Wie man mit Punnett-Quadraten arbeitet (mit Bildern)

2024 Autor: Louis Wesley | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-15 08:40

Punnett-Quadrate sind visuelle Werkzeuge, die in der Wissenschaft der Genetik verwendet werden, um die möglichen Kombinationen von Genen zu bestimmen, die bei der Befruchtung auftreten. Ein Punnett-Quadrat besteht aus einem einfachen quadratischen Raster, das in 2x2 (oder mehr) Felder unterteilt ist. Mit diesem Raster und der Kenntnis der Genotypen beider Elternteile können Wissenschaftler die möglichen Genkombinationen für die Nachkommen entdecken und sogar die Chancen, bestimmte ererbte Merkmale zu zeigen.

Schritte

Bevor Sie beginnen: Wichtige Definitionen

Um diesen Abschnitt "Grundlagen" zu überspringen und direkt zu den Schritten zur Verwendung des Punnett-Quadrats zu gelangen, klicken Sie hier.

Schritt 1. Verstehen Sie das Konzept der Gene

Bevor Sie lernen, Punnett-Quadrate zu erstellen und zu verwenden, müssen Sie einige wichtige Grundlagen aus dem Weg räumen. Die erste ist die Idee, dass alle Lebewesen (von winzigen Mikroben bis hin zu riesigen Blauwalen) Gene haben. Gene sind unglaublich komplexe, mikroskopische Anweisungen, die in fast jeder einzelnen Zelle im Körper eines Organismus kodiert sind. Gene sind in gewisser Weise für praktisch jeden Aspekt des Lebens eines Organismus verantwortlich, einschließlich seines Aussehens, seines Verhaltens und vieles mehr.

Ein Konzept, das bei der Arbeit mit Punnett-Quadraten wichtig zu verstehen ist, ist, dass Lebewesen ihre Gene von ihren Eltern bekommen. Das ist Ihnen wahrscheinlich schon unterbewusst bewusst. Denken Sie – scheinen die Menschen, die Sie kennen, ihren Eltern in Aussehen und Verhalten im Allgemeinen nicht ähnlich zu sein?

Schritt 2. Verstehen Sie das Konzept der sexuellen Fortpflanzung

Die meisten (aber nicht alle) Organismen, die Sie in der Welt um Sie herum kennen, zeugen durch sexuelle Fortpflanzung Kinder. Das heißt, ein weiblicher Elternteil und ein männlicher Elternteil tragen jeweils ihre Gene bei, um ein Kind mit etwa der Hälfte seiner Gene von jedem Elternteil zu zeugen. Ein Punnett-Quadrat ist im Grunde eine Möglichkeit, die verschiedenen Möglichkeiten, die sich aus diesem halben und halben Austausch von Genen ergeben können, in Form einer Grafik aufzuzeigen.

Sexuelle Fortpflanzung ist nicht die einzige Form der Fortpflanzung da draußen. Einige Organismen (wie viele Bakterienstämme) vermehren sich durch asexuelle Fortpflanzung, das heißt, wenn ein Elternteil ganz allein ein Kind zeugt. Bei der asexuellen Fortpflanzung stammen alle Gene des Kindes von einem Elternteil, so dass das Kind mehr oder weniger eine Kopie seiner Eltern ist

Schritt 3. Verstehen Sie das Konzept der Allele

Wie oben erwähnt, sind die Gene eines Organismus im Grunde genommen eine Reihe von Anweisungen, die jeder Zelle im Körper des Organismus sagen, wie sie leben soll. Genau wie eine Bedienungsanleitung in verschiedene Kapitel, Abschnitte und Unterabschnitte unterteilt ist, sagen verschiedene Teile der Gene eines Organismus ihm, wie er verschiedene Dinge tun soll. Wenn einer dieser "Unterabschnitte" zwischen zwei Organismen unterschiedlich ist, können die beiden Organismen unterschiedlich aussehen oder sich unterschiedlich verhalten - zum Beispiel können genetische Unterschiede dazu führen, dass eine Person schwarzes Haar und eine andere blonde Haare hat. Diese verschiedenen Formen desselben Gens werden Allele genannt.

Da ein Kind zwei Sätze von Genen bekommt – eines von jedem Elternteil – hat es zwei Kopien jedes Allels

Schritt 4. Verstehen Sie das Konzept der dominanten und rezessiven Allele

Die Allele eines Kindes "teilen" nicht immer ihre genetische Kraft. Einige Allele, die als dominante Allele bezeichnet werden, manifestieren sich standardmäßig im Aussehen und Verhalten des Kindes (wir nennen dies "ausgedrückt werden"). Andere, rezessive Allele genannt, werden nur exprimiert, wenn sie nicht mit einem dominanten Allel gepaart sind, das sie "überschreiben" kann. Punnett-Quadrate werden häufig verwendet, um festzustellen, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Kind ein dominantes oder rezessives Allel erhält.

Da sie von dominanten Allelen „überschrieben“werden können, werden rezessive Allele tendenziell seltener exprimiert. Im Allgemeinen muss ein Kind ein rezessives Allel von beiden Elternteilen bekommen, damit das Allel exprimiert wird. Ein Blutzustand namens Sichelzellenanämie ist ein häufig verwendetes Beispiel für ein rezessives Merkmal. Beachten Sie jedoch, dass rezessive Allele per Definition nicht "schlecht" sind

Methode 1 von 2: Zeigen eines Monohybrid-Kreuzes (ein Gen)

Schritt 1. Machen Sie ein 2x2 quadratisches Raster

Die einfachsten Punnett-Quadrate sind recht einfach einzurichten. Beginnen Sie damit, ein großes Quadrat zu zeichnen, und teilen Sie dieses Quadrat dann in vier gerade Kästchen auf. Wenn Sie fertig sind, sollten sich in jeder Spalte zwei Quadrate und in jeder Zeile zwei Quadrate befinden.

Schritt 2. Verwenden Sie Buchstaben, um die Elternallele für jede Zeile und Spalte darzustellen

Auf einem Punnett-Quadrat sind die Spalten der Mutter und die Zeilen dem Vater zugeordnet oder umgekehrt. Schreiben Sie neben jede Zeile und Spalte einen Buchstaben, der für jedes der Allele der Mutter und des Vaters steht. Verwenden Sie Großbuchstaben für dominante Allele und Kleinbuchstaben für rezessive Allele.

• Dies ist an einem Beispiel viel einfacher zu verstehen. Nehmen wir zum Beispiel an, Sie möchten die Wahrscheinlichkeit bestimmen, dass das Kind eines Paares seine Zunge rollen kann. Wir können dies mit den Buchstaben darstellen R und R - Großbuchstaben für das dominante Gen und Kleinbuchstaben für das rezessive. Wenn beide Eltern heterozygot sind (eine Kopie jedes Allels haben), würden wir schreiben ein "R" und ein "r" am oberen Rand des Gitters und ein "R" und ein "r" entlang der linken Seite des Rasters.

  

  Schritt 3. Schreiben Sie die Buchstaben für die Zeilen und Spalten jedes Raums

  Sobald Sie die Allele herausgefunden haben, die jedes Elternteil beisteuert, ist es einfach, Ihr Punnett-Quadrat auszufüllen. Schreiben Sie in jedes Quadrat die aus zwei Buchstaben bestehende Genkombination aus den Allelen der Mutter und des Vaters. Mit anderen Worten, nimm den Buchstaben aus der Spalte des Leerzeichens und den Buchstaben aus seiner Reihe und schreibe sie zusammen in das Leerzeichen.

  • In unserem Beispiel würden wir unsere Quadrate wie folgt ausfüllen:
  • Quadrat oben links: RR
  • Quadrat oben rechts: Rr
  • Quadrat unten links: Rr
  • Quadrat unten rechts: rr
  • Beachten Sie, dass traditionell dominante Allele (Großbuchstaben) zuerst geschrieben werden.

  

  Schritt 4. Bestimmen Sie den Genotyp jedes potenziellen Nachkommens

  Jedes Quadrat eines ausgefüllten Punnett-Quadrats stellt einen Nachkommen dar, den die beiden Eltern haben können. Jedes Quadrat (und damit jeder Nachkomme) ist gleich wahrscheinlich – mit anderen Worten, auf einem 2x2-Raster gibt es eine 1/4-Möglichkeit für jede der vier Möglichkeiten. Die verschiedenen Kombinationen von Allelen, die auf einem Punnett-Quadrat dargestellt werden, werden Genotypen genannt. Obwohl Genotypen genetische Unterschiede darstellen, werden sich die Nachkommen nicht unbedingt für jedes Quadrat anders entwickeln (siehe Schritt unten).

  • In unserem Beispiel Punnett-Quadrat sind die möglichen Genotypen für einen Nachkommen dieser beiden Eltern:
  • Zwei dominante Allele (von den beiden Rs)
  • Ein dominantes und ein rezessives Allel (aus dem R und r)
  • Ein dominantes und ein rezessives Allel (aus dem R und r) - Beachten Sie, dass es zwei Quadrate mit diesem Genotyp gibt
  • Zwei rezessive Allel (von den beiden rs)

  

  Schritt 5. Bestimmen Sie den Phänotyp jedes potenziellen Nachkommens

  Der Phänotyp eines Organismus ist die tatsächliche physische Eigenschaft, die er basierend auf seinem Genotyp zeigt. Nur einige Beispiele für Phänotypen sind Augenfarbe, Haarfarbe und das Vorhandensein von Sichelzellenanämie - all dies sind körperliche Merkmale, die durch Gene bestimmt werden, aber keines sind die tatsächlichen Genkombinationen selbst. Der Phänotyp eines potenziellen Nachkommens wird durch die Eigenschaften des Gens bestimmt. Unterschiedliche Gene haben unterschiedliche Regeln dafür, wie sie sich als Phänotypen manifestieren.

  • Nehmen wir in unserem Beispiel an, dass das Gen, das jemandem erlaubt, die Zunge zu rollen, dominant ist. Dies bedeutet, dass alle Nachkommen ihre Zunge rollen können, selbst wenn nur eines ihrer Allele dominant ist. In diesem Fall sind die Phänotypen der potenziellen Nachkommen:
  • Oben links: Kann Zunge rollen (zwei Rs)
  • Oben rechts: Kann Zunge rollen (ein R)
  • Unten links: Kann Zunge rollen (ein R)
  • Unten rechts: Kann die Zunge nicht rollen (null Rs)

  

  Schritt 6. Verwenden Sie die Quadrate, um die Wahrscheinlichkeit verschiedener Phänotypen zu bestimmen

  Eine der häufigsten Anwendungen für Punnett-Quadrate besteht darin, zu bestimmen, wie wahrscheinlich es ist, dass Nachkommen bestimmte Phänotypen haben. Da jedes Quadrat ein gleich wahrscheinliches Genotyp-Ergebnis darstellt, können Sie die Wahrscheinlichkeit eines Phänotyps ermitteln durch Dividieren der Anzahl der Quadrate mit diesem Phänotyp durch die Gesamtzahl der Quadrate.

  • Unser Punnett-Quadrat-Beispiel sagt uns, dass es für alle Nachkommen dieser Eltern vier mögliche Genkombinationen gibt. Drei dieser Kombinationen ergeben einen Nachwuchs, der mit der Zunge rollen kann, während eine dies nicht tut. Somit sind die Wahrscheinlichkeiten für unsere beiden Phänotypen:
  • Nachwuchs kann mit der Zunge rollen: 3/4 = 0.75 = 75%
  • Nachwuchs kann nicht mit der Zunge rollen: 1/4 = 0.25 = 25%

  Methode 2 von 2: Zeigen eines Dihybrid-Kreuzes (zwei Gene)

  

  Schritt 1. Verdoppeln Sie jede Seite des grundlegenden 2x2-Rasters für jedes zusätzliche Gen

  Nicht alle Genkombinationen sind so einfach wie die grundlegende Monohybrid-Kreuzung (ein Gen) aus dem obigen Abschnitt. Einige Phänotypen werden durch mehr als ein Gen bestimmt. In diesen Fällen müssen Sie jede mögliche Kombination berücksichtigen, was bedeutet, dass Sie ein größeres Raster zeichnen.

  • Die Grundregel für Punnett-Quadrate, wenn es um mehr als ein Gen geht, lautet: Verdoppeln Sie jede Seite des Rasters für jedes Gen über das erste hinaus.

    Mit anderen Worten, da ein Raster mit einem Gen 2x2 ist, ist ein Raster mit zwei Genen 4x4, ein Raster mit drei Genen ist 8x8 und so weiter.

  • Um diese Konzepte leichter verständlich zu machen, folgen wir einem Beispielproblem mit zwei Genen. Dies bedeutet, dass wir a draw zeichnen sollten 4x4 Netz. Die Konzepte in diesem Abschnitt gelten auch für drei oder mehr Gene – diese Probleme erfordern nur größere Raster und mehr Arbeit.

  

  Schritt 2. Bestimmen Sie die Gene der Eltern, die beigesteuert werden

  Suchen Sie als Nächstes die Gene, die beide Elternteile für das zu untersuchende Merkmal besitzen. Da Sie es mit mehreren Genen zu tun haben, hat der Genotyp jedes Elternteils über das erste hinaus zwei zusätzliche Buchstaben für jedes Gen – mit anderen Worten, vier Buchstaben für zwei Gene, sechs Buchstaben für drei Gene und so weiter. Als visuelle Erinnerung kann es hilfreich sein, den Genotyp der Mutter über dem oberen Rand des Rasters und den des Vaters links (oder umgekehrt) zu schreiben.

  Lassen Sie uns ein klassisches Beispielproblem verwenden, um diese Konflikte zu veranschaulichen. Eine Erbsenpflanze kann Erbsen haben, die entweder glatt oder faltig und gelb oder grün sind. Glatt und gelb sind die dominierenden Merkmale. Verwenden Sie in diesem Fall S und s, um dominante und rezessive Gene für Glätte darzustellen, und Y und y für Gelb. Nehmen wir an, die Mutter hat in diesem Fall ein SsYy Genotyp und der Vater hat einen SsYY Genotyp.

  

  Schritt 3. Schreiben Sie die verschiedenen Genkombinationen entlang der oberen und linken Seite

  Schreiben Sie nun über die obere Reihe von Quadraten im Raster und links von der Spalte ganz links die verschiedenen Allele, die möglicherweise von jedem Elternteil beigesteuert werden können. Wie bei einem Gen wird jedes Allel mit gleicher Wahrscheinlichkeit weitergegeben. Da Sie jedoch mehrere Gene betrachten, erhält jede Zeile und Spalte mehrere Buchstaben: zwei Buchstaben für zwei Gene, drei Buchstaben für drei Gene und so weiter.

  • In unserem Beispiel müssen wir die verschiedenen Kombinationen von Genen aufschreiben, die jeder Elternteil von seinen SsYy-Genotypen beitragen kann. Wenn wir die SsYy-Gene der Mutter oben und die SsYY-Gene des Vaters links haben, sind die Allele für jedes Gen:
  • Ganz oben: SY, Sy, sY, sy
  • Unten auf der linken Seite: SY, SY, sY, sY

  

  Schritt 4. Füllen Sie die Felder mit jeder Kombination von Allelen aus

  Füllen Sie die Lücken im Raster so aus, als würden Sie es mit einem einzelnen Gen tun. Dieses Mal hat jedoch jedes Leerzeichen zwei zusätzliche zusätzliche Buchstaben für jedes Gen neben dem ersten: vier Buchstaben für zwei Gene, sechs Buchstaben für drei Gene. Als allgemeine Regel sollte die Anzahl der Buchstaben in jedem Leerzeichen der Anzahl der Buchstaben im Genotyp jedes Elternteils entsprechen.

  • In unserem Beispiel würden wir unsere Leerzeichen wie folgt ausfüllen:
  • Oberste Reihe: SSYY, SSYy, SsYY, SsYy
  • Zweite Reihe: SSYY, SSYy, SsYY, SsYy
  • Dritte Zeile: SsYY, SsYy, ssYY, ssYy
  • Untere Reihe: SsYY, SsYy, ssYY, ssYy

  

  Schritt 5. Finden Sie die Phänotypen für jeden potenziellen Nachwuchs

  Wenn es sich um mehrere Gene handelt, repräsentiert jeder Platz im Punnett-Quadrat immer noch den Genotyp für jeden potenziellen Nachkommen - es gibt nur eine größere Auswahl als bei einem Gen. Die Phänotypen für jedes Quadrat sind wiederum abhängig von den genauen Genen, die behandelt werden. In der Regel benötigen dominante Merkmale jedoch nur ein dominantes Allel, um exprimiert zu werden, während rezessive Merkmale alle rezessiven Allele benötigen.

  • Da in unserem Beispiel Glätte und Gelb die dominanten Merkmale unserer Erbsen sind, repräsentiert jedes Quadrat mit mindestens einem großen S eine Pflanze mit einem glatten Phänotyp und jedes Quadrat mit mindestens einem großen Y steht für eine Pflanze mit einem gelben Phänotyp. Faltige Pflanzen benötigen zwei s-Allele in Kleinbuchstaben und grüne Pflanzen benötigen zwei y-Kleinbuchstaben. Aus diesen Bedingungen erhalten wir:
  • Oberste Reihe: Glatt/Gelb, Glatt/Gelb, Glatt/Gelb, Glatt/Gelb
  • Zweite Reihe: Glatt/Gelb, Glatt/Gelb, Glatt/Gelb, Glatt/Gelb
  • Dritte Zeile: Glatt/Gelb, Glatt/Gelb, faltig/gelb, faltig/gelb
  • Untere Reihe: Glatt/gelb, Glatt/gelb, faltig/gelb, faltig/gelb

  

  Schritt 6. Verwenden Sie die Quadrate, um die Wahrscheinlichkeit jedes Phänotyps zu bestimmen

  Verwenden Sie die gleichen Techniken wie beim Umgang mit einem Gen, um die Wahrscheinlichkeit zu ermitteln, dass alle Nachkommen der beiden Eltern einen unterschiedlichen Phänotyp haben können. Mit anderen Worten, die Anzahl der Quadrate mit dem Phänotyp geteilt durch die Gesamtzahl der Quadrate entspricht der Wahrscheinlichkeit für jeden Phänotyp.

  • In unserem Beispiel sind die Wahrscheinlichkeiten für jeden Phänotyp:
  • Nachwuchs ist glatt und gelb: 12/16 = 3/4 = 0.75 = 75%
  • Nachwuchs ist faltig und gelb: 4/16 = 1/4 = 0.25 = 25%
  • Nachwuchs ist glatt und grün: 0/16 = 0%
  • Nachwuchs ist faltig und grün: 0/16 = 0%
  • Beachten Sie, dass keiner der Nachkommen grün sein wird, da es unmöglich ist, zwei rezessive y-Allele zu bekommen.

  Tipps

  • In Eile? Versuchen Sie es mit einem Online-Punnett-Quadrat-Rechner (wie diesem), der Punnett-Quadrate basierend auf den von Ihnen angegebenen Elterngenen erstellen und ausfüllen kann.
  • Generell sind rezessive Merkmale seltener als dominante Merkmale. Es gibt jedoch Situationen, in denen diese seltenen Merkmale die Fitness von Organismen erhöhen und somit durch natürliche Selektion häufiger werden. Zum Beispiel verleiht das rezessive Merkmal, das den Blutzustand Sichelzellenanämie verursacht, auch Resistenz gegen Malaria, was sie in tropischen Klimazonen etwas wünschenswert macht.
  • Nicht alle Gene haben nur zwei Phänotypen. Zum Beispiel haben einige Gene einen separaten Phänotyp für die heterozygote (eine dominante, eine rezessive) Kombination.