Risolutore di Incrocio Diibride: Calcolatore di Quadrati di Punnett Genetici

Che cos'è un calcolatore di incroci diibridi?

Un calcolatore di incroci diibridi prevede i genotipi e i fenotipi della progenie quando due genitori differiscono per due geni. Costruisce automaticamente un quadrato di Punnett e mostra il rapporto dei caratteri risultanti. Studenti di biologia, insegnanti e allevatori lo usano per verificare i problemi sugli incroci diibridi senza disegnare la griglia a mano.

Che cos'è un incrocio diibrido?

Un incrocio diibrido segue il modo in cui due geni passano dai genitori alla progenie nello stesso momento. Gregor Mendel lo ricavò per la prima volta negli anni 1860 incrociando piante di pisello che differivano per la forma e il colore del seme.

Alcuni termini spiegano come funziona.

• Allele: una versione di un gene. Una lettera maiuscola (A, B) indica un allele dominante. Una lettera minuscola (a, b) indica un allele recessivo.
• Genotipo: il corredo genetico di un organismo, scritto come combinazione di lettere, per esempio AaBb.
• Fenotipo: il carattere che un organismo mostra effettivamente. Un allele dominante nasconde uno recessivo, quindi AA e Aa hanno lo stesso aspetto.
• Omozigote: i due alleli di un gene sono uguali (AA o aa).
• Eterozigote: i due alleli di un gene sono diversi (Aa).

Come calcolare un incrocio diibrido

Un incrocio diibrido si basa sull'assortimento indipendente: durante la formazione dei gameti, gli alleli di un gene si separano indipendentemente da quelli dell'altro gene. Ciò permette agli alleli di ciascun genitore di combinarsi liberamente.

1. Scrivi il genotipo di ciascun genitore, per esempio AaBb.
2. Elenca i possibili gameti. In un incrocio diibrido un genitore produce sempre quattro tipi di gameti, uno per ogni combinazione degli alleli dei suoi due geni. Un genitore eterozigote (AaBb) produce quattro gameti diversi: AB, Ab, aB, ab. Anche un genitore omozigote (AABB) produce quattro gameti, ma sono tutti identici: AB, AB, AB, AB.
3. Costruisci un quadrato di Punnett 4×4. Disponi i quattro gameti di un genitore in alto e i quattro gameti dell'altro lungo il lato, quindi riempi ciascuna delle 16 caselle con il genotipo combinato.
4. Conta i fenotipi. Raggruppa i 16 discendenti in base ai caratteri che mostrano, quindi converti ciascun gruppo in una frazione di 16.

Per due genitori eterozigoti (AaBb × AaBb) si ottiene il classico rapporto fenotipico:

• 9/16 mostrano entrambi i caratteri dominanti (A_B_)
• 3/16 mostrano il carattere dominante 1 e il carattere recessivo 2 (A_bb)
• 3/16 mostrano il carattere recessivo 1 e il carattere dominante 2 (aaB_)
• 1/16 mostrano entrambi i caratteri recessivi (aabb)

Il trattino basso sta per «uno qualsiasi dei due alleli», poiché non cambia il fenotipo.

Questo rapporto 9:3:3:1 è anche il prodotto di due rapporti 3:1 separati: 3/4 × 3/4 = 9/16 per entrambi i caratteri dominanti, 3/4 × 1/4 = 3/16 per ciascun caso con un solo carattere dominante e 1/4 × 1/4 = 1/16 per entrambi i caratteri recessivi.

Esempio 1: eterozigote × eterozigote (AaBb × AaBb)

Entrambi i genitori producono quattro tipi di gameti: AB, Ab, aB, ab.

Rapporto fenotipico:

• A_B_ (entrambi dominanti): 9/16 (56,25%)
• A_bb (dominante 1, recessivo 2): 3/16 (18,75%)
• aaB_ (recessivo 1, dominante 2): 3/16 (18,75%)
• aabb (entrambi recessivi): 1/16 (6,25%)

Esempio 2: omozigote dominante × omozigote recessivo (AABB × aabb)

Ciascun genitore è omozigote, quindi produce un solo tipo di gamete: AB per il genitore 1 e ab per il genitore 2. Poiché il calcolatore elenca sempre quattro gameti per genitore, quell'unico gamete si ripete semplicemente quattro volte: AB, AB, AB, AB e ab, ab, ab, ab. Il quadrato di Punnett è comunque una griglia 4×4 di 16 caselle, ma ogni casella contiene lo stesso genotipo.

Ogni discendente è AaBb e mostra entrambi i caratteri dominanti.

Rapporto fenotipico:

• A_B_ (entrambi dominanti): 16/16 (100%)

Esempio 3: eterozigote × omozigote dominante (AaBb × AABB)

Il genitore 1 (AaBb) produce quattro gameti diversi: AB, Ab, aB, ab. Il genitore 2 (AABB) è omozigote, quindi il suo unico tipo di gamete, AB, si ripete quattro volte: AB, AB, AB, AB. Il risultato è comunque una griglia 4×4 di 16 caselle, con ciascuno dei quattro gameti del genitore 1 abbinato ad AB quattro volte, quindi ogni riga si ripete su tutte e quattro le colonne.

Compaiono quattro genotipi distinti, ciascuno in 4 delle 16 caselle: AABB, AABb, AaBB e AaBb. Ognuno di essi porta almeno un allele dominante per ciascun gene, quindi ogni discendente mostra entrambi i caratteri dominanti.

Rapporto fenotipico:

• A_B_ (entrambi dominanti): 16/16 (100%)

Come usare questo calcolatore

1. Inserisci il genotipo di ciascun genitore nel formato AaBb: lettere maiuscole per gli alleli dominanti, minuscole per quelli recessivi, con la prima coppia per il gene 1 e la seconda coppia per il gene 2.
2. Il calcolatore verifica che ogni genotipo abbia quattro lettere, che le due lettere di ciascun gene coincidano (Aa, non Ax), che i due geni usino lettere diverse e che entrambi i genitori si riferiscano agli stessi due geni.
3. Poi mostra il quadrato di Punnett 4×4 e il rapporto fenotipico.
4. Usa il pulsante di copia per salvare la griglia e il rapporto come testo.

Usi dei calcoli sull'incrocio diibrido

I corsi di biologia usano gli incroci diibridi per insegnare la probabilità e l'ereditarietà mendeliana. Gli allevatori di piante e animali usano lo stesso calcolo per prevedere quali combinazioni di caratteri compariranno nella progenie prima di eseguire un incrocio reale. I consulenti genetici usano il principio di fondo, l'assortimento indipendente, per spiegare il rischio di ereditarietà di due condizioni non correlate. I ricercatori lo usano per stabilire i rapporti attesi prima di confrontarli con i dati sperimentali.

Il quadrato di Punnett è uno dei vari modi per risolvere lo stesso problema. Un calcolo delle probabilità moltiplica la probabilità di ciascun carattere separatamente, per esempio 3/4 × 3/4 = 9/16 per due caratteri dominanti in un incrocio AaBb × AaBb. Un diagramma ramificato o il metodo della linea biforcata giunge agli stessi numeri seguendo gli esiti di ciascun gene come rami separati. Tutti e tre i metodi si basano sulla stessa regola dell'assortimento indipendente e danno rapporti identici quando i due geni si trovano su cromosomi diversi.

L'ereditarietà reale a volte si discosta da questo modello. I geni situati vicini sullo stesso cromosoma hanno maggiori probabilità di essere ereditati insieme di quanto preveda l'assortimento indipendente, un fenomeno chiamato associazione genica (linkage). Alcune coppie di geni interagiscono in modo che un gene mascheri l'effetto di un altro, fenomeno chiamato epistasi. Questo calcolatore presuppone due geni non associati con dominanza completa, il caso standard dei corsi scolastici.

Cenni storici

Gregor Mendel, un monaco austriaco che faceva esperimenti con le piante di pisello, eseguì i primi esperimenti documentati di incrocio diibrido negli anni 1860, seguendo insieme la forma e il colore del seme. Il suo articolo del 1866 descrisse il rapporto 9:3:3:1 risultante e portò a quella che oggi si chiama legge dell'assortimento indipendente. Il lavoro di Mendel passò in gran parte inosservato fino al 1900, quando Hugo de Vries, Carl Correns ed Erich von Tschermak lo riscoprirono indipendentemente. I successivi esperimenti di Thomas Hunt Morgan con i moscerini della frutta mostrarono che i geni si trovano sui cromosomi e che i caratteri ereditati insieme corrispondono a geni vicini tra loro, l'eccezione oggi chiamata associazione genica.

Domande frequenti

Che cos'è un incrocio diibrido? Un incrocio diibrido è un incrocio tra due organismi che segue due geni contemporaneamente. Incrociando due doppi eterozigoti (AaBb × AaBb) si ottiene una progenie con rapporto fenotipico 9:3:3:1 quando entrambi i geni mostrano dominanza completa.

Perché il rapporto è 9:3:3:1? Deriva dalla combinazione di due rapporti 3:1 indipendenti, uno per ciascun gene: 3/4 × 3/4 = 9/16 per entrambi i caratteri dominanti, 3/4 × 1/4 = 3/16 per ciascuna combinazione con un solo carattere dominante e 1/4 × 1/4 = 1/16 per entrambi i caratteri recessivi.

Qual è la differenza tra genotipo e fenotipo? Il genotipo è l'insieme degli alleli che un organismo porta, per esempio AaBb. Il fenotipo è il carattere che quel genotipo produce, per esempio mostrare la versione dominante di entrambi i caratteri.

Un incrocio diibrido produce sempre quattro gameti diversi per genitore? Nel metodo del quadrato di Punnett un genitore produce sempre quattro posizioni di gameti. I quattro gameti di un genitore eterozigote sono effettivamente diversi (AB, Ab, aB, ab). I quattro gameti di un genitore omozigote sono copie identiche di un solo tipo (per esempio AB, AB, AB, AB), per cui gli incroci omozigoti si riducono a un unico genotipo ripetuto anche se la griglia ha comunque 16 caselle.

Questo calcolatore può gestire geni associati o codominanza? No. Presuppone che i due geni si trovino su cromosomi diversi e si assortiscano indipendentemente, e che ciascun gene mostri dominanza completa. I geni associati e gli alleli codominanti o a dominanza incompleta producono rapporti diversi da quelli calcolati da questo strumento.

Funziona anche per i caratteri umani? Lo stesso calcolo vale per due geni qualsiasi con ereditarietà dominante-recessiva semplice, compresi alcuni caratteri umani. La maggior parte dei caratteri umani, tuttavia, coinvolge più di un gene o è influenzata dall'ambiente, quindi questo modello semplice non li descrive con precisione.

Riferimenti

1. Nature Education (Scitable). Gregor Mendel and the Principles of Inheritance. Mendel e i principi dell'ereditarietà — principio dell'assortimento indipendente; rapporto 9:3:3:1 di Mendel per la forma e il colore del seme; pubblicazione del 1866.
2. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Mendelian Inheritance, Talking Glossary. Ereditarietà mendeliana — Mendel era un monaco austriaco che faceva esperimenti con le piante di pisello.
3. National Human Genome Research Institute (NHGRI). 1900: Rediscovery of Mendel's Work. Riscoperta del lavoro di Mendel — de Vries, Correns e Tschermak riscoprirono indipendentemente il lavoro di Mendel nel 1900.
4. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Linkage, Talking Glossary. Associazione genica — i geni vicini su un cromosoma hanno maggiori probabilità di essere ereditati insieme.
5. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Epistasis, Talking Glossary. Epistasi — l'espressione di un gene mascherata o modificata da un altro.
6. Nobel Prize Outreach. Thomas H. Morgan – Facts, Nobel Prize in Physiology or Medicine 1933. Dati su Thomas H. Morgan — esperimenti sui moscerini della frutta che collegano caratteri correlati a geni vicini sui cromosomi.