Mendelsche Gesetze und die Struktur der Chromosomen

Die Mendelschen Gesetze

Die Untersuchung der Mendelschen Gesetze beginnt immer mit der Kreuzung zweier reinerbiger Individuen, die sich in einem bestimmten Merkmal unterscheiden (antagonistische Merkmale).

Zum Beispiel dominiert das glatte Merkmal das raue Merkmal. Bei der Kreuzung zweier reiner Rassen (P-Generation), von denen eine glatte und die andere raue Samen produziert, entsteht die F1-Generation.

Mendel führte anschließend eine Selbstbestäubung (Selfing) der F1-Individuen durch. Die F2-Generation ergab glatte und raue Samen im Verhältnis 3:1 (drei glatte Samen auf einen rauen Samen). Diese Ergebnisse waren überraschend.

Mendel schloss daraus, dass diese Eigenschaften vererbt werden. Er nahm an, dass jedes Merkmal in jedem Individuum in doppelter Ausführung vorhanden ist (Faktoren/Allele). Obwohl in der F1-Generation beide Faktoren vorhanden sind, wird nur der dominante Faktor sichtbar. In der F2-Generation trennen sich diese Faktoren wieder.

Jeder Körper hat zwei Erbanlagen (Allele) für jedes Merkmal, eine vom Vater und eine von der Mutter. Wenn das Individuum glatt und reinerbig ist (LL), produziert es Gameten mit L. Wenn das elterliche Merkmal rau ist (ll), produziert es Gameten mit l.

Mendels 1. Gesetz: Das Uniformitätsgesetz

Bei der Kreuzung zweier reinerbiger Individuen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, sind alle Individuen der ersten Tochtergeneration (F1) genotypisch und phänotypisch gleich (z. B. F1: 100 % glatt).

Mendels 2. Gesetz: Das Spaltungsgesetz

Wenn die Individuen der F1-Generation untereinander gekreuzt werden (Selbstbestäubung), spalten sich die Merkmale in der F2-Generation in einem bestimmten Verhältnis auf. Die F2-Individuen sind phänotypisch unterschiedlich, da die verantwortlichen Faktoren (Allele), die in der Hybride zunächst zusammen waren, sich trennen und zufällig auf die Gameten verteilt werden.

Im Falle der dominant-rezessiven Vererbung ergibt sich ein phänotypisches Verhältnis von 3:1 (3 glatt : 1 rau) und ein genotypisches Verhältnis von 1:2:1 (1 LL : 2 Ll : 1 ll).

Rückkreuzung (Testkreuzung)

Um zu unterscheiden, ob Individuen mit dominantem Phänotyp reinerbig (homozygot) oder mischerbig (heterozygot) sind, wird eine Rückkreuzung (Testkreuzung) durchgeführt. Dabei wird das Individuum mit einem reinerbigen, rezessiven Partner gekreuzt.

Wenn beispielsweise Pflanzen mit glattem Charakter gekreuzt werden, wobei 1/3 reinerbig und 2/3 mischerbig sind, ermöglicht die Rückkreuzung die Identifizierung der reinerbigen Hybriden.

Mendels 3. Gesetz: Das Gesetz der unabhängigen Vererbung

Mendel untersuchte anschließend die Vererbung von zwei Merkmalen gleichzeitig (dihybrider Erbgang). Er kreuzte zwei reinerbige Sorten mit antagonistischen Merkmalen, beispielsweise Pflanzen mit gelben, glatten Samen und Pflanzen mit grünen, rauen Samen.

Die F1-Generation war zu 100 % glatt und gelb.

Nach Selbstbestäubung der F1-Pflanzen erhielt er in der F2-Generation folgende Phänotypen:

• 9 glatt, gelb
• 3 rau, gelb
• 3 glatt, grün
• 1 rau, grün

Dieses Gesetz besagt, dass antagonistische Merkmale unabhängig voneinander vererbt werden, da die verantwortlichen Faktoren getrennt übertragen und in allen möglichen Weisen kombiniert werden.

Ausnahmen: Genkopplung (Linkage)

Das 3. Gesetz von Mendel gilt nicht immer, da auf jedem Chromosom mehrere Gene liegen können. Diese Gene werden als gekoppelt bezeichnet und gemeinsam vererbt.

Kopplung (Ligament) ist die Tendenz von Genen, die sich auf demselben Chromosom befinden, zusammen vererbt zu werden. Während der Meiose kann es jedoch zum Crossing-over kommen, wodurch Rekombination auftritt und neue Gameten entstehen.

Je weiter die Gene voneinander entfernt sind, desto höher ist die Rekombinationsfrequenz. Durch die Untersuchung der Rekombinationshäufigkeit können Gene auf den Chromosomen kartiert werden.

Der Zellkern und die Chromosomen

Aufbau und Form der Chromosomen

Während der Zellkernteilung (Mitose oder Meiose) verschwinden die Kernhülle und die Nukleoli, und die Chromosomen werden sichtbar. Sie bestehen aus DNA und Histonen.

Die Anzahl der Chromosomen ist konstant für alle Individuen derselben Art, variiert jedoch zwischen den Arten. Der Mensch besitzt beispielsweise 46 Chromosomen.

Während der Interphase findet die DNA-Replikation statt. Jede Chromatinfaser erscheint in zweifacher Ausfertigung. Ein repliziertes Chromosom besteht aus zwei identischen Chromatiden, die durch eine primäre Einschnürung, das Zentromer, verbunden sind. Die genetischen Informationen auf beiden Chromatiden sind identisch.

Strukturelle Merkmale

• Chromosomenarme: Sie befinden sich auf beiden Seiten des Zentromers.
• Zentromer: Dies ist die primäre Einschnürung.
• Kinetochor: Eine Proteinscheibe, die das Zentromer umgibt. Es dient als Ansatzstelle für die Spindelmikrotubuli, die die Chromosomen während der Zellteilung bewegen.
• Sekundäre Einschnürungen: Können zusätzlich zur primären Einschnürung auftreten. Wenn eine sekundäre Einschnürung sehr nahe am Ende des Chromosoms erscheint, wird das Segment als Satellit bezeichnet.
• Telomere: Die distalen Enden des Chromosoms.
• Nukleolus-Organisator-Region (NOR): Eine sekundäre Einschnürung, in der die Information für ribosomale RNA (rRNA) kodiert ist.

Rolle der Chromosomen

Die Hauptfunktion der Chromosomen besteht darin, die zuvor verdoppelte DNA zu organisieren und den Austausch genetischer Informationen während der Zellteilung zu erleichtern.

Anzahl und Organisation der Chromosomen

Jede Art besitzt eine konstante, spezifische Anzahl von Chromosomen in allen Zellen und Individuen.

Die meisten Arten sind diploid (2n), d. h., sie besitzen zwei Chromosomensätze: Ein Chromosom stammt von der Mutter und eines vom Vater. Jede Chromosomenart liegt somit doppelt vor (homologe Chromosomen).

Während Körperzellen (somatische Zellen) diploid sind, sind die Geschlechtszellen (Gameten) haploid (n).

Der Satz von Chromosomen, der paarweise in der Metaphase angeordnet ist, wird als Karyotyp bezeichnet.