x GENETIK Vererbungslehre A C x T C
x = GENETIK Vererbungslehre A C x T = C G T A G G T A C MENDELsche Gesetze Demoversion von Kapitel 2 Genetik © 2013
Inhaltsübersicht 1. Geschichtliches zur Vererbung 2. Grundlagen und Fragestellungen zur Vererbungslehre - Demo 3. Erstes Mendelsches Gesetz - Gesetz der Uniformität 4. Zweites Mendelsches Gesetz - Spaltungsgesetz 5. Intermediärer Erbgang 6. Drittes Mendelsches Gesetz - Unabhängigkeitsregel 7. Rückkreuzung 8. Wissenschaftliche Grundlage der Genetik 9. Chromosomen, DNA und genetischer Code 10. Telomere 11. Mutationen 12. Klonen 13. Epigenetische Mechanismen 14. Begriffe zur Genetik 15. Literaturübersicht Genetik 2/42
2. Grundlagen und Fragestellungen zur Vererbungslehre Wie ging Mendel bei seinen Forschungen vor? Seine erste Frage war: Was geschieht, wenn man eine rotblühende Erbsenpflanze mit einer anderen rotblühenden Erbsenpflanze kreuzt ? Dazu entfernte er alle Staubblätter der einen rotblühenden Erbsenpflanze mit einer kleinen Schere. Dann strich er den Blütenstaub der anderen rotblühenden Erbsenpflanze mit einem feinen Pinsel auf die Narbe der Erbsenpflanze, deren Staubblätter er entfernt hatte. Mit einem Tüllsäckchen verhinderte er, dass Insekten (z. B. Bienen) oder Wind fremden Blütenstaub auf die handbestäubte Narbe trug. Die sich daraus bildende Tochtergeneration zeigte erneut rotblühende Erbsenpflanzen. Eine weitere Frage war: Was aber geschieht, wenn man eine rotblühende mit einer weißblühenden Erbsenpflanze kreuzt? Erneut entfernte er alle Staubgefäße einer rotblühenden Erbsenpflanze. Danach strich er den Blütenstaub einer weißblühenden Erbsenpflanze mit einem feinen Pinsel auf die Narbe der rotblühenden Erbsenpflanze. Auch hier verhinderte er mit einem Tüllsäckchen, dass Insekten oder Wind fremden Blütenstaub auf die Narbe der rotblühenden Erbsenpflanze übertragen konnte. Zu seinem Erstaunen bildeten sich bei der Tochtergeneration erneut nur rotblühenden Erbsenpflanzen. Mendel konnte vieles nicht erklären und führte deshalb seine Kreuzungsversuche weiter und dokumentierte die Ergebnisse sehr gewissenhaft. Mendel verwendete in seinem Buch zur Erklärung die Begriffe „dominierend „ (Merkmale treten hervor) (heute dominant) und „rezessiv“ (Merkmale werden von den dominierenden zurückgedrängt ), die auch in der modernen Genetik Verwendung finden. Genetik 5/42
Was bedeutet dominant? Dominanz ist das Durchsetzen von Erbfaktoren in einer Merkmalsausbildung, wobei sich bei mischerbigem Vorkommen der dominante Erbfaktor gegenüber dem rezessiven durchsetzt. Dominante Erbfaktoren werden in der Genetik immer mit großen Buchstaben symbolisiert (z. B. R ). Im Gegensatz zu den dominanten Erbfaktoren findet man auch die rezessiven Faktoren. Was bedeutet rezessiv ? Rezessiv bedeutet in der Genetik „zurücktretend“ oder „nicht in Erscheinung tretend“. Der Begriff bezieht sich dabei auf ein Merkmal eines Lebewesens, dessen Ausprägung durch ein anderes Merkmal überdeckt wird. Rezessive Erbfaktoren werden in der Genetik immer mit kleinen Buchstaben symbolisiert (z. B. w ). Für die Vererbung sind Chromosomen (Strukturen, die Gene und Erbfaktoren enthalten) verantwortlich. Allgemein werden Gene als Erbanlage bezeichnet, die verschlüsselte Informationen für ein bestimmtes Merkmal des Organismus besitzen, welches sie durch Reproduktion an die Nachkommen weitergeben. Ein Gen ist ein bestimmter Abschnitt auf den Chromosomen, welches an bestimmten Orten dieser Chromosomen zu finden ist und auch als homologe Gene oder Allele bezeichnet wird. Was sind Allele ? Als Allel bezeichnet man eine bestimmte Ausprägung eines Gens, welches sich an einem bestimmten Ort auf einem Chromosom befindet. Variieren diese Grundbausteine geringfügig, können die Merkmale unterschiedlich an die Nachkommen weitergegeben werden. So kann z. B. das Gen, welches für die Farbe einer Blüte verantwortlich ist, in zwei oder mehreren Ausprägungsformen (Allelen) vorkommen. Sind bei einem Organismus alle Allele gleich, egal ob sie dominant oder rezessiv auftreten, spricht der Genetiker von reinerbigen Individuen. Reinerbige (homozygote) Individuen sind in der Biologie so gut wie unmöglich, es sei denn, man bildet sie durch Züchtung im Labor, so wie es Gregor Mendel mit den reinerbig rot- und weißblühenden Erbsenpflanzen getan hat. Genetik 6/42
Betrachten wir zunächst die Kreuzung von zwei dominant rotblühenden Erbsenpflanzen. Die Keimzellen dieser Erbsenpflanzen besitzen nur das Allel R, die Pflanzen sind demnach homozygot. Parentalgeneration Keimzellen mit dem Allel R Elterngeneration x R R homozygot RR Filialgeneration 1 Tochtergeneration 1 F 1 R R R R alle Nachkommen sind wieder homozygot R R Die Erbsenblüten der Tochtergeneration erhalten vom männlichen und vom weiblichen Elternteil jeweils den Erbanteil mit dem Allel R. Das Ergebnis bei der Tochtergeneration sind daher immer rotblühende Erbsenpflanzen mit dem Erbgut R R. Damit entspricht die Filialgeneration 1 (Tochtergeneration 1) genetisch exakt der Parentalgeneration (Elterngeneration). Genetik 7/42
Erbsenpflanzen, die sich in freier Natur entwickeln, sind in ihrem Erbgut fast ausschließlich dominantrezessiv. Ein dominantes Allel wird bei der Vererbung immer weitergegeben, es verdrängt ein Allel, welches als rezessives Allel also „zurücktretend“ oder „nicht in Erscheinung tretend“ in den Keimzellen vorhanden sein kann. Dabei ist eine helle Farbe immer das rezessive Allel, welches zurückgedrängt wird, gegenüber einer dunklen Farbe, die das dominante Allel darstellt. Eine helle Blütenfarbe wird daher als rezessives Merkmal immer „zurücktreten“ sofern ein dominantes Merkmal, eine dunkle Blütenfarbe, in den Keimzellen der Elterngeneration vorhanden ist. Dies führt dann dazu, dass beispielsweise eine rote oder eine weiße Blütenfarbe hervorgerufen wird. und R R w w für die rote Blütenfarbe R R homozygot für die weiße Blütenfarbe w w homozygot Pflanze besitzt nur das Allel mit dem dominanten Merkmal rot R Genetik Pflanze besitzt nur das Allel mit dem rezessiven Merkmal weiß w 8/42
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