Элективный курс "Сцепленное наследование признаков"

ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «СЦЕПЛЕННОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ»

Элективный курс - это курс предмета по выбору, на котором ученики средней и старшей школы получают более полные, углубленные, либо профильные знания, которые могут помочь при сдаче экзамена по этому предмету или лучше усвоить школьную программу по данной теме. Так как тема «Сцепленное наследование» является одной из сложнейших в генетике, а в том числе и в биологии. Элективный курс не является обязательным для посещения всеми учениками. Чтобы привлечь учеников именно к данной теме и предмету, необходимо использовать различные методы и формы работы, а так же должны быть учтены психолого-педагогические особенности учеников, типы мышления, склонности и способности школьников [44,25].

В современной школе элективные курсы развиты слабо и не получают большое распространение в связи с тем, что педагоги недостаточно оснащены теоретическими и практическими методами проведения данных занятий. Это и послужило дополнительной причиной для изучения данной темы, с другой стороны дает возможность педагогам проявить свои творческие способности и разнообразить занятия различными видами их проведения.

Для эффективной реализации программы элективного курса по биологии на тему «Сцепленное наследование» необходимо: провести вводные занятия для определения интересов учащихся, выделить основные пробелы в знаниях большинства, на основании этого скорректировать занятия. Далее переходить к активному изучению материала, после чего последует контрольная проверка знаний учащихся, на основании которой можно судить насколько успешно был пройден курс учениками и как качественно учитель смог донести недостающие знания школьникам. Не стоит забывать о психолого-педагогических аспектах изучения, личностных и социальных [44,25].

1. Тематическое планирование элективного курса

Данный курс состоит из 7 разделов (10 часов), на которых будут рассмотрены основополагающие материалы по теме «Сцепленное наследование», материалы, трудно усваивающиеся учениками, более углубленные профильные знания. Курс рассчитан на учеников старших классов (10-11).

Цели: мотивация учащихся, повышение интереса к предмету, научиться переходить от теории к практике, показать межпредметные связи,

Задачи: повышение, углубление и обобщение знаний, их активизация, увеличение навыков решения задач, развить самостоятельность и творческие способности учеников, а так же включить воспитательные моменты.

2. План-конспект занятия по теме «Генетические доказательства кроссинговера»

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антала Ф., Кайгер Дж., Современная генетика. Москва, Мир, Т.1. 1998.

2. Бабынин Э. В. Молекулярный механизм гомологичной рекомбинации в мейозе: происхождение и биологическое значение. Цитология, 2007.

3. Балашов В. П., Шеворокова Т. Н., Задачник по медицинской генетике. Саранск, Издательство Мордовского университета, 1998.

4. Бекиш О. Я. Медицинская биология. Минск, Ураджай, 2000. 

5. Гордиенко Н. В. Программа элективного курса «Решение задач по генетике», 2016.

6. Гусакова В. О., Думчева А. Г., Жукова Н. А., Казачкова Т. Б., Шавринова Е. Н., Щекина О. А. Воспитание и социализация учащихся (5–9 классы): учебно-методическое пособие. КАРО, 2015.

7. Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика: учебное пособие. Сибирское университетское издательство, 2007.

8. Заяц Р. Г., Бутвиловский В. Э., Давыдов В. В., Рачковская И. В. Медицинская биология и общая генетика: учебник. Высшая школа, 2012.

9. Зятьков С.С. Болезни с х-сцепленным доминантным типом наследования, Тюмень, 2016.

10. Иванов В. И., Барышникова Н.В., Билева Дж. С.. Генетика. М.: Академкнига, 2007.

11. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции: учебник для студентов высших учебных заведений. СПб.: Изд-во Н-Л, 2010.

12. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В., «Общая биология. 10-11 класс» Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2006.

13. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Э. Д. Днепров, А. Г, Аркадьев. Сборник нормативных документов. Биология. М: Дрофа, 2006.

14. Карташова Н. С., Кулицкая Е. В. Методика преподавания биологии. Общая методика: учебно-методическое пособие для лабораторно-практических занятий и самостоятельной работы студентов. Директ-Медиа,  2015.

15. Клаг. У, Каммингс М. Основы генетики, Техносфера, 2007.

16. Коряков Д.Е., Жимулев И.Ф. Хромосомы. Структура и функции. Новосибирск: Из-во СО РАН, 2009.

17. Крестьянинов В.Ю., Вайнер Г.Б. Сборник задач по генетике с решениями. Саратов, 1998.

18. Крюков В.И. Генетика, учебное пособие (сборник книг), 2006.

19. Лавин Н. Эндокринология — 2-е изд. Пер. с англ. — М.: Практика, 1999.

20. Нахаева В. И. Практический курс общей генетики. 2-е издание. М.: Флинта, 2011.

21. Нгуен Динь Ням, диссертация, «Формирование и развитие у учащихся генетических знаний в процессе обучения общей биологии в общеобразовательных школах Вьетнама.», Москва, 1998.

22. Полянский Ю. И., Браун А. Д., Верзилин Н. М. и др. Общая биология. Учебник для 10-11 классов средней школы. 20-е издание. М.: Просвещение, 1990.

23. Рувинский А. О. «Общая биология» для 10-11 класса школ с углубленным изучением биологии./ Под ред. Проф. А. О. Рувинского. М. : Просвещение, 1993 г.

24.  Самин Д. Тайны живого. Хромосомная теория наследственности // Сто великих научных открытий.

25. Тимофеев-Ресовский Н. В. Генетика, эволюция, значение методологии в естествознании. Екатеринбург: Токмас-Пресс, 2009.

26.  Шевченко В. А., Топорнина Н. А., Стволинская Н. С. Генетика человека: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. 2-е изд., испр. и доп. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2004

27. «Приказ от 5 марта 2004 года № 1089. Об утверждении федерального компонента государственных образовательных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования (с изменениями на 23 июня 2015 года)»

28. Приказ Минобрнауки России от 6 октября 2009 года № 413 «Об утверждении и введении в действие федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования» 

29. http://www.nat-geo.ru/science

30. http://gesher.info 

31. http://www.genomed.ru/

32. http://vse-pro-geny.ru/

33. http://www.medicalj.ru

34. https://vunivere.ru/

35. http://medbiol.ru/

36. http://ott.ru/ru/clinic/prenatal 

37. https://ru.wikipedia.org

38. www.побиологии.рф

39. dommedika.com

40. www.biofile.ru

41. http://www.medicnotes.ru

42. http://dic.academic.ru

43. http://www.orenipk.ru

44. https://infourok.ru

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Традиционные символы, использующиеся при оформлении задач:

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Пример схемы скрещивания:

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Примеры решения задач.

Задача 1. Альбинизм - аутосомно-рецессивный наследуемый признак. Мужчина с данным заболеванием женился на женщине с нормальной пигментацией. Появилось 2 детей - альбинос и нормальный. Необходимо выяснить генотипы всех членов семьи.

Решение задачи:

А - нормальная пигментация, а - альбинизм.

1. Запись схемы брака по фенотипам (на черновике)

1. Выяснение и запись генотипов, известных по условию задачи

Генотип особи с рецессивным признаком известен – аа. Особь с доминантным признаком имеет генотип А*:

1. Определение генотипов организмов по генотипам родителей и потомков

   1. Генотип мужчины и ребенка альбиносов – аа, так как оба они несут рецессивный признак.

   2. Женщина и здоровый ребенок имеют в своем генотипе доминантный ген А, потому что у них проявляется доминантный признак.

   3. Генотип ребенка с нормальной пигментацией – Аа, поскольку его отец гомозиготен по рецессиву (аа) и мог передать ему только ген а.

   4. Один из детей имеет генотип аа. Один аллельный ген ребенок получает от матери, а другой от отца. Поэтому мать должна нести рецессивный ген а. Ее генотип – Аа.

2. Запись хода рассуждений по выяснению генотипов и схемы брака в чистовик.

Ответ: Генотип мужа – аа, жены – Аа, ребенка с нормальной пигментацией – Аа, ребенка-альбиноса – аа.

Задача 2. Определение типов гамет. Какие типы гамет будут образовывать организмы с генотипами:

а)

АB ab

;

б)

Ab aB

?

Решение:

а) Будут образованы гаметы AB   и  ab;

б) будут образованы гаметы Ab  и aB.

Задача 3. Выяснение генотипов особей и определение вероятности рождения потомства с анализируемыми признаками.

Катаракта и полидактилия (многопалость) вызываются доминантными аллелями двух генов, расположенных в одной паре аутосом. Женщина унаследовала катаракту от отца, а многопалость – от матери. Определить возможные фенотипы детей от ее брака со здоровым мужчиной. Кроссинговер отсутствует.

Решение

1. Мужчина несет два рецессивных признака. Значит, его генотип –

   ab

   ═

   ab

1. Женщина страдает обоими заболеваниями, следовательно, содержит доминантные гены А и В  и их рецессивные аллели a и b. Одну болезнь она унаследовала от отца, а другую – от матери, значит, доминантные гены расположены не в одной, а в разных гомологичных хромосомах, и генотип женщины –  

Ab

═

aB

Схема брака

Ответ: 50% детей будут многопалыми, 50% – унаследуют катаракту.

Задачи, в которых одновременно рассматривается сцепленное и независимое наследование.

Задача 4. Дрозофила, гомозиготная по признакам желтой окраски, наличия очень узких крыльев и отсутствия щетинок, была скрещена с дрозофилой, имеющей в гомозиготном состоянии гены, определяющие серый цвет, нормальные крылья и щетинки. Какое потомство возникнет от скрещивания полученных гибридов между собой, если известно, что рецессивный ген желтой окраски и доминантный ген узких крыльев лежат во второй аутосоме, а рецессивный ген отсутствия щетинок – в третьей, если предположить, что кроссинговер между генами А и В отсутствует?

Решение

А – серая окраска, а – желтая окраска, В – узкие крылья, b – нормальные крылья, С – наличие щетинок,  с – отсутствие щетинок.

Генотип исходных форм известен из условия задачи: самка – ; самец – .

Схема скрещивания

Построив решетку Пеннета, можно определить количество потомков разных генотипических и фенотипических классов.

Неполное сцепление

Задача 5. Составление схем кроссинговера

Написать возможные варианты кроссинговера между генами в группе сцепления .

Решение

1) Одиночный кроссинговер между генами А и В:

2) Одиночный кроссинговер между генами В и С:

3) Двойной кроссинговер между генами А и С:

Определение типа наследования (сцепленное или независимое) и расстояния между генами.

Задача 6. У томата высокий рост доминирует над низким, гладкий эндосперм – над шероховатым. От скрещивания двух растений получено расщепление: 208 высоких растений с гладким эндоспермом, 9 – высоких с шероховатым эндоспермом, 6 – низких с гладким эндоспермом, 195 – низких с шероховатым эндоспермом. Определить вид наследования, генотип исходных растений и расстояние между генами.

Решение

1. Наличие в потомстве расщепления по обоим признакам указывает на то, что в скрещивании участвовало дигетерозиготное растение.

2. Соотношение особей, имеющих оба доминантных или оба рецессивных признака, близкое к 1:1, говорит о том, что одно из растений было гомозиготным по рецессиву (то есть, в данном случае, имело место анализирующее скрещивание), и что гены, кодирующие развитие обоих признаков, расположены в одной паре хромосом в цис-положении. Следовательно, генотип исходных особей:  и .

Схема скрещивания

1. Сцепление не является полным, так как в потомстве присутствовало небольшое количество рекомбинантов, имеющих фенотипы низких растений с гладким эндоспермом и высоких растений с шероховатым эндоспермом, которым соответствуют генотипы     и  .

2. Подставляя значения количества особей каждого типа в формулу, можно определить расстояние между генами А и В:

Ответ

Признаки роста и формы поверхности эндосперма у томата наследуются по типу неполного сцепления. Расстояние между генами, кодирующими эти признаки, составляет 3,5 морганид. Генотип исходных растений, соответственно:        и  .

Задача 7. Определение числа кроссоверных гамет или полученного соотношения особей в потомстве в зависимости от расстояния между генами в хромосоме

Если допустить, что гены А и В сцеплены и перекрест между ними составляет 20%, то какие гаметы и в каком количественном соотношении будет образовывать дигетерозигота?

Решение

40% – АВ; 40% – аb; 10% – аВ; 10% – Ab.

Задача 8. Картирование хромосом

Гены А, В и С находятся в одной группе сцепления. Между генами А и В кроссинговер происходит с частотой 7,4%, а между генами В и С – с частотой 2,9%. Определить взаиморасположение генов А, В и С, если расстояние между генами А и С равняется 10,3% единиц кроссинговера. Как изменится взаиморасположение этих генов, если частота кроссинговера между генами А и Сбудет составлять 4,5%?

Решение

1. По условию задачи расстояние от гена А до гена С (10,3 М) равно сумме расстояний между генами А и В (2,9 М) и генами В и С (7,4 М), следовательно, ген В располагается между генами А и С и расположение генов следующее: А В С.

2. Если бы расстояние от гена А до гена С равнялось разности расстояний между парами генов АВ и ВС (4,5 = 7,4 – 2,9), то гены располагались бы в следующей последовательности: А С В. И в этом случае расстояние между крайними генами было бы равно сумме расстояний между промежуточными: АВ = АС + СВ.

Наследование генов, локализованных в половых хромосомах

Задача 9. Наследование генов, локализованных в Х-хромосоме

Классическая гемофилия передается как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой, признак. Мужчина, больной гемофилией, женился на здоровой женщине (все ее предки были здоровы). У них родилась здоровая дочь. Определить вероятность рождения больного гемофилией ребенка от брака этой дочери со здоровым мужчиной.

Решение

А – нормальная свертываемость, а – гемофилия.

1. Мужчина болен гемофилией, следовательно, его генотип – Х^аY.

2. Женщина здорова, значит, она несет доминантный ген А. Все ее предки были здоровы (чистая линия), следовательно, она не является носительницей, и ее генотип – Х^AХ^A.

3. Одну Х-хромосому дочь получила от матери, другую от отца. Мать могла передать ей только хромосому Х^A, а отец – только Х^a. Генотип дочери – Х^AХ^a.

4. Генотип мужа дочери – Х^AY, по условию задачи.

Схема брака

Ответ

Вероятность рождения больного гемофилией ребенка – 25% (50% мальчиков будут страдать этим заболеванием).

Задача 10. Наследование генов, сцепленных с Y-хромосомой

Перепончатопалость передается через Y-хромосому. Определить возможные фенотипы детей от брака перепончатопалого мужчины и нормальной женщины.

Решение

1. Генотип мужчины – ХY^А, так как он несет ген перепончатопалости (ген можно обозначать и заглавной, и строчной буквой, так как понятие доминантности или рецессивности в данном случае не имеет смысла).

2. Генотип женщины – ХХ, поскольку у нее отсутствует Y-хромосома, содержащая ген перепончатопалости.

Схема брака

Ответ

Все девочки будут здоровы, а мальчики будут перепончатопалыми.

Задача 11. Кодоминантные гены, локализованные в Х-хромосоме

Черная кошка принесла котят, у одного из которых черепаховая окраска шерсти, а у трех – черная. Что можно сказать о генотипе котят? Каков их пол?

 Генотип трехцветного котенка – Х^AХ^a (самка), генотип черных котят – Х^AY (самцы).

Задача 12. Наследование двух признаков, сцепленных с полом

Рецессивные гены, кодирующие признаки гемофилии и дальтонизма, сцеплены с Х-хромосомой. Мужчина, больной гемофилией, женится на здоровой женщине, отец которой был дальтоником, но не гемофиликом. Какое потомство получится от брака их дочери со здоровым мужчиной?

Решение

А – нормальная свертываемость, а – гемофилия, В – нормальное цветоощущение, b – дальтонизм.

1. Генотип мужчины – Х^аВY, так как он несет признак гемофилии и не является дальтоником.

2. Отец женщины был дальтоником, следовательно, она получила от него рецессивный ген дальтонизма. Вторая аллель этого гена находится в доминантном состоянии, так как женщина является здоровой. По признаку гемофилии женщина гомозиготна, так как здорова (доминантный признак), и ее отец был здоров. Генотип женщины – Х^АВХ^Аb.

3. Генотип мужа дочери – Х^АВY, так как он не страдает ни дальтонизмом, ни гемофилией.

4. По признаку гемофилии дочь является гетерозиготной, так как от отца она может получить только рецессивный ген, а от гомозиготной матери – только доминантный. Отец передал ей доминантный ген по признаку дальтонизма, а мать могла передать ей как доминантный, так и рецессивный ген. Следовательно, генотип дочери может быть Х^аВХ^Аb или Х^аВХ^АВ. Задача имеет два варианта решения.

Ответ

В первом случае – 25% детей (половина мальчиков) будут болеть гемофилией, во втором – половина мальчиков будет страдать гемофилией, а половина – дальтонизмом.

Задача 13. Одновременное наследование признаков, расположенных в соматических и половых хромосомах

Женщина-правша с карими глазами и нормальным зрением выходит замуж за голубоглазого мужчину-правшу дальтоника. У них родилась дочь с голубыми глазами, левша и дальтоник. Какова вероятность того, что следующий ребенок у них будет иметь такие же признаки, если известно, что карий цвет глаз и преимущественное владение правой рукой – доминантные признаки, гены которых расположены в разных аутосомах, а дальтонизм кодируется рецессивным, сцепленным с Х-хромосомой геном?

Решение

А – карие глаза, а – голубые глаза, В – праворукость, b – леворукость, D – нормальное зрение, d – дальтонизм.

1. Генотип дочери – ааbbХ^dХ^d, поскольку она несет три рецессивных признака.

2. Генотип мужчины по признаку цвета глаз – аа, так как он несет рецессивный признак. Он дальтоник, следовательно, в его Х-хромосоме имеется ген d. Мужчина – правша (доминантный ген В), но его дочь является левшой (bb), значит, он должен нести также рецессивный ген b. Генотип мужчины – ааВbХ^dY.

3. Женщина является правшой с карими глазами и не страдает дальтонизмом, следовательно, она несет доминантные гены А, В и D. Ее дочь несет рецессивные признаки, значит в генотипе женщины присутствуют также гены а, b, и d. Генотип женщины – АаВbХ^DХ^d.

Ответ

Построив решетку Пеннета (8×6), можно убедиться, что вероятность рождения ребенка с тремя рецессивными признаками равна 1/24.

Задача 14. Наследование, зависимое от пола.

У мужчин аутосомный ген лысости S выступает как доминантный, а у женщин он рецессивен. Женщина, имеющая лысого брата, выходит замуж за лысого мужчину. Отец женщины также был лысым. У них родился нормальный сын и рано облысевшая дочь, которая вышла замуж за нормального мужчину. Какова вероятность рождения сына, склонного к раннему облысению, у этой пары?

Вероятность рождения лысого сына – 3/8 (1/2 – вероятность того, что ребенок будет мальчиком; 3/4 – что мальчик будет склонен к облысению). Общая вероятность равна: 1/2 · 3/4 = 3/8.

Наследование летальных генов

Задача 15. Наследование летальных генов, локализованных в половых хромосомах

У дрозофилы ген i является рецессивным, сцепленным с Х-хромосомой, и летальным. Каково будет соотношение полов в потомстве от скрещивания гетерозиготной по этому гену самки с нормальным самцом?

Решение

1. Генотип самки – Х^IХⁱ по условию задачи.

2. Генотип самца – Х^IY. Если бы самец нес летальный ген i, то он проявился бы у него.

Схема скрещивания

Ответ

В потомстве следует ожидать соотношения полов 2:1 (75% самок и 25% самцов), так как 25% особей (половина самцов) погибнет от действия летального гена.