12.3: Incroci monoibridi

Panoramica

Negli anni 1850 e 1860, Gregor Mendel studiò l'eredità eseguendo croci monoibride nelle piante di piselli. Attraversò due piante che si riproducono per tratti diversi. Sulla base delle sue osservazioni, Mendel propose che gli organismi ereditano due copie di ogni tratto, una da ogni genitore, e che i tratti dominanti possono nascondere tratti recessivi. Questi risultati hanno costituito la base di due principi fondamentali nella genetica: il Principio di Uniformità e la Legge di Segregazione.

Le croci Monoibride rivelano tratti dominanti e recessivi

Nel corso di otto anni, che si estendevano negli anni 1850 e 1860, un monaco austriaco di nome Gregor Mendel effettuò esperimenti di allevamento seminale con piante di piselli. Questi esperimenti dimostrarono i principi fondamentali dell'eredità, guadagnandosi il soprannome di "padre della genetica moderna". Gli esperimenti di Mendel si sono concentrati su sette caratteristiche della pianta di piselli, ognuna delle quali si è manifestata come uno dei due tratti che sono determinati da un singolo locus genico.

Mendel notò che, quando alcune delle sue piante di pisamo riprodotte dall'autofecondazione, la loro progenie mostrava sempre lo stesso tratto. In altre parole, erano veri e propri allevamenti. Ad esempio, alcune piante con baccelli gialli producevano solo prole con baccelli gialli. Quando incrociate con altre piante che allevavano vere per i baccelli gialli, queste piante producevano anche solo progenie con baccelli gialli. Allo stesso modo, Mendel osservò le piante di piselli che producevano solo prole con baccelli verdi.

A quel tempo, i tratti ereditati erano pensati per essere una certa miscela di caratteristiche parentali. Mendel invece osservò fenotipi discreti, come baccelli verdi e gialli. Egli ha proposto che, piuttosto che i tratti che si mescolano nella prole, i fattori discreti (ora noti come geni) sono ereditati dai genitori e rimangono separati nella prole. Nei casi in cui un tratto salta una generazione, Mendel propose che il tratto visibile mascherasse semplicemente la presenza dell'altro tratto ereditato. In altre parole, l'eredità è articolata, e tratti dominanti nascondono tratti recessivi. Per determinare quale tratto fosse dominante, Mendel condusse croci monoibride. Le croci monoibride combinano due organismi che si differenziano per un unico tratto. Tutti i figli di tali croci sono monoibridi, o eterozigoti, e mostrano il tratto dominante.

Ad esempio, Mendel incrociò piante di piselli che allevavano vere per i baccelli gialli con quelli che allevavano vere per i baccelli verdi per determinare il colore del baccello dominante. Questa generazione parentale (P₀) ha prodotto prole, la prima generazione filiale (F_1),che erano tutti monoibridi con baccelli verdi. Osservando ripetutamente queste scoperte, questi ottenuti indicavano i baccelli verdi come tratto dominante e dimostravano il principio di uniformità di Mendel: gli eterozigoti per un singolo tratto genetico mostrano lo stesso fenotipo.

Gli alleli dei genitori sono distribuiti casualmente ai Gameti

Mendel ha poi indotto l'autofecondazione negli impianti F_1, producendo la generazione di F_2. F₂ piante di piselli con baccelli verdi in inferiorità numerica rispetto a quelle con baccelli gialli di un rapporto di 3:1. Mendel ha ripetutamente osservato questo modello di eredità 3:1 per ciascuna delle sette caratteristiche della pianta di pisone.

La legge di segregazione di Mendel spiega questo rapporto ricorrente. La legge di segregazione afferma che un organismo distribuisce una delle sue due copie genetiche ad ogni gamete (cellula o spermatozoi). È importante sottolineare che questa distribuzione è casuale, in modo tale che un eterozigote (Gg) è ugualmente probabile che produca gameti con alleli dominanti (G) e recessivi (g).

Se un eterozigote auto-fertilizza (Gg x Gg), gli alleli parentali possono combinarsi in quattro modi possibili: paterno G con materna G (GG), paterna G con materna g (Ggpaterna ), g con materna G (Gg), e paterna g con materna g (gg). Tre risultati producono baccelli verdi (genotipi GG e Gg) e uno produce baccelli gialli (genotipo gg), un rapporto 3:1. Pertanto, se tutti i risultati sono ugualmente probabili, gli eterozigoti autofertilizzanti produrranno tre prole con baccelli verdi per ognuno con baccelli gialli. Questo è notevolmente vicino al rapporto fenotipica che Mendel osservò, confermando la sua proposta di legge di segregazione.

I tratti dominanti non sono sempre comuni

A differenza dei baccelli verdi, i piselli verdi sono recessivi, mentre i piselli gialli sono dominanti. Perché, allora, i piselli che incontriamo regolarmente sono verdi? In breve, le persone preferiscono i piselli verdi rispetto a quelli gialli. Come dimostrano gli esperimenti di Mendel, gli omozigoti producono prole con lo stesso tratto, o fenotipo, quando si autofecondavano o si incrociavano con altri omozigoti. Se gli agricoltori continuano ad escludere i piselli gialli dalle loro croci di colture, continueranno a produrre solo piselli verdi. Questo esempio illustra un altro punto importante: i tratti dominanti non sono necessariamente i tratti più comuni. I tratti dominanti dannosi, ad esempio, possono essere selezionati.

- [Istruttore] Usando la pianta dei piselli, Gregor Mendel

eseguì originariamente degli incroci monoibridi

esperimenti di riproduzione tra organismi

con la variante di un singolo tratto,

come il colore del baccello.

Ad esempio, nella generazione genitoriale originale, P0,

un genitore ha tutti i baccelli verdi.

Il suo genotipo è omozigote per l'allele di colore del

bacello verde

rappresentato come G maiuscolo.

L'altro genitore ha solo baccelli gialli

ed è omozigote per l'allele bacello giallo,

indicato con g minuscolo.

All'incrocio, la prima progenie,

la progenie della generazione F1 appare identica,

esprime lo stesso fenotipo di baccelli verdi.

Questo risultato illustra il principio di dominanza

e indica che il verde è il tratto dominante

tra i due colori.

Ora quando le piante della generazione F1

si autofertilizzano,

la loro progenie, le piante F2, ne contengono

alcune con baccelli verdi

mentre altri contengono bacelli gialli

in un rapporto di tre a uno.

Il che conferma che il giallo è davvero il tratto recessivo,

la forma silente riportata dai genitori iniziali.