4.3 Дигибридті және полигибридті будандастыру
Жоғарыда біз бір жұп аллельді гендер арқылы анықталатын бір ғана белгінің тұқым қуалау заңдылығын, яғни моногибридті будандастыруды қарастырдық. Табиғи жағдайда бір ғана белгісінде айырмашылығы бар белгілермен қатар екі, үш немесе одан да көп белгілерінде айырмашылықтары бар ата-аналық формалар да будандаса алады. Оларды соған сәйкес ди, үш немесе полигибридті будандастырулар деп атайды. Мұндай будандастырулардың нәтижесінде алынған будандар дигетерозигота, үшгетерозигота немесе полигетерозиготалар деп аталады. Осындай екі, үш немесе бірнеше жұп гендердің бірге тұқым қуалауын зерттеу барысында Г.Мендель тағы да бір тәжірибелік маңызы зор генетикалық заңдылықты – тәуелсіз тұқым қуалау заңы немесе тәуелсіз комбинациялану заңын ашты.
Екі жұп гендердің бірге тұқым қуалауын зерттейтін дигибридті будандастыруға мысал ретінде бұршақ белгілерінің тұқым қуалауын зерттеуге алған Мендельдің классикалық тәжірибелерінің біреуін қарастырайық. Мендель тұқымының сырты тегіс және түсі сары (ААВВ) өсімдікті сырты бұдыр жасыл тұқымды (аавв) өсімдікпен будандастырды. Тәжірибеден алынған бірінші ұрпақтың барлығының тұқымдарының түсі сары сырты тегіс (АаВв) болып шықты.
Бұл жерде тұқымның пішінінің тегістігін анықтайтын ген (В әрпімен белгіленген) оның бұдырлығын анықтайтын генге (в әрпімен белгіленген) басымдылық жасайтыны айқын көрініп тұр.
Ал тұқымның сары түсін анықтайтын геннің (а әрпімен белгіленген) өзінің рецессивті аллелі тұқымның жасыл түсін анықтайтын генге (а әрпімен белгіленген) басымдылық жасайды. Төрт типті аталық және аналық гаметалардың кездейсоқ кезігуі екінші ұрпақта тоғыз түрлі генетикалық кластарды береді (8 – сурет).
8 – сурет – Дигибридті будандастыру сызбанұсқасы
Будан тұқымдардан өсіп шыққан өсімдіктер өздігінен тозаңданып, нәтижесінде екінші ұрпақ тұқымдардың төрт фенотиптік класын берді: олардың ішінде тегіс сарылары -315, бұдыр сарылары – 101, тегіс жасылдары – 108, бұдыр жасылдары – 32, барлығы 556 дән алынды. Төрт класс бойынша белгілердің арақатынасы 9,06 : 2,91 : 3,11 :0,92 болып шықты, яғни екі жұп гендердің тәуелсіз тұқым қуалауы бойынша теория жүзінде болады деп күтілген 9 : 3 : 3 : 1 қатынасына өте жақын болып шықты. Екінші ұрпақта алынған екі жұп белгілерді жеке жеке қарастырсақ, онда 423 тегіс : 153 бұдыр, 416 сары : 140 жасыл, яғни әр жұп белгілер моногибридті будандастырудағыдай 3:1 қатынасындай болып ажырайтындығын байқаймыз, яғни екі жұп белгі бір-біріне тәуелсіз ажырайды, яғни ол тәуелсіз тұқым қуалайды деген сөз.
Екі жұп белгіні бірге қарастырғанда екінші ұрпақтағы ажырауды анықтау үшін Пеннет торын жасаймыз. Ол тор ұрықтану кезінде аталық және аналық гаметалардың бір-бірімен үйлесу мүмкіндіктерін, екінші ұрпақ дарабастарының генотиптері мен фенотиптік ажырауларын және олардың кездесу жиіліктерін анықтауға мүмкіндік береді.
Дигибридтік будандастырудың бір-біріне тәуелсіз екі моногибридті будандастыру деп қарастыруға болады. Әрбір моногибридтік будандастыруда доминанты белгілері бар дарабастардың пайда болу мүмкіндігі ¾ бөлігіне, рецессивті белгілері бар дарабастардың пайда болу мүмкіндігі ¼ бөлігіне тең болса, онда екі белгінің бір мезгілде пайда болу ықтималдығы төмендегі көбейтінділерге тең болады:
Сырты тегіс сары дән ¾ х ¾ = 9/16
Сырты тегіс жасыл дән ¾ х ¼ = 3/16
Сырты бұдыр сары дән ¾ х ¼ = 3/16
Сырты бұдыр жасыл дән ¼ х ¼ = 1/16
Бұл алынған сандар Пеннет торындағы 9 : 3 : 3 : 1 қатынасына сәйкес келеді және белгілердің фенотип бойынша ажырауын көрсетеді.
Мендель F2 тұқымдарының генотиптерін де зерттеді. Ол F2 тұқымдарынан өсіріп, өздігінен тозаңданған өсімдіктердің тұқымдарына талдау жасады. Сонда, F2 –де алынған тұқымдардың генотиптері Пеннет торындағыдай болып шықты: 1/9 бөлігі тек тегіс сары тұқымдар берді (генотипі ААВВ). 2/9 бөлігі тегіс сары және бұдыр сарыға 3:1 қатынасында ажырады, яғни генотиптері ААВв. 2/9 бөлігі тегіс сары және тегіс жасыл ға 3:1 қатынасында ажырады, яғни генотиптері АаВВ. 4/9 бөлігі F2 –дегі сияқты 9:3:3:1 қатынасында төрт фенотиптік қатынастарға ажырады: тегіс сары, тегіс жасыл, бұдыр сары, бұдыр жасыл, яғни генотиптері АаВв. F2 –дегі тегіс жасыл тұқымдардан өсірілген өсімдіктерінің ішінен 1/3 бөлігі тек тегіс жасыл дәндер болды, яғни генотиптері ааВВ. 2/3 бөлігі тегіс жасыл және бұдыр жасылға 3:1 қатынасында ажырады, яғни генотиптері ааВв. F2 –дегі бұдыр сары тұқымдардан өсірілген өсімдіктердің ішінен: 1/3 бөлігі тек бұдыр сары дәндер берді, яғни генотипі ААвв. 2/3 бөлігі бұдыр сары және бұдыр жасылға 3:1 қатынасында ажырады, яғни генотиптері Аавв болды. Ақырында F2 -дегі бұдыр жасыл тұқымдардан өсірілген өсімдіктердің бәрі, күтілгендей-ақ тек бұдыр жасыл тұқымдар берді, яғни олар қосарлы рецессивтер болып шықты.
Сонымен будандардың екінші ұрпағы F2 фенотиптері бойынша
9 : 3 : 3 : 1 қатынасында, ал генотиптері бойынша 1:2:1:2:4:2:1:2:1 қатынасында ажырайды. Бұл ажырауды Пеннет торынан көруге де болады.
Дигибридті будандастырудың нәтижесінен жалпы мынадай қорытынды шығады: бір-бірінен тәуелсіз ажырау гендердің екі жұбында да жүреді, осыған байланысты екі жұп гендері бойынша гетерозиготалы ағза бірдей сандық қатынаста гаметалардың төрт сортын түзеді, оның екеуіндегі гендер үйлесімі бастапқы ата-аналардағы сияқты болады да, ал қалған екеуіндегі гендер кері үйлеседі немесе рекомбинацияланады. Мендель ашқан, кейін сан алуан ағзалармен жүргізілген тәжірибелерде дәлелденген осы заңдылық тәуелсіз тұқым қуалау немесе тәуелсіз комбинациялану заңы деп аталады.
Бұл заңның дұрыстығын талдаушы будандастырудың көмегімен оңай тексеруге болады. Өйткені екі жұп аллельдері бойынша гетерозиготалы ағзаның қандай гаметалар түзетінін және олардың қандай сандық қатынаста болатындығын осылайша тез анықтауға болады.
Мендель таза сортты тегіс сары тұқымы бар ААВВ бұршақ өсімдіктерін бұдыр жасыл тұқымы бар аавв өсімдіктерімен будандастырып тегіс сары тұқымдары АаВв бар F1 гибридтерін алды. F1 гибридтерінің генотиптерін тексеру үшін және олар түзетін гаметалардың типтерін анықтау мақсатымен Мендель анализдеуші будандастыру әдісін қолданды. Бірінші ұрпақтағы будан өсімдікті (АаВв) екі жұп белгілері бойынша рецессивті бұдыр жасыл тұқымды (аавв) өсімдіктің тозаңымен тозаңдандырғанда мынадай сандық қатынастағы төрт түрлі фенотиптік класты алды:
Сырты тегіс сары - 55;
Сырты тегіс жасыл - 51;
Сырты бұдыр сары - 49;
Сырты бұдыр жасыл -53.
Яғни фенотиптік кластардың өзара сандық қатынастары 1:1:1:1 болып шықты. Енді осы ажыраудың цитологиялық негіздерін қарастырайық. Қандай да болмасын гендердің гомологты хромосомаларда орналасқанын көрсету қажет болған жағдайда, зиготалардың генетикалық формуласын жазған кезде хромосомаларды төмендегідей екі сызықша арқылы өрнектеп, геннің екі
А А а
аллелін де көрсеткен жөн: = , = және = т.б. ал, дигетерозиготаның АаВв
А а а
А В
формуласы былай жазылады: = = . а в
Гаметаларда гомологты хромосомалардың тек біреуі ғана болатындықтан және онда әр геннің тек бір аллелінің болатындығына байланысты, гаметалардың формуласын былай жазуға болады: А, В, а, в, т.с.с.
Енді Мендель жүргізген талдаушы будандастыру сызбанұсқасын жазайық:
А В а в
Р ♀ = = х ♂ = =
А В а в
гаметалар А В а в
А В
F1 = =
а в
А В а в
F1 ♀ = = х ♂ = =
а в а в
гаметалар А В, А в а в
а В, а в
Ға А В А в а В а в
= = = = = = = =
а в а в а в а в
Гомозиготалы болғандықтан, бастапқы ата-аналардың әрқайсысы гаметалардың тиісті А В және а в сорттарын түзеді. Ал ұрықтанудан соң
А В
пайда болған дигетерозигота = = гаметалардың бірдей сандық қатынас-
а в
тағы (1:1:1:1) 4 сортын түзеді, олар А В, А в және а в . Гаметалар түзілуі кезінде әр хромосомада орналасқан аллельді емес гендер бір-біріне тәуелсіз түрде өзара комбинацияланады. Осыған байланысты ата-ана гендерінің үйлесімі сақталған екі гаметадан (А В және а в) өзгеше, гендердің жаңа комбинациялары бар тағы екі гамета (А в және а В) пайда болады. Гаметалардың төртеуі де рецессивті аллельдері бар бір сортты гаметалармен
А В А в а В а в
(а в) ұрықтанғанда генотиптері төрт түрлі ( = =, = =, = = және = =)
А в а в а в а в
тұқымдар алынды. Осы тұқымдардан өсірілген өсімдіктер фенотипі бойынша 1:1:1:1 қатынасында ажырайды. Гендердің жаңа үйлесіне сәйкес талдаушы буданның ұрпағында белгілердің жаңа үйлесімі – сырты тегіс жасыл және сырты бұдыр сары тұқымдар алынды. Будандастыру нәтижесінде белгілердің жаңа комбинацияларының пайда болуы комбинативтік өзгергіштік деп аталды.
Дигибридті будандастыруға есеп шығару жолдары және есептер жинағы:
Бұл екі, үш немесе көп жұп белгілер бойынша берілетіндіктен, есептің шығарылуы күрделене түседі. Жыныстық көбею кезінде будандық дарабастардың гаметалар саны да артады. Осы типтік есептерді шығарған кезде буданды дарабастар ұрпағының генотипінің барлық қисындарын (комбинацияларын) анықтау үшін Пеннет торын құрастыру ұсынылады. Жаттыққан соң дигибридтік будандастыруда екінші ұрпақтың фенотиптік ажырау формуласын пайдалануға болады: 9А-В- : 3 А-вв : 3 ааВ- : 1 аавв. Яғни 9/16 дарақ екі жұп аллель бойынша доминантты, 3/16 бірінші жұп аллель бойынша доминантты, 3/16 екінші жұп аллель бойынша доминантты, 1/16 екі белгі бойынша рецессивті гомозиготты. Доминантты гендер гомо- және гетерозиготты жағдайда бола алады.
7 – есеп. Тілімді жапырақты биік өсетін қызан өсімдігі өздігінен тозаңданған кезде, өздеріне ұқсаған 924, картоп жапырағына ұқсас биік 317, тілім жапырақты аласа 218 және картоп жапырақты аласа 108 өсімдік алынды. Аталған өсімдіктердің генотипін анықта. Есеп шартына қызанның қандай белгілері доминантты және рецессивті екендігі айтылмаған. Алынған өсімдіктердің қатынасына қарап, белгілердің тұқым қуалау қасиетін және өсімдіктердің генотипін анықтауға болады. Есептің шартында былай делінген:
Р – ұзын тілімді жапырақты х ұзын тілімді жапырақты
Ғ 924 317 298 108
тілімді картоп тілімді картоп
жапырақты жапырақты жапырақты жапырақты
биік биік аласа аласа
Бұл алынған қатынас сандар Мендельдің тәуелсіз ажырау заңына сәйкес (9:3:3:1) келеді. Сондықтан бастапқы өсімдік екі белгісі бойынша гетерозиготты (АаВв) болғандықтан белгілер жөнінде мынандай қорытынды жасауға болады: ген белгі
А - биік
а - аласа
В – тілімді жапырақты
в – картоп жапырақты
Олай болса есеп шартына сәйкес будандастыру үлгісі былай жазылады:
Р ♀ АаВв х ♂ АаВв
Гамета АВ, Ав,аВ,ав АВ, Ав,аВ,ав
Ғ 9А-В- : 3А-вв : 3ааВ- : 1аавв
тілімді картоп тілімді картоп
жапырақты жапырақты жапырақты жапырақты
биік биік аласа аласа
924 317 298 108
8 – есеп. Бидай масағының қылтанақсыз А қылтанақты а-дан , ал қызыл түсі В ақ түсті в-дан доминантты. Мұндай жолдармен будандастырғанда алынатын ұрпақ масағының сыртқы көрінісін анықтау керек: а) ААвв х ааВВ; ә) АаВв х Аавв; б) АаВВ х аавв; в) АаВв х аавв; г)АаВв х АаВВ; ғ) АаВвхАаВв.
9 – есеп. Масағы ақ, қылтанақты өсімдік гомозиготалы қылтанақсыз қызыл масақты өсімдікпен будандастырылған. Сонда: а) Ғ1- дегі өсімдіктердің; ә) Ғ1- дегі буданды қылтанақты ақ масақты ата-анасымен қайта будандастырғанда алынатын ұрпақтың; б) Ғ1- дегі буданды қылтанақсыз қызыл масақты ата-анасымен қайта будандастырғанда алынатын ұрпақтың фенотиптерін анықтау керек.
10 – есеп. Қылтанақсыз қызыл масақты бидайдың сортын қылтанақты ақ масақты сортымен будандастырғанда ¼-і қылтанақсыз қызыл масақты, ¼-і қылтанқсыз ақ масақты, ¼ -і қылтанақты қызыл масақты, ¼-і қылтанақты ақ масақты ұрпақ алынған. Ата-аналық өсімдіктердің генотиптерін анықтау керек.