Tartalom
- Az örökség megértése az 1800-as évek közepén
- A borsó növényének jellemzése
- Borsó növény beporzása
- Mendels első kísérlete
- Mendels generációs értékelés: P, F1, F2
- Mendels eredmények (első kísérlet)
- Mendels az öröklődés elmélete
- A Monohybrid Cross eredmények magyarázata
- Mendels második kísérlete
- Kapcsolódó gének a kromoszómákon
- Mendeliai öröklés
Gregor Mendel századi úttörője volt a genetikának, akit ma szinte teljesen emlékeznek két dologra: szerzetesnek lenni és könyörtelenül tanulmányozni a borsó növényeinek különböző tulajdonságait. Az 1822-ben Ausztriában született Mendel egy farmban nőtt fel, és részt vett a bécsi egyetemen az osztrák fővárosban.
Ott tanulmányozta a tudományt és a matematikát, ez a párosítás felbecsülhetetlen jövőbeli törekvéseihez, melyeket nyolc éves időszak alatt teljes egészében a kolostorban folytatott, ahol lakott.
Amellett, hogy hivatalosan is tanulmányozta a természettudományokat a főiskolán, Mendel ifjúkorában kertészként dolgozott, és kutatási cikkeket publikált a rovarok növénykárosodásának témájában, mielőtt elkezdené a mai híres munkáját. Pisum sativum, a közönséges borsó növény. Fenntartotta a kolostor üvegházait és ismerte a mesterséges megtermékenyítés technikáit, amelyek korlátlan számú hibrid utód létrehozásához szükségesek.
Érdekes történelmi lábjegyzet: Míg Mendels és a látnoki biológus kísérletezik Charles Darwin mindkettő nagymértékben átfedésben volt, ez utóbbi soha nem tanult meg a Mendels-kísérletekről.
Darwin Mendels ismerete nélkül megfogalmazta az öröklésről alkotott elképzeléseit. Ezek a javaslatok továbbra is tájékoztatják a biológiai öröklés területét a 21. században.
Az örökség megértése az 1800-as évek közepén
Az alapképesítés szempontjából Mendel tökéletes helyzetben volt ahhoz, hogy jelentős áttörést tudjon elérni a genetika akkoriban minden, de nem létező területén, és mind a környezettel, mind a türelemmel megáldott, hogy megtegye azt, amit tennie kell. Mendel majdnem 29 000 borsónövényt termeszt és tanulmányoz 1856 és 1863 között.
Amikor Mendel először borsónövényekkel kezdte munkáját, az öröklés tudományos fogalma a kevert öröklés fogalmában gyökereződött, amely szerint a szülői vonások valahogy különféle színű festékekkel keveredtek az utódokba, olyan eredményt hozva, amely nem egészen az anya, és nem egészen az apa, minden alkalommal, de ez egyértelműen mindkettőre hasonlított.
Mendel a növények informális megfigyelése során intuitív módon tudta, hogy ha ennek az ötletnek érdeme van, akkor ez természetesen nem vonatkozik a botanikai világra.
Mendel nem érdekli a borsó növényeinek megjelenése önmagában. Megvizsgálta azokat annak érdekében, hogy megértse, mely tulajdonságokat lehet átadni a jövő generációinak, és hogy pontosan hogyan történt ez funkcionális szinten, még akkor is, ha nem volt szó szerinti eszköze, hogy megnézze, mi történik a molekuláris szinten.
A borsó növényének jellemzése
Mendel a különféle vonásokra vagy karakterekre összpontosított, amelyekben észrevette, hogy a borsó növények binárisan mutatnak ki. Vagyis az egyes növények megmutathatják az adott tulajdonság A verzióját vagy a tulajdonság B verzióját, de a kettő között nincs. Például néhány növénynek "felfújt" borsó hüvelye volt, míg mások "megcsípettnek" tűntek anélkül, hogy egyértelmű volt, hogy az adott növény hüvelyei melyik kategóriába tartoznak.
A Mendel által a céljai szempontjából hasznosnak tartott hét tulajdonság, és ezek különféle megnyilvánulásai a következők voltak:
Borsó növény beporzása
A borsónövények az emberek beavatkozása nélkül önbeporzódhatnak. Mivel ez a növények számára is hasznos, bonyolulttá vált a Mendels munkájában. Meg kellett akadályoznia, hogy ez megtörténjen, és csak keresztező beporzást (különböző növények közötti beporzást) engedélyezni kell, mivel egy növényben az adott bennszülötteknél eltérő önbeporzás nem nyújt hasznos információkat.
Más szavakkal, ellenőriznie kellett, hogy mely tulajdonságok mutatkozhatnak a szaporított növényekben, még akkor is, ha előre nem tudta, pontosan melyikük jelenik meg és milyen arányban.
Mendels első kísérlete
Amikor Mendel elkezdett konkrét ötleteket fogalmazni arról, hogy mit próbált tesztelni és azonosítani, számos alapvető kérdést feltett magának. Például, mi történne, ha a növények voltak Igaz-tenyésztés ugyanazon tulajdonság különböző verziói esetében kereszt-beporzás történt?
A "valódi tenyésztés" azt jelenti, hogy képes egy és egyetlen típusú utódot előállítani, például amikor minden lánya növény kerek vagy tengelyirányú. A igaz vonal nem mutat változást a szóban forgó tulajdonságnál egy elméletileg végtelen generációszám alatt, és akkor sem, ha a rendszerben kiválasztott két növényt tenyésztik egymással.
Ha a kevert öröklés gondolata érvényes lenne, mondjuk a magas szárú növények sorának a rövid szárú növényekkel való összekeverésével néhány magas növényt, néhány rövid növényt és növényt a középmagasság-spektrum mentén eredményezhet, inkább, mint az emberek . Mendel azonban megtudta, hogy ez egyáltalán nem történt meg. Ez zavaró és izgalmas volt.
Mendels generációs értékelés: P, F1, F2
Miután Mendelnek két növénykészlete volt, amelyek csak egyetlen tulajdonságban különböztek egymástól, többgenerációs értékelést végzett, annak érdekében, hogy megkísérelje követni a tulajdonságok több generáción keresztüli átadását. Először néhány terminológia:
Ezt hívják a monohybrid kereszt: "mono", mivel csak egy tulajdonság változott, és "hibrid", mivel az utódok növények keverékét vagy hibridizációját jelentették, mivel az egyik szülőnek van egy tulajdonsága, míg az egyiknek a másik változata volt.
A jelen példában ez a tulajdonság mag alakú (kerek vagy ráncos). Használhatjuk a virág színét is (fehér vs. bíbor) vagy a mag színét (zöld vagy sárga).
Mendels eredmények (első kísérlet)
Mendel a három nemzedék genetikai keresztezését vizsgálta a örökölhetősége a karakterisztikák generációk közötti generációja. Az egyes generációk áttekintésekor rájött, hogy mindhárom kiválasztott tulajdonságára kiszámítható minta alakult ki.
Például, amikor valódi fajtájú kerekmagú növényeket (P1) valódi tenyésztésű ráncos magvakkal (P2) nevelt el:
Ez vezetett a uralkodó tulajdonságok (itt kerek magok) és recesszív vonások (ebben az esetben a ráncos magok).
Ez azt jelentette, hogy a növények fenotípus (ahogyan a növények valóban kinéztek) nem szigorúan tükrözték őket genotípus (az az információ, amelyet valójában valahogy a növényekbe kódoltak és átadtak a következő generációknak).
Mendel ezután formális ötleteket fogalmazott meg ennek a jelenségnek a magyarázata érdekében, mind az örökölhetőség mechanizmusa, mind a domináns tulajdonság és a recesszív tulajdonság matematikai aránya bármilyen körülmények között, ahol az allélpárok összetétele ismert.
Mendels az öröklődés elmélete
Mendel az öröklődés elméletét dolgozta ki, amely négy hipotézist tartalmazott:
Ezek közül az utolsó a szegregációs törvény, amely előírja, hogy az egyes tulajdonságokhoz tartozó allélek véletlenszerűen elkülönülnek a ivarsejtekbe.
Ma a tudósok felismerték, hogy azok a P növények, amelyekben Mendel "valódi tenyésztését" végezte homozigóta a vizsgált tulajdonságra vonatkozóan: Ugyanazon allél két példányában volt a kérdéses génnél.
Mivel a kerek egyértelműen domináns volt a ráncosnál, ezt RR és rr képviselheti, mivel a nagybetűk dominanciát jelentenek, a kisbetűk pedig recesszív vonásokat jeleznek. Ha mindkét allél jelen van, a domináns allél tulajdonsága fenotípusában nyilvánul meg.
A Monohybrid Cross eredmények magyarázata
A fentiek alapján egy, a mag alakú génnél RR genotípusú növénynek csak kerek vetőmagja lehet, és ugyanez vonatkozik az Rr genotípusra, mivel az "r" allél maszkolt. Csak az rr genotípusú növények gyűrött magokat tartalmazhatnak.
És elég biztos, hogy a genotípusok négy lehetséges kombinációja (RR, rR, Rr és rr) 3: 1 fenotípusarányt eredményez, mindegyik ráncos maggal rendelkező növény körülbelül három, kerek maggal rendelkező növényével.
Mivel az összes P növény homozigóta volt, RR a kerek magvakhoz és rr a ráncos vetőmag növényekhez, az összes F1 növény csak Rr genotípusú lehet. Ez azt jelentette, hogy bár mindegyiknek kerek magja volt, mindannyian hordozták a recesszív allélt, ami ezért a szegregáció törvényének köszönhetően a következő generációkban megjelenhet.
Pontosan ez történt. Tekintettel az F1 növényekre, amelyek mindegyikének Rr genotípusa volt, utódaik (az F2 növények) a fent felsorolt négy genotípus közül bármelyiknek lehetnek. Az arányok nem voltak pontosan 3: 1, a szaporodás során tapasztalt ivarsejtek párosításának véletlenszerűsége miatt, de minél több utódot termesztettek, annál közelebb került az arány pontosan 3: 1.
Mendels második kísérlete
Ezután Mendel készítette dihybrid keresztek, ahol két tulajdonságot vizsgált egyszerre, nem pedig egyet. A szülők továbbra is igazolták mindkét tulajdonság szempontjából, például a zöld hüvelyű kerek vetőmagok és a sárga hüvelyű ráncos magvak, amelyekben a zöld domináns a sárga felett. A megfelelő genotípusok tehát RRGG és rrgg voltak.
Mint korábban, az F1 növények mindegyike szülőnek tűnt, mindkét domináns tulajdonsággal. Az F2 generáció négy lehetséges fenotípusának (kerek-zöld, kerek-sárga, ráncos-zöld, ráncos-sárga) arányai 9: 3: 3: 1 voltak.
Ez felvette Mendels azon gyanúját, hogy a különféle tulajdonságokat egymástól függetlenül örökölték, ami arra késztette őt, hogy pozitivizálja a független választék törvénye. Ez az elv magyarázza, miért lehet, hogy ugyanolyan szemszíne van, mint az egyik testvére, de eltérő a hajszín; mindegyik tulajdonságot a többi rendszer számára vak módon adagolják a rendszerbe.
Kapcsolódó gének a kromoszómákon
Ma tudjuk, hogy a valódi kép egy kicsit bonyolultabb, mivel valójában azok a gének, amelyek fizikailag közel állnak egymáshoz a kromoszómákon, együtt öröklődhetnek a krónómacserének köszönhetően a ivarsejtek kialakulása során.
A való világban, ha az Egyesült Államok korlátozott földrajzi területeire nézne, akkor számíthat arra, hogy a közelben több New York Yankees és Boston Red Sox rajongót talál, mint a Yankees-Los Angeles Dodgers rajongók vagy a Red Sox-Dodgers rajongók ugyanazon a környéken. területén, mert Boston és New York közel vannak egymáshoz, és mindkettő közel 3000 mérföldre fekszik Los Angeles-től.
Mendeliai öröklés
Amint történik, nem minden tulajdonság engedelmeskedik ennek az öröklési mintának. De azokat, akik ezt teszik, úgy hívják Mendeliai vonások. Visszatérve a fent említett dihibrid kereszthez, tizenhat lehetséges genotípus létezik:
RRGG, RRgG, RRGg, RRgg, RrGG, RrgG, RrGg, Rrgg, rRGG, rRgG, rRGg, rRgg, rrGG, rrGg, rrgG, rrgg
A fenotípusok kidolgozásakor láthatja, hogy a valószínűségi arány:
kerek zöld, kerek sárga, ráncos zöld, ráncos sárga
kiderül, hogy 9: 3: 3: 1. Mendels, a különféle növénytípusainak szorgalmas megszámlálása során kiderült, hogy az arányok elég közel álltak ehhez az előrejelzéshez, hogy megállapítsa, hogy hipotézisei helytállóak-e.