Комбинативная изменчивость: три источника новых сочетаний аллелей
При половом размножении потомок получает новые сочетания уже существующих аллелей. Покажем, что дают независимое расхождение, кроссинговер и случайная встреча гамет, и почему это не то же самое, что мутация.
Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс
Закономерности изменчивости
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Генотипическая изменчивость
- Комбинативная изменчивость
- Независимое расхождение пар гомологов
- Кроссинговер
- Случайное сочетание гамет
- Мейоз и половой процесс
- Генетическое разнообразие вида
- Отличие рекомбинации от мутации
Как это устроено
В мейозе пары гомологов ориентируются случайно по отношению друг к другу. Для n независимых пар уже только это даёт до 2^n сочетаний целых хромосом; формула предполагает различимость родительских гомологов и не учитывает кроссинговер. Она не равна числу реально наблюдаемых детей или всех уникальных геномов.
Кроссинговер идёт между гомологами, а не произвольно между любыми хромосомами. Он меняет сочетание аллелей на одной хромосоме; вероятность рекомбинации между локусами зависит от их расположения и контекста. Даже если кроссинговер не затронул конкретный интервал, независимое распределение других пар остаётся источником различий.
Слияние гамет добавляет ещё один случайный шаг. Вероятностные схемы описывают множество возможных зачатий, но не гарантируют заданный набор фенотипов в маленькой семье. Следует отделять вероятность конкретного генотипа в учебной модели от прогноза здоровья реального человека.
Комбинативная изменчивость повышает разнообразие сочетаний уже существующих вариантов в пределах вида. Мутационная изменчивость создаёт изменения в наследственном материале; обе формы могут сосуществовать. У микроорганизмов есть другие пути обмена генами, поэтому выражение «вся рекомбинация — результат мейоза» неверно для всех живых систем.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Комбинативная изменчивость
Различия генотипов потомков, возникающие из новых сочетаний родительских наследственных вариантов при образовании и слиянии гамет.
Пример: Сибсы одних родителей получают разные сочетания аллелей, даже если у родителей не возникло новых мутаций.
- Независимое распределение
Случайное по отношению к другим парам ориентирование и расхождение разных пар гомологичных хромосом при первом делении мейоза.
Пример: Для двух разных пар гомологов возможны четыре сочетания родительского происхождения хромосом до учёта кроссинговера.
- Кроссинговер
Обмен соответствующими участками между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом в профазе I мейоза.
Пример: Гамета может получить материнский вариант одного локуса и отцовский вариант другого локуса той же пары.
- Рекомбинация
Получение сочетаний наследственных вариантов, отличных от исходного сочетания у родителей; её механизмы зависят от организма и типа размножения.
Пример: После кроссинговера два сцепленных аллеля оказываются в новой комбинации.
- Гамета
Половая клетка, которая при слиянии с другой гаметой вносит один набор хромосом в зиготу у типичных диплоидных животных.
Пример: Яйцеклетка и сперматозоид содержат разные варианты некоторых локусов.
- Оплодотворение
Слияние половых клеток с образованием зиготы; какие конкретно гаметы встретятся, влияет на сочетание аллелей потомка.
Пример: При двух типах гамет у каждого родителя возможны четыре сочетания без учёта их неравной частоты.
- Сцепление
Тенденция локусов одной хромосомы передаваться совместно, нарушаемая рекомбинацией между ними.
Пример: Близкие локусы обычно рекомбинируют реже, чем далёкие участки той же хромосомы.
- Генетическое разнообразие
Наличие разных наследственных вариантов и их сочетаний среди особей популяции.
Пример: Популяция может содержать несколько аллелей и множество их сочетаний.
- Новый аллель
Вариант последовательности локуса, возникший вследствие изменения наследственного материала, а не одной лишь перестановки прежних аллелей.
Пример: Замена основания может создать новый вариант, тогда как кроссинговер обычно перекомбинирует имеющиеся варианты.
- Генотипическое соотношение
Ожидаемые доли различных генотипов в заданной модели скрещивания при оговорённых допущениях.
Пример: Для Aa × Aa в простой модели ожидаются AA : Aa : aa = 1 : 2 : 1, но малая семья не обязана точно повторять это соотношение.
Пример по шагам
У условного организма две несцепленные пары, Aa и Bb. Сколько типов сочетаний целых гомологов возможно при мейозе до учёта кроссинговера?
- Для пары A/a возможны A и a, для B/b — B и b.
- Комбинируем независимо: AB, Ab, aB, ab.
- 2² = 4; это число типов гамет в модели, а не гарантия, что каждая встретится среди четырёх реальных гамет.
Вывод: Четыре типа возможных сочетаний при названных условиях.
Практическая работа
Модель мейоза из бумажных хромосом
- Изготовьте две пары бумажных гомологов с разными метками аллелей; случайно ориентируйте пары и запишите гаметы 20 повторов.
- Отдельно смоделируйте обмен соответствующими участками одной пары и отметьте новые сочетания на этой паре.
- Сравните возможные типы и наблюдённые частоты, не требуя равных чисел в небольшой серии.
Что можно заключить: Модель показывает источники комбинативной изменчивости и отличие возможного результата от гарантированного.
Безопасность: Используйте только бумагу и безопасные ножницы; не собирайте биоматериал людей и не делайте выводов об их здоровье.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.