Задачи на определение экспрессии генов

1. Определите вероятность фенотипов детей в семье нормальнго мужчины и женщины у которых один из родителей страдал врожденным псориазом, если пенентрантность гена псориаза равна 20%.

 

2. Определите вероятность рождения нормальных детей в семье, где оба родителя с аниридией и происходят из семей, в которых один из супругов имел эту аномалию. Известно, что пенетрантность данного гена около 80%.

 

3. У человека птоз часто определяется аутосомным рецессивным геном с пенетрантностью 60 %. Определите вероятность рождения детей различных фенотипов в семье, где оба родителя гетерозиготны по этому гену.

 

4. Синдром Ван дер Хеве наследуется как доминантный аутосомный плейотропный ген, определяющий голубую окраску склеры, хрупкость костей и глухоту. Пенетрантность признаков различна. В ряде случаев она составляет по голубой склере почти 100%, хрупкости костей - 63%, глухоте 60%. Носитель голубой склеры, нормальный в отношении других признаков синдрома, вступает в брак с нормальной женщиной, происходящей из благополучной по этому синдрому семьи. Определите вероятность рождения в этой семье глухих детей с признаками хрупкости костей.

 

5. Отосклероз наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Определите вероятность фенотипов детей в семье, где оба родителя гетерозиготны по этому гену.

 

6. Поликистоз почек у кошек наследуется как аутосомнорецессивный признак. Пенентрантность составляет 30 %. Определите вероятность рождения здоровых котят, если один из родителей страдал поликистозом.

2. Генетический анализ гибридного потомства F₂

с вычислением критерияχ²

При гибридологических исследованиях необходимо не только описать гибриды и произвести подсчеты потомства второго и последующих расщепляющихся поколений, но и определить характер расщепления, доказать совпадение ожидаемых (теоретических) и наблюдаемых чисел, что связано с проведением специальных расчетов.

В основе применяемых методов лежит положение о том, что какое-либо явление считается случайным, если происходит реже, чем один раз на двадцать случаев, т. е. с вероятностью не превышающей 5 % (0,05).

При генетическом анализе характера расщепления применяют метод χ². Критерий χ² применяется для проверки нулевой гипотезы, т. е. предположения, что между фактически полученными данными и вычисленными для данного скрещивания нет достоверной разницы. С помощью этого значения проверяют, соответствует ли фактически полученные частоты фенотипических классов теоретически ожидаемым.

Для ознакомления с этим методом используем данные Менделя, полученные им при дигибридном скрещивании растений гороха, а именно, соответствие фактических данных расщепления в F₂ двухгенной гипотезе детерминации признаков окраски и формы семян. Произведем расчеты.

 

Данные	Фенотип семян
гладкие желтые	гладкие зеленые	морщинистые желтые	морщинистые зеленые	всего
Число семян, полученное в опыте (р)
Теоретически ожидаемое при расщеплении 9:3:3:1(q)	312,75	104,25	104,25	34,75
Отклонение –(d)	+2,25	–3,25	+3,25	–2,75
d2	5,1	10,6	14,1	7,6
d2/q	0,02	0,10	0,13	0,20

 

χ ² = Σ d²/q= 0,02 + 0,10 +0,13 + 0,20 = 0,45.

Как видно из данных таблицы, в опыте Менделя во втором поколении было получено 556 семян, из которых 315 были гладкие желтые, 101 - гладкие зеленые, 108 - морщинистые желтые и 32 - морщинистые зеленые. Можно предположить, что мы имеем дело с дигибридным скрещиванием, когда на проявление признаков влияют две пары аллельных генов, и расщепление теоретически должно быть равно соотношению 9:3:3:1. Следовательно, 556 семян составляют 16 частей, а на одну часть приходится 34,75 семени. Умножив это число последовательно на 9, 3, 3 и 1, мы получим теоретически ожидаемое по нашей гипотезе число семян по каждому фенотипу (q). Затем вычислим отклонение (d) фактического значения расщепляющегося класса от теоретически ожидаемого. Для ликвидации знаков + и - значение d возводим в квадрат по каждому из фенотипов и делим на показатель (q). Сумма этих величин по всем классам, показатель χ², служит мерой отклонения экспериментального расщепления от теоретически ожидаемого.

В таблице Фишера (приложение 1) приведены границы, которые превышают вычисленное значение χ² с заданной вероятностью р, если отклонение вызвано случайными причинами. Заданное значение χ² берут в графе р=0,05 из строки, соответствующей числу степеней свободы df= n–1 (где n –число фенотипических классов). Если значение χ² окажется достаточно большим, превышающим пороговый уровень вероятности, за который обычно берут 5%, вероятность влияния случайных факторов на результат мала, и делается вывод, что отклонение неслучайно, или статистически достоверно. В этом случае нулевая гипотеза отвергается, двугенное наследование признаков исключается.

Если Σ (p–q) =0 то χ² =0, что означает полное соответствие фактически полученных частот фенотипических классов, теоретически ожидаемым.

В нашем примере χ² равен 0,45. Гипотеза не отвергается, если р ≤0,05. Значение р вычисляют по таблице Фишера. В первой графе этой таблицы указано число степеней свободы df. В первой горизонтальной графе указаны значения вероятности (Р), а в других горизонтальных графах значения χ²при определенном числе степеней свободы. В нашем опыте число степеней свободы равно 4-1=3, а при χ²= 0,45 показатель вероятности находится между 0,95> Р >0,90, что гораздо меньше заданного уровня вероятности Р=0,05. Следовательно, фактические данные расщепления отклоняются от теоретических незначительно. Нулевая гипотеза не отвергается. Результат подтверждает сформулированную гипотезу о влиянии на это расщепление двух пар аллельных генов.

Чем меньше разница рассчитанного χ² по сравнению с его допустимой величиной при данном числе степеней свободы df= n-1 и уровне вероятности Р=0,05, тем больше наблюдаемое расщепление соответствует теоретически ожидаемому.

Метод χ²не применим в тех случаях, когда выборка мала и в один из теоретически рассчитанных классов попадает менее 5 особей, а также к значениям, выраженным в процентах и относительных числах.

Задачи на вычисление критерия χ²

1. При скрещивании двух гомозиготных сортов гороха, имеющих желтую и зеленую окраску семян, получили 420 семян F₂, в том числе 120 зеленых.

Определите величину отклонения теоретически ожидаемого от фактически полученного в фенотипическом классе зеленых семян. Чему равен показатель d² для данного класса? Определите значение d в фенотипическом классе желтых семян. Чему равен χ²? Какому уровню значимости наиболее точно соответствует данный показатель значения χ²?

 

2.При скрещивании гомозиготного карликового сорта томата с гомозиготным сортом, растения которого имели нормальную высоту, в F₂ получили 844 гибрида, в том числе 196 карликовых. Остальные растения имели нормальную высоту. Предположим, что карликовость у томата наследуется моногенно.

Определите величину отклонения d в фенотипическом классе растений, имеющих нормальную высоту, в классе карликовых растений? Чему равен показатель d² в классе карликовых растений? Чему равен χ²? Какому уровню значимости (р) наиболее точно соответствует данный показатель χ²?

 

3.У львиного зева в F₂ получили 1232 растения, в том числе 290 с белыми цветками, 260 - с красными. Остальные растения имели розовую окраску цветков. Предположим, что окраска цветков у львиного зева наследуется моногенно при неполном доминировании. 1. Чему равен χ²? Какому уровню значимости (р) наиболее полно соответствует данный показатель χ ²?

4.У кормовых бобов в F² получили 968 семян, в том числе 267 с белой окраской кожуры, остальные - с черной. Предположим, что данный признак наследуется моногенно.

Чему равен χ ²? Какому показателю значимости Р (%) наиболее полно соответствует данный показатель χ²?

5. У пшеницы в F₂ получили 240 растений четырех фенотипических классов: 12 растений были остистыми белоколосыми, 52 – безостыми с белым колосом, 43 - остистыми с красным колосом, остальные – безостыми с красным колосом. Предположим, что эти признаки наследуются независимо. Проведите анализ характера наследования этих признаков с использованием критерия χ².

6.У томата в F₂ получили 512 растений четырех фенотипических классов: 28 растений карликовых с желтыми плодами, 101 — нормальной высоты с желтыми плодами, 90 - карликовых с красными плодами, остальные - нормальные по высоте и с красными плодами. Предположим, что эти два признака наследуются независимо.

Проведите анализ характера наследования этих признаков с использованием критерия χ². Чему равно число степеней свободы df в данном примере? Чему равен χ²? Какому уровню значимости р (%) наиболее полно соответствует данный показатель χ²?

7.При скрещивании двух сортов декоративных растений львиного зева в F₂ получили 960 растений шести генотипических классов: 174 растения имели типичное строение цветка и красную окраску лепестков венчика, 186 - типичное строение цветка и белую окраску венчика, 54 - пилорическую форму и красную окраску венчика, 110 - пилорическую форму и розовую окраску, 68 - пилорическую форму и белую окраску венчика, остальные - типичную форму цветка и розовую окраску лепестков венчика.

Форма цветка определяется: геном N - типичная, п - пилорическая. Ген R в гомозиготном состоянии определяет красную, в гетерозиготном состоянии - розовую окраску лепестков венчика, rr - белую.

Проведите анализ характера наследования этих признаков с использованием критерия χ². Чему равно число степеней свободы (df) в данном примере? Какому уровню значимости Р (%) наиболее полно соответствует данный показатель χ ²?

8.У фасоли получили 1120 растений четырех фенотипических классов: 64 растения имели желтые бобы и белые семена, 216 - желтые бобы и черные семена, 202 - зеленые бобы и белые семена, остальные - зеленые бобы и черные семена. Предположим, что у фасоли оба признака (окраска семян и бобов) наследуются независимо.

Проведите анализ характера наследования этих признаков с использованием критерия χ². Какому уровню значимости Р (%) наиболее полно соответствует данный показатель χ²?

 

9.У ячменя в F₂ получили 128 растений четырех фенотипических классов: 10 растений плотноколосых фуркатных, 22 - плотноколосых остистых, 28 - рыхлоколосых фуркатных, остальные имели рыхлый остистый колос. Предположим, что данные признаки наследуются независимо.

Проведите анализ характера расщепления этих признаков с использованием критерия χ². Чему равно число степеней свободы (df)? Какому уровню значимости Р (%) наиболее полно соответствует данный показатель χ ²?

 

10. У ячменя в F₂ получили 176 растений четырех фенотипических классов: 15 растений с многорядным колосом и с желтой окраской цветковых чешуи, 30 - с многорядным колосом и черной окраской цветковых чешуи, 36 - с двурядным колосом и желтой окраской цветковых чешуи. Остальные растения имели двурядный колос и черную окраску цветковых чешуи. Предположим, что строение колоса и окраска чешуи у ячменя наследуются независимо.

Чему равен показатель d² для фенотипического класса растений с двурядным колосом и черной окраской цветковых чешуи? Чему равен показатель d² для фенотипического класса растений с многорядным колосом и черной окраской цветковых чешуи, с двурядным колосом и желтой окраской цветковых чешуи? Чему равен χ²? Какому уровню значимости Р (%) наиболее полно соответствует данное значение χ ²?