозигот становится 50%, т.е. в два раза меньше чем в F1 (100%/2 = 50%), частота гомозигот будет 50% (100% - 50% = 50%), расщепление по генотипу - 1:2:1. Следуя этой методике рассчитаем частоту генотипов, так в F3 частота гетерозигот станет 25% (50%/2 = 25%), частота гомозигот будет 75% (100% - 25% = 75%), расщепление по генотипу - 1:2:1 станет в два раза больше - 8 генотипов (3:2:3). Аналогично для F4 гетерозигот - 12,5% (25%/2 = 12,5%), частота гомозигот будет 87,5% (100% - 12,5% = 87,5%) расщепление по генотипу - 7:2:7 (общее число генотипов - 16). В F5 гетерозигот становится 6,25%, т.е. в два раза меньше чем в F4 (100%/2 = 50%), частота гомозигот будет 93,75% (100% - 6,25% = 93,75%), расщепление по генотипу - 15:2:15. Надо отметить, что отношение в рассщеплении гетерозигот численно всегда равно 2.
Таким образом, в F5 процентное соотношение будет таким: гетерозигот (Сс) - 6,25%, доминантных гомозигот (СС) и рецессивных гомозигот (сс) по 46,875% (93,75%/2 = 46,875%). Отсюда в F5 растения с окрашенными цветками составят -
53,125% (46,875% + 6,25% = 53,125%)3, а растения с белыми цветками - 46,875%, т.е. отношение -
окрашенные цветки: белые цветки = 53,125% : 46,875% = 1:1,13.
Следовательно, самооплодотворение приводит к увеличению частоты гомозигот и уменьшению частоты гетерозигот. По фенотипу от поколения к поколению происходит постепенное выравнивание частот с доминантными и рецесивными признаками. Гентическая сущность сводиться к тому, что гены находящиеся в гетерозиготном состоянии переходят в гомозиготы, т.е. идёт процесс гомозиготизации популяции, в результате популяция распадается на чистые линии, линия с окрашенными цветками и линии с белыми цветками.
Выводы:
1. Изучение наследственности в популяции самооплодотворяющихся растений связано с определением частот различных генотипов и аллелей генов. Частота определяемого генотипа в популяции – это относительное количество особей данного генотипа, выраженных в долях от 1 или в %.
2. Самооплодотворение приводит к увеличению частоты гомозигот и уменьшению частоты гетерозигот. По фенотипу от поколения к поколению происходит постепенное выравнивание частот с доминантными и рецесивными признаками. Гентическая сущность сводиться к тому, что гены находящиеся в гетерозиготном состоянии переходят в гомозиготы, т.е. идёт процесс гомозиготизации популяции, в результате популяция распадается на чистые линии.
Частоты аллельных генов в F5 в популяции перекрёстноопыляемых растений
Задача 217.
Известно, что растения, допустим подсолнух, размножаются только при перекрестном опылении2: а) допустим, что на остров, на котором нет ни одного представителя этого вида завезено одно растение, которое не способно размножаться самоопылением, и для образования жизнеспособных семян должно быть скрещено с другими растениями; б) будут завезены два гетерозиготных растения. Каково будет расщепление по фенотипу и генотипу F5 в обоих случаях?
Решение:
Состав аллелей аллогамных популяций (популяция организмов одного вида, размножающихся панмиксически) определяется не только мутациями, но и в очень значительной степени рекомбинациями. Так как в панмиксических популяциях следующее поколение воспроизводится за счёт различных сочетаний гамет, производимых родителями, то численность особей того или иного генотипа определяется частотой различных типов гамет родителей. Состав популяции при этом подчиняется закону Харди-Вейнберга:
р2 + 2рq + q2 = 1, где
q - частота встречаемости рецессивного гена;
p - частота встречаемости доминантного гена;
q2 - частоста встречаемости генотипа aa;
p2 - частоста встречаемости генотипа AA;
2pq - частота встречаемости генотипа Aa.
а) На остров завезены два гетерозиготных аллогамных растения
Ели на остров, на котором нет ни одного представителя этого вида завезено одно растение, которое не способно размножаться самоопылением, и для образования жизнеспособных семян должно быть скрещено с другими растениями, то возможны следующие варианты:
1) Допустим, что исходное растение доминантная гомозигота и скрещено с другим, тоже гомозиготным растением по доминантному гену. При скрещивании двух доминантных гомозигот все поколения будут иметь один набор генотипа и фенотипа. В данном случае, расщепления по фенотипу и генотипу не наблюдается, вся панмиксическая популяция однородна - АА, F1 = F5: 100%AA, все растения единообразны по доминантному гену.
2) Иходное растение доминантная гомозигота и скрещено с рецессивной гомозиготой. При скрещивании АА и аа в F1 все особи являются гетерозиготами - Аа. В F2, F5 и последующих поколениях относительная частота доминантной и рецессивной аллелей сохранятся на одном уровне: 0,5А и 0,5а, т.е. панмексическая популяция находится в равновесном состоянии.
Тогда
Р: А = 0,5 и а = 0,5.
F2: 1/4АА + 2/4 Аа + 1/4аа;
F2 = F5: 0,25АА + 0,25Аа + 0,25А.
3) Оба растения гетерозиготные. В давнном случае количество гамет А и а одиноково.
Тогда
Р: А = 0,5 и а = 0,5.
F1 = F2 = F5: 25%АА + 50%Аа + 25%аа.
4) Допустим, что исходное растение рецессивная гомозигота и скрещено с другим, тоже гомозиготным растением по рецессивному гену. При скрещивании двух рецессивных гомозигот все поколения будут иметь один набор генотипа и фенотипа. В данном случае, расщепления по фенотипу и генотипу не наблюдается, вся панмиксическая популяция однородна - аа, F1 = F5: 100%аа, все растения единообразны по рецессивному гену.
5) одно растение - АА, другое Аа.
Тогда
F1: 50%АА; 50%Аа.
Тогда
Р: А = 0,75 и а = 0,25.
Отсюда
F2 = F5: 0,5625AA + 0,375Aa + 0,0625aa =
= 56,25%AA + 37,5%Aa + 6,25%aa.
6) одно растение - aa, другое Аа.
Тогда
F1: 50%aa; 50%Аа.
Тогда
Р: А = 0,25 и а = 0,75.
Отсюда
F2 = F5: 0.0625AA + 0,375Aa + 0,5625aa =
= 6,25%AA + 37,5%Aa + 56,25%aa.
б) В случае завоза на остров двух гетерозиготных растений количество гамет (А) и (а) одиноково
Р:( )А = 0,5 и (а) = 0,5;
F1: 1/4АА + 2/4 Аа + 1/4аа;
F2: 0,25АА + 0,25Аа + 0,25Аа + 0,25аа или
F2: 25%АА + 50%Аа + 25%аа.
Следовательно, если на остров будут завезены два гетерозиготных растения, то в последующх покалениях относительная частота доминантной и рецессивной аллелей сохраниться на одном уровне: 0,5А и 0,5а, т.е. панмексическая популяция находиться в равновесном состоянии. Отсюда в F5 будет тоже процентное соотношение генотипов как и при F2, т.е.
F2: 25%АА + 50%Аа + 25%аа =
F5: 25%АА + 50%Аа + 25%аа.
Соотношение фенотипов - доминантный признак : рецессивный признак = 3:1. Так как потомство образуется в результате скрещиваний, доля гетерозигот относительно велика.
Таким образом, если на остров будут завезены два гетерозиготных перекрестноопыляемых растения, то соотношение их генотипов и фенотипов в F5 будет тоже, что установилось в F2.
Выводы:
1. Формирование популяции прекрестноопыляемого растения основано на свободном скрещивании особей с различными генотипами, т.е. на панмиксии.
2. Т.к. в панмиксических популяциях следующие поколение воспроизводится за счёт различных сочетаний гамет, производимых родителями, то численность особей того или иного генотипа определяется частотой различных типов гамет родителей:
Р: (А) = 0,5 и (а) = 0,5.
F1: 1/4(АА) + 2/4(Аа) + 1/4(аа);
F2: 0,25(АА) + 0,25(Аа) + 0,25(Аа) + 0,25(аа).
Следовательно, в последующх покалениях относительная частота доминантных и рецессивных аллелей сохранится на одном уровне: 0,5(А) и 0,5(а), т.е. панмексическая популяция находится в равновесном состоянии.
1Самопыляемые или аутогамные растения — это растения, у которых опыление происходит цветами одного растения. При созревании пыльцы пыльник тычинки лопается и пыльца разносится ветром или насекомыми. Самоопыление в природе встречается крайне редко. К таким растениям относятся горох, фиалки, пшеница, помидоры, ячмень, фасоль, нектарин.
2Перекрестноопыляемые или аллогамные растения - это растения у которых есть мужские и женские цветки (на разных растениях). Опыление происходит с помощью ветра, дождя, росы. Перекрестноопыляемых растений в природе — большинство.
3Частоты генотипов в различных поколениях в популяциях самооплодотворяющихся организмов:
F1: 1(Аа;
F2: 0,25(АА) + 0,25(Аа) + 0,25(Аа) + 0,25(аа)
F3: 0,375(АА) + 0,125(Аа) + 0,125(Аа) + 0,375(аа);
F4: 0,4375(АА) + 0,625(Аа) + 0,0625(Аа) + 0,4375(аа);
F5: 0,46875(АА) + 0,3125(Аа) + 0,03125(Аа) + 0,46875(аа);
F6: 0,48435(АА) + 0,01562525(Аа) + 0,01562525(Аа) + 0,48435(аа);
F7: 0,49215(АА) + 0,007812625(Аа) + 0,007812625(Аа) + 0,49215(аа);
F8: 0,49610(АА) + 0,0039063125(Аа) + 0,0039063125(Аа) + 0,49510(аа);
F9: 0,49805(АА) + 0,00195315625(Аа) + 0,00195315625(Аа) + 0,49805(аа);
F10: 0,49902(АА) + 0,000976578125(Аа) + 0,000976578125(Аа) + 0,49902(аа).
