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12.3: Cruzamentos Monoíbridos
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Monohybrid Crosses
 
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12.3: Monohybrid Crosses

12.3: Cruzamentos Monoíbridos

Overview

In the 1850s and 1860s, Gregor Mendel investigated inheritance by performing monohybrid crosses in pea plants. He crossed two plants that were true-breeding for different traits. Based on his observations, Mendel proposed that organisms inherit two copies of each trait, one from each parent, and that dominant traits can hide recessive traits. These results formed the basis of two fundamental principles in genetics: the Principle of Uniformity and the Law of Segregation.

Monohybrid Crosses Reveal Dominant and Recessive Traits

Over eight years spanning the 1850s and 1860s, an Austrian monk named Gregor Mendel carried out seminal breeding experiments with pea plants. These experiments demonstrated the fundamental principles of inheritance, earning him the moniker “the father of modern genetics.” Mendel’s experiments focused on seven pea plant characteristics, each manifesting as one of two traits that are determined by a single gene locus.

Mendel noticed that, when some of his pea plants reproduced by self-fertilization, their progeny always displayed the same trait. In other words, they were true-breeding. For example, some plants with yellow pods only produced offspring with yellow pods. When crossed with other plants that bred true for yellow pods, these plants also produced only progeny with yellow pods. Similarly, Mendel observed true-breeding pea plants that produced only offspring with green pods.

At the time, inherited traits were thought to be some mixture of parental features. Mendel instead observed discrete phenotypes, like green and yellow pods. He proposed that, rather than traits mixing in offspring, discrete factors (now known as genes) are inherited from parents and remain separate in the offspring. In cases where a trait skips a generation, Mendel proposed that the visible trait merely masks the presence of the other inherited trait. In other words, inheritance is particulate, and dominant traits hide recessive traits. To determine which trait was dominant, Mendel conducted monohybrid crosses. Monohybrid crosses combine two true-breeding organisms that differ by a single trait. All offspring of such crosses are monohybrids, or heterozygotes, and display the dominant trait.

For example, Mendel crossed pea plants that bred true for yellow pods with those that bred true for green pods to determine the dominant pod color. This parental generation (P0) produced offspring, the first filial generation (F1), that were all monohybrids with green pods. Repeatedly observing these findings established green pods as the dominant trait and demonstrated Mendel’s principle of uniformity: heterozygotes for a single gene trait display the same phenotype.

Parental Alleles Are Randomly Distributed to Gametes

Mendel then induced self-fertilization in the F1 plants, producing the F2 generation. F2 pea plants with green pods outnumbered those with yellow pods by a ratio of 3:1. Mendel repeatedly observed this 3:1 inheritance pattern for each of the seven pea plant characteristics.

Mendel’s law of segregation explains this recurring ratio. The law of segregation states that an organism distributes one of its two gene copies to each gamete (egg or sperm cell). Importantly, this distribution is random, such that a heterozygote (Gg) is equally likely to produce gametes with dominant (G) and recessive (g) alleles.

If a heterozygote self-fertilizes (Gg x Gg), the parental alleles can combine in four possible ways: paternal G with maternal G (GG), paternal G with maternal g (Gg), paternal g with maternal G (Gg), and paternal g with maternal g (gg). Three outcomes produce green pods (the GG and Gg genotypes) and one produces yellow pods (the gg genotype), a 3:1 ratio. Thus, if all outcomes are equally likely, self-fertilizing heterozygotes will produce three offspring with green pods for every one with yellow pods. This is remarkably close to the phenotypic ratio that Mendel observed, confirming his proposed law of segregation.

Dominant Traits Are Not Always Common

Unlike green pods, green peas are recessive, whereas yellow peas are dominant. Why, then, are the peas we regularly encounter green? In short, people prefer green peas over yellow ones. As Mendel’s experiments demonstrate, homozygotes produce offspring with the same trait, or phenotype, when self-fertilized or crossed with other homozygotes. If farmers continue to exclude yellow peas from their crop crosses, they will continue producing only green peas. This example illustrates another important point: dominant traits are not necessarily the most common traits. Harmful dominant traits, for example, may be selected against.

Visão Geral

Nas décadas de 1850 e 1860, Gregor Mendel investigou a hereditariedade realizando cruzamentos monoíbridos em plantas de ervilha. Ele cruzou duas plantas que eram de raça pura para diferentes características. Com base nas suas observações, Mendel propôs que os organismos herdem duas cópias de cada característica, uma de cada progenitor, e que características dominantes podem esconder características recessivas. Esses resultados formaram a base de dois princípios fundamentais da genética: o Princípio da Uniformidade e a Lei da Segregação.

Cruzamentos Monoíbridos Revelam Características Dominantes e Recessivas

Durante oito anos, abrangendo as décadas de 1850 e 1860, um monge Austríaco chamado Gregor Mendel realizou experiências de reprodução seminal com plantas de ervilha. Essas experiências demonstraram os princípios fundamentais da hereditariedade, dando-lhe o apelido de “o pai da genética moderna”. As experiências de Mendel concentraram-se em sete características da planta da ervilha, cada uma manifestando-se como um dos dois fenótipos que são determinados por um único locus genético.

Mendel notou que, quando algumas das suas plantas de ervilha se reproduziam por auto-fertilização, a sua descendência apresentava sempre o mesmo fenótipo. Por outras palavras, elas eram de raça pura. Por exemplo, algumas plantas com vagens amarelas só produziam progenia com vagens amarelas. Quando cruzadas com outras plantas de raça pura para vagens amarelas, essas plantas também produziam apenas progenia com vagens amarelas. Da mesma forma, Mendel observou plantas de ervilha que produziam apenas descendentes com vagens verdes.

Na altura, pensava-se que as careacterísticas herdadas eram uma mistura de características parentais. Mendel, em vez disso, observou fenótipos distintos, como vagens verdes e amarelas. Ele propôs que, em vez de as características se misturarem na progenia, fatores distintos (agora conhecidos como genes) são herdados dos progenitores e permanecem separados na progenia. Nos casos em que um fenótipo salta uma geração, Mendel propôs que a característica visível apenas mascara a presença da outra característica herdada. Por outras palavras, a hereditariedade é particulada, e fenótipos dominantes escondem fenótipos recessivos. Para determinar que fenótipo era dominante, Mendel executou cruzamentos monohíbridos. Cruzamentos monohíbridos combinam dois organismos de raça pura que diferem em uma única característica. Todos os descendentes desses cruzamentos são monohíbridos, ou heterozigóticos, e apresentam o fenótipo dominante.

Por exemplo, Mendel cruzou plantas de ervilha de raça pura para vagens amarelas com as de raça pura para vagens verdes para determinar a cor dominante da vagem. Esta geração parental (P0) produziu descendentes, a primeira geração filial (F1), que eram todos monohíbridos com vagens verdes. Observando repetidamente estes resultados ele estabeleceu as vagens verdes como o fenótipo dominante e demonstrou o princípio da uniformidade de Mendel: heterozigotos para uma única característica genética exibem o mesmo fenótipo.

Alelos Parentais são Distribuídos Aleatoriamente para Gâmetas

Mendel induziu então auto-fertilização nas plantas F1, produzindo a geração F2. As plantas de ervilha F2 com vagens verdes superavam as de vagens amarelas em uma proporção de 3:1. Mendel observou repetidamente este padrão de hereditariedade de 3:1 para cada uma das sete características da planta de ervilha.

A lei da segregação de Mendel explica essa razão recorrente. A lei da segregação estabelece que um organismo distribui uma das suas duas cópias genéticas para cada gâmeta (óvulo ou células de esperma). É importante ressaltar que essa distribuição é aleatória, de tal forma que é igualmente provável que um heterozigoto (Gg) produza gâmetas com alelos dominantes (G) e recessivos (g).

Se um heterozigoto se auto-fertilizar (Gg x Gg), os alelos parentais podem combinar-se de quatro maneiras possíveis: G paterno com G materno (GG), G paterno com g materno (Gg), g paterno com G materno (Gg), e g paterno com g materno (gg). Três dos resultados produzem vagens verdes (os genótipos GG e Gg) e um produz vagens amarelas (o genótipo gg), uma razão de 3:1. Assim, se todos os resultados forem igualmente prováveis, heterozigotos que se auto-fertilizem produzirão três descendentes com vagens verdes para cada um com vagens amarelas. Isto é notavelmente próximo da razão fenotípica que Mendel observou, confirmando a sua proposta de lei da segregação.

Fenótipos Dominantes Nem Sempre São Comuns

Ao contrário das vagens verdes, ervilhas verdes são recessivas, enquanto que ervilhas amarelas são dominantes. Porque é que, então, as ervilhas que encontramos regularmente são verdes? Resumidamente, as pessoas preferem ervilhas verdes às amarelas. Como as experiências de Mendel demonstram, os homozigotos produzem descendentes com o mesmo traço, ou fenótipo, quando auto-fertilizados ou cruzados com outros homozigotas. Se os agricultores continuarem a excluir ervilhas amarelas dos seus cruzamentos de cultivo, eles continuarão a produzir apenas ervilhas verdes. Este exemplo ilustra outro ponto importante: fenótipos dominantes não são necessariamente os fenótipos mais comuns. Fenótipos dominantes prejudiciais, por exemplo, podem ser selecionados contra.


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