Mendelio paveldėjimo dėsniai: genetikos pagrindai ir eksperimentai
Sužinokite Mendelio paveldėjimo dėsnius: genetikos pagrindus, istoriją ir eksperimentų su žirniais rezultatus. Aiškus paaiškinimas studentams ir mokslininkams.
Mendelio paveldėjimas - tai genetinio paveldėjimo taisyklių rinkinys, apibūdinantis, kaip tam tikri požymiai perduodami iš tėvų palikuonims ir kokios proporcijos tikėtinos filialinėse kartose.
Pagrindines genetikos taisykles 1850-aisiais pirmą kartą atrado vienuolis Gregoras Mendelis, o 1866 m. jas paskelbė. Tūkstančius metų žmonės pastebėjo, kaip bruožai paveldimi iš tėvų vaikams. Tačiau Mendelio darbas buvo kitoks, nes jis atliko eksperimentus su augalais ir labai kruopščiai juos suplanavo.
Mendelio eksperimentai
Atlikdamas eksperimentus Mendelis tyrė, kaip požymiai perduodami žirnių augalams. Jis pradėjo kryžminti tikrus augalus ir skaičiavo požymius, kurie gamtoje buvo arba/arba (arba aukšti, arba trumpi). Jis veisė daug augalų ir rezultatus išreiškė skaičiais. Jis naudojo bandomuosius kryžminimus, kad atskleistų recesyvinių požymių buvimą ir proporcijas.
Mendelis pasirinkdavo savarankiškai veisiančius (tvirtus, angl. true-breeding) linijų žirnių poras, kurių požymiai aiškiai skyrėsi. Iš viso jis stebėjo septynis aiškiai kontrastingus požymių porų tipus, pavyzdžiui:
- sėklų forma: apvali arba grubuota;
- sėklų spalva: geltona arba žalia;
- žiedų spalva: violetinė arba balta;
- ankščių forma ir spalva, žiedų padėtis, stiebo ilgis ir pan.
Pagrindiniai dėsniai
Iš savo kryžminimų Mendelis pateikė du pagrindinius dėsnio tipus, kurie vėliau buvo suformuluoti kaip:
- Skyrimosi dėsnis (priožiūros dėsnis) – kiekvienas organizmas turi dvi aleles kiekvienam genui (vieną iš kiekvieno tėvo), kurios skyla gametogenezės metu taip, kad kiekvienas gametas gauna tik vieną alelę. Tai paaiškina F2 kartoje pasirodančius dominuojančių ir recesyvių požymių santykius (monohibridiniame kryžminime paprastai 3:1 fenotipų santykis, o genotipų santykis 1:2:1).
- Nepriklausomo pasiskirstymo dėsnis – skirtingi genai, esantys skirtinguose chromosomų porų vietose, pasiskirsto į gametas nepriklausomai vienas nuo kito (dihibridiniame kryžminime tai duoda 9:3:3:1 fenotipų santykį F2 kartoje).
Vienkartinio ir dvigubo kryžminimo pavyzdžiai
Monohibridinis kryžminimas: kryžminant tvirtai dominuojantį ir tvirtai recesyvinį variantą (P kartoje), F1 palikuonys visi rodys dominuojantį požymį. Kryžminant F1 tarpusavyje, F2 populiacijoje požymų fenotipinis santykis paprastai yra apie 3:1 (dominantinis:recesyvinis), o genotipinis santykis – 1:2:1 (homozigotiniai dominantiniai : heterozigotiniai : homozigotiniai recesyviniai).
Dihibridinis kryžminimas parodo, kaip dvi savybės pasiskirsto nepriklausomai: pavyzdžiui, derinant dvi skirtingas požymių poras, F2 kartoje tipinis rezultatas yra 9:3:3:1 (abu dominuojantys : pirmas dominuojantis antras recesyvus : pirmas recesyvus antras dominuojantis : abu recesyvus).
Molekulinė paaiškintis ir ribojimai
Mendelio dėsniai vėliau gavo molekulinį pagrindą: alelės yra skirtingos geno formos, o jų elgesį gametogenezėje paaiškina chromosomų elgesys mejozės metu. Tačiau realioje biologijoje yra daug išimčių ir papildymų:
- chromosomų linkavimas – gretimi genai gali paveldėti kartu, todėl nepriklausomo pasiskirstymo principas ne visada galioja;
- nevisiškas dominavimas ir ko-dominavimas – kai heterozigotas fenotipas nėra identiškas vienam iš homozigotų;
- daugelio alelių sistemos, poligeninis paveldėjimas (daug genų lemia vieną požymį) ir epistazė – sudėtingesni genų sąveikos tipai;
- aplinkos veiksniai, epigenetiniai mechanizmai ir mutacijos taip pat keičia fenotipus nepriklausomai nuo klasikinių Mendelio proporcijų.
Istorinis ir mokslinis reikšmingumas
Mendelio tyrimai išsiskyrė tuo, kad jis sistemingai fiksavo kiekybinius duomenis ir ieškojo taisyklingumų, o ne vien aprašinėjo paveldimumą. Nors jo darbas iš pradžių buvo mažai pastebėtas, apie 1900 m. nepriklausomai buvo „atrastas iš naujo“ kelių mokslininkų (Hugo de Vries, Carl Correns, Erich von Tschermak), o vėliau Mendelio principai tapo modernios genetikos pamatu. Šie dėsniai leido suprasti paveldimumo mechanizmus ir tiesiogiai prisidėjo prie chromosomų teorijos bei DNR vaidmens genetikoje išaiškėjimo.
Mendelio paveldėjimo dėsniai tebėra svarbūs kaip pagrindas — jie suteikia paprastą modelį, nuo kurio prasideda sudėtingesni genetinių reiškinių aiškinimai ir kurių žinojimas būtinas tiek biologijos švietime, tiek taikomosiose genetikos srityse.
Gregoras Mendelis, šiuolaikinės genetikos tėvas.
Mendelio genetika
Apribojimai
Mendelio dėsniai taikomi plačiai, bet ne visoms gyvoms būtybėms. Jie taikomi bet kuriam diploidiniam (turinčiam du porinius chromosomų rinkinius) organizmui, kuris dauginasi lytiniu būdu. Jie negalioja, pavyzdžiui, bakterijoms arba aseksualiam dauginimuisi. Jie taikomi didžiajai daugumai augalų ir gyvūnų.
Mendelio dėsniai
Mendelis savo eksperimento rezultatus paaiškino dviem mokslo dėsniais:
- 1. Faktoriai, vėliau pavadinti genais, įprastose kūno ląstelėse paprastai būna poromis, tačiau formuojantis lytinėms ląstelėms jie atsiskiria. Taip atsitinka mejozės metu, kai susidaro lytinės ląstelės. Iš kiekvienos chromosomų poros gameta gauna tik vieną.
Veiksniai (genai) lemia organizmo savybes ir yra paveldimi iš tėvų. Kai chromosomų poros atsiskiria, kiekviena gameta gauna tik po vieną veiksnį. Tai Mendelis pavadino segregacijos dėsniu. - Mendelis taip pat pastebėjo, kad geno versijos gali būti dominuojančios arba recesyvios. Tokias skirtingas versijas vadiname aleliais.
- 2. Susidarant lytinėms ląstelėms skirtingų genų aleliai atsiskiria nepriklausomai vienas nuo kito. Tai jis vadina nepriklausomo asortimento dėsniu. Taigi Mendelis manė, kad skirtingi požymiai paveldimi nepriklausomai vienas nuo kito.
- Antrasis dėsnis teisingas tik tada, jei genai yra ne toje pačioje chromosomoje. Jei taip, jie yra susiję vienas su kitu. Tai buvo kitas didysis atradimas po Mendelio: kad genai yra nešiojami chromosomose. Kuo arčiau chromosomų jie buvo, tuo mažesnė tikimybė, kad tarp jų įvyks kryžminimas.
Mendelio dėsniai paaiškino rezultatus, kuriuos jis gavo su savo žirnių augalais. Vėliau genetikai atrado, kad jo dėsniai galioja ir kitoms gyvoms būtybėms, net žmonėms. Mendelio darbo su sodo žirniais rezultatai padėjo sukurti genetikos mokslą. Jo indėlis neapsiribojo vien pagrindinėmis taisyklėmis, kurias jis atrado. Mendelio kruopštumas kontroliuojant eksperimento sąlygas ir dėmesys skaitiniams rezultatams nustatė būsimų eksperimentų standartą.
Pasekmės
- Kai chromosomų poros atsiskiria gametoje, jos atsiskiria atsitiktinai. Gambeta gali turėti bet kokią proporciją nuo 100 % motinos ir 100 % tėvo chromosomų.
- Mejozės metu chromosomų poros apsikeičia dalimis. Taip populiacijoje padaugėja genetiškai skirtingų individų, o tai svarbu evoliucijai.
- Dėl 1 ir 2 punktų, išskyrus identiškus dvynius, nė vienas iš dviejų brolių ir seserų neturi identiškų genetinių savybių.
Diagrafiniai pavyzdžiai
- Toliau pateiktose diagramose nurodyti santykiai yra statistinės prognozės. Daugelio kryžminimų atveju palikuonių, turinčių šiuos požymius, skaičius bus apytiksliai lygus pateiktiems santykiams.
1 paveikslas: Dominuojantys ir recesyviniai fenotipai. (1) Tėvų karta. (2) F1 karta. (3) F2 karta. Dominantinis (raudona spalva) ir recesyvinis (balta spalva) fenotipas F1 kartoje atrodo panašiai, o F2 kartoje jų santykis yra 3:1.
3 paveikslas: Mirabilis jalapa spalvos aleliai nėra dominuojantys ar recesyvūs. (1) Tėvų karta. (2) F1 karta. (3) F2 karta. "Raudonasis " ir "baltasis" alelis kartu sukuria "rožinį" fenotipą, todėl F2 kartos raudonos , rožinės ir baltos spalvos santykis yra 1:2:1.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas atrado pagrindines genetikos taisykles?
Atsakymas: Pagrindines genetikos taisykles pirmasis atrado vienuolis Gregoras Mendelis 1850-aisiais.
K: Kada buvo paskelbtas Mendelio darbas?
A: Mendelio darbas buvo paskelbtas 1866 m.
K: Kokius augalus Mendelis naudojo savo eksperimentams?
A: Mendelis savo eksperimentuose tyrė, kaip požymiai perduodami žirnių augaluose.
K: Kaip Mendelis atliko savo eksperimentus?
A.: Mendelis labai kruopščiai suplanavo savo eksperimentus. Jis pradėjo kryžminti tikrus augalus ir skaičiavo požymius, kurie gamtoje buvo arba/arba (arba aukšti, arba žemi). Jis veisė daug augalų ir rezultatus išreiškė skaičiais. Jis naudojo bandomuosius kryžminimus, kad atskleistų recesyvinių požymių buvimą ir proporcijas.
Klausimas: Kiek laiko iki Mendelio darbo žmonės pastebėjo, kaip požymiai paveldimi iš tėvų vaikams?
A: Žmonės pastebėjo, kaip tėvai paveldi požymius iš savo vaikų, dar prieš tūkstančius metų iki Mendelio darbo.
Ieškoti