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12.2: Punnett-Quadrate
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Punnett Squares
 
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12.2: Punnett Squares

12.2: Punnett-Quadrate

Overview

A Punnett square displays the possible genotypes offspring can inherit from two parental genotypes. If a trait’s inheritance pattern (e.g., dominant or recessive) is known, Punnett squares can also be used to determine the probability of inheriting a phenotype. Punnett squares are applicable in situations where trait inheritance is determined by a single gene locus and traits are independently inherited. However, they cannot predict trait probabilities for more complex genetic inheritance scenarios.

Punnett Squares Display the Likelihood of Inheriting One or More Traits

Punnett squares are visual representations that display possible offspring genotypes resulting from a cross between two parental genotypes. They can depict inheritance of one or multiple phenotypes, or traits, although other tools are more appropriate for investigating the inheritance of more than two traits.

Punnett squares can be used to determine the likelihood of offspring inheriting a specific genotype, or pair of alleles causing a particular characteristic (i.e., phenotype or trait), provided that the phenotype is caused by a single gene locus and is independently assorted during meiosis. In other words, Punnett squares are useful for determining inheritance probabilities in scenarios where the likelihood of inheriting one trait does not affect the probability of inheriting another. Although there are many exceptions to these assumptions (e.g., traits encoded by neighboring genes on the same chromosome), these qualifiers hold true for many plant and animal traits.

Mendel’s Experiments Inspired the Creation of the Punnett Square

Punnett squares were created in the early 1900s by Reginald Punnett, several decades after Gregor Mendel’s ground-breaking pea plant experiments revealed the fundamental laws of inheritance. Today, Punnett squares are often used to illustrate the principles underlying Mendel’s experiments.

Mendel studied the inheritance of several pea plant characteristics, including pea and pod shape and color, flower color and position, and plant size. Mendel also examined inherited traits for each characteristic. For example, purple and white are possible traits for the flower color characteristic. In pea plants, purple and white flowers are determined by distinct gene variants, or alleles, at the flower color gene locus.

Punnett Squares Are Grids That Organize Genetic Information

Each box in a Punnett square represents a possible fertilization event, or offspring genotype, arising from two parental gametes. Punnett squares are typically arranged in 2x2 or 4x4 configurations to visualize inheritance of one or two traits, respectively.

Regarding nomenclature, alleles are indicated by the first letter of the trait caused by the dominant allele. For example, because yellow is the dominant pea color trait, alleles encoding pea color are denoted with the italicized letter ‘y.’ Uppercase and lowercase letters represent dominant and recessive alleles, respectively. Thus, Y represents the dominant yellow allele and y denotes the recessive green allele.

To create a 2x2 Punnett square examining one trait, one parental genotype is listed above the diagram, with one allele over each column. The other parental genotype is displayed vertically to the left of the diagram, with one allele next to each row. Each Punnett square box contains the two parental alleles (one from each parent) corresponding to the box’s row and column, representing one possible fertilization outcome. The full Punnett square contents can be used to determine the likelihood of offspring inheriting a particular trait.

Punnett Squares Are Informative Tools for Genetic Counselors and Breeders

Despite being created over 100 years ago, Punnett squares still have several relevant applications. For a couple receiving genetic counseling, Punnett squares can help determine their child’s risk of an inherited disease. For example, if one parent has cystic fibrosis (two recessive, causal alleles) and the other neither has nor carries it, their child will be a carrier (i.e., have one causal allele) but have no risk of cystic fibrosis. Punnett squares can also help animal and plant breeders select organisms with specific traits for continued breeding.

Although Punnett squares are useful in many contexts, they cannot accurately depict complex genetic inheritance. For example, traits encoded by neighboring genes on the same chromosome are often inherited together from one parent, a phenomenon called linkage. These traits are not independently assorted, so a Punnett square cannot accurately predict their inheritance patterns. Some traits, like height, are inappropriate for Punnett squares because they are determined by several genes and affected by environmental conditions (e.g., diet). Punnett squares are also ineffective at predicting heredity of traits acquired from only one parent.

Überblick

Ein Punnett-Quadrat zeigt die möglichen Genotypen, die Nachkommen von zwei elterlichen Genotypen erben können. Wenn das Vererbungsmuster eines Merkmals (z.B. dominant oder rezessiv) bekannt ist, können Punnett-Quadrate auch zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeit der Vererbung eines Phänotyps verwendet werden. Punnett-Quadrate sind in Situationen einsetzbar, in denen die Vererbung von Merkmalen durch einen einzelnen Genlocus bestimmt wird und Merkmale unabhängig voneinander vererbt werden. Sie können jedoch nicht die Wahrscheinlichkeit von Merkmalen für komplexere genetische Vererbungsszenarien voraussagen.

Punnett-Quadrate zeigen die Wahrscheinlichkeit der Vererbung einer oder mehrerer Eigenschaften an

Punnett-Quadrate sind visuelle Darstellungen, die mögliche Nachkommen-Genotypen, die aus einer Kreuzung zweier elterlicher Genotypen resultieren, darstellen. Sie können die Vererbung von einem oder mehreren Phänotypen oder Merkmalen darstellen. Andere Werkzeuge sind jedoch besser geeignet, wenn es darum geht, die Vererbung von mehr als zwei Merkmalen zu untersuchen.

Punnett-Quadrate können verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass Nachkommen einen bestimmten Genotyp oder ein Paar von Allelen erben, die ein bestimmtes Merkmal (d.h. Phänotyp oder Merkmal) verursachen. Hierbei wird vorausgesetzt, dass der Phänotyp durch einen einzelnen Genlocus verursacht wird und während der Meiose unabhängig voneinander sortiert wird. Punnett-Quadrate sind also nützlich zur Bestimmung von Vererbungswahrscheinlichkeiten in Szenarien, in denen die Wahrscheinlichkeit, ein Merkmal zu erben, die Wahrscheinlichkeit, ein anderes zu erben, nicht beeinflusst. Obwohl es viele Ausnahmen zu diesen Annahmen gibt (z.B. Merkmale, die von benachbarten Genen auf demselben Chromosom kodiert werden), gelten diese Qualifizierungsmerkmale für viele pflanzliche und tierische Merkmale.

Mendels Experimente inspirierten die Erstellung der Punnett-Quadrate

Punnett-Quadrate wurden in den frühen 1900er Jahren von Reginald Punnett, einige Jahrzehnte nach Gregor Mendels erstellt. Die bahnbrechenden Erbsenpflanzenexperimente enthüllten die grundlegenden Gesetze der Vererbung. Heute werden Punnett-Quadrate oft zur Veranschaulichung der Prinzipien verwendet, denen Mendels Experimente zugrunde liegen.

Mendel untersuchte die Vererbung verschiedener Merkmale der Erbsenpflanze. Dazu gehörten Form und Farbe der Erbsen und Schoten, der Blütenfarbe und-position sowie Pflanzengröße. Mendel untersuchte auch die vererbten Möglichkeiten für jedes Merkmal. Blüten können beispielsweise die Farben violett und weiß annehmen. Bei Erbsenpflanzen werden die violetten und weißen Blüten durch verschiedene Genvarianten oder Allele am Genort der Blütenfarbe bestimmt.

Punnett-Quadrate sind Raster, die genetische Informationen organisieren

Jede Box in einem Punnett-Quadrat repräsentiert ein mögliches Befruchtungsereignis oder einen möglichen Nachkommen-Genotyp, der sich aus zwei elterlichen Gameten ergeben kann. Punnett-Quadrate sind typischerweise in 2x2-oder 4x4-Konfigurationen angeordnet. So kann man die Vererbung von einem bzw. zwei Merkmalen visualisieren.

Was die Nomenklatur betrifft, werden Allele durch den ersten Buchstaben des Merkmals, das durch das dominante Allel verursacht wird, gekennzeichnet. Da z.B. Gelb das dominante Erbsenfarbmerkmal ist, werden Allele, die die Erbsenfarbe kodieren, mit dem kursiv gedruckten Buchstaben lsquo;g. rsquo gekennzeichnet. Groß-und Kleinbuchstaben stehen für dominante bzw. rezessive Allele. So repräsentiert Y das dominante gelbe Allel und y das rezessive grüne Allel.

Um zur Untersuchung eines Merkmals ein 2x2 Punnett-Quadrat zu erstellen, wird ein elterlicher Genotyp über dem Diagramm aufgelistet. Dabei fasst jede Spalte ein Allel zusammen. Der andere elterliche Genotyp wird vertikal links im Diagramm angezeigt, wobei ein Allel neben jeder Zeile steht. Jedes Punnett-Quadrat enthält die beiden elterlichen Allele (eines von jedem Elternteil), die dem Zeile und Spalte eines Kastens entsprechen, der ein mögliches Befruchtungsergebnis darstellt. Der vollständige Inhalt der Punnett-Quadrate kann verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeiten zur Vererbung bestimmter Merkmale zu bestimmen.

Punnett-Quadrate sind informative Werkzeuge für genetische Ratgeber und Züchter

Trotz der Entwicklung vor über 100 Jahren haben die Punnett-Quadrate immer noch einige relevante Anwendungsbereiche. Für ein Paar, das eine genetische Beratung erhält, können Punnett-Quadrate helfen, zu bestimmen, ob ihr Kind ein erhöhtes Risiko für eine vererbbare Krankheit hat. Wenn zum Beispiel ein Elternteil Mukoviszidose (zwei rezessive, kausale Allele) hat und der andere Elternteil sie weder hat noch trägt, ist ihr Kind Träger (d.h., es hat ein kausales Allel), weist aber kein kein Risiko auf, eine Mukoviszidose zu entwickeln. Punnett-Quadrate können Tier- und Pflanzenzüchtern auch helfen, Organismen mit spezifischen Merkmalen für die weitere Zucht auszuwählen.

Obwohl Punnett-Quadrate in vielen Zusammenhängen nützlich sind, können sie die komplexe genetische Vererbung nicht genau abbilden. Zum Beispiel werden Merkmale, die von benachbarten Genen auf demselben Chromosom kodiert werden, oft gemeinsam von einem Elternteil vererbt, ein Phänomen, das als Kopplung bezeichnet wird. Diese Merkmale sind nicht unabhängig voneinander sortiert, so dass ein Punnett-Quadrat ihre Vererbungsmuster nicht genau vorhersagen kann. Einige Merkmale, wie z.B. die Körpergröße, sind für Punnett-Quadrate ungeeignet, da sie von mehreren Genen bestimmt und von Umweltbedingungen (z.B. der Ernährung) beeinflusst werden. Punnett-Quadrate sind auch unwirksam bei der Vorhersage der Vererbung von Merkmalen, die von nur einem Elternteil erworben wurden.


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