Как решать генетические задачи ЕГЭ по биологии

Основные термины

Ген — участок ДНК, в котором закодирована информация о первичной структуре белка.
Аллельные гены — пара генов, находящихся в идентичных локусах гомологичных хромосом, определяют альтернативные признаки.
Гомологичные хромосомы — одинаковые по размерам и форме хромосомы.
Генотип — совокупность всех генов организма, генетическая характеристика отдельной особи.
Геном — вся генетическая информация гаплоидного набора хромосом, генетическая характеристика вида.
Генофонд — совокупность генотипов всех особей популяции, генетическая характеристика популяции.
Фенотип — совокупность всех признаков организма (внешних и внутренних), приобретённых в результате онтогенеза (индивидуального развития).
Альтернативные признаки — вариации одного гена:
– доминантный — подавляющий развитие другого (например, карие глаза — А)
– рецессивный — подавляется доминантным (например, голубые глаза — а)
Гомозигота — содержит одинаковые аллели гена (аа или АА).
Гетерозигота — содержит разные аллели гена (Аа).
Чистые линии — гомозиготные организмы (АА или аа).

Символика

Р — родители
F — потомство, число внизу или сразу после буквы указывает на порядковый номер поколения
F1 — гибриды первого поколения — прямые потоки родителей
F2 — гибриды второго поколения — возникают в результате скрещивания между собой гибридов F1
Х — значок скрещивания
♀ — женская особь; ♂ — мужская особь
G — гаметы
А — доминантный ген
а — рецессивный ген
АА — гомозигота по доминанте
аа — гомозигота по рецессиву
Аа — гетерозигота

Моногибридное скрещивание — скрещивание организмов, отличающихся по одной паре альтернативных признаков.
P: Aa × Aa

Дигибридное скрещивание — скрещивание организмов, отличающихся по двум парам альтернативных признаков.
P: AaBb × AaBb

Анализирующее скрещивание — скрещивание организма с рецессивной гомозиготой.
P: AaBb × aabb

Крисс-кросс наследование позволяет определить сцепление гена с полом.
P: ♀ синий × ♂ красный
F1: ♀ красный × ♂ синий

Первый закон Менделя

Закон единообразия первого поколения (закон доминирования): при скрещивании двух гомозиготных особей с альтернативными признаками (АА и аа) в первом поколении все гибриды одинаковы по фенотипу и похожи на одного из родителей, т.е. единообразны.

Мендель выбрал две чистые линии гороха, отличающиеся друг от друга по одной паре признаков — окраске семян, и скрестил их, тем самым произвел моногибридное скрещивание. В результате все потомство оказалось единообразно по фенотипу и имело желтый окрас семян. Следовательно, желтый окрас — доминантный признак, а зеленый – рецессивный.

Второй закон Менделя

Закон расщепления признаков: при скрещивании двух гетерозиготных особей (гибридов первого поколения) во втором поколении наблюдается расщепление признаков по фенотипу в соотношении 3:1, по генотипу — 1:2:1.

Третий закон Менделя

Закон независимого наследования признаков: при скрещивании гибридов первого поколения, различающихся по двум парам признаков, во втором поколении наследование по каждой паре признаков идёт независимо друг от друга. В результате образуются четыре фенотипические группы в соотношении 9:3:3:1, т.е. появляются группы с новыми сочетаниями признаков.

Важно: этот закон выполняется только тогда, когда гены находятся в разных парах гомологичных хромосом.

Закономерности при независимом наследовании

Результат	Скрещивание
Единообразие гибридов	гомозигот AA × aa (Первый закон Менделя – закон доминирования)
Расщепление по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1	гетерозигот Aa × Aa (Второй закон Менделя – расщепление признаков)
Расщепление по фенотипу 9:3:3:1	дигетерозигот AaBb × AaBb (Третий закон Менделя – независимое наследование)
Расщепление по фенотипу и генотипу 1:2:1	гетерозигот Aa × Aa (Неполное доминирование)
Расщепление 1:1	гетерозигот Aa × aa (Анализирующее скрещивание)

Закон чистоты гамет

При образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген
из каждой аллельной пары.

При слиянии «чистых» мужских и женских гамет происходит восстановление хромосомного набора до диплоидного у гибридов F1 (половину хромосом организм получает от отца, вторую половину — от матери).

В процессе образования гамет у гибридов F1 гомологичные хромосомы во время мейоза также попадают в разные гаметы.

Это значит, что рецессивные аллели не «растворяются» (не утрачиваются), а лишь подавляются в присутствии доминантного аллеля (Аа) и проявляются только в гомозиготном состоянии (аа).

Анализирующее скрещивание

Было введено Менделем для определения генотипа организмов с доминантным признаком, имеющих одинаковое внешнее проявление. Такие организмы скрещивали с особями, которые были гомозиготными по рецессивному признаку.

Если всё потомство, полученное в результате такого скрещивания, оказывалось одинаковым и напоминало по признаку анализируемый организм, это означало, что исходный организм был гомозиготен по данному признаку.

Если же среди потомков наблюдалось расщепление признаков в соотношении 1:1, это свидетельствовало о том, что исходный организм был гетерозиготен по изучаемому признаку.

Сцепленное наследование

Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются вместе.

Томас Морган экспериментальным путем доказал, что гены наследуются совместно (сцеплено), и на основе этого сформулировал законы сцепленного наследования генов и нарушения сцепления между генами.

Результаты первого скрещивания подтвердили закон единообразия первого поколения.

На основании результатов второго скрещивания Т. Морган сформулировал закон сцепленного наследования: гены, находящиеся в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются совместно, сцеплено.

В результате третьего скрещивания появился закон нарушения сцепления между генами: сцепление между генами нарушается в результате кроссинговера — рекомбинации генов в гомологичных хромосомах в процессе мейоза.

Частота кроссинговера не может быть больше 50%.

Расстояние между генами: 1% кроссинговера = 1 морганида.

Хромосомная (генетическая) карта:

Псевдоаутосомное наследование NEW

X и Y-хромосомы НЕ гомологичны друг другу — имеют разные размеры, строение и набор генов. Но при этом у них есть псевдоаутосомные участки — гомологичные участки на X и Y-хромосомах, содержащие аллели одного гена. Между ними может происходить кроссинговер.

Полимерия

Гены двух или более аллелей проявляются сходным образом (равнозначные, имеют одинаковое действие), определяя развитие одного и того же признака. Полимерия может быть двух видов:

1. Некумулятивная
   Доминантный признак проявляется в полной мере при наличии в генотипе хотя бы одного доминантного гена.
2. Кумулятивная (накопительная)
   Чем больше доминантных генов, тем интенсивнее проявляется признак. Рост, цвет кожи человека, яйценоскость курс, молочность коров, содержание сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы, белков в жндосперме семян злаков и т. д.

Основные типы задач 28 на ЕГЭ

Чаще всего на экзамене встречаются именно эти задания:

1. Сцепленное наследование с кроссинговером
2. Крисс-кросс наследование
3. 2 гена в X-хромосоме
4. Псевдоаутосомное наследование
5. Группы крови
6. Летальный ген
7. Полимерия
8. Рецессивный эпиистаз

Решение задач

Полное доминирование

У морских свинок ген А отвечает за окраску шерсти (белая или чёрная), а ген В — за длину шерсти (мохнатые или гладкошёрстные).
От скрещивания чёрного мохнатого самца морской свинки с белой гладкошёрстной самкой в потомстве получены особи белые мохнатые и чёрные мохнатые. При скрещивании другого чёрного мохнатого самца с белой гладкошёрстной самкой всё потомство имело чёрную мохнатую шерсть. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы и фенотипы родителей и потомков во всех скрещиваниях. Какова вероятность получения белых мохнатых потомков при скрещивании животных с разными фенотипами из F1 первого скрещивания?

Решение

Доминирование с летальным исходом

Чаще всего про летальный исход в задаче не написано, как догадаться? Когда начинаешь расписывать соотношение фенотипов у потомков, то можно заметить, что оно не совпадает с условием: соотношение получается в большую сторону. Например, в расщеплении получается 9:3:3:1, а в задаче — 6:3:2:1. Это как раз объясняется гибелью определенных особей на эмбриональной стадии развития, а поскольку они не рождаются, то и учесть их в расщеплении невозможно.

Задача
Скрестили серую рогатую овцу с чёрным комолым самцом. В потомстве получились серые рогатые и чёрные рогатые особи. Серых рогатых животных из F1 скрестили между собой, в результате чего было получено расщепление 6:3:2:1. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы и фенотипы родительских особей и потомства во всех скрещиваниях. Объясните полученное фенотипическое расщепление во втором скрещивании.

Решение

Множественный аллелизм. Задачи на группы крови

Ген группы крови человека имеет три аллеля: i0, IA и IB. Аллели IA и IB кодоминантны (в гетерозиготе проявляются оба), и они оба доминантны по отношению к аллелю i0. Резус-фактор наследуется независимо от группы крови, положительный резус R доминирует над отрицательным r.
Женщина со ІІ группой крови и отрицательным резусом, мать которой имела І группу, выходит замуж за мужчину с IV группой и положительным резусом. Составьте схему решения задачи. Какова вероятность рождения ребёнка с ІІІ группой и отрицательным резусом у этих родителей?

Решение

Сцепление с полом

Есть два признака сцепления с полом:
1. когда в потомстве подробно расписаны, какие признаки были у самцов, а какие — у самок (такого нет в задачах на независимое наследование, там о признаках потомства упоминается без привязки к полу).
2. «крисс-кросс» наследование, по которому признак, сцепленный с полом, передается от отца к дочерям (самкам) в потомстве, а от матери — к сыновьям (самцам).

Задача 1
У дрозофил цвет глаз определяется геном, находящимся в Х-хромосоме (красный цвет глаз доминирует над белым). Ген, отвечающий за форму крыльев, находится в аутосоме (нормальная форма крыльев доминирует над укороченной). У дрозофил гетерогаметный пол — мужской.
Самку дрозофилы с укороченными крыльями и белыми глазами скрестили с гомозиготным самцом с нормальными крыльями и красными глазами. Затем провели обратное скрещивание: дигомозиготную самку с нормальными крыльями и красными глазами скрестили с белоглазым самцом с укороченными крыльями. Составьте схему скрещивания. Укажите генотипы, фенотипы и пол всех родителей и потомков. Объясните получившееся расщепление.

Решение

Задача 2 (женский пол гетерогаментый (XY), а мужской гомогаметный (ХХ))
У птиц гетерогаметным полом является женский пол.
При скрещивании курицы с гребнем, полосатым оперением и петуха без гребня, с белым оперением в потомстве получились самки с гребнем, белым оперением и самцы с гребнем, полосатым оперением. При скрещивании курицы без гребня, с белым оперением и петуха с гребнем, полосатым оперением всё гибридное потомство было единообразным по наличию гребня и окраске оперения. Составьте схемы скрещиваний. Определите генотипы родительских особей, генотипы и фенотипы потомства в двух скрещиваниях, пол потомства в каждом скрещивании. Объясните фенотипическое расщепление в первом скрещивании.

Решение

Задача 3 (оба гена находятся в X-хромосоме)
У человека между аллелями генов куриной слепоты (ночная слепота) и дальтонизма (красно-зелёного) происходит кроссинговер.
Женщина, не имеющая этих заболеваний, у матери которой был дальтонизм, а у отца куриная слепота, вышла замуж за мужчину, не имеющего этих заболеваний. Родившаяся в этом браке моногомозиготная здоровая дочь вышла замуж за мужчину, не имеющего этих заболеваний. В их семье родился ребёнок-дальтоник. Составьте схемы решения задачи. Укажите генотипы, фенотипы родителей и генотипы, фенотипы, пол возможного потомства в двух браках. Возможно ли в первом браке рождение больного этими заболеваниями ребёнка? Ответ поясните.

Решение

Сцепленное наследование с кроссинговером

При таком наследовании в потомстве всегда формируются две многочисленные группы и две малочисленные. Малочисленные группы рекомбинатные. Гаметы, которые были использованы для получения потомства, получены в результате кроссинговера. И поэтому они будут малочисленные, а потомки — рекомбинантные. Иногда указывается не численность потомства, а процент.

Задача 1
При скрещивании томата с пурпурным стеблем и рассечёнными листьями с растением с зелёным стеблем и цельными листьями всё потомство получилось с пурпурным стеблем и рассечёнными листьями. При анализирующем скрещивании растения, полученного в первом скрещивании, было получено четыре фенотипические группы: 210, 70, 71 и 209 растений. Составьте схему решения задачи, определите генотипы и фенотипы потомства каждой группы в двух скрещиваниях. Объясните формирование фенотипических групп в потомстве второго поколения.

Решение

Сцепленное наследование без кроссинговера

Если вы начнете решать задачу по Менделю, то ожидаете увидеть расщепление 1:1:1:1, при этом по условию задачи расщепление другое: 1:1. В этом случае можно говорить о сцепленном наследовании без кроссинговера.

Задача 
Гены длины ног и длины крыльев находятся у дрозофилы в одной хромосоме. Скрещивали самку дрозофилы с короткими крыльями, нормальными ногами и самца с нормальными крыльями, короткими ногами; все полученные гибриды F1 имели нормальные крылья и нормальные ноги. Получившихся в F1 самцов скрестили с исходной родительской особью. В потомстве получилось расщепление по фенотипу и генотипу в отношении 1 : 1. Составьте схемы решения задачи. Определите генотипы родительских особей, генотипы и фенотипы потомков. Объясните формирование двух фенотипических групп во втором скрещивании.

Решение

Псевдоаутосомное наследование

На X- и Y-хромосомах человека существуют псевдоаутосомные участки, которые содержат аллели одного гена, и между ними может происходить кроссинговер. Один из таких генов вызывает нарушения в развитии скелета. Рецессивный аллель куриной слепоты наследуется сцепленно с полом. Дигомозиготная женщина с нарушениями в развитии скелета и нормальным зрением, родители которой имели нормальный скелет, вышла замуж за мужчину без этих заболеваний, мать которого страдала нарушениями в развитии скелета. Родившаяся в этом браке дочь с нарушениями в развитии скелета вышла замуж за мужчину, страдающего нарушениями развития скелета, но не имеющего куриной слепоты. Составьте схемы решения задачи. Определите генотипы родителей и генотипы, фенотипы, пол возможного потомства. Возможно ли рождение в первом браке сына с нарушениями в развитии скелета? Ответ поясните.

Решение

Голандрическое наследование

На Х- и Y-хромосомах человека существуют псевдоаутосомные участки, которые содержат аллели одного гена, и между ними может происходить кроссинговер. Один из таких генов вызывает пигментную ксеродерму (повышенную чувствительность к ультрафиолетовому облучению). Аллель гена избыточного роста волос на средних фалангах пальцев кистей наследуется голандрически (наследование по гетерогаметному полу). Женщина с пигментной ксеродермой и отсутствием избыточного роста волос вышла замуж за мужчину без пигментной ксеродермы и с избыточным ростом волос на средних фалангах пальцев кистей, гомозиготная мать которого страдала пигментной ксеродермой. Родившаяся в этом браке дочь без указанных аномалий вышла замуж за мужчину с пигментной ксеродермой и с отсутствием избыточного роста волос на средних фалангах пальцев кистей. Определите генотипы родителей и генотипы, фенотипы, пол возможного потомства. Возможно ли рождение в первом браке ребенка с двумя названными заболеваниями? Ответ поясните.

Решение

Кумулятивная полимерия

Оттенки кожи человека формируются под влиянием двух разных неаллельных генов, каждый из которых может находиться в двух аллельных состояниях. Чем больше доминантных аллелей из четырех в генотипе, тем темнее оттенок кожи: темнокожие(A1A1A2A2), темные мулаты, средние мулаты, светлые мулаты, белокожие (a1a1a2a2). В браке дигетерозиготных женщины и мужчины родился белокожий сын. В его браке с дигетерозиготной женщиной родилось четверо детей, половина которых — светлые мулаты. Составьте схемы решения задачи. Укажите генотипы и фенотипы родителей, генотипы и фенотипы потомков. Какова вероятность рождения темнокожего ребенка в первом браке?

Решение

Некумулятивная полимерия

Оперенность ног кур формируются под влиянием двух разных неаллельных генов, каждый из которых может находиться в двух аллельных состояниях. Наличие хотя бы одного доминантного аллеля (A1 или A2) определяет фенотип оперенных ног. Скрестили доминантную по одному гену дигомозиготную курицу и дигетерозиготного петуха. Составьте схемы скрещиваний. Определите возможные генотипы родительских особей, генотипы и фенотипы потомства. Какова вероятность появления потомства, не имеющего оперенные ноги?

Решение