Punnettovi kvadrati so vizualna orodja, ki se uporabljajo v genetski znanosti za določanje možnih kombinacij genov, ki se bodo pojavile pri oploditvi. Punnettov kvadrat je sestavljen iz preproste kvadratne mreže, razdeljene na 2x2 (ali več) presledkov. S to mrežo in poznavanjem genotipov obeh staršev lahko znanstveniki odkrijejo potencialne kombinacije genov za potomce in celo možnosti, da pokažejo nekatere podedovane lastnosti.
Koraki
Preden začnete: Pomembne opredelitve
Če želite preskočiti ta razdelek "osnove" in iti naravnost do korakov uporabe kvadrata Punnett, kliknite tukaj.
Korak 1. Razumeti pojem genov
Preden se naučite izdelovati in uporabljati Punnettove kvadrate, se morate znebiti nekaterih pomembnih osnov. Prva je ideja, da imajo vsa živa bitja (od drobnih mikrobov do velikanskih modrih kitov) gene. Geni so neverjetno zapleteni, mikroskopski sklopi navodil, zakodiranih v skoraj vsako posamezno celico v telesu. Geni so na nek način odgovorni za skoraj vse vidike življenja organizma, vključno z videzom, načinom obnašanja in še veliko več.
Eden od konceptov, ki jih je treba razumeti pri delu s kvadratki Punnett, je, da živa bitja dobijo gene od staršev. Tega se podzavestno že zavedate. Pomislite - ali se zdi, da ljudje, ki jih poznate, na splošno niso podobni svojim staršem po svojem videzu in ravnanju?
Korak 2. Razumeti pojem spolne reprodukcije
Večina (vendar ne vseh) organizmov, ki jih poznate v svetu okoli vas, rodi otroke s spolnim razmnoževanjem. To pomeni, da starši in starši prispevajo svoje gene, da bi od vsakega od staršev dobili otroka približno polovico svojih genov. Punnettov kvadrat je v bistvu način prikaza različnih možnosti, ki se lahko pojavijo zaradi te polovične izmenjave genov v obliki grafa.
Spolno razmnoževanje ni edina oblika razmnoževanja. Nekateri organizmi (kot mnogi sevi bakterij) se razmnožujejo z nespolnim razmnoževanjem, ko eden od staršev sam naredi otroka. Pri nespolnem razmnoževanju vsi otrokovi geni izvirajo od enega od staršev, zato je otrok bolj ali manj kopija svojih staršev
Korak 3. Razumeti pojem alelov
Kot smo že omenili, so geni organizma v bistvu niz navodil, ki vsaki celici v telesu povedo, kako naj živi. Pravzaprav, tako kot je priročnik z navodili razdeljen na različna poglavja, oddelke in pododdelke, mu različni deli genov organizma povedo, kako narediti različne stvari. Če je eden od teh "pododdelkov" med dvema organizmoma drugačen, lahko izgledata ali se obnašata različno - na primer zaradi genetskih razlik lahko ena oseba ima črne lase, druga pa blond. Te različne oblike istega gena imenujemo aleli.
Ker otrok dobi dva niza genov - po enega od vsakega od staršev - bo imel dve kopiji vsakega alela
Korak 4. Razumeti koncept dominantnih in recesivnih alelov
Otroški aleli ne delijo vedno svoje genetske moči. Nekateri aleli, imenovani prevladujoči aleli, se bodo privzeto manifestirali v otrokovem videzu in vedenju (temu pravimo "izraženo"). Drugi, imenovani recesivni aleli, bodo izraženi le, če niso povezani s prevladujočim alelom, ki jih lahko "preglasi". Punnettovi kvadrati se pogosto uporabljajo za določitev verjetnosti, da bo otrok prejel prevladujoč ali recesiven alel.
Ker jih lahko "preglasijo" dominantni aleli, se recesivni aleli izrazito redkeje izražajo. Na splošno bo otrok moral dobiti recesivni alel od obeh staršev, da se alel izrazi. Krvno stanje, imenovano anemija srpastih celic, je pogosto uporabljen primer recesivne lastnosti-vendar upoštevajte, da recesivni aleli po definiciji niso "slabi"
Metoda 1 od 2: Prikaz monohibridnega križa (en gen)
Korak 1. Naredite kvadratno mrežo 2x2
Najosnovnejši kvadrati Punnett so precej preprosti za nastavitev. Začnite tako, da narišete kvadrat velike velikosti, nato pa ga razdelite na štiri enaka polja. Ko končate, morata biti v vsakem stolpcu dva kvadrata in v vsaki vrstici dva kvadrata.
Korak 2. Uporabite črke za predstavitev nadrejenih alelov za vsako vrstico in stolpec
Na kvadratu Punnett so stolpci dodeljeni materi, vrstice pa očetu ali obratno. Ob vsaki vrstici in stolpcu napišite črko, ki predstavlja vsak od alelov matere in očeta. Za prevladujoče alele uporabite velike črke, za recesivne alele pa male črke.
-
To je veliko lažje razumeti s primerom. Na primer, recimo, da želite določiti verjetnost, da bo otrok para zvijal jezik. To lahko predstavimo s črkami R in r - velike črke za prevladujoči gen in male za recesivne. Če sta oba starša heterozigotna (imata po eno kopijo vsakega alela), bi pisali en "R" in en "r" vzdolž vrha mreže in en "R" in en "r" vzdolž leve strani mreže.
Korak 3. Napišite črke za vsako vrstico in stolpec presledka
Ko ugotovite alele, ki jih prispeva vsak od staršev, je preprosto vnesti vaš kvadrat Punnett. V vsak kvadrat napišite dvočrkovno kombinacijo genov, ki jo dobite iz materinih in očetovih alelov. Z drugimi besedami, vzemite črko iz stolpca presledka in črko iz njene vrstice ter ju skupaj zapišite v presledek.
- V našem primeru bi naše kvadrate izpolnili tako:
- Zgornji levi kvadrat: RR
- Zgornji desni kvadrat: Rr
- Spodnji levi kvadrat: Rr
- Spodnji desni kvadrat: rr
- Upoštevajte, da se tradicionalno najprej napišejo dominantni aleli (velike tiskane črke).
Korak 4. Določite genotip vsakega potencialnega potomca
Vsak kvadrat izpolnjenega kvadrata Punnett predstavlja potomca, ki ga lahko imata oba starša. Vsak kvadrat (in s tem vsak potomec) je enako verjeten - z drugimi besedami, na mreži 2x2 obstaja možnost 1/4 za katero koli od štirih možnosti. Različne kombinacije alelov, predstavljenih na Punnettovem kvadratu, se imenujejo genotipi. Čeprav genotipi predstavljajo genetske razlike, se pri vsakem kvadratu ne bo nujno, da bodo potomci različni (glej spodnji korak.)
- V našem primeru Punnett Square so genotipi, ki so možni za potomce teh dveh staršev:
- Dva dominantna alela (od dveh R)
- En prevladujoč alel in en recesiven (iz R in r)
- En prevladujoč alel in en recesiven (iz R in r) - opazite, da obstajata dva kvadrata s tem genotipom
- Dva recesivna alela (od dveh rs)
Korak 5. Določite fenotip vsakega potencialnega potomca
Fenotip organizma je dejanska fizična lastnost, ki jo pokaže na podlagi svojega genotipa. Le nekaj primerov fenotipov vključuje barvo oči, barvo las in prisotnost anemije srpastih celic - vse to so fizične lastnosti, ki jih določajo geni, vendar nobena ni sama kombinacija genov. Fenotip, ki ga bodo imeli potencialni potomci, je določen z značilnostmi gena. Različni geni bodo imeli različna pravila, kako se manifestirajo kot fenotipi.
- V našem primeru recimo, da prevladuje gen, ki nekomu dovoli, da zavije jezik. To pomeni, da bodo lahko vsi potomci zavrteli jezik, tudi če prevladuje le eden od njihovih alelov. V tem primeru so fenotipi potencialnih potomcev:
- Zgoraj levo: Lahko zvija jezik (dva Rs)
- Zgoraj desno: Lahko zvija jezik (en R)
- Spodaj levo: Lahko zvija jezik (en R)
- Spodaj desno: Jezika ni mogoče zviti (nič Rs)
Korak 6. S kvadratki določite verjetnost različnih fenotipov
Ena najpogostejših uporab za Punnettove kvadrate je ugotoviti, kako verjetno je, da bodo potomci imeli posebne fenotipe. Ker vsak kvadrat predstavlja enako verjeten izid genotipa, lahko verjetnost fenotipa ugotovite po deljenje števila kvadratov s tem fenotipom na skupno število kvadratov.
- Naš primer Punnettovega kvadrata nam pove, da obstajajo štiri možne kombinacije genov za vse potomce teh staršev. Tri od teh kombinacij naredijo potomce, ki lahko zvija jezik, medtem ko ena ne. Tako sta verjetnosti za naša dva fenotipa:
- Potomci lahko zvijejo jezik: 3/4 = 0.75 = 75%
- Potomci ne morejo zavrteti jezika: 1/4 = 0.25 = 25%
Metoda 2 od 2: Prikaz dihibridnega križa (dva gena)
Korak 1. Podvojite vsako stran osnovne 2x2 mreže za vsak dodatni gen
Vse kombinacije genov niso tako preproste kot osnovni monohibridni (eno-genski) križanec iz zgornjega razdelka. Nekatere fenotipe določa več kot en gen. V teh primerih morate upoštevati vsako možno kombinacijo, kar pomeni, da narišete večjo mrežo.
-
Osnovno pravilo za kvadrate Punnett, ko gre za več kot en gen, je naslednje: podvojite vsako stran mreže za vsak gen poleg prvega.
Z drugimi besedami, ker je eno genska mreža 2x2, je dvogenska mreža 4x4, trigenska je 8x8 itd.
- Za lažje razumevanje teh pojmov sledimo problemu z dvema genoma. To pomeni, da bi morali narisati a 4x4 mreža. Koncepti v tem razdelku veljajo tudi za tri ali več genov - te težave zahtevajo le večje mreže in več dela.
Korak 2. Določite prispevek genov staršev
Nato poiščite gene, ki jih imata oba starša za značilnosti, ki jih preučujete. Ker se ukvarjate z več geni, bo imel genotip vsakega od staršev dodatne dve črki za vsak gen poleg prvega - z drugimi besedami štiri črke za dva gena, šest črk za tri gene itd. Kot vizualni opomnik je lahko koristno, če materinski genotip napišete nad vrh mreže in očetov levo (ali obratno).
Za ponazoritev teh konfliktov uporabimo klasičen primer problema. Grah ima lahko grah, ki je bodisi gladek ali naguban ter rumen ali zelen. Gladka in rumena sta prevladujoči lastnosti. V tem primeru uporabite S in s za predstavitev dominantnih in recesivnih genov za gladkost in Y in y za rumenost. Recimo, da ima mama v tem primeru SsYy genotip in oče ima SsYY genotip.
Korak 3. Na zgornjo in levo stran napišite različne kombinacije genov
Zdaj nad zgornjo vrstico kvadratov v mreži in levo od skrajnega levega stolpca napišite različne alele, ki bi jih lahko prispeval vsak od staršev. Tako kot pri obravnavi enega gena je tudi vsaka alela enako verjetno prenesena. Ker pa gledate na več genov, bo vsaka vrstica in stolpec dobila več črk: dve črki za dva gena, tri črke za tri gene itd.
- V našem primeru moramo zapisati različne kombinacije genov, ki jih lahko vsak starš prispeva iz svojih genotipov SsYy. Če imamo materine gene SsYy na vrhu in očetove gene SsYY na levi, so aleli za vsak gen:
- Čez vrh: SY, Sy, sY, sy
- Levo navzdol: SY, SY, sY, sY
Korak 4. Izpolnite presledke z vsako kombinacijo alelov
Zapolnite presledke v mreži tako, kot bi ravnali z enim genom. Tokrat pa bo imel vsak prostor dve dodatni črki za vsak gen poleg prvega: štiri črke za dva gena, šest črk za tri gene. Na splošno se mora število črk v vsakem presledku ujemati s številom črk v genotipu vsakega od staršev.
- V našem primeru bi naše prostore zapolnili tako:
- Zgornja vrstica: SSYY, SSYy, SsYY, SsYy
- Druga vrstica: SSYY, SSYy, SsYY, SsYy
- Tretja vrstica: SsYY, SsYy, ssYY, ssYy
- Spodnja vrstica: SsYY, SsYy, ssYY, ssYy
Korak 5. Poiščite fenotipe za vsakega potencialnega potomca
Pri obravnavi več genov vsak prostor na kvadratu Punnett še vedno predstavlja genotip za vsakega potencialnega potomca - izbire je le večje kot pri enem genu. Fenotipi za vsak kvadrat so spet odvisni od natančno obravnavanih genov. Splošno pravilo pa je, da prevladujoče lastnosti izražajo le en dominantni alel, recesivne lastnosti pa vse recesivne alele.
- V našem primeru, ker sta gladkost in rumenost prevladujoči lastnosti našega graha, vsak kvadrat z vsaj enim kapitalom S predstavlja rastlino z gladkim fenotipom in vsak kvadrat z vsaj enim kapitalom Y predstavlja rastlino z rumenim fenotipom. Nagubane rastline potrebujejo dva mala črka a, zelene rastline pa dve male črke. Iz teh pogojev dobimo:
- Zgornja vrstica: Gladko/rumeno, Gladko/rumeno, Gladko/rumeno, Gladko/rumeno
- Druga vrstica: Gladko/rumeno, Gladko/rumeno, Gladko/rumeno, Gladko/rumeno
- Tretja vrstica: Gladka/rumena, gladka/rumena, nagubana/rumena, nagubana/rumena
- Spodnja vrstica: Gladka/rumena, gladka/rumena, nagubana/rumena, nagubana/rumena
Korak 6. S kvadratki določite verjetnost vsakega fenotipa
Uporabite iste tehnike kot pri obravnavi enega gena, da ugotovite verjetnost, da ima lahko vsak potomec obeh staršev vsak različen fenotip. Z drugimi besedami, število kvadratov s fenotipom, deljeno s skupnim številom kvadratov, je enako verjetnosti za vsak fenotip.
- V našem primeru so verjetnosti za vsak fenotip:
- Potomci so gladki in rumeni: 12/16 = 3/4 = 0.75 = 75%
- Potomci so nagubani in rumeni: 4/16 = 1/4 = 0.25 = 25%
- Potomci so gladki in zeleni: 0/16 = 0%
- Potomci so nagubani in zeleni: 0/16 = 0%
- Upoštevajte, da ker noben od potomcev ne more dobiti dveh recesivnih alelov y, noben od potomcev ne bo zelen.
Nasveti
- Se mudi? Poskusite z uporabo spletnega kalkulatorja kvadratov Punnett (kot je ta), ki lahko ustvari in zapolni polja Punnett na podlagi podanih starševskih genov.
- Praviloma so recesivne lastnosti manj pogoste kot dominantne. Vendar pa obstajajo situacije, ko lahko te redke lastnosti povečajo sposobnost organizmov in tako postanejo pogostejše z naravno selekcijo. Na primer, recesivna lastnost, ki povzroča krvno stanje, anemija srpastih celic, prav tako daje odpornost proti malariji, zaradi česar je nekoliko zaželena v tropskem podnebju.
- Vsi geni nimajo le dveh fenotipov. Na primer, nekateri geni imajo ločen fenotip za heterozigotno (eno dominantno, eno recesivno) kombinacijo.
