Kwadraty Punnetta to wizualne narzędzia wykorzystywane w nauce genetycznej do określania możliwych kombinacji genów, które pojawią się podczas zapłodnienia. Kwadrat Punneta składa się z prostej kwadratowej siatki podzielonej na 2x2 (lub więcej) pola. Dzięki tej siatce i znajomości genotypów obojga rodziców naukowcy mogą odkryć potencjalne kombinacje genów dla potomstwa, a nawet szanse na wykazanie pewnych dziedzicznych cech.
Kroki
Zanim zaczniesz: ważne definicje
Aby pominąć tę sekcję „podstawy” i przejść od razu do instrukcji korzystania z kwadratu Punneta, kliknij tutaj.
Krok 1. Zrozum pojęcie genów
Zanim nauczysz się tworzyć i używać kwadratów Punneta, konieczne jest zapoznanie się z kilkoma ważnymi podstawami. Pierwszy to pogląd, że wszystkie żywe istoty (od maleńkich mikrobów po gigantyczne płetwale błękitne) mają geny. Geny to niezwykle złożone, mikroskopijne zestawy instrukcji zakodowanych w niemal każdej komórce organizmu. Geny są w pewien sposób odpowiedzialne za praktycznie każdy aspekt życia organizmu, w tym jego wygląd, zachowanie i wiele, wiele więcej.
Jedną z koncepcji, którą należy zrozumieć podczas pracy z kwadratami Punneta, jest to, że żywe stworzenia otrzymują swoje geny od rodziców. Prawdopodobnie już podświadomie zdajesz sobie z tego sprawę. Pomyśl - czy ludzie, których znasz, nie wydają się być podobni do swoich rodziców, jeśli chodzi o ogólny wygląd i zachowanie?
Krok 2. Zrozum pojęcie rozmnażania płciowego
Większość (ale nie wszystkie) organizmów, które znasz z otaczającego Cię świata, rodzi dzieci poprzez rozmnażanie płciowe. Oznacza to, że rodzic płci żeńskiej i rodzic płci męskiej wnoszą swoje geny, aby stworzyć dziecko z około połową swoich genów od każdego z rodziców. Kwadrat Punneta to w zasadzie sposób na pokazanie w formie wykresu różnych możliwości, jakie mogą wyniknąć z tej pół na pół wymiany genów.
Rozmnażanie płciowe nie jest jedyną formą rozmnażania. Niektóre organizmy (jak wiele szczepów bakterii) rozmnażają się poprzez rozmnażanie bezpłciowe, czyli wtedy, gdy jeden z rodziców samotnie rodzi dziecko. W rozmnażaniu bezpłciowym wszystkie geny dziecka pochodzą od jednego rodzica, więc dziecko jest mniej więcej kopią rodzica
Krok 3. Zrozum pojęcie alleli
Jak wspomniano powyżej, geny organizmu to w zasadzie zestaw instrukcji, które mówią każdej komórce organizmu, jak ma żyć. W rzeczywistości, tak jak instrukcja obsługi jest podzielona na różne rozdziały, sekcje i podsekcje, różne części genów organizmu mówią mu, jak robić różne rzeczy. Jeśli jeden z tych "podsekcji" jest inny dla dwóch organizmów, oba organizmy mogą wyglądać lub zachowywać się inaczej - na przykład różnice genetyczne mogą prowadzić do tego, że jedna osoba ma czarne włosy, a druga blond włosy. Te różne formy tego samego genu nazywane są allelami.
Ponieważ dziecko otrzymuje dwa zestawy genów – po jednym od każdego rodzica – będzie miało dwie kopie każdego allelu
Krok 4. Zrozum koncepcję alleli dominujących i recesywnych
Allele dziecka nie zawsze „dzielą” swoją genetyczną moc. Niektóre allele, zwane allelami dominującymi, domyślnie manifestują się w wyglądzie i zachowaniu dziecka (nazywamy to „wyrażaniem się”). Inne, zwane allelami recesywnymi, będą wyrażane tylko wtedy, gdy nie zostaną sparowane z dominującym allelem, który może je „przesłonić”. Kwadraty Punneta są często używane do określenia, jak prawdopodobne jest, że dziecko otrzyma allel dominujący lub recesywny.
Ponieważ mogą być „przesłonięte” przez dominujące allele, allele recesywne są wyrażane rzadziej. Ogólnie rzecz biorąc, dziecko będzie musiało uzyskać allel recesywny od obojga rodziców, aby allel mógł się wyrazić. Choroba krwi zwana anemią sierpowatą jest często używanym przykładem cechy recesywnej – należy jednak zauważyć, że allele recesywne nie są „złe” z definicji
Metoda 1 z 2: Pokazywanie krzyża monohybrydowego (jeden gen)
Krok 1. Zrób kwadratową siatkę 2x2
Najbardziej podstawowe kwadraty Punneta są dość proste w konfiguracji. Zacznij od narysowania kwadratu o odpowiedniej wielkości, a następnie podziel go na cztery równe pola. Kiedy skończysz, powinny być dwa kwadraty w każdej kolumnie i dwa kwadraty w każdym rzędzie.
Krok 2. Użyj liter do przedstawienia alleli rodzicielskich dla każdego rzędu i kolumny
Na kwadracie Punneta kolumny są przypisane do matki, a wiersze do ojca lub odwrotnie. Napisz literę obok każdego wiersza i kolumny, która reprezentuje każdy z alleli matki i ojca. Użyj wielkich liter dla alleli dominujących i małych dla alleli recesywnych.
-
O wiele łatwiej to zrozumieć na przykładzie. Załóżmy na przykład, że chcesz określić szanse, że dziecko pary będzie w stanie przewrócić językiem. Możemy to przedstawić literami r oraz r - wielkie litery dla genu dominującego i małe dla genu recesywnego. Jeśli oboje rodzice są heterozygotyczni (mają jedną kopię każdego allelu), napisalibyśmy jedno „R” i jedno „r” wzdłuż górnej części siatki oraz jedno „R” i jedno „r” wzdłuż lewej strony siatki.
Praca z kwadratami Punneta Krok 7 Krok 3. Napisz litery dla każdego wiersza i kolumny
Po ustaleniu alleli, które każdy rodzic wnosi, wypełnienie kwadratu Punneta jest łatwe. W każdym kwadracie napisz dwuliterową kombinację genów otrzymaną z alleli matki i ojca. Innymi słowy, weź literę z kolumny przestrzeni i literę z jej rzędu i zapisz je razem w przestrzeni.
- W naszym przykładzie wypełnilibyśmy nasze kwadraty w ten sposób:
- Kwadrat w lewym górnym rogu: RR
- Prawy górny kwadrat: Rr
- Dolny lewy kwadrat: Rr
- Prawy dolny kwadrat: rr
- Zauważ, że tradycyjnie dominujące allele (duże litery) są pisane jako pierwsze.
Praca z kwadratami Punneta Krok 8 Krok 4. Określ genotyp każdego potencjalnego potomstwa
Każdy kwadrat wypełnionego kwadratu Punneta reprezentuje potomstwo, które może mieć dwoje rodziców. Każdy kwadrat (a tym samym każde potomstwo) jest jednakowo prawdopodobny - innymi słowy, na siatce 2x2 istnieje 1/4 możliwości dla dowolnej z czterech możliwości. Różne kombinacje alleli przedstawione na kwadracie Punneta nazywane są genotypami. Chociaż genotypy reprezentują różnice genetyczne, potomstwo niekoniecznie będzie wyglądało inaczej w każdym kwadracie (patrz krok poniżej).
- W naszym przykładzie szachownica Punneta możliwe są genotypy potomstwa tych dwóch rodziców:
- Dwa dominujące allele (z dwóch R)
- Jeden dominujący allel i jeden recesywny (od R i r)
- Jeden dominujący allel i jeden recesywny (z R i r) - zauważ, że są dwa kwadraty z tym genotypem
- Dwa recesywne allele (z dwóch rs)
Praca z kwadratami Punneta Krok 9 Krok 5. Określ fenotyp każdego potencjalnego potomstwa
Fenotyp organizmu to rzeczywista cecha fizyczna, którą wykazuje na podstawie genotypu. Tylko kilka przykładów fenotypów obejmuje kolor oczu, kolor włosów i obecność anemii sierpowatej – wszystkie są cechami fizycznymi określanymi przez geny, ale żadne z nich nie są rzeczywistymi kombinacjami genów. Fenotyp potencjalnego potomstwa zależy od charakterystyki genu. Różne geny będą miały różne zasady manifestowania się jako fenotypy.
- W naszym przykładzie załóżmy, że gen, który pozwala komuś przewracać językiem, jest dominujący. Oznacza to, że każde potomstwo będzie w stanie przewrócić językiem, nawet jeśli dominuje tylko jeden z jego alleli. W tym przypadku fenotypy potencjalnego potomstwa to:
- U góry z lewej: Może toczyć język (dwa R)
- W prawym górnym rogu: Może toczyć język (jeden R)
- Na dole po lewej: Może toczyć język (jeden R)
- Prawy dolny: Nie można toczyć języka (zero Rs)
Praca z kwadratami Punneta Krok 10 Krok 6. Użyj kwadratów, aby określić prawdopodobieństwo różnych fenotypów
Jednym z najczęstszych zastosowań kwadratów Punneta jest określenie, jak prawdopodobne jest, że potomstwo będzie miało określone fenotypy. Ponieważ każdy kwadrat reprezentuje równie prawdopodobny wynik genotypu, prawdopodobieństwo fenotypu można znaleźć za pomocą dzieląc liczbę kwadratów o tym fenotypie przez całkowitą liczbę kwadratów.
- Nasz przykładowy kwadrat Punneta mówi nam, że istnieją cztery możliwe kombinacje genów dla każdego potomstwa od tych rodziców. Trzy z tych kombinacji tworzą potomstwo, które może obracać językiem, podczas gdy jedna nie. Zatem prawdopodobieństwa dla naszych dwóch fenotypów są następujące:
- Potomstwo może obracać językiem: 3/4 = 0.75 = 75%
- Potomstwo nie może obracać językiem: 1/4 = 0.25 = 25%
Metoda 2 z 2: Pokazywanie krzyża dihybrydowego (dwa geny)
Praca z kwadratami Punneta Krok 11 Krok 1. Podwój każdą stronę podstawowej siatki 2x2 dla każdego dodatkowego genu
Nie wszystkie kombinacje genów są tak proste, jak podstawowe krzyżówki monohybrydowe (jednogenowe) z powyższej sekcji. Niektóre fenotypy są determinowane przez więcej niż jeden gen. W takich przypadkach musisz uwzględnić każdą możliwą kombinację, co oznacza narysowanie większej siatki.
-
Podstawowa zasada kwadratów Punneta, jeśli chodzi o więcej niż jeden gen, jest następująca: podwoić każdą stronę siatki dla każdego genu poza pierwszą.
Innymi słowy, ponieważ siatka z jednym genem to 2x2, siatka z dwoma genami to 4x4, siatka z trzema genami to 8x8 i tak dalej.
- Aby ułatwić zrozumienie tych pojęć, prześledźmy przykładowy problem z dwoma genami. Oznacza to, że powinniśmy narysować 4x4 siatka. Koncepcje zawarte w tej sekcji odnoszą się również do trzech lub więcej genów - te problemy wymagają po prostu większych siatek i więcej pracy.
Praca z kwadratami Punneta Krok 12 Krok 2. Określ wkład genów rodziców
Następnie znajdź geny, które oboje rodzice mają dla cechy, którą badasz. Ponieważ masz do czynienia z wieloma genami, genotyp każdego rodzica będzie miał dodatkowe dwie litery dla każdego genu poza pierwszym – innymi słowy, cztery litery dla dwóch genów, sześć liter dla trzech genów i tak dalej. Pomocne może być zapisanie genotypu matki powyżej górnej części siatki, a ojca po lewej stronie (lub odwrotnie) jako wizualne przypomnienie.
Użyjmy klasycznego przykładowego problemu, aby zilustrować te konflikty. Groszek może mieć groch gładki lub pomarszczony, żółty lub zielony. Dominują cechy gładkie i żółte. W tym przypadku użyj S i s do reprezentowania genów dominujących i recesywnych dla gładkości oraz Y i y dla zażółcenia. Załóżmy, że matka w tym przypadku ma SsYy genotyp, a ojciec ma SsYY genotyp.
Praca z kwadratami Punneta Krok 13 Krok 3. Napisz różne kombinacje genów wzdłuż górnej i lewej strony
Teraz nad górnym rzędem kwadratów w siatce i na lewo od skrajnej lewej kolumny napisz różne allele, które potencjalnie mogą być wnoszone przez każdego z rodziców. Podobnie jak w przypadku jednego genu, każdy allel ma takie samo prawdopodobieństwo przekazania. Ponieważ jednak patrzysz na wiele genów, każdy wiersz i kolumna otrzyma wiele liter: dwie litery za dwa geny, trzy litery za trzy geny i tak dalej.
- W naszym przykładzie musimy zapisać różne kombinacje genów, które każdy rodzic może wnieść ze swoich genotypów SsYy. Jeśli mamy geny SsYy matki na górze i geny SsYY ojca po lewej, allele dla każdego genu to:
- U góry: SY, sy, sy, sy
- Po lewej stronie: SY, SY, sY, sY
Praca z kwadratami Punneta Krok 14 Krok 4. Wypełnij pola każdą kombinacją alleli
Wypełnij spacje w siatce tak, jakbyś miał do czynienia z pojedynczym genem. Jednak tym razem każda przestrzeń będzie miała dwie dodatkowe litery dla każdego genu poza pierwszym: cztery litery dla dwóch genów, sześć liter dla trzech genów. Zgodnie z ogólną zasadą, liczba liter w każdej przestrzeni powinna odpowiadać liczbie liter w genotypie każdego rodzica.
- W naszym przykładzie wypełnilibyśmy nasze przestrzenie w ten sposób:
- Górny rząd: SSYY, SSYy, SsYY, SsYy
- Drugi rząd: SSYY, SSYy, SsYY, SsYy
- Trzeci rząd: SsYY, SsYy, ssYY, ssYy
- Dolny rząd: SsYY, SsYy, ssYY, ssYy
Praca z kwadratami Punneta Krok 15 Krok 5. Znajdź fenotypy dla każdego potencjalnego potomstwa
Kiedy mamy do czynienia z wieloma genami, każde miejsce w kwadracie Punneta nadal reprezentuje genotyp każdego potencjalnego potomstwa – jest po prostu większa liczba wyborów niż w przypadku jednego genu. Fenotypy dla każdego kwadratu są ponownie zależne od dokładnych genów, którymi się zajmujemy. Jednak, co do zasady, cechy dominujące wymagają ekspresji tylko jednego allelu dominującego, podczas gdy cechy recesywne wymagają wszystkich alleli recesywnych.
- W naszym przykładzie, ponieważ gładkość i zażółcenie są cechami dominującymi naszego grochu, każdy kwadrat z przynajmniej jedną wielką literą S reprezentuje roślinę o gładkim fenotypie, a każdy kwadrat z przynajmniej jedną wielką literą Y reprezentuje roślinę o żółtym fenotypie. Rośliny pomarszczone potrzebują dwóch alleli pisanych małymi literami s, a rośliny zielone potrzebują dwóch alleli pisanych małymi literami y. Z tych warunków otrzymujemy:
- Górny rząd: Gładki/żółty, Gładki/żółty, Gładki/żółty, Gładki/żółty
- Drugi rząd: Gładki/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
Praca z kwadratami Punneta Krok 16 Krok 6. Użyj kwadratów, aby określić prawdopodobieństwo każdego fenotypu
Użyj tych samych technik, co w przypadku jednego genu, aby znaleźć prawdopodobieństwo, że każde potomstwo obojga rodziców może mieć każdy inny fenotyp. Innymi słowy, liczba kwadratów z fenotypem podzielona przez całkowitą liczbę kwadratów jest równa prawdopodobieństwu dla każdego fenotypu.
- W naszym 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 jest pomarszczone i zielone: 0/16 = 0%
- Zauważ, że ponieważ żadne potomstwo nie może otrzymać dwóch recesywnych alleli y, żadne z potomków nie będzie zielone.
Porady
- W pośpiechu? Spróbuj użyć internetowego kalkulatora kwadratów Punneta (takiego jak ten), który może tworzyć i wypełniać kwadraty Punneta na podstawie określonych genów rodzicielskich.
- Z reguły cechy recesywne są mniej powszechne niż cechy dominujące. Istnieją jednak sytuacje, w których te rzadkie cechy mogą zwiększyć sprawność organizmów, a tym samym stają się bardziej powszechne dzięki doborowi naturalnemu. Na przykład cecha recesywna, która powoduje chorobę krwi, anemia sierpowata również daje odporność na malarię, co czyni ją dość pożądaną w klimacie tropikalnym.
- Nie wszystkie geny mają tylko dwa fenotypy. Na przykład, niektóre geny mają oddzielny fenotyp dla kombinacji heterozygotycznej (jedna dominująca, jedna recesywna).
