Решавач дихибридног укрштања: Калкулатор генетског Пунетовог квадрата

Шта је калкулатор дихибридног укрштања?

Калкулатор дихибридног укрштања предвиђа генотипове и фенотипове потомака за два гена истовремено. На основу генотипова два родитеља прави Панетов квадрат и приказује однос добијених особина. Студенти биологије, наставници и одгајивачи користе га за проверу задатака о дихибридном укрштању без ручног цртања мреже.

Шта је дихибридно укрштање?

Дихибридно укрштање прати како се два гена истовремено преносе са родитеља на потомство. Грегор Мендел је то први утврдио током 1860-их, укрштајући биљке грашка које су се разликовале по облику и боји семена.

Неколико појмова објашњава како оно функционише.

• Алел: једна варијанта гена. Велико слово (A, B) означава доминантни алел. Мало слово (a, b) означава рецесивни алел.
• Генотип: генетички састав организма, записан као комбинација слова, на пример AaBb.
• Фенотип: особина коју организам стварно испољава. Доминантни алел прикрива рецесивни, па AA и Aa изгледају исто.
• Хомозиготан: оба алела једног гена су иста (AA или aa).
• Хетерозиготан: два алела једног гена се разликују (Aa).

Како израчунати дихибридно укрштање

Дихибридно укрштање се ослања на независно раздвајање алела: током стварања гамета, алели једног гена раздвајају се независно од алела другог гена. Тако алели сваког родитеља могу слободно да се комбинују.

1. Запишите генотип сваког родитеља, на пример AaBb.
2. Наведите гамете. Метода Панетовог квадрата даје сваком родитељу четири места за гамете, по једно за сваки спој алела из гена 1 са алелом из гена 2. Родитељ хетерозиготан за оба гена (AaBb) попуњава та места са четири различите гамете: AB, Ab, aB, ab. Родитељ хомозиготан за оба гена (AABB) попуњава их са четири копије једне гамете: AB, AB, AB, AB.
3. Направите Панетов квадрат димензија 4×4. Поставите четири гамете једног родитеља у горњи ред, а четири гамете другог родитеља дуж леве стране, па у сваку од 16 ћелија упишите комбиновани генотип.
4. Пребројте фенотипове. Групишите 16 потомака према особинама које испољавају, а затим сваку групу претворите у разломак од 16.

Код два хетерозиготна родитеља (AaBb × AaBb) добија се класичан однос фенотипова:

• 9/16 испољавају обе доминантне особине (A_B_)
• 3/16 испољавају доминантну особину 1 и рецесивну особину 2 (A_bb)
• 3/16 испољавају рецесивну особину 1 и доминантну особину 2 (aaB_)
• 1/16 испољавају обе рецесивне особине (aabb)

Доња црта означава „било који алел“, јер не мења фенотип.

Овај однос 9:3:3:1 такође је производ два одвојена односа 3:1: 3/4 × 3/4 = 9/16 за обе доминантне особине, 3/4 × 1/4 = 3/16 за сваки случај са једном доминантном особином и 1/4 × 1/4 = 1/16 за обе рецесивне особине.

Пример 1: хетерозиготан × хетерозиготан (AaBb × AaBb)

Оба родитеља производе четири типа гамета: AB, Ab, aB, ab.

Однос фенотипова:

• A_B_ (обе доминантне): 9/16 (56,25%)
• A_bb (доминантна 1, рецесивна 2): 3/16 (18,75%)
• aaB_ (рецесивна 1, доминантна 2): 3/16 (18,75%)
• aabb (обе рецесивне): 1/16 (6,25%)

Пример 2: хомозиготан доминантан × хомозиготан рецесиван (AABB × aabb)

Сваки родитељ је хомозиготан, па сваки производи само једну различиту гамету: AB за родитеља 1 и ab за родитеља 2. Пошто калкулатор увек наводи четири гамете по родитељу, та гамета се једноставно понавља четири пута: AB, AB, AB, AB и ab, ab, ab, ab. Панетов квадрат и даље је мрежа димензија 4×4 са 16 ћелија, али свака ћелија садржи исти генотип.

Сваки потомак је AaBb и испољава обе доминантне особине.

Однос фенотипова:

• A_B_ (обе доминантне): 16/16 (100,00%)

Пример 3: хетерозиготан × хомозиготан доминантан (AaBb × AABB)

Родитељ 1 (AaBb) производи четири различите гамете: AB, Ab, aB, ab. Родитељ 2 (AABB) је хомозиготан, па се његов једини тип гамете, AB, понавља четири пута: AB, AB, AB, AB. Резултат је и даље мрежа димензија 4×4, са 16 ћелија, у којој се свака од четири гамете родитеља 1 упарује са AB четири пута, па се сваки ред понавља кроз све четири колоне.

Појављују се четири различита генотипа, сваки у 4 од 16 ћелија: AABB, AABb, AaBB и AaBb. Сваки од њих има најмање један доминантни алел за сваки ген, па сваки потомак испољава обе доминантне особине.

Однос фенотипова:

• A_B_ (обе доминантне): 16/16 (100,00%)

Како се користи овај калкулатор

1. Унесите генотип сваког родитеља у облику AaBb: велика слова означавају доминантне алеле, а мала рецесивне; први пар односи се на ген 1, а други на ген 2.
2. Калкулатор проверава четири ствари. Сваки генотип мора имати тачно четири слова. Два слова у пару морају бити слово истог гена, па се Aa прихвата, а Ab не. Два гена у једном генотипу морају бити означена различитим словима, па се AaAa одбацује. Оба родитеља морају имати иста два гена.
3. Два гена могу бити записана било којим редоследом. BbAa се чита као исти генотип као AaBb, па је AaBb × BbAa исто укрштање као AaBb × AaBb.
4. Квадрат и однос се ажурирају док куцате. Није потребно притиснути дугме.
5. Однос је означен особином, а не словом. „Доминантна особина 1“ значи да ген 1 испољава свој доминантни облик (A_), а „Рецесивна особина 2“ значи да ген 2 испољава свој рецесивни облик (bb). За AaBb × AaBb алат приказује „Доминантна особина 1, Доминантна особина 2: 9/16 (56,25%)“.
6. Дугме за копирање користи се за чување мреже и односа као текста, а дугме за ресетовање враћа подразумевано укрштање AaBb × AaBb.

Примене израчунавања дихибридног укрштања

На курсевима биологије дихибридна укрштања користе се за подучавање вероватноће и Менделовог наслеђивања. Одгајивачи биљака и животиња користе исту математику за предвиђање комбинација особина које ће се појавити код потомака пре стварног укрштања. Генетички саветници користе основни принцип, независно распоређивање, да објасне ризик наслеђивања за два међусобно неповезана стања. Истраживачи га користе за постављање очекиваних односа пре поређења са експерименталним подацима.

Панетов квадрат је један од више начина за решавање истог проблема. Израчунавање вероватноће множи вероватноћу сваке особине засебно, на пример 3/4 × 3/4 = 9/16 за две доминантне особине код укрштања AaBb × AaBb. Дијаграм гранања или метода разгранатих линија даје исте бројеве праћењем исхода сваког гена кроз одвојене гране. Све три методе ослањају се на исто правило независног распоређивања и дају исте односе када се два гена налазе на различитим хромозомима.

Стварно наслеђивање понекад одступа од овог модела. Гени који се налазе близу један другог на истом хромозому наслеђују се заједно чешће него што предвиђа независно распоређивање; тај образац назива се везано наслеђивање. Неки парови гена међусобно делују тако да један ген маскира дејство другог, што се назива епистаза. Овај калкулатор претпоставља два гена који нису повезани, са потпуном доминацијом, што је стандардни школски случај.

Историја

Грегор Мендел, августински монах, спровео је прве документоване експерименте са дихибридним укрштањем биљака грашка током 1860-их година, пратећи истовремено облик и боју семена. Његов рад из 1866. године описао је добијени однос 9:3:3:1 и довео до онога што се данас назива законом независног комбиновања. Менделов рад углавном је остао непримећен до 1900. године, када су Иго де Фрис, Карл Коренс и Ерих фон Чермак независно поново открили исте обрасце, чиме је започела модерна генетика. Каснији експерименти Томаса Ханта Моргана са винским мушицама показали су да се гени на истом хромозому не комбинују увек независно, чиме је показано постојање генетичке повезаности.

Најчешће постављана питања

Шта је дихибридно укрштање? Дихибридно укрштање је укрштање два организма при којем се истовремено прате два гена. Укрштањем две двоструко хетерозиготне јединке (AaBb × AaBb) добија се потомство у фенотипском односу 9:3:3:1 када оба гена показују потпуну доминацију.

Зашто је однос 9:3:3:1? Он настаје комбиновањем два независна односа 3:1, по једног за сваки ген: 3/4 × 3/4 = 9/16 за обе доминантне особине, 3/4 × 1/4 = 3/16 за сваку комбинацију са једном доминантном особином и 1/4 × 1/4 = 1/16 за обе рецесивне особине.

Која је разлика између генотипа и фенотипа? Генотип је скуп алела које организам носи, на пример AaBb. Фенотип је особина коју тај генотип производи, на пример испољавање доминантне варијанте обе особине.

Да ли дихибридно укрштање увек производи четири различите гамете по родитељу? Родитељ увек има четири места за гамете у методи Панетовог квадрата. Четири гамете хетерозиготног родитеља заиста се разликују (AB, Ab, aB, ab). Четири гамете хомозиготног родитеља су истоветне копије једног типа (на пример AB, AB, AB, AB), због чега се хомозиготна укрштања своде на један поновљени генотип, иако мрежа и даље има 16 ћелија.

Може ли овај калкулатор да обради везане гене или кодоминацију? Не. Он претпоставља да се два гена налазе на различитим хромозомима и да се независно распоређују, као и да сваки ген показује потпуну доминацију. Везани гени и кодоминантни или алели са непотпуном доминацијом дају другачије односе од оних које овај алат израчунава.

Да ли ово важи за људске особине? Иста математика примењује се на било која два гена са једноставним доминантно-рецесивним наслеђивањем, укључујући неке људске особине. Међутим, већина људских особина укључује више од једног гена или на њих утиче средина, па их овај једноставни модел неће тачно описати.

Литература

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