Sisältö
- Perinnön ymmärtäminen 1800-luvun puolivälissä
- Hernekasvien ominaisuudet tutkittu
- Hernekasvien pölytys
- Mendelsin ensimmäinen koe
- Mendels-sukupolven arviointi: P, F1, F2
- Mendels-tulokset (ensimmäinen koe)
- Mendels perinnöllisyysteoria
- Monohybrid ristitulokset selitettiin
- Mendelsin toinen koe
- Yhdistetyt geenit kromosomeissa
- Mendelian perintö
Gregor Mendel oli 1800-luvun genetiikan edelläkävijä, joka muistetaan nykyään melkein kokonaan kahdesta asiasta: munkkina olemisesta ja hernekasvien eri piirteiden opiskelemisesta säälimättömästi. Mendel syntyi vuonna 1822 Itävallassa, ja hänet kasvatettiin tilalla ja hän osallistui Wienin yliopistoon Itävallan pääkaupungissa.
Siellä hän opiskeli tiedettä ja matematiikkaa, pariksi, joka osoittautuu korvaamattomaksi hänen tuleville pyrkimyksilleen, joita hän suoritti kahdeksan vuoden ajan kokonaan luostarissa, jossa hän asui.
Sen lisäksi, että Mendel opiskeli muodollisesti luonnontieteitä yliopistossa, hän työskenteli puutarhurina nuoruudessaan ja julkaisi tutkimuspapereita, jotka koskivat hyönteisten satovaurioita, ennen kuin aloittivat nykyään kuuluisan työn Pisum sativum, yleinen hernekasvi. Hän ylläpitää luostarin kasvihuoneita ja tunsi keinotekoiset lannoitusmenetelmät, joita tarvitaan rajattomien määrän hybridi-jälkeläisten luomiseksi.
Mielenkiintoinen historiallinen alaviite: Mendels kokeilee ja visionäärisen biologin kokemuksia Charles darwin molemmat päällekkäin suuressa määrin, jälkimmäinen ei koskaan oppinut Mendels-kokeista.
Darwin muotoili perintöideoitaan tuntematta Mendelsin perusteellisesti yksityiskohtaisia ehdotuksia kyseessä olevista mekanismeista. Nämä ehdotukset ovat edelleen informaatiota biologisen perinnön kentästä 2000-luvulla.
Perinnön ymmärtäminen 1800-luvun puolivälissä
Perustutkinnon kannalta Mendelillä oli erinomaiset mahdollisuudet tehdä merkittävä läpimurto genetiikan tuolloin kaikessa, mutta ei-olevassa kentässä, ja häntä siunattiin sekä ympäristöllä että kärsivällisyydellä saada aikaan se, mitä hän tarvitsi tehdä. Mendel lopulta kasvatti ja opiskeli lähes 29 000 hernekasvia vuosina 1856 - 1863.
Kun Mendel aloitti työskentelynsä hernekasveilla, tieteellinen perinnöllisyyskäsitys juurtui sekoitetun perinnön käsitteeseen, jonka mukaan vanhempien piirteet sekoitettiin jotenkin jälkeläisiin erivärisillä maaleilla, mikä antoi tuloksen, joka ei ollut aivan äiti ja ei aivan isä joka kerta, mutta se muistutti selvästi molempia.
Mendel oli epävirallisista kasvien havainnoistaan intuitiivisesti tietoinen siitä, että jos tälle ajatukselle olisi mitään ansioita, se ei varmasti kosketa kasvitieteellistä maailmaa.
Mendel ei ollut kiinnostunut hernekasviensa ilmestymisestä sinänsä. Hän tutki niitä ymmärtääkseen, mitkä ominaisuudet voitaisiin siirtää tuleville sukupolville ja miten tämä tapahtui toiminnallisella tasolla, vaikka hänellä ei olisi kirjaimellisia työkaluja nähdäkseen, mitä tapahtui molekyylitasolla.
Hernekasvien ominaisuudet tutkittu
Mendel keskittyi eri ominaisuuksiin tai hahmoihin, että hän huomasi hernekasveja esillä binaarisesti. Eli yksittäinen kasvi voi näyttää joko tietyn ominaisuuden version A tai version tämän ominaisuuden B, mutta ei mitään niiden välissä. Esimerkiksi joillakin kasveilla oli "paisutettuja" hernepalkoja, kun taas toiset näyttivät "puristuksilta" ilman epäselvyyttä, mihin luokkaan tietyt kasvien palot kuuluivat.
Seitsemän ominaisuutta, jotka Mendel tunnistettiin hyödyllisiksi tavoitteilleen, ja niiden erilaiset ilmenemismuodot olivat:
Hernekasvien pölytys
Hernekasvit voivat pölyttää itse ilman ihmisten apua. Niin hyödyllinen kuin tämä on kasveille, se lisäsi komplikaation Mendels-työhön. Hänen piti estää tämä tapahtumasta ja sallia vain ristitöiden pölytyksen (eri kasvien välisen pölytyksen), koska itsepölyttäminen kasvi, joka ei vaihtele annetun ominaisuuden mukaan, ei tarjoa hyödyllistä tietoa.
Toisin sanoen hänen piti valvoa, mitkä ominaisuudet voivat näkyä kasvatetuissa kasveissa, vaikka hän ei tietäisi etukäteen tarkalleen, mitkä niistä ilmenevät ja missä suhteessa.
Mendelsin ensimmäinen koe
Kun Mendel alkoi laatia konkreettisia ideoita siitä, mitä hän toivoi testata ja tunnistaa, hän kysyi itseltään useita peruskysymyksiä. Esimerkiksi, mitä tapahtuisi, kun kasvit, jotka olivat tosi-jalostukseen samojen piirteiden eri versioiden ristipölytykset?
"Todellisella jalostuksella" tarkoitetaan kykyä tuottaa yhden ja vain yhden tyyppisiä jälkeläisiä, kuten esimerkiksi silloin, kun kaikki tytärkasvit ovat pyöreän siemenen tai akselin kukkaisia. tosi linja ei osoita vaihtelua kyseessä olevalle piirteelle teoreettisesti äärettömässä lukumäärässä sukupolvia, ja myös silloin, kun kaavion kaikkia valittuja kasveja kasvatetaan keskenään.
Jos ajatus sekoitetusta perinnöstä olisi pätevä, esimerkiksi korkeiden varren kasvien rivin sekoittamisen lyhytvarsisilla kasveilla pitäisi johtaa joihinkin korkeisiin kasveihin, joihinkin lyhyisiin kasveihin ja kasveihin välin korkeusspektrillä, mieluummin kuin ihmisiin . Mendel sai kuitenkin tietää, ettei tätä tapahtunut lainkaan. Tämä oli sekä hämmentävää että jännittävää.
Mendels-sukupolven arviointi: P, F1, F2
Kun Mendelillä oli kaksi kasvisarjaa, jotka erottuivat vain yhdestä piirteestä, hän suoritti monen sukupolven arvioinnin yrittääkseen seurata ominaisuuksien siirtymistä useiden sukupolvien läpi. Ensinnäkin terminologia:
Tätä kutsutaan a yksihybridinen risti: "mono", koska vain yksi ominaisuus vaihteli, ja "hybridi", koska jälkeläiset edustivat kasvien seosta tai hybridisaatiota, koska yhdellä vanhemmilla on yksi ominaisuuden versio, kun taas toisella oli toinen versio.
Esillä olevassa esimerkissä tämä ominaisuus on siemenmuoto (pyöreä vs. ryppyinen). Voitaisiin käyttää myös kukan väriä (valkoinen vs. purppura) tai siemenväriä (vihreä tai keltainen).
Mendels-tulokset (ensimmäinen koe)
Mendel arvioi kolmen sukupolven geneettiset ristit periytyvyysaste ominaisuuksien sukupolvien välillä. Kun hän katsoi jokaista sukupolvea, hän huomasi, että kaikille seitsemälle hänen valitulle ominaisuudelle syntyi ennustettavissa oleva malli.
Esimerkiksi, kun hän kasvatti oikein jalostuvia pyöreän siemenkasveja (P1) todellisen jalostuksen ryppyisillä kasveilla (P2):
Tämä johti käsitteeseen hallitseva piirteet (tässä, pyöreät siemenet) ja väistyvä piirteet (tässä tapauksessa ryppyiset siemenet).
Tämä tarkoitti, että kasvit fenotyyppi (mistä kasvit oikeasti näyttivät) eivät heikentäneet tiukasti niiden vaikutelmaa genotyyppi (tieto, joka todella oli jotenkin koodattu kasveihin ja siirretty seuraaville sukupolville).
Mendel tuotti sitten joitain muodollisia ideoita selittääkseen tämän ilmiön, sekä periytyvyysmekanismin että hallitsevan piirteen matemaattisen suhteen recessiiviseen ominaisuuteen missä tahansa tilanteessa, jossa alleeliparien koostumus on tiedossa.
Mendels perinnöllisyysteoria
Mendel laati perinnöllisyysteorian, joka koostui neljästä hypoteesista:
Viimeinen näistä edustaa erottelulaki, edellyttäen, että kunkin ominaisuuden alleelit erottuvat satunnaisesti sukusoluiksi.
Nykyään tutkijat tunnustavat, että P-kasvit, jotka Mendel olivat "kasvataneet totta", olivat homotsygoottinen tutkitulle piirteelle: Heillä oli kaksi kopiota samasta alleelista kyseessä olevassa geenissä.
Koska pyöreä oli selvästi hallitseva ryppyisen suhteen, sitä voidaan edustaa RR: llä ja rr: llä, koska isot kirjaimet tarkoittavat määräävää asemaa ja pienet kirjaimet osoittavat recessive-piirteitä. Kun molemmat alleelit ovat läsnä, hallitsevan alleelin ominaisuus ilmeni sen fenotyypissä.
Monohybrid ristitulokset selitettiin
Edellä esitetyn perusteella kasvissa, jolla on genotyyppi RR siemenmuodossa olevassa geenissä, voi olla vain pyöreitä siemeniä, ja sama pätee Rr-genotyyppiin, koska "r" -alleeli on naamioitu. Vain rr-genotyypillä olevilla kasveilla voi olla ryppyisiä siemeniä.
Ja varmasti, genotyyppien neljä mahdollista yhdistelmää (RR, rR, Rr ja rr) tuottavat 3: 1 fenotyyppisuhteen, noin kolmella pyöreiden siementen kasveilla jokaisella ryppyisillä siemenillä.
Koska kaikki P-kasvit olivat homotsygoottisia, RR pyöreiden siementen kasveille ja rr ryppyisille siemenille, kaikilla F1-kasveilla voi olla vain genotyyppi Rr. Tämä tarkoitti, että vaikka kaikilla niissä oli pyöreitä siemeniä, he kaikki olivat kantajia taantuvalle alleelille, joka voi siten esiintyä seuraavissa sukupolvissa segregaatiolain ansiosta.
Juuri näin tapahtui. Kun otetaan huomioon F1-kasvit, joilla kaikilla oli Rr-genotyyppi, niiden jälkeläisillä (F2-kasveilla) voi olla mikä tahansa neljästä edellä luetellusta genotyypistä. Suhteet eivät olleet tarkalleen 3: 1 johtuen sukusolujen parien satunnaisuudesta hedelmöityksessä, mutta mitä enemmän jälkeläisiä tuotettiin, sitä lähempänä suhdetta tuli tarkalleen 3: 1.
Mendelsin toinen koe
Seuraavaksi Mendel loi dihybrid ristit, jossa hän tarkasteli kahta ominaisuutta kerralla eikä vain yhtä. Vanhemmat olivat edelleen totuudenmukaisia molemmille ominaisuuksille, esimerkiksi pyöreät siemenet vihreillä palkoilla ja ryppyiset siemenet keltaisilla palkoilla, joissa vihreä hallitsee keltaista. Vastaavat genotyypit olivat siis RRGG ja rrgg.
Kuten aikaisemmin, kaikki F1-kasvit näyttivät vanhemmilta, joilla oli molemmat hallitsevat piirteet. F2-sukupolven neljän mahdollisen fenotyypin (pyöreä vihreä, pyöreä keltainen, ryppyinen vihreä, ryppyinen keltainen) suhteet osoittautuivat 9: 3: 3: 1
Tämä herätti Mendelsin epäilystä siitä, että erilaiset piirteet olivat peritty toisistaan riippumatta, mikä johti hänet positioimaan itsenäisen valikoiman laki. Tämä periaate selittää, miksi sinulla saattaa olla sama silmäväri kuin yhdellä sisaruksellasi, mutta erilainen hiusväri; kukin ominaisuus syötetään järjestelmään tavalla, joka on sokea kaikille muille.
Yhdistetyt geenit kromosomeissa
Nykyään tiedämme, että todellinen kuva on hiukan monimutkaisempi, koska itse asiassa geenit, jotka sattuvat olemaan fysikaalisesti lähellä toisiaan kromosomeissa, voidaan periytyä yhdessä kromosomivaihdon ansiosta sukusolujen muodostumisen aikana.
Todellisessa maailmassa, jos tarkastellaan rajoitettuja maantieteellisiä alueita Yhdysvalloissa, odottaa löytäväsi enemmän New York Yankees- ja Boston Red Sox -faneja läheisyydessä kuin joko Yankees-Los Angeles Dodgers-faneja tai Red Sox-Dodgers -faneja samassa alueella, koska Boston ja New York ovat lähellä toisiaan ja molemmat ovat lähellä 3000 mailin päässä Los Angelesista.
Mendelian perintö
Kuten tapahtuu, kaikki piirteet eivät noudata tätä perintökuviota. Mutta niitä, jotka tekevät, kutsutaan Mendelian piirteet. Palatessaan yllä mainittuun dihybridiristiin, on olemassa kuusitoista mahdollista genotyyppiä:
RRGG, RRgG, RRGg, RRgg, RrGG, RrgG, RrGg, Rrgg, rRGG, rRgG, rRGg, rRgg, rrGG, rrGg, rrgG, rrgg
Kun selvität fenotyyppejä, huomaat, että todennäköisyysaste on
pyöreä vihreä, pyöreä keltainen, ryppyinen vihreä, ryppyinen keltainen
osoittautuu 9: 3: 3: 1. Mendels, joka huolellisesti laski eri kasvilajejaan, paljasti, että suhteet olivat riittävän lähellä tätä ennustetta, jotta hän voisi päätellä, että hänen hypoteesinsa olivat oikeat.