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Inhaltsverzeichnis
- Die Uniformitätsregel (Kreuzung von Mäusen)
- Die Spaltungsregel (Kreuzung von Mäusen)
- Intermediärer Erbgang (Kreuzung von Mirabilis jalapa)
- Die Unabhängigkeitsregel (Kreuzung von Erbsen)
- Die drei mendelschen Regeln
- Methode der Rückkreuzung (Mäuse)
- Rückkreuzung mit zwei Merkmalen (Erbsen)
- Hat Mendel seine Daten manipuliert?
Der Augustinerpater Mendel machte Kreuzungsexperimente. Anders als andere verwendete er dazu viele Einzelpflanzen und nicht nur einige wenige wie andere Forscher.
Er arbeitete mit der Erbse (Pisum sativum) und wählte Sorten aus mit verschiedenen Merkmalen. Aus den Kreuzungen zwischen den Pflanzen gingen Tochterpflanzen hervor. Diese nannte er 1. Tochter- oder 1. Filialgeneration (F1). Die Eltern nannte er Eltern- oder Parentalgeneration (P).
Seine Ergebnisse zu den Pflanzenhybriden hat er 1965 in Brünn vorgetragen. In seiner Arbeit Versuche über Pflanzen-Hybriden formulierte er drei Regeln (heute als Mendelsche Regeln bekannt).
- Regel: Uniformitätsregel
- Regel: Spaltungsregel
- Regel: Unabhängigkeitsregel
Die Uniformitätsregel
Wir zeigen die Prinzipien der Forschungen von Mendel an einer Kreuzung von Mäusen (obwohl wir uns bewusst sind, dass Mendel nicht mit Mäusen gearbeitet hat).
Nehmen wir zwei Mäuserassen derselben Art. Die einen Mäuse sind grau und die anderen sind weiss. Es seien reine Rassen, d.h. die grauen bleiben grau, wenn wir sie mit grauen kreuzen und die weissen bleiben weiss, wenn wir sie mit weissen kreuzen. Dies sind sogenannte reinerbige Mäuse.
Wir kreuzen (x) nun graue reinerbige Mäuse mit weissen reinerbigen Mäusen. In anderen Worten: Wir lassen eine graue Vatermaus mit einer weissen Muttermaus (oder umgekehrt) Junge kriegen.
|P||X|
|Phänotyp||grau||weiss|
|Genotyp||GG||WW|
|Keimzellen||G||W|
Das Ergebnis dieser Kreuzung waren lauter graue Mäuse. Zu den Punkten Phänotyp und Genotyp und zu den Keimzellen kommen wir später.
|F1

Erste Filialgeneration
|Genotyp||GW|
Die Spaltungsregel
Nun wird der Versuch mit den grauen F1-Mäusen fortgesetzt. Schon jetzt vermuten wir, dass sich die weisse Farbe irgendwie im Inneren versteckt hat.
|F1

Erste Filialgeneration
|X|
|Phänotyp||grau||grau|
|Genotyp||GW

mischerbig
|GW

mischerbig
|Keimzellen||G und W||G und W|
Mendel machte sich die folgenden Überlegungen: In den Mäusen muss es Faktoren haben, die für das Merkmal Fellfarbe verantwortlich seien (diese nennen wir heute Gene!). Es muss aber in einem Organismus immer je zwei haben und sie müssen bei der Keimzellbildung in einzelne Faktoren trennen.
Phänotyp ist das, was wir sehen, nämlich die graue oder weisse Fellfarbe oder eine Blütenfarbe.
Genotyp ist die genetische Konstellation dahinter, das was an Faktoren vorhanden ist.
Man unterscheidet zwischen reinerbigem (homozygotem) und mischerbigem (heterozygotem) Genotyp.
Faktor ist der (genetische) Merkmalsverursacher.
Da in der 1. Tochtergeneration (F1) nur die graue Fellfarbe vorhanden ist, wird sie als stärker oder dominant bezeichnet. Der weisse Faktor als unterliegend oder rezessiv.
Das Ergebnis dieser Kreuzung mit den F1-Tieren nennen wir die F2-Generation (2. Tochter- oder 2. Filialgeneration) nun das folgende:
|F2

Zweite Filialgeneration
|Phänotyp||grau||grau||weiss|
|Genotyp||GG

reinerbig
|GW

mischerbig
|WW

reinerbig
Mendel sah, dass in der 2. Tochtergeneration die Merkmale beider Eltern (P) wieder zum Vorschein kamen.
Das Verhältnis der Fellfarben der Mäuse war 3 : 1 (75% zu 25%).
Durch Untersuchung der F2 stellte er aber fest, dass ein Teil der grauen Mäuse reinerbig wie die Parentalgeneration (P) war. Zwei Teile aber waren mischerbig wie die 1. Filialgeneration (F1).
Durch die Kreuzung der F1-Tiere spalten sich also die Merkmale auf und es entstehen
- 25% reinerbige graue Mäuse
- 50% mischerbige graue Mäuse
- 25% reinerbige weisse Mäuse.
Es entsteht also ein Verhältnis von 1 : 2 : 1 (GG : GW : WW).
Intermediärer Erbgang
Wenn wir eine rote reinerbige mit einer weissen reinerbigen Wunderblume kreuzen, erhalten wir das folgende Ergebnis:
|P||X|
|Phänotyp||rote Blüte||weisse Blüte|
|Genotyp||RR||WW|
|Keimzellen||R||W|
Erstaunlicherweise sind hier alle F1 Pflanzen rosé, also intermediär, zwischen den Elternfarben liegend.
Bei den F2 spalten sich die Eltern (P) dann auch sichtbar wieder heraus, weil die mischerbigen Blüten alle sichtbar rosé sind:
Die Unabhängigkeitsregel
Mit heutiger Kenntnis von den genetischen Vorgängen ist die dritte Mendelsche Regel, die Unabhängigkeitsregel nicht richtig. Trotzdem soll sie hier dargestellt werden, um den Erkenntnisfortschritt in der genetischen Forschung klar zu machen.
Mendel hat in seinen Experimenten im Klostergarten Erbsen verwendet, die die verschiedensten Merkmale aufwiesen. Beispielsweise
- Samenform: rund oder gerunzelt
- Samenfarbe: gelb oder grün
- Blütenfarbe: weiss oder violett
- Schotenform: voll oder verengt
- Schotenfarbe: gelb oder grün
- etc.
Wir schauen uns ein Experiment an mit Samenform und Samenfarbe. Weil bei diesem Kreuzungsexperiment zwei Merkmale gleichzeitig angeschaut werden, wird es als dihybrid bezeichnet.
|Samenfarbe||

gelb
A

grün
a
|Erbsenoberfläche||

glatt
B

runzlig
b
Wir beginnen mit der folgenden Parentalgeneration und kreuzen sie:
|P||X|
|Phänotyp||gelb, glatt||grün, runzlig|
|Genotyp||AABB||aabb|
|Keimzellen||AB||ab|
Das Ergebnis der F1 ist wie nach Mendel erstem Versuch erwartet: Alle Samen sind gelb und glatt, da die Merkmale gelb und glatt dominant sind. Doch wir wissen, dass F1 mischerbig ist.
|F1||X|
|Phänotyp||gelb-glatt||gelb-glatt|
|Genotyp||AaBb||AaBb|
|Keimzellen||AB, Ab, aB und ab||AB, Ab, aB und ab|
Nun kreuzen wir die F1 miteinander.
|Pollen (männliche Keimzellen)|
|Eizellen

(weibliche
Keimzellen)
|AB||Ab||aB||ab|
|AB||AABB||AABb||AaBB||AaBb|
|Ab||AABb||AAbb||AaBb||Aabb|
|aB||AaBB||AaBb||aaBb||aaBb|
|ab||AaBb||Aabb||aaBb||aabb|
Es gibt insgesamt die folgenden Typen von Erbsen:
- 9 glatte gelbe
- 3 runzlige gelbe
- 3 glatte grüne
- 1 runzlige grüne
Das Verhältnis hier ist: 9 : 3 : 3 : 1
Auch in diesem Experiment ist die F1-Generation uniform. In der F2-Generation jedoch passiert etwas Wichtiges: Die vier Zustände „gelb“, „grün“, „glatt“ und „runzlig“ werden gemischt. Es können sich neue Typen kombinieren (Rekombination). Es entstehen neben den Parentaltypen gelbe runzlige Erbsen und grüne glatte. Die Erbfaktoren können in diesem Experiment frei kombinieren.
Die drei mendelschen Regeln
Aus den oben beschriebenen Experimenten und Erklärungen können die drei Regeln zusammengefasst werden, die als die Mendelschen Regeln bekannt sind.
1. Regel: Uniformitätsregel
Kreuzt man zwei reinerbige Individuen einer Art, die sich in einem Merkmalspaar unterscheiden, so sind alle F1-Mischlinge bezüglich dieses Merkmals untereinander gleich.
2. Regel: Spaltungsregel
In der zweiten Tochtergeneration (F2) spalten die Merkmale der Grosseltern rein wieder heraus. Auch die Merkmale der F1 treten wieder auf (im statistischen Zahlenverhältnis 1:2:1).
3. Regel: Unabhängigkeitsregel
Gehen zwei oder mehrere Merkmale gleichzeitig durch einen Erbgang, so können sie sich frei kombinieren.
Kommentar zur Unabhängigkeitsregel: Achtung: Diese Regel stimmt nur in Sonderfällen (siehe Kapitel Genkopplung und Crossover)
Methode der Rückkreuzung
Wie kann man von einer grauen Maus oder einer gelben oder glatten Erbse herausfinden, ob sie reinerbig (homozygot) oder mischerbig (heterozygot) ist?
Dazu hilft die Rückkreuzung. Dabei kreuzt man die fragliche graue Maus mit dem rezessiven Elter.
|R||X|
|Phänotyp||grau||weiss|
|Genotyp||GG oder GW ?||WW|
Wir müssen nun zwei Situationen durchspielen: Die fragliche Maus ist
a) reinerbig (Genotyp GG)
b) mischerbig (Genotyp GW)
Situation a)
|W|
|G||GW|
Alle Rückkreuzungsmäuse sind grau!
Situation b)
|W|
|G||GW|
|W||WW|
50% der Rückkreuzungsmäuse sind grau, 50% sind weiss.
Rückkreuzung mit zwei Merkmalen
Wir kreuzen eine fragliche Erbse (Phaenotyp gelb-glatt) mit einem doppelt rezessiven Elter (Phaenotyp grün-runzlig).
|R||X|
|Phänotyp||gelb, glatt||grün, runzlig|
|Genotyp||unbekannt||aabb|
|Keimzellen||?||ab|
Annahme 1: die unbekannte gelb-glatte Erbse sei reinerbig (AABB)
Dann wird das Resultat zu 100% im Phänotyp wieder gelb und glatt sein.
Annahme 2: die unbekannte gelb-glatte Erbse sei mischerbig
das heisst: AaBb, AABb, AaBB
Hat Mendel seine Daten manipuliert?
Mendels Ergebnisse stimmen zu genau. Dies wurde durch verschiedene Kritiker festgestellt. Wie weit er abweichende Daten einfach weggelassen hat, oder ob ein Assistent von ihm diese Beschönigungen vorgenommen hat, ist heute kaum mehr herauszufinden. Fakt ist, dass die Ergebnisse zu genau sind, als ob er schon vorher wusste, was herauskommen muss.
Seine Bedeutung ist aber dadurch nicht geschmälert, denn seine Untersuchungen waren bahnbrechend und begründeten die Genetik selbst.
Trotzdem muss noch folgendes angefügt werden: Es ist merkwürdig, dass Mendel bei den sieben von ihm untersuchten Merkmalspaaren nicht auf das Phänomen der Genkopplung stiess, obwohl die Erbse nur sieben Chromosomenpaare besitzt und bei sieben zufällig ausgewählten Merkmalspaaren mit grosser Wahrscheinlichkeit einige Fälle von Koppelung hätten auftreten müssen.
Es muss angenommen werden, dass er bei seinen umfangreichen Vorversuchen Merkmale ausschied, die nicht seinen Erwartungen entsprachen.
Die Gene für die sieben Merkmale, die er auswählte, liegen zwar auf nur vier der sieben Chromosomen, jedoch liegen sie dort jeweils so weit auseinander, dass sie aufgrund des Crossing-overs praktisch ungekoppelt vererbt werden. Die Chromosomen und ihre Rolle bei der Vererbung waren 1866 noch nicht bekannt.