Dihübriidse Ristamise Lahendaja: Geneetika Punnetti Ruudu Kalkulaator

Mis on dihübriidse ristamise kalkulaator?

Dihübriidse ristamise kalkulaator ennustab järglaste genotüüpe ja fenotüüpe korraga kahe geeni puhul. See koostab kahe vanema genotüüpide põhjal Punnetti ruudu ja näitab saadud tunnuste suhet. Bioloogiatudengid, õpetajad ja aretajad kasutavad seda dihübriidse ristamise ülesannete kontrollimiseks, ilma et peaksid ruudustiku käsitsi joonistama.

Mis on dihübriidne ristamine?

Dihübriidne ristamine jälgib, kuidas kaks geeni vanematelt järglastele samal ajal edasi kanduvad. Gregor Mendel uuris seda esimest korda 1860. aastatel, ristates hernetaimi, mis erinesid seemne kuju ja värvi poolest.

Selle toimimist selgitavad mõned mõisted.

• Alleel: geeni üks variant. Suurtäht (A, B) tähistab dominantset alleeli. Väiketäht (a, b) tähistab retsessiivset alleeli.
• Genotüüp: organismi geneetiline ülesehitus, mis kirjutatakse tähekombinatsioonina, näiteks AaBb.
• Fenotüüp: tunnus, mida organism tegelikult avaldab. Dominantne alleel varjab retsessiivse alleeli, seega näevad AA ja Aa välja ühesugused.
• Homotsügootne: geeni mõlemad alleelid on ühesugused (AA või aa).
• Heterosügootne: geeni kaks alleeli on erinevad (Aa).

Kuidas arvutada dihübriidset ristamist

Dihübriidne ristamine põhineb sõltumatul lahknemisel: gameetide moodustumisel lahknevad ühe geeni alleelid teise geeni alleelidest sõltumatult. See võimaldab kummagi vanema alleelidel vabalt kombineeruda.

1. Kirjutage üles kummagi vanema genotüüp, näiteks AaBb.
2. Loetlege gameedid. Punnetti ruudu meetod annab kummalegi vanemale neli gameedikohta, ühe iga kombinatsiooni jaoks, mis moodustub geeni 1 alleeli ja geeni 2 alleeli vahel. Mõlema geeni suhtes heterosügootne vanem (AaBb) täidab need kohad nelja erineva gameediga: AB, Ab, aB, ab. Mõlema geeni suhtes homotsügootne vanem (AABB) täidab need ühe gameedi nelja koopiaga: AB, AB, AB, AB.
3. Koostage 4×4 suurune Punnetti ruut. Paigutage ühe vanema neli gameeti ülaossa ja teise vanema neli gameeti küljele, seejärel täitke kõik 16 lahtrit kombineeritud genotüübiga.
4. Loendage fenotüübid. Rühmitage 16 järglased avalduvate tunnuste järgi ja teisendage iga rühm 16 murdosaks.

Kahe heterosügootse vanema (AaBb × AaBb) puhul saadakse klassikaline fenotüüpide suhe:

• 9/16 avaldavad mõlemat dominantset tunnust (A_B_)
• 3/16 avaldavad dominantset tunnust 1 ja retsessiivset tunnust 2 (A_bb)
• 3/16 avaldavad retsessiivset tunnust 1 ja dominantset tunnust 2 (aaB_)
• 1/16 avaldavad mõlemat retsessiivset tunnust (aabb)

Allkriips tähistab „ükskõik kumba alleeli“, sest see ei muuda fenotüüpi.

See 9:3:3:1 suhe on ka kahe eraldi 3:1 suhte korrutis: 3/4 × 3/4 = 9/16 mõlema dominantse tunnuse puhul, 3/4 × 1/4 = 3/16 kummagi üksikdominantse kombinatsiooni puhul ning 1/4 × 1/4 = 1/16 mõlema retsessiivse tunnuse puhul.

Näide 1: heterosügootne × heterosügootne (AaBb × AaBb)

Mõlemad vanemad toodavad nelja tüüpi gameete: AB, Ab, aB, ab.

Fenotüüpide suhe:

• A_B_ (mõlemad dominantsed): 9/16 (56,25%)
• A_bb (dominantne 1, retsessiivne 2): 3/16 (18,75%)
• aaB_ (retsessiivne 1, dominantne 2): 3/16 (18,75%)
• aabb (mõlemad retsessiivsed): 1/16 (6,25%)

Näide 2: homotsügootne dominantne × homotsügootne retsessiivne (AABB × aabb)

Mõlemad vanemad on homotsügootsed, seega toodab kumbki ainult üht kindlat gameeti: vanem 1 toodab AB ja vanem 2 ab. Kuna kalkulaator loetleb kummagi vanema kohta alati neli gameeti, kordub see ainus gameet lihtsalt neli korda: AB, AB, AB, AB ja ab, ab, ab, ab. Punnetti ruut on endiselt 4×4 suurune ning koosneb 16 lahtrist, kuid igas lahtris on sama genotüüp.

Kõik järglased on AaBb ja avaldavad mõlemat dominantset tunnust.

Fenotüüpide suhe:

• A_B_ (mõlemad dominantsed): 16/16 (100,00%)

Näide 3: heterosügootne × homotsügootne dominantne (AaBb × AABB)

Vanem 1 (AaBb) toodab neli erinevat gameeti: AB, Ab, aB, ab. Vanem 2 (AABB) on homotsügootne, seega kordub tema ainus gameeditüüp AB neli korda: AB, AB, AB, AB. Tulemuseks on endiselt 4×4 suurune, 16-lahtriline ruut, kus vanema 1 kõik neli gameeti paarituvad AB-ga neli korda, mistõttu iga rida kordub kõigis neljas veerus.

Esineb neli erinevat genotüüpi, igaüks 4 ruudu 16 lahtritest: AABB, AABb, AaBB ja AaBb. Igaühel neist on kummagi geeni puhul vähemalt üks dominantne alleel, seega avaldab iga järglane mõlemat dominantset tunnust.

Fenotüüpide suhe:

• A_B_ (mõlemad dominantsed): 16/16 (100,00%)

Kalkulaatori kasutamine

1. Sisestage kummagi vanema genotüüp vormingus AaBb: suured tähed dominantsete alleelide ja väikesed tähed retsessiivsete alleelide jaoks, kus esimene paar tähistab geeni 1 ja teine paar geeni 2.
2. Kalkulaator kontrollib nelja asja. Iga genotüüp peab koosnema täpselt neljast tähest. Paari kaks tähte peavad tähistama sama geeni, seega Aa sobib, kuid Ab mitte. Ühe genotüübi kaks geeni peavad olema eri tähtedega, seega AaAa lükatakse tagasi. Mõlemad vanemad peavad tähistama samu kahte geeni.
3. Kaks geeni võib kirjutada kummas tahes järjekorras. BbAa loetakse samaks genotüübiks nagu AaBb, seega AaBb × BbAa on sama ristamine mis AaBb × AaBb.
4. Ruut ja suhe uuenevad kirjutamise ajal. Nuppu pole vaja vajutada.
5. Suhe märgistatakse tunnuse, mitte tähe järgi. „Dominantne tunnus 1“ tähendab, et geen 1 avaldub dominantsena (A_), ja „retsessiivne tunnus 2“ tähendab, et geen 2 avaldub retsessiivsena (bb). Ristamise AaBb × AaBb korral kuvab tööriist „Dominantne tunnus 1, dominantne tunnus 2: 9/16 (56,25%)“.
6. Kasutage kopeerimisnuppu ruudu ja suhte tekstina salvestamiseks või lähtestusnuppu vaikimisi ristamise AaBb × AaBb taastamiseks.

Dihübriidse ristamise arvutuste kasutusalad

Bioloogiakursustel kasutatakse dihübriidset ristamist tõenäosuse ja Mendeli pärandumise õpetamiseks. Taime- ja loomakasvatajad kasutavad sama matemaatikat, et ennustada, millised tunnuste kombinatsioonid järglastel avalduvad, enne tegeliku ristamise tegemist. Geneetikanõustajad kasutavad aluspõhimõtet, sõltumatut lahknemist, kahe omavahel mitteseotud seisundi pärandumisriski selgitamiseks. Teadlased kasutavad seda eeldatavate suhete määramiseks enne nende võrdlemist katseandmetega.

Punnetti ruut on üks mitmest viisist sama ülesande lahendamiseks. Tõenäosusarvutus korrutab iga tunnuse tõenäosuse eraldi, näiteks 3/4 × 3/4 = 9/16 kahe dominantse tunnuse puhul ristamisel AaBb × AaBb. Harudiagramm ehk hargnenud joone meetod annab samad arvud, jälgides kummagi geeni tulemusi eraldi harudena. Kõik kolm meetodit põhinevad samal sõltumatu lahknemise seadusel ja annavad samad suhtarvud, kui kaks geeni paiknevad eri kromosoomidel.

Tegelik pärandumine erineb mõnikord sellest mudelist. Samal kromosoomil lähestikku paiknevad geenid päranduvad koos sagedamini, kui sõltumatu lahknemine ennustab; seda nähtust nimetatakse aheldumiseks. Mõned geenipaarid toimivad vastastikku nii, et üks geen varjab teise mõju; seda nimetatakse epistaasiks. See kalkulaator eeldab kahte aheldumata geeni ja täielikku dominantsust, mis on tavapärane õppeülesannete juhtum.

Ajalugu

Augustiinlasest munk Gregor Mendel tegi esimesed dokumenteeritud dihübriidse ristamise katsed hernetaimedega 1860. aastatel, jälgides samal ajal seemne kuju ja värvi. Tema 1866. aasta artiklis kirjeldati saadud suhtarvu 9:3:3:1 ning see viis tänapäeval sõltumatu lahknemise seadusena tuntud põhimõtteni. Mendeli töö jäi suuresti tähelepanuta kuni aastani 1900, mil Hugo de Vries, Carl Correns ja Erich von Tschermak avastasid samad mustrid üksteisest sõltumatult uuesti, pannes aluse tänapäeva geneetikale. Thomas Hunt Morgani hilisemad katsed äädikakärbestega näitasid, et samal kromosoomil paiknevad geenid ei jaotu alati sõltumatult, tuues esile geneetilise aheldatuse erandi.

Korduma kippuvad küsimused

Mis on dihübriidne ristamine? Dihübriidne ristamine on kahe organismi ristamine, mille käigus jälgitakse korraga kahte geeni. Kahe topeltheterosügoodi (AaBb × AaBb) ristamisel saadakse järglased fenotüüpide suhtega 9:3:3:1, kui mõlemal geenil avaldub täielik dominantsus.

Miks on suhe 9:3:3:1? See saadakse kahe sõltumatu 3:1 suhte ühendamisel, ühe kummagi geeni kohta: 3/4 × 3/4 = 9/16 mõlema dominantse tunnuse puhul, 3/4 × 1/4 = 3/16 kummagi üksikdominantse kombinatsiooni puhul ning 1/4 × 1/4 = 1/16 mõlema retsessiivse tunnuse puhul.

Mis vahe on genotüübil ja fenotüübil? Genotüüp on organismi kantavate alleelide kogum, näiteks AaBb. Fenotüüp on tunnus, mille genotüüp tekitab, näiteks mõlema tunnuse dominantse vormi avaldumine.

Kas dihübriidne ristamine annab alati kummagi vanema puhul neli erinevat gameeti? Punnetti ruudu meetodis annab vanem alati neli gameedikohta. Heterosügootse vanema neli gameeti on tegelikult erinevad (AB, Ab, aB, ab). Homotsügootse vanema neli gameeti on ühe tüübi identsed koopiad (näiteks AB, AB, AB, AB), mistõttu homotsügootsete vanemate ristamisel koonduvad tulemused üheks korduvaks genotüübiks, kuigi ruudus on endiselt 16 lahtrit.

Kas see kalkulaator käsitleb aheldunud geene või kodominantsust? Ei. See eeldab, et kaks geeni paiknevad eri kromosoomidel ja lahknevad sõltumatult ning et kummalgi geenil avaldub täielik dominantsus. Aheldunud geenid ning kodominantsed või mittetäielikult dominantsed alleelid annavad teistsugused suhted kui need, mida see tööriist arvutab.

Kas see toimib inimese tunnuste puhul? Sama matemaatika kehtib kõigi kahe geeni puhul, mille pärandumine on lihtsa dominant-retsessiivse mustriga, sealhulgas mõne inimese tunnuse puhul. Enamik inimese tunnuseid hõlmab siiski rohkem kui üht geeni või sõltub keskkonnast, mistõttu see lihtne mudel ei kirjelda neid täpselt.

Viited

1. Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A. ja Palladino, M. A. (2019). Geneetika põhimõisted (12. väljaanne). Pearson.
2. Pierce, B. A. (2017). Geneetika: kontseptuaalne käsitlus (6. väljaanne). W.H. Freeman.
3. Mendel, G. (1866). „Katsed taimede hübridiseerimisega.“ Brünni loodusteaduste ühingu toimetised.
4. National Human Genome Research Institute. „Dihübriidne ristamine.“ genome.gov/genetics-glossary/Dihybrid-Cross