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12.11: Chromosomale Vererbungstheorie
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Chromosomal Theory of Inheritance
 
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12.11: Chromosomal Theory of Inheritance

12.11: Chromosomale Vererbungstheorie

In 1866, Gregor Mendel published the results of his pea plant breeding experiments, providing evidence for predictable patterns in the inheritance of physical characteristics. The significance of his findings was not immediately recognized. In fact, the existence of genes was unknown at the time. Mendel referred to hereditary units as “factors.”

The mechanisms underlying Mendel’s observations—the basis of his laws of segregation and independent assortment—remained elusive. In the late 1800s, advances in microscopy and staining techniques allowed scientists to visualize mitosis and meiosis for the first time.

In the early 1900s, Theodor Boveri, Walter Sutton, and others independently proposed that chromosomes may underlie Mendel’s laws—the chromosomal theory of inheritance. Researching sea urchins and grasshoppers, respectively, Boveri and Sutton noted striking similarities between chromosomes during meiosis and Mendel’s factors.

Like Mendel’s factors, chromosomes come in pairs. Reminiscent of Mendel’s law of segregation, these pairs become separated during meiosis such that every gamete (e.g., sperm or egg) receives one chromosome from each pair. Chromosome pairs are segregated independently of one another, corresponding to Mendel’s law of independent assortment.

The first concrete evidence for the chromosomal theory of inheritance came from one of its critics, Thomas Hunt Morgan. Morgan found that a mutation affecting the eye color of fruit flies was inherited differently by male and female flies, and demonstrated that this trait was determined by the X chromosome.

We now know that Mendel’s factors are DNA segments—called genes—at specific chromosomal locations. The independent assortment of genes on different chromosomes is a consequence of the random arrangement of chromosomes at the midline of a cell during metaphase I, which determines which genes segregate into the same daughter cells. Each homologous pair of chromosomes migrates independently of the others. The law of segregation corresponds to the movement of chromosomes during anaphase I which ensures, under normal conditions, that each gamete receives only one copy of each chromosome randomly distributed.

1866 veröffentlichte Gregor Mendel die Ergebnisse seiner Experimente zur Erbsenpflanzenzüchtung. Damit lieferte er den Beweis für vorhersehbare Muster bei der Vererbung von physischen Merkmalen. Die Bedeutung seiner Erkenntnisse wurde jedoch nicht sofort erkannt. Tatsächlich war die Existenz von Genen zu dieser Zeit unbekannt. Mendel bezeichnete die Erbanlagen allgemein als Faktoren.

Die Mechanismen, die Mendels Beobachtungen zugrunde liegen, blieben schwer fassbar. Es waren die Gesetze der Segregation und der unabhängigen Sortierung. In den späten 1800er Jahren ermöglichten Fortschritte in der Mikroskopie und in den Färbetechniken den Wissenschaftlern zum ersten Mal, Mitose und Meiose zu visualisieren.

Anfang des 20. Jahrhunderts schlugen die Wissenschaftler Theodor Boveri, Walter Sutton und andere unabhängig voneinander vor, dass die Chromosomen den Mendelschen Gesetzen der chromosomalen Vererbungstheorie zugrunde liegen könnten. Bei der Erforschung von Seeigeln bzw. Heuschrecken stellten Boveri und Sutton auffällige Ähnlichkeiten zwischen den Chromosomen während der Meiose und den Mendel-Faktoren fest.

Wie die Mendel-Faktoren kommen die Chromosomen paarweise vor. In Anlehnung an das Mendelsche Gesetz der Segregation werden diese Paare während der Meiose so getrennt, dass jede Gametta (z.B. Spermium oder Eizelle) ein Chromosom von jedem Paar erhält. Die Chromosomenpaare werden unabhängig voneinander getrennt, was dem Mendelschen Gesetz der unabhängigen Sortierung entspricht.

Der erste konkrete Beweis für die chromosomale Vererbungstheorie kam von einem ihrer Kritiker, Thomas Hunt Morgan. Morgan fand heraus, dass eine Mutation, die die Augenfarbe von Fruchtfliegen beeinflusst, von männlichen und weiblichen Fliegen unterschiedlich vererbt wird. Das zeigte, dass dieses Merkmal durch das X-Chromosom bestimmt wird.

Wir wissen jetzt, dass die Mendel-Faktoren DNA-Abschnitte sind, die an bestimmten Chromosomenorten Gene genannt werden. Die unabhängige Anordnung von Genen auf verschiedenen Chromosomen ist eine Folge der zufälligen Anordnung der Chromosomen an der Mittellinie einer Zelle während der Metaphase I. Diese bestimmt, welche Gene in dieselben Tochterzellen segregieren. Jedes homologe Chromosomenpaar wandert unabhängig von den anderen. Das Gesetz der Segregation entspricht der Bewegung der Chromosomen während der Anaphase I, die unter normalen Bedingungen sicherstellt, dass jede Keimzelle nur ein Exemplar jedes zufällig verteilten Chromosoms erhält.


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