8.1: Моногібридні хрести Менделя

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5903

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Грегор Мендель (1822-1884) був австрійським ченцем, який відкрив основні правила спадкування. З 1858 по 1866 рік він розводив садовий горох в своєму монастирському саду і аналізував потомство цих в'язків. Горох горох був хорошим вибором експериментального організму, оскільки було доступно багато сортів, які виведені істинними за чіткими, якісними ознаками, такими як

текстура насіння (кругла проти зморшкуватої)
колір насіння (зелений проти жовтого)
Колір квіток (білий проти фіолетового)
високий проти карликової звички зростання
та три інших, які також змінювалися якісно, а не кількісно.

Крім того, горох зазвичай самозапилюється, оскільки тичинки та карпели укладені всередині пелюсток. Видаляючи тичинки з недозрілих квітів, Мендель міг чистити пилок іншого сорту на карпелі, коли вони дозріли.

Перший хрест

Мендель схрестив чистопородний округлосіяний сорт з чистопородним зморшкувато-насіннєвим. Батьки (позначені поколінням P) були чистим розмноженням, оскільки кожен був гомозиготним для алелів у генному локусі (на хромосомі 7), контролюючим текстуру насіння (RR для круглої; rr для зморшкуватої).

Результати

Весь горох, вироблений у другому або гібридному поколінні, був круглим.

Тлумачення

Весь горох цього покоління F ₁ має генотип Rr. Всі гаплоїдні сперматозоїди і яйцеклітини, вироблені мейозом, отримали одну хромосому 7. Всі зиготи отримали один R алель (від круглого батька) і один r алель (від зморшкуватого батька). Оскільки кругла риса є домінуючою, фенотип всіх насіння був круглим.

		P гамети (круглі батьківські)
		Р	Р
P гамети (зморшкуватий батько)	р	Rr	Rr
P гамети (зморшкуватий батько)	р	Rr	Rr

Другий хрест

Мендель тоді дозволив своєму гібридному гороху самозапилюватися.

Результати

Зморшкувата риса, яка зникла в його гібридному поколінні, знову з'явилася в 25% нового врожаю гороху.

Тлумачення

Випадкове об'єднання рівних чисел R і r гамет створило покоління F ₂ з 25% RR і 50% Rr - як з круглим фенотипом, так і 25% rr з зморшкуватим фенотипом.

		F ₁ гамети
		Р	р
F ₁ гамети	Р	РР	Rr
F ₁ гамети	р	Rr	рр

Третій хрест

Потім Мендель дозволив деякому з кожного фенотипу в поколінні F ₂ самозапилюватися. Його результати:

Всі зморшкуваті насіння в поколінні F ₂ виробляли тільки зморшкуваті насіння в F ₃.
Третина (193/565) з круглого F ₁ насіння виробляється тільки круглим насінням в поколінні F ₃, але
дві третини (372/565) з них виробляють обидва види насіння в F ₃ і — ще раз — у співвідношенні 3:1.

Тлумачення

Третина круглих насіння і все зморшкуваті насіння в поколінні F ₂ були гомозиготними і виробляли тільки насіння того ж фенотипу. Але дві третини круглих насіння в F ₂ були гетерозиготними і їх самозапилення дало обидва фенотипи в співвідношенні типового хреста F ₁.

Співвідношення фенотипів приблизні

Об'єднання сперматозоїдів і яйцеклітин є випадковим. Тож стручок у кольоровому фото () — з його 9 гладкими насінням та 3 зморшкуватими насінням! — являє собою щось на зразок статистичної випадковості. Однак, коли розмір вибірки стає більшим, випадкові відхилення зводяться до мінімуму, а співвідношення наближаються до теоретичних прогнозів більш тісно. У таблиці наведено фактичне виробництво насіння десятьма рослинами Менделя F ₁. Хоча його окремі рослини сильно відхилялися від очікуваного співвідношення 3:1, група в цілому наблизилася до нього досить близько.

альт — Малюнок 8.1.1 люб'язно надано Кеті Мартін з осередку 12 Січень 1990

	Круглий	зморшкуваті
1.	45	12
2.	27	8
3.	24	7
4.	19	16
5.	32	11
6.	26	6
7.	88	24
8.	22	10
9.	28	6
10.	25	7
Всього	336	107

Гіпотеза Менделя

Щоб пояснити свої результати, Мендель сформулював гіпотезу, яка включала наступне:

В організмі є пара факторів, які контролюють появу даної характеристики. (Ми називаємо їх генами.)
Організм успадковує ці фактори від своїх батьків, по одному від кожного.
Кожен передається з покоління в покоління як дискретна, незмінна одиниця. (Зморшкуваті насіння в поколінні F ₂ були не менш зморшкуваті, ніж у покоління P, хоча вони пройшли через округлосіяне покоління F ₁.)
При утворенні гамет фактори відокремлюються і розподіляються як одиниці на кожну гамету. Це твердження часто називають правилом сегрегації Менделя.
Якщо організм має два несхожі фактори (ми називаємо їх алелями) для характеристики, один може виражатися в повному виключенні іншого (домінантний проти рецесивний).

Тестовий хрест: Тест гіпотези Менделя

Хороша гіпотеза відповідає декільком стандартам.

Вона повинна дати адекватне пояснення спостережуваних фактів.
Якщо дві або більше гіпотез відповідають цьому стандарту, перевага віддається простішій.
Вона повинна вміти передбачати нові факти.

Так що якщо узагальнення є дійсним, то з нього можна вивести певні конкретні наслідки. Щоб перевірити свою гіпотезу, Мендель передбачив результат селекційного експерименту, який він ще не проводив. Він схрестив гетерозиготні круглі горошини (Rr) зі зморшкуватими (гомозиготними, rr). Він передбачив, що в цьому випадку половина виробленого насіння буде круглою (Rr) і наполовину зморшкуватою (rr)

		F ₁ гамети
		Р	р
P гамети	р	Rr	рр
P гамети	р	Rr	рр

Випадковому спостерігачеві в монастирському саду хрест виявився нічим не відрізняється від описаного вище хреста П: горох округлосіяний схрещувався з зморшкувато-насіннєвими. Але Мендель передбачив, що цього разу він буде виробляти як круглі, так і зморшкуваті насіння і в співвідношенні 50:50. Він виконав хрест і зібрав 106 круглих горошин і 101 зморшкуватий горох.

Такий вид в'язки називається тестовим хрестом. Він «тестує» генотип в тих випадках, коли два різних генотипи (як RR і Rr) виробляють один і той же фенотип.

Мендель не зупинився на цьому.

Він перейшов на схрещування сортів гороху, які відрізнялися шістьма іншими якісними ознаками. У кожному конкретному випадку результати підтверджували його гіпотезу.
Він схрестив горох, який відрізнявся двома ознаками. Він виявив, що успадкування однієї риси не залежить від іншої і таким чином сформулював своє друге правило: правило незалежного асортименту.

Правила Менделя сьогодні

Мало уваги приділялося, коли Мендель опублікував свої знахідки в 1866 році. Лише в 1900 році, через 34 роки і через 16 років після його смерті, його робота була виведена на світ. На той час троє чоловіків — працюючи самостійно — відкрили ті самі принципи. Так що нинішнє чудове розвиток генетики датується лише початком 20 століття.

Відкриття хромосом — і їх поведінка під час мейозу (2n -> n) та запліднення (n + n -> 2n) — встановили структурну основу правил Менделя.

Який статус сьогодні мають правила Менделя? Хоча було виявлено багато важливих винятків з них — три приклади:

обидва члени багатьох алельних пар впливають на фенотип; тобто жодна з них не є повністю домінуючою
кілька різних пар генів - часто на різних хромосомах - впливають на фенотип аддитивно, жоден з яких не є повністю домінуючим.
багато локуси генів не успадковуються самостійно, а показують зв'язок (оскільки вони відносно близькі один до одного і того ж хромосоми)

Його правила досі складають фундамент, на якому спирається наука генетики.