Задачі на моногібридне схрещування і неповне домінування

Розв'язування будь-якої задачі на моногібридне схрещування починається з чіткого алгоритму. Якщо ти засвоїш ці шість кроків, ти зможеш розібрати будь-яке завдання НМТ на цю тему.

Крок 1. Познач алелі

Склади таблицю «ознака — алель — генотип». Для кольору очей людини в шкільних задачах спрощено вважають, що цю ознаку контролює один ген:

Фенотипний радикал A_ означає «AA або Aa» — особина з домінантною ознакою, але точний генотип поки невідомий. Рецесивна ознака завжди відповідає лише одному генотипу — aa.

Крок 2. Визнач, яка ознака домінантна

Якщо в умові прямо не сказано, що домінує, скористайся двома правилами:

• Домінантна та ознака, яка проявляється в усього першого покоління (F₁) від схрещування чистих ліній (гомозигот).

• Рецесивна та ознака, яка з'являється в дітей, чиї батьки цієї ознаки не мають.

Крок 3. Запиши генотипи батьків

Спочатку запиши фенотипні радикали: A_ × aa. Потім уточни їх за нащадками або родичами. Якщо дитина має рецесивну ознаку (aa), вона отримала по одному рецесивному алелю від кожного з батьків — отже, кожен із батьків, який має домінантну ознаку, обов'язково гетерозиготний (Aa).

Крок 4. Запиши гамети

Кожен тип гамет записують один раз. Для генотипу Aa утворюються гамети A і a; для AA — лише A; для aa — лише a.

Крок 5. Побудуй решітку Пеннета

Решітка Пеннета — це таблиця, де по горизонталі записують гамети одного з батьків, по вертикалі — другого, а в клітинках — можливі генотипи нащадків. Для моногібридного схрещування достатньо й простого переліку комбінацій.

Крок 6. Дай відповідь саме на запитання задачі

Прочитай умову ще раз: чи питають тебе про частку, відсоток, кількість особин чи генотипи? Відповідь має бути саме такою, як вимагає задача.

Приклад застосування алгоритму

Умова: обоє батьків — кароокі гетерозиготи. Яка ймовірність народження блакитноокої дитини?

Крок 1: A — карі очі, a — блакитні. Крок 2: домінантність відома з умови. Крок 3: обоє батьків Aa. Крок 4: гамети A і a в кожного. Крок 5: комбінації — AA, Aa, Aa, aa. Крок 6: блакитноокій дитині відповідає генотип aa — 1 комбінація з 4, тобто ймовірність 1/4 (25 %).

Прямі задачі — це ті, де відомі генотипи батьків, а треба визначити розщеплення в потомстві або ймовірність певної ознаки. Розгляньмо чотири базові схрещування, які трапляються в завданнях НМТ.

Чотири базові схрещування

Зверни увагу: у схрещуванні AA × Aa усі нащадки мають домінантну ознаку, хоча половина з них гетерозиготна, а половина — гомозиготна домінантна.

Як обчислювати ймовірність

Імовірність появи ознаки дорівнює відношенню кількості сприятливих комбінацій до кількості всіх рівноймовірних комбінацій. Її можна записати:

• звичайним дробом: 1/4

• десятковим дробом: 0,25

• у відсотках: 25 %

Наприклад, у схрещуванні Aa × Aa імовірність народження дитини з рецесивною ознакою (aa) становить 1/4, тобто 25 %. Імовірність народження дитини з домінантною ознакою (AA або Aa) — 3/4, тобто 75 %.

Кількість нащадків

Щоб знайти очікувану кількість нащадків із певною ознакою, помнож частку на загальну кількість нащадків. Наприклад, від схрещування Aa × Aa отримали 240 нащадків. Очікувана кількість особин із домінантною ознакою: 3/4 × 240 = 180. Із рецесивною: 1/4 × 240 = 60.

Незалежність кожного народження

Кожне народження — незалежна подія. Імовірність блакитноокої дитини в гетерозиготних батьків становить 1/4 для кожної дитини, незалежно від того, які діти вже народилися. Якщо перша дитина блакитноока, це не означає, що друга «має бути» кароокою — імовірність для другої дитини залишається 1/4. Імовірність 1/4 не означає, що серед чотирьох дітей рівно одна буде блакитноокою; це лише теоретичне співвідношення, яке точніше виконується за великої кількості нащадків.

Імовірність серед частини нащадків

Іноді питають: «Яка ймовірність, що дитина з домінантною ознакою — гетерозигота?» У схрещуванні Aa × Aa серед нащадків із домінантною ознакою (3 комбінації: 1 AA + 2 Aa) гетерозиготи становлять 2/3. Не плутай це з часткою гетерозигот серед усіх нащадків, яка дорівнює 1/2 (2 Aa з 4).

Зворотні задачі — це ті, де відоме розщеплення в потомстві, а треба визначити генотипи батьків. Це вміння перевіряють на НМТ у завданнях, де за фенотипом дітей треба встановити, якими були батьки.

Визначаємо генотипи за співвідношенням у потомстві

Реальні числа, які дають в умові, можуть не збігатися з точним співвідношенням. Округлюй їх: 152 : 49 — це приблизно 3 : 1 (бо 152/49 ≈ 3,1), а 98 : 102 — приблизно 1 : 1.

Починай із рецесивних гомозигот

Найнадійніший спосіб розв'язати зворотну задачу — знайти в потомстві особину з рецесивною ознакою. Її генотип — aa. Оскільки вона отримала по одному алелю a від кожного з батьків, кожен із батьків, який має домінантну ознаку, обов'язково є гетерозиготою (Aa).

Приклад: у кароокого батька й кароокої матері народилася блакитноока дитина. Блакитноока дитина має генотип aa. Вона отримала a від батька й a від матері. Оскільки обоє батьків кароокі (домінантна ознака), але несуть a, їхні генотипи — Aa × Aa.

Якщо рецесивних нащадків немає

Якщо в кароокого батька й блакитноокої матері всі діти кароокі, батько, найімовірніше, AA (гомозиготний домінантний). Якщо ж серед дітей є хоча б одна блакитноока дитина (aa), батько обов'язково Aa: один алель a дитина отримала від матері (aa), а другий — від батька, отже, кароокий батько несе рецесивний алель a.

За неповного домінування гетерозигота має проміжний фенотип, який відрізняється від обох гомозигот. Це означає, що три фенотипи відповідають трьом генотипам, і генотип можна визначити прямо за фенотипом.

Класичний приклад: нічна красуня (Mirabilis jalapa)

Основні схрещування для нічної красуні:

Важливо: щоб отримати лише рожеві рослини, треба схрестити червоноквіткові з білоквітковими (AA × aa), а не рожеві між собою. Рожеві рослини не утворюють чистої лінії, бо вони гетерозиготні.

Шкільна модель для людини

У шкільних задачах неповне домінування в людини часто ілюструють на прикладі структури волосся:

У двох батьків із хвилястим волоссям (Aa × Aa) імовірність народження дитини з прямим волоссям (aa) становить 25 %, із кучерявим (AA) — 25 %, із хвилястим (Aa) — 50 %.

Розгляньмо п'ять типових завдань НМТ на моногібридне схрещування. Кожне має формат вибору однієї відповіді з чотирьох.

Приклад 1. Імовірність рецесивної ознаки

Умова: обоє батьків — кароокі гетерозиготи (карий колір очей домінує над блакитним). Яка ймовірність народження блакитноокої дитини?

Розв'язання:

P: Aa × Aa. Гамети: A, a × A, a. Нащадки: AA, Aa, Aa, aa. Блакитноокій дитині відповідає генотип aa — 1 комбінація з 4.

Відповідь: 25 %.

Чому інші варіанти неправильні:

• 0 % — помилка: вважають, що в карооких батьків не буває блакитнооких дітей.

• 50 % — плутають із розщепленням 1 : 1 (Aa × aa).

• 75 % — це ймовірність кароокої дитини, а не блакитноокої.

Приклад 2. Генотипи батьків за нащадком

Умова: у кароокого батька й кароокої матері народилася блакитноока дитина. Які генотипи батьків?

Розв'язання:

Блакитноока дитина має генотип aa. Вона отримала a від батька й a від матері. Оскільки обоє батьків кароокі (домінантна ознака), але несуть алель a, їхні генотипи — Aa × Aa.

Відповідь: Aa × Aa.

Чому інші варіанти неправильні:

• AA × aa — у такому шлюбі всі діти були б кароокими (Aa), а тут є блакитноока дитина.

• AA × Aa — усі діти були б кароокими (AA або Aa), жодної блакитноокої.

• Aa × aa — один із батьків мав би бути блакитнооким (aa), а в умові обоє кароокі.

Приклад 3. Неповне домінування: кількість нащадків

Умова: від схрещування рослин нічної красуні з рожевими квітками отримали 360 рослин. Скільки з них теоретично мають рожеві квітки?

Розв'язання:

Рожеві квітки — це гетерозиготи (Aa). Схрещування Aa × Aa дає розщеплення 1 : 2 : 1, де рожеві становлять 1/2 (2 з 4). 1/2 × 360 = 180.

Відповідь: 180.

Чому інші варіанти неправильні:

• 90 — це частка червоних або білих (1/4 від 360).

• 270 — помилково застосували співвідношення 3 : 1 (3/4 від 360), яке діє за повного домінування.

• 360 — вважали, що всі нащадки будуть рожевими.

Приклад 4. Частка гетерозигот серед нащадків із домінантною ознакою

Умова: обоє батьків — гетерозиготні носії альбінізму (A — нормальна пігментація, a — альбінізм). Яка ймовірність, що їхня дитина з нормальною пігментацією є носієм алеля альбінізму?

Розв'язання:

P: Aa × Aa. Нащадки: 1 AA : 2 Aa : 1 aa. Дитина з нормальною пігментацією — це AA або Aa (3 комбінації). Серед них носії алеля альбінізму — гетерозиготи Aa (2 комбінації). Отже, 2/3.

Відповідь: 2/3.

Чому інші варіанти неправильні:

• 1/2 — це частка гетерозигот серед усіх нащадків (2 з 4), а не серед тих, хто має нормальну пігментацію.

• 1/4 — це частка дітей з альбінізмом (aa).

• 3/4 — це частка дітей з нормальною пігментацією.

Приклад 5. Два твердження

Умова: I — «якщо в гетерозиготних батьків перша дитина блакитноока, то друга обов'язково буде кароокою». II — «імовірність народження блакитноокої дитини в таких батьків для кожної дитини однакова — 25 %». Яке з тверджень правильне?

Розв'язання:

Твердження I хибне, бо кожне народження — незалежна подія. Імовірність блакитноокої дитини залишається 1/4 для кожної дитини, незалежно від попередніх. Твердження II правильне.

Відповідь: правильне лише II.

Генетичні задачі здаються простими, але через неуважність у них легко помилитися. Ось типові пастки.

• «Серед чотирьох дітей рівно одна буде блакитноокою». Насправді 1/4 — це теоретична ймовірність для кожного народження, а не гарантія, що в кожній родині з чотирма дітьми буде рівно одна блакитноока дитина.

• «Після блакитноокої дитини наступна має бути кароокою». Кожне народження — незалежна подія. Імовірність блакитноокої дитини залишається 1/4 незалежно від того, які діти вже народилися.

• Плутають «серед усіх нащадків» і «серед нащадків із домінантною ознакою». Частка гетерозигот серед усіх нащадків Aa × Aa — 1/2, а серед нащадків із домінантною ознакою — 2/3. Уважно читай, про яку саме групу питають.

• Позначають алелі одного гена різними буквами. Наприклад, пишуть K — карі очі, B — блакитні. Це неправильно: алелі одного гена позначають однією буквою, домінантний — великою, рецесивний — малою (A і a).

• Визначають домінантність навмання. Якщо в умові не сказано, що домінує, проаналізуй: одноманітне F₁ від чистих ліній показує домінантну ознаку, а поява ознаки в дітей, чиї батьки її не мають, — рецесивну.

• За неповного домінування застосовують 3 : 1. За неповного домінування розщеплення Aa × Aa — 1 : 2 : 1, а не 3 : 1. Три фенотипи відповідають трьом генотипам.

• Вважають рослини з рожевими квітками чистою лінією. Рожеві квітки — гетерозиготи (Aa). Вони не утворюють чистої лінії, бо при схрещуванні дають розщеплення.

• Плутають Aa × aa (1 : 1) з Aa × Aa (3 : 1). Запам'ятай: схрещування гетерозиготи з рецесивною гомозиготою дає 1 : 1, а двох гетерозигот — 3 : 1 (або 1 : 2 : 1 за неповного домінування).

• Дають частку, коли питають кількість нащадків. Якщо в умові дано загальну кількість нащадків (наприклад, 360 рослин), а питають «скільки», потрібно обчислити кількість, а не записати дріб.

Розуміння формату НМТ допомагає правильно розподілити час і не робити зайвого.

Місце в програмі

Тема 2.2 програми НМТ з біології вимагає розв'язувати типові задачі на моногібридне схрещування й взаємодію алелів одного гена (повне й неповне домінування) та визначати фенотипи нащадків за генотипами батьків і навпаки.

Формат завдання

Частина НМТ з біології містить лише три форми завдань з вибором відповіді. Генетичну задачу подають як вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г). За правильну відповідь дають 1 бал, за неправильну — 0 балів. Відповідь — це частка, відсоток, кількість нащадків або генотип серед варіантів.

Довідкові матеріали

Довідкових матеріалів на НМТ немає. Якщо для розрахунку потрібна кількість нащадків, її подають в умові задачі.

Час і стратегія

На 30 завдань з біології відведено орієнтовно 60 хвилин, тобто в середньому 2 хвилини на завдання. Неправильна відповідь дає 0 балів — так само, як і відсутня. Тому не залишай порожніх відповідей: навіть якщо не впевнений, обери варіант, який здається найлогічнішим.

• Алгоритм: алелі → генотипи батьків → гамети → решітка Пеннета → відповідь саме на поставлене питання.

• Aa × Aa → 3 : 1 за фенотипом (1 : 2 : 1 за генотипом).

• Aa × aa → 1 : 1.

• AA × будь-який генотип → усі нащадки з домінантною ознакою.

• Рецесивна ознака — завжди aa: з неї починай зворотну задачу.

• Імовірність однакова для кожного народження: 1/4 — це не «одна дитина з чотирьох», а теоретична ймовірність для кожної дитини.

• Серед нащадків Aa × Aa з домінантною ознакою гетерозигот 2/3.

• За неповного домінування генотип видно за фенотипом: рожева × рожева → 1 : 2 : 1.