Первый закон Менделя

В 50-60-х годах XIX века австрийский биолог и монах Грегор Мендель проводил опыты по скрещиванию гороха. В то время ничего не знали о ДНК и генах как носителях наследственной информации. Однако статистическая обработка данных позволила Менделю установить и объяснить ряд генетических закономерностей. Грегора Менделя считают отцом генетики.

Еще до Менделя ряд ученых в начале XIX века отмечали, что у гибридов некоторых растений проявляется признак только одного родителя. Мендель догадался исследовать статистические соотношения гибридов в ряду нескольких поколений. Кроме того ему повезло с выбором объекта для экспериментов — гороха посевного. Мендель изучал семь признаков этого растения, и почти все они наследовались, как находящиеся в разных хромосомах, а также наблюдалось полное доминирование. Если бы нашлись сцепленные признаки, а также наследуемые по типу неполного доминирования, это бы внесло путаницу в исследования ученого.

Горох ‒ самоопыляющееся растение, но искусственно возможно перекрестное опыление. Т. к. при самоопылении не "вводятся" признаки других организмов, то в ряду поколений сохраняется единообразие признаков, т. е. формируются чистые линии. Кроме того у гороха есть простые для наблюдения взаимоисключающие признаки. Это цвет семян (желтые или зеленые), морщинистость семян, цвет цветков и др.

Установленные в то время закономерности наследования часто называют первым, вторым и третьим законами Менделя. Первый закон Менделя — это закон единообразия гибридов первого поколения.

Мендель проводил моногибридное скрещивание. Он брал чистые линии, различающиеся только по одной альтернативной паре признаков. Например, растения с желтыми и зелеными семенами (или гладкими и морщинистыми, или высоким и низким стеблем, или пазушными и верхушечными цветками). Проводил перекрестное опыление чистых линий и получал гибриды первого поколения. Обозначение поколений F1, F2 ввели в начале XX века.

У всех гибридов F1 наблюдался признак только одного из родителей. Этот признак Мендель назвал доминантным. Другими словами, все гибриды первого поколения были единообразны.

Второй, рецессивный, признак в первом поколении исчезал. Однако он проявлялся во втором поколении. И это требовало какого-то объяснения.

Опираясь на результаты двух скрещиваний (F1 и F2), Мендель понял, что за каждый признак у гибрида отвечают два фактора (словами "ген" и "аллель" тогда еще не пользовались). У чистых линий факторы были также парны, но одинаковы по своей сути (два одинаковых аллеля). Гибриды первого поколения получали по одному фактору от каждого из родителей. Эти факторы не сливались, а сохранялись обособленно друг от друга, но проявиться мог только один, тот, который оказывался доминантным.

Первый закон Менделя не всегда формулируют как закон единообразия гибридов первого поколения. Встречается подобная "старинная" формулировка:

признаки организма определяются парами факторов, а в гаметах по одному фактору на каждый признак

Действительно, важный вывод, который можно было сделать из опытов Менделя — это то, что организмы содержат по два носителя информации о каждом признаке, передают через гаметы потомкам по одному фактору, и в организме факторы, обуславливавшие один и тот же признак, не смешиваются между собой.

Более глубокое генетическое, а также цитологическое и молекулярное объяснение законы Менделя получили позднее. Были выявлены исключения из законов, которые также были объяснены.

Чистые линии — это гомозиготы. У них исследуемая пара аллелей одинакова (например, AA или aa). Выступая в качестве родителя (P) одно растение образует гаметы, содержащие только аллель A, а другое — только аллель a. Получившиеся от их скрещивания гибриды первого поколения (F1) являются гетерозиготами, так как имеют генотип Aa, который при полном доминировании фенотипически проявляется также как гомозиготный генотип AA. Именно эту закономерность описывает первый закон Менделя.

На схеме w — аллель гена, отвечающий за белый цвет цветка, R — за красный (данный признак доминантный). Черными линиями обозначены разные варианты встречи гамет. Все они равновероятны. В любом случае при любой встрече родительских гамет у гибридов первого поколения формируются одинаковые генотипы — Rw.