Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

12.3: Monohybride kruisingen
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Monohybrid Crosses
 
TRANSCRIPT

12.3: Monohybrid Crosses

12.3: Monohybride kruisingen

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.

Overzicht

In de jaren 1850 en 1860 onderzocht Gregor Mendel erfenis door monohybride kruisen in erwtenplanten uit te voeren. Hij kruiste twee planten die werden gekweekt voor verschillende eigenschappen. Op basis van zijn waarnemingen stelde Mendel voor dat organismen twee kopieën van elke eigenschap erven, één van elke ouder, en dat dominante eigenschappen recessieve eigenschappen kunnen verbergen. Deze resultaten vormden de basis van twee fundamentele principes in de genetica: het principe van uniformiteit en de wet van segregatie.

Monohybride kruisen onthullen dominante en recessieve eigenschappen

Meer dan acht jaar in de jaren 1850 en 1860 voerde een Oostenrijkse monnik genaamd Gregor Mendel baanbrekende kweekexperimenten uit met erwtenplanten. Deze experimenten demonstreerden de fundamentele principes van overerving, waardoor hij de bijnaam "de vader van de moderne genetica" kreeg. Mendel's experimenten concentreerden zich op zeven kenmerken van erwtenplanten, die zich elk manifesteren als een van de twee kenmerken die worden bepaald door een enkel gene locus.

Mendel merkte op dat wanneer sommige van zijn erwtenplanten werden gereproduceerd door zelfbevruchting, hun nageslacht altijd dezelfde eigenschap vertoonde. Met andere woorden, ze waren gekweekt. Sommige planten met gele peulen produceerden bijvoorbeeld alleen nakomelingen met gele peulen. Wanneer ze werden gekruist met andere planten die waar voor gele peulen werden gekweekt, produceerden deze planten ook alleen nakomelingen met gele peulen. Evenzo observeerde Mendel raszuivere erwtenplanten die alleen nakomelingen produceerden met groene peulen.

Destijds werd aangenomen dat overgeërfde eigenschappen een mengeling waren van ouderlijke kenmerken. Mendel observeerde in plaats daarvan discrete fenotypes, zoals groene en gele peulen. Hij stelde voor dat, in plaats van eigenschappen die zich vermengen in nakomelingen, discrete factoren (nu bekend als genen) worden geërfd van ouders en gescheiden blijven in de nakomelingen. In gevallen waarin een eigenschap een generatie overslaat, stelde Mendel voor dat de zichtbare eigenschap alleen de aanwezigheid van de andere overgeërfde eigenschap maskeert. Met andere woorden, overerving is deeltjesvormig, aEn dominante kenmerken verbergen recessieve kenmerken. Om te bepalen welke eigenschap dominant was, voerde Mendel monohybride kruisingen uit. Monohybride kruisingen combineren twee raszuivere organismen die verschillen door een enkele eigenschap. Alle nakomelingen van dergelijke kruisingen zijn monohybriden, of heterozygoten, en vertonen de dominante eigenschap.

Mendel kruiste bijvoorbeeld erwtenplanten die waar fokten voor gele peulen met die welke waar werden gekweekt voor groene peulen om de dominante peulkleur te bepalen. Deze oudergeneratie (P 0 ) bracht nakomelingen voort, de eerste kindergeneratie (F 1 ), die allemaal monohybriden met groene peulen waren. Herhaaldelijk observeren van deze bevindingen stelde groene peulen vast als de dominante eigenschap en demonstreerde Mendel's principe van uniformiteit: heterozygoten voor een enkele gen-eigenschap vertonen hetzelfde fenotype.

Ouderlijke allelen worden willekeurig over gameten verdeeld

Mendel vervolgens geïnduceerd zelfbestuiving in de F1 planten, waardoor de F2 generatie. F 2

Mendel's wet van segregatie verklaart deze terugkerende verhouding. De wet van segregatie stelt dat een organisme een van zijn twee genkopieën verdeelt over elke gameet (eicel of zaadcel). Belangrijk is dat deze verdeling willekeurig is, zodat een heterozygoot ( Gg ) even waarschijnlijk gameten produceert met dominante ( G ) en recessieve ( g ) allelen.

Als een heterozygoot zichzelf bevrucht ( Gg x Gg ), kunnen de ouderallelen op vier mogelijke manieren combineren: vaderlijke G met moederlijke G ( GG ), vaderlijke G met moederlijke g ( Gg ), vaderlijke g met moederlijke G ( Gg ), en vaderlijke g met moederlijke g ( gg ). Drie resultaten produceren groene peulen (de GG en Gg gg- genotype), een verhouding van 3: 1. Dus als alle uitkomsten even waarschijnlijk zijn, zullen zelfbevruchtende heterozygoten drie nakomelingen produceren met groene peulen voor elke met gele peulen. Dit komt opmerkelijk dicht bij de fenotypische verhouding die Mendel observeerde, waarmee hij zijn voorgestelde wet van segregatie bevestigt.

Dominante eigenschappen zijn niet altijd gebruikelijk

In tegenstelling tot groene peulen zijn groene erwten recessief, terwijl gele erwten dominant zijn. Waarom zijn de erwten die we regelmatig tegenkomen dan groen? Kortom, mensen geven de voorkeur aan groene erwten boven gele. Zoals de experimenten van Mendel aantonen, produceren homozygoten nakomelingen met dezelfde eigenschap of hetzelfde fenotype wanneer ze zichzelf bevruchten of kruisen met andere homozygoten. Als boeren gele erwten blijven uitsluiten van hun kruisingen, zullen ze alleen groene erwten blijven produceren. Dit voorbeeld illustreert een ander belangrijk punt: dominante eigenschappen zijn niet noodzakelijk de meest voorkomende eigenschappen. Schadelijke dominante traits kan bijvoorbeeld worden geselecteerd tegen.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter