Решатель дигибридного скрещивания: Калькулятор таблицы Пеннета по генетике

Что такое калькулятор дигибридного скрещивания?

Калькулятор дигибридного скрещивания предсказывает генотипы и фенотипы потомства сразу для двух генов. Он строит решётку Пеннета на основе генотипов двух родителей и показывает соотношение получающихся признаков. Студенты и преподаватели биологии, а также селекционеры используют его для проверки задач на дигибридное скрещивание без ручного рисования решётки.

Что такое дигибридное скрещивание?

Дигибридное скрещивание показывает, как два гена одновременно передаются от родителей потомству. Грегор Мендель впервые исследовал это в 1860-х годах, скрещивая растения гороха, различавшиеся формой и цветом семян.

Несколько терминов объясняют принцип его работы.

• Аллель: один из вариантов гена. Заглавная буква (A, B) обозначает доминантный аллель. Строчная буква (a, b) обозначает рецессивный аллель.
• Генотип: генетический состав организма, записанный в виде сочетания букв, например AaBb.
• Фенотип: признак, который фактически проявляется у организма. Доминантный аллель маскирует рецессивный, поэтому AA и Aa выглядят одинаково.
• Гомозиготный: оба аллеля одного гена совпадают (AA или aa).
• Гетерозиготный: два аллеля одного гена различаются (Aa).

Как рассчитать дигибридное скрещивание

Дигибридное скрещивание основано на независимом наследовании признаков: при образовании гамет аллели одного гена распределяются независимо от аллелей другого гена. Благодаря этому аллели каждого родителя могут свободно комбинироваться.

1. Запишите генотип каждого родителя, например AaBb.
2. Перечислите гаметы. Метод решётки Пеннета даёт каждому родителю четыре позиции для гамет — по одной для каждого сочетания аллеля гена 1 с аллелем гена 2. Родитель, гетерозиготный по обоим генам (AaBb), заполняет эти позиции четырьмя различными гаметами: AB, Ab, aB, ab. Родитель, гомозиготный по обоим генам (AABB), заполняет их четырьмя копиями одной гаметы: AB, AB, AB, AB.
3. Постройте решётку Пеннета размером 4×4. Разместите четыре гаметы одного родителя в верхней строке, а четыре гаметы другого — вдоль боковой стороны, затем заполните каждую из 16 ячеек объединённым генотипом.
4. Подсчитайте фенотипы. Сгруппируйте 16 потомков по проявляющимся у них признакам, затем представьте каждую группу как долю от 16.

Для двух гетерозиготных родителей (AaBb × AaBb) получается классическое соотношение фенотипов:

• 9/16 имеют оба доминантных признака (A_B_)
• 3/16 имеют доминантный признак 1 и рецессивный признак 2 (A_bb)
• 3/16 имеют рецессивный признак 1 и доминантный признак 2 (aaB_)
• 1/16 имеют оба рецессивных признака (aabb)

Символ подчёркивания означает «любой аллель», поскольку он не изменяет фенотип.

Это соотношение 9:3:3:1 также является произведением двух отдельных соотношений 3:1: 3/4 × 3/4 = 9/16 для обоих доминантных признаков, 3/4 × 1/4 = 3/16 для каждого случая с одним доминантным признаком и 1/4 × 1/4 = 1/16 для обоих рецессивных признаков.

Пример 1: гетерозиготный × гетерозиготный (AaBb × AaBb)

Оба родителя образуют четыре типа гамет: AB, Ab, aB, ab.

Соотношение фенотипов:

• A_B_ (оба доминантных): 9/16 (56,25 %)
• A_bb (доминантный 1, рецессивный 2): 3/16 (18,75 %)
• aaB_ (рецессивный 1, доминантный 2): 3/16 (18,75 %)
• aabb (оба рецессивных): 1/16 (6,25 %)

Пример 2: гомозиготный доминантный × гомозиготный рецессивный (AABB × aabb)

Каждый родитель является гомозиготным, поэтому образует только одну разновидность гаметы: AB у родителя 1 и ab у родителя 2. Поскольку калькулятор всегда указывает по четыре гаметы для каждого родителя, эта единственная гамета просто повторяется четыре раза: AB, AB, AB, AB и ab, ab, ab, ab. Решётка Пеннета по-прежнему представляет собой таблицу 4×4 из 16 ячеек, но в каждой ячейке находится один и тот же генотип.

Всё потомство имеет генотип AaBb и оба доминантных признака.

Соотношение фенотипов:

• A_B_ (оба доминантных): 16/16 (100,00 %)

Пример 3: гетерозиготный × гомозиготный доминантный (AaBb × AABB)

Родитель 1 (AaBb) образует четыре различные гаметы: AB, Ab, aB, ab. Родитель 2 (AABB) является гомозиготным, поэтому его единственная разновидность гаметы AB повторяется четыре раза: AB, AB, AB, AB. В результате получается таблица 4×4 из 16 ячеек, где каждая из четырёх гамет родителя 1 четырежды сочетается с AB, поэтому каждая строка повторяется во всех четырёх столбцах.

Появляются четыре различных генотипа, каждый в 4 ячеек из 16: AABB, AABb, AaBB и AaBb. Каждый из них несёт хотя бы по одному доминантному аллелю каждого гена, поэтому всё потомство имеет оба доминантных признака.

Соотношение фенотипов:

• A_B_ (оба доминантных): 16/16 (100,00 %)

Как пользоваться этим калькулятором

1. Введите генотип каждого родителя в формате AaBb: заглавные буквы обозначают доминантные аллели, строчные — рецессивные; первая пара относится к гену 1, а вторая — к гену 2.
2. Калькулятор проверяет четыре условия. Каждый генотип должен состоять ровно из четырёх букв. Две буквы в паре должны обозначать один и тот же ген, поэтому Aa принимается, а Ab — нет. Два гена в одном генотипе должны обозначаться разными буквами, поэтому AaAa отклоняется. Оба родителя должны иметь одни и те же два гена.
3. Два гена можно записывать в любом порядке. BbAa читается как тот же генотип, что и AaBb, поэтому AaBb × BbAa — это то же скрещивание, что и AaBb × AaBb.
4. Решётка и соотношение обновляются по мере ввода. Нажимать кнопку не нужно.
5. Соотношение обозначается по признакам, а не по буквам. «Доминантный признак 1» означает, что ген 1 проявляется в доминантной форме (A_), а «Рецессивный признак 2» означает, что ген 2 проявляется в рецессивной форме (bb). Для AaBb × AaBb инструмент выводит: «Доминантный признак 1, доминантный признак 2: 9/16 (56,25 %)».
6. Используйте кнопку копирования, чтобы сохранить решётку и соотношение в виде текста, или кнопку сброса, чтобы вернуться к скрещиванию AaBb × AaBb по умолчанию.

Применение расчётов дигибридного скрещивания

На занятиях по биологии дигибридные скрещивания используют для изучения вероятности и менделевского наследования. Селекционеры растений и животных применяют те же математические методы, чтобы предсказать, какие сочетания признаков появятся у потомства до проведения фактического скрещивания. Генетические консультанты используют лежащий в основе принцип — независимое наследование признаков — для объяснения риска наследования двух не связанных между собой заболеваний. Исследователи рассчитывают ожидаемые соотношения перед сравнением их с экспериментальными данными.

Решётка Пеннета — один из нескольких способов решения той же задачи. При расчёте вероятности перемножают вероятности каждого признака по отдельности, например 3/4 × 3/4 = 9/16 для двух доминантных признаков при скрещивании AaBb × AaBb. Ветвящаяся диаграмма, или метод разветвлённых линий, даёт те же числа, показывая результаты для каждого гена в виде отдельных ветвей. Все три метода основаны на одном правиле независимого наследования признаков и дают одинаковые соотношения, если два гена находятся на разных хромосомах.

Реальное наследование иногда отличается от этой модели. Гены, расположенные близко друг к другу на одной хромосоме, наследуются вместе чаще, чем предсказывает независимое наследование признаков; это явление называется сцеплением. Некоторые пары генов взаимодействуют так, что один ген маскирует действие другого; это называется эпистазом. Данный калькулятор предполагает наличие двух несцепленных генов с полным доминированием — стандартный случай, рассматриваемый в учебных задачах.

История

Грегор Мендель, монах-августинец, провёл первые документированные опыты по дигибридному скрещиванию растений гороха в 1860-х годах, одновременно отслеживая форму и цвет семян. В его работе 1866 года было описано полученное соотношение 9:3:3:1, которое привело к формулировке того, что теперь называют законом независимого наследования признаков. Работа Менделя оставалась почти незамеченной до 1900 года, когда Гуго де Фриз, Карл Корренс и Эрих фон Чермак независимо друг от друга вновь обнаружили те же закономерности, положив начало современной генетике. Последующие опыты Томаса Ханта Моргана с плодовыми мушками показали, что гены одной хромосомы не всегда распределяются независимо, выявив исключение в виде генетического сцепления.

Часто задаваемые вопросы

Что такое дигибридное скрещивание? Дигибридное скрещивание — это скрещивание двух организмов, при котором одновременно отслеживаются два гена. При скрещивании двух дигетерозигот (AaBb × AaBb) потомство имеет соотношение фенотипов 9:3:3:1, если оба гена демонстрируют полное доминирование.

Почему соотношение равно 9:3:3:1? Оно получается при объединении двух независимых соотношений 3:1, по одному для каждого гена: 3/4 × 3/4 = 9/16 для обоих доминантных признаков, 3/4 × 1/4 = 3/16 для каждого сочетания с одним доминантным признаком и 1/4 × 1/4 = 1/16 для обоих рецессивных признаков.

В чём разница между генотипом и фенотипом? Генотип — это совокупность аллелей, которые несёт организм, например AaBb. Фенотип — это признак, формируемый генотипом, например проявление доминантной формы обоих признаков.

Всегда ли дигибридное скрещивание даёт по четыре разные гаметы у каждого родителя? При использовании метода решётки Пеннета для каждого родителя всегда предусматриваются четыре позиции для гамет. Четыре гаметы гетерозиготного родителя действительно различаются (AB, Ab, aB, ab). Четыре гаметы гомозиготного родителя являются одинаковыми копиями одного типа (например, AB, AB, AB, AB), поэтому при скрещивании гомозигот получается один повторяющийся генотип, хотя в решётке по-прежнему есть 16 ячеек.

Может ли этот калькулятор обрабатывать сцепленные гены или кодоминирование? Нет. Он предполагает, что два гена находятся на разных хромосомах и распределяются независимо, а каждый ген демонстрирует полное доминирование. Сцепленные гены, а также кодоминантные или неполностью доминирующие аллели дают соотношения, отличающиеся от рассчитываемых этим инструментом.

Работает ли это для признаков человека? Та же математика применима к любым двум генам с простым доминантно-рецессивным наследованием, включая некоторые признаки человека. Однако большинство признаков человека связано более чем с одним геном или зависит от окружающей среды, поэтому эта простая модель не описывает их точно.

Источники

1. Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A., & Palladino, M. A. (2019). Concepts of Genetics (12-е изд.). Pearson.
2. Pierce, B. A. (2017). Genetics: A Conceptual Approach (6-е изд.). W.H. Freeman.
3. Mendel, G. (1866). «Experiments on Plant Hybridization». Proceedings of the Natural History Society of Brünn.
4. National Human Genome Research Institute. «Dihybrid Cross». genome.gov/genetics-glossary/Dihybrid-Cross