2.1

Mendelsche Regeln

 2.1.1
 2.1.2
 2.1.3 

Monohybride dominant-rezessive,
Rückkreuzung, Zahlenverhältnisse; Neukombination bei dihybriden Erbgängen
intermediäre Erbgänge; Mendelsche Regeln

2.2

Meiose und ihre Bedeutung für die Vererbung

 2.2.1
 

Erste Reifeteilung; Paarung und zufällige Verteilung der homologen Chromosomen,
Diploide und haploide Zellen, zweite Reifeteilung

2.3 Vererbung gekoppelter Gene
2.3.1 Kopplungsgruppe, lineare Anordnung der Gene, Crossingover, Genaustausch
2.4  Humangenetik

 2.4.1
 2.4.2
 2.4.3
 2.4.4

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

2.5 Modifikation, Reaktionsnorm
2.6 Methoden der Pflanzenzüchtung; Mais, Weizen

2.7

Glossar klassische Genetik

 

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.

Die 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.

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:

Form der Samen

Farbe der Samen

Farbe der Blüten

Form der
Schoten

Farbe der
Schoten

Position der Blüte

Sproßlänge

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.

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:

Mendel kreuzte violettblühende Gartenerbsen untereinander (brachte die Gameten (= Geschlechtszellen) der Staubbeutel einer Pflanze auf den Stempel einer anderen auf, so daß im Fruchtknoten ein Befruchtung mit der Eizelle stattfand)

 

Elterngeneration
=
Parentalgeneration
P
x
1.Tochtergeneration
=
1. Filialgeneration
F1

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

  • 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: 50% 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 oderReduktionsteilung. 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:

Die 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

Fachbegriff Erläuterung
1
Allel Ausprägungsform 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
Autogamie Inzucht; Kreuzung zwischen nahen Verwandten, z.B. Vater und Tochter
3
Bastard Mischling (= Hybrid); Nachkomme einer Kreuzung
4
dihybrid Ein Erbgang kann z. B. dihybrid sein, d.h. man betrachtet die gleichzeitige Vererbung zweier (= di) Merkmale
5
dominant Eigenschaft eines Allels bei Mischlingen ein anderes Allel ( = rezessiv) zu überdecken
6
Elter ein Elternteil, Singular von Eltern
7
Filialgeneration (=F1) Tochtergeneration, Nachkommen
8
Erbanlage Gen (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
Genotyp die Genkombination von Allelen, die für ein Merkmal verantwortlich sind; z.B: YY für homozygot gelbe Samenfarbe
10
heterozygot Das 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
homozygot Das Merkmal wird bei reinen Rassen durch gleiche Allele bestimmt; z.B. YY bei Pisum sativum mit gelber Samenfarbe
12
Hybrid Mischling (= Bastard); Nachkomme einer Kreuzung
13
Merkmal äußerlich oder innerlich sichtbarer Ausdruck der Erbanlage; z.B. Blütenfarbe violett oder Herstellung des Verdauungsenzyms Pepsin
14
monohybrid Ein Erbgang kann z. B. monohybrid sein, d.h. man betrachtet bei der Vererbung nur ein (= mono) Merkmal
15
Parentalgeneration Elterngeneration
16
Phänotyp Erscheinungsbild 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
rezessiv Eigenschaft eines Allels bei Mischlingen sich durch ein anderes Allel ( = dominant) überdecken zu lassen
 
Abb. 1

Gregor Mendel (1822-84)

 

Carl Correns (1864-1933)

Hugo de Vries (1848-1935)

Erich von Tschermak-Seysenegg
(1871-1962)

 

Abb. 2

Gartenerbse Pisum sativum

 

Abb. 3

Merkmale Pisum sativum

 

Abb. 4

Blüte Pisum sativum

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 5

Erbgang violettblühende Erbse

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 6

Erbgang Erbse mit gelben und grünen Samen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 7

Analyse des Erbgangs: Erbse mit gelben und grünen Samen

 

 

Weiterführende Quellen:
Gregor Mendels Originalarbeit http://www.mendelweb.org/MWpaptoc.html
Mendels Erbsen http://www.jic.bbsrc.ac.uk/germplas/pisum/zgs4f.htm
Klassische Genetik http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookgenintro.html
Morgan Genetik Tutorial http://morgan.rutgers.edu/MorganWebFrames/htmldocs/register.html
Leguminosen http://www.botany.hawaii.edu/faculty/carr/fab.htm
Drosophila Genetik http://vcourseware3.calstatela.edu/
Online Erbsenzüchtung http://www.sonic.net/~nbs/projects/anthro201/exper/
Pflanzengenetik http://cropandsoil.oregonstate.edu/classes/css430/genonwww.htm
Mendel-Genetik http://www.sonic.net/~nbs/projects/anthro201/disc/