Дигибридное и полигибридное скрещивание

Дигибридное скрещивание

Установив закон расщепления на примере моногибридных скрещиваний, Мендель стал выяснять, каким образом проявляются при скрещивании парные альтернативные признаки гена. Для этого он провел серию опытов по дигибридному скрещиванию, посредством чего наблюдал наследование сразу двух независимых пар признаков. В качестве материнского растения Мендель использовал растения гороха с круглыми желтыми семенами, а отцовского – с зелеными морщинистыми. У первых горошин оба признака по генотипу являлись доминантными (AB), а у вторых – рецессивными (ab).

Скрещивание, при котором родительские формы различаются по аллелям двух генов, называют дигибридным.

В результате скрещивания, согласно правилу доминирования и закону единообразия гибридов, в первом поколении (F1) все семена оказались круглыми и желтыми. На следующий год из этих семян выросли растения, в цветках которых произошло самоопыление. Внешний вид семян, полученных таким путем (второе поколение – F2), свидетельствовал о том, что произошло расщепление признаков, причем наряду с родительскими – круглыми желтыми и морщинистыми зелеными – появились и совершенно новые семена – морщинистые желтые и круглые зеленые. Оказалось, что гетерозиготы по двум парам аллельных генов образуют четыре типа гамет в равных количествах (AB, Ab, aB, ab). В двух из них гены находятся в том же сочетании, как и у исходных родителей, а в двух других – в новых сочетаниях – рекомбинациях (от лат. re – приставка, означающая повторность действия, и combinatio – соединение).

Определение расщепления признаков по генотипу
Определение расщепления признаков по генотипу в F2 дигибридного скрещивания с помощью решетки Пеннета: A – круглые семена, a – морщинистые семена, B – желтые семена, b – зеленые семена

Опыты по дигибридному скрещиванию свидетельствовали о том, что расщепление одной пары признаков (желтая и зеленая окраска) совсем не связано с расщеплением другой пары (круглая и морщинистая форма семян). Из этого Мендель сделал совершенно правильный вывод: расщепление в обоих парах признаков происходит независимо друг от друга и при этом возможно рекомбинирование (перераспределение) признаков. Этот вывод отражает сущность третьего закона Менделя – закона независимого наследования признаков, или закона независимого комбинирования генов.

Третий закон Менделя звучит так: если родители различаются по двум или более признаком, то в потомстве эти признаки распределяются независимо друг от друга.

Третий закон Менделя – это закон о независимом наследовании аллелей разных генов.

Закон независимого наследования по каждой паре признаков еще раз подчеркивает дискретный характер любого гена. Он проявляется и в независимом комбинировании аллелей разных генов, и в их независимом действии – в фенотипическом выражении. Независимое распределение генов может быть объяснено поведением хромосом при мейозе. При мейозе пары гомологичных хромосом, а вместе с ними и парные гены перераспределяются и расходятся в гаметы независимо друг от друга.

Для определения фенотипов и генотипов потомства при дигибридном скрещивании удобно пользоваться решеткой Пеннета – графическим методом, предложенным известным английским генетиком Р. Пеннетом. Решетка Пеннета дает наглядное представление о сочетании различных типов гамет. Она представляет собой таблицу, для построения которой по вертикальной оси следует разместить гаметы мужского родительского организма, а по горизонтальной – женского. В месте пересечения вертикалей и горизонталей записываются генотипы дочерних организмов.

Анализирующее скрещивание

Правильность своих выводов о независимом комбинировании генов при дигибридном скрещивании Мендель проверил путем скрещивания гибридных растений F1 имевших генотип AaBb, с отцовским растением – гомозиготной рецессивной формой по обеим парам генов (aabb). В результате такого скрещивания (AaBb × aabb) в первом поколении гибридов получилось четыре типа форм: AaBb (желтые круглые семена), Aabb (желтые морщинистые), aaBb (зеленые круглые), aabb (зеленые морщинистые). В каждой из этих групп было одинаковое число особей.

Так как во всех скрещиваниях от отцовского сорта передавались одинаковые гаметы – ab, то равное число особей во всех четырех группах анализирующего скрещивания является результатом того, что гибриды F1 (AaBb) образовали яйцеклетки AB, Ab, aB и ab в равных количествах, а это возможно только в случае независимого комбинирования генов. Схема анализирующего дигибридного скрещивания показана на рисунке.

Схема наследования признаков при анализирующем скрещивании
Схема наследования признаков при анализирующем скрещивании

Скрещивание особи с неизвестным генотипом, имеющим доминантный фенотип с рецессивной гомозиготой, называют анализирующим. Его проводят с целью установить генотип анализируемой особи по расщеплению признаков в потомстве. В таких случаях расщепление проявляется уже в первом поколении (F1). Такой анализ не только имеет теоретическое значение, но и широко используется в практике селекционной работы.

Полигибридное скрещивание

Независимый характер перераспределения генов был подтвержден Менделем и при скрещивании растений посевного гороха, различающихся между собой по трем парам признаков (тригибридное скрещивание). Для эксперимента Мендель взял растения с доминантными признаками; пурпурными цветками, дающими желтые круглые семена. Он скрестил их с растениями, имеющими рецессивные признаки: белые цветки, морщинистые и зеленые семена. Пары генов, определяющих форму и окраску семян, он обозначил буквенными символами – R и r, Y и y, а пару генов окраски цветков – C и c. Генотипы растений-родителей (RRYYCC и rryycc) могли продуцировать гаметы, несущие гены RYC и ryc соответственно. Объединение таких гамет при оплодотворении дает начало гетерозиготным тригибридам по всем трем парам генов. В F1 их генотип будет представлен как RrYyCc, а фенотип – круглыми желтыми семенами и пурпурными цветками.

Альтернативные признаки тригибридов F1, как и дигибридов F1, расщепляются и перераспределяются независимо, но образуется большее число гамет – не четыре, а восемь типов: RYC, RYc, RyC, Ryc, rYC, rYc, ryC и ryc. Среди них, кроме RYC и ryc, большинство (шесть) типов рекомбинантных, несущих новые сочетания генов. Тригибриды F1 отличаются от дигибридов F1 еще и тем, что случайное объединение гамет восьми типов при их оплодотворении приводит уже не к 16, а к 64 возможным комбинациям, дающим начало гибридам F2.

Если наследование признаков по фенотипу у потомства F2 от дигибридного скрещивания выражается отношением 9 : 3 : 3 : 1, или формулой (3 + 1)2, то от тригибридного скрещивания – как 27 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3 : 3 : 1, или формулой (3 + 1)3, а у полигибридов – (3 + 1)n, где n – число признаков, вовлеченных в скрещивание.

Во всех полигибридных скрещиваниях при вовлечении каждой новой пары генов наблюдается возрастание числа генных комбинаций, сопровождаемое снижением частоты появления среди гибридов F2 исходных родительских типов и увеличением количества организмов, несущих рекомбинантные сочетания генов.