Моногибридное скрещивание — это скрещивание двух организмов с различными вариациями в одном генетическом локусе интереса. [1] [2] Признак(и), изучаемые при моногибридном скрещивании, управляются двумя или несколькими вариациями для одного местоположения гена. Затем проводят такое скрещивание, каждый родитель выбирается гомозиготным или истинно размножающимся по данному признаку (локусу). Когда скрещивание удовлетворяет условиям для моногибридного скрещивания, это обычно обнаруживается по характерному распределению потомков второго поколения (F 2 ), которое иногда называют моногибридным отношением.
Обычно моногибридное скрещивание используется для определения доминантных отношений между двумя аллелями . Скрещивание начинается с родительского поколения. Один родитель гомозиготен по одному аллелю, а другой родитель гомозиготен по другому аллелю. Потомство составляет первое дочернее ( F1 ) поколение. Каждый член поколения F1 гетерозиготен , и фенотип поколения F1 выражает доминантный признак. [3] Скрещивание двух членов поколения F1 дает второе дочернее (F2) поколение. Теория вероятностей предсказывает, что три четверти поколения F2 будут иметь фенотип доминантного аллеля. А оставшаяся четверть F2 будет иметь фенотип рецессивного аллеля. Это предсказанное фенотипическое соотношение 3:1 предполагает менделевское наследование .
Грегор Мендель (1822–1884) был австрийским монахом, который сформулировал основные правила наследования. [4] С 1858 по 1866 год он разводил горох посевной ( Pisum sativum ) в своем монастырском саду и анализировал потомство этих скрещиваний. Горох посевной был выбран в качестве экспериментального организма, поскольку было доступно много сортов, которые скрещивались по качественным признакам, и их опыление можно было манипулировать. Семь переменных характеристик, которые Мендель исследовал у растений гороха, были. [5]
. [6] Горох обычно самоопыляется, потому что тычинки и плодолистики заключены в лепестки. Удаляя тычинки из незрелых цветков, Мендель мог смахнуть пыльцу с другого сорта на плодолистики, когда они созревали. [7]
Весь горох, полученный во втором или гибридном поколении, был круглым.
Все горошины этого поколения F1 имеют генотип Rr. Все гаплоидные сперматозоиды и яйцеклетки, полученные в результате мейоза, получили одну хромосому. Все зиготы получили один аллель R (от родителя с круглыми семенами) и один аллель r (от родителя с морщинистыми семенами). Поскольку аллель R доминирует над аллелем r, фенотип всех семян был круглым. Фенотипическое отношение в этом случае моногибридного скрещивания равно 1.
Затем Мендель позволил своему гибридному гороху самоопылиться. Морщинистый признак, который не проявился в его гибридном поколении, вновь проявился у 25% нового урожая гороха.
Случайное объединение равного количества гамет R и r дало поколение F2 с 25% RR и 50% Rr — оба с круглым фенотипом — и 25% rr с морщинистым фенотипом.
Затем Мендель позволил некоторым из каждого фенотипа в поколении F2 самоопыляться. Его результаты:
Треть круглых семян и все морщинистые семена в поколении F2 были гомозиготными и давали только семена того же фенотипа.
Однако две трети круглых семян в поколении F2 были гетерозиготными, и их самоопыление дало оба фенотипа в соотношении, типичном для скрещивания F1.
Соотношения фенотипов приблизительны. [8] Объединение сперматозоидов и яйцеклеток является случайным. Однако по мере увеличения размера выборки случайные отклонения сводятся к минимуму, и соотношения приближаются к теоретическим предсказаниям. Таблица показывает фактическое производство семян десятью растениями F1 Менделя. Хотя его отдельные растения сильно отклонялись от ожидаемого соотношения 3:1, группа в целом приближалась к нему довольно близко.
Чтобы объяснить свои результаты, Мендель сформулировал гипотезу, которая включала следующее: в организме есть пара факторов, которые контролируют появление данной характеристики. (Они называются генами.) Организм наследует эти факторы от своих родителей, по одному от каждого. Фактор передается из поколения в поколение как дискретная, неизменная единица. (Фактор r в поколении F2 прошел через круглосеменное поколение F1. Несмотря на это, семена rr в поколении F2 были не менее морщинистыми, чем в поколении P.) Когда формируются гаметы, факторы разделяются и распределяются как единицы в каждой гамете. Это утверждение часто называют правилом сегрегации Менделя. Если у организма есть два непохожих фактора (называемых аллелями) для характеристики, один может быть выражен при полном исключении другого (доминантный против рецессивного).
Хорошая гипотеза соответствует нескольким стандартам.
Чтобы проверить свою гипотезу, Мендель предсказал результат эксперимента по разведению, который он еще не проводил. Он скрестил гетерозиготный круглый горох (Rr) с морщинистым (гомозиготным, rr). Он предсказал, что в этом случае половина полученных семян будет круглой (Rr), а половина — морщинистой (rr).
Для случайного наблюдателя в монастырском саду скрещивание не выглядело как описанное выше скрещивание P: горох с круглыми семенами скрещивался с горохом с морщинистыми семенами. Но Мендель предсказал, что на этот раз он произведет как круглые, так и морщинистые семена в соотношении 50:50. Он провел скрещивание и собрал 106 круглых горошин и 101 морщинистую горошинку.
Мендель проверил свою гипотезу с помощью типа обратного скрещивания, называемого тестовым скрещиванием . Организм имеет неизвестный генотип, который является одним из двух генотипов (например, RR и Rr), которые производят тот же фенотип. Результат теста идентифицирует неизвестный генотип.
Мендель не остановился на этом. Он продолжил скрещивать сорта гороха, которые отличались по шести другим качественным признакам. В каждом случае результаты подтверждали его гипотезу. Он скрещивал сорта гороха, которые отличались по двум признакам. Он обнаружил, что наследование одного признака не зависит от наследования другого, и таким образом сформулировал свое второе правило: правило независимого распределения. Сегодня известно, что это правило не применяется к некоторым генам из-за генетической связи . [9]