Mendelio dėsniai: monohibridinis ir dihibridinis kryžminimas
Taikome molekulinės biologijos žinias, kad suprastume paveldimumą ir šiuolaikines technologijas, kurios keičia mediciną, žemės ūkį ir visą mūsų pasaulį.
Įvadas: paveldimumo mokslo gimimas
Generuojame audio įrašą...
Dirbtinis intelektas skaito jūsų tekstą. Šis procesas gali užtrukti iki minutės.
Jau tūkstančius metų žmonės intuityviai suprato, kad palikuonys paveldi tėvų požymius. Jie kryžmino augalus ir gyvūnus, siekdami išvesti geresnes veisles, tačiau patys paveldimumo mechanizmai buvo visiška paslaptis. Viskas pasikeitė XIX amžiuje, kai Augustijonų vienuolis ir botanikas Gregoras Mendelis savo vienuolyno sode pradėjo kruopščius eksperimentus su žirniais (Pisum sativum).
Mendelis, pritaikęs matematinius ir statistinius metodus biologiniams tyrimams, atrado fundamentalius paveldimumo dėsnius, kurie tapo klasikinės genetikos pagrindu. Nors jo darbai buvo neįvertinti ir pamiršti beveik 40 metų, dabar Mendelis pelnytai vadinamas „genetikos tėvu“.
Šioje pamokoje išsiaiškinsime, kokius principus atrado Mendelis, ir išmoksime taikyti jo dėsnius sprendžiant genetinius uždavinius, kurie yra neatsiejama brandos egzamino dalis.
Mendelio sėkmės paslaptys ir pagrindinės sąvokos
Generuojame audio įrašą...
Dirbtinis intelektas skaito jūsų tekstą. Šis procesas gali užtrukti iki minutės.
Kodėl Mendeliui pavyko tai, ko nepavyko kitiems? Jo sėkmę lėmė keli esminiai pasirinkimai:
- Tinkamas tyrimo objektas: Žirniai greitai auga, turi daug palikuonių ir pasižymi aiškiais, alternatyviais požymiais (pvz., žiedai balti ARBA violetiniai, o ne tarpinės spalvos).
- Kontroliuojamas kryžminimas: Žirniai natūraliai savidulkiai, bet Mendelis galėjo atlikti ir kryptingą kryžmadulką, perkeldamas žiedadulkes nuo vieno augalo ant kito.
- Kiekybinė analizė: Jis ne tik stebėjo, bet ir skaičiavo palikuonis su skirtingais požymiais, ieškodamas matematinių dėsningumų.
- Tyrimas po vieną požymį: Pradžioje jis tyrė tik vieno požymio paveldėjimą, o tik vėliau – kelių.
Būtinos sąvokos
Prieš gilinantis į dėsnius, būtina išsiaiškinti pagrindinius genetikos terminus.
| Terminas | Apibrėžimas |
|---|---|
| Genas | DNR atkarpa, lemianti tam tikrą požymį (pvz., žiedo spalvos genas). |
| Alelis | Viena iš kelių alternatyvių geno formų (pvz., violetinės spalvos alelis A arba baltos spalvos alelis a). |
| Genotipas | Visuma organizmo genų (alelių rinkinys), lemiantis tam tikrą požymį (pvz., AA, Aa arba aa). |
| Fenotipas | Išoriškai pasireiškiantys organizmo požymiai, kuriuos lemia genotipas ir aplinka (pvz., violetiniai žiedai, balti žiedai). |
| Homozigotinis | Organizmas, turintis du vienodus tam tikro geno alelius (pvz., AA – dominuojanti homozigota, aa – recesyvinė homozigota). |
| Heterozigotinis | Organizmas, turintis du skirtingus tam tikro geno alelius (pvz., Aa). |
| Dominantinis alelis | Alelis, kurio lemiamas požymis pasireiškia ir homozigotinėje (AA), ir heterozigotinėje (Aa) būsenoje. Žymimas didžiąja raide. |
| Recesyvinis alelis | Alelis, kurio lemiamas požymis pasireiškia tik homozigotinėje (aa) būsenoje. Heterozigotinėje būsenoje jį „nustelbia“ dominantinis alelis. Žymimas mažąja raide. |
| P karta | Tėvinė (parentalinė) karta – pradiniai kryžminami individai. |
| F₁ karta | Pirmoji palikuonių (filialinė) karta. |
| F₂ karta | Antroji palikuonių karta (gauta sukryžminus F₁ individus). |
Monohibridinis kryžminimas ir pirmasis Mendelio dėsnis
Generuojame audio įrašą...
Dirbtinis intelektas skaito jūsų tekstą. Šis procesas gali užtrukti iki minutės.
Monohibridinis kryžminimas – tai kryžminimas, kurio metu tėviniai organizmai skiriasi tik vienu tiriamu požymiu (pvz., žiedų spalva).
Mendelis sukryžmino grynaveislius (homozigotinius) violetinžiedžius žirnius (AA) su grynaveisliais baltažiedžiais (aa).
- P karta: AA (violetiniai) x aa (balti)
- F₁ karta: Visi palikuonys buvo violetinžiedžiai (Aa).
Iš šio rezultato Mendelis suformulavo Pirmąjį dėsnį (Vienodumo taisyklę):
Kryžminant homozigotinius individus, kurie skiriasi viena alternatyvių požymių pora, visi pirmos kartos (F₁) hibridai yra vienodi (tiek genotipiškai, tiek fenotipiškai).
Baltos spalvos požymis F₁ kartoje nedingo, jis tik buvo nustelbtas. Tada Mendelis leido F₁ kartos hibridams apsidulkinti.
- F₁ kryžminimas: Aa (violetiniai) x Aa (violetiniai)
- F₂ karta: Palikuonių fenotipų santykis buvo maždaug 3 violetinžiedžiai : 1 baltažiedis.
Šis rezultatas leido suformuluoti Antrąjį Mendelio dėsnį (Požymių išsiskyrimo dėsnį):
Kryžminant F₁ kartos hibridus, antroje palikuonių kartoje (F₂) požymiai išsiskiria tam tikru santykiu: fenotipų santykis yra 3:1, o genotipų santykis yra 1:2:1 (1 AA : 2 Aa : 1 aa).
Šis dėsnis įrodo, kad paveldimumo vienetai (aleliai) nesusilieja, o išlieka diskretūs ir perduodami palikuonims.
Puneto lentelė
Tai paprastas būdas prognozuoti kryžminimo rezultatus. Lentelės viršuje ir šone surašomos tėvų gametos, o langeliuose – galimi palikuonių genotipai.
F₁ x F₁ kryžminimo Puneto lentelė:
| A | a | |
|---|---|---|
| A | AA | Aa |
| a | Aa | aa |
- Genotipų santykis: 1 AA : 2 Aa : 1 aa
- Fenotipų santykis: 3 violetiniai (AA, Aa) : 1 baltas (aa)
Dihibridinis kryžminimas ir trečiasis Mendelio dėsnis
Generuojame audio įrašą...
Dirbtinis intelektas skaito jūsų tekstą. Šis procesas gali užtrukti iki minutės.
Dihibridinis kryžminimas – tai kryžminimas, kurio metu tėviniai organizmai skiriasi dviem tiriamų požymių poromis (pvz., sėklų spalva ir sėklų forma).
Mendelis kryžmino žirnius, turinčius geltonas ir lygias sėklas (GGLL – dviguba dominuojanti homozigota), su žirniais, turinčiais žalias ir raukšlėtas sėklas (ggll – dviguba recesyvinė homozigota).
- P karta: GGLL (geltoni, lygūs) x ggll (žali, raukšlėti)
- F₁ karta: Visi palikuonys buvo geltoni ir lygūs (GgLl).
Tada Mendelis sukryžmino F₁ hibridus tarpusavyje (GgLl x GgLl). Šie hibridai gali sudaryti keturių tipų gametas: GL, Gl, gL, gl.
Atlikus kryžminimą (naudojant 4x4 Puneto lentelę), F₂ kartoje pasireiškė keturi skirtingi fenotipai santykiu 9:3:3:1:
- 9 dalys: geltoni, lygūs (dominantinis-dominantinis)
- 3 dalys: geltoni, raukšlėti (dominantinis-recesyvinis)
- 3 dalys: žali, lygūs (recesyvinis-dominantinis)
- 1 dalis: žali, raukšlėti (recesyvinis-recesyvinis)
Šis rezultatas parodė, kad sėklų spalvos ir formos požymiai paveldami nepriklausomai vienas nuo kito. Tai leido suformuluoti Trečiąjį Mendelio dėsnį (Nepriklausomo požymių paveldėjimo dėsnį):
Kryžminant individus, kurie skiriasi dviem ar daugiau požymių porų, aleliai, lemiantys skirtingus požymius, į gametas patenka ir palikuonyse kombinuojasi nepriklausomai vienas nuo kito.
Svarbi pastaba: Šis dėsnis galioja tik tiems genams, kurie yra skirtingose chromosomose arba toje pačioje chromosomoje, bet labai toli vienas nuo kito. Genams, esantiems arti vienas kito toje pačioje chromosomoje, galioja sankibos reiškinys (aptarsime vėliau).
Praktikumas: Paveldimumo dėsnių modeliavimas
Generuojame audio įrašą...
Dirbtinis intelektas skaito jūsų tekstą. Šis procesas gali užtrukti iki minutės.
Teorijos taikymas sprendžiant uždavinius – geriausias būdas įtvirtinti žinias. Išbandykite šį interaktyvų modelį, kuriame galėsite patys atlikti monohibridinį ir dihibridinį kryžminimą ir patikrinti, ar gaunami rezultatai atitinka Mendelio dėsnius.
Užduotis: tapkite genetikais
- Interaktyvus modelis: Monohibridinis ir dihibridinis kryžminimas
- Ką darysite? Pasirinksite tėvinių organizmų genotipus, sudarysite Puneto lentelę ir stebėsite palikuonių genotipų bei fenotipų pasiskirstymą.
- Tikslas: Praktiškai pritaikyti Mendelio dėsnius, išmokti teisingai sudaryti Puneto lenteles ir prognozuoti kryžminimo rezultatus.
Vaizdo santrauka: Paveldimumas
Šis „CrashCourse“ epizodas aiškiai ir greitai apžvelgia pagrindinius Mendelio atradimus – nuo jo eksperimentų su žirniais iki fundamentalių paveldimumo dėsnių. Tai puikus būdas apibendrinti ir prisiminti svarbiausias šios pamokos sąvokas.
Dauguma vaizdo įrašų yra įgarsinti angliškai, bet visuose galima įjungti lietuviškus subtitrus.
1. Įsijunkite vaizdo įrašą.
2. Spauskite mygtuką, kuris yra video langelio apačioje dešinėje pusėje, kol ekrane matote, jog rodomas tekstas.
2. Atverkite nustatymus paspaudus prie pat esantį mygtuką.
4. Spauskite Subtitrai/CC (arba Subtitles/CC).
5. Pasirinkite lietuvių kalbą, jeigu toks pasirinkimas yra. Jeigu ne, apačioje pasirinkite Automatinis vertimas (Auto-translate).
6. Pasirinkite lietuvių kalbą (kitaip – Lithuanian).
Klasikinės genetikos terminų žodynas
Biologijos mokslo šaka, tirianti paveldimumą ir kintamumą.
Organizmų savybė perduoti genetinę informaciją, požymius ir vystymosi ypatumus palikuonims.
Pagrindinis paveldimumo vienetas; DNR seka, koduojanti specifinį funkcinį produktą (baltymą ar RNR).
Viena iš alternatyvių geno formų, esanti toje pačioje chromosomos vietoje (lokuse).
Organizmo alelių rinkinys, lemiantis tam tikrą požymį ar visus požymius.
Stebimos organizmo savybės ir požymiai, susidarantys sąveikaujant genotipui ir aplinkai.
Alelis, kurio lemiamas požymis pasireiškia ir homozigotinėje, ir heterozigotinėje būsenoje.
Alelis, kurio lemiamas požymis pasireiškia tik homozigotinėje būsenoje.
Individas, turintis du vienodus alelius tam tikrame lokuse (pvz., AA arba aa).
Individas, turintis du skirtingus alelius tam tikrame lokuse (pvz., Aa).
Specifinė geno vieta chromosomoje.
Organizmai, kurie per kelias kartas savidulkos būdu duoda vienodus palikuonis pagal tiriamą požymį. Jie yra homozigotiniai.
Palikuonis, gautas sukryžminus genetiškai skirtingus tėvus.
Kryžminimas, kurio metu analizuojamas vieno požymio paveldėjimas.
Kryžminimas, kurio metu analizuojamas dviejų požymių paveldėjimas.
Diagrama, naudojama prognozuoti palikuonių genotipų ir fenotipų santykius.
Kryžminant homozigotus, visi F₁ hibridai yra vienodi.
Kryžminant hibridus, F₂ kartoje požymiai išsiskiria santykiu 3:1 (fenotipai) ir 1:2:1 (genotipai).
Genai, esantys skirtingose chromosomose, paveldimi nepriklausomai vienas nuo kito.
Individo, kurio genotipas nežinomas, kryžminimas su recesyvine homozigota (aa). Naudojamas siekiant nustatyti tiriamojo individo genotipą.
Apibrėžimų nėra.
Paruošta užbaigimui!
Sveikiname! Užbaigėte visas užduotis šiame mokymosi rinkinyje. Gaukite 100 XP taškų už savo darbą.
Svarbu žinoti:
Kai užbaigsite mokymosi rinkinį, jo nebegalėsite "atbaigti". XP taškai bus pridėti prie jūsų profilio iš karto.
Mokymosi rinkinys užbaigtas
Jūs sėkmingai gavote 100 XP taškų už šį mokymosi rinkinį.
Tęskite mokymąsi
Norėdami gauti XP taškus, užbaikite visas interaktyvias užduotis šioje pamokoje.
% užbaigta
Ką reikia padaryti:
- • Perskaitykite visą pamokos turinį
- • Atsakykite į refleksijos klausimus
- • Palikite komentarą diskusijos temoms
- • Užbaikite visus testus ir praktinius darbus