Менделови закони на наследствеността: определение и примери

Менделови закони на наследствеността — ясно обяснение и илюстративни примери за доминантни и рецесивни признаци, практическо ръководство за основите на генетиката.

Менделово унаследяване (или Менделови закони на наследствеността) е набор от основни правила за генетично унаследяване, които описват как се предават индивидуални признаци от родители към потомство.

Основните принципи на генетиката са формулирани за първи път чрез опитите на монаха Грегор Мендел. Той провежда систематични експерименти в периода 1856–1863 г. и публикува резултатите си през 1866 г. В течение на векове хората са наблюдавали как се предават различни чертите, но приносът на Мендел е, че той използва контролирани опити с чисти (истински) линии и големи бройки растения, като прилага количествен подход при анализа на наследяването.

Какво направи Мендел?

В своите експерименти Мендел изучава как се предават признаците при граховите растения. Той започва с растения, които се размножават вярно (true-breeding), и разглежда признаци, които в популацията имат две ясно различими форми (например високи или ниски растения, жълти или зелени семена). Мендел извършва пречистване на линиите, планира кръстосванията и записва резултатите в числа, което му позволява да изведе закономерности.

Трите основни закона (напр., при класическите случаи)

• Закон за единообразието на първото поколение (Първи закон) — при кръстосване на две чисти линии, различаващи се по един признак (например TT x tt), всички потомци от първото поколение (F1) са еднакви фенотипно (в примера — всички високи) и носят различни варианти (алели) в хетерозиготно състояние (Tt).
• Закон за разпадането (Втори закон, закон за сегрегацията) — при кръстосване на хетерозиготни индивиди (Tt x Tt) алелите се разделят при формирането на гамети, което води до разпределение на генотипове в съотношение 1 TT : 2 Tt : 1 tt и фенотипично съотношение 3:1 (доминиращ:рецесивен).
• Закон за независимото съчетаване на признаците (Трети закон) — при едновременно наследяване на два независими признака (на различни хромозоми или далеч един от друг) алелите за всеки признак се разпределят независимо, което при двоен хетерозиготен кръст (A a B b x A a B b) дава класическо фенотипно съотношение 9:3:3:1 в F2.

Примери с генотипи и резултати

• Монохибриден пример: височина при грах — доминантен алел T (висок), рецесивен t (низък). TT x tt → всички F1 Tt (високи). F1 x F1 (Tt x Tt) → F2 генотипи 1 TT : 2 Tt : 1 tt → фенотипично 3 високи : 1 нисък.
• Тестов кръст: за да установи дали даден индивид е хомозиготен доминантен или хетерозиготен, Мендел използва кръстоска с рецесивен хомозигот (например T? x tt). Ако резултатът е 1:1 (високи:ниски), родителят е бил хетерозиготен.
• Дихибриден пример: семенен цвят и форма (Y = жълто/ y = зелено; R = кръгло/ r = набръчкано). RRYY x rryy → F1 всички RrYy. F2 след самопрашване на F1 показва фенотипно съотношение 9 (R_Y_) : 3 (R_yy) : 3 (rrY_) : 1 (rryy).

Ограничения и изключения

Менделовите закони важат за много случаи, но има множество изключения и допълнителни механизми на наследственост, които не са описани от него:

• Генетична свързаност (linkage) — гени, разположени близо на една и съща хромозома, често се наследяват заедно и не следват независимото съчетаване.
• Непълно доминиране и ко-доминиране — при непълното доминиране хетерозиготата показва междинен фенотип; при ко-доминирането и двата алела се проявяват едновременно.
• Множество алели, полигенно унаследяване и епистаза — признаците могат да се формират от повече от един ген, което води до непрекъснато (квантитативно) разпределение на фенотипите.
• Влияние на средата — фенотипът често зависи както от генотипа, така и от условията на средата (температура, хранене и др.).
• Митохондриално и цитоплазмено унаследяване — някои признаци се предават по майчина линия чрез митохондриална ДНК.

Значение и историческо наследство

Менделовите закономерности полагат основата на класическата генетика и позволяват предсказване на вероятностите за наследяване на отделни признаци. В началото работата му остава почти незабелязана, но около 1900 г. е „преоткрита“ от други учени (Hugo de Vries, Carl Correns, Erich von Tschermak), след което основните идеи стават централен стълб в биологията и селекцията.

Ключови методи: използване на истински линии, контролирани кръстоски, големи числени проби и внимателно записване — това позволило на Мендел да открие статистически стабилни закони на наследствеността.

Менделовите закони са начална рамка — съвременната генетика ги разширява и уточнява с понятия като хромозомна теория на унаследяването, молекулярна биология на гените и механизми на регулация на генната експресия.

Диагностични примери

• Съотношенията в диаграмите по-долу са статистически прогнози. При голям брой кръстоски броят на потомството с тези характеристики ще се доближи до посочените съотношения.

 
Фигура 1: Доминантни и рецесивни фенотипове.   (1) Родителско поколение. (2) Поколение F1 . (3) F2 поколение. Доминантният (червено) и рецесивният (бяло) фенотип изглеждат еднакво в F1 поколението и показват съотношение 3:1 в F2 поколението.  


Фигура 3: Цветните алели на Mirabilis jalapa не са доминантни или рецесивни.   (1) Родителско поколение. (2) Поколение F1 . (3) F2 поколение. "Червеният " и "белият" алел заедно създават "розов" фенотип, което води до съотношение 1:2:1 червено :розово :бяло в F2 поколението.  

Въпроси и отговори

В: Кой е открил основните правила на генетиката?

В: Кога е публикуван трудът на Мендел?

В: Какви растения е използвал Мендел за своите експерименти?

В: Как Мендел е планирал експериментите си?

Въпрос: Колко време преди работата на Мендел хората са забелязвали как признаците се унаследяват от родителите към децата?

Търсене по буква