Менделизъм, законите на Мендел

Мендел, Грегор - бохемски натуралист (Хайнцендорф, Силезия, 1822 -Бърно, Моравия, 1884). След като е станал августински монах, той влиза в манастира в Бърно през 1843 г .; впоследствие завършва научните си изследвания във Виенския университет. От 1854 г. преподава физика и естествени науки в Бърно. Между 1857 и 1868 г. се посвещава на дълги практически експерименти по хибридизацията на грах в манастирската градина. След внимателно и търпеливо наблюдение на резултатите, той беше доведен до яснота и математическа точност на важните закони, които вървят под името законите на Мендел. Еднакво валидни за растителния свят, както и за животинския, тези закони представляват отправна точка за създаването на нов клон на биологичните науки: генетика. В продължение на девет години, анализирайки резултатите от стотици и стотици изкуствени опрашвания, култивирайки и изследвайки около 12 000 растения, Мендел търпеливо записва всички свои наблюдения, резултатите от които са представени в кратки мемоари на Природноисторическото дружество в Бърно през 1865 г. време изданието не беше оценено с цялото си значение и не предизвика „интереса, който заслужаваше. Игнориран от учените повече от тридесет“ години, законите бяха преоткрити през 1900 г. едновременно и независимо от трима ботаници: Х. де Фриз в Холандия , C. Currens в Германия, E. von Tschermak в Австрия; но междувременно изучаването на биологията бе постигнало голям напредък, времената се бяха променили и откритието веднага оказа голямо влияние.

Първият закон, или законът на господството, също се нарича по -правилно законът за еднородността на хибридите. Мендел взе две грахови растения (които той нарече прародители) и двете от чиста порода, едното с жълти семена, другото зелено, и използва прашеца на едното, за да оплоди другото. От този кръст е получено първо поколение грах от хибридни растения, който вече не е чисто отглеждан; всички растения дават грах с жълти семена, нито едно не проявява зеленосемен характер. С други думи, жълтият шрифт доминираше в зелено; т.е. жълтото е доминиращо, зелено, маскирано, рецесивно. Има и особен случай, когато има непълно доминиране и първото поколение показва междинен характер между бащата и майката; но дори и в този случай хибридите ще бъдат равни помежду си. Мендел даде блестящо и гениално обяснение на явленията; той предположи, че заедно с гаметите се предават фактори, отговорни за развитието на характерите; той смяташе, че във всеки организъм или даден характер се регулира от два фактора, един предаван от майката и един от бащата, и че тези два фактора са еднакви при чистокръвните индивиди, различни при хибридите и че накрая се съдържа само един фактор в гамети. Мендел посочи двата фактора на антагонистичните знаци с букви от азбуката, главни за доминиращите, малки за рецесивни; и тъй като всеки родител има няколко фактора, той посочи например с AA грахът, който носи доминиращия жълт символ, с аа този, който носи зеления рецесивен характер.Хибридът, който получава А от единия родител и от другия ще бъде Аа.

Тук може да се посочи, че от външния вид на индивид не винаги е възможно да се разбере дали той принадлежи към чиста порода или дали е хибрид; вместо това е необходимо да се изследва поведението му при кръстосване и кръстосване. Всъщност чистокръвният жълт грах и хибридният очевидно са идентични; известно е обаче, че генетичният им състав е различен, единият е АА, а другият Аа. Докато кръстосвате между тях чистокръвен жълт грах (AA), винаги и само ще имате жълт грах, като кръстосвате жълт или полужълт, но хибриден грах (Aa) помежду си, ще видите и растения със зелени семена, които се появяват в техните потомци . Жълтият грах Аа, макар и идентичен, се различава генотипно, тоест в генетичния си състав. Други важни закони на Мендел са: законът за сегрегацията или разединението на героите и законът за независимостта на героите.
По времето на Мендел явленията на митоза и мейоза все още не са ясни, но днес знаем, че при мейозата гаметите получават само по една хромозома от всяка двойка и че изключително с оплождането тези хромозоми се връщат да се чифтосват на случаен принцип.
Ако мислим (за временно опростяване), че определен фактор е локализиран върху една двойка хромозоми, виждаме, че в еукариотния (диплоиден) организъм факторите присъстват по двойки и само в гаметите (хаплоидни) има единичен фактор. където те присъстват по двойки, те могат да бъдат еднакви или различни.
Когато два равни фактора (независимо дали доминиращ или рецесивен, GG или gg) са се слели в зиготата, за получения индивид се казва, че е хомозиготен за този характер, докато хетерозиготният е този, при който два различни фактора са се слели (Gg).
Алтернативните фактори, които определят характера на индивида, се наричат алели.В нашия случай G и g са съответно доминиращ алел и рецесивен алел за цветния характер на граха.
Алелите за определен герой могат да бъдат дори повече от два. Следователно ще говорим за диалелни и полиалелни характери или съответно за генетичен диморфизъм и полиморфизъм.
По конвенция поколенията на експерименталния кръст са обозначени със символите P, F1 и F2, които съответно означават:
P = родителско поколение;
F1 = първото синовско поколение;
F2 = синово второ поколение.
В менделския кръст жълтото X зелено дава всички жълти; всяко две от последните, кръстосани помежду си, дават по едно зелено на всеки три жълти. те винаги дават равни гамети, така че техните потомци са еднакво равни, всички хетерозиготи Тъй като жълтото е доминиращо над зеленото, всички хетерозиготи са жълти (F1).
Пресичайки обаче две от тези хетерозиготи, виждаме, че всяка една може да даде един или друг тип гамети с еднаква вероятност. Също така обединението на гаметите в зиготите има същата вероятност (с изключение на специални случаи), така че във F2 зиготи от четирите възможни типа се образуват с еднаква вероятност: GG = хомозиготна, жълта; Gg = хетерозиготна, жълта; gG = хетерозиготен, жълт; gg = хомозиготен, зелен.
Следователно жълтото и зеленото са в съотношение 3: 1 във F2, тъй като жълтото се среща така или иначе, докато го има, докато зеленото се проявява само при липса на жълто.
За да се разбере по -добре явлението от гледна точка на молекулярната биология, достатъчно е да се приеме, че определено основно вещество, зелено, не се променя от ензима, продуциран от g алела, докато алелът G произвежда ензим, който преобразува зеленото пигмент в жълт пигмент.Ако алелът G не присъства в нито една от двете хомоложни хромозоми, носещи този ген, грахът остава зелен.
Фактът, че жълтият грах може да се характеризира с две различни генетични структури, хомозиготният GG и хетерозиготният Gg, ни дава възможност да дефинираме фенотипа и генотипа.
Външното проявление на генетичните характеристики на организма (това, което виждаме), повече или по -малко модифицирано от влиянието на околната среда, се нарича фенотип. Само наборът от генетични характеристики, който може или не може да се прояви във фенотипа, се нарича генотип.
Жълтият грах F2 има същия фенотип, но променлив генотип. Всъщност те са 2/3 хетерозиготи (носители на рецесивната черта) и 1/3 хомозиготи.
Вместо това, например, в зеления грах генотипът и фенотипът са взаимно неизменни.
Както ще видим, появата само на един от родителските символи във F1 и появата на двата знака в съотношение 3: 1 във F2, са явления от общ характер, които са предмет на съответно първия и втория закон на Мендел. Всичко това се отнася до кръстосването между индивиди, които се различават за една двойка алели, за един генетичен характер.
Ако се направи друго такова пресичане, Менделският модел се повтаря; например чрез кръстосване на грах с набръчкано семе и гладко семе, в което гладката алела е доминираща, ще имаме LL X 11 в P, всички LI (хетерозиготни, гладки) във F1 и три гладки за всяко набръчкано във F2 (25 % LL, 50% LI, 25% 11) .Но ако сега кръстосваме хомозиготни двойници, това са сортове, които се различават с повече от един знак (например GGLL, жълт и гладък, с ggll, зелен и regosi), виждаме, че във F1 всички ще бъдат хетерозиготни с двата доминиращи знака, фенотипирани, но във F2 ще има четирите възможни фенотипни комбинации в числово съотношение 9: 3: 3: 1, което произлиза от 16 -те възможни генотипа, съответстващи на възможните комбинации от четири вида гамети (взети по двойки до две в зиготите).
Очевидно е, че два героя, които са били заедно в първото поколение, независимо се разделят помежду си в третото. Всяка двойка хомоложни хромозоми се отделя независимо от другата в мейоза и това е, което установява третият закон на Мендел.
Нека сега видим като цяло формулировка на трите закона на Мендел:
1а: закон на господството. Като се има предвид двойка алели, ако потомството на кръстоска между съответните хомозиготи има само един от родителските признаци във фенотипа, това се нарича доминиращо, а другото рецесивно.
2а: закон за сегрегация. Кръстосването на F1 хибриди дава три доминанти за всеки рецесивен. Следователно фенотипното съотношение е 3: 1, докато генотипното съотношение е 1: 2: 1 (25% доминиращи хомозиготи, 50% хетерозиготи, 25% рецесивни хомозиготи).
При кръстосване на индивиди, които се различават по повече от една двойка алели, всяка двойка се разделя на потомци, независимо от останалите, съгласно първия и втория закон.
Тези три закона, въпреки че не са правилно формулирани като такива от Мендел, са признати за основата на еукариотната генетика. Както винаги е в големите принципи на биологията, общият характер на тези закони не означава, че те нямат изключения.
Всъщност има толкова много възможни изключения, че днес е обичайно да се разделя генетиката на менделска и неоменделска, включително във втората всички явления, които не попадат в менделските закони.
Въпреки че първите изключения обаче поставят под съмнение валидността на откритията на Мендел, впоследствие беше възможно да се докаже, че законите му са общи по обхват, но основните явления се комбинират с голямо разнообразие от други явления, които ги модулират. Иначе изразът.