Vererbungsregeln & Mendels Experimente

Das Wichtigste in Kürze

Wir können genetische Eigenschaften von unseren Eltern erben. Es gibt jedoch eine riesige Anzahl an Kombinationen von genetischem Material, das wir erben und das zu ganz einzigartigen Eigenschaften führen kann. Genetische Diagramme können uns helfen, die Chancen zu verstehen, bestimmte Merkmale zu erben.

Schlüsselwort	Erklärung
Gen	Ein kleiner Abschnitt der DNA, der für ein bestimmtes Merkmal codiert.
Allel	Unterschiedliche Versionen desselben Gens.
Genotyp	Die Kombination der Allele eines Gens, die vererbt werden.
Phänotyp	Das körperliche Erscheinungsbild der vererbten Allele.
Homozygot	Es werden zwei gleiche Allele eines Gens vererbt.
Heterozygot	Es werden zwei verschiedene Allele eines Gens vererbt.
Dominant	Setzt sich im Phänotyp immer durch.
Rezessiv	Nur im Phänotyp sichtbar, wenn die Allele homozygot vorliegen.
Dominant-rezessive Erbgänge	Merkmale werden dominant oder rezessiv vererbt.
Intermediäre Erbgänge	Bei heterozygoten Vorliegen sind beide Allele im Phänotyp sichtbar. Synonym: unvollständige Dominanz
Monohybride Vererbung	Es wird nur die Vererbung eines Merkmales betrachtet.
Dihybride Vererbung	Es wird die Vererbung zweier Merkmale betrachtet.
Parentalgeneration P	Die 1. Generation, die in einem genetischen Diagramm voransteht.
Filialgeneration F_{(1,2,3, ...)}	Auf die Parentalgeneration folgenden Generationen. Synonym: Folgegeneration

Begriff	Schreibweise	Beschreibung
dominantes Allel	Grossbuchstabe z.B. A oder B	Meist Anfangsbuchstabe des dominanten Merkmals.
Rezessives Allel	Kleinbuchstabe z.B. a oder b	Buchstabe in klein, wie der des dominanten Allels.
Intermediäre Allele	Kleinbuchstabe mit untenstehender Ziffer z.B. c₁, c₂	Beide Allele sind ähnlich dominant. Zur Unterscheidung wird eine Ziffer unten angehängt.
Genotyp	Kombination der vorhandenen Allele z.B. AA. Aa, aa	Von Mutter und Vater wird je ein Allel geerbt, welche beide im Genotyp vorliegen.
Phänotyp	Nur das Allel, welches sichtbar wird z.B. A oder a	Dominante Allele setzen sich gegenüber rezessiven Allelen immer im Phänotyp durch.

Vererbung von Merkmalen

Kreuzen sich zwei Individuen miteinander, kreuzen sich auch deren Gene, die dann neu kombiniert an die nächste Generation vererbt werden. Durch die Neukombination von mütterlichen bzw. väterlichen Allelen können neue Variationen in den vererbten Merkmalen entstehen. Ein Allel eines Gens wird von der Mutter, ein anderes vom Vater geerbt. Dies führt zu einer einzigartigen Kombination von körperlichen Merkmalen.

Wenn ein dominantes Allel im Genotyp einer Person vorhanden ist, wird es auch immer im Phänotyp zum Ausdruck kommen. Ein homozygot-dominanter und heterozygoter Genotyp wird deshalb immer das dominante Merkmal im Phänotyp aufweisen. Rezessive Allele kommen nur dann im Phänotyp zum Ausdruck, wenn das dominante Allel nicht vorhanden ist, also ein homozygot-rezessiver Genotyp vorliegt.

Um von den vererbten Allelen im Genotyp auf das äusserliche Erscheinungsbild des Phänotyps schliessen zu können, müssen folgende Punkte zunächst herausgefunden werden:

Liegt ein dominant-rezessiver oder ein intermediärer Erbgang vor?
- Ist auch bekannt, welche Allele dominant, rezessiv bzw. intermediär vererbt werden?
Wird ein Merkmal (monohybride Vererbung) oder zwei Merkmale (dihybride Vererbung) betrachtet?

Genetische Diagramme

Die Neukombination von Allelen in einem Genotyp und der daraus resultierende Phänotyp können in einem genetischen Kreuzungsdiagramm dargestellt werden.

Beispiel 1: dominant-rezessiver Erbgang

Es werden die Allele für die Haarfarbe betrachtet. Ein Allel kann für braunes Haar kodieren, es ist dominant und wird Allel B genannt. Das andere Allel kodiert für blondes Haar, es ist rezessiv und heisst entsprechend Allel b.

Tipp: Denke daran, dass jede Person zwei Allele desselben Gens hat.

Ein Paar bekommt Nachwuchs und fragt sich, welche Haarfarbe das Kind haben könnte. Sowohl Mutter als auch Vater haben einen Phänotyp mit braunem Haar, ebenso besitzen sie beide einen heterozygoten Genotyp mit den Allelen B und b (Bb).

Das Kind erbt von jedem Elternteil ein Allel, was zu einer neuen Kombination der elterlichen Allele für seinen Genotyp führt. Das wirkt sich auch auf den Phänotyp aus.

Biologie; Vererbung; 1. Sek / Bez / Real; Vererbungsregeln & Mendels Experimente

Aus dem genetischen Diagramm können wir ersehen, dass das Kind die folgenden Möglichkeiten des Genotyps hat:

$1$ in $4$ oder $25\%$ Chance, einen homozygoten dominanten Genotyp mit den Allelen B und B zu haben (das ist der Genotyp BB)
$2$ in $4$ oder $50\%$ die Chance, einen heterozygoten Genotyp mit den Allelen B und b zu haben (das ist der Genotyp Bb)
$1$ in $4$ oder $25\%$ Chance, einen homozygoten rezessiven Genotyp mit den Allelen b und b zu haben (das ist der Genotyp bb)

Wir können auch die Möglichkeiten der Phänotypen herausfinden:

3 in 4 Chance oder $75\%$ Chance, dass das dominante Allel vorhanden ist, also $3$ in $4$ oder $75\%$ Chance, braunes Haar zu haben
$1$ in $4$ oder $25\%$ die Chance, dass das dominante Allel nicht vorhanden ist (d.h. einen homozygoten rezessiven Genotyp hat), also $1$ in $4$ oder $25\%$ Chance, blondes Haar zu haben

Es besteht also eine $75\%$ Chance, dass ihr Kind braunes Haar haben wird und $25\%$ Chance, dass es blondes Haar haben wird.

Beispiel 2: intermediärer Erbgang

Eine Pflanzensorte, bringt verschiedene Pflanzen hervor, die entweder nur rote, nur weisse oder nur rosafarbene Blüten hervorbringt. Wir haben hier also ein Vorliegen von drei verschiedenen Ausprägungen (rot, weiss, rosafarbene Blüten). Es gibt jedoch nur zwei verschiedene Allele.

Wie lässt sich das erklären?

Es liegt ein intermediärer Erbgang vor. Das Allel für rote Blüten ist dominant (Allel c₁) und das für weisse Blüten (c₂) ist ebenso dominant. Bei einem heterozygoten Vorliegen des Allels c₁ und des Allels c₂ (Genotyp c₁c₂) liegt ein gemischter Phänotyp von rosafarbenen Blüten vor. Keines der beiden dominanten Allele setzt sich gegenüber dem anderen komplett durch. Dies nennt man auch unvollständige Dominanz.

Biologie; Vererbung; 1. Sek / Bez / Real; Vererbungsregeln & Mendels Experimente

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Beispiel 3: dihybrider Erbgang

Gregor Mendel hat in seinem berühmten Erbsen-Experiment beobachtet, dass es bei seinen Gartenerbsen zwei verschiedene Merkmale gibt, die sich unabhängig voneinander vererben.

Ein Merkmal ist die Farbe Gelb bzw. Grün, wobei sich Gelb als dominant (Allel A) und Grün als rezessiv (Allel a) herausstellt. Das weitere Merkmal ist die Oberfläche der Erbsen, sie kann dominant glatt (Allel G), oder rezessiv runzlig (Allel g) vererbt werden.

In der Parentalgeneration wurden homozygot gelbe und glatte Erbsen (AAGG) mit homozygot grünen und runzligen Erbsen (aagg) gekreuzt. In der Filialgeneration waren dann alle möglichen Erbsen-Kreuzungen von gelb-glatten, gelb-runzligen, grün-glatten und grün-runzligen Erbsen vorhanden. Daraus erschloss Mendel seine 3. Regel, die Du weiter unten im Text noch definiert bekommst.

Das Geschlecht bestimmen

Es können auch genetische Kreuzungen genutzt werden, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass ein zukünftiges Kind männlich oder weiblich ist. Das Geschlecht wird jedoch nicht durch dominante und rezessive Allele bestimmt, sondern durch die kombinierte Ausprägung von zwei Chromosomen. Das Geschlecht wird von den X- und Y-Chromosomen kodiert. Eine Frau hat den Genotyp XX und ein Mann hat den Genotyp XY.

Die Mutter hat den Genotyp XX und der Vater hat den Genotyp XY.

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Aus dem genetischen Diagramm kannst Du ersehen, dass das Kind die folgenden Möglichkeiten von Genotypen und Phänotypen hat:

Es gibt eine $2$ in $4$ oder $50\%$ Chance, dass das Kind den Genotyp XX und damit das biologische Geschlecht des weiblichen Phänotyps hat.
Es besteht eine $2$ in $4$ oder $50\%$ Chance, dass das Kind den Genotyp XY und damit das biologische Geschlecht des männlichen Phänotyps hat.

Mendels Experimente

Gregor Mendel (1822-1884)

Der Augustinermönch Gregor Mendel war einer der ersten, der die Mechanismen der Vererbung erforschte. Er kümmerte sich um den Klostergarten und konnte im Laufe der Jahre durch seine Beobachtungen der Phänotypen insgesamt drei Regeln formulieren. Den Regeln liegt die Annahme zugrunde, dass ein Individuum zufällig jeweils ein Allel von jedem Elternteil erhält.

1. Regel (Uniformitätsregel)

Die Regel bezieht sich auf monohybride, dominant-rezessive Erbgänge.
Bei Kreuzung von zwei unterschiedlich homozygoten Individuen (P-Generation) für ein Merkmal, welches dominant-rezessiv vererbt wird, sind die Nachkommen (F1-Generation) alle vom selben Phänotyp.

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2. Regel (Spaltungsregel)

Die Regel bezieht sich wie die 1. auf monohybride, dominant-rezessive Erbgänge.
Bei Kreuzung von zwei gleichen heterozygoten Individuen (F1-Generation) für ein Merkmal, welches dominant-rezessiv vererbt wird, treten deren Nachkommen (F2-Generation) wieder in den zwei unterschiedlichen Phänotypen der Parentalgeneration auf.

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3. Regel (Unabhängigkeitsregel)

Die Regel bezieht sich anders als die ersten beiden auf dihybride, aber immer noch dominant-rezessive Erbgänge.
Bei Kreuzung von zwei in mehreren Merkmalen homozygot unterschiedlichen Individuen (P1-Generation), treten Nachkommen (F1-Generation) auf, bei denen die verschiedenen Merkmale untereinander frei kombiniert sind. Die Merkmale werden unabhängig vererbt, die verschiedenen Allele sind demnach nicht miteinander gekoppelt.

Biologie; Vererbung; 1. Sek / Bez / Real; Vererbungsregeln & Mendels Experimente

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Mendels Arbeit ist von grosser Bedeutung, da diese Experimente durchgeführt wurden, bevor die DNA entdeckt wurde; unbeabsichtigt hatte Mendel entdeckt, wie die Gene funktionieren. Seine Experimente lieferten ausserdem wiederholbare Ergebnisse, was ihre Zuverlässigkeit erhöhte. Ohne sie wären wir nicht in der Lage gewesen, die Vererbung und die Bedeutung der Gene für die Entwicklung von Merkmalen zu verstehen.