Das Punnett-Viereck ist ein visuelles Gerät, das in der Wissenschaft der Genetik verwendet wird, um zu bestimmen, welche Kombinationen von Genen bei der Empfängnis auftreten können. Ein Punnett-Quadrat besteht aus einem einfachen quadratischen Raster, das in ein 2x2 (oder größeres) Raster unterteilt ist. Mit diesem Raster und der Kenntnis der Genotypen beider Eltern können Wissenschaftler potenzielle Genkombinationen für Nachkommen entdecken und möglicherweise sogar einige vererbte Merkmale kennen.
Schritt
Bevor Sie beginnen: Einige wichtige Definitionen
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Schritt 1. Verstehen Sie das Konzept der Gene
Bevor Sie lernen, wie Sie ein Punnett-Viereck erstellen und verwenden, sollten Sie einige wichtige Grundlagen kennen. Die erste ist die Idee, dass alle Lebewesen (von winzigen Mikroben bis hin zu riesigen Blauwalen) „Gene“haben. Gene sind äußerst komplexe mikroskopische Befehlsfolgen, die in fast jeder Zelle des Körpers aller Organismen kodiert sind. Gene sind für alle Aspekte des Lebens eines Organismus verantwortlich, einschließlich Aussehen, Verhalten und mehr.
Eines der wichtigsten Konzepte, die Sie bei der Arbeit mit Punnett-Vieralen verstehen sollten, ist, dass „alle Lebewesen ihre Gene von ihren Eltern bekommen.“Unterbewusst sind Sie sich dessen vielleicht schon selbst bewusst. Denken Sie darüber nach – sehen die meisten Menschen, die Sie kennen, in Aussehen und Verhalten nicht wie ihre Eltern aus?
Schritt 2. Verstehen Sie das Konzept der sexuellen Fortpflanzung
Die meisten der Organismen (nicht alle), die Sie auf dieser Welt kennen, produzieren durch "sexuelle Fortpflanzung" Nachkommen. Eine Erkrankung, bei der männliche und weibliche Eltern ihre jeweiligen Gene spenden, um Nachkommen zu produzieren. In diesem Fall stammt die Hälfte der Gene des Kindes von beiden Elternteilen. Das Punnett-Viereck ist im Grunde eine Möglichkeit, die verschiedenen Möglichkeiten dieses halb-halb-Gentausches in grafischer Form aufzuzeigen.
Sexuelle Fortpflanzung ist nicht die einzige Form der Fortpflanzung, die es gibt. Einige Organismen (wie Bakterien) vermehren sich durch "asexuelle Fortpflanzung", einen Zustand, bei dem Eltern ihre eigenen Kinder ohne die Hilfe eines Partners produzieren. Bei der asexuellen Fortpflanzung stammen alle Gene eines Kindes von nur einem Elternteil, wodurch sie mehr oder weniger exakte Kopien des Elternteils sind
Schritt 3. Verstehen Sie das Konzept der Allele in der Genetik
Wie oben erwähnt, sind die Gene in einem Organismus im Grunde eine Reihe von Anweisungen, die jede Zelle im Körper für das Überleben steuern. Tatsächlich sind Gene im Gegensatz zu einem Handbuch auch in Kapitel, Abschnitte und Unterabschnitte unterteilt, wobei verschiedene Abschnitte des Gens separate Funktionen einzeln regulieren. Wenn sich einer dieser "Unterabschnitte" zwischen zwei Organismen unterscheidet, werden die beiden unterschiedlich aussehen und sich verhalten - zum Beispiel machen genetische Unterschiede eine Person schwarz und die andere blond. Diese unterschiedlichen Formen im gleichen Gen (menschliches Gen) werden "Allele" genannt.
Da jedes Kind zwei Sätze von Genen erhält – jedes männliche und weibliche Elternteil – erhält das Kind zwei Kopien für jedes Allel
Schritt 4. Verstehen Sie das Konzept der dominanten und rezessiven Allele
Das Allel eines Kindes "teilt" sich nicht immer die Macht des Gens. Einige Allele, die als dominante Allele bezeichnet werden, manifestieren sich standardmäßig in der körperlichen Erscheinung und im Verhalten des Kindes (wir nennen sie "ausgedrückt"). Andere Allele, die als „rezessive“Allele bezeichnet werden, können nur exprimiert werden, wenn sie nicht mit einem dominanten Allel gepaart sind, das sie „überrennen“kann. Das Punnett-Quadrat wird oft verwendet, um zu bestimmen, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Kind ein dominantes oder rezessives Allel erhält.
Da diese Gene von dominanten Ales "überrannt" werden können, werden rezessive Allele tendenziell seltener exprimiert. Im Allgemeinen muss ein Kind das rezessive Allel von beiden Elternteilen erben, damit das Allel exprimiert werden kann. Blutkrankheiten sind ein häufig verwendetes Beispiel für ein rezessives Merkmal - aber bitte beachten Sie, dass ein rezessives Allel nicht "schlecht" bedeutet
Methode 1 von 2: Zeigen von Monohybrid-Kreuzen (Einzelgen)
Schritt 1. Erstellen Sie ein 2x2-Gitter
Die einfachsten Punnett-Quadrate sind ziemlich einfach zu machen. Beginnen Sie mit dem Zeichnen eines gleichseitigen Rechtecks und teilen Sie dann den Innenraum in vier gleiche Raster auf. Wenn Sie fertig sind, sollten sich in jeder Spalte zwei Raster und in jeder Zeile zwei Raster befinden.
Schritt 2. Verwenden Sie Buchstaben, um das Eltern- oder Quellallel in jeder Zeile und Spalte darzustellen
In einem Punnett-Viereck werden den Müttern Spalten und den Vätern Zeilen zugewiesen oder umgekehrt. Schreiben Sie die Buchstaben neben jede Reihe und Spalte, die jedes der väterlichen und mütterlichen Allele darstellen. Verwenden Sie Großbuchstaben für dominante Allele und Kleinbuchstaben für rezessive Allele.
Anhand eines Beispiels wird es viel einfacher zu verstehen sein. Angenommen, Sie möchten die Wahrscheinlichkeit ermitteln, mit der die Kinder eines bestimmten Paares ihre Zungen rollen können. Wir stellen dies mit den Buchstaben „R“und „r“dar – ein Großbuchstabe für das dominante Gen und ein Kleinbuchstabe für das rezessive. Wenn beide Eltern heterozygot wären (mit einer Kopie jedes Allels), würden wir ein "R" und ein "r" oben in das Raster und ein "R" und ein "r" entlang der linken Seite des Rasters schreiben.
Schritt 3. Schreiben Sie die Buchstaben für jedes Raster in die Zeilen und Spalten
Nach dem Ausfüllen der Allele, die von jedem Elternteil gegeben wurden, wird das Ausfüllen des Punnett-Quadrats einfach. Schreiben Sie in jedes Raster die aus zwei Buchstaben bestehenden Genkombinationen der väterlichen und mütterlichen Allele. Mit anderen Worten, nehmen Sie die Buchstaben aus dem Raster in der Spalte und in der Reihe und schreiben Sie sie dann beide in das verbindende leere Kästchen.
- Füllen Sie in diesem Beispiel unser Punnett-Viereckraster wie folgt aus:
- Das Kästchen oben links: „RR“
- Das Kästchen oben rechts: „Rr“
- Kästchen unten links: „Rr“
- Das Kästchen unten rechts: „rr“
- Beachten Sie, dass normalerweise das dominante Allel (Großbuchstabe) zuerst geschrieben wird.
Schritt 4. Bestimmen Sie den Genotyp jedes potenziellen Nachkommens
Jedes im Punnett-Quadrat ausgefüllte Kästchen stellt die Nachkommen dar, die die Eltern haben können. Jedes Quadrat (und damit jeder Nachkomme) ist gleich wahrscheinlich – mit anderen Worten, in einem 2x2-Raster gibt es eine 1/4-Chance für alle vier Möglichkeiten. Die verschiedenen Kombinationen von Allelen, die im Punnett-Viereck vertreten sind, werden als "Genotypen" bezeichnet. Während Genotypen genetische Unterschiede darstellen, unterscheiden sich die Nachkommen nicht unbedingt für jedes Gitter (siehe Schritte unten).
- In unserem Beispiel Punnett-Viereck sind die möglichen Genotypen für Nachkommen dieser beiden Eltern:
- "Zwei dominante Allele" (zwei R)
- „Ein dominantes und ein rezessives Allel“(R und r)
- „Ein dominantes und ein rezessives Allel“(R und r) – Beachten Sie, dass es bei diesem Genotyp zwei Raster gibt.
- „Zwei rezessive Allele“(zwei R)
Schritt 5. Bestimmen Sie den Phänotyp jedes potenziellen Nachwuchses
Der Phänotyp in einem Organismus ist die tatsächliche physikalische Eigenschaft, die basierend auf seinem Genotyp gezeigt wird. Einige Beispiele für Phänotypen wie Augenfarbe, Haarfarbe und das Vorhandensein von Blutkrankheitszellen - dies sind physikalische Merkmale, die von Genen "bestimmt" werden, aber keine tatsächlichen Kombinationen von Genen selbst. Der Phänotyp, den ein potenzieller Nachkomme haben wird, wird durch die Eigenschaften des Gens bestimmt. Unterschiedliche Gene haben unterschiedliche Regeln hinsichtlich ihrer Manifestation als Phänotyp.
- Nehmen wir in unserem Beispiel an, dass das Gen, das es einer Person ermöglicht, ihre Zunge zu rollen, das dominante Gen ist. Dies bedeutet, dass jeder Nachkommen seine Zunge rollen kann, auch wenn nur ein Allel dominant ist. In diesem Fall sind die Phänotypen der potenziellen Nachkommen:
- Oben links: "Fähig, Zunge zu rollen (zwei R's)"
- Oben rechts: „Fähig, Zunge zu rollen (ein R)“
- Unten links: „Fähig, Zunge zu rollen (ein R)“
- Unten rechts: „Zunge kann nicht gerollt werden (kein R)“
Schritt 6. Verwenden Sie das Raster, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der verschiedenen Phänotypen zu bestimmen
Eine der häufigsten Anwendungen des Punnett-Vierecks besteht darin, zu bestimmen, wie wahrscheinlich ein Nachkommen einen bestimmten Phänotyp hat. Da jedes Gitter einen äquivalenten möglichen Genotyp darstellt, können Sie die möglichen Phänotypen finden, indem Sie "die Anzahl der Gitter, die diesen Phänotyp enthalten, durch die Gesamtzahl der vorhandenen Gitter teilen".
- Das Punnett-Viereck in unserem Beispiel besagt, dass es für jeden Nachkommen dieser beiden Eltern vier mögliche Kombinationen von Genen gibt. Drei dieser Kombinationen erzeugen Nachkommen, die zum Zungenrollen fähig sind. Daher sind die Wahrscheinlichkeiten für unseren Phänotyp:
- Zungenrollende Nachkommen: 3/4 = „0,75 = 75%“
- Nachkommen, die die Zunge nicht rollen können: 1/4 = „0,25 = 25%“
Methode 2 von 2: Zeigen eines Dihybrid-Kreuzes (zwei Gene)
Schritt 1. Duplizieren Sie jede Seite des grundlegenden 2x2-Rasters für jedes zusätzliche Gen
Nicht alle Genkombinationen sind so einfach wie die einfachen monohybriden (einzelnen) Kreuzungen aus dem obigen Abschnitt. Einige Phänotypen werden durch mehr als ein Gen bestimmt. In diesem Fall müssen Sie jede mögliche Kombination berücksichtigen, was bedeutet, dass Sie ein größeres Raster zeichnen.
- Die Grundregel des Punnett-Vierecks, wenn mehr als ein Gen vorhanden ist, lautet: "Multiplizieren Sie jede Seite des Rasters mit jedem anderen Gen als dem ersten". Mit anderen Worten, da das Ein-Gen-Gitter 2x2 ist, ist das Zwei-Gen-Gitter 4x4, das Drei-Gen-Gitter ist 8x8 und so weiter.
- Um dieses Konzept leichter verständlich zu machen, folgen wir dem Beispielproblem der Zwei-Gene. Das bedeutet, dass wir ein „4x4“-Raster zeichnen müssen. Die Konzepte in diesem Abschnitt gelten auch für drei oder mehr Gene – dieses Problem erfordert lediglich ein größeres Raster und zusätzliche Arbeit.
Schritt 2. Weisen Sie beitragende elterliche Gene zu
Als nächstes finden Sie die Gene, die beide Elternteile für das untersuchte Merkmal teilen. Wegen der vielen beteiligten Gene erhält der Genotyp jedes Elternteils zwei zusätzliche Buchstaben für jedes Gen zusätzlich zum ersten – mit dem Wort Tuch vier Buchstaben für zwei Gene, sechs Buchstaben für drei Gene und so weiter. Es kann hilfreich sein, den Genotyp der Mutter oben in das Raster zu schreiben und den Genotyp des Vaters links (oder umgekehrt) als visuelle Erinnerung.
Lassen Sie uns ein klassisches Beispiel verwenden, um diesen Konflikt zu veranschaulichen. Eine Erbsenpflanze kann glatte oder faltige Bohnen haben, gelb oder grün gefärbt. Glatt und gelb sind dominante Merkmale. Verwenden Sie in diesem Fall M und m, um dominant und rezessiv für Glätte und K und k für Gelb darzustellen. Nehmen wir an, die Mutter hat einen Genotyp von "MmKk" und das Gen des Vaters hat einen Genotyp von "MmKK"
Schritt 3. Schreiben Sie die verschiedenen Kombinationen von Genen entlang der oberen und linken Seite
Schreiben Sie nun über der oberen Reihe des Rasters und links von der Spalte ganz links die verschiedenen Allele auf, die jedes Elternteil beitragen könnte. Wie bei einem einzelnen Gen wird jedes Allel mit gleicher Wahrscheinlichkeit vererbt. Da es jedoch so viele Gene gibt, erhält jede Spalte und Zeile mehr als einen Buchstaben: zwei Buchstaben für zwei Gene, drei Buchstaben für drei Gene und so weiter.
- In diesem Beispiel müssen wir die verschiedenen Kombinationen von Genen auflisten, die Eltern von ihrem MmKk-Genotyp erben können. Wenn wir das MmKk-Gen der Mutter entlang des oberen Gitters und das MmKk-Gen des Vaters im linken Gitter haben, dann sind die Allele für jedes Gen:
- Entlang des oberen Rasters: „MK, Mk, mK, mk“
- Unten auf der linken Seite: „MK, MK, mK, mK“
Schritt 4. Füllen Sie jedes Raster mit jeder Allelkombination aus
Füllen Sie das Raster wie bei einem einzelnen Gen aus. Dieses Mal wird jedoch jedes Raster zusätzlich zum ersten zwei zusätzliche Buchstaben für jedes Gen haben: vier Buchstaben für zwei Gene, sechs Buchstaben für drei Gene. Im Allgemeinen sollte die Anzahl der Buchstaben in jedem Raster der Anzahl der Buchstaben im Genotyp jedes Elternteils entsprechen.
- In diesem Beispiel füllen wir das vorhandene Raster wie folgt:
- Obere Reihe: „MMKK, MMKk, MmKK, MmKk“
- Zweite Zeile: „MMKK, MMKk, MmKK, MmKk“
- Dritte Zeile: „MmKK, MmKk, mmKK, mmKk“
- Untere Reihe: „MmKK, MmKk, mmKK, mmKk“
Schritt 5. Finden Sie den Phänotyp für jeden potenziellen Nachwuchs
Angesichts mehrerer Gene repräsentiert jedes Gitter im Punnett-Viereck immer noch den Genotyp für jeden potenziellen Nachkommen – es gibt mehr Auswahlmöglichkeiten als ein einzelnes Gen. Der Phänotyp für jedes Gitter hängt wiederum von dem genauen Gen ab, das behandelt wird. Im Allgemeinen benötigen dominante Merkmale jedoch nur ein Allel, um exprimiert zu werden, während rezessive Merkmale „alle“rezessiven Allele erfordern.
- Da in diesem Beispiel Glätte (M) und Gelbheit (K) die dominierenden Merkmale für die Erbsenpflanze im Beispiel sind, repräsentiert jedes Gitter, das mindestens ein großes M enthält, eine Pflanze mit dem glatten Phänotyp, und jedes Gitter, das mindestens. enthält ein großes K stellt eine Ernte dar. gelber Phänotyp. Faltige Pflanzen benötigen zwei kleingeschriebene s-Allele und grüne Pflanzen benötigen zwei kleingeschriebene k-Allele. Aus dieser Bedingung erhalten wir:
- Obere Reihe: „Nahtlos/Gelb, Nahtlos/Gelb, Glatt/Gelb, Nahtlos/Gelb“
- Zweite Reihe: „Nahtlos/Gelb, Glatt/Gelb, Glatt/Gelb, Glatt/Gelb“
- Dritte Reihe: „Glatt/Gelb, Glatt/Gelb, Falten/Gelb, Falten/Gelb“
- Untere Reihe: „Glatt/Gelb, Glatt/Gelb, Runzeln/Gelb, Runzeln/Gelb“
Schritt 6. Verwenden Sie das Raster, um die Wahrscheinlichkeit jedes Phänotyps zu bestimmen
Verwenden Sie dieselbe Methode wie beim Umgang mit einem einzelnen Gen, um die Wahrscheinlichkeit zu ermitteln, dass jedes Nachkommen beider Elternteile einen anderen Phänotyp haben kann. Mit anderen Worten, die Anzahl der Gitter, die den Phänotyp enthalten, geteilt durch die Gesamtzahl der Gitter ist gleich der Wahrscheinlichkeit für jeden Phänotyp.
- In diesem Beispiel sind die Wahrscheinlichkeiten für jeden Phänotyp:
- Nachkommen sind glatt und gelb: 12/16 = „3/4 = 0,75 = 75%“
- Nachkommen sind faltig und gelb: 4/16 = „1/4 = 0,25 = 25%“
- Nachkommen sind glatt und grün: 0/16 = „0%“
- Nachkommen gekennzeichnet durch Falten und Grün: 0/16 = „0%“
- Beachten Sie, dass keiner der Nachkommen grün ist (0%), da es unmöglich ist, dass jeder Nachkomme zwei rezessive k-Allele hat.
Tipps
- In Eile? Versuchen Sie es mit dem Punnett-Viereck-Online-Rechner (zum Beispiel in diesem), der ein quadratisches Punnett-Gitter basierend auf den von Ihnen angegebenen Elterngenen erstellen und füllen kann.
- Im Allgemeinen sind rezessive Merkmale nicht so häufig wie dominante Merkmale. Es gibt jedoch Situationen, in denen dieses seltene Merkmal die Fitness eines Organismus erhöhen und somit durch natürliche Selektion weiter verbreitet werden kann. Zum Beispiel verleiht das rezessive Merkmal, das erbliche Blutkrankheiten verursacht, auch Immunität gegen Malaria, was dies in tropischen Klimazonen erforderlich macht.
- Nicht alle Gene haben nur zwei Phänotypen. Zum Beispiel gibt es mehrere Gene mit unterschiedlichen Phänotypen für heterozygote Kombinationen (ein dominantes, ein rezessives).
