Решение задач по анализу крови

Здравствуйте, уважаемые читатели блога репетитора биологии по Скайпу  biorepet-ufa.ru.

Сегодня мы наконец то добрались до решения задач по генетике  на определение групп крови у человека по системе   О, А, В, АВ  агглютинино-агглютиногенных реакций и определению резус-фактора.

В предыдущей статье подробно разбирался вопрос  с чем связано, что у человека четыре фенотипические и шесть генотипических  групп крови:  первая  — I или О (нулевая), вторая — II или А, третья — III или В и четвертая — IV или АВ.

Кровь людей с I (или О нулевой) группой крови подходит всем людям — они универсальные доноры. А вот кровь людей с IV (или АВ) группой крови можно переливать только людям с такой же группой крови, но принять их организм «согласен» любую кровь — они универсальные реципиенты. Среднее положение занимают люди со II (A) и с III (В) группами крови — им годится одноименная группа крови и кровь универсальных доноров.

Конечно,  просто жизненно необходимо знать, какая у вас группа. Все мы   в течение жизни являемся либо донорами своей крови,  либо реципиентами и нельзя допустить, чтобы при переливании произошло объединение несовместимых групп крови.

                                         А что такое резус фактор?

Даже после того как при переливании крови стали всегда строго учитывать совместимость групп по системе А,В,АВ,О, результаты иногда были удручающими. Лишь в 1940 году был описан  особый белок резус, являющийся тоже агглютиногенным. Он содержится в крови людей и обезьян (макак резусов), поэтому  и  получил такое  название.

У 85% людей в крови содержится этот агглютиноген, их называют резус-положительными (Rh+), а у 15% людей в крови нет этого белка, их называют резус-отрицательными (Rh-).

После переливания резус-положительной крови резус-отрицательному человеку в крови у него в ответ на чужеродный белок вырабатываются антитела. Повторное введение этому человеку резус-положительной крови может вызвать агглютинацию эритроцитов и тяжелое шоковое состояние.

Поэтому резус положительным людям (а их подавляющее большинство), всегда подходит кровь любых по резус-фактору людей. А резус-отрицательным следует переливать кровь резус-отрицательных людей (хотя один раз то в жизни можно и кровь резус-положительного человека, но это должно быть где-то строго зафиксировано).

Следует запомнить, что группы крови по системе АВО и резус фактор никак не связаны

Почему пришлось выделить эту мысль? Поскольку  задачи по генетике по группам крови часто составлены так, что в них одновременно указывается и информация о резус факторе, то большинство людей так и запоминают, что это что-то единое. Спросите у человека какая у него группа крови? Он ответит, например, вторая отрицательная. Да, «вторая» — это группа крови, а «отрицательная» — это  его резус фактор (о котором его и не спрашивали)..

Из-за важности рассматриваемой проблемы совместимости групп крови,  с  2016 года в варианты заданий ЕГЭ Части 2 уже были включены задачи на определение групп крови человека. И хотя в этих заданиях авторы-составители приводят краткую информацию о генах, определяющих разные группы крови,  дополнительное разъяснение этой темы со страничек моего блога считаю совсем не лишним.

Главное при решении этих задач надо помнить генетическую подоплеку формирования у человека четырех фенотипических групп крови:

Во-первых, за группу крови  у людей отвечает ген, обозначаемый ген I. Но в отличие от большинства других генов этот ген I имеет не  два аллельных состояния, а три:  IО, IА, IВ.
Но самое важное, что необходимо здесь усвоить, это то, что в каждом конкретном организме их все равно может быть только любые два   из всевозможных шести сочетаний: IОIО,  IАIА,  IАIО,  IВIВ, IВIО,  IАIВ.

Во-вторых, оказалось, что для этих трех аллельных генов существуют разные закономерности их фенотипического проявления (доминантность и кодоминантность).

Ген IА, например, доминирует над геном IО (когда они объединяются в одной зиготе будущего организма — один от отца, другой от матери); точно также и ген IВ  оказался доминантным над IО.

Но при совместном появлении в зиготе генов IА и IВ, ни один из них не доминирует над другим, они равносильны, кодоминантны, поэтому формируют новый признак организма — IV или АВ группу крови.

Что же, надеюсь вам теперь понятно, почему у людей четыре фенотипических групп крови, чем они отличаются генетически и мы можем закрепить материал, разобрав примеры конкретных заданий ЕГЭ предыдущих лет.

                                Задача 1. Перепутали детей в родильном доме, как быть?

В родильном доме перепутали двух мальчиков. Родители одного из них имеют  А и О  группы крови. Родители другого — А и АВ группы крови. Исследование показало, что дети имеют О и А группы крови. Определите, кто чей сын?                                                                       

1. Распишем генотипы групп крови  родителей на основе их фенотипов:

а) для первой пары родителей: один родитель c группой крови А имел генотип IАIА  или  IАIО,  другой — с группой крови О имел генотип только  IОIО;

б) для второй пары родителей: один был тоже с группой А и имел генотип  IАIА  или  IАIО, другой — с группой крови АВ имел генотип IАIВ.

2. Гаметы, производимые каждой из пар родителей

а) для первой пары все возможные разные гаметы будут:      IА,      IО        и        IО

б)  для второй пары все возможные разные гаметы будут:      IА,      IО        и       IА,       IВ      

3. Распишем генотипы групп крови детей с известными фенотипами групп крови О и А

а) генотип первого ребенка      IОIО;                                                                                               

б) генотип второго ребенка       IАIА   или    IАIО

Мы видим, что первый ребенок с О группой крови мог родиться только от первой пары родителей, поскольку только у них обоих присутствовали аллельные гены   IО  (хотя они могли быть  родителями и второго ребенка, если он   гетерозиготен    IАIО).   

Вторая супружеская  пара могла являться родительской по отношению  ко второму ребенку, но   ни при каких обстоятельствах они не могли быть родителями первого ребенка.  

      Задача 2. Когда можно по группам крови детей точно определить группы крови родителей

У мальчика  с группой крови О родилась сестра в группой крови АВ. Что можно сказать о группах крови и генотипах их родителей?  Рождение детей с какими еще группами крови можно ожидать в этой семье?                                                                  

Генотип мальчика с О группой крови:   IО,IО, а генотип его сестры с четвертой АВ группой крови:  IАIВ.

1.Таким образом, кровные дети с одной семье, имеющие все три аллельных гена групп крови могли появиться однозначно только от родителей гетерозигот со второй  IАIО и третьей  IВIО группами крови.

2. В этой семье возможно появление детей еще с такими же как у родителей группами крови второй и третьей и тоже только гетерозигот:   IАIО  и  IВIО.

                                        Задача 3, Необходимо анализировать разные варианты

У матери 3 группа крови, а у отца 4. Определите возможные группы крови детей, если известно, что аллели А и В доминируют на аллелем О, а между собой А и В   являются кодоминантными.

Обратите внимание, что в условии задачи (видимо, для простоты написания) для обозначения аллелей гена группы крови   I, его аллели записаны не как индексы сверху от гена I, а просто отдельными буквами: А, В, О. Воспользуемся и мы в дальнейшем этой упрощенной записью генотипов особей с различными группами крови.

Генотип матери  с третьей группой крови может быть   как ВВ (если гомозигота) или ВО (если гетерозигота). Генотип отца четвертой группы крови — только АВ.

Таким образом, если мать была гомозиготной с генотипом ВВ, то у детей может быть только третья группа (генотип ВВ) или четвертая (генотип АВ).

Если мать гетерозиготная ВО, то у детей может быть вторая группа крови (генотип АО), третья группа крови (ВВ и ВО) и четвертая группа крови (АВ).

Задача 4. На совместимость крови матери с кровью ее детей,  крови сестры с кровью брата

Известно, что кровь О группы можно переливать всем людям, кровь А группы — только лицам А или АВ групп, кровь В группы — только лицам В или АВ групп, а кровь АВ группы — только людям АВ группы. Всегда ли возможно переливание крови матери детям, а крови сестры — ее родному брату?                                                                     

Задание это отличается от обычных генетических задач, мы не можем расписать как положено по пунктам: генотипы родителей, их гаметы, генотипы и фенотипы их возможного потомства. Как же поступать в таких случаях. Прежде всего надо быть хорошо подготовленным, что называется «быть в теме», чтобы не просто ответить кратко «да» или «нет», а, по возможности, показать глубину ваших знаний, то есть представить полно все возможные варианты событий.

Как будем отвечать на   это задание?  Поскольку нам в условии задания ничего не говорится об отце, то нужно просто наиболее полно разобрать все гипотетически возможные варианты совместимости переливания крови. И здесь абсолютно нет никакой разницы в обосновании пригодности крови матери для своих детей или крови сестры для ее родного брата.

Сначала можно рассмотреть контрастные варианты, затем остальные, что бы была какая то логика в построении ответа.

1. Если у матери первая I группа крови (или О нулевая), то да — она всегда может быть донором своим детям, независимо от того какой второй аллельный ген достался ее ребенку от отца. С группой крови О — она вообще универсальный донор для всех людей на свете.

2..Если у матери IV группа крови (или АВ), то ее кровь будет пригодна для переливания только детям с такой же группой крови. Поскольку такая группа крови вообще самая редкая, то можно говорить, что мать с IV группой крови почти никогда не сможет являться донором своим собственным детишкам.

3. Если же у матери  II (A) или  III (B) группы крови, то ее кровь можно использовать для переливания лишь тому ребенку, у кого одноименная группа крови или если  он имеет IV группу.

Все эти варианты ответов совершенно подходят для обоснования пригодности или непригодности сестры в качестве донора крови своему родному брату.

                               Задача 5. Объясняющая наследование резус-фактора

Известно, что при переливании крови, надо  учитывать не только группы крови по системе агглютинино-агглютиногенных реакций О, А, В и АВ, но и знать резус-фактор. Наличие резусного антигена  является доминантным признаком, поэтому обозначают его R большим, а его отсутствие — признак рецессивный, поэтому обозначают его буквой r малая. Какие дети могут появиться от брака родителей со всеми возможными сочетаниями резус-фактора?

Как поступить с оформлением данной задачи. Всегда надо следовать какой-то определенной логике построения ответа. Например, можно идти от простого к сложному (что в этом задании очень уместно). Я предлагаю вам построить ответ по аналогии с опытами Менделя. Этим вы покажете свое глубокое знание предмета.

А в чем здесь аналогия? Какие родительские генотипы брал Мендель для первого скрещивания? Правильно, чистые линии, то есть когда оба аллельных гена в генотипе одного организма, отвечающих за проявление какого-то признака,  находятся в одинаковом состоянии: у одного организма они оба доминантные, а у другого — оба рецессивные.

В применении к данной задаче первая наша супружеская пара будет иметь генотипы:    RR   х   rr

Гаметы, ими производимые:    R    и      r

F:        Rr

Таким образом, от гомозиготных по наличию или отсутствию резус-фактора родителей все дети рождаются только резус-положительными и гетерозиготными по генотипу. Наглядная демонстрация первого закона Менделя: «закон единообразия гибридов первого поколения».

Ну естественно вторая наша супружеская пара будет:  оба родителя  резус-положительные, гетерозиготные по генотипу:     Rr    х    Rr

Гаметы, ими производимые:  R,  r     и    R,  r

F:             RR, Rr, Rr, rr

Это демонстрация второго закона Менделя: «закон расщепления признаков в потомстве 1:2:1 по генотипу и 3:1 по фенотипу». Действительно, от родителей   с резус-положительной кровью (но гетерозигот) рождаются дети как резус-положительные (большинство), так и резус-отрицательные (25%).

Можем ли мы и дальше проследить на данном примере установление третьего закона Менделя (закона независимого наследования признаков)? Нет, очевидно не можем, так как третий закон выводится из дигибридного скрещивания.

Но тогда какую логику мы должны применить к выбору следующего варианта скрещивания? Например, вот такую. Покажем, что нам известно что такое «анализирующее скрещивание». В чем оно заключается? В ответе на вопрос: чистой или гетерозиготной является особь с доминантным фенотипом?

Для этого анализируют потомство этой особи от скрещивания с чистой (то есть гомозиготной) рецессивной особью. А) если все потомство единообразно, то наша исследуемая особь гомозиготна. Б) если обнаруживается расщепление в потомстве, то она гетерозиготна.

Наш выбранный первый вариант решения задачи и есть ответ на вопрос анализирующего скрещивания (А), тот есть мы его уже учли. А для варианта анализирующего скрещивания Б исследуем потомков такой вот (уже  третьей из возможных) супружеских пар :     Rr   х    rr

Гаметы:                   R,   r     и       r

F:                         Rr  и  rr    (расщепление 1:1 и по генотипу, и по фенотипу — все возможные потомки повторяют и генотип и фенотип обоих родителей).

Таким образом, если при анализирующем скрещивании наблюдается расщепление в потомстве, то генотип неизвестной первой особи гетерозиготен  Rr.

Остался самый простой вариант (с которого можно было бы и начинать, следуя логике от простого к сложному). От четвертой из возможных сочетаний супружеских пар, когда оба родителя имеют резус-отрицательную кровь:    rr   x   rr   могут появиться дети тоже только резус-отрицательные и все   с генотипом    rr.

              Задача 6. Одновременное изучение наследования группы крови и цвета глаз

В семье, где родители кареглазые, имеется четверо детей. Двое голубоглазых имеют 1 и 4 группы крови, двое кареглазых 2 и 3 группы крови. Определите вероятность рождения следующего ребенка кареглазого с 1 группой крови, если известно, что карий цвет глаз доминирует над голубым обусловлен аутосомным геном.

Чтобы не загромождалось оформление этой задачи, буквенные выражения генотипов по группам крови будем записывать  снова, как и в задаче 3, не индексами при гене I, а просто: генотип первой группы крови OO, второй АA или AO, третьей ВB или  BO и четвертой АВ.

Тогда цвет глаз, обозначим, чтобы не путаться с группами крови, буквой С большое и с маленькое. Генотип людей с карими глазами будет СС или Сс, а с голубыми — сс.

Поскольку генотипы рожденных детей почти известны – это OOсс, ABсс, А-С- ,B-С-, то кареглазые родители были по этому признаку (цвету глаз) оба гетерозиготы Сс, иначе бы у них не появились голубоглазые дети. А ребенок с группой крови ОО мог появиться только в том случае, если они к тому же были геретозиготны и по группам крови AO и BO.

Итак, мать и отец обязательно были дигетерозиготы, то есть гетерозиготны и по группам крови, и по цвету глаз.  Чтобы найти всевозможное потомство от родителей с генотипами    АОСс и  ВОСс, надо построить решетку Пеннета 4 х 4 = 16 вариантов (от скрещивания гамет АС, Ас, ОС, Ос  с гаметами ВС, Вс, ОС, Ос).

Ответ: вероятность рождения ребенка ООС- (с первой группой крови  и кареглазого)  равна трем шестнадцатым или примерно 19%.

Задача 7. Как по группам крови детей определить группы крови  родителей?

У детей в семье 1,2,3, группы крови, какие группы крови могут быть у их родителей?

Так как дети  одних и тех же родителей имеют генотипы ОО (первая группа крови), АА или АО (вторая группа крови), ВВ или ВО (третья группа крови), то у одного из родителей генотип второй группы крови будет гетерозиготным АО, и у другого с третьей группой крови тоже гетерозиготный ВО. Иначе не появится ребенок с первой группой крови ОО.

Задача 8. О том, что для решения задачи необходимо использовать всю предложенную информацию

Какая будет группа крови у девочки, если у матери II группа крови (резус-фактор положительный), у отца IV группа крови (резус-фактор положительный), а у сестры III группа крови (резус-фактор отрицательный).

Очевидно, что по группе крови мы можем сразу записать полностью лишь генотип отца АВ (IV группа), а вот генотип матери со II группой мог бы быть как АА, так и А0. Но, так как известно, что у этой девочки есть сестра с III группой крови, то генотип сестры мог быть только В0 (так как ген В от отца, то значит ген 0 должен быть от матери).

Поэтому мы можем теперь точно указать генотип матери, он будет А0. Гаметы матери: А,0; гаметы отца А,В. Из всех возможных сочетаний гамет равновероятно образование генотипов АА, А0, В0, АВ. Значит у девочки возможные группы крови: II (50%), III (25%)или IV (25%).

И для определения резус-фактора у этой девочки нам помогает информация  по резус-фактору ее сестры. Так как генотип сестры был резус-отрицательным, то есть rr, то генотипы обоих резус положительных родителей обязательно могли быть только гетерозиготными, то есть  Rr.

От гетерозиготных родителей по резус-фактору, возможно рождение детей со следующими генотипами: RR,2Rr,rr, то есть эта девочка могла быть с вероятностью 75% резус-положительной, а с вероятностью 25% — резус-отрицательной.

Задача 9. С каким резус-фактором будут дети при всех возможных сочетаниях этого фактора у родителей

Какие дети могут появиться от брака двух резус-отрицательных родителей? В случае если один из родителей резус-отрицательный, а другой – резус-положительный? От брака двух резус-положительных родителей?

Обозначим: аллель R — резус-положительный; аллель r — резус-отрицательный.

1. P: rr * rr от двух резус-отрицательных родителей потомство может быть только резус-отрицательным.

2. Здесь надо рассмотреть два варианта, когда второй родитель гомозигота и когда гетерозигота:

а) P: rr * RR, то все дети будут только резус-положительными гетерозиготами с генотипом Rr;

б) P: rr * Rr, то дети будут rr и Rr, то есть резус-отрицательными и резус-положительными в соотношении 1: 1.

3. А здесь требуется рассмотреть сразу три варианта:

а) P: RR * RR — все дети только RR — резус-положительные;

б) P: Rr * RR — дети Rr и RR по генотипу и все резус-положительные по фенотипу;

в) P: Rr * Rr — дети RR:2Rr:rr по генотипу 1:2:1, а по фенотипу 3:1 (3 резус положительных к 1 резус- отрицательному).

Для тех, кто хочет быстро разобраться как надо решать подобные задачи по генетике, могу предложить мою платную книжицу.

                ****************************************************************

У кого будут вопросы по решению генетических задач к репетитору биологии по Скайпу, кому необходимо платно решить задачи с пояснениями обращайтесь в комментарии, можно  связаться по email.