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Grundlagen der Vererbung Watson-Crick Modell der DNA emeli 06 1 Auffallend ähnliche Erbmerkmale! Auffallend gleiche Erbmerkmale! Eineiige Zwillinge, „Klone“ emeli 06 Merkmale werden von beiden Eltern an ihre Nachkommen weiter gegeben 2 Vererbung • Der genetische Code für diese Merkmale muss in den Zellen enthalten sein. • Nur so können die Nachkommen ihren Eltern gleichen! emeli 06 3 Mendel: Seiner Zeit weit voraus! • • • • • • Aus armer Familie kränklich Gymnasium Augustinermönch Studium in Wien Klostergarten als Feldlabor • Entdecker von Erbgängen emeli 06 4 Mendels „Labormäuse“ • Die Erbse ist eine Pflanzenart aus der Familie der Hülsenfrüchtler Unterfamilie Schmetterlingsblütler • Die Erbse stammt wahrscheinlich aus Kleinasien, und ist seit Jahrtausenden eine wichtige Nutzpflanze. Sie ist einjährig, krautig und selbstbefruchtend • Die grünen Hülsen, fälschlicherweise oft als "Schoten" bezeichnet, sind bis zu 10 cm lang und enthalten runde, 5 bis 7 mm große Samen. • Der Ackerbau begann um 9000 v. Chr. im Nahen Osten. Seit 8200 v. Chr. wurde auf Zypern und spätestens seit 6500 v. Chr. in Griechenland und auf dem Balkan auch die Erbse als Nahrungsmittel angebaut. emeli 06 5 Blütenquerschnitt • Der Stempel mit dem Fruchtknoten entspricht dem weiblichen Geschlechtsmerkmal • Bei den Stempeln handelt es sich um die männliche Geschlechtsanlage emeli 06 6 Blütendiagramm: Schmetterlingsblütler Kelchblätter Kronblätter Staubblätter Fruchtknoten • Die Anzahl der Staubblätter beträgt 10 (selten 9 oder 5). Die Staubfäden sind bis auf einen, der frei ist, miteinander verwachsen. emeli 06 7 Die Wunderblume (Mirabilis jalapa) • Die Wunderblume stammt ursprünglich aus Mittelamerika. • • • • • emeli 06 1525 wurden die ersten Pflanzen in europäischen Gebieten gesetzt Die Wunderblume aus der Familie der Wunderblumengewächse ist ein Dauerblüher von Juni bis Oktober mit verschiedenfarbigen Blüten. Von besonderem Interesse sind weissund rotblühende Pflanzen. Sie sind für das Merkmal Blütenfarbe reinerbig. Die Pflanze hat eine Besonderheit, ihre Blüten öffnen sich erst am Abend und schließen sich am Morgen! Außerdem hat die Wunderblume vielzählige, medizinische Eigenschaften 8 Kreuzungsversuche • • • Bestäubung findet in der Natur über den Pollentransfer mittels Insekten oder Wind statt. Wenn der Mensch in diesen natürlichen Vorgang eingreift, sprechen wir von künstlicher Bestäubung (Pflanzen) oder künstlicher Befruchtung (Tiere, Menschen). Bei Pflanzen und Tieren mit verschiedenen Merkmalen sprechen wir von Kreuzung. Die „Produkte“ heissen dementsprechend Kreuzungen, Mischlinge, Bastarde oder Hybride. emeli 06 9 Statistische Auswertung von Kreuzungsversuchen 25 % 50 % 25 % • Bei Kreuzungsversuchen werden nicht bloss 4 – 5 Narben bestäubt, sondern Hunderte! • Erst die Auszählung aller Erscheinungsbilder liefert ein verlässliches Zahlenverhältnis für die Ausprägungen der Nachkommen. emeli 06 10 Kreuzungstabellen Elterngeneration Parentalgeneration Erscheinungsbild phänotypisch Erbbild in den Körperzellen genotypisch Erbanlage für rot Erbanlage für weiss Keimzellen Jedes Merkmal nur 1 Mal! Erbbild in den Körperzellen genotypisch Tochtergeneration Filialgeneraton emeli 06 Erscheinungsbild phänotypisch 11 Reinerbiger Erbgang In jeder meiner Zellen steht zweimal die Erbanlage für ROT X Elterngeneration In jeder meiner Zellen steht zweimal die Erbanlage für WEISS Reife- oder Reduktionsteilung, Meiose In meinen Pollen steht je einmal die Erbanlage für ROT In meinen Samenanlagen steht je einmal die Erbanlage für WEISS Nach der Bestäubung: In meinen Zellen steht je einmal das Merkmal für ROT und das Merkmal für WEISS In meinen Zellen steht je einmal das Merkmal für ROT und das Merkmal für WEISS Unser Erscheinungsbild ist deshalb ROSA Tochtergeneration Filialgeneration emeli 06 12 Mischerbiger Erbgang • X 1 emeli 06 : 2 • : 1 Die Elterngeneration dieser Wunderblumen ist mischerbig. Ihr Erscheinungsbild ist deshalb rosa. • Jeder Zellkern besitzt eine Erbanlage für ROT und eine Erbanlage für WEISS. • Die Keimzellen (Pollen und Samenanlage) enthalten entweder nur die Erbanlage für ROT oder die Erbanlage für WEISS. • Beim Kreuzen sind drei verschiedene Kombinationen möglich. • Die Tochtergeneration ist statistisch zu 25 % reinerbig ROT 50 % mischerbig ROSA (intermediär) 25 % reinerbig WEISS 13 Rein- oder mischerbiger Erbgang? X intermediärer Erbgang Parentalgeneration phänotypische Farbe X genotypisch 2 Erbanlagen für die Blütenblätterfarbe Keimzellen je 1 Anlage für die Blütenblätterfarbe genotypisch Uniformitätsregel emeli 06 Filialgeneration, phänotypisch Spaltungsregel 14 Erbgänge bei der Erbse X ? emeli 06 • Mendel befasste sich vorwiegend mit Erbsen. • Welche Blütenfarbe hat wohl die Filialgeneration von reinerbigen roten und weissen Erbsen? • Wider Erwarten sind die Blüten der Nachkommen nicht rosa, sondern entweder rot oder weiss! • Wie lässt sich dies erklären? Genotypisch tragen die Nachkommen doch die Anlagen von rot und weiss! 15 Dominanter Erbgang bei reinerbigen Erbsen X Die Körperzellen enthalten die Erbanlagen (Gene) paarweise (Allele). Das überdeckende Merkmal ist dominant. Das zurücktretende Allel ist rezessiv. emeli 06 • Die Parentalgeneration P1 ist reinerbig, d.h., sie besitzen je zwei gleiche Erbanlagen (Allele) für die Farbe der Blütenblätter. • Bei beliebiger Kombination der Keimzellen tragen die Pflanzen der Filialgeneration F1 in jedem ihrer Zelllkerne beide Erbanlagen für die Ausprägung der Blütenblätterfarbe. • Abgelesen wird aber nur die Blütenfarbe rot. Das Erbmerkmal (Gen) rot ist also die überdeckende Erbanlage. • Rot ist dominant, weiss ist die zurücktretende Erbanlage. Weiss ist rezessiv. 16 Dominater Erbgang bei mischerbigen Pflanzen • X • • • • genotypisch: reinerbig rot Statistisch fällt die Verteilung der Nachkommen mischerbiger Eltern mit dominantem Erbphänotypisch: faktor für die Blütenfarbe Erscheinungsbild ist weiss im Verhältnis 3 : 1 aus. genotypisch: genotypisch: mischerbig rot und weiss reinerbig weiss phänotypisch: Erscheinungsbild ist rot emeli 06 Die Parentalgeneration P2 ist mischerbig. Phänotypisch sind ihre Blüten ROT. Die Erbanlage für ROT ist dominant (überdeckend)! Genotypisch sind die Eltern aber mischerbig! Die Keimzellen tragen entweder die Anlage für ROT oder WEISS. Die Filialgeneration F2 ist genotypisch entweder reinerbig oder mischerbig! Da das Allel für ROT aber dominant, dasjenige für WEISS rezessiv ist, sind 75 % der Nachkommen (Filialgeneration F2) phänotypisch ROT, und 25 % WEISS. 17 Erbgang mit 2 Merkmalen: F1 Gelb grün Rund G G R R runzlig X g g r r G G g g R R r r G g G g G g G g R r R r R r R r Uniformitätsregel emeli 06 • P1 trägt die beiden Merkmale: G Gelb und g nicht gelb grün R Rund und r nicht rund runzlig • Gelb und Rund sind dominante Erbfaktoren, g und r also rezessiv • Jeder Elternteil ist reinerbig: GRGR und grgr • Nach der Reduktionsteilung enthalten die Keimzellen je ein Merkmal für Farbe und Form. • Die Kombination der beiden Merkmale führt zu folgenden Tochterzellen (genotypisch): GgRr (mischerbig). • Phänotypisch treten in der Filialgeneration F1 dieselben Formen auf, wie in der Parentalgeneration. 18 Erbgang mit 2 Merkmalen: Keimzellen der F1 Phänotypisch unterscheiden sich die Nachkommen der Parentalgeneration P1 nicht G g R r G für Gelb und R für Rund sind dominate Erbmerkmale. g für grün und r für runzlig sind als Allele in jeder Körperzelle aber auch enthalten. G g R R r G G g g G G g g R r R r R r R r • Die Keimzellen (Pollen) enthalten jedes • Genotypisch sind die SamenanMerkmalpaar genau ein Mal. lagen der F gleich ausgestattet. • Insgesamt sind 4 Kombinationen möglich. • Auch hier sind 4 Kombina1 emeli 06 tionen möglich. 19 Erbgang mit 2 Merkmalen: Körperzellen der F2 X G G g g R r R r G R G r g g G g G g g g g R R R R r R R R r g g G g G g g g g r r R r r r R r r emeli 06 • Die Bestäubung mit vier genetisch unterschiedlichen Pollensorten auf vier genetisch verschiedene Samenanlagen führt zu total 16 Kreuzungen. • Eine Kreuzungstabelle schafft deshalb die beste Übersicht. • G und R sind dominante Erbfaktoren! • Ordnet man die Samen nach ihrem Erscheinungs-bild, ergibt sich ein Zahlenverhältnis von 9 : 3 : 3 : 1 • Zwei neue Erbsensorten wurden gezüchtet! 20 Mendels Unabhängigkeitsregel Getreide heute • Wildweizen Wolf Wildpferd emeli 06 • • Kreuzt man Lebewesen, die sich in zwei oder mehreren Erbmerkmalen unterscheiden, so werden die Anlagen unabhängig voneinander vererbt. Dabei entstehen neue Kombinationen. Der Mensch hat durch geeignete Zuchtwahl Pflanzen und Tiere seit Jahrtausenden seinen Bedürfnissen angepasst. 21 Zusammenfassung Johann Gregor Mendel (1822 – 1884) war in seinem Fachgebiet seiner Zeit weit voraus. Er entdeckte die Grundlagen der Vererbungslehre, die auch heute noch ihre volle Gültigkeit haben! Uniformitätsregel Kreuzt man zwei reinerbige Lebewesen einer Art miteinander, die sich in einem Merkmal unterscheiden, so sind die Mischlinge der ersten Tochtergeneration (F1) in diesem Merkmal alle gleich. Spaltungsregel Kreuzt man Mischlinge der 1. Filialgeneration untereinander, so spalten sich die Nachkommen in einem bestimmten Zahlenverhältnis. Unabhängigkeitsregel Kreuzt man Lebewesen, die sich in zwei oder mehreren Merkmalen unterscheiden, so werden die Anlagen unabhängig voneinander vererbt. Dabei entstehen neue Kombinationen. emeli 06 22 Und was hat das alles nun mit mir zu tun? Ach ja, ich bin ja auch ein Produkt der Züchtung! Drei Koteletten mehr als die Wildform !!! Ich werfe nun noch rasch einen Blick ins Buch: Schroedel, Erlebnis Biologie 2, Seiten 296 bis 301 ! Dort ist alles bis ins Detail genau beschrieben ... emeli 06 23
