Dihibrīda Krustojuma Risinātājs: Ģenētikas Punneta Kvadrāta Kalkulators

Kas ir dihibrīdās krustošanas kalkulators?

Dihibrīdās krustošanas kalkulators prognozē pēcnācēju genotipus un fenotipus diviem gēniem vienlaikus. Tas izveido Punneta kvadrātu, izmantojot abu vecāku genotipus, un parāda iegūto pazīmju attiecību. Bioloģijas studenti, skolotāji un selekcionāri to izmanto, lai pārbaudītu dihibrīdās krustošanas uzdevumus, nezīmējot režģi ar roku.

Kas ir dihibrīdā krustošana?

Dihibrīdā krustošana vienlaikus izseko, kā divi gēni pāriet no vecākiem uz pēcnācējiem. Gregors Mendelis to pirmo reizi izpētīja 1860. gados, krustojot zirņu augus, kas atšķīrās pēc sēklu formas un krāsas.

Tās darbību izskaidro daži termini.

• Alēle: viena gēna versija. Dominantu alēli apzīmē ar lielo burtu (A, B). Recesīvu alēli apzīmē ar mazo burtu (a, b).
• Genotips: organisma ģenētiskais sastāvs, ko pieraksta kā burtu kombināciju, piemēram, AaBb.
• Fenotips: pazīme, ko organisms faktiski izrāda. Dominanta alēle nomāc recesīvo alēli, tāpēc AA un Aa izskatās vienādi.
• Homozigotisks: abas gēna alēles sakrīt (AA vai aa).
• Heterozigotisks: abas gēna alēles atšķiras (Aa).

Kā aprēķināt dihibrīdo krustošanu

Dihibrīdā krustošana balstās uz neatkarīgās kombinēšanās likumu: gametu veidošanās laikā viena gēna alēles atdalās neatkarīgi no otra gēna alēlēm. Tādējādi katra vecāka alēles var brīvi kombinēties.

1. Pierakstiet katra vecāka genotipu, piemēram, AaBb.
2. Uzskaitiet gametas. Punneta kvadrāta metode katram vecākam piešķir četras gametu vietas — pa vienai katram 1 gēna alēles un 2 gēna alēles pārim. Vecāks, kurš abiem gēniem ir heterozigots (AaBb), šīs vietas aizpilda ar četrām atšķirīgām gametām: AB, Ab, aB, ab. Vecāks, kurš abiem gēniem ir homozigots (AABB), tās aizpilda ar četrām vienas gametas kopijām: AB, AB, AB, AB.
3. Izveidojiet 4×4 Punneta kvadrātu. Novietojiet viena vecāka četras gametas augšpusē un otra vecāka četras gametas sānos, pēc tam aizpildiet visas 16 šūnas ar kombinēto genotipu.
4. Saskaitiet fenotipus. Sagrupējiet 16 pēcnācējus pēc izpaustajām pazīmēm, pēc tam katru grupu pārvērtiet par daļu no 16.

Diviem heterozigotiskiem vecākiem (AaBb × AaBb) iegūst klasisko fenotipu attiecību:

• 9/16 izrāda abas dominantās pazīmes (A_B_).
• 3/16 izrāda 1 dominanto un 2 recesīvo pazīmi (A_bb).
• 3/16 izrāda 1 recesīvo un 2 dominanto pazīmi (aaB_).
• 1/16 izrāda abas recesīvās pazīmes (aabb).

Apakšsvītra apzīmē “jebkuru alēli”, jo tā fenotipu nemaina.

Šī 9:3:3:1 attiecība ir arī divu atsevišķu 3:1 attiecību reizinājums: 3/4 × 3/4 = 9/16 abām dominantajām pazīmēm, 3/4 × 1/4 = 3/16 katram vienas dominantās pazīmes gadījumam un 1/4 × 1/4 = 1/16 abām recesīvajām pazīmēm.

Piemērs 1: heterozigotisks × heterozigotisks (AaBb × AaBb)

Abi vecāki veido četrus gametu tipus: AB, Ab, aB, ab.

Fenotipu attiecība:

• A_B_ (abas dominantās): 9/16 (56,25%)
• A_bb (dominantā 1, recesīvā 2): 3/16 (18,75%)
• aaB_ (recesīvā 1, dominantā 2): 3/16 (18,75%)
• aabb (abas recesīvās): 1/16 (6,25%)

Piemērs 2: homozigotisks dominantais × homozigotisks recesīvais (AABB × aabb)

Abi vecāki ir homozigoti, tāpēc katrs veido tikai vienu atšķirīgu gametu: AB vecākam 1 un ab vecākam 2. Tā kā kalkulators vienmēr uzskaita četras gametas katram vecākam, šī viena gameta vienkārši atkārtojas četras reizes: AB, AB, AB, AB un ab, ab, ab, ab. Punneta kvadrāts joprojām ir 4×4 režģis ar 16 šūnām, taču katrā šūnā ir viens un tas pats genotips.

Visi pēcnācēji ir AaBb un izrāda abas dominantās pazīmes.

Fenotipu attiecība:

• A_B_ (abas dominantās): 16/16 (100,00%)

Piemērs 3: heterozigotisks × homozigotisks dominantais (AaBb × AABB)

Vecāks 1 (AaBb) veido četras atšķirīgas gametas: AB, Ab, aB, ab. Vecāks 2 (AABB) ir homozigotisks, tāpēc tā vienīgais gametu tips AB atkārtojas četras reizes: AB, AB, AB, AB. Rezultāts joprojām ir 4×4 režģis ar 16 šūnām; katra vecāka 1 četras gametas tiek katra četras reizes sapārotas ar AB, tāpēc katra rinda atkārtojas visās četrās kolonnās.

Parādās četri atšķirīgi genotipi, katrs 4 no 16 šūnām: AABB, AABb, AaBB un AaBb. Katrā no tiem pie abiem gēniem ir vismaz viena dominanta alēle, tāpēc visi pēcnācēji izrāda abas dominantās pazīmes.

Fenotipu attiecība:

• A_B_ (abas dominantās): 16/16 (100,00%)

Kā izmantot šo kalkulatoru

1. Ievadiet katra vecāka genotipu formātā AaBb: lielie burti apzīmē dominantās alēles, mazie — recesīvās, pirmais pāris attiecas uz 1 gēnu, bet otrais — uz 2 gēnu.
2. Kalkulators pārbauda četras lietas. Katram genotipam jābūt tieši no četriem burtiem. Pāra abiem burtiem jābūt viena un tā paša gēna burtiem, tāpēc Aa tiek pieņemts, bet Ab — ne. Abiem gēniem vienā genotipā jābūt apzīmētiem ar atšķirīgiem burtiem, tāpēc AaAa tiek noraidīts. Abiem vecākiem jānorāda tie paši divi gēni.
3. Abus gēnus var pierakstīt jebkurā secībā. BbAa tiek interpretēts kā tāds pats genotips kā AaBb, tāpēc AaBb × BbAa ir tāda pati krustošana kā AaBb × AaBb.
4. Kvadrāts un attiecība tiek atjaunināti rakstīšanas laikā. Poga nav jānospiež.
5. Attiecība tiek apzīmēta pēc pazīmes, nevis pēc burta. “Dominantā pazīme 1” nozīmē, ka gēns 1 izpaužas dominantajā formā (A_), bet “Recesīvā pazīme 2” nozīmē, ka gēns 2 izpaužas recesīvajā formā (bb). AaBb × AaBb gadījumā rīks parāda “Dominantā pazīme 1, dominantā pazīme 2: 9/16 (56,25%)”.
6. Izmantojiet kopēšanas pogu, lai saglabātu režģi un attiecību kā tekstu, vai atiestatīšanas pogu, lai atgrieztos pie noklusējuma AaBb × AaBb krustošanas.

Dihibrīdās krustošanas aprēķinu izmantojums

Bioloģijas kursos dihibrīdo krustošanu izmanto, lai mācītu varbūtību un Mendeļa iedzimšanu. Augu un dzīvnieku selekcionāri izmanto to pašu matemātiku, lai pirms faktiskas krustošanas prognozētu, kādas pazīmju kombinācijas parādīsies pēcnācējiem. Ģenētiskie konsultanti izmanto pamatprincipu — neatkarīgo kombinēšanos —, lai izskaidrotu divu nesaistītu slimību pārmantošanas risku. Pētnieki to izmanto, lai noteiktu sagaidāmās attiecības pirms to salīdzināšanas ar eksperimentālajiem datiem.

Punneta kvadrāts ir viena no vairākām metodēm tās pašas problēmas atrisināšanai. Varbūtības aprēķinā katras pazīmes varbūtības reizina atsevišķi, piemēram, 3/4 × 3/4 = 9/16 divām dominantām pazīmēm AaBb × AaBb krustošanā. Zarveida diagramma jeb sazaroto līniju metode iegūst tādus pašus skaitļus, izsekojot katra gēna iznākumiem kā atsevišķiem zariem. Visas trīs metodes balstās uz to pašu neatkarīgās kombinēšanās principu un dod identiskas attiecības, ja abi gēni atrodas uz dažādām hromosomām.

Reālā iedzimšana dažkārt atšķiras no šī modeļa. Gēni, kas atrodas tuvu viens otram uz vienas hromosomas, tiek pārmantoti kopā biežāk, nekā paredz neatkarīgā kombinēšanās; šo parādību sauc par gēnu saistību. Daži gēnu pāri mijiedarbojas tā, ka viens gēns maskē otra ietekmi; šo parādību sauc par epistāzi. Šis kalkulators pieņem divus nesaistītus gēnus ar pilnīgu dominanci, kas ir standarta mācību piemērs.

Vēsture

Gregors Mendelis, augustīniešu mūks, pirmos dokumentētos dihibrīdās krustošanas eksperimentus ar zirņu augiem veica 1860. gados, vienlaikus pētīdams sēklu formu un krāsu. Viņa 1866. gada darbā bija aprakstīta iegūtā 9:3:3:1 attiecība, un tas noveda pie tā, ko tagad sauc par neatkarīgās kombinēšanās likumu. Mendela darbs lielākoties palika nepamanīts līdz 1900. gadam, kad Hugo de Vrīss, Karls Korenss un Ērihs fon Čermaks neatkarīgi no jauna atklāja tās pašas likumsakarības, aizsākot mūsdienu ģenētiku. Tomasa Hanta Morgana vēlākie eksperimenti ar augļu mušām parādīja, ka vienas hromosomas gēni ne vienmēr kombinējas neatkarīgi, atklājot ģenētiskās saistības izņēmumu.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kas ir dihibrīdā krustošana? Dihibrīdā krustošana ir divu organismu krustošana, kurā vienlaikus izseko divus gēnus. Krustojot divus divkāršos heterozigotus (AaBb × AaBb), pēcnācējiem iegūst 9:3:3:1 fenotipu attiecību, ja abiem gēniem ir pilnīga dominance.

Kāpēc attiecība ir 9:3:3:1? Tā rodas, apvienojot divas neatkarīgas 3:1 attiecības — pa vienai katram gēnam: 3/4 × 3/4 = 9/16 abām dominantajām pazīmēm, 3/4 × 1/4 = 3/16 katrai vienas dominantās pazīmes kombinācijai un 1/4 × 1/4 = 1/16 abām recesīvajām pazīmēm.

Kāda ir atšķirība starp genotipu un fenotipu? Genotips ir organismam piemītošo alēļu kopums, piemēram, AaBb. Fenotips ir pazīme, ko rada genotips, piemēram, abu pazīmju dominantās formas izpausme.

Vai dihibrīdā krustošana vienmēr katram vecākam rada četras atšķirīgas gametas? Punneta kvadrāta metodē katram vecākam vienmēr izveido četras gametu vietas. Heterozigota vecāka četras gametas ir patiešām atšķirīgas (AB, Ab, aB, ab). Homozigota vecāka četras gametas ir identiskas viena tipa kopijas (piemēram, AB, AB, AB, AB), tāpēc homozigotiskas krustošanas gadījumā iegūst vienu atkārtotu genotipu, lai gan režģī joprojām ir 16 šūnas.

Vai šis kalkulators var apstrādāt saistītus gēnus vai kodominanci? Nē. Tas pieņem, ka abi gēni atrodas uz dažādām hromosomām un kombinējas neatkarīgi, kā arī ka katram gēnam ir pilnīga dominance. Saistīti gēni un kodominantas vai nepilnīgi dominantas alēles rada citas attiecības nekā tās, ko aprēķina šis rīks.

Vai tas darbojas cilvēka pazīmēm? Tā pati matemātika attiecas uz jebkuriem diviem gēniem ar vienkāršu dominantās un recesīvās iedzimšanas modeli, tostarp uz dažām cilvēka pazīmēm. Tomēr lielāko daļu cilvēka pazīmju ietekmē vairāk nekā viens gēns vai arī vide, tāpēc šis vienkāršais modelis tās precīzi neaprakstīs.

Atsauces

1. Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A. un Palladino, M. A. (2019). Concepts of Genetics (12. izdevums). Pearson.
2. Pierce, B. A. (2017). Genetics: A Conceptual Approach (6. izdevums). W. H. Freeman.
3. Mendel, G. (1866). “Experiments on Plant Hybridization.” Proceedings of the Natural History Society of Brünn.
4. National Human Genome Research Institute. “Dihybrid Cross.” genome.gov/genetics-glossary/Dihybrid-Cross