Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge

2.1 Mendelsche Regeln

2.1.1 Monohybride dominant-rezessive, intermediäre
Erbgänge

Tausende Jahre lang hatten Bauern und Hirten selektiv ihre Pflanzen und
Tiere gezüchtet, um produktivere Hybriden zu erhalten. Entweder sie
hatten Glück mit ihrer Auswahl oder versuchten es mit einer anderen
Rasse neu. Die tatsächlichen Mechanismen der Vererbung blieben jedoch
bis ins 19. Jahrhundert unbekannt.

gmendel - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre ErbgängeDie Geschichte der Genetik begann vor 144 Jahren,
1856, als Gregor Johann Mendel
(siehe links), ein österreichischer Augustiner-Mönch aus
Brünn seine Experimente mit Erbsen (Pisum sativum)
vorbereitete.
Die Ergebnisse veröffentlichte er 1865 unter dem Titel “Versuche
über Pflanzen-Hybride
“. (Hybride
= Mischlinge)
Dabei führte er 355 Kreuzungen mit 7 Merkmalen
durch und untersuchte 12.980 aus diesen Befruchtungen herangezogenen
Bastarde (= Mischlinge
= Nachkommen).

Die Wissenschaft ignorierte jedoch die darin aufgestellten
Regeln der Vererbung bis ins Jahr 1900, als 3 Forscher unabhängig
voneinander die Gesetze Mendels wiederentdeckten und bestätigten:
der Deutsche Carl Correns, Hugo de
Vries
(Holland) und der Österreicher Erich
von Tschermak-Seysenegg.

correns1 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge
Carl Correns

devries1 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge

Hugo de Vries

tscher1 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge
Erich von Tschermak-Seysenegg

peas - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge

Die Gartenerbse war eine gute Wahl von Mendel, denn sie wuchs schnell,
so daß er in den 8 Jahren seiner Forschungen viele Generationen
beobachten konnte.

Die Pflanze benötigte weiterhin wenig Platz, was es ihm ermöglichte,
große Mengen zu kultivieren.
Wichtig war auch die Tatsache, daß Pisum sativum viele leicht
erkennbare Merkmale aufweist, die jeweils in 2 Ausprägungsformen
vorkommen:

Samenform

Samenfarbe

Blütenfarbe

Schotenform

Schotenfarbe

Position der Blüte

Sproßlänge

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Es gibt deshalb eine große Menge an Varietäten.

Die Gartenerbse gehört zur Familie der Fabaceae
und ist eine zwitterblütige Pflanze, die beide Geschlechtsorgane
aufweist. Sie vermehrt sich meist durch Selbstbefruchtung (= Selbstbestäubung
= Autogamie = Inzucht).Um gezielt verschiedene Varietäten zu kreuzen entfernte Mendel
bei unreifen Blüten die Staubblätter, um so die Autogamie
zu verhindern.
pisum2 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge

Die Leistung Mendels ist um so größer einzuschätzen,
als er kein hochauflösendes Mikroskop zur Verfügung hatte, weder
Meiose kannte noch etwas von DNA und Chromosomen wußte, geschweige
unser genetisches Knowhow des vorigen Kapitels Molekulargenetik hatte.

Für das Verständnis
ist die Tatsache wichtig, daß Mendel seine Experimente mit
reinen Rassen durchführte,
also Erbsenpflanzen, die bezüglich eines betrachteten Merkmals
über Generationen hinweg immer gleich waren.

Beispiel 1:

Elterngeneration
=
Parentalgeneration
P
pis0 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge
x
pis0 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge
Mendel kreuzte violettblühende Gartenerbsen
untereinander (brachte die maennl1 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre ErbgängeGameten
(= Geschlechtszellen) der Staubbeutel
einer Pflanze auf den Stempel einer anderen auf, so daß im
Fruchtknoten ein Befruchtung mit der weibl1 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge
Eizelle stattfand)
1.Tochtergeneration
=
1. Filialgeneration
F1
pis0 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge
und erhielt aus den entstandenen Erbsen (= Samen)
jedesmal wieder violettblühende Nachkommen.

Allgemein nennt man Kreuzungen, bei denen man nur ein
Merkmal
betrachtet eine monohybride
Kreuzung
. Ein Hybrid ist
ein Mischling.

Betrachten wir ein weiteres Kreuzungsbeispiel, das Mendel ausgeführt
hat.

Beispiel 2: Kreuzung
reinrassiger Erbsen mit gelben Samen und grünen
Samen

mhybrid1 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge
  • Erbgang: monohybride
    Kreuzung
  • Merkmal: Samenfarbe
  • Rassen: mit
    gelben und grünen Samen

Mendel erhielt als Ergebnis, daß alle Nachkommen der 1. Tochtergeneration
(F1) alle gelbe Samen hatten.

Kreuzte er die F1 untereinander, war das Verhältnis der Erbsen mit
gelbe Farbe zu denen mit grüner Farbe in der
folgenden Generation (F2) jedoch

3 : 1.

Mendel erkannte, daß dies der Schlüssel zum Verständnis
der Vererbung war!
Kreuzte er Pflanzen der F2-Generation untereinander, erhielt er folgendes
Ergebnis:

f3 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre Erbgänge50% der Pflanzen der F2 ergaben bei Kreuzung
untereinander wieder ein Verhältnis von 3:1. Kreuzung
der Pflanzen mit grünen Samen brachte nur grüne Pflanzen.

25 % der gesamten Nachkommenschaft in der F2 mit gelben Samen lieferte
wieder nur Pflanzen mit gelben Samen.

Aus diesen Experimenten zog er drei Schlußfolgerungen:

  1. Die Vererbung jedes Merkmals beruht auf Einheiten
    oder Faktoren, ( heute sagen wir Gene dazu!), die
    unverändert auf die Nachkommen übertragen werden.
  2. Ein Individuum erbt von jedem Elternteil von
    jeder Erbanlage eine Einheit
  3. Eine Erbanlage braucht in einem Individuum nicht
    sichtbar werden und kann auf die nächste Generation übertragen
    werden.

Schlußfolgerung Nr. 2 bedeutet, daß in den Individuen
von jeder Erbanlage 2 Exemplare enthalten sein müssen, bei der Vererbung
wird jedoch nur eine weitergegeben. Der Vorgang, der die Erbanlagen halbiert
heißt Meiose
oder Reduktionsteilung. Er findet
bei der Gametenbildung statt (siehe Kapitel 2). In einer Geschlechtszelle
ist also von jeder Erbanlage nur 1 Exemplar enthalten.
Wäre das nicht so, würde sich in jeder Generation die Menge
der Erbanlagen verdoppeln. Die F3 hätte schon die 16-fache Menge
an Erbanlagen desselben Typs. Dies ist nie beobachtet worden und würde
irgendwann zum Platzen der Zellen führen.

Schlußfolgerung Nr. 3 bedeutet, daß manche Erbanlagen
andere überdecken oder sich überdecken lassen. Je nach Kombination
treten sie in nachfolgenden Generationen wieder in Erscheinung. Erbanlagen,
die andere überdecken werden als dominant
bezeichnet. Die Erbanlagen, die sich überdecken lassen sind rezessiv.
Man muß also zwischen dem Aussehen des Individuums und der enthaltenen
Erbanlagen- Kombination unterscheiden. Das äußere Erscheinungsbild
von Merkmalen nennt man Phänotyp,
die Erbanlagenkombination heißt
Genotyp
.

Betrachtet man die obige Kreuzung bezüglich der Genotypen, sieht
das so aus:

genotyp1 - Mendelsche Regeln: Monohybride dominant-rezessive, intermediäre ErbgängeDie Parentalgeneration (P) ist reinrassig

(= reinerbig
= homozygot)
bezüglich des Merkmals, also müssen sie je 2 gleiche Ausfertigungen
des Gens haben.

Man spricht vom grünen Allel
und gelben Allel. Das Merkmal
Samenfarbe kommt in 2 phänotypischen Ausprägungsformen vor:
gelb und grün. Die Erbanlage (Gen) für die Herstellung
des Farbstoffs kommt hier in 2 Formen (= Allelen)
vor.

Die F1-Generation ist nicht homozygot wie die Parentalgeneration, sondern
mischerbig (= heterozygot);
Alle Individuen enthalten je eine ” gelbe” Erbanlage vom einen
Elternteil und eine “grüne” Erbanlage vom anderen Elternteil
(= Elter).

In der F2 findet man 25% homozygot gelbsamige Pflanzen,
50% heterozygot gelbsamige und 25% homozygot grünsamige Erbsenpflanzen.

Das phänotypische Aufspaltungsverhältnis
ist also 3 : 1.

Mendel kreuzte die Gartenerbse bezüglich aller 7 Merkmale
und erhielt immer dasselbe, soeben dargelegte Ergebnis. Jeweils 1 Allel
war dominant über das andere, in unserem Fall ist gelbe
Samenfarbe dominant
über grün. Grüne Samenfarbe ist
rezessiv
. Die Erbanlagen vererbten sich unabhängig voneinander
über die Generationen hinweg.
Der Genotyp bei gelbem Erscheinungsbild (=Phänotyp) kann
und YG sein. Wir wollen ab sofort
dominant mit Großbuchstaben
und rezessiv mit kleinen
darstellen, also: YY und Yg.

Fachbegriffe der
klassischen Genetik

FachbegriffErläuterung
1
AllelAusprägungsform einer Erbanlage, eines Gens;
z.B. die Blütenfarbe der Pflanze ist rot, oder blau, also muß
es eine Sorte des Gens für die Herstellung des Farbstoffs für
rot und eine andere Sorte Gen für blau geben.
2
AutogamieInzucht; Kreuzung zwischen nahen Verwandten,
z.B. Vater und Tochter
3
BastardMischling (= Hybrid); Nachkomme einer Kreuzung
4
dihybridEin Erbgang kann z. B. dihybrid sein, d.h. man betrachtet
die gleichzeitige Vererbung zweier (= di)
Merkmale
5
dominantEigenschaft eines Allels bei Mischlingen ein
anderes Allel ( = rezessiv) zu überdecken
6
Elterein Elternteil, Singular von Eltern
7
Filialgeneration (=F1)Tochtergeneration, Nachkommen
8
ErbanlageGen (oder Gene), das (die) einem
Merkmal zugrunde liegt (liegen); für das Vorhandensein des
roten Blutfarbstoffs Hämoglobin muß mindestens ein Gen
auf der DNA (tatsächlich mehrere Gene) verantwortlich sein.
9
Genotypdie Genkombination von Allelen, die für
ein Merkmal verantwortlich sind; z.B: YY für homozygot gelbe
Samenfarbe
10
heterozygotDas Merkmal wird bei Mischlingen durch verschiedene
Allele
bestimmt; z.B. Yg bei
Pisum sativum mit gelber Samenfarbe, da das Allel Y
dominant über g ist.
11
homozygotDas Merkmal wird bei reinen Rassen
durch gleiche Allele bestimmt; z.B. YY
bei Pisum sativum mit gelber Samenfarbe
12
HybridMischling (= Bastard); Nachkomme einer Kreuzung
13
Merkmaläußerlich oder innerlich sichtbarer Ausdruck
der Erbanlage
; z.B. Blütenfarbe violett oder Herstellung
des Verdauungsenzyms Pepsin
14
monohybridEin Erbgang kann z. B. monohybrid sein, d.h. man betrachtet
bei der Vererbung nur ein (= mono)
Merkmal
15
ParentalgenerationElterngeneration
16
PhänotypErscheinungsbild einer Erbanlage; z.B. Die Zellen
der Blütenblätter stellen den Farbstoff rot her (da ihre
DNA das Gen für rot enthält): das Blütenblatt ist rot.
17
rezessivEigenschaft eines Allels bei Mischlingen sich
durch ein anderes Allel ( = dominant) überdecken zu lassen
2.1Mendelsche Regeln
 2.1.1
2.1.2
2.1.3
Monohybride dominant-rezessive,
Rückkreuzung, Zahlenverhältnisse;
Neukombination bei dihybriden Erbgängenintermediäre Erbgänge;
Mendelsche Regeln
2.2Meiose und ihre Bedeutung
für die Vererbung
 2.2.1Erste Reifeteilung; Paarung und zufällige
Verteilung der homologen Chromosomen,

Diploide und haploide Zellen, zweite
Reifeteilung
2.3
2.3.1
Vererbung
gekoppelter Gene

Kopplungsgruppe, lineare Anordnung der Gene,
Crossingover, Genaustausch
2.4
2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.4.4
2.5
2.6
Humangenetik
Vererbung der Blutgruppen, Vererbung
des Geschlechts
, X-Chromosomen gebundene
Vererbung

Analyse und Aufstellen von Stammbäumen
I
, Polygenie, Polyphänie,
Stammbäume II
Genommutation, Trisomien, Klinefelter-,
Turner Syndrom
, Chromosomenmutation,
Genmutation
Eugenik
Modifikation,
Reaktionsnorm
Methoden der Pflanzenzüchtung;
Mais, Weizen
2.7Glossar klassische Genetik
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