Грегор Мендель считается основоположником генетики как науки. Он впервые установил основные закономерности наследования признаков из поколения в поколение. Экспериментируя с горохом, Мендель открыл фундаментальные принципы передачи наследственных признаков, которые впоследствии были названы его именем.
Среди законов Менделя особое значение имеет первый закон, или закон доминирования. Он позволил выявить существование доминантных и рецессивных признаков и механизм их проявления у гибридов первого поколения.
В данной статье подробно рассматривается первый закон Менделя, его сущность и значение для развития генетики. Анализируются опыты Менделя по скрещиванию гороха с разными признаками и делается вывод о всеобщем характере этого фундаментального правила наследования признаков.
Опыты Менделя по скрещиванию гороха
Грегор Мендель проводил опыты по скрещиванию разных сортов гороха, которые имели четкие альтернативные различия по признакам окраски цветков, формы и окраски семян, высоты растений. Всего он исследовал 7 пар признаков. При скрещивании чистых линий с контрастными признаками, например пурпурными и белыми цветками, Мендель обнаружил, что гибриды первого поколения все имели пурпурные цветки. Аналогично для других пар признаков гибриды были единообразны и приобретали один из родительских признаков.
- Мендель назвал доминантным тот признак (пурпурная окраска цветков), который проявлялся у гибридов первого поколения. В данном случае белая окраска цветков была рецессивным признаком, который подавлялся, но не исчезал.
- Это наблюдение было получено Менделем неоднократно и статистически достоверно при использовании семи пар различных признаков.
Таким образом, Мендель экспериментально доказал, что при скрещивании гомозигот («чистых линий») по альтернативным признакам, гибриды первого поколения всегда единообразны и приобретают один доминантный признак. Это наблюдение было названо первым законом Менделя или законом доминирования.
Явления доминантности и рецессивности признаков
Явление подавления одного из родительских признаков у гибридов первого поколения и доминирования другого, Мендель обозначил как первый закон наследственности или закон доминирования. За проявляющийся у гибридов признак он ввел термин «доминантный». Подавляемый у гибридов признак был назван рецессивным.
Первый закон Менделя объясняет, почему у потомства при скрещивании родительские признаки не смешиваются и образуют промежуточные варианты фенотипа. Вместо этого происходит подавление одного из альтернативных признаков, что приводит к единообразию гибридов первого поколения.
Причина такого явления заключается в существовании дискретных наследственных факторов в клетках организмов, которые Мендель назвал «анлаген» (от немецкого Anlage – закладка, зачаток). Доминантный и рецессивный аллели каждого гена сегрегируют в процессе образования половых клеток и попадают строго по одному аллелю в каждую гамету согласно гипотезе чистоты гамет.
Таким образом, явления доминирования и рецессивности признаков у гибридов первого поколения являются следствием первого закона Менделя. Этот закон объяснил принципиально важное свойство наследственного материала – дискретность и строгую сегрегацию аллельных вариантов генов в процессе образования половых клеток.
Формулировка первого закона Менделя
Первый закон Менделя гласит: при скрещивании особей с контрастными признаками, когда каждый родитель гомозиготен по этому признаку, гибриды первого поколения единообразны и всегда имеют один и тот же доминантный признак.
Другими словами, гибриды F1 фенотипически идентичны одному из родителей – тому, который имеет доминантный признак. Рецессивный же признак у гибридов подавляется, но не исчезает, а передается в скрытом (латентном) состоянии следующему поколению.
Фундаментальное открытие Менделя состояло в том, что наследственные факторы не смешиваются при образовании зиготы, а остаются отдельными, дискретными единицами – аллелями. Поэтому не происходит «размывания» контрастных родительских признаков и образования промежуточных вариантов признака у гибридов. Вместо этого один из альтернативных вариантов гена и соответствующий ему признак всегда доминирует над другим вариантом того же гена (аллелем) и подавляет его фенотипическое проявление.
Эти выводы послужили основой для современного представления о дискретной природе генетического материала и процессов наследования признаков. Первый закон Менделя в фундаментальном смысле объяснил важнейшее свойство наследственности – сохранение целостности отдельных наследственных факторов (генов) при передаче наследственной информации от родительских организмов к их потомкам.
Расщепление признаков во втором поколении гибридов
Первый закон Менделя объяснил, почему гибриды первого поколения фенотипически однообразны. Однако второй закон Менделя показал, что рецессивные признаки не исчезают у гибридов навсегда.
Когда Мендель скрестил между собой гибридов первого поколения, во втором поколении произошло неожиданное явление, которое он назвал расщеплением. Часть растений вновь приобрела рецессивный родительский признак, который исчез у первого гибридного поколения.
Это наблюдение Мендель интерпретировал следующим образом: рецессивный признак подавляется у гибридов первого поколения, но сохраняется в скрытом, латентном состоянии в виде рецессивного аллеля конкретного гена. Затем этот рецессивный аллель сегрегирует в половые клетки гибридов согласно гипотезе чистоты гамет. Поэтому при оплодотворении часть зигот получает от обоих родителей рецессивный аллель и проявляет соответствующий рецессивный фенотип.
Таким образом, благодаря расщеплению признаков во втором гибридном поколении, Мендель сформулировал представление о сохранении целостности отдельных дискретных наследственных факторов и заложил основы хромосомной теории наследственности.
Значение первого закона Менделя для генетики
Основное значение первого закона Менделя - доказательство существования дискретности наследственных факторов (генов). Ген можно рассматривать как дискретную единицу наследственности, передающуюся из поколения в поколение без изменений и определяющую развитие строго определенных признаков у организмов.
Закон доминирования продемонстрировал, что аллели не смешиваются и не влияют друг на друга, сохраняя свою целостность, но один из них подавляет внешнее проявление другого аллеля. Такое взаимодействие дало основание представлять ген как единицу физико-химической природы, вносящую вклад в специфические биохимические реакции.
Благодаря открытиям Менделя было показано, что комбинации пар аллелей в каждом локусе образуются и перемешиваются непредсказуемо из поколения в поколение. Это привело к пониманию вероятностных закономерностей наследственности. Математические расчеты Менделя в соотношении доминантных и рецессивных признаков при моногибридных и дигибридных скрещиваниях заложили основы количественного анализа в генетике.
Таким образом, первый закон Менделя носит принципиальный характер для всей генетики, поскольку впервые продемонстрировал корпускулярно-дискретную природу генетического материала и отдельных наследственных факторов.
Подтверждение закона на молекулярном уровне
Первый закон Менделя был сформулирован на основании результатов скрещивания растений гороха. В то время молекулярные механизмы явления доминирования одного аллеля над другим были неизвестны.
После установления структуры ДНК появилась молекулярная модель, объясняющая первый закон Менделя.
Было показано, что ген представляет собой участок молекулы ДНК, кодирующий определенный белок. Разные варианты гена (аллели) кодируют белки с измененными свойствами, что и определяет фенотипические различия.
Таким образом, на молекулярном уровне подтвердилось представление Менделя о дискретной природе наследственного материала и отдельных генов. Было показано, что доминирование аллеля связано с преимущественным связыванием кодируемого им белка с другими элементами биохимических реакций в клетке по сравнению с белком, кодируемым рецессивным аллелем.
Применение закона доминирования на практике
Первый закон Менделя о доминировании признаков широко используется на практике в селекции растений, животных и микроорганизмов. Он позволяет прогнозировать проявление тех или иных признаков в гибридном потомстве.
Например, этот закон применяют при выведении новых высокоурожайных сортов культурных растений. Скрещивая чистые линии, отличающиеся по многим хозяйственно ценным признакам, селекционеры на основе знания законов Менделя предсказывают, какие признаки закрепятся, а какие исчезнут в первом поколении гибридов.
В животноводстве законы Менделя используют для улучшения качества крупного рогатого скота, овец, птицы. Скрещивая породы с нужными хозяйственными признаками, зоотехники прогнозируют фенотип потомства, чтобы получить особей с желательными качествами.
Таким образом, благодаря применению первого закона Менделя, селекционеры могут эффективно управлять наследственностью и закреплять нужные признаки у сельскохозяйственных растений и животных.
