Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

12.4: Dihybride 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
Dihybrid Crosses
 
TRANSCRIPT

12.4: Dihybrid Crosses

12.4: Dihybride kruisingen

Overview

To determine whether traits are inherited together or separately, Gregor Mendel crossed pea plants that differed in two traits. These parental plants were homozygous for both traits but displayed different phenotypes. The first generation of offspring were all dihybrids, heterozygotes exhibiting the two dominant phenotypes. When self-fertilized, the dihybrids consistently produced progeny with a 9:3:3:1 ratio of four possible phenotype combinations. This ratio suggested that inheriting one trait did not affect the likelihood of inheriting the other, establishing Mendel’s law of independent assortment.

Mendel’s Dihybrid Crosses Demonstrate the Principle of Independent Assortment

Gregor Mendel’s monohybrid crosses, between pea plants that differed in a single trait, demonstrated that (1) organisms randomly inherit one of two copies of each gene from each parent (Mendel’s first law, segregation), and (2) the dominant allele can mask the recessive allele’s effects on phenotype (the principle of uniformity).

To determine whether two traits were inherited separately or together, Mendel also performed crosses with pea plants that differed in two traits, such as pea color and pea shape. For these dihybrid crosses, Mendel first mated plants that were true breeding (i.e., homozygous) for different traits of the same two characteristics. For example, he crossed plants that bred true for round, yellow peas (RRYY genotype) with those that bred true for wrinkled, green peas (rryy genotype). This parental (P0) generation produced offspring (F1 generation) that were all heterozygous with dominant phenotypes. These dihybrids had RrYy genotypes and round, yellow peas.

Mendel then induced self-pollination in the F1 dihybrids. Of the sixteen possible parental allele combinations, nine produce offspring with both dominant traits, yellow and round peas. Six fertilization events confer one dominant trait, with three producing yellow (dominant), wrinkled peas, and three creating green, round (dominant) peas. The one remaining possibility results in green, wrinkled peas, the two recessive phenotypes.

The proportion of phenotypes that Mendel observed in F2 plants was consistently similar to this 9:3:3:1 ratio, which is expected only if each fertilization event is equally probable. Thus, observing this phenotypic ratio suggests that inheriting one of these traits (e.g., yellow or green pea color) does not influence the likelihood of inheriting one of the others (e.g., round or wrinkled peas). This finding is the crux of Mendel’s second law, the principle (or law) of independent assortment.

Linkage and Recombination Influence Trait Co-inheritance

Genes on separate, non-homologous chromosomes are independently assorted into gametes during meiosis. However, genes close to one another on the same chromosome are more likely to be distributed into the same gametes; a phenomenon called linkage. Thus, inheriting one trait can be linked to the likelihood of inheriting another. Mendel never reported linkage, although not all of the traits he studied are determined by loci on different chromosomes.

The alleles determining pod color and pea shape are on chromosomes 5 and 7, respectively, and are thus unlinked. For most of the other traits, the lack of linkage can be accounted for by recombination, which can cause the inheritance patterns of genes on the same chromosome to mimic independent assortment. During prophase I of meiosis, chromosome pairs line up, cross over, and swap homologous genetic segments, a process known as recombination. The closer two loci are to each other on a chromosome, the more likely they are to be on the same recombined segment and thus inherited together. Likewise, loci that are far apart are more likely to be inherited separately due to more recombination events dividing them.

Returning to Mendel’s traits, pea and flower color are determined by two chromosome 1 loci that are far apart. Similarly, the locus for flower position is far from the other chromosome 4 loci, pod shape and plant height. Due to recombination, it is unsurprising that linkage never manifested in these crosses. Loci for pod shape and plant height, however, are close enough to each other on chromosome 4 that some linkage is likely. Mendel never published the results of this particular crossing, so it is possible that he simply never carried out these experiments, making him one cross short of discovering linkage.

Overzicht

Om te bepalen of eigenschappen samen of afzonderlijk worden overgeërfd, kruiste Gregor Mendel erwtenplanten die verschilden in twee eigenschappen. Deze ouderplanten waren homozygoot voor beide eigenschappen, maar vertoonden verschillende fenotypes. De eerste generatie nakomelingen waren allemaal dihybriden, heterozygoten die de twee dominante fenotypes vertoonden. Bij zelfbevruchting produceerden de dihybriden consequent nageslacht met een 9: 3: 3: 1 verhouding van vier mogelijke fenotype-combinaties. Deze verhouding suggereerde dat het erven van de ene eigenschap geen invloed had op de kans om de andere te erven, waardoor de wet van Mendel van onafhankelijk assortiment werd vastgesteld.

Mendel's dihybride kruisen demonstreren het principe van onafhankelijk assortiment

De monohybride kruisingen van Gregor Mendel, tussen erwtenplanten die op één eigenschap verschilden, toonden aan dat (1) organismen willekeurig een van de twee kopieën van elk gen van elke ouder erven (de eerste wet van Mendel, segregatie), en (2) het dominante allel ceen maskering van de effecten van het recessieve allel op het fenotype (het uniformiteitsprincipe).

Om te bepalen of twee eigenschappen afzonderlijk of samen werden geërfd, voerde Mendel ook kruisingen uit met erwtenplanten die verschilden in twee eigenschappen, zoals erwtenkleur en erwtenvorm. Voor deze dihybride kruisingen koppelde Mendel eerst planten die echt fokten (dwz homozygoot) voor verschillende kenmerken van dezelfde twee kenmerken. Hij kruiste bijvoorbeeld planten die goed waren voor ronde, gele erwten ( RRYY- genotype) met planten die geschikt waren voor gerimpelde, groene erwten ( rryy- genotype). Ouderlijk (P 0) genereren geproduceerde nakomelingen (F1 generatie) of alle heterozygoot met dominant fenotype waren. Deze dihybriden hadden RrYy- genotypen en ronde, gele erwten.

Mendel vervolgens geïnduceerd zelfbestuiving in de F1 dihybrids. Van de zestien mogelijke combinaties van ouderlijke allelen produceren er negen nakomelingen met beide dominante eigenschappen, geel en roen erwten. Zes bevruchtingsgebeurtenissen verlenen één dominante eigenschap, waarbij drie gele (dominante), gerimpelde erwten produceren en drie groene, ronde (dominante) erwten creëren. De enige overgebleven mogelijkheid resulteert in groene, gerimpelde erwten, de twee recessieve fenotypes.

Het aandeel fenotypes dat Mendel in F 2- planten waarnam, was consistent vergelijkbaar met deze 9: 3: 3: 1-verhouding, die alleen wordt verwacht als elke bevruchtingsgebeurtenis even waarschijnlijk is. Het observeren van deze fenotypische verhouding suggereert dus dat het erven van een van deze eigenschappen (bijv. Gele of groene erwtenkleur) geen invloed heeft op de kans op het erven van een van de andere (bijv. Ronde of gerimpelde erwten). Deze bevinding is de crux van Mendel's tweede wet, het principe (of de wet) van onafhankelijk assortiment.

Koppeling en recombinatie beïnvloeden eigenschap Co-overerving

Genen op afzonderlijke, niet-homologe chromosomen worden tijdens meiose onafhankelijk gesorteerd in gameten. Genen die echter dicht bij elkaar staan op dehetzelfde chromosoom is waarschijnlijker verdeeld over dezelfde gameten; een fenomeen dat koppeling wordt genoemd. Het erven van een eigenschap kan dus worden gekoppeld aan de waarschijnlijkheid om een ander te erven. Mendel heeft nooit koppeling gerapporteerd, hoewel niet alle eigenschappen die hij bestudeerde, worden bepaald door loci op verschillende chromosomen.

De allelen die de peulkleur en erwtvorm bepalen, bevinden zich respectievelijk op chromosoom 5 en 7 en zijn dus niet aan elkaar gekoppeld. Voor de meeste andere eigenschappen kan het gebrek aan koppeling worden verklaard door recombinatie, waardoor de overervingspatronen van genen op hetzelfde chromosoom een onafhankelijk assortiment kunnen nabootsen. Tijdens profase I van de meiose komen chromosoomparen op een lijn, kruisen ze homologe genetische segmenten en wisselen ze uit, een proces dat bekend staat als recombinatie. Hoe dichter twee loci op een chromosoom bij elkaar zijn, hoe groter de kans dat ze zich op hetzelfde gerecombineerde segment bevinden en dus samen worden overgeërfd. Evenzo is de kans groter dat loci die ver uit elkaar liggen, afzonderlijk worden geërfd vanwege meer recombinatie-evenementen die ze verdelen.

Terugkerend naar de eigenschappen van Mendel, de kleur van erwten en bloemen wordt bepaald door twee chromosoom 1 loci die ver uit elkaar liggen. Evenzo is de locus voor bloempositie ver verwijderd van de andere chromosoom 4 loci, podvorm en planthoogte. Vanwege recombinatie is het niet verwonderlijk dat koppeling zich nooit in deze kruisen heeft gemanifesteerd. Loci voor podvorm en planthoogte zijn echter dicht genoeg bij elkaar op chromosoom 4 dat enige koppeling waarschijnlijk is. Mendel heeft de resultaten van deze specifieke kruising nooit gepubliceerd, dus het is mogelijk dat hij deze experimenten eenvoudigweg nooit heeft uitgevoerd, waardoor hij een kruis te kort komt om een verband te ontdekken.


Aanbevolen Lectuur

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

Waiting X
simple hit counter