Основы генетического анализа и его применение в селекции аквариумных рыб С.А.Апрятин, к.б.н.

Кариотип – хромосомный набор Кариотип самки Poecilia reticulata Peters, 1859 Крысанов Е.Ю., Апрятин С.А.

Кариотипы человека и гуппи (2n=46) человек гуппи

правило чистоты гамет: в каждую пару гамет (половых клеток) попадает только один аллель из пары аллелей одного гена (от каждого из родителей).

Грегор Иоганн Мендель ( ) Г. Мендель ввел термин «доминантность» – Г. Мендель обосновал основные закономерности наследственности в сборнике «Труды Брюннского естественнонаучного общества». Это открытие не было по достоинству оценено его современниками, в том числе крупнейшим биологом того времени К.Нэгели, которому он послал свою работу на рецензию. 0

Законы Менделя 1-й закон Менделя – закон единообразия гибридов первого поколения. При скрещивании особей, различающихся по одной паре признаков, за которые отвечают аллели одного гена, первое поколение гибридов одинаково по фенотипу и генотипу. Таким образом, все гибриды первого поколения имеют доминантный фенотип и гетерозиготный генотип. 2-й закон Менделя – закон расщепления гибридов второго поколения. При скрещивании особей, различающихся по одной паре признаков, за которые отвечают аллели одного гена, во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1. При этом около ¾ гибридов имеют доминантный признак, а ¼ - рецессивный. 3-й закон Менделя – закон независимого наследования (комбинирования) признаков. Каждая пара признаков наследуется независимо от других пар и дает расщепление 3:1 по каждой паре. Таким образом, для одного гена общее расщепление будет 3:1, для двух – 9:3:3:1, для трех – 27:9:9:9:3:3:3:1 и т.д.

F2F2

Число образующихся типов и комбинаций гамет, а также фенотипов и генотипов при различных типах скрещиваний.

Серебровский Александр Сергеевич ( ) – биолог-генетик, зоолог; член-корреспондент АН СССР (1933), академик ВАСХНИЛ (1935).

А.С.Серебровский формулирует представление о сложной структуре гена и дает определение генетического анализа как «системы опытов, наблюдений и вычислений, имеющих целью разложение свойств (признаков) организма на отдельные наследственные элементы, «отдельные признаки», и изучение свойств соответствующих им генов».

Основной принцип генетического анализа Разложение «сложных» признаков на простые и последующий независимый анализ наследования простых признаков. Ген анализ 1 Ген анализ 2 Ген анализ 3

Признак - красное пятно на корпусе

признак определяется минимум 5 генами!!!

Сколько генов определяет фенотип этого самца гуппи (по признакам формы плавников, фонового и покровного цветов и узора)?

Более 10 генов!!!

Алгоритм генетического анализа 1. Подбор производителей. 2. Генетический анализ первого поколения (F1). 3. Генетический анализ второго поколения (F2). 4. Постановка дополнительных скрещиваний (если это необходимо). 5. Итоговый генетический анализ полученных результатов.

Подбор производителей. 1. Необходимо выбирать гомозиготных по исследуемым признакам родителей, т.е. необходимо брать чистопородных рыб. 2. Рыбы должны быть взрослыми, здоровыми, без видимых патологий. 3. Для селекции не следует ограничиваться одной парой производителей.

Анализ первого поколения (F1). 1. Отбор и скрещивание производителей, получение и выращивание потомства. 2. Необходимо посчитать общее количество полученных рыб в F1, а также отдельно количество самцов и самок. 3. Далее нужно подсчитать общее количество рыб с каждым из исследуемых признаков, а также отдельно по самцам и самкам. Если отличий между общим количеством рыб и отдельно самками и самцами нет, скорее всего, исследуемый признак аутосомный. Если есть отличие в расщеплении по самцам и самкам, то признак полностью или частично сцеплен с полом. 4. После этого необходимо скрестить братьев и сестер (F1) между собой – для этого нужно взять несколько пар производителей (для живородящих 5-6 пар и более), получить и вырастить второе поколение и приступить к генетическому анализу F2.

Анализ второго поколения (F2). 1. Какое расщепление произошло в F2? 2. Необходимо предположить количество генов, участвующих в определении признака. Как это сделать? Для этого нужно посчитать кол-во фенотипических классов образовалось в F2 и каково их примерное соотношение. 3. Как правильно посчитать соотношение? Сначала необходимо определить (предположить) количество генов, участвующих в определении признака. Далее нужно посчитать количество возможных вариантов генотипов, которые об разуются в F2. Это делается по формуле: Х= 4 в степени "n", где n - предполагаемое количество генов, а Х - количество возможных вариантов генотипов.

Число образующихся типов и комбинаций гамет, а также фенотипов и генотипов при различных типах скрещиваний.

Задача. От креста F1 (родители имели зеленый и желтый окрас) во втором поколении было получено 26 мальков, среди которых наблюдалось следующее расщепление: 14 синих, 10 зеленых и 2 желтых. Каково расщепление в F2 и сколько генов определяет признак? Неправильное решение. 7:5:1??? Но это неправильный ход рассуждений. Почему? Потому что для подсчета соотношений в F2 существуют правила генетического анализа. Как правильно посчитать кол-во генов? Для начала необходимо предположить количество генов, участвующих в определении признака. Как это сделать? Для этого нужно посмотреть, сколько фенотипических классов образовалось в F2 и каково их примерное соотношение. Если образовалось более 3-х классов, то можно с уверенностью говорить, что в определении признака участвует 2 и более генов. Однако наличие 2-3 классов в F2 также не всегда говорит о том, что это разные аллельные варианты одного гена (конечно, если это не 3:1 или 1:2:1). Как правильно посчитать соотношение? Сначала нужно определить (предположить) примерное количество генов, участвующих в определении признака. Далее нужно подсчитать количество возможных вариантов генотипов, которые образуются в F2. Это делается по формуле: Х= 4 в степени "n", где n - предполагаемое количество генов, а Х - количество возможных вариантов генотипов. В нашем примере мы предполагаем, что в наследовании признака окраса участвуют 2 гена, значит Х=16. Действительно, по количеству мальков в трех фенотипических классах (синие, красные и желтые) расщепление отличается от неполного доминирования (1:2:1). Общее кол-во рыб в F2 (а также отдельное количество самок и самцов) делится на 16 ( / 16) и мы получаем 1/16 часть = 1,6. Учитывая, что возможных вариантов генотипов может быть 16, мы должны разделить количество рыб в каждом классе на 1,6: синие - 14/1,6=8,7; зеленые - 10/1,6=6,2; желтые - 2/1,6=1,2, что примерно равно отношению 9:6:1. Вывод. Истинное расщепление 9:6:1, а не 7:5:1. Развитие признака определяется 2 генами.

F2F2

Задача. От креста F1 (родители имели зеленый и желтый окрас) во втором поколении было получено 26 мальков, среди которых наблюдалось следующее расщепление: 14 синих, 10 зеленых и 2 желтых. Каково расщепление в F2 и сколько генов определяет признак? Неправильное решение. 7:5:1??? Но это неправильный ход рассуждений. Почему? Потому что для подсчета соотношений в F2 существуют определенные правила. Как правильно посчитать кол-во генов? Для начала необходимо предположить количество генов, участвующих в определении признака. Как это сделать? Для этого нужно посмотреть, сколько фенотипических классов образовалось в F2 и каково их примерное соотношение. Если образовалось более 3-х классов, то можно с уверенностью говорить, что в определении признака участвует 2 и более генов. Однако наличие 2-3 классов в F2 также не всегда говорит о том, что это разные аллельные варианты одного гена (конечно, если это не 3:1 или 1:2:1). Как правильно посчитать соотношение? Сначала нужно определить (предположить) примерное количество генов, участвующих в определении признака. Далее нужно подсчитать количество возможных вариантов генотипов, которые образуются в F2. Это делается по формуле: Х= 4 в степени "n" (таблица 1), где n - предполагаемое количество генов, а Х - количество возможных вариантов генотипов. В нашем примере мы предполагаем, что в наследовании признака окраса участвуют 2 гена, значит Х=16. Действительно, по количеству мальков в трех фенотипических классах (синие, красные и желтые) расщепление отличается от неполного доминирования (1:2:1). Общее кол-во рыб в F2 (а также отдельное количество самок и самцов) делится на 16 ( / 16) и мы получаем 1/16 часть = 1,6. Учитывая, что возможных вариантов генотипов может быть 16, мы должны разделить количество рыб в каждом классе на 1,6: синие - 14/1,6=8,7; зеленые - 10/1,6=6,2; желтые - 2/1,6=1,2, что примерно равно отношению 9:6:1. Вывод. Истинное расщепление 9:6:1, а не 7:5:1. Развитие признака определяется 2 генами.

«Лучшим способом овладения методами генетического анализа является экспериментальная работа с модельными объектами и решение генетических задач». А.С. Серебровский

«Генетические задачи решаются легко только тогда, когда они предварительно уже решены другими. Поэтому необходимо предостеречь тех, кто впервые приступает к генетическому анализу, от уныния и пессимизма, если их первые опыты окажутся неудачными».

ЛИТЕРАТУРА 1.И.В. Болгова. «Сборник задач по общей биологии с решениями». М. - Изд. «Оникс» Н.Н. Орлова. «Генетический анализ». М.- Изд. «МГУ» С.Г. Инге-Вечтомов. «Генетика с основами селекции». М.- Изд. «Высшая школа». – Журнал «Генетика гуппи». Под ред. В.В. Сторожева, С.А. Апрятина.- 1, ; У.Клаг, М.Каммингс. «Основы генетики». М.- Изд. «Техносфера». – Материалы сайта

Кирпичников Валентин Сергеевич ( ) Генетик и эволюционист, доктор биологических наук, академик РАЕН Автор классической монографии «Генетические основы селекции рыб» (1979) и более 200 научных работ

«Жизнь дана для того, чтобы создавать вещи, а не покупать их». Аристотель

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! «Жизнь дана для того, чтобы создавать вещи, а не покупать их». Аристотель