При развитии половых клеток в результате двух мейотических делений у моногибрида Аа, т. е. организма, гетерозиготного по одному гену, из одной диплоидной клетки возникают четыре клетки (клеточная тетрада): две клетки несут аллели А, а две другие — а.
Именно механизм мейоза является тем биологическим процессом, который обеспечивает расщепление по типам гамет в отношении 2А : 2а, или 1А : 1а. Следовательно, расщепление по типам гамет в случае одной аллельной пары будет 1:1. Расщепление 3 : 1 или 1:2:1 устанавливается на зиготах как следствие сочетания гамет в процессе оплодотворения.
При рассмотрении микроспорогенеза у растений можно было убедиться в том, что в результате двух мейотических делений образуется клеточная тетрада из четырех микроспор, имеющих гаплоидный набор хромосом. Если эти микроспоры образовались из одной материнской клетки (диплоидной), несущей одну пару аллелей Аа, то в тетраде микроспор должно быть расщепление по данному гену в отношении 2А : 2а. Но у покрытосеменных каждую тетраду учесть невозможно, так как зрелые пыльцевые зерна из клеточной тетрады распадаются и не сохраняются вместе. У таких растений можно учесть расщепление только по совокупности всех пыльцевых зерен. У кукурузы известна одна пара аллелей гена, который определяет крахмалистый или восковидный типы эндосперма и одновременно крахмалистый или восковидный типы пыльцевых зерен. Если пыльцевые зерна гибридной кукурузы (Аа) обработать йодом, то крахмалистые приобретают синюю окраску, а восковидные — красноватую, и их можно подсчитать. Это расщепление будет точно соответствовать отношению 1 : 1.
Еще в 20-х годах были найдены объекты (мхи), у которых удалось проанализировать расщепление в пределах одиночной тетрады. Данный метод, позволяющий устанавливать расщепление гамет после двух делений созревания (мейоза) был назван тетрадным анализом. Он дает возможность анализировать гаметы, возникшие в результате мейотического деления, и развившиеся из них гаплоидные особи. Этот метод впервые позволил непосредственно доказать, что менделевское расщепление является результатом закономерного хода мейоза, что оно представляет не статистическую, а биологическую закономерность. Позднее тетрадный анализ был применен особенно успешно на некоторых низших грибах, в частности на плесневом грибе Neurospora crassa на дрожжах.
Как известно, у большинства низших организмов (грибы, мхи, водоросли) длительность диплоидной фазы (зиготы) очень мала, а наиболее продолжительна в жизненном цикле гаплоидная фаза. Эта особенность низших организмов и позволяет наиболее успешно применять к ним метод тетрадного анализа. После оплодотворения и образования зиготы у них сразу же начинается мейоз, в результате которого образуются четыре аскоспоры. т. е. споры, находящиеся в одной сумке — аске. Расположение спор в аске может быть различным: либо линейным — по оси деления (у нейроспоры), либо секторальным (у дрожжей и др.). С помощью иглы микроманипулятора можно отделить каждую спор, а затем дать ей возможность размножиться.
Приведем пример тетрадного анализа при исследовании одной аллельной пары у дрожжей. У дрожжей рода Saccharomyces встречаются клетки, дающие красные и белые колонии.
Тетрадный анализ наследования окраски колоний у Saccharomyces
Эти альтернативные признаки определяются одной аллельной парой гена окраски. При слиянии гаплоидных гамет образуется диплоидная зигота F1. Она вскоре приступает к мейозу, в результате чего в одном аске образуется тетрада гаплоидных спор. Разрезав аск и вынув каждую спору отдельно, переносят их на субстрат, где они размножаются. Каждая из четырех гаплоидных клеток начинает делиться, и образуются четыре колонии.
Две из них оказываются белыми и две красными, т. е. наблюдающееся расщепление точно соответствует 1А : 1a.
То же самое можно проследить и для любой другой пары признаков, контролируемых одной парой аллелей, например для свойства дрожжей сбраживать сахара.
Вся современная генетика микроорганизмов строится в значительной мере на основе тетрадного анализа. Из этого анализа с очевидностью следует, что расщепление генов при моногибридном скрещивании является результатом мейотического деления.
Изложенный метод анализа наследования отдельных пар признаков при моногибридном скрещивании позволил Менделю установить два явления: 1) доминирование и 2) расщепление в потомстве гибридов. С помощью открытого им метода удалось объяснить не только расщепление в потомстве гибридов в отношении 3:1, 1:2:1, но и другие отношения, как-то: 1:1, 1:0, 2:1.
Своими исследованиями Мендель установил одно из принципиально важных, для естествознания положений, а именно: признаки (свойства) организма наследуются отдельно и при скрещивании не исчезают в поколениях, а сохраняются. Это открытие явилось замечательным подкреплением учения Ч. Дарвина и его теории о происхождении видов путем естественного отбора. Оно позволило объяснить тот механизм, с помощью которого, приспособительные признаки (свойства) организмов не поглощаются скрещиванием, а сохраняются и могут накапливаться в поколениях под действием естественного отбора.