Rozwiązywacz Krzyżówki Dihybrydowej: Kalkulator Kwadratu Punnetta z Genetyki

Czym jest kalkulator krzyżówki dihybrydowej?

Kalkulator krzyżówki dwugenowej przewiduje genotypy i fenotypy potomstwa dla dwóch genów jednocześnie. Na podstawie genotypów obojga rodziców tworzy kwadrat Punnetta i pokazuje stosunek powstałych cech. Studenci biologii, nauczyciele i hodowcy używają go do sprawdzania zadań dotyczących krzyżówek dwugenowych bez ręcznego rysowania tabeli.

Czym jest krzyżówka dwugenowa?

Krzyżówka dwugenowa pokazuje, jak dwa geny są przekazywane od rodziców potomstwu jednocześnie. Gregor Mendel po raz pierwszy zajmował się tym w latach sześćdziesiątych XIX wieku (1860), krzyżując rośliny grochu różniące się kształtem i barwą nasion.

Kilka terminów wyjaśnia, jak to działa.

• Allel: jedna z wersji genu. Wielka litera (A, B) oznacza allel dominujący. Mała litera (a, b) oznacza allel recesywny.
• Genotyp: budowa genetyczna organizmu, zapisana jako kombinacja liter, na przykład AaBb.
• Fenotyp: cecha faktycznie ujawniana przez organizm. Allel dominujący maskuje recesywny, dlatego AA i Aa wyglądają tak samo.
• Homozygota: oba allele danego genu są takie same (AA lub aa).
• Heterozygota: dwa allele danego genu różnią się od siebie (Aa).

Jak obliczyć krzyżówkę dwugenową

Krzyżówka dwugenowa opiera się na zasadzie niezależnej segregacji: podczas powstawania gamet allele jednego genu rozdzielają się niezależnie od alleli drugiego genu. Dzięki temu allele każdego z rodziców mogą swobodnie się łączyć.

1. Zapisz genotyp każdego z rodziców, na przykład AaBb.
2. Wypisz gamety. Metoda kwadratu Punnetta zapewnia każdemu rodzicowi cztery miejsca na gamety, po jednym dla każdej kombinacji allelu z genu 1 z allelem z genu 2. Rodzic heterozygotyczny pod względem obu genów (AaBb) wypełnia te miejsca czterema różnymi gametami: AB, Ab, aB, ab. Rodzic homozygotyczny pod względem obu genów (AABB) wypełnia je czterema kopiami jednej gamety: AB, AB, AB, AB.
3. Zbuduj kwadrat Punnetta o wymiarach 4×4. Umieść cztery gamety jednego rodzica u góry, a cztery gamety drugiego rodzica z boku, następnie wypełnij każdy z 16 pól połączonym genotypem.
4. Policz fenotypy. Pogrupuj 16 osobników potomnych według ujawnianych przez nie cech, a następnie wyraź każdą grupę jako ułamek 16.

W przypadku dwojga rodziców heterozygotycznych (AaBb × AaBb) otrzymuje się klasyczny stosunek fenotypów:

• 9/16 wykazuje obie cechy dominujące (A_B_)
• 3/16 wykazuje cechę dominującą 1 i cechę recesywną 2 (A_bb)
• 3/16 wykazuje cechę recesywną 1 i cechę dominującą 2 (aaB_)
• 1/16 wykazuje obie cechy recesywne (aabb)

Podkreślnik oznacza „dowolny allel”, ponieważ nie zmienia fenotypu.

Stosunek 9:3:3:1 jest także iloczynem dwóch odrębnych stosunków 3:1: 3/4 × 3/4 = 9/16 dla obu cech dominujących, 3/4 × 1/4 = 3/16 dla każdego przypadku z jedną cechą dominującą oraz 1/4 × 1/4 = 1/16 dla obu cech recesywnych.

Przykład 1: heterozygota × heterozygota (AaBb × AaBb)

Oboje rodzice wytwarzają cztery typy gamet: AB, Ab, aB, ab.

Stosunek fenotypów:

• A_B_ (obie cechy dominujące): 9/16 (56,25%)
• A_bb (dominująca 1, recesywna 2): 3/16 (18,75%)
• aaB_ (recesywna 1, dominująca 2): 3/16 (18,75%)
• aabb (obie cechy recesywne): 1/16 (6,25%)

Przykład 2: homozygota dominująca × homozygota recesywna (AABB × aabb)

Każdy z rodziców jest homozygotą, więc każdy wytwarza tylko jeden odrębny typ gamety: AB u rodzica 1 i ab u rodzica 2. Ponieważ kalkulator zawsze wypisuje po cztery gamety na rodzica, ta pojedyncza gameta po prostu powtarza się cztery razy: AB, AB, AB, AB oraz ab, ab, ab, ab. Kwadrat Punnetta nadal jest siatką 4×4 złożoną z 16 pól, ale każde pole zawiera ten sam genotyp.

Każdy potomek ma genotyp AaBb i wykazuje obie cechy dominujące.

Stosunek fenotypów:

• A_B_ (obie cechy dominujące): 16/16 (100,00%)

Przykład 3: heterozygota × homozygota dominująca (AaBb × AABB)

Rodzic 1 (AaBb) wytwarza cztery różne gamety: AB, Ab, aB, ab. Rodzic 2 (AABB) jest homozygotą, więc jego jedyny typ gamety, AB, powtarza się cztery razy: AB, AB, AB, AB. Powstaje nadal siatka 4×4 o 16 polach, w której każda z czterech gamet rodzica 1 jest czterokrotnie łączona z AB, dlatego każdy wiersz powtarza się we wszystkich czterech kolumnach.

Pojawiają się cztery odrębne genotypy, każdy w 4 z 16 pól: AABB, AABb, AaBB i AaBb. Każdy z nich ma co najmniej jeden allel dominujący dla każdego genu, więc każdy potomek wykazuje obie cechy dominujące.

Stosunek fenotypów:

• A_B_ (obie cechy dominujące): 16/16 (100,00%)

Jak korzystać z tego kalkulatora

1. Wprowadź genotyp każdego rodzica w formacie AaBb: wielkie litery oznaczają allele dominujące, małe — recesywne; pierwsza para dotyczy genu 1, a druga para genu 2.
2. Kalkulator sprawdza cztery rzeczy. Każdy genotyp musi składać się dokładnie z czterech liter. Dwie litery w parze muszą oznaczać ten sam gen, dlatego Aa jest akceptowane, a Ab nie. Dwa geny w jednym genotypie muszą być oznaczone różnymi literami, dlatego AaAa zostaje odrzucony. Oboje rodzice muszą mieć te same dwa geny.
3. Dwa geny można zapisać w dowolnej kolejności. BbAa oznacza ten sam genotyp co AaBb, więc AaBb × BbAa jest tą samą krzyżówką co AaBb × AaBb.
4. Kwadrat i stosunek aktualizują się podczas wpisywania. Nie trzeba naciskać żadnego przycisku.
5. Stosunek jest opisany cechą, a nie literą. „Cecha dominująca 1” oznacza, że gen 1 występuje w formie dominującej (A_), a „cecha recesywna 2” oznacza, że gen 2 występuje w formie recesywnej (bb). Dla AaBb × AaBb narzędzie wyświetla „Cecha dominująca 1, cecha dominująca 2: 9/16 (56,25%)”.
6. Użyj przycisku kopiowania, aby zapisać siatkę i stosunek jako tekst, albo przycisku resetowania, aby powrócić do domyślnej krzyżówki AaBb × AaBb.

Zastosowania obliczeń krzyżówek dwugenowych

Na kursach biologii krzyżówki dwugenowe służą do nauczania rachunku prawdopodobieństwa i dziedziczenia mendlowskiego. Hodowcy roślin i zwierząt wykorzystują te same obliczenia do przewidywania, jakie kombinacje cech pojawią się u potomstwa przed wykonaniem rzeczywistej krzyżówki. Doradcy genetyczni wykorzystują zasadę niezależnej segregacji do wyjaśniania ryzyka dziedziczenia dwóch niezwiązanych ze sobą chorób. Naukowcy używają jej do ustalania oczekiwanych stosunków przed porównaniem ich z danymi doświadczalnymi.

Kwadrat Punnetta jest jedną z kilku metod rozwiązania tego samego problemu. Obliczenie prawdopodobieństwa polega na pomnożeniu prawdopodobieństw każdej cechy z osobna, na przykład 3/4 × 3/4 = 9/16 dla dwóch cech dominujących w krzyżówce AaBb × AaBb. Diagram rozgałęziony lub metoda linii rozgałęzionych prowadzi do tych samych wyników, śledząc wyniki dla każdego genu jako osobne gałęzie. Wszystkie trzy metody opierają się na tej samej zasadzie niezależnej segregacji i dają identyczne stosunki, gdy oba geny znajdują się na różnych chromosomach.

Rzeczywiste dziedziczenie czasami odbiega od tego modelu. Geny położone blisko siebie na tym samym chromosomie są dziedziczone razem częściej, niż przewiduje niezależna segregacja; zjawisko to nazywa się sprzężeniem. Niektóre pary genów oddziałują na siebie tak, że jeden gen maskuje działanie drugiego; zjawisko to nazywa się epistazą. Ten kalkulator zakłada dwa niesprzężone geny z pełną dominacją, czyli standardowy przypadek omawiany na lekcjach.

Historia

Gregor Mendel, augustiański zakonnik, przeprowadził pierwsze udokumentowane doświadczenia z krzyżówkami dwugenowymi na roślinach grochu w latach sześćdziesiątych XIX wieku (1860), śledząc jednocześnie kształt i barwę nasion. Jego praca z 1866 roku opisywała wynikający z tego stosunek 9:3:3:1 i doprowadziła do sformułowania prawa niezależnej segregacji cech. Prace Mendla w dużej mierze pozostawały niezauważone aż do 1900 roku, kiedy Hugo de Vries, Carl Correns i Erich von Tschermak niezależnie od siebie ponownie odkryli te same prawidłowości, zapoczątkowując współczesną genetykę. Późniejsze doświadczenia Thomasa Hunta Morgana z muszkami owocowymi wykazały, że geny znajdujące się na tym samym chromosomie nie zawsze dziedziczą się niezależnie, ujawniając zjawisko sprzężenia genetycznego.

Często zadawane pytania

Czym jest krzyżówka dwugenowa? Krzyżówka dwugenowa to krzyżowanie dwóch organizmów, podczas którego jednocześnie śledzi się dwa geny. Krzyżowanie dwóch podwójnych heterozygot (AaBb × AaBb) daje potomstwo w stosunku fenotypów 9:3:3:1, gdy oba geny wykazują pełną dominację.

Dlaczego stosunek wynosi 9:3:3:1? Wynika on z połączenia dwóch niezależnych stosunków 3:1, po jednym dla każdego genu: 3/4 × 3/4 = 9/16 dla obu cech dominujących, 3/4 × 1/4 = 3/16 dla każdej kombinacji z jedną cechą dominującą oraz 1/4 × 1/4 = 1/16 dla obu cech recesywnych.

Jaka jest różnica między genotypem a fenotypem? Genotyp to zestaw alleli występujących u organizmu, na przykład AaBb. Fenotyp to cecha, którą wywołuje dany genotyp, na przykład ujawnianie się dominującej wersji obu cech.

Czy krzyżówka dwugenowa zawsze daje cztery różne gamety na rodzica? W metodzie kwadratu Punnetta każdy rodzic zawsze ma cztery miejsca na gamety. Cztery gamety rodzica heterozygotycznego są rzeczywiście różne (AB, Ab, aB, ab). Cztery gamety rodzica homozygotycznego są identycznymi kopiami jednego typu (na przykład AB, AB, AB, AB), dlatego krzyżówki homozygotyczne sprowadzają się do jednego powtarzającego się genotypu, mimo że siatka nadal ma 16 pól.

Czy ten kalkulator obsługuje geny sprzężone lub kodominację? Nie. Zakłada, że oba geny znajdują się na różnych chromosomach i segregują niezależnie oraz że każdy gen wykazuje pełną dominację. Geny sprzężone oraz allele kodominujące lub wykazujące niepełną dominację dają inne stosunki niż te obliczane przez to narzędzie.

Czy to działa w przypadku cech człowieka? Te same obliczenia mają zastosowanie do dowolnych dwóch genów dziedziczonych w prosty sposób dominująco-recesywny, w tym do niektórych cech człowieka. Większość cech człowieka zależy jednak od więcej niż jednego genu lub jest kształtowana przez środowisko, dlatego ten prosty model nie będzie ich dokładnie opisywał.

Piśmiennictwo

1. Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A. i Palladino, M. A. (2019). Concepts of Genetics (12. wyd.). Pearson.
2. Pierce, B. A. (2017). Genetics: A Conceptual Approach (6. wyd.). 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