Закономерности наследования впервые были сформулированы и доказаны экспериментально Г. Менделем. Многочисленные попытки установления закономерности наследования до Г. Менделя оставались безуспешными. Причина этого заключается частично в неудачном подборе объектов для исследования, а главным образом – в ошибках применяемой методики. Объекты брались без учета особенностей их опыления, порой без проверки устойчивости изучаемых признаков.
Г. Мендель проводил опыты с горохом – самоопыляющейся культурой с нормальной плодовитостью и наличием многочисленных форм по различным признакам.
Под формой подразумевается совокупность особей одного вида, отличающихся от других особей того же вида внешним проявлением одного или нескольких признаков. Менделем была разработана оригинальная методика исследования, заключающаяся в количественном учете гибридных растений с применением индивидуального анализа признаков в потомстве от каждого материнского растения в ряду поколений. Родители подбирались так, чтобы они отличались внешним проявлением какого – то одного признака, например, окраской цветов или семенной кожуры, высотой растений, формой семян и т.д. Перед скрещиванием родительские растения самоопылялись, и в течении нескольких поколений изучался характер проявления интересующего признака в потомстве. Обязательным условием опыта являлась устойчивость признака у родителей при самоопылении. Скрестив подобранные пары, Г. Мендель подсчитывал количество растений с одним и другим выражением признака в потомстве от каждой пары и суммарно. Гибриды первого поколения он заставлял самоопыляться и в F2 так же учитывал количество растений с различным выражением признака от каждого исходного растения отдельно. Так он получал растения до F7. Тщательно продуманный выбор объекта и оригинальная методика позволили
Г. Менделю установить общие закономерности наследования при внутривидовой гибридизации.
Наследование при моногибридном скрещивании.
Законы Г. Менделя
В результате скрещивания растений или животных, имеющих по тем или иным признакам наследственные различия, получаются гибридные организмы или гибриды. Скрещивания, в которых родительские формы отличаются по одной паре альтернативных признаков, называются моногибридными. Изучение явлений наследственности Г.Мендель начал с простейших моногибридных скрещиваний, а затем проводил гибридизацию сортов, различающихся по двум и большему числу признаков.
При опылении гороха с красными цветками пыльцой, взятой с растений гороха с белыми цветками, все гибриды первого поколения были с красными цветками. Такие же результаты получены при обратном скрещивании. Красная окраска цветков неизменно сохранялась, белая же подавлялась и не проявлялась. Признак, сохраняющийся у гибридов первого поколения Г.Мендель назвал доминантным (от dominantis – господствующий, подавляющий), признак, непроявляющийся – рецессивным (от латинского recessives – отсутствующий, подавляемый). Следовательно, наследуются не признаки, а их потенциальные возможности, которые Г.Мендель назвал факторами (в современном понимании это гены). Факторы наследуются через гаметы, и у
гибридных растений не смешиваются друг с другом, а относительно независимы друг от друга. Явление наследования в гаметах гибридного организма наследственных факторов Г.Мендель назвал правило чистоты гамет.
Подавление у гибридных организмов одних признаков другими получило в генетике название доминирования. Почти во всех опытах, которые проводил Г.Мендель, доминантный признак полностью подавлял проявление рецессивного признака, поэтому гибриды F1 были одинаковыми между собой и с родительскими растениями, имеющими доминантный признак. На основании этого Г.Мендель сформулировал правило единообразия гибридов первого поколения.
Продолжая опыты, Г.Мендель собрал семена гибридов F1 отдельно с каждого растения и высеял их. Особи второго поколения не были сходны между собой. Так растения F2, выращенные из семян красноцветковых гибридов первого поколения, имели как красные, так и белые цветки. Подсчеты показали, что на три красноцветковых растения приходилось одно белоцветковое (точное соотношение: 3,01 красноцветкового на одно белоцветковое). Это отношение не представляло исключения. Оно наблюдалось по всем другим парам признаков, участвующих в скрещивании. Этот фактор, показавший, что рецессивный признак в скрытом виде проходит поколение гибридов и вновь возникает, как говорят, выщепляется в потомках гибридов, привел Г. Менделя к идее о существовании ответственных за эти явления наследственных факторов. Он обозначил наследственный фактор для доминантного признака буквой А и наследственный фактор для рецессивного признака буквой а. Гибриды обладали факторами А и а, поэтому их структура записана как Аа. Чистые доминантные особи – АА, а рецессивные аа. В дальнейшем организмы, имеющие в паре символов одинаковые факторы АА и аа, стали называть гомозиготами, а особи – Аа получили название гетерозигот. Закономерность в распределении доминантных и рецессивных признаков у гибридов второго поколения в кратном отношении 3:1 Г. Мендель назвал – правилом расщепления гибридов второго поколения.
С целью разграничения внешних признаков и наследственных задатков В. Иоганнсен в 1903 году предложил термины фенотип и генотип.
Под фенотипом понимается совокупность внешних признаков организма, а под генотипом– совокупность его генов. В данном случае фенотип – это окраска цветков, а генотип – наследственные задатки (гены), обозначенные буквами А и а, контролирующие формирование фенотипических признаков.
Развитие цитологических методов исследования подтвердило правильность гипотезы Г. Менделя, показав силу его научного предвидения существования генов и механизма их распределения по гаметам (мейоза).