If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Егер веб фильтрлерін қолдансаң, *.kastatic.org мен *.kasandbox.org домендері бұғатталмағанын тексер.

Негізгі бет

Тәуелсіз тұқым қуалау заңы

Мендельдің тәуелсіз тұқым қуалау заңы. Дигибридті будандар. 4 x 4 Пеннет торлары.

Кіріспе

Белгілердің ажырау заңы белгілі бір генмен байланысты белгінің қалай тұқым қуалайтынын болжауға мүмкіндік береді. Алайда, кейбір жағдайларда бізді екі әртүрлі генге байланысты екі бөлек белгінің қалай тұқым қуалайтындығы қызықтыруы мүмкін. Сонымен біз мұны қайдан білеміз?
Нақты болжам жасау үшін алдымен осы гендер дербес тұқым қуалайды ма деген сұраққа жауап беруіміз керек. Яғни, біз гаметалар бойынша сұрыпталған кезде олардың бір-бірін "елемейтінін" немесе "біріктіріліп" біртұтас бірлік ретінде тұқым қуалайтынын білуіміз керек.
Грегор Мендель бұл сұраққа қызығушылық танытқан кезде, белгілердің тәуелсіз тұқым қуалау заңы бойынша әр түрлі гендер бір-біріне тәуелсіз тұқым қуалайтындығын анықтады. Осы мақалада біз белгілердің тәуелсіз тұқымқуалау заңы және болжамдар жасау үшін осы заңды қалай қолдануға болатындығы туралы білеміз. Заңның қандай жағдайларда дұрыс (немесе бұрыс!) болатынын қарастырамыз.
Ескерту: Егер сіз жеке гендердің қалай тұқым қуалайтынымен таныс болмасаңыз, мақаланы оқымас бұрын белгілердің ажырау заңы мақаласын оқыңыз не тұқымқуалаушылыққа кіріспе бейнесін қараңыз.

Белгілердің тәуелсіз тұқымқуалау заңы

Мендельдің белгілердің тәуелсіз тұқымқуалау заңы бойынша екі (немесе одан да көп) түрлі геннің аллельдері гаметаларға бір-бірінен тәуелсіз таралады. Басқаша айтқанда, гаметаның бір геннің аллелі басқа генінің аллеліне әсер етпейді.

Мысалы: бұршақ тұқымының түсі мен пішінін анықтайтын гендер

Белгілердің тәуелсіз тұқымқуалау заңының нақты мысалын қарастырыйық. Екі гомозиготалы бұршақ өсімдігі будандастырылды делік: бірі сары, тегіс тұқымды (YYRR), ал екіншісі жасыл, кедір-бұдыр (yyrr). Ата-аналардың екеуі де гомозиготалы болғандықтан, белгілердің ажырау заңына сәйкес жасыл кедір-бұдыр өсімдіктің барлық гаметалары ry, ал сары тегіс RY болады. Нәтижесінде F1 ұрпағының генотипі RrYy болып шығады.
Тұқым түсінің сарғыштығын анықтайтын аллель жасыл түсті анықтайтын аллельге қарағанда, ал тегіс тұқым пішіні кедір-бұдырға қарағанда доминантты екенін көреміз. Бұл бас және кіші әріптермен белгіленген. Яғни F1 барлық өсімдіктері сары және тегіс пішінді. Олар екі ген бойынша гетерозиготалы болғандықтан, F1 өсімдіктер дигибридтер (di- = екі, -hybrid = гетерозиготалы) деп аталады.
Екі дигибрид (немесе өзін-өзі ұрықтандыратын бір дигибрид) өсімдігінің будандастырылуы дигибридті будандастыру деп аталады. Будандастырудан кейін, Мендель келесі ұрпақтағы бұршақ тұқымдарының төрт түрін анықтады: сары әрі тегіс, сары әрі кедір-бұдыр, жасыл әрі тегіс, және жасыл әрі кедір-бұдыр. Бұл фенотип категориялары (сыртқа көрінетін белгілер бойынша анықталған категориялары) 9:3:3:1 қатынасында пайда болды.
Тұқымның түсі мен пішініне байланысты гендер дербес сұрыпталады деген гипотезаның көрінісі.
Бұл диаграммада сары, тегіс ата-ананың Y және R аллельдері мен жасыл, кедір-бұдыр ата-ананың y және r аллельдері бірігіп емес, бір-бірінен тәуелсіз бірлік ретінде тұқым қуалайды.
P буыны: сары, тегіс өсімдік (YYRR) жасыл, кедір-бұдыр өсімдікпен (yyrr) шағылыстырылады. Әрбір ата-анадан гаметалардың бір түрі ғана пайда болады, YR немесе yr.
F1 ұрпағы: F1 дигибридті тұқымдары сары және тегіс, генотипі YyRr. F1 өсімдіктері гаметалардың төрт түрін шығара алады: YR, Yr, yR және yr. Біз F2 өсімдіктерінің генотиптерін осы гаметаларды 4X4 Пеннет торының жоғарғы және бүйір осьтері бойына орналастырып, ұрықтандыру оқиғаларын бейнелейтін ұяшықтарға толтыру арқылы болжай аламыз.
F2 ұрпағы: Пеннет торы 9:3:3:1 қатынасында төрт түрлі фенотиптік ұрпақтың кластарын болжайды: сары/тегіс, сары/кедір-бұдыр, жасыл/тегіс және жасыл/кедір-бұдыр. Бұл модельдегі болжам бойынша тұқым пішіні мен тұқым түсінің гендері тәуелсіз түрде сұрыпталады.
Пеннет торы:
YRYryRyr
YRYYRRYYRrYyRRYyRr
YrYYRrYYrrYyRrYyrr
yRYyRRYyRryyRRyyRr
yrYyRrYyrryyRryyrr
Қарапайым мәтін = сары, тегіс фенотип Көлбеу мәтін = сары, кедір-бұдыр фенотип Қалың қаріпті мәтін = жасыл, тегіс фенотип Қалың қаріпті, көлбеу мәтін = жасыл, кедір-бұдыр фенотип
Сурет: "Laws of inheritance: Figure 2," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0 алынған.
Бұл қатынастың Мендельдің белгілердің тәуелсіз тұқымқуалау заңының ашылуында маңызы зор болды. F1 ұрпағы бірдей ықтималдықпен төрт түрлі гаметаны (сперматозоидтар мен жұмыртқа), YR, Yr, yR және yr, шығаруы нәтижесінде біз күткен 9:3:3:1 қатынасы пайда болды. Басқаша айтқанда, әрбір гамета Y немесе y аллелін және R немесе r аллелін кездейсоқ түрде қабылдайды (нәтижесінде төрт бірдей ықтимал комбинация пайда болады).
Біз төрт түрлі гамета және 9:3:3:1 қатынасы арасындағы байланысты Пеннет торы арқылы оңай көрсете аламыз. Алдымен әр осьтің бойына түзілу ықтималдығы бірдей 4 түрлі гаметаларды жазып, ұяшықтар қалыптастырамыз. Содан кейін гаметаларды біріктіру арқылы әр ұрықтану жағдайын сәйкес ұяшыққа түсіреміз. Гаметалар арасында пайда болу ықтималдығы бірдей 16 ұрықтандыру оқиғалары 16 ұяшықта көрсетіледі. Мендель тапқандай, пайда болатын ұрпақтың генотиптері 9:3:3:1 фенотипінің қатынасына сәйкес келеді.

Тәуелсіз тұқымқуалау және гендер тіркесі

Жоғарыдағы бөлімде біз Мендельдің тәуелсіз тұқымқуалаушылық заңын және осы заңның 9:3:3:1 арақатынасына қалай әкелетінін қысқаша қарастырдық. Бірақ бұнын басқа нұсқалары болуы мүмкін бе? Егер екі ген белгілердің тәуелсіз тұқым қуалау заңына бағынбаса, не болар еді?
Елестетіп көрейік: тұқым пішіні мен түсін білдіретін гендер үнемі жұптасып тұқым қуалауы мүмкін. Нәтижесінде, сары мен тегіс және жасыл мен кедір-бұдыр белгілерін анықтайтын аллельдер әрдайым бірге қалар еді.
Мұның қалай болатынын көру үшін, төмендегі диаграммаға назар аударыңыз. Түс пен пішінді анықтайтын гендер аллельдерінің айналасындағы ұяшықтар олардың бір-бірімен байланысқанын және бір-бірінен бөлінбейтінін көрсетеді. Гендердің бұндай байланысы хромосомада екі ген бір-біріне өте жақын орналасқан кезде болуы мүмкін (мақала соңында бұл жайлы көбірек сөз қозғаймыз).
Тұқымның түсі мен пішініне байланысты гендер толықтай тіркесетін гипотезаның көрінісі.
Бұл диаграммада Y пен R аллельдері және y мен r аллельдері тұтасқан бірлік - (Y-R) және (y-r) - түрінде көрсетілген.
P буыны: (Y-R) (Y-R) сары, тегіс пішінді тұқым (y-r)(y-r) жасыл, кедір-бұдыр тұқыммен будандастырылған. Әрбір ата-ана гаметаның бір түрін ғана шығарады (Y - R) немесе (y-r).
F1 буыны: F1 дигибридті өсімдіктері екі ген бойынша гетерозиготалы, әрқайсысы сары, тегіс пішінді фенотипке ие. Аллель жұптары F1 будандастыру кезінде ажырамас бірлік ретінде сақталады: (Y-R) (y-r). F1 дигибридтері өздігінен ұрықтанған кезде, олар екі түрлі гаметалар түзе алады: (Y-R) немесе (y-r). Осы екі гаметаның пайда болуының 50% -дық ықтималдылығымен біз F2 құрамындағы өсімдік генотиптерін анықтай аламыз: 2х2 Пеннет ұяшығында гаметалар осьтер бойымен жазылады және ұяшықтарда ұрықтану жағдайларының ықтимал нәтижелері анықталады.
F2 ұрпақ: Пеннет торын толтыру арқылы бізде 1:2:1 қатынасында үш түрлі генотип шығады: (Y-R) (Y-R), (Y-R) (y-r), және (y-r) (y-r)). Бұл генотиптер 3:1 қатынасындағы сары, тегіс:жасыл, кедір-бұдыр фенотипке сәйкес келеді. Тұқым пішіні мен түсін анықтайтын гендер толықтай тіркеседі деген модельдің болжамы. (Ескерту: іс жүзінде бұл екі ген аталған модельге келмейді. Бұл Мендель тексеріп отырған екі гипотезаның бірі ғана).
Түс пен пішінді анықтайтын аллельдер гаметаларға бөлек таратылуының орнына, F1 дигибридті өсімдігі әр гаметаға “бір тұтас бірлікті” беретін еді: YR әлде yr аллель жұбын.
Бұл жағдайда біз Пеннет торын өздігінен ұрықтану нәтижесін болжау үшін де қолдана аламыз. Егер тұқым пішіні мен түсі бірге немесе толықтай тіркескен күйде тұқым қуалайтын болса, тек екі түрлі сары/тегіс және жасыл/кедір-бұдыр ұрпақ 3:1 қатынасында түзіледі. Мендельдің белгілердің тәуелсіз тұқым қуалау заңына сәйкес нәтижелері (жоғарыда 9:3:3:1) сәл өзгеше болды, сондықтан Мендель гендер дербес бөлініп таратылды деген қорытындыға келді.

Белгілердің тәуелсіз тұқымқуалау себебі

Тәуелсіз тұқымқуалаушылық неліктен пайда болатындығын түсіну үшін біз жарты ғасырға озып, гендердің хромосомада орналасатынын білуіміз керек. Нақтырақ айтсақ, денеде геннің екі көшірмесі (Y және y аллельдері) әр гомологты жұп хромосомаларының бірдей жерінде орналасады. Гомологты хромосомалар бір-біріне ұқсағанымен, олар бірдей емес. Жұптың әрқайсысын ағза ата-анасынан алады: бірін анадан, екіншіден әкеден делік.
Белгілердің тәуелсіз тұқым қуалау заңының физикалық негізі гаметалар түзілуінің I мейозына жатады. Бұл процесте бөлінуге дайындалу үшін гомологты хромосомалар жасуша орталығында кездейсоқ орындарында жұптасады. Әрбір хромосома жұбының орналасуы кездейсоқ болғандықтан, гаметалар «әкеден» және «анадан» алған әр түрлі гомологты хромосомалар комбинациясына ие.
Бұны түсіну үшін I метафазаны көрсететін төмендегі диаграммада хромосоманың бірінші орналасу тәртібін (жоғарыда) екінші орналасу тәртібімен (төменде) салыстырыңыз. Бірінші жағдайда қызыл «ана» хромосомалары бірге болады, ал екінші жағдайда олар бөлініп, көк «әке» хромосомаларымен араласады. Бұршақ өсімдігі жағдайындағыдай, егер мейоз бірнеше рет қайталанса, біз хромосомалардың жоғарыда аталған екі орналасу тәртібін, және осылайша RY, Ry, rY және ry гаметалар кластарын, бірдей ықтималдықпен ала аламыз.
Гомологты хромосома жұптары мейоздың метафаза I сатысы кезінде метафаза табақшасының бойында тізіледі. Әр геннің әртүрлі нұсқалары бар гомологты хромосомалар кездейсоқ еншілес жасушалардың ядроларына бөлініп, генетикалық алуантүрлілікті көрстеді.
"The laws of inheritance: Figure 5," by OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4.0 суретінің өзгертілген нұсқасы
Әр түрлі хромосомалардағы гендер (мысалы, Y және R гендері) тәуелсіз тұқым қуалайды. Шын өмірде тұқым пішіні мен түсін анықтайтын гендер бұршақ геномының 1 және 7 хромосомаларында орналасқан1. Бір хромосомада бірақ бір-бірінен алыс орналасқан гендер де кроссенговер нәтижесінде, яғни мейоздың алғашқы сатысындағы гомологты хромосома бөліктерімен алмасуы кезінде, тәуелсіз тұқым қуалайды.
Алайда, тәуелсіз тұқым қуаламайтын гендер жұбы бар. Егер гендер хромосомада бір-біріне жақын орналасса, сол хромосомадағы аллельдер тәуелсіз түрде емес, біріктірілген күйінде тұқым қуалау ықтималдығы жоғары. Мұндай гендер тәуелсіз тұқым қуалаушылық заңына бағынбайды және тіркескен деп аталады. Біз генетикалық тіркесу туралы толығырақ кейінірек басқа мақалалар мен бейнелерде білетін боламыз.

Тақырып бойынша біліміңді тексер

  1. Айталық, сіз асыл тұқымды қара, бұйра жүнді итті асыл тұқымды басқа сары, түзу жүнді итпен шағылыстырдыңыз. F1 кезінде барлық күшіктер қара және түзу шашты болды. Келесіде сіз F1 ұрпағын бір-бірімен шғылыстыру арқылы F2 ұрпағын аласыз.
    P буыны: таза тұқымды сары, түзу жүнді ит таза тұқымды қара, бұйра жүнді итпен шағылыстырылды.
    F1 ұрпақ: барлық F1 иттері қара және түзу жүнді болды. F1-дегі иттер F2 ұрпақтарын шығару үшін шатастырылды.
    F2 ұрпақ: F2-де сары, түзу жүнді күшіктердің үлесі қандай?
Егер жүннің түсі мен түрін тәуелсіз тұқым қуалайтын екі ген анықтаса, F2 ішінде сары, түзу шашты күшіктердің үлесі қандай болмақ?
Дұрыс жауапты таңдаңыз: