Monohybridní kříž - Monohybrid cross - Wikipedia

A monohybridní kříž je kříženec mezi dvěma organismy s různými variacemi na jednom sledovaném genetickém chromozomu.[1][2] Znak (y), které jsou studovány v monohybridním kříži, se řídí dvěma nebo více variantami pro jedno místo. K provedení takového křížení je každý rodič vybrán jako homozygotní nebo opravdový chov pro daný vlastnost (místo). Když kříž splňuje podmínky pro monohybridní kříž, je obvykle detekován charakteristickým rozložením druhé generace (F2) potomků, kterým se někdy říká monohybridní poměr.

Obrázek 1: Dědičnost vzoru dominantní (Červené) a recesivní (bílé) fenotypy, když je každý rodič (1) homozygotní pro dominantní nebo recesivní znak. Všichni členové F1 generace jsou heterozygotní a sdílejí stejný dominantní fenotyp (2), zatímco F2 generace vykazuje poměr dominantních k recesivním fenotypům 6: 2 (3).

Používání

Monohybridní kříž se obecně používá k určení dominance vztah mezi dvěma alely. Kříž začíná generací rodičů. Jeden rodič je homozygotní pro jednu alelu a druhý rodič je homozygotní pro druhou alelu. Potomci tvoří první filiálku (F1 ) generace. Každý člen generace F1 je heterozygotní a fenotyp generace F1 vyjadřuje dominantní znak.[3] Křížením dvou členů generace F1 vznikne druhá synovská (F2) generace. Teorie pravděpodobnosti předpovídá, že tři čtvrtiny generace F2 budou mít fenotyp dominantní alely. A zbývající čtvrtina F2 bude mít fenotyp recesivní alely. Tento předpokládaný fenotypový poměr předpokládá 3: 1 Mendelovo dědictví.

Mendelův experiment

Gregor Mendel (1822–1884) byl rakouský mnich, který teoretizoval základní pravidla dědičnosti.[4] V letech 1858 až 1866 choval zahradní hrášek (Pisum sativum ) ve své klášterní zahradě a analyzoval potomky těchto páření. Zahradní hrášek byl vybrán jako experimentální organismus, protože bylo k dispozici mnoho odrůd, které byly vyšlechtěny pro kvalitativní vlastnosti a jejich opylování bylo možné manipulovat. Sedm proměnných charakteristik, které Mendel zkoumal u rostlin hrachu, bylo. [5]

  • struktura semen (kulatá vs vrásčitá)
  • barva semene (žlutá vs. zelená)
  • barva květu (bílá vs fialová)
  • růstový zvyk (vysoký vs trpaslík)
  • tvar lusku (sevřený nebo nafouknutý)
  • barva pod (zelená vs žlutá)
  • poloha květu (axiální nebo koncová)

.[6]Hrách je obvykle opylován, protože tyčinky a plodolisté jsou uzavřeni v okvětních lístcích. Odstraněním tyčinek z nezralých květů mohl Mendel po zrání kartáčovat pyl z jiné odrůdy.[7]

První kříž

Veškerý hrášek vyrobený ve druhé nebo hybridní generaci byl kulatý.

Veškerý hrášek této generace F1 má genotyp Rr. Všechna haploidní sperma a vajíčka produkovaná meiózou obdržela jeden chromozom 7. Všechny zygoty dostaly jednu alelu R (od rodiče s kulatým semenem) a jednu alelu R (od rodiče s vrásčitým semenem). Protože alela R je dominantní alele r, byl fenotyp všech semen kulatý. Fenotypový poměr v tomto případě monohybridního křížení je 1: 1: 1: 1.

P gamety

(kulatý rodič)

RR
P gamety

(vrásčitý rodič)

rRrRr
rRrRr

Druhý kříž

Mendel pak nechal svůj hybridní hrášek samoopylit. Vrásčitá vlastnost - která se u jeho hybridní generace neobjevila - se znovu objevila u 25% nové úrody hrachu.

Náhodné spojení stejného počtu gamet R a r vyprodukovalo generaci F2 s 25% RR a 50% Rr - oba s kulatým fenotypem - a 25% rr s vrásčitým fenotypem.

Gamety F1
Rr
Gamety F1RRRRr
rRrrr

Třetí kříž

Mendel poté umožnil samoopylení některého z každého fenotypu v generaci F2. Jeho výsledky:

  • Všechna vrásčitá semena v generaci F2 produkovala pouze vrásčitá semena v F3.
  • Jedna třetina (193/565) z kulatých semen F1 produkovala pouze kulatá semena v generaci F3, ale dvě třetiny (372/565) z nich produkovaly oba typy semen v F3 a - ještě jednou - v 3: 1 poměr.

Jedna třetina kulatých semen a všechna vrásčitá semena v generaci F2 byla homozygotní a produkovala pouze semena stejného fenotypu.

Ale dvě třetiny kulatých semen v F2 byly heterozygotní a jejich samoopylení produkovalo oba fenotypy v poměru typického křížení F1.

Poměry fenotypu jsou přibližné.[8]Spojení spermií a vajec je náhodné. Jak se velikost vzorku zvětšuje, náhodné odchylky se minimalizují a poměry se blíží teoretickým předpovědím. Tabulka ukazuje skutečnou produkci osiva deseti Mendelovými F1 rostlinami. Zatímco se jeho jednotlivé rostliny značně odchýlily od očekávaného poměru 3: 1, skupina jako celek k tomu přistupovala docela blízko.

KoloVrásčitý
4512
278
247
1916
3211
266
8824
2210
286
257
Celkem: 336Celkem: 107

Mendelova hypotéza

Aby vysvětlil své výsledky, Mendel formuloval hypotézu, která obsahovala následující: V organismu existuje dvojice faktorů, které řídí vzhled dané charakteristiky. (Nazývají se geny.) Organismus zdědí tyto faktory od svých rodičů, jeden od každého. Faktor se přenáší z generace na generaci jako diskrétní, neměnná jednotka. (Faktor r v generaci F2 prošel generací F1 s kulatými semeny. Přesto semena rr v generaci F2 nebyla o nic méně pomačkaná než v generaci P.) Když se vytvoří gamety, faktory se oddělí a jsou distribuovány jako jednotky do každé gamety. Toto tvrzení se často nazývá Mendelovo pravidlo segregace. Pokud má organismus pro charakteristiku dva odlišné faktory (nazývané alely), lze jeden vyjádřit k úplnému vyloučení druhého (dominantní vs. recesivní).

Test hypotézy

Dobrá hypotéza splňuje několik standardů.

  • Mělo by poskytnout přiměřené vysvětlení pozorovaných skutečností. Pokud tento standard splňují dvě nebo více hypotéz, upřednostňuje se jednodušší.
  • Měl by být schopen předvídat nová fakta. Pokud je tedy zevšeobecnění platné, lze z něj odvodit určité konkrétní důsledky.

Aby mohl otestovat svou hypotézu, předpověděl Mendel výsledek šlechtitelského experimentu, který dosud neprovedl. Překročil heterozygotní kulatý hrášek (Rr) s vrásčitým (homozygotní, rr). Předpovídal, že v tomto případě bude polovina vyprodukovaných semen kulatá (Rr) a polovina vrásčitá (RR).

Gamety F1
Rr
P gametyrRrrr
rRrrr

Náhodnému pozorovateli v klášterní zahradě se křížek nelišil od výše popsaného kříže P: hrach s kulatými semeny byl zkřížen s vrásčitými. Mendel však předpovídal, že tentokrát bude produkovat jak kulatá, tak pomačkaná semena, a to v poměru 50:50. Provedl kříž a sklidil 106 kulatých a 101 vrásčitých hrachů.

Mendel testoval svou hypotézu typem zpětný kříž volal a testovací kříž. Organismus má neznámý genotyp, který je jedním ze dvou genotypů (jako RR a Rr), které produkují stejný fenotyp. Výsledek testu identifikuje neznámý genotyp.

Mendel se tím nezastavil. Pokračoval křížením odrůd hrachu, které se lišily šesti dalšími kvalitativními vlastnostmi. Výsledky v každém případě podporovaly jeho hypotézu. Přešel hrach, který se lišil dvěma rysy. Zjistil, že dědictví jednoho znaku bylo nezávislé na dědictví druhého, a tak formuloval své druhé pravidlo: pravidlo nezávislého sortimentu. Dnes je známo, že toto pravidlo se nevztahuje na některé geny genetická vazba.[9]

Viz také

Reference

  1. ^ Solomon, Eldra Pearl; Linda R. Berg; Diana W. Martin (únor 2004). Biologie. Cengage Learning. ISBN  978-0-534-49276-2.
  2. ^ Campbell, Neil A. (2006). Biologie: koncepty a souvislosti. Pearson / Benjamin Cummings. ISBN  978-0-8053-7160-4.
  3. ^ Pierce, Benjamin A. (2014). Genetika: koncepční přístup (5. vydání). [S.l .: s.n.] ISBN  978-1464109461.
  4. ^ Ellis, T.H. Noel; Hofer, Julie M.I .; Timmerman-Vaughan, Gail M .; Coyne, Clarice J .; Hellens, Roger P. (listopad 2011). „Mendel, po 150 letech“. Trendy ve vědě o rostlinách. 16 (11): 590–596. doi:10.1016 / j.tplantts.2011.06.006. PMID  21775188.
  5. ^ Pierce, Benjamin A. (2014). Genetika: koncepční přístup (5. vydání). [S.l .: s.n.] ISBN  978-1464109461.
  6. ^ Reid, James B .; Ross, John J. (01.09.2011). „Mendelovy geny: Směrem k úplné molekulární charakterizaci“. Genetika. 189 (1): 3–10. doi:10.1534 / genetika.111.132118. ISSN  0016-6731. PMC  3176118. PMID  21908742.
  7. ^ Smýkal, Petr; Varshney, Rajeev K .; Singh, Vikas K .; Coyne, Clarice J .; Domoney, Claire; Kejnovský, Eduard; Warkentin, Thomas (07.10.2016). „Od Mendelova objevu na hrášku po dnešní genetiku a šlechtění rostlin“ (PDF). Teoretická a aplikovaná genetika. 129 (12): 2267–2280. doi:10.1007 / s00122-016-2803-2. ISSN  0040-5752. PMID  27717955.
  8. ^ Piegorsch, W. W. (1990-12-01). „Fisherovy příspěvky ke genetice a dědičnosti, se zvláštním důrazem na kontroverzi Gregora Mendela“. Biometrie. 46 (4): 915–924. doi:10.2307/2532437. ISSN  0006-341X. JSTOR  2532437. PMID  2085640.
  9. ^ Fairbanks, D. J .; Rytting, B. (2001-05-01). "Mendelian kontroverze: botanický a historický přehled". American Journal of Botany. 88 (5): 737–752. doi:10.2307/2657027. ISSN  0002-9122. JSTOR  2657027. PMID  11353700.

externí odkazy