Obsah
- Pochopenie dedičstva v polovici 18. storočia
- Charakteristiky rastlín hrachu študované
- Znečistenie hrachu
- Mendelsov prvý experiment
- Generačné hodnotenie Mendels: P, F1, F2
- Výsledky Mendels (prvý experiment)
- Mendelova teória dedičnosti
- Výsledky Monohybridného kríža boli vysvetlené
- Druhý experiment Mendels
- Prepojené gény na chromozómoch
- Mendelovské dedičstvo
Gregor Mendel bol priekopníkom genetiky v 19. storočí, ktorý si dnes takmer úplne pamätá na dve veci: byť mníchom a vytrvalo študovať rôzne vlastnosti rastlín hrachu. Mendel sa narodil v roku 1822 v Rakúsku a bol vychovaný na farme a navštevoval Viedenskú univerzitu v rakúskom hlavnom meste.
Tam študoval vedu a matematiku, párovanie, ktoré by sa ukázalo ako neoceniteľné pre jeho budúce snahy, ktoré počas osemročného obdobia vykonával výlučne v kláštore, kde žil.
Okrem formálneho štúdia prírodných vied na vysokej škole Mendel pracoval ako záhradník v mladosti a publikoval výskumné práce na tému poškodenia plodín hmyzom predtým, ako sa pustil do svojej doteraz slávnej práce s Pisum sativum, bežná hrachová rastlina. Zachoval kláštorné skleníky a bol oboznámený s technikami umelého oplodnenia potrebnými na vytvorenie neobmedzeného počtu hybridných potomkov.
Zaujímavá historická poznámka pod čiarou: Zatiaľ čo Mendelov experimenty a experimenty vizionárskeho biológa Charles Darwin obe sa do veľkej miery prekrývali, druhá sa nikdy nedozvedela o Mendelsových experimentoch.
Darwin sformuloval svoje predstavy o dedičstve bez znalosti Mendelsovho dôkladného podrobného výroku o zapojených mechanizmoch. Tieto návrhy naďalej informujú o oblasti biologického dedičstva v 21. storočí.
Pochopenie dedičstva v polovici 18. storočia
Z hľadiska základných kvalifikácií bol Mendel v dokonalej pozícii, aby urobil zásadný prielom v oblasti genetiky, ktorá v tom čase neexistovala, a on bol požehnaný prostredím a trpezlivosťou, aby urobil to, čo potrebuje. V rokoch 1856 až 1863 by Mendel skončil pestovaním a študovaním takmer 29 000 rastlín hrachu.
Keď Mendel prvýkrát začal pracovať na hráškových rastlinách, vedecký koncept dedičnosti bol zakorenený v koncepcii zmiešaného dedičstva, podľa ktorého boli rodičovské črty nejakým spôsobom zmiešané do potomstva spôsobom odlišných farebných farieb, čo viedlo k výsledku, ktorý nebol celkom matka a nie celkom otec zakaždým, ale to sa jasne podobalo obom.
Mendel si intuitívne uvedomoval zo svojho neformálneho pozorovania rastlín, že ak by táto myšlienka mala nejaký význam, určite by sa to netýkalo botanického sveta.
Mendel sa nezaujímal o vzhľad svojich rastlín hrachu ako takého. Preskúmal ich, aby pochopil, ktoré vlastnosti by sa mohli preniesť na budúce generácie a presne, ako sa to stalo na funkčnej úrovni, aj keď nemal doslovné nástroje na to, aby zistil, čo sa deje na molekulárnej úrovni.
Charakteristiky rastlín hrachu študované
Mendel sa sústredil na rôzne črty alebo postavy, ktoré zaznamenal binárnym spôsobom. To znamená, že jednotlivá rastlina by mohla vykazovať buď verziu A danej vlastnosti alebo verziu B tejto vlastnosti, ale nič medzi tým. Napríklad niektoré rastliny „nafúkli“ struky hrachu, zatiaľ čo iné vyzerali „štiepané“, bez nejasností o tom, do ktorej kategórie dané rastlinné struky patria.
Sedem znakov, ktoré Mendel označil za užitočné pre svoje ciele a ich rôzne prejavy, boli:
Znečistenie hrachu
Rastliny hrachu sa môžu opeľovať bez pomoci ľudí. Keďže je to užitočné pre rastliny, zaviedlo to komplikáciu do Mendelsovej práce. Potreboval zabrániť tomu, aby sa to stalo, a povoliť iba krížové opelenie (opeľovanie medzi rôznymi rastlinami), pretože samoopelenie v rastline, ktorá sa pre daný znak nelíši, neposkytuje užitočné informácie.
Inými slovami, potreboval kontrolovať, aké vlastnosti sa môžu prejaviť v rastlinách, ktoré choval, aj keď vopred nevedel, ktoré presne sa prejavia a v akom pomere.
Mendelsov prvý experiment
Keď Mendel začal formulovať konkrétne predstavy o tom, čo dúfal, že otestuje a identifikuje, položil si niekoľko základných otázok. Napríklad, čo by sa stalo, keby rastliny, ktoré boli pravda chov pre rôzne verzie tej istej vlastnosti boli krížovo opelené?
„Skutočné šľachtenie“ je schopné produkovať jeden a iba jeden druh potomstva, napríklad keď sú všetky dcérske rastliny okrúhleho osiva alebo osihnedé. pravá čiara nevykazuje žiadne variácie pre danú črtu počas teoreticky nekonečného počtu generácií a tiež vtedy, keď sú chované dve vybrané rastliny v schéme spolu.
Ak by bola myšlienka zmiešaného dedičstva platná, zmiešanie línie, povedzme, vysokých kmeňových rastlín s radom krátkych kmeňových rastlín by malo mať za následok niektoré vysoké rastliny, niektoré krátke rastliny a rastliny pozdĺž výškového spektra medzi nimi, skôr ako ľudia. , Mendel sa však dozvedel, že sa to vôbec nestalo. Bolo to mätúce a vzrušujúce.
Generačné hodnotenie Mendels: P, F1, F2
Keď mal Mendel dve sady rastlín, ktoré sa líšili iba v jednom znaku, vykonal multigeneračné hodnotenie v snahe sledovať prenos vlastností prostredníctvom viacerých generácií. Po prvé, nejaká terminológia:
Toto sa nazýva a monohybridný kríž: „mono“, pretože sa menila iba jedna vlastnosť a „hybridná“, pretože potomstvo predstavovalo zmes alebo hybridizáciu rastlín, keďže jeden z rodičov má jednu verziu znaku, zatiaľ čo jedna mala druhú verziu.
V tomto príklade bude mať táto čiara tvar semien (guľatý vs. zvrásnený). Dalo by sa tiež použiť farbu kvetu (biela vs. purpurová) alebo farbu semien (zelená alebo žltá).
Výsledky Mendels (prvý experiment)
Mendel vyhodnotil genetické kríženia z troch generácií na vyhodnotenie dedičnosť charakteristík naprieč generáciami. Keď sa pozrel na každú generáciu, zistil, že pre všetkých sedem z jeho vybraných vlastností sa objavil predvídateľný vzor.
Napríklad, keď choval pravých šľachtiteľských okrúhlych rastlín (P1) s pravými šľachtiteľskými rastlinami (P2):
To viedlo k koncepcii dominantné - znaky (tu, okrúhle semená) a - ustupujúce znaky (v tomto prípade vráskavé semená).
To znamená, že rastliny fenotyp (čo rastliny vlastne vyzerali) nebolo ich prísnym odrazom genotyp (informácie, ktoré boli vlastne nejako zakódované do rastlín a odovzdané ďalším generáciám).
Mendel potom predložil niekoľko formálnych nápadov na vysvetlenie tohto javu, a to tak mechanizmu dedičnosti, ako aj matematického pomeru dominantného znaku k recesívnemu znaku za akýchkoľvek okolností, v ktorých je známe zloženie alelických párov.
Mendelova teória dedičnosti
Mendel vytvoril teóriu dedičnosti, ktorá pozostávala zo štyroch hypotéz:
Posledné z nich predstavuje zákon segregácie, stanovujúce, že alely sa pre každú vlastnosť náhodne oddelia od gamét.
Vedci dnes uznávajú, že rastliny P, ktoré Mendel „choval pravdu“, boli homozygotná pre rys, ktorý študoval: Mali dve kópie tej istej alely v príslušnom géne.
Pretože kolo bolo jednoznačne dominantné nad pokrčenými, môže to byť reprezentované RR a rr, pretože veľké písmená znamenajú dominanciu a malé písmená označujú recesívne črty. Ak sú prítomné obidve alely, prejavila sa v dominantnom alele jej fenotyp.
Výsledky Monohybridného kríža boli vysvetlené
Na základe vyššie uvedeného môže mať rastlina s genotypom RR v géne v tvare semien iba okrúhle semená, a to isté platí pre Rr genotyp, pretože je maskovaná „r“ alela. Vráskavé semená môžu mať iba rastliny s rr genotypom.
A samozrejme, štyri možné kombinácie genotypov (RR, rR, Rr a rr) poskytujú fenotypový pomer 3: 1, s približne tromi rastlinami s okrúhlymi semenami pre každú jednu rastlinu s pokrčenými semenami.
Pretože všetky rastliny P boli homozygotné, RR pre rastliny okrúhleho semena a rr pre rastliny s pomačkanými semenami, všetky rastliny Fl mohli mať iba genotyp Rr. To znamenalo, že zatiaľ čo všetci mali okrúhle semená, všetci boli nositeľmi recesívnej alely, ktorá sa preto vďaka zákonu segregácie mohla objaviť v nasledujúcich generáciách.
To sa presne stalo. Vzhľadom na to, že rastliny Fl mali všetky Rr genotyp, ich potomstvo (rastliny F2) by mohlo mať ktorýkoľvek zo štyroch vyššie uvedených genotypov. Pomery neboli presne 3: 1 kvôli náhodnosti párov gamét pri oplodnení, ale čím viac potomkov, ktoré boli vyprodukované, tým bližší bol pomer 3: 1.
Druhý experiment Mendels
Ďalej vytvoril Mendel dihybridné kríže, v ktorej sa pozrel skôr na dva znaky, nielen na jeden. Rodičia stále chovali pravú zver pre obe vlastnosti, napríklad okrúhle semená so zelenými strukmi a vráskavé semená so žltými strukmi, so zelenou dominanciou nad žltou. Zodpovedajúce genotypy boli preto RRGG a rrgg.
Ako predtým, všetky rastliny F1 vyzerali ako rodič s oboma dominantnými vlastnosťami. Pomery štyroch možných fenotypov v generácii F2 (guľatá zelená, guľatá žltá, zvrásnená zelená, zvrásnená žltá) sa ukázali byť 9: 3: 3: 1.
Toto prinieslo Mendelovo podozrenie, že rôzne vlastnosti boli zdedené nezávisle jeden od druhého, čo ho viedlo k poznaniu zákon o nezávislom sortimente, Tento princíp vysvetľuje, prečo by ste mohli mať rovnakú farbu očí ako jeden z vašich súrodencov, ale inú farbu vlasov; každá vlastnosť je privádzaná do systému spôsobom, ktorý je slepý voči všetkým ostatným.
Prepojené gény na chromozómoch
Dnes vieme, že skutočný obraz je trochu komplikovanejší, pretože v skutočnosti môžu byť gény, ktoré sú na chromozómoch fyzicky blízko seba, zdedené vďaka výmene chromozómov počas formovania gamét.
Ak by ste sa v reálnom svete pozreli na obmedzené geografické oblasti USA, očakávali by ste, že nájdete viac fanúšikov New Yorku Yankees a Boston Red Sox v tesnej blízkosti ako fanúšikovia Yankees-Los Angeles Dodgers alebo fanúšikov Red Sox-Dodgers. pretože Boston a New York sú blízko seba a obidve sú od Los Angeles vzdialené 3 000 km.
Mendelovské dedičstvo
Ako sa to stáva, nie všetky vlastnosti sa riadia týmto vzorom dedičstva. Ale tí, ktorí to robia, sa volajú Mendelovské črty, Keď sa vrátime k vyššie uvedenému dihybridnému krížu, existuje šestnásť možných genotypov:
RRGG, RRgG, RRGg, RRgg, RrGG, RrgG, RrGg, Rrgg, rRGG, rRgG, rRGg, rRgg, rrGG, rrGg, rrgG, rrgg
Keď pracujete na fenotypoch, vidíte, že pravdepodobnosť je
okrúhla zelená, okrúhla žltá, pokrčená zelená, pokrčená žltá
Ukazuje sa, že je 9: 3: 3: 1. Mendelove starostlivé počítanie jeho rôznych druhov rastlín odhalilo, že pomery boli dosť blízko tejto predikcii, aby mohol vyvodiť záver, že jeho hypotézy boli správne.