Четырехугольник Паннета - это визуальное устройство, используемое в науке генетики для определения того, какие комбинации генов могут возникать при зачатии. Квадрат Пеннета состоит из простой квадратной сетки, разделенной на сетку 2x2 (или больше). С помощью этой сетки и знания генотипов обоих родителей ученые могут обнаружить потенциальные комбинации генов для потомства и, возможно, даже узнать некоторые унаследованные черты.
Шаг
Перед тем, как начать: некоторые важные определения
«Если вы хотите пропустить раздел« Основы »и сразу перейти к обсуждению четырехугольника Паннета, щелкните здесь».
Шаг 1. Разберитесь в концепции генов
Прежде чем научиться создавать и использовать четырехугольник Пеннета, вы должны знать некоторые важные основы. Первая - это идея, что все живые существа (от крошечных микробов до гигантских синих китов) имеют «гены». Гены - это чрезвычайно сложные микроскопические последовательности инструкций, которые закодированы почти в каждой клетке организма всех организмов. Гены отвечают за все аспекты жизни организма, включая внешний вид, поведение и многое другое.
Одна из важных концепций, которые следует понимать при работе с четырехугольниками Пеннета, заключается в том, что «все живые существа получают свои гены от своих родителей». Подсознательно вы, возможно, уже сами знаете об этом. Подумайте об этом - разве большинство людей, которых вы знаете, внешне и поведением не похожи на своих родителей?
Шаг 2. Разберитесь в концепции полового размножения
Большинство организмов (не все), о которых вы знаете в этом мире, производят потомство посредством «полового размножения». Состояние, при котором родители мужского и женского пола жертвуют свои гены для производства потомства. В этом случае половина генов ребенка принадлежит обоим родителям. Четырехугольник Паннета - это, по сути, способ показать в графической форме различные возможности этого обмена половинками генов.
Половое размножение - не единственная существующая форма размножения. Некоторые организмы (например, бактерии) размножаются путем «бесполого размножения» - состояния, при котором родители производят собственных детей без помощи партнера. При бесполом размножении все гены ребенка происходят только от одного родителя, что делает их более или менее точными копиями родителя
Шаг 3. Разберитесь в концепции аллелей в генетике
Как упоминалось выше, гены в организме в основном представляют собой серию инструкций, которые управляют каждой клеткой тела о том, как выжить. Фактически, в отличие от руководства, гены также разделены на главы, разделы и подразделы, причем разные разделы гена регулируют отдельные функции по отдельности. Если какие-либо из этих «подразделов» различаются у двух организмов, они будут выглядеть и вести себя по-разному - например, генетические различия делают одного человека черным, а другого - блондинкой. Эти разные формы одного и того же гена (человеческого гена) называются «аллелями».
Поскольку каждый ребенок получает два набора генов - каждый родитель мужского и женского пола, - ребенок получит по две копии для каждого аллеля
Шаг 4. Разберитесь в концепции доминантных и рецессивных аллелей
Аллель ребенка не всегда «разделяет» силу гена. Некоторые аллели, называемые доминантными аллелями, по умолчанию проявляются во внешнем виде и поведении ребенка (мы называем их «выраженными»). Другие аллели, называемые «рецессивными» аллелями, могут быть выражены только в том случае, если они не спарены с доминантным аллелем, который способен «перекрыть» их. Квадрат Пеннета часто используется для определения вероятности того, что ребенок получит доминантный или рецессивный аллель.
Поскольку эти гены могут быть «захвачены» доминантными элями, рецессивные аллели, как правило, экспрессируются реже. В общем, чтобы аллель проявился, ребенок должен унаследовать рецессивный аллель от обоих родителей. Заболевания крови - часто используемый пример рецессивного признака, но учтите, что рецессивный аллель не означает «плохой»
Метод 1 из 2: Отображение моногибридных (одиночных) скрещиваний
Шаг 1. Создайте сетку 2x2
Самые простые квадраты Пеннета довольно легко сделать. Начните с рисования равностороннего прямоугольника, затем разделите интерьер на четыре равные сетки. Когда вы закончите, должно быть две сетки в каждом столбце и две сетки в каждой строке.
Шаг 2. Используйте буквы для обозначения родительского или исходного аллеля в каждой строке и столбце
В четырехугольнике Паннета столбцы назначаются матерям, а строки - отцам, или наоборот. Напишите буквы рядом с каждой строкой и столбцом, которые представляют каждый из отцовских и материнских аллелей. Используйте заглавные буквы для доминантных аллелей и строчные буквы для рецессивных аллелей.
Разобраться на примере будет намного проще. Например, предположим, вы хотите определить вероятность того, что дети определенной пары смогут вертеть языком. Мы представляем это буквами «R» и «r» - заглавная буква для доминантного гена и строчная буква для рецессивного. Если бы оба родителя были гетерозиготными (имели по одной копии каждого аллеля), мы бы написали «R» и «r» в верхней части сетки и «R» и «r» вдоль левой стороны сетки..,
Шаг 3. Напишите буквы для каждой сетки в строках и столбцах
После заполнения аллелей, полученных от каждого из родителей, заполнение квадрата Пеннета становится простым. В каждой сетке напишите двухбуквенные комбинации генов отцовских и материнских аллелей. Другими словами, возьмите буквы из сетки в столбце и строке, а затем запишите их обе в соединяющем пустом поле.
- В этом примере заполните нашу четырехугольную сетку Паннета следующим образом:
- Поле в левом верхнем углу: «RR»
- Поле вверху справа: «Rr»
- Поле внизу слева: «Rr»
- Поле в правом нижнем углу: «р-р»
- Обратите внимание, что обычно первым пишется доминантный аллель (заглавная буква).
Шаг 4. Определите генотип каждого потенциального потомства
Каждая ячейка в квадрате Пеннета представляет потомство, которое могут иметь родители. Каждый квадрат (и, следовательно, каждое потомство) одинаково вероятен - другими словами, в сетке 2x2 есть 1/4 шанс на каждые четыре возможности. Различные комбинации аллелей, представленные в четырехугольнике Паннета, называются «генотипами». Хотя генотипы представляют собой генетические различия, потомки не обязательно различаются для каждой решетки (см. Шаги ниже).
- В нашем примере четырехугольника Пеннета возможными генотипами потомков от этих двух родителей являются:
- «Два доминантных аллеля» (два R)
- «Один доминантный и один рецессивный аллели» (R и r)
- «Один доминантный и один рецессивный аллель» (R и r) - обратите внимание, что есть две сетки с этим генотипом.
- «Два рецессивных аллеля» (два r)
Шаг 5. Определите фенотип каждого потенциального потомства
Фенотип в организме - это фактическая физическая характеристика, показанная на основе его генотипа. Некоторые примеры фенотипов, такие как цвет глаз, цвет волос и наличие клеток, вызывающих заболевание крови, - это физические черты, «определяемые» генами, но не фактические комбинации самих генов. Фенотип, который будет иметь потенциальное потомство, определяется характеристиками гена. Разные гены будут иметь разные правила проявления в качестве фенотипа.
- В нашем примере предположим, что ген, который позволяет человеку вертеть языком, является доминантным геном. Это означает, что каждое потомство сможет вертеть языком, даже если доминирует только один аллель. В этом случае фенотипы потенциального потомства следующие:
- Слева вверху: «Умеет вращать языком (два R)»
- Вверху справа: «Может вращать язык (один R)»
- Внизу слева: «Может вращать язык (один R)»
- Внизу справа: «Невозможно вращать язык (нет R)»
Шаг 6. Используйте сетку, чтобы определить вероятность появления различных фенотипов
Одно из наиболее распространенных применений четырехугольника Паннета - определить, насколько вероятно, что у потомства будет определенный фенотип. Поскольку каждая сетка представляет собой эквивалентный возможный генотип, вы можете найти возможные фенотипы, «разделив количество сеток, содержащих этот фенотип, на общее количество имеющихся решеток».
- Четырехугольник Паннета в нашем примере утверждает, что существует четыре возможных комбинации генов для любого потомка от этих двух родителей. Три из этих комбинаций создают потомство, способное вертеть языком. Следовательно, вероятности нашего фенотипа таковы:
- Потомство, умеющее вращать языком: 3/4 = «0,75 = 75%»
- Потомство, не умеющее вращать языком: 1/4 = «0,25 = 25%»
Метод 2 из 2: Показ дигибридного скрещивания (два гена)
Шаг 1. Дублируйте каждую сторону основной сетки 2x2 для каждого дополнительного гена
Не все комбинации генов так же просты, как базовые моногибридные (одиночные) скрещивания из раздела выше. Некоторые фенотипы определяются более чем одним геном. В этом случае вы должны учитывать все возможные комбинации, что означает рисование большей сетки.
- Основное правило четырехугольника Паннета, когда имеется более одного гена: «умножьте каждую сторону сетки для каждого гена, кроме первого». Другими словами, поскольку сетка с одним геном - 2x2, сетка с двумя генами - 4x4, сетка с тремя генами - 8x8 и так далее.
- Чтобы упростить понимание этой концепции, давайте рассмотрим пример проблемы двух генов. Это означает, что мы должны нарисовать сетку «4x4». Концепции в этом разделе также применимы к трем или более генам - эта проблема просто требует большей сетки и дополнительной работы.
Шаг 2. Назначьте участвующие родительские гены
Затем найдите гены, общие для изучаемой характеристики у обоих родителей. Из-за большого количества задействованных генов генотип каждого родителя будет иметь две дополнительные буквы для каждого гена в дополнение к первому - со словом ткань, четыре буквы для двух генов, шесть букв для трех генов и так далее. Может быть полезно написать генотип матери в верхней части сетки и генотип отца слева (или наоборот) в качестве визуального напоминания.
Чтобы проиллюстрировать этот конфликт, воспользуемся классическим примером. У гороха могут быть гладкие или морщинистые бобы желтого или зеленого цвета. Гладкий и желтый - доминирующие черты. В этом случае используйте M и m для обозначения доминирующего и рецессивного для гладкости и K и k для желтизны. Допустим, у матери есть генотип «MmKk», а у отцовского гена есть генотип «MmKK»
Шаг 3. Напишите различные комбинации генов сверху и слева
Теперь над верхней строкой сетки и слева от крайнего левого столбца запишите различные аллели, которые может внести каждый родитель. Как и в случае с одним геном, все аллели с одинаковой вероятностью передаются по наследству. Однако, поскольку генов очень много, каждый столбец и строка будут содержать более одной буквы: две буквы для двух генов, три буквы для трех генов и так далее.
- В этом примере мы должны перечислить различные комбинации генов, которые родители могут унаследовать от своего генотипа MmKk. Если у нас есть ген MmKk от матери в верхней решетке и ген MmKk отца в левой решетке, то аллели для каждого гена следующие:
- По верхней сетке: «МК, Мк, мк, мк».
- Слева внизу: «МК, МК, мк, мк»
Шаг 4. Заполните каждую сетку каждой комбинацией аллелей
Заполните сетку, как при работе с одним геном. Однако на этот раз каждая сетка будет иметь две дополнительные буквы для каждого гена в дополнение к первой: четыре буквы для двух генов, шесть букв для трех генов. В общем, количество букв в каждой сетке должно равняться количеству букв в генотипе каждого родителя.
- В этом примере мы заполним существующую сетку следующим образом:
- Верхний ряд: «ММКК, ММКк, МмКК, МмКк»
- Вторая строка: «ММКК, ММКк, МмКК, МмКк»
- Третья строка: «МмКК, МмКк, ммКК, ммКк».
- Нижний ряд: «МмКК, МмКк, ммКК, ммКК».
Шаг 5. Найдите фенотип для каждого потенциального потомства
Столкнувшись с множеством генов, каждая решетка в четырехугольнике Паннета по-прежнему представляет генотип для каждого потенциального потомства - вариантов больше, чем у одного гена. Фенотип каждой решетки, опять же, зависит от того, какой именно ген обрабатывается. Однако, как правило, для доминантных признаков требуется только один аллель, в то время как для рецессивных признаков требуются «все» рецессивные аллели.
- В этом примере, поскольку гладкость (M) и желтизна (K) являются доминирующими признаками или признаками для растения гороха в примере, каждая сетка, содержащая хотя бы одну заглавную M, представляет растение с гладким фенотипом, и каждая сетка содержит не менее одна большая буква K представляет собой фенотип культурного желтого. Морщинистым растениям нужны два строчных аллеля s, а зеленым растениям нужны два строчных аллеля k. Из этого условия получаем:
- Верхний ряд: «Бесшовные / желтый, Бесшовные / желтый, Гладкий / желтый, Бесшовные / желтый».
- Второй ряд: «Бесшовные / желтый, Гладкий / желтый, Гладкий / желтый, Гладкий / желтый».
- Третий ряд: «гладкий / желтый, гладкий / желтый, морщинистый / желтый, морщинистый / желтый».
- Нижний ряд: «гладкий / желтый, гладкий / желтый, морщинистый / желтый, морщинистый / желтый».
Шаг 6. Используйте сетку, чтобы определить вероятность каждого фенотипа
Используйте ту же технику, что и при работе с одним геном, чтобы определить вероятность того, что каждое потомство от обоих родителей может иметь различный фенотип. Другими словами, количество сеток, содержащих фенотип, деленное на общее количество сеток, равно вероятности для каждого фенотипа.
- В этом примере вероятности для каждого фенотипа:
- Потомство гладкое и желтое: 12/16 = «3/4 = 0,75 = 75%».
- Потомство морщинистое и желтое: 4/16 = «1/4 = 0,25 = 25%».
- Потомство гладкое и зеленое: 0/16 = «0%»
- Потомство с морщинами и зеленым цветом: 0/16 = «0%»
- Обратите внимание: поскольку у каждого потомка не может быть двух рецессивных аллелей k, ни один из потомков не является зеленым (0%).
подсказки
- В спешке, спешу? Попробуйте использовать четырехугольный онлайн-калькулятор Пеннета (например, в этом), который может создавать и заполнять квадратную сетку Пеннета на основе указанных вами родительских генов.
- В целом рецессивные признаки встречаются не так часто, как доминантные. Однако бывают ситуации, когда эта редкая черта может повысить приспособленность организма и, таким образом, стать более распространенной в результате естественного отбора. Например, рецессивный признак, вызывающий наследственные заболевания крови, также обеспечивает иммунитет к малярии, что делает его необходимым в тропическом климате.
- Не все гены имеют только два фенотипа. Например, существует несколько генов, которые имеют разные фенотипы для гетерозиготных комбинаций (один доминантный, один рецессивный).
