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12.3: Monohybrid-Kreuzungen
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PROTOKOLLE

12.3: Monohybrid-Kreuzungen

Überblick

In den 1850er und 1860er Jahren untersuchte Gregor Mendel die Vererbung, indem er monohybride Kreuzungen in Erbsenpflanzen durchführte. Er kreuzte zwei Pflanzen, die auf unterschiedliche Eigenschaften hin gezüchtet wurden. Basierend auf seinen Beobachtungen stellte Mendel die Vermutung auf, dass Organismen zwei Kopien jedes Merkmals erben. Außerdem schlug er vor, dass dominante Merkmale rezessive Merkmale verbergen können. Diese Ergebnisse bildeten die Grundlage für zwei grundlegende Prinzipien in der Genetik: das Prinzip der Einheitlichkeit und das Gesetz der Trennung.

Monohybridkreuze offenbaren dominante und rezessive Züge

In den 1850er und 1860er Jahren führte ein österreichischer Mönch namens Gregor Mendel über acht Jahre lang bahnbrechende Zuchtversuche mit Erbsenpflanzen durch. Diese Experimente demonstrierten die grundlegenden Prinzipien der Vererbung, was ihm den Spitznamen „Vater der modernen Genetik“ gab. Mendels Experimente konzentrierten sich auf sieben Merkmale von Erbsenpflanzen, die sich jeweils als eines von zwei Merkmalen manifestierten, die durch einen einzigen Genort bestimmt werden.

Mendel stellte fest, dass, wenn sich einige seiner Erbsenpflanzen durch Selbstbefruchtung fortpflanzten, ihre Nachkommen immer das gleiche Merkmal aufwiesen. Sie waren also eine echte Zucht. Zum Beispiel produzierten einige Pflanzen mit gelben Schoten nur Nachkommen mit gelben Schoten. Wenn sie mit anderen Pflanzen gekreuzt wurden, die für gelbe Schoten wahrhaftig gezüchtet wurden, produzierten auch diese Pflanzen nur Nachkommen mit gelben Schoten. In ähnlicher Weise beobachtete Mendel Erbsenpflanzen, die nur Nachkommen mit grünen Schoten produzierten.

Zu diesem Zeitpunkt dachte man, dass die vererbten Eigenschaften eine Mischung aus elterlichen Merkmalen sind. Mendel beobachtete stattdessen mit den grünen und gelben Schoten diskrete Phänotypen. Er schlug vor, dass sich die Merkmale nicht in den Nachkommen mischen, sondern dass diskrete Faktoren (heute als Gene bekannt) von den Eltern vererbt werden und in den Nachkommen getrennt bleiben. In Fällen, in denen ein Merkmal eine Generation überspringt, schlug Mendel vor, dass das sichtbare Merkmal lediglich das Vorhandensein des anderen geerbten Merkmals verdeckt. Mit anderen Worten ist die Vererbung partikulär, und dominante Merkmale verbergen rezessive Merkmale. Um festzustellen, welches Merkmal dominant ist, führte Mendel monohybride Kreuzungen durch. Monohybride Kreuzungen kombinieren zwei wirklich züchtende Organismen, die sich durch ein einziges Merkmal unterscheiden. Alle Nachkommen solcher Kreuzungen sind Monohybriden oder Heterozygoten und zeigen das dominante Merkmal.

Zum Beispiel kreuzte Mendel Erbsenpflanzen, die für gelbe Schoten gezüchtet wurden, mit solchen, die für grüne Schoten gezüchtet wurden, um die dominante Schotenfarbe zu bestimmen. Diese Elterngeneration (P0) brachte Nachkommen hervor, die erste Generation von Tochterpflanzen (F1), die alle Monohybriden mit grünen Schoten waren. Die wiederholte Beobachtung dieser Befunde etablierte grüne Hülsen als das dominante Merkmal und demonstrierte das s Prinzip der Homogenität: Heterozygoten für ein einzelnes Genmerkmal zeigen den gleichen Phänotyp.

Parentalallele sind zufällig auf die Gameten verteilt

Mendel induzierte dann die Selbstbefruchtung in den F1Pflanzen, wodurch die F2Generation erzeugt wurde. F2 Erbsenpflanzen mit grünen Hülsen waren im Verhältnis 3:1 zahlreicher als die mit gelben Hülsen. Mendel beobachtete wiederholt dieses 3:1 Vererbungsmuster für jedes der sieben Erbsenpflanzenmerkmale.

Mendels Gesetz der Trennung erklärt dieses wiederkehrende Verhältnis. Das Segregationsgesetz besagt, dass ein Organismus eine seiner beiden Genkopien auf jede Gametta (Ei-oder Samenzelle) verteilt. Wichtig ist, dass diese Verteilung zufällig ist, so dass eine Heterozygote (Gg) mit gleicher Wahrscheinlichkeit Gameten mit dominanten (G) und rezessiven (g) Allelen produziert.

Wenn eine Heterozygote sich selbst befruchtet (Gg x Gg), können sich die elterlichen Allele auf vier mögliche Arten kombinieren: väterlich G mit mütterlichen G (GG), väterlich G mit mütterlichen g (Gg), väterlicherseits g mit mütterlicher G (Gg), und väterlicherseits g mit mütterlicher g (gg). Drei Ergebnisse produzieren grüne Schoten (die Genotypen GG und Gg) und eines produziert gelbe Schoten (der Genotyp gg), ein Verhältnis von 3:1. Wenn also alle Ergebnisse gleich wahrscheinlich sind, werden selbstbefruchtende Heterozygote drei Nachkommen mit grünen Hülsen für jeden mit gelben Hülsen produzieren. Dies ist bemerkenswert nahe an dem phänotypischen Verhältnis, das Mendel beobachtete, was sein vorgeschlagenes Gesetz der Segregation bestätigt.

Dominante Merkmale sind nicht immer üblich

Im Gegensatz zu grünen Hülsen sind grüne Erbsen rezessiv, während gelbe Erbsen dominant sind. Warum sind dann die Erbsen, denen wir regelmäßig begegnen, grün? Um es kurz zu machen: Die Menschen bevorzugen grüne Erbsen gegenüber gelben Erbsen. Wie Mendels Experimente zeigen, produzieren Homozygoten Nachkommen mit dem gleichen Merkmal oder Phänotyp, wenn sie selbst befruchtet oder mit anderen Homozygoten gekreuzt werden. Wenn Landwirte weiterhin gelbe Erbsen aus ihren Kreuzungen ausschließen, werden sie weiterhin nur grüne Erbsen produzieren. Dieses Beispiel veranschaulicht einen weiteren wichtigen Punkt: Dominante Merkmale sind nicht unbedingt die häufigsten Merkmale.


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