Τι είναι ο νόμος της κυριαρχίας του Mendel;
Στη διασταύρωση γονέων, η οποία ισχύει για ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό, μόνο ένα χαρακτηριστικό θα εκφραστεί στον φαινότυπο. Στους υβριδικούς γονείς, ωστόσο, το κυρίαρχο χαρακτηριστικό εκφράζεται στους απογόνους.
Κάθε ζωντανός οργανισμός παράγει απογόνους του δικού του είδους. Αυτοί οι απόγονοι μοιάζουν με τους γονείς τους, αλλά δεν είναι ακριβή αντίγραφα. Υπάρχουν διαφορές στον τρόπο εμφάνισης και συμπεριφοράς του ατόμου, σε σύγκριση με τους γονείς του. Για παράδειγμα, ένα αγόρι με ανοιχτόχρωμο δέρμα μπορεί να είχε μελαχρινό πατέρα ή ένα κορίτσι με καστανά μαλλιά μπορεί να έχει μητέρα με ξανθά μαλλιά. Τώρα, ίσως αναρωτιέστε πώς είναι δυνατό κάτι τέτοιο.
Για να κατανοήσουμε πώς περνούν τα χαρακτηριστικά από τους γονείς στους απογόνους τους, πρέπει να πάμε πίσω στο χρόνο στον 19ο αιώνα και σε έναν άνδρα που ονομαζόταν Γκρέγκορ Μέντελ.
Τι έκανε ο Μέντελ;
Ο Μέντελ ήταν Αυστριακός μοναχός και βιολόγος που του άρεσε να πειραματίζεται με φυτά. Εκτελώντας ένα τέτοιο πείραμα με φυτά μπιζελιού, μπόρεσε να ανακαλύψει τους κανόνες που διέπουν την κληρονομικότητα (δηλαδή, τη μετάδοση χαρακτήρων από τους γονείς στους απογόνους).
Αρχικά, ο Mendel συνδύασε ένα καθαρόαιμο φυτό με πράσινους σπόρους και ένα καθαρόαιμο φυτό με κίτρινους σπόρους, αλλά πήρε μόνο κίτρινους σπόρους στους απογόνους. Έτσι, ονόμασε τα φυτά με κίτρινο σπόρο κυρίαρχα , αφού όλοι οι επόμενοι σπόροι που παρήχθησαν ήταν κίτρινοι. Αργότερα, συνδύασε τα υβριδικά φυτά με κίτρινο σπόρο. Αυτή τη φορά, πήρε και κίτρινους και πράσινους σπόρους, πράγμα που σήμαινε ότι το πράσινο χαρακτηριστικό είχε κρυφτεί από το κυρίαρχο κίτρινο χαρακτηριστικό.
Ο Μέντελ δεν τα έκανε όλα αυτά μέσα σε λίγους μήνες. Του πήρε 8 χρόνια για να προτείνει αυτό που σήμερα ονομάζουμε «Νόμοι της κληρονομιάς του Mendel». Αυτοί οι τρεις νόμοι ορίζουν τον τρόπο με τον οποίο ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό, όπως το χρώμα του μπιζελιού ή οι ομάδες αίματος, μεταφέρονται από τον γονέα στους απογόνους.
Αυτοί είναι ο νόμος της κυριαρχίας, ο νόμος του διαχωρισμού και ο νόμος της ανεξάρτητης ποικιλίας. Σε αυτό το άρθρο, θα επικεντρωθούμε λεπτομερώς στον Νόμο της Κυριαρχίας.
Τι ελέγχει την κληρονομικότητα;
Πριν εμβαθύνουμε στον νόμο του Mendel, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε μερικά βασικά στοιχεία της γενετικής. Όπως όλοι γνωρίζουμε, οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από τρισεκατομμύρια κύτταρα. Κάθε ένα από αυτά τα κύτταρα περιέχει μια σημαντική δομή που ονομάζεται πυρήνας και μέσα σε κάθε πυρήνα υπάρχει ένα ζευγάρι δομών που μοιάζουν με νήματα που ονομάζονται χρωμοσώματα .
Οι άνθρωποι έχουν συνολικά 46 χρωμοσώματα σε κάθε κύτταρο τους, 23 από τα οποία δίνονται από τον πατέρα, ενώ τα άλλα 23 από τη μητέρα. Τα κύτταρα που έχουν δύο ομάδες DNA, ένα από κάθε γονέα, ονομάζονται διπλοειδή κύτταρα (και κατ' επέκταση διπλοειδής οργανισμοί).
Στους διπλοειδείς οργανισμούς, η μητέρα περνά ένα αλληλόμορφο από το ωάριο της και ο πατέρας ένα αλληλόμορφο από τα σπερματοζωάρια του. Αυτά τα δύο κύτταρα συγχωνεύονται κατά τη διάρκεια της γονιμοποίησης. Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι οι γαμέτες (ωάριο και σπερματοζωάριο) είναι απλοειδείς, καθώς έχουν μόνο ένα αντίγραφο του χρωμοσώματος.
DNA:το σχέδιο της ζωής
Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από DNA, το οποίο συνήθως ονομάζεται «σχεδιασμός ζωής», πιθανώς επειδή το DNA μοιάζει πολύ με ένα εγχειρίδιο οδηγιών για τη ζωή. Περιέχει οδηγίες για τους ζωντανούς οργανισμούς σχετικά με την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και τη λειτουργία τους.
Οι παραλλαγές στο DNA κάνουν τη διαφορά στο πώς ένα άτομο εμφανίζεται, συμπεριφέρεται ή ανταποκρίνεται στο περιβάλλον. Αυτό το βιβλίο πληροφοριών μπορεί να αναλυθεί περαιτέρω σε ενότητες ή κεφάλαια, που ονομάζονται γονίδια. Ένα γονίδιο είναι ένα συγκεκριμένο τμήμα του DNA που περιέχει πληροφορίες για ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό, από το χρώμα του ματιού μέχρι τον τύπο αίματος ενός ατόμου. Τα γονίδια που κωδικοποιούν συγκεκριμένες πληροφορίες τοποθετούνται σε μια συγκεκριμένη θέση στο χρωμόσωμα.
Τώρα, θυμηθείτε ότι τα χρωμοσώματα εμφανίζονται σε ζεύγη. Ένα χρωμόσωμα είναι από τη μαμά και ένα από τον μπαμπά. Κάθε γονέας θα συνεισφέρει πληροφορίες για το χρώμα των ματιών, για παράδειγμα. Τώρα, υπάρχουν δύο σετ οδηγιών για να φτιάξετε το χρώμα των ματιών, μία από τον πατέρα και μία από τη μητέρα.
Αυτό είναι που οι βιολόγοι αποκαλούν αλληλόμορφο. Επίσημα οριζόμενο, ένα αλληλόμορφο είναι μια παραλλαγή ενός γονιδίου. Έτσι, εάν τα γονίδια και από τους δύο γονείς έχουν την ίδια οδηγία για το χρώμα των ματιών, έχουν το ίδιο αλληλόμορφο γονίδιο και επομένως ονομάζονται ομοζυγού μικρό. Εάν τα γονίδια από τη μητέρα και τον πατέρα έχουν ελαφρώς διαφορετικές πληροφορίες για το χρώμα των ματιών, τότε είναι διαφορετικές εκδοχές του αλληλόμορφου και ονομάζονται ετερόζυγα .
Ο γονότυπος σας είναι ο συνδυασμός των αλληλόμορφων που έχετε. Η εξωτερική εμφάνιση ή το φυσικό αποτέλεσμα αυτού του συνδυασμού αλληλίων ονομάζεται φαινότυπος .
Τι είναι ο νόμος της κυριαρχίας του Mendel;
Σύμφωνα με τον νόμο της κυριαρχίας του Mendel, «Όταν ένας οργανισμός είναι ετερογενής για ένα χαρακτηριστικό, εκφράζει μόνο το κυρίαρχο αλληλόμορφο» . Με άλλα λόγια, το κυρίαρχο χαρακτηριστικό καλύπτει πάντα το υπολειπόμενο χαρακτηριστικό.
Αυτό σημαίνει ότι ένα αλληλόμορφο είναι κυρίαρχο έναντι του άλλου αλληλόμορφου όταν είναι διαφορετικά αλληλόμορφα. Σκεφτείτε το έτσι. ένα άτομο με πιο δυνατή φωνή είναι πιο πιθανό να ακουστεί από ένα δεύτερο άτομο με πιο ήσυχη φωνή. Με τον ίδιο τρόπο, το κυρίαρχο αλληλόμορφο συμβάλλει αποκλειστικά στον φαινότυπο (την εξωτερική έκφραση του χαρακτηριστικού) του απογόνου. Η κυριαρχία εμφανίζεται όταν ένα από τα δύο αλληλόμορφα είναι μη λειτουργικό, πράγμα που σημαίνει ότι δεν παράγει μια λειτουργική πρωτεΐνη. Το υπολειπόμενο χαρακτηριστικό θα εκφραστεί μόνο όταν ο απόγονος κληρονομήσει το υπολειπόμενο χαρακτηριστικό και από τους δύο γονείς. Ένας οργανισμός θα εμφανίσει έναν διακριτικό φαινότυπο όταν είναι ομόζυγος για ένα μη λειτουργικό αλληλόμορφο, λόγω της απουσίας πρωτεϊνικών προϊόντων.
Ας πάρουμε για παράδειγμα ένα μήλο, μια ποικιλία που υπάρχει σε δύο χρώματα, δηλαδή κόκκινο και πράσινο. Επίσης, ας υποθέσουμε ότι το RR αντιπροσωπεύει το αλληλόμορφο για ένα κόκκινο μήλο και το rr αντιπροσωπεύει το αλληλόμορφο για ένα πράσινο μήλο.
Ένα κυρίαρχο γονίδιο είναι αυτό που εκφράζεται στους απογόνους. Όταν τα κόκκινα και πράσινα μήλα αληθινής αναπαραγωγής διασταυρώνονται, όλα τα μήλα είναι κόκκινα, πράγμα που σημαίνει ότι το χαρακτηριστικό κόκκινο (RR) κυριαρχεί έναντι του πράσινου (gg). Οι απόγονοι της γενιάς F1 εκφράζουν μόνο το κυρίαρχο γονίδιο. Τα τετράγωνα Punnett βοηθούν στην καλύτερη κατανόηση όλων αυτών.
Πλατεία Πάνετ
Ένα τετράγωνο Punnett είναι ένα διάγραμμα που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της πιθανότητας ένας οργανισμός να έχει ένα συγκεκριμένο χαρακτηριστικό. Η πρώτη σειρά και η πρώτη στήλη υποδηλώνουν τους γονείς που ζευγαρώνουν. Τα κεφαλαία γράμματα υποδηλώνουν κυρίαρχα γονίδια και τα πεζά γράμματα υποδηλώνουν υπολειπόμενα γονίδια. Δοκιμάζοντας διαφορετικούς συνδυασμούς του γονικού γονιδίου, μπορεί να προσδιοριστεί το χαρακτηριστικό που θα εκφραστεί στους απογόνους.
| r | r | |
| R | Rr | Rr |
| R | Rr | Rr |
Τώρα, ας διασταυρώσουμε δύο μήλα γενιάς F1. Αυτό που συμβαίνει τώρα, στη γενιά F2, είναι ότι το 75% των παραγόμενων μήλων θα είναι κόκκινα και το 25% θα είναι πράσινα.
| R | g | |
| R | RR | Rr |
| G | Rr | rr |
Στους ετεροζυγώτες, το γονίδιο που είναι κυρίαρχο για το χαρακτηριστικό θα εκφραστεί. Ομοίως, εάν κανένας από τους γονείς δεν έχει το κυρίαρχο χαρακτηριστικό, ο προκύπτων απόγονος θα δείξει το υπολειπόμενο χαρακτηριστικό.
Για πιο λεπτομερή κατανόηση, ας εφαρμόσουμε αυτόν τον νόμο στο χρώμα των ανθρώπινων ματιών!
Κληρονομικότητα χρώματος ματιών με βάση την κυριαρχία (Photo Credit :Soleil Nordic/Shutterstock)
Στην παραπάνω εικόνα,
Α-κυρίαρχο αλληλόμορφο καφέ ματιών
α-υπολειπόμενο αλληλόμορφο μπλε μάτι
Αα-καστανά μάτια
AA-καφέ μάτια
αα-μπλε μάτια
Από το διάγραμμα μπορεί να συναχθεί ότι διαφορετικοί συνδυασμοί γονιδίων χρώματος ματιών οδηγούν στο σχηματισμό ατόμων με ξεχωριστό χρώμα ματιών.
Ποιοι είναι οι περιορισμοί του Νόμου της Κυριαρχίας;
Αν και ο νόμος του Μέντελ εξηγεί το μοτίβο κληρονομικότητας στους σεξουαλικά αναπαραγωγικούς οργανισμούς, δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις. Υπάρχουν μερικά πολύπλοκα μοτίβα κληρονομικότητας που δεν μπορούν να γίνουν κατανοητά μόνο με το Νόμο του Μέντελ. Μια τέτοια κατάσταση είναι η παρουσία πολλαπλών αλληλόμορφων, που σημαίνει ότι υπάρχουν περισσότερα από δύο αλληλόμορφα που κωδικοποιούν ένα χαρακτηριστικό.
Ας εξετάσουμε την ομάδα αίματος του ανθρώπου. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια υπάρχουν γενικά σε τρεις τύπους. Τύπος A (IA), τύπος B(IB) ή τύπος O(i). Αυτά τα αλληλόμορφα συνδυάζονται σε διαφορετικές μορφές όπως (IAIA ) ή (IAi) για τον τύπο Α και (IBIB) ή (IBi) για τον τύπο Β. Ο τύπος Ο εμφανίζεται μόνο όταν το άτομο κληρονομήσει δύο υπολειπόμενα αλληλόμορφα.
Αυτά είναι παραδείγματα πλήρους κληρονομικότητας, ενώ ο τύπος ΑΒ είναι παράδειγμα συν-κυριαρχίας. Τα αλληλόμορφα Α και Β είναι εξίσου κυρίαρχα, οπότε όταν συνδυάζονται για να σχηματίσουν έναν γονότυπο, και τα δύο αλληλόμορφα θα εκφραστούν εξίσου, με αποτέλεσμα τον τύπο αίματος ΑΒ. Αυτός ο τύπος ανάμειξης κληρονομικότητας μπορεί επίσης να εμφανιστεί σε ορισμένους οργανισμούς.
Τα τελευταία χρόνια, μελέτες έχουν αποκαλύψει ότι οι περιβαλλοντικοί παράγοντες επηρεάζουν επίσης τον γονότυπο ενός ατόμου. Για παράδειγμα, η διάρκεια της περιόδου ανάπτυξης ωαρίων στο Drosophila έχει παρατηρηθεί ότι παρουσιάζει διακυμάνσεις σε σχέση με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Ο χρόνος ανάπτυξης του αυγού μειώθηκε με την αύξηση της θερμοκρασίας. Ένα άλλο πολύπλοκο μέρος που οι νόμοι του Μέντελ δεν λαμβάνουν υπόψη είναι η συμπεριφορική γενετική. Πολλαπλά γονίδια ελέγχουν το μοτίβο συμπεριφοράς ενός ατόμου. Αυτού του είδους τα χαρακτηριστικά συμπεριφοράς θεωρούνται πολυπαραγοντικά χαρακτηριστικά, καθώς ελέγχονται από άλλους παράγοντες εκτός από τον γονότυπο.
Αν και το έργο του Mendel δεν σχετίζεται άμεσα με πολλά από τα γενετικά προβλήματα που βλέπουμε σήμερα, ήταν το θεμέλιο που οδήγησε σε μια καλύτερη κατανόηση της γενετικής και ενέπνευσε αμέτρητους άλλους επιστήμονες να εξετάσουν βαθύτερα αυτόν τον κρίσιμο τομέα της ζωής!
