Czworobok Punneta jest wizualnym urządzeniem używanym w genetyce do określania, które kombinacje genów mogą wystąpić w momencie poczęcia. Kwadrat Punneta składa się z prostej kwadratowej siatki podzielonej na siatkę 2x2 (lub większą). Dzięki tej siatce i znajomości genotypów obojga rodziców naukowcy mogą odkryć potencjalne kombinacje genów dla potomstwa, a nawet poznać niektóre cechy dziedziczne.
Krok
Zanim zaczniesz: kilka ważnych definicji
„Jeśli chcesz pominąć sekcję „podstawy” i przejść od razu do dyskusji o czworoboku Punnetta, kliknij tutaj”.
Krok 1. Zrozum pojęcie genów
Zanim nauczysz się, jak tworzyć i używać czworoboku Punneta, powinieneś znać kilka ważnych podstaw. Pierwszym z nich jest idea, że wszystkie żywe istoty (od maleńkich mikrobów po gigantyczne płetwale błękitne) mają „geny”. Geny to niezwykle złożone, mikroskopijne sekwencje instrukcji, które są zakodowane w prawie każdej komórce ciała wszystkich organizmów. Geny są odpowiedzialne za wszystkie aspekty życia organizmu, w tym wygląd, zachowanie i inne.
Jednym z ważnych pojęć, które należy zrozumieć podczas pracy z czworokątami Punneta, jest to, że „wszystkie żywe istoty otrzymują geny od swoich rodziców.” Podświadomie możesz już być tego świadomy. Pomyśl o tym - czy większość ludzi, których znasz, nie wygląda jak ich rodzice w wyglądzie i zachowaniu?
Krok 2. Zrozum pojęcie rozmnażania płciowego
Większość organizmów (nie wszystkie), które znasz na tym świecie, wytwarza potomstwo poprzez „rozmnażanie płciowe”. Stan, w którym rodzice płci męskiej i żeńskiej oddają swoje geny, aby wydać potomstwo. W tym przypadku połowa genów dziecka pochodzi od obojga rodziców. Czworobok Punneta jest w zasadzie sposobem na pokazanie różnych możliwości tej półpołowicznej zamiany genu w formie graficznej.
Rozmnażanie płciowe nie jest jedyną istniejącą formą rozmnażania. Niektóre organizmy (takie jak bakterie) rozmnażają się przez „rozmnażanie bezpłciowe”, stan, w którym rodzice produkują własne dzieci bez pomocy partnera. W rozmnażaniu bezpłciowym wszystkie geny dziecka pochodzą tylko od jednego rodzica, co czyni je mniej lub bardziej dokładnymi kopiami rodzica
Krok 3. Zrozum pojęcie alleli w genetyce
Jak wspomniano powyżej, geny w organizmie to w zasadzie seria instrukcji, które rządzą każdą komórką w ciele, jak przetrwać. W rzeczywistości, w przeciwieństwie do podręcznika, geny są również podzielone na rozdziały, sekcje i podsekcje, przy czym różne sekcje genu regulują indywidualnie poszczególne funkcje. Jeśli którykolwiek z tych "podsekcji" różni się między dwoma organizmami, oba będą wyglądać i zachowywać się inaczej - na przykład różnice genetyczne sprawiają, że jedna osoba jest czarna, a druga blondynka. Te różne formy w tym samym genie (gen ludzki) nazywane są „allelami”.
Ponieważ każde dziecko otrzymuje dwa zestawy genów – każdy rodzic płci męskiej i żeńskiej – dziecko otrzyma dwie kopie dla każdego allelu
Krok 4. Zrozum koncepcję alleli dominujących i recesywnych
Allel dziecka nie zawsze „dzieli” moc genu. Niektóre allele, zwane allelami dominującymi, będą domyślnie manifestować się w fizycznym wyglądzie i zachowaniu dziecka (nazywamy je „wyrażonymi”). Inne allele, zwane allelami „recesywnymi”, mogą być wyrażane tylko wtedy, gdy nie są sparowane z allelem dominującym, który jest zdolny do ich „przekroczenia”. Kwadrat Punneta jest często używany do określenia, jak prawdopodobne jest, że dziecko otrzyma allel dominujący lub recesywny.
Ponieważ te geny mogą być „przejęte” przez dominujące ale, allele recesywne mają tendencję do rzadszej ekspresji. Ogólnie rzecz biorąc, dziecko musi odziedziczyć allel recesywny od obojga rodziców, aby allel mógł się wyrazić. Choroby krwi są często używanym przykładem cechy recesywnej - ale proszę zauważyć, że allel recesywny nie oznacza "zły"
Metoda 1 z 2: Pokazywanie krzyżówek monohybrydowych (pojedynczych genów)
Krok 1. Utwórz siatkę 2x2
Najbardziej podstawowe kwadraty Punneta są dość łatwe do wykonania. Zacznij od narysowania prostokąta równobocznego, a następnie podziel wnętrze na cztery równe siatki. Kiedy skończysz, w każdej kolumnie powinny znajdować się dwie siatki i dwie siatki w każdym rzędzie.
Krok 2. Użyj liter do przedstawienia allelu rodzicielskiego lub źródłowego w każdym rzędzie i kolumnie
W czworoboku Punneta kolumny są przypisane do matek, a wiersze do ojców lub odwrotnie. Napisz litery obok każdego wiersza i kolumny, które reprezentują każdy z alleli ojcowskich i matczynych. Użyj wielkich liter dla alleli dominujących i małych dla alleli recesywnych.
O wiele łatwiej będzie to zrozumieć na przykładzie. Załóżmy na przykład, że chcesz określić prawdopodobieństwo, że dzieci określonej pary będą w stanie przewrócić językami. Reprezentujemy to literami „R” i „r” - wielką literą dla genu dominującego i małą literą dla genu recesywnego. Gdyby oboje rodzice byli heterozygotyczni (mający jedną kopię każdego allelu), napisalibyśmy „R” i „r” wzdłuż górnej części siatki oraz „R” i „r” po lewej stronie siatki …
Krok 3. Napisz litery dla każdej siatki w wierszach i kolumnach
Po wypełnieniu alleli podanych przez każdego rodzica, wypełnienie kwadratu Punneta staje się łatwe. Na każdej siatce napisz dwuliterowe kombinacje genów alleli ojcowskich i matczynych. Innymi słowy, weź litery z siatki w kolumnie i rzędzie, a następnie napisz je w pustym polu łączącym.
- W tym przykładzie wypełnij naszą czworokątną siatkę Punneta w następujący sposób:
- Pudełko w lewym górnym rogu: „RR”
- Pudełko w prawym górnym rogu: „Rr”
- Pole w lewym dolnym rogu: „Rr”
- Pole w prawym dolnym rogu: „rr”
- Zauważ, że zazwyczaj dominujący allel (wielka litera) jest pisany jako pierwszy.
Krok 4. Określ genotyp każdego potencjalnego potomstwa
Każde pole wypełnione w kwadracie Punneta reprezentuje potomstwo, które mogą mieć rodzice. Każdy kwadrat (a więc każde potomstwo) jest jednakowo prawdopodobny - innymi słowy, w siatce 2x2 jest 1/4 szansa na każde cztery możliwości. Różne kombinacje alleli reprezentowane w czworoboku Punneta nazywane są „genotypami”. Chociaż genotypy reprezentują różnice genetyczne, potomstwo niekoniecznie różni się dla każdej sieci (patrz kroki poniżej).
- W naszym przykładzie czworoboku Punneta możliwe genotypy potomstwa tych dwóch rodziców to:
- „Dwa dominujące allele” (dwa R)
- „Jeden dominujący i jeden recesywny allel” (R i r)
- „Jeden dominujący i jeden recesywny allel” (R i r) – zauważ, że istnieją dwie siatki z tym genotypem.
- „Dwa allele recesywne” (dwa r)
Krok 5. Określ fenotyp każdego potencjalnego potomstwa
Fenotyp w organizmie to rzeczywista cecha fizyczna pokazana na podstawie jego genotypu. Kilka przykładów fenotypów, takich jak kolor oczu, kolor włosów i obecność komórek chorobowych krwi - są to cechy fizyczne „określone” przez geny, ale nie rzeczywiste kombinacje samych genów. Fenotyp, jaki będzie miało potencjalne potomstwo, jest określony przez cechy genu. Różne geny będą miały różne zasady dotyczące ich manifestacji jako fenotyp.
- W naszym przykładzie załóżmy, że gen, który pozwala osobie obracać językiem, jest genem dominującym. Oznacza to, że każde potomstwo będzie w stanie obracać językiem, nawet jeśli dominuje tylko jeden allel. W tym przypadku fenotypy potencjalnego potomstwa to:
- U góry po lewej: „Możliwość toczenia języka (dwa R)”
- U góry po prawej: „Może toczyć język (jeden R)”
- Na dole po lewej: „Może toczyć język (jeden R)”
- Dolny prawy: „Nie można zwinąć języka (brak R)”
Krok 6. Użyj siatki, aby określić prawdopodobieństwo pojawienia się różnych fenotypów
Jednym z najczęstszych zastosowań czworokąta Punnetta jest określenie, jak prawdopodobne jest, że potomstwo ma określony fenotyp. Ponieważ każda siatka reprezentuje równoważny możliwy genotyp, możliwe fenotypy można znaleźć przez „podzielenie liczby siatek zawierających ten fenotyp przez całkowitą liczbę obecnych sieci”.
- Czworokąt Punneta w naszym przykładzie stwierdza, że istnieją cztery możliwe kombinacje genów dla każdego potomstwa, pochodzącego od tych dwojga rodziców. Trzy z tych kombinacji tworzą potomstwo zdolne do bujania się językiem. Dlatego prawdopodobieństwa dla naszego fenotypu są następujące:
- Potomstwo potrafiące zwijać język: 3/4 = „0,75 = 75%”
- Potomstwo niezdolne do poruszania językiem: 1/4 = „0,25 = 25%”
Metoda 2 z 2: Pokazywanie krzyża dihybrydowego (dwa geny)
Krok 1. Powiel każdą stronę podstawowej siatki 2x2 dla każdego dodatkowego genu
Nie wszystkie kombinacje genów są tak proste, jak podstawowe krzyżówki monohybrydowe (pojedyncze genowe) z powyższej sekcji. Niektóre fenotypy są determinowane przez więcej niż jeden gen. W tym przypadku musisz uwzględnić każdą możliwą kombinację, co oznacza narysowanie większej siatki.
- Podstawowa zasada czworoboku Punneta, gdy istnieje więcej niż jeden gen, brzmi: „pomnóż każdą stronę siatki dla każdego genu innego niż pierwszy”. Innymi słowy, ponieważ siatka jednogenowa to 2x2, siatka dwugenowa to 4x4, siatka trzech genów to 8x8 i tak dalej.
- Aby ułatwić zrozumienie tej koncepcji, prześledźmy przykładowy problem dwóch genów. Oznacza to, że musimy narysować siatkę „4x4”. Koncepcje w tej sekcji dotyczą również trzech lub więcej genów – ten problem wymaga po prostu większej siatki i dodatkowej pracy.
Krok 2. Przypisz przyczyniające się geny rodzicielskie
Następnie znajdź geny, które oboje rodzice mają dla badanej cechy. Ze względu na wiele zaangażowanych genów, genotyp każdego rodzica otrzyma dwie dodatkowe litery dla każdego genu oprócz pierwszej – w przypadku słowa cloth, cztery litery dla dwóch genów, sześć liter dla trzech genów i tak dalej. Pomocne może być zapisanie genotypu matki na górze siatki i genotypu ojca po lewej stronie (lub odwrotnie) jako wizualne przypomnienie.
Użyjmy klasycznego przykładu, aby zilustrować ten konflikt. Roślina grochu może mieć gładką lub pomarszczoną fasolę, żółtą lub zieloną. Gładkie i żółte to cechy dominujące. W takim przypadku użyj M i m, aby przedstawić dominującą i recesywną gładkość, a K i k dla zażółcenia. Załóżmy, że matka ma genotyp „MmKk”, a gen ojca ma genotyp „MmKK”
Krok 3. Napisz różne kombinacje genów wzdłuż górnej i lewej strony
Teraz powyżej górnego rzędu siatki i po lewej stronie skrajnej lewej kolumny zapisz różne allele, które każdy rodzic może wnieść. Podobnie jak w przypadku pojedynczego genu, każdy allel jest dziedziczony z równym prawdopodobieństwem. Jednakże, ponieważ jest tak wiele genów, każda kolumna i wiersz otrzyma więcej niż jedną literę: dwie litery za dwa geny, trzy litery za trzy geny i tak dalej.
- W tym przykładzie musimy wymienić różne kombinacje genów, które rodzice mogą odziedziczyć po swoim genotypie MmKk. Jeśli mamy gen MmKk matki wzdłuż górnej siatki i gen MmKk ojca w lewej siatce, to allele dla każdego genu to:
- Wzdłuż górnej siatki: „MK, Mk, mK, mk”
- Na dole po lewej stronie: „MK, MK, mK, mK”
Krok 4. Wypełnij każdą siatkę każdą kombinacją alleli
Wypełnij siatkę tak, jak w przypadku pojedynczego genu. Tym razem jednak każda siatka będzie miała dwie dodatkowe litery dla każdego genu oprócz pierwszej: cztery litery dla dwóch genów, sześć liter dla trzech genów. Ogólnie liczba liter w każdej siatce powinna być równa liczbie liter w genotypie każdego rodzica.
- W tym przykładzie wypełnimy istniejącą siatkę w następujący sposób:
- Górny rząd: „MMKK, MMKk, MmKK, MmKk”
- Drugi wiersz: „MMKK, MMKk, MmKK, MmKk”
- Trzecia linia: „MmKK, MmKk, mmKK, mmKk”
- Dolny rząd: „MmKK, MmKk, mmKK, mmKk”
Krok 5. Znajdź fenotyp dla każdego potencjalnego potomstwa
W obliczu wielu genów, każda siatka w czworoboku Punnetta nadal reprezentuje genotyp każdego potencjalnego potomstwa – jest więcej możliwości wyboru niż pojedynczy gen. Fenotyp dla każdej sieci ponownie zależy od dokładnego obsługiwanego genu. Jednak ogólnie rzecz biorąc, cechy dominujące wymagają ekspresji tylko jednego allelu, podczas gdy cechy recesywne wymagają „wszystkich” alleli recesywnych.
- W tym przykładzie, ponieważ gładkość (M) i żółtość (K) są dominującymi cechami lub cechami rośliny grochu w przykładzie, każda siatka zawierająca co najmniej jedną wielką literę M reprezentuje roślinę o gładkim fenotypie, a każda siatka zawiera co najmniej jedna duża K reprezentuje uprawę. żółty fenotyp. Pomarszczone rośliny potrzebują dwóch alleli s małych liter, a rośliny zielone potrzebują dwóch alleli pisanych małymi literami k. Z tego warunku otrzymujemy:
- Górny rząd: „Bezszwowy/żółty, Bezszwowy/żółty, Gładki/żółty, Bezszwowy/żółty”
- Drugi rząd: „Bez szwu/żółty, Gładki/żółty, Gładki/żółty, Gładki/żółty”
- Trzeci rząd: „Gładki/żółty, Gładki/żółty, pomarszczony/żółty, pomarszczony/żółty”
- Dolny rząd: „Gładki/żółty, gładki/żółty, pomarszczony/żółty, pomarszczony/żółty”
Krok 6. Użyj siatki, aby określić prawdopodobieństwo każdego fenotypu
Użyj tej samej techniki, co w przypadku pojedynczego genu, aby znaleźć prawdopodobieństwo, że każde potomstwo od obojga rodziców może mieć inny fenotyp. Innymi słowy, liczba siatek zawierających fenotyp podzielona przez całkowitą liczbę siatek jest równa prawdopodobieństwu dla każdego fenotypu.
- W tym przykładzie prawdopodobieństwa dla każdego fenotypu to:
- Potomstwo jest gładkie i żółte: 12/16 = „3/4 = 0,75 = 75%”
- Potomstwo jest pomarszczone i żółte: 4/16 = „1/4 = 0,25 = 25%”
- Potomstwo jest gładkie i zielone: 0/16 = „0%”
- Potomstwo charakteryzujące się zmarszczkami i zielonym kolorem: 0/16 = „0%”
- Zauważ, że ponieważ niemożliwe jest, aby każde potomstwo miało dwa recesywne allele k, żadne z potomków nie jest zielone (0%).
Porady
- W pośpiechu? Spróbuj użyć internetowego kalkulatora czworokątnego Punneta (na przykład w tym), który jest w stanie utworzyć i wypełnić kwadratową siatkę Punneta na podstawie określonych genów rodzicielskich.
- Ogólnie rzecz biorąc, cechy recesywne nie są tak powszechne, jak cechy dominujące. Istnieją jednak sytuacje, w których ta rzadka cecha może zwiększyć sprawność organizmu, a tym samym stać się bardziej rozpowszechniona dzięki doborowi naturalnemu. Na przykład cecha recesywna, która powoduje dziedziczne choroby krwi, nadaje również odporność na malarię, co czyni ją niezbędną w klimacie tropikalnym.
- Nie wszystkie geny mają tylko dwa fenotypy. Na przykład istnieje kilka genów, które mają oddzielne fenotypy dla kombinacji heterozygotycznych (jeden dominujący, jeden recesywny).
