Решавач на дихибриден кръстос: Калкулатор на генетичен квадрат на Пъниет

Какво представлява калкулаторът за дихибридно кръстосване?

Калкулаторът за дихибридно кръстосване предсказва генотипите и фенотипите на потомството едновременно за два гена. Той изгражда решетка на Пънет от генотипите на двамата родители и показва съотношението на получените белези. Ученици и преподаватели по биология, както и селекционери, го използват за проверка на задачи за дихибридно кръстосване, без да начертават решетката на ръка.

Какво представлява дихибридното кръстосване?

Дихибридното кръстосване проследява как два гена преминават от родителите към потомството едновременно. Грегор Мендел пръв изяснява това през 1860-те години, докато кръстосва грахови растения, различаващи се по формата и цвета на семената.

Няколко термина обясняват как работи то.

• Алел: една от разновидностите на гена. С главна буква (A, B) се означава доминантен алел. С малка буква (a, b) се означава рецесивен алел.
• Генотип: генетичният състав на организма, изписан като комбинация от букви, например AaBb.
• Фенотип: белегът, който организмът действително проявява. Доминантният алел прикрива рецесивния, затова AA и Aa изглеждат еднакво.
• Хомозиготен: двата алела на даден ген съвпадат (AA или aa).
• Хетерозиготен: двата алела на даден ген се различават (Aa).

Как се изчислява дихибридно кръстосване

Дихибридното кръстосване се основава на независимото разпределяне: при образуването на гамети алелите на единия ген се разделят независимо от алелите на другия ген. Това позволява алелите на всеки родител да се комбинират свободно.

1. Запишете генотипа на всеки родител, например AaBb.
2. Избройте гаметите. Методът с решетка на Пънет дава на всеки родител четири позиции за гамети — по една за всяка двойка, съставена от алел от ген 1 и алел от ген 2. Родител, хетерозиготен и за двата гена (AaBb), запълва тези позиции с четири различни гамети: AB, Ab, aB, ab. Родител, хомозиготен и за двата гена (AABB), ги запълва с четири копия на една гамета: AB, AB, AB, AB.
3. Изградете решетка на Пънет с размери 4×4. Поставете четирите гамети на единия родител по горния ред, а четирите гамети на другия — отстрани, след което попълнете всяка от 16 клетки с комбинирания генотип.
4. Пребройте фенотипите. Групирайте 16 потомци според проявяваните от тях белези, след което преобразувайте всяка група в дял от 16.

При двама хетерозиготни родители (AaBb × AaBb) се получава класическото фенотипно съотношение:

• 9/16 проявяват и двата доминантни белега (A_B_)
• 3/16 проявяват доминантния белег 1 и рецесивния белег 2 (A_bb)
• 3/16 проявяват рецесивния белег 1 и доминантния белег 2 (aaB_)
• 1/16 проявяват и двата рецесивни белега (aabb)

Долната черта означава „който и да е от двата алела“, тъй като не променя фенотипа.

Това съотношение 9:3:3:1 е и произведение на две отделни съотношения 3:1: 3/4 × 3/4 = 9/16 за двата доминантни белега, 3/4 × 1/4 = 3/16 за всеки случай с един доминантен белег и 1/4 × 1/4 = 1/16 за двата рецесивни белега.

Пример 1: Хетерозиготен × хетерозиготен (AaBb × AaBb)

И двамата родители образуват четири типа гамети: AB, Ab, aB, ab.

Фенотипно съотношение:

• A_B_ (и двата доминантни): 9/16 (56,25%)
• A_bb (доминантен 1, рецесивен 2): 3/16 (18,75%)
• aaB_ (рецесивен 1, доминантен 2): 3/16 (18,75%)
• aabb (и двата рецесивни): 1/16 (6,25%)

Пример 2: Хомозиготен доминантен × хомозиготен рецесивен (AABB × aabb)

Всеки родител е хомозиготен, затова образува само една различна гамета: AB при родител 1 и ab при родител 2. Тъй като калкулаторът винаги показва по четири гамети за родител, тази една гамета просто се повтаря четири пъти: AB, AB, AB, AB и ab, ab, ab, ab. Решетката на Пънет все още е таблица 4×4 с 16 клетки, но всяка клетка съдържа един и същ генотип.

Всеки потомък е AaBb и проявява и двата доминантни белега.

Фенотипно съотношение:

• A_B_ (и двата доминантни): 16/16 (100,00%)

Пример 3: Хетерозиготен × хомозиготен доминантен (AaBb × AABB)

Родител 1 (AaBb) образува четири различни гамети: AB, Ab, aB, ab. Родител 2 (AABB) е хомозиготен, затова единственият му тип гамета, AB, се повтаря четири пъти: AB, AB, AB, AB. Получава се таблица 4×4 с 16 клетки, в която всяка от четирите гамети на родител 1 се съчетава с AB четири пъти, така че всеки ред се повтаря във всичките четири колони.

Появяват се четири различни генотипа, всеки в 4 от общо 16 клетки: AABB, AABb, AaBB и AaBb. Всеки от тях носи поне един доминантен алел за всеки ген, затова всеки потомък проявява и двата доминантни белега.

Фенотипно съотношение:

• A_B_ (и двата доминантни): 16/16 (100,00%)

Как се използва този калкулатор

1. Въведете генотипа на всеки родител във формат AaBb: главни букви за доминантните алели, малки букви за рецесивните, като първата двойка е за ген 1, а втората — за ген 2.
2. Калкулаторът проверява четири неща. Всеки генотип трябва да съдържа точно четири букви. Двете букви в една двойка трябва да са на един и същ ген, затова Aa се приема, а Ab — не. Двата гена в един генотип трябва да се изписват с различни букви, затова AaAa се отхвърля. И двамата родители трябва да посочват едни и същи два гена.
3. Двата гена могат да се изписват в произволен ред. BbAa се чете като същия генотип като AaBb, така че AaBb × BbAa е същото кръстосване като AaBb × AaBb.
4. Решетката и съотношението се обновяват, докато въвеждате данни. Не е необходимо натискане на бутон.
5. Съотношението е означено по белези, а не по букви. „Доминантен белег 1“ означава, че ген 1 проявява доминантната си форма (A_), а „Рецесивен белег 2“ означава, че ген 2 проявява рецесивната си форма (bb). При AaBb × AaBb инструментът изписва „Доминантен белег 1, доминантен белег 2: 9/16 (56,25%)“.
6. Използвайте бутона за копиране, за да запазите решетката и съотношението като текст, или бутона за нулиране, за да се върнете към кръстосването по подразбиране AaBb × AaBb.

Приложения на изчисленията за дихибридно кръстосване

Курсовете по биология използват дихибридни кръстосвания за преподаване на вероятности и менделово унаследяване. Селекционерите на растения и животни използват същата математика, за да предскажат кои комбинации от белези ще се появят в потомството, преди да извършат действително кръстосване. Генетичните консултанти използват основния принцип — независимо комбиниране — за обяснение на риска от унаследяване на две несвързани състояния. Изследователите го използват, за да определят очакваните съотношения, преди да ги сравнят с експериментални данни.

Решетката на Пънет е един от няколко начина за решаване на същия проблем. Изчислението на вероятността умножава вероятността за всеки белег поотделно, например 3/4 × 3/4 = 9/16 за два доминантни белега при кръстосване AaBb × AaBb. Разклонена диаграма или методът с разклонени линии достига до същите числа, като проследява резултатите за всеки ген като отделни разклонения. И трите метода се основават на едно и също правило за независимо комбиниране и дават еднакви съотношения, когато двата гена се намират на различни хромозоми.

Реалното унаследяване понякога се отклонява от този модел. Гените, разположени близо един до друг на една и съща хромозома, се унаследяват заедно по-често, отколкото предвижда независимото комбиниране — явление, наречено сцепление. Някои двойки гени си взаимодействат така, че единият ген маскира ефекта на другия; това се нарича епистаза. Този калкулатор приема два несвързани гена с пълно доминиране — стандартния случай, изучаван в училище.

История

Грегор Мендел, августински монах, провежда първите документирани експерименти с дихибридно кръстосване при грахови растения през 1860-те години, като проследява едновременно формата и цвета на семената. Неговата статия от 1866 г. описва полученото съотношение 9:3:3:1 и допринася за формулирането на това, което днес се нарича закон за независимо комбиниране. Работата на Мендел остава до голяма степен незабелязана до 1900 г., когато Hugo de Vries, Carl Correns и Erich von Tschermak независимо преоткриват същите закономерности и поставят началото на съвременната генетика. По-късните експерименти на Thomas Hunt Morgan с плодови мушици показват, че гените на една и съща хромозома не винаги се разпределят независимо, разкривайки изключението, известно като генетично сцепление.

Често задавани въпроси

Какво представлява дихибридното кръстосване? Дихибридното кръстосване е кръстосване между два организма, при което едновременно се проследяват два гена. Кръстосването на две двойни хетерозиготи (AaBb × AaBb) дава фенотипно съотношение 9:3:3:1, когато и двата гена проявяват пълно доминиране.

Защо съотношението е 9:3:3:1? То произлиза от комбинирането на две независими съотношения 3:1, по едно за всеки ген: 3/4 × 3/4 = 9/16 за двата доминантни белега, 3/4 × 1/4 = 3/16 за всяка комбинация с един доминантен белег и 1/4 × 1/4 = 1/16 за двата рецесивни белега.

Каква е разликата между генотип и фенотип? Генотипът е съвкупността от алелите, които организмът носи, например AaBb. Фенотипът е белегът, който генотипът определя, например проявяването на доминантната форма и на двата белега.

Дихибридното кръстосване винаги ли дава четири различни гамети за всеки родител? При метода с решетка на Пънет родителят винаги получава четири позиции за гамети. Четирите гамети на хетерозиготния родител са действително различни (AB, Ab, aB, ab). Четирите гамети на хомозиготния родител са еднакви копия на един тип (например AB, AB, AB, AB), поради което хомозиготните кръстосвания се свеждат до един повтарящ се генотип, въпреки че решетката има 16 клетки.

Може ли този калкулатор да обработва свързани гени или кодоминантност? Не. Той приема, че двата гена се намират на различни хромозоми и се разпределят независимо, както и че всеки ген проявява пълно доминиране. Свързаните гени и кодоминантните или непълно доминантните алели дават различни съотношения от изчисляваните от този инструмент.

Работи ли това за човешки белези? Същата математика се прилага към всеки два гена с просто доминантно-рецесивно унаследяване, включително към някои човешки белези. Повечето човешки белези обаче включват повече от един ген или се влияят от околната среда, затова този прост модел няма да ги опише точно.

Източници

1. Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A. и Palladino, M. A. (2019). Основи на генетиката (12-о изд.). Pearson.
2. Pierce, B. A. (2017). Генетика: концептуален подход (6-о изд.). W.H. Freeman.
3. Mendel, G. (1866). „Експерименти върху хибридизацията на растенията“. Известия на дружеството по естествена история в Брюн.
4. National Human Genome Research Institute. „Дихибридно кръстосване“. genome.gov/genetics-glossary/Dihybrid-Cross