Aufgabensammlung: MENDELsche Gesetze

BIOLOGIE
AUFGABENSAMMLUNG
Mendelsche Gesetze
Lösungen
Formulieren Sie die Mendelschen Gesetze und fassen Sie die Erklärungsversuche Mendels thesenartig zusammen.
1. Mendelschen Gesetz (Uniformitätsgesetz):
Kreuzt man zwei Individuen einer Art, die sich in einem Merkmal unterscheiden, das beide Individuen reinerbig aufweisen, so sind die Individuen der F1-Generation im betrachteten Merkmal gleich. Uniformität der
F1-Individuen tritt auch dann auf, wenn bei der Kreuzung das Geschlecht der Eltern vertauscht ist (reziproke
Kreuzung).
2. Mendelschen Gesetz (Spaltungsgesetz):
Kreuzt man diese Mischlinge unter sich, so spalten in der Enkelgeneration (F2) die Merkmale im durchschnittlichen Zahlenverhältnis 3 : 1 wieder auf.
3. Mendelschen Gesetz (Gesetz von der Unabhängigkeit der Allele):
Die einzelnen Erbanlagen sind frei kombinierbar, d. h. sie werden unabhängig voneinander vererbt und bei
der Keimzellenbildung neu kombiniert. Den Vorgang, durch den neue Allelenkombinationen entstehen, nennt
man Rekombination und die betreffenden Nachkommen Rekombinanten.
Erklärungsversuche nach Mendel:
Die Versuchspflanzen müssen konstant differierende Merkmale besitzen. Merkmale, welche die HybridenMerkmale ganz oder fast unverändert repräsentieren, werden als dominant bezeichnet, die latent werdenden
hingegen als rezessiv.
Unabhängig davon, ob das dominierende Merkmal von der Samen- oder Pollenpflanze kommt, treten in der
ersten Hybridgeneration die dominanten und die rezessiven Merkmale ohne Übergangsformen im Verhältnis
3:1 auf. Die Nachkommen der ersten Hybridgeneration mit dem rezessiven Charakter bleiben in Bezug auf
diesen Charakter konstant, während jene mit dem dominierenden Merkmal sich zu zwei Teilen in Nachkommen spalten, die das dominierende oder rezessive Merkmal im Verhältnis 3:1 tragen. Nur ein Teil bleibt mit
dem dominierenden Merkmal konstant, sodass sich das Verhältnis für alle Versuche in die Verhältnisse 2:1:1
auflöst.
Konstante Merkmale, welche an verschiedenen Formen einer Pflanzensippe vorkommen, können in allen
Kombinationsmöglichkeiten in Verbindung treten.
Veranschaulichen Sie die Mendelschen Gesetze anhand der Animation „Interchromosomale Rekombination" und problematisieren Sie.
© 2006 Schroedel, Braunschweig
Meiose
Mendel hatte noch keine Vorstellung über die stoffliche Natur der „Elemente“, auf denen das unterschiedliche
Aussehen und der dominant-rezessive Charakter der Merkmale beruht. So konnte er auch keine Aussagen
über Chromosomen, Kopplungsgruppen oder Gene bei der Auswertung seiner Versuche machen.
Die interchromosomale Rekombination, bei der väterliche und mütterliche Chromosomen mit ihren entsprechenden Allelen zufallsbedingt neu kombiniert werden, ist Grundlage der von ihm beobachteten Gesetzmäßigkeiten, die sich in den Zahlenverhältnissen der drei Mendelschen Gesetze niederschlagen. Die Gesetzmäßigkeiten finden sich auch in dihybriden Erbgängen wieder. Hier könnte es jedoch sein, dass zwei Gene
auf demselben Chromosom liegen und somit zu einer Kopplungsgruppe gehören; sie würden gemeinsam
vererbt werden und Neukombinationen wären nur eingeschränkt möglich. Crossing-over, der Austausch von
Chromatidenstücken zwischen homologen Nicht-Schwesterchromatiden, würden allerdings zur Neukombination beitragen.
Solche Beobachtungen beziehungsweise darauf hindeutende, von den Gesetzen abweichende Anzahlenverhältnisse sind von Mendel nicht bekannt. Zum einen hatte er mit der Auswahl der Merkmale bei dihybriden
Erbgängen Glück, da die entsprechenden Gene größtenteils auf verschiedenen Chromosomen lagen, also
nicht gekoppelt waren. Zum anderen ist es auch möglich, dass Mendel abweichende Ergebnisse nicht veröffentlicht oder als unwesentlich eingeschätzt hat.
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Erläutern Sie, unter welchen Voraussetzungen die Mendelschen Gesetze gelten. Ziehen Sie die Animationen hinzu.
© 2006 Schroedel, Braunschweig
Meiose
Das dritte Mendelschen Gesetz (Gesetz von der Unabhängigkeit der Allele) gilt streng nur für Gene, die auf
unterschiedlichen Chromosomen liegen, also nicht gekoppelt sind. Zudem darf kein Stückaustausch zwischen homologen Chromosomen (Crossing-over) stattfinden. Intrachromosomale Rekombination muss also
ausgeschlossen sein.
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Mendelsche Gesetze
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Ein Mann hat von seinem Vater ein rezessives Allel a auf dem Chromosom 1 und ein weiteres rezessives Allel b auf dem Chromosom 2 geerbt. Von seiner Mutter hat er jeweils das dominante Allel (A
beziehungsweise B) geerbt.
Erläutern Sie an der Animation „Interchromosomale Rekombination“, wie groß die Wahrscheinlichkeit wäre, die beiden rezessiven Allele gemeinsam an einen Nachkommen weiterzugeben. Gehen Sie
dabei zunächst von der fiktiven Annahme aus, der Mensch hätte lediglich zwei Chromosomenpaare.
Erst anschließend bestimmen Sie die Wahrscheinlichkeit für 23 Chromosomenpaare.
1. Fall
1. Geschlechtszelltyp
2. Geschlechtszelltyp
3. Geschlechtszelltyp
4. Geschlechtszelltyp
2. Fall
Meiose
In der Animation „Interchromosomale Rekombination“ sei das blau umrandete Chromosom das Chromosom
1 mit dem rezessiven Allel a aus der Aufgabenstellung, das rot umrandete Chromosom das Chromosom 2
mit dem rezessiven Allel b.
© 2006 Schroedel, Braunschweig
Bei der Chromosomenverteilung in der 1. Reifeteilung gibt es zwei Möglichkeiten der Verteilung (bei zwei
Chromosomen). Fall 1 zeigt den Fall, wo beide rezessive Allele in eine Tochterzelle gelangen.
Aus den Tochterzellen in Fall1 entstehen jedoch nur zwei Spermien (die Hälfte) mit den beiden rezessiven
Allelen (siehe Abbildung rechts, 1. Geschlechtszellentyp). Damit liegt die Wahrscheinlichkeit der gemeinsamen Vererbung bei 1:4 beziehungsweise 25 Prozent. Dieses Verhältnis bleibt auch bei 23 Chromosomen
erhalten. Die Anzahl verschiedenartiger Geschlechtszellen steigt zwar mit steigender Chromosomenanzahl,
aber der Anteil beider rezessiver Allele in einer Tochterzelle bleibt; zum Beispiel 4 Chromosomenpaare: 16
mögliche Gameten, davon 4 mit a und b
25%.