Soluționar Încrucișare Dihidrică: Calculator Pătrat Punnett pentru Genetică

Ce este un calculator pentru încrucișări dihibridă?

Un calculator pentru încrucișări dihibridă prezice genotipurile și fenotipurile descendenților pentru două gene simultan. Construiește un pătrat Punnett pe baza genotipurilor celor doi părinți și afișează proporția caracterelor rezultate. Studenții la biologie, profesorii și amelioratorii îl folosesc pentru a verifica problemele de încrucișare dihibridă fără a desena grila manual.

Ce este o încrucișare dihibridă?

O încrucișare dihibridă urmărește modul în care două gene sunt transmise de la părinți la descendenți în același timp. Gregor Mendel a descris pentru prima dată acest proces în anii 1860, în timp ce încrucișa plante de mazăre care se deosebeau prin forma și culoarea semințelor.

Câțiva termeni explică modul în care funcționează.

• Alelă: o versiune a unei gene. O literă majusculă (A, B) marchează o alelă dominantă. O literă minusculă (a, b) marchează o alelă recesivă.
• Genotip: constituția genetică a unui organism, scrisă ca o combinație de litere, precum AaBb.
• Fenotip: caracterul pe care un organism îl prezintă efectiv. O alelă dominantă o maschează pe cea recesivă, astfel încât AA și Aa au același aspect.
• Homozigot: ambele alele ale unei gene sunt identice (AA sau aa).
• Heterozigot: cele două alele ale unei gene sunt diferite (Aa).

Cum se calculează o încrucișare dihibridă

O încrucișare dihibridă se bazează pe segregarea independentă: în timpul formării gameților, alelele unei gene se separă independent de alelele celeilalte gene. Astfel, alelele fiecărui părinte se pot combina liber.

1. Notați genotipul fiecărui părinte, de exemplu AaBb.
2. Enumerați gameții. Metoda pătratului Punnett oferă fiecărui părinte patru poziții pentru gameți, câte una pentru fiecare asociere între o alelă a genei 1 și o alelă a genei 2. Un părinte heterozigot pentru ambele gene (AaBb) umple aceste poziții cu patru gameți diferiți: AB, Ab, aB, ab. Un părinte homozigot pentru ambele gene (AABB) le umple cu patru copii ale aceluiași gamet: AB, AB, AB, AB.
3. Construiți un pătrat Punnett de 4×4. Așezați cei patru gameți ai unui părinte pe rândul de sus și cei patru gameți ai celuilalt părinte pe coloană, apoi completați fiecare dintre cele 16 celule cu genotipul combinat.
4. Numărați fenotipurile. Grupați descendenții 16 după caracterele pe care le prezintă, apoi transformați fiecare grup într-o fracție din 16.

Pentru doi părinți heterozigoți (AaBb × AaBb), rezultatul este proporția fenotipică clasică:

• 9/16 prezintă ambele caractere dominante (A_B_)
• 3/16 prezintă caracterul dominant 1 și caracterul recesiv 2 (A_bb)
• 3/16 prezintă caracterul recesiv 1 și caracterul dominant 2 (aaB_)
• 1/16 prezintă ambele caractere recesive (aabb)

Linia de subliniere reprezintă „oricare alelă”, deoarece nu schimbă fenotipul.

Această proporție 9:3:3:1 este și produsul a două proporții separate 3:1: 3/4 × 3/4 = 9/16 pentru ambele caractere dominante, 3/4 × 1/4 = 3/16 pentru fiecare caz cu un singur caracter dominant și 1/4 × 1/4 = 1/16 pentru ambele caractere recesive.

Exemplul 1: Heterozigot × heterozigot (AaBb × AaBb)

Ambii părinți produc patru tipuri de gameți: AB, Ab, aB, ab.

Proporția fenotipică:

• A_B_ (ambele dominante): 9/16 (56,25 %)
• A_bb (dominant 1, recesiv 2): 3/16 (18,75 %)
• aaB_ (recesiv 1, dominant 2): 3/16 (18,75 %)
• aabb (ambele recesive): 1/16 (6,25 %)

Exemplul 2: Homozigot dominant × homozigot recesiv (AABB × aabb)

Fiecare părinte este homozigot, astfel încât fiecare produce un singur gamet distinct: AB pentru părintele 1 și ab pentru părintele 2. Deoarece calculatorul enumeră întotdeauna patru gameți pentru fiecare părinte, acel gamet unic se repetă pur și simplu de patru ori: AB, AB, AB, AB și ab, ab, ab, ab. Pătratul Punnett rămâne o grilă de 4×4 cu 16 celule, dar fiecare celulă conține același genotip.

Toți descendenții sunt AaBb și prezintă ambele caractere dominante.

Proporția fenotipică:

• A_B_ (ambele dominante): 16/16 (100,00 %)

Exemplul 3: Heterozigot × homozigot dominant (AaBb × AABB)

Părintele 1 (AaBb) produce patru gameți diferiți: AB, Ab, aB, ab. Părintele 2 (AABB) este homozigot, astfel încât singurul său tip de gamet, AB, se repetă de patru ori: AB, AB, AB, AB. Rezultatul este în continuare o grilă de 4×4, cu 16 celule, în care fiecare dintre cei patru gameți ai părintelui 1 este asociat de patru ori cu AB, astfel încât fiecare rând se repetă pe toate cele patru coloane.

Apar patru genotipuri distincte, fiecare în 4 dintre cele 16 celule: AABB, AABb, AaBB și AaBb. Fiecare dintre ele conține cel puțin o alelă dominantă pentru fiecare genă, astfel încât toți descendenții prezintă ambele caractere dominante.

Proporția fenotipică:

• A_B_ (ambele dominante): 16/16 (100,00 %)

Cum se utilizează acest calculator

1. Introduceți genotipul fiecărui părinte în formatul AaBb: literele majuscule reprezintă alelele dominante, iar literele minuscule alelele recesive; prima pereche corespunde genei 1, iar a doua pereche genei 2.
2. Calculatorul verifică patru lucruri. Fiecare genotip trebuie să aibă exact patru litere. Cele două litere dintr-o pereche trebuie să reprezinte aceeași genă, astfel încât Aa este acceptat, iar Ab nu. Cele două gene dintr-un genotip trebuie să fie reprezentate prin litere diferite, astfel încât AaAa este respins. Ambii părinți trebuie să indice aceleași două gene.
3. Cele două gene pot fi scrise în orice ordine. BbAa este interpretat ca același genotip ca AaBb, astfel încât AaBb × BbAa este aceeași încrucișare ca AaBb × AaBb.
4. Pătratul și proporția se actualizează pe măsură ce tastați. Nu este necesară apăsarea niciunui buton.
5. Proporția este etichetată după caracter, nu după literă. „Caracter dominant 1” înseamnă că gena 1 prezintă forma dominantă (A_), iar „Caracter recesiv 2” înseamnă că gena 2 prezintă forma recesivă (bb). Pentru AaBb × AaBb, instrumentul afișează „Caracter dominant 1, Caracter dominant 2: 9/16 (56,25 %)”.
6. Folosiți butonul de copiere pentru a salva grila și proporția ca text sau butonul de resetare pentru a reveni la încrucișarea implicită AaBb × AaBb.

Utilizările calculelor pentru încrucișări dihibridă

Cursurile de biologie folosesc încrucișările dihibridă pentru a preda probabilitatea și ereditatea mendeliană. Amelioratorii de plante și animale folosesc aceleași calcule pentru a prezice ce combinații de caractere vor apărea la descendenți înainte de realizarea unei încrucișări propriu-zise. Consilierii genetici folosesc principiul de bază, segregarea independentă, pentru a explica riscul de moștenire a două afecțiuni fără legătură între ele. Cercetătorii îl folosesc pentru a stabili proporțiile așteptate înainte de a le compara cu datele experimentale.

Pătratul Punnett este una dintre mai multe metode de rezolvare a aceleiași probleme. Un calcul de probabilitate înmulțește probabilitatea fiecărui caracter separat, de exemplu 3/4 × 3/4 = 9/16 pentru două caractere dominante într-o încrucișare AaBb × AaBb. O diagramă ramificată sau metoda liniilor bifurcate ajunge la aceleași valori urmărind rezultatele fiecărei gene ca ramuri separate. Toate cele trei metode se bazează pe aceeași regulă a segregării independente și dau proporții identice atunci când cele două gene se află pe cromozomi diferiți.

Moștenirea reală se abate uneori de la acest model. Genele situate aproape una de alta pe același cromozom sunt moștenite împreună mai des decât prevede segregarea independentă; acest fenomen se numește înlănțuire genetică. Unele perechi de gene interacționează astfel încât o genă maschează efectul celeilalte; fenomenul se numește epistazie. Acest calculator presupune două gene nelegate, cu dominanță completă, cazul standard predat la clasă.

Istoric

Gregor Mendel, călugăr augustinian, a efectuat primele experimente documentate de încrucișare dihibridă pe plante de mazăre în anii 1860, urmărind împreună forma și culoarea semințelor. Lucrarea sa din 1866 a descris proporția rezultată 9:3:3:1 și a dus la ceea ce se numește astăzi legea segregării independente. Activitatea lui Mendel a rămas în mare parte neobservată până în 1900, când Hugo de Vries, Carl Correns și Erich von Tschermak au redescoperit independent aceleași modele, contribuind la apariția geneticii moderne. Experimentele ulterioare ale lui Thomas Hunt Morgan pe musculițe de oțet au arătat că genele de pe același cromozom nu se segrega întotdeauna independent, evidențiind excepția reprezentată de înlănțuirea genetică.

Întrebări frecvente

Ce este o încrucișare dihibridă? O încrucișare dihibridă este o încrucișare între două organisme care urmărește simultan două gene. Încrucișarea a doi dublu heterozigoți (AaBb × AaBb) produce descendenți cu o proporție fenotipică de 9:3:3:1 atunci când ambele gene prezintă dominanță completă.

De ce este proporția 9:3:3:1? Ea provine din combinarea a două proporții independente 3:1, câte una pentru fiecare genă: 3/4 × 3/4 = 9/16 pentru ambele caractere dominante, 3/4 × 1/4 = 3/16 pentru fiecare combinație cu un singur caracter dominant și 1/4 × 1/4 = 1/16 pentru ambele caractere recesive.

Care este diferența dintre genotip și fenotip? Genotipul este ansamblul alelelor pe care le poartă un organism, precum AaBb. Fenotipul este caracterul produs de genotip, de exemplu prezentarea versiunii dominante a ambelor caractere.

O încrucișare dihibridă produce întotdeauna patru gameți diferiți pentru fiecare părinte? În metoda pătratului Punnett, un părinte are întotdeauna patru poziții pentru gameți. Cei patru gameți ai unui părinte heterozigot sunt într-adevăr diferiți (AB, Ab, aB, ab). Cei patru gameți ai unui părinte homozigot sunt copii identice ale unui singur tip (de exemplu AB, AB, AB, AB), motiv pentru care încrucișările între homozigoți se reduc la un singur genotip repetat, chiar dacă grila are în continuare 16 celule.

Poate acest calculator să gestioneze gene legate sau codominanța? Nu. El presupune că cele două gene se află pe cromozomi diferiți și se segregă independent și că fiecare genă prezintă dominanță completă. Genele legate și alelele codominante sau cu dominanță incompletă produc proporții diferite de cele calculate de acest instrument.

Funcționează și pentru caracterele umane? Aceleași calcule se aplică oricăror două gene cu moștenire dominant-recesivă simplă, inclusiv unor caractere umane. Totuși, majoritatea caracterelor umane implică mai mult de o genă sau sunt influențate de mediu, astfel încât acest model simplu nu le va descrie cu acuratețe.

Referințe

1. Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A. și Palladino, M. A. (2019). Concepte de genetică (ediția a 12-a). Pearson.
2. Pierce, B. A. (2017). Genetica: o abordare conceptuală (ediția a 6-a). W.H. Freeman.
3. Mendel, G. (1866). „Experimente privind hibridarea plantelor.” Proceedings of the Natural History Society of Brünn.
4. Institutul Național de Cercetare a Genomului Uman. „Încrucișare dihibridă.” genome.gov/genetics-glossary/Dihybrid-Cross