§ 30. Моногибридное скрещивание. Первый и второй законы Менделя

Закономерности наследственности и изменчивости организмов изучает генетика. Арсенал этой науки включает разнообразные методы исследований, одним из которых является гибридологический. Он основан на скрещивании организмов, различающихся по альтернативным признакам, с последующим анализом этих признаков у полученного потомства. Альтернативными называют признаки, которые взаимно исключают друг друга и в норме не могут присутствовать у организма одновременно (резус-положительность и резус-отрицательность у человека, желтая и зеленая окраска семян гороха и т. п.). Скрещивание организмов называется гибридизацией, а потомки от скрещивания родительских особей, отличающихся по одной или более парам альтернативных признаков, — гибридами.

Для записи скрещиваний применяется следующая символика:

Р — родители (от лат. parentale — родительский);
♀ — женская особь; ♂ — мужская особь; G — гаметы;
F — потомство (от лат. filiale — дочерний) с соответствующими индексами поколений: F₁, F₂, F₃ и т. д.;
значок «×» обозначает скрещивание.

Изучение наследственности Г. Менделем. Основные закономерности наследования признаков впервые установил выдающийся австрийский исследователь Г. Мендель в середине XIX в. Для того чтобы выяснить, как наследуются отдельные пары альтернативных признаков, он применил гибридологический метод. Следует отметить удачный выбор Г. Менделем объекта исследований. Им стал горох посевной — неприхотливое растение, которое легко культивируется и приносит многочисленное потомство. Из множества сортов гороха Г. Мендель выбрал те, которые четко различались по семи парам альтернативных признаков (рис. 30.1).

Горох — самоопыляющееся растение, поэтому особи размножаются «в чистоте» — не скрещиваются с другими особями. Важно то, что Г. Мендель проверял «чистоту» каждого сорта и использовал для проведения скрещиваний только те растения, которые в ряду поколений сохраняли признаки родительских форм. Такие группы организмов принято называть чистыми линиями.

Еще одной важной особенностью исследований Г. Менделя было то, что он вел точный учет числа потомков, унаследовавших те или иные родительские признаки. Это позволило Г. Менделю установить количественные закономерности наследования признаков.

Моногибридное скрещивание. Закон единообразия гибридов первого поколения. В ходе исследований Г. Мендель сначала скрещивал растения чистых линий, которые различались по одной паре альтернативных признаков, затем по двум и т. д. Скрещивание, при котором родительские организмы отличаются друг от друга по одной паре альтернативных признаков, называется  моногибридным.

В одном из экспериментов Г. Мендель изучал наследование окраски семян гороха. Он скрещивал растения, выросшие из семян желтого цвета, с растениями, выросшими из зеленых горошин. Для того чтобы предотвратить самоопыление, Г. Мендель у растений одного сорта удалял в цветках тычинки, у другого — пестики и проводил гибридизацию путем искусственного опыления. Выяснилось, что все гибридные растения первого поколения имели семена желтого цвета (рис. 30.2). При этом оказалось неважно, использовались ли родительские растения, выросшие из желтых горошин, в качестве материнских или отцовских. Гибриды первого поколения в любом случае были единообразными по желтой окраске семян:

Р: ♀ желтые семена × ♂ зеленые семена (или ♀ зеленые семена × ♂ желтые семена)
F₁: все растения имеют желтые семена.

Скрещивая растения, отличающиеся по другим парам альтернативных признаков, например по форме плодов или окраске цветков, Г. Мендель обнаружил, что во всех случаях у гибридов первого поколения проявлялся только один из двух альтернативных признаков. Явление преобладания одних признаков над другими было названо доминированием, а преобладающие признаки — доминантными. Признаки, которые не проявлялись у гибридов первого поколения, принято называть рецессивными.

Открытая Г. Менделем закономерность носит название закона единообразия гибридов первого поколения или первого закона Менделя. Согласно этому закону при скрещивании особей чистых линий, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, гибриды первого поколения будут единообразными по доминантному признаку.

Закон расщепления. Путем самоопыления гибридов первого поколения Г. Мендель получил второе поколение, в котором  растений имели желтые семена и  — зеленые (см. рис. 30.2). Появление в потомстве особей, различающихся по альтернативным признакам, называется расщеплением. В данном случае наблюдалось расщепление 3 : 1.

F₁: ♀ желтые семена × ♂ желтые семена

F₂: 3 желтые семена : 1 зеленые семена.

Аналогичное расщепление было обнаружено и при исследовании других пар альтернативных признаков: во втором поколении у 75 % растений проявлялись доминантные признаки, а у 25 % — рецессивные. Таким образом, рецессивные признаки, которые не наблюдались в первом поколении, вновь проявлялись у  гибридов второго поколения. Это значит, что данные признаки у гибридов F₁ были подавлены и сохранялись в скрытом состоянии, а не исчезали полностью.

Сущность закона расщепления, или второго закона Менделя, заключается в том, что при скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление по альтернативным признакам в соотношении: 3 части особей с доминантным признаком к 1 части особей с рецессивным признаком.

Результаты исследований Г. Менделя были опубликованы в 1866 г., однако ученые того времени не уделили им должного внимания. Только в 1900 г. трое исследователей из разных стран независимо друг от друга выявили у разных видов растений те же закономерности наследования признаков, что и Г. Мендель. Позже справедливость законов Менделя была подтверждена на животных и других организмах. Таким образом выяснилось, что закономерности, обнаруженные Г. Менделем, носят универсальный характер. Переоткрытие законов Менделя вызвало глубокий интерес к изучению наследования признаков живых организмов и способствовало быстрому развитию генетики.