Vsebina
- Razumevanje dedovanja sredi 1800-ih
- Preučene značilnosti rastlin graha
- Opraševanje rastlin z grahom
- Mendelsov prvi poskus
- Mendelsova generacijska ocena: P, F1, F2
- Rezultati Mendelsa (prvi poskus)
- Mendelsova teorija dednosti
- Pojasnjeni rezultati monohidričnega križa
- Mendelsov drugi poskus
- Povezani geni na kromosomih
- Mendeljeva dediščina
Gregor Mendel je bil pionir genetike iz 19. stoletja, ki se ga danes skoraj v celoti spominjajo po dveh stvareh: biti menih in neusmiljeno proučevati različne lastnosti rastlin graha. Mendel, rojen leta 1822 v Avstriji, je bil vzgojen na kmetiji in se udeležil univerze na Dunaju v glavnem mestu Avstrije.
Tam je študiral naravoslovje in matematiko, par, ki bi se izkazal za neprecenljive za njegova prihodnja prizadevanja, ki jih je v osemletnem obdobju vodil povsem v samostanu, kjer je živel.
Poleg formalnega študija naravoslovnih ved na kolidžu je Mendel v mladosti kot vrtnar delal kot vrtnar in objavil raziskovalne prispevke o škodi pridelka žuželk, preden se je lotil svojega zdaj znanega dela s Pisum sativum, navadna rastlina graha. Vzdrževal je samostanske rastlinjake in se seznanil s tehnikami umetnega gnojenja, potrebnimi za ustvarjanje neomejenega števila hibridnih potomcev.
Zanimiva zgodovinska opomba: Medtem ko Mendels eksperimentira in tisti, ki ga je videl vizionarski biolog Charles Darwin oba sta se v veliki meri prekrivala, slednji se nikoli ni naučil Mendelsovih poskusov.
Darwin je svoje ideje o dedovanju formuliral brez vednosti Mendelsovih podrobno opredeljenih predlogov o vpletenih mehanizmih. Te predloge še naprej opisujejo področje biološkega dedovanja v 21. stoletju.
Razumevanje dedovanja sredi 1800-ih
Z vidika osnovnih kvalifikacij je bil Mendel odlično pripravljen za velik preboj na takrat še neobstoječem področju genetike in bil je blagoslovljen tako z okoljem kot s potrpežljivostjo, da bo naredil, kar je treba storiti. Mendel bi končal gojenje in preučevanje skoraj 29.000 rastlin graha med letoma 1856 in 1863.
Ko je Mendel prvič začel delati z rastlinami graha, se je znanstveni koncept dednosti ukoreninil v koncept mešanega dedovanja, ki je menil, da so bile starševske lastnosti nekako zmešane v potomstvo na način raznobarvnih barv, kar je prineslo rezultat, ki ni bil ravno mati in ne čisto oče vsakič, vendar je to očitno spominjalo na oboje.
Mendel se je iz svojega neuradnega opazovanja rastlin intuitivno zavedal, da če obstaja kakšna zasluga za to idejo, zagotovo ne velja za botanični svet.
Mendel se sam po sebi ni zanimal za videz svojih grahovih rastlin. Preučil jih je, da bi razumel, katere značilnosti bi se lahko prenesle na prihodnje generacije in kako to se je zgodilo na funkcionalni ravni, četudi ni imel dobesednih orodij, da bi videl, kaj se dogaja na molekularni ravni.
Preučene značilnosti rastlin graha
Mendel se je osredotočil na različne lastnosti ali znake, da je opazil rastline graha, ki razstavljajo na binarni način. To pomeni, da lahko posamezna rastlina pokaže različico A določene lastnosti ali različico B te lastnosti, vendar vmes nič. Na primer, nekatere rastline so imele "napihnjene" stroke graha, druge pa so bile videti "prikovane", pri čemer ni dvoumnosti, v katero kategorijo spadajo stroki graha.
Mendel je za sedem lastnosti, ki so bile ugotovljene kot koristne za njegove cilje in njihove različne manifestacije, označil za:
Opraševanje rastlin z grahom
Rastline graha se lahko samoprašijo brez pomoči ljudi. Tako koristna za rastline je v Mendelsovo delo vnesla zaplet. To je moral preprečiti in omogočiti samo navzkrižno opraševanje (opraševanje med različnimi rastlinami), saj samo opraševanje v rastlini, ki se pri določeni lastnosti ne razlikuje, ne ponuja koristnih informacij.
Z drugimi besedami, moral je nadzorovati, katere lastnosti se lahko pokažejo v rastlinah, ki jih goji, četudi vnaprej ni natančno vedel, katere se bodo manifestirale in v kakšnem razmerju.
Mendelsov prvi poskus
Ko je Mendel začel oblikovati posebne ideje o tem, kaj si upa preizkusiti in prepoznati, si je zastavil vrsto osnovnih vprašanj. Na primer, kaj bi se zgodilo, ko bi bile rastline resnično vzrejo ali so bile pri različnih različicah iste lastnosti navzkrižno oprašene?
"Prava vzreja" pomeni, da lahko ustvari eno in samo eno vrsto potomcev, na primer, če so vse hčerinske rastline okroglo semenske ali osno cvetoče. A resnična črta ne kaže nobenih sprememb za zadevno lastnost v teoretično neskončnem številu generacij in tudi kadar se dve izbrani rastlini v shemi vzrejata med seboj.
Če bi bila ideja o mešanem dedovanju veljavna, bi mešanje vrst, recimo, visokih rastlin s črto rastlin s kratko steblo povzročilo nekaj visokih rastlin, nekaj kratkih rastlin in rastlin po višinskem spektru vmes, kot ljudje . Mendel pa je izvedel, da se to sploh ni zgodilo. To je bilo hkrati zmedeno in vznemirljivo.
Mendelsova generacijska ocena: P, F1, F2
Ko je imel Mendel dva sklopa rastlin, ki sta se razlikovala le po eni lastnosti, je opravil večgeneracijsko oceno, da bi skušal slediti prenosu lastnosti skozi več generacij. Najprej nekaj terminologije:
To se imenuje a monohibridni križ: "mono", ker je bila različna samo ena lastnost, in "hibrid", ker je potomstvo predstavljalo mešanico ali hibridizacijo rastlin, saj ima eden od staršev eno različico lastnosti, drugi pa drugo različico.
V tem primeru bo ta lastnost semenske oblike (okrogla proti nagubani). Lahko bi uporabili tudi barvo cvetov (bela v primerjavi s purplom) ali barvo semen (zelena ali rumena).
Rezultati Mendelsa (prvi poskus)
Mendel je za ocenjevanje genetskih križanj treh generacij ocenil dednost značilnosti po generacijah. Ko je pogledal vsako generacijo, je ugotovil, da se je pri vseh sedmih njegovih izbranih lastnostih pojavil predvidljiv vzorec.
Na primer, ko je vzrejal resnično razmnožene rastline z okroglimi semeni (P1) z resnično plemenskimi rastlinami z nagubnimi semeni (P2):
To je pripeljalo do koncepta prevladujoč lastnosti (tu, okrogla semena) in recesivno lastnosti (v tem primeru nagubana semena).
To je pomenilo, da rastline fenotip (kako so rastline dejansko izgledale) ni bil njihov strog odsev genotip (podatki, ki so bili dejansko nekako kodirani v rastline in posredovani naslednjim generacijam).
Mendel je nato podal nekaj formalnih idej, s katerimi bi razložil ta pojav, mehanizem dednosti in matematično razmerje prevladujoče lastnosti v recesivni lastnosti v kakršnih koli okoliščinah, kjer je sestava alelskih parov znana.
Mendelsova teorija dednosti
Mendel je oblikoval teorijo dednosti, ki je bila sestavljena iz štirih hipotez:
Zadnji od teh predstavlja zakon segregacije, ki določa, da se aleli za vsako lastnost naključno ločijo v gamete.
Danes znanstveniki priznavajo, da so rastline P, ki jih je Mendel "vzrejal resnične" homozigoten za lastnost, ki jo je preučeval: Pri zadevnem genu sta imeli dve kopiji istega alela.
Ker je bil krog očitno prevladujoč nad nagubanimi, je to mogoče predstavljati z RR in rr, saj velike črke pomenijo prevlado in male črke kažejo na recesivne lastnosti. Ko sta prisotna oba alela, se je značilnost prevladujočega alela manifestirala v njegovem fenotipu.
Pojasnjeni rezultati monohidričnega križa
Na podlagi zgoraj navedenega ima rastlina z genotipom RR v genu v obliki semena lahko le okrogla semena, enako pa velja tudi za genotip Rr, saj je alel "r" zamaskiran. Samo rastline z rr genotipom imajo lahko nagubana semena.
Vsekakor je mogoče, da štiri možne kombinacije genotipov (RR, rR, Rr in rr) dajejo 3: 1 fenotipsko razmerje, pri čemer ima vsaka rastlina z nagubanimi semeni približno tri rastline z okroglimi semeni.
Ker so bile vse rastline P homozigotne, RR za rastline z okroglimi semeni in rr za rastline nagubane semenke, bi lahko vse rastline F1 imele samo genotip Rr. To je pomenilo, da so imeli vsi okrogla semena, vendar so bili vsi nosilci recesivnega alela, ki bi se lahko v naslednjih generacijah pojavil zahvaljujoč zakonu segregacije.
Prav to se je zgodilo. Glede na rastline F1, ki so imele vse Rr genotip, bi lahko njihovi potomci (rastline F2) imeli kateri koli od zgoraj navedenih štirih genotipov. Zaradi naključnosti parčkov v oploditvi razmerja niso bila natančno 3: 1, a več ko je bilo potomcev, bolj je bilo razmerje natančno 3: 1.
Mendelsov drugi poskus
Nato je ustvaril Mendel dihibridni križi, pri čemer je pogledal na dve lastnosti naenkrat in ne le na eno. Starši so bili še vedno resnični za obe lastnosti, na primer okrogla semena z zelenimi stroki in nagubana semena z rumenimi stroki, z zeleno prevladujejo nad rumeno. Ustrezni genotipi so bili torej RRGG in rrgg.
Kot prej, so bile rastline F1 videti kot matične z obema prevladujočima lastnostma. Razmerje med štirimi možnimi fenotipi v generaciji F2 (okroglo-zeleno, okroglo-rumeno, nagubano-zeleno, nagubano-rumeno) se je izkazalo za 9: 3: 3: 1
Mendelsovemu je to vzbudilo sum, da so različne lastnosti podedovane neodvisno ena od druge, kar ga je privedlo do postavitve zakon o neodvisnem izboru. To načelo razlaga, zakaj imate lahko enako barvo oči kot eden od bratov in sester, vendar drugačno barvo las; vsaka lastnost se napaja v sistem na način, ki je slep za vse ostale.
Povezani geni na kromosomih
Danes vemo, da je resnična slika nekoliko bolj zapletena, saj se geni, ki so na kromosomih fizično blizu drug drugemu, lahko podedujejo skupaj zahvaljujoč izmenjavi kromosomov med tvorbo gamete.
V resničnem svetu bi, če bi pogledali omejena geografska območja ZDA, pričakovali, da boste v neposredni bližini našli več oboževalcev New York Yankees in Boston Red Sox kot oboževalci Yankees-Los Angeles Dodgers ali navijači Red Sox-Dodgers v istih območje, ker sta Boston in New York blizu, oba sta blizu Los Angelesa na 3000 kilometrov.
Mendeljeva dediščina
Vendar se vse lastnosti ne držijo tega vzorca dedovanja. Toda tisti, ki to počnejo, se imenujejo Mendelove lastnosti. Ko se vrnemo k zgoraj omenjenemu dihibridnemu križu, obstaja šestnajst možnih genotipov:
RRGG, RRgG, RRGg, RRgg, RrGG, RrgG, RrGg, Rrgg, rRGG, rRgG, rRGg, rRgg, rrGG, rrGg, rrgG, rrgg
Ko delate fenotipe, vidite, da je verjetnostno razmerje
okrogla zelena, okrogla rumena, nagubana zelena, nagubana rumena
izkaže se 9: 3: 3: 1. Mendels mukotrno štetje njegovih različnih vrst rastlin je razkrilo, da so bila razmerja dovolj blizu tej napovedi, da je lahko ugotovil, da so bile njegove hipoteze pravilne.