Punnettov štvoruholník je vizuálne zariadenie používané vo vede o genetike na určenie, ktoré kombinácie génov sa môžu vyskytnúť pri počatí. Štvorec Punnett je vyrobený z jednoduchej štvorcovej mriežky rozdelenej na mriežku 2x2 (alebo väčšiu). Vďaka tejto mriežke a znalosti genotypov oboch rodičov môžu vedci objaviť potenciálne kombinácie génov pre potomstvo a možno dokonca poznať niektoré zdedené vlastnosti.
Krok
Skôr ako začnete: Niektoré dôležité definície
"Ak chcete preskočiť časť" základy "a dostať sa priamo do diskusie o štvrholníku Punnett, kliknite sem."
Krok 1. Pochopte koncept génov
Predtým, ako sa naučíte vytvárať a používať Punnettov štvoruholník, mali by ste vedieť niekoľko dôležitých základov. Prvá je myšlienka, že všetky živé veci (od drobných mikróbov po obrovské modré veľryby) majú „gény“. Gény sú extrémne zložité mikroskopické sekvencie inštrukcií, ktoré sú zakódované takmer do každej bunky v tele všetkých organizmov. Gény sú zodpovedné za všetky aspekty života organizmu, vrátane vzhľadu, správania a ďalších.
Jeden z dôležitých konceptov, ktorý je potrebné pri práci s Punnettovými štvoruholníkmi pochopiť, je ten, že „všetko živé má svoje gény od svojich rodičov.“V podvedomí si to už možno uvedomujete sami. Zamyslite sa - nevyzerá väčšina ľudí, ktorých poznáte, vzhľadom a správaním ako ich rodičia?
Krok 2. Pochopte koncept sexuálnej reprodukcie
Väčšina organizmov (nie všetky), o ktorých v tomto svete viete, plodí potomstvo prostredníctvom „sexuálnej reprodukcie“. Stav, keď rodičia mužského a ženského pohlavia darujú svoje príslušné gény na narodenie potomstva. V tomto prípade pochádza polovica génov dieťaťa od oboch rodičov. Punnettov štvoruholník je v zásade spôsob, ako v grafickej forme ukázať rôzne možnosti tohto polčasu výmeny génov.
Sexuálna reprodukcia nie je jedinou formou reprodukcie, ktorá existuje. Niektoré organizmy (napríklad baktérie) sa rozmnožujú „nepohlavným rozmnožovaním“, čo je stav, v ktorom rodičia rodia vlastné deti, bez pomoci partnera. Pri asexuálnej reprodukcii pochádzajú všetky gény dieťaťa iba od jedného rodiča, čo z nich robí viac -menej presné kópie rodiča
Krok 3. Pochopte pojem alely v genetike
Ako bolo uvedené vyššie, gény v organizme sú v podstate sériou inštrukcií, ktoré riadia každú bunku v tele, ako prežiť. V skutočnosti sú gény na rozdiel od manuálu tiež rozdelené do kapitol, sekcií a podsekcií, pričom rôzne časti génu regulujú jednotlivé funkcie jednotlivo. Ak sa niektorá z týchto „podsekcií“medzi dvoma organizmami líši, budú tieto dva vyzerať a správať sa odlišne - napríklad genetické rozdiely robia jednu osobu čiernou a druhou blond. Tieto rôzne formy v rovnakom géne (ľudský gén) sa nazývajú „alely“.
Pretože každé dieťa dostane dve sady génov - každý mužský a ženský rodič - dieťa dostane dve kópie pre každú alelu
Krok 4. Pochopte koncept dominantných a recesívnych alel
Alela dieťaťa nie vždy „zdieľa“silu génu. Niektoré alely, označované ako dominantné alely, sa štandardne prejavia na fyzickom vzhľade a správaní dieťaťa (nazývame ich „vyjadrené“). Ostatné alely, nazývané „recesívne“alely, je možné vyjadriť iba vtedy, ak nie sú spárované s dominantnou alelou, ktorá ich môže „prekonať“. Punnettov štvorec sa často používa na určenie, aká je pravdepodobnosť, že dieťa dostane dominantnú alebo recesívnu alelu.
Pretože tieto gény môžu byť „preplnené“dominantnými alemi, recesívne alely sú zvyčajne exprimované menej často. Na vyjadrenie alely musí dieťa vo všeobecnosti zdediť recesívnu alelu od oboch rodičov. Krvné choroby sú často používaným príkladom recesívneho znaku - upozorňujeme však, že recesívna alela neznamená „zlý“
Metóda 1 z 2: Zobrazovanie monohybridných (jednogénových) krížov
Krok 1. Vytvorte mriežku 2x2
Najzákladnejšie Punnettove štvorce sú pomerne jednoduché na výrobu. Začnite nakreslením rovnostranného obdĺžnika a potom rozdeľte interiér na štyri rovnaké mriežky. Keď skončíte, v každom stĺpci by mali byť dve mriežky a v každom riadku dve mriežky.
Krok 2. Na zobrazenie rodičovskej alebo zdrojovej alely v každom riadku a stĺpci použite písmená
V Punnettovom štvoruholníku sú stĺpce priradené matkám a riadky otcom alebo naopak. Napíšte písmená vedľa každého riadka a stĺpca, ktoré predstavujú každú z otcovských a materských alel. Pre dominantné alely používajte veľké písmená a pre recesívne alely malé písmená.
Na príklade to bude oveľa jednoduchšie pochopiť. Povedzme napríklad, že chcete určiť pravdepodobnosť, že deti konkrétneho páru budú môcť prevracať jazyk. Reprezentujeme to písmenami „R“a „r“- veľké písmeno pre dominantný gén a malé písmeno pre recesívny. Ak by obaja rodičia boli heterozygotní (s jednou kópiou každej alely), napísali by sme „R“a „r“pozdĺž hornej časti mriežky a „R“a „r“pozdĺž ľavej strany mriežky …
Krok 3. Napíšte písmená pre každú mriežku do riadkov a stĺpcov
Po vyplnení alel uvedených od každého rodiča je vyplnenie námestia Punnett ľahké. Na každú mriežku napíšte dvojpísmenové génové kombinácie otcovských a materských alel. Inými slovami, vezmite písmená z mriežky v stĺpci a riadku a potom ich napíšte do spojovacieho prázdneho poľa.
- V tomto prípade vyplňte našu štvorstrannú mriežku Punnett nasledovne:
- Políčko vľavo hore: „RR“
- Políčko vpravo hore: „Rr“
- Políčko vľavo dole: „Rr“
- Políčko vpravo dole: „rr“
- Všimnite si toho, že dominantná alela (veľké písmeno) je obvykle napísaná ako prvá.
Krok 4. Určte genotyp každého potenciálneho potomka
Každé políčko vyplnené na námestí Punnett predstavuje potomstvo, ktoré môžu mať rodičia. Každý štvorec (a teda aj každý potomok) je rovnako pravdepodobný - inými slovami, v mriežke 2x2 existuje 1/4 šance na každé štyri možnosti. Rôzne kombinácie alel zastúpené v Punnettovom štvoruholníku sa nazývajú „genotypy“. Aj keď genotypy predstavujú genetické rozdiely, potomstvo sa nemusí nevyhnutne líšiť pre každú mriežku (pozri kroky nižšie).
- V našom prípade Punnettov štvoruholník sú možnými genotypmi pre potomkov týchto dvoch rodičov tieto:
- „Dve dominantné alely“(dve R)
- „Jedna dominantná a jedna recesívna alela“(R a r)
- „Jedna dominantná a jedna recesívna alela“(R a r) - všimnite si, že s týmto genotypom existujú dve mriežky.
- „Dve recesívne alely“(dve r)
Krok 5. Určte fenotyp každého potenciálneho potomka
Fenotyp v organizme je skutočný fyzický znak zobrazený na základe jeho genotypu. Niektoré príklady fenotypov, ako sú farba očí, farba vlasov a prítomnosť buniek krvných chorôb - to sú fyzické vlastnosti „určené“génmi, ale nie skutočné kombinácie samotných génov. Fenotyp, ktorý bude mať potenciálny potomok, je určený charakteristikami génu. Rôzne gény budú mať rôzne pravidlá, pokiaľ ide o ich prejav ako fenotyp.
- V našom prípade povedzme, že gén, ktorý umožňuje osobe prevrátiť jazyk, je dominantným génom. To znamená, že každý potomok bude môcť gúľať jazykom, aj keď dominantná je len jedna alela. V tomto prípade sú fenotypy potenciálnych potomkov:
- Vľavo hore: „Dokáže prevrátiť jazyk (dve R)“
- Vpravo hore: „Dokáže prevrátiť jazyk (jedno R)“
- Vľavo dole: „Dokáže prevrátiť jazyk (jeden R)“
- Vpravo dole: „Jazyk sa nedá prevrátiť (bez R)“
Krok 6. Pomocou mriežky určte pravdepodobnosť výskytu rôznych fenotypov
Jedným z najbežnejších použití Punnettovho štvoruholníka je určiť, aká je pravdepodobnosť, že potomstvo bude mať špecifický fenotyp. Pretože každá mriežka predstavuje ekvivalentný možný genotyp, možné fenotypy nájdete tak, že „vydelíte počet mriežok obsahujúcich daný fenotyp celkovým počtom prítomných mriežok“.
- Punnettov štvoruholník v našom prípade uvádza, že existujú štyri možné kombinácie génov pre akékoľvek potomstvo, od týchto dvoch rodičov. Tri z týchto kombinácií vytvárajú potomstvo schopné váľania jazyka. Pravdepodobnosti nášho fenotypu sú preto:
- Potomstvo schopné rolovať jazykom: 3/4 = „0,75 = 75%“
- Potomkovia, ktorí nedokážu prevrátiť jazyk: 1/4 = „0,25 = 25%“
Metóda 2 z 2: Ukazovanie dihybridného kríža (dva gény)
Krok 1. Duplikujte každú stranu základnej siete 2x2 pre každý ďalší gén
Nie všetky génové kombinácie sú také ľahké ako základné monohybridné (jednogénové) kríže z vyššie uvedenej časti. Niektoré fenotypy sú determinované viac ako jedným génom. V tomto prípade musíte vziať do úvahy každú možnú kombináciu, čo znamená nakresliť väčšiu mriežku.
- Základné pravidlo Punnettovho štvoruholníka, ak existuje viac ako jeden gén, znie: „vynásobte každú stranu mriežky pre každý iný gén ako pre prvý“. Inými slovami, pretože jednogénová mriežka je 2x2, dvojgénová mriežka je 4x4, trojgénová mriežka je 8x8 atď.
- Aby bol tento koncept zrozumiteľnejší, nasledujme príklad problému dvoch génov. To znamená, že musíme nakresliť mriežku „4x4“. Pojmy v tejto časti sa vzťahujú aj na tri alebo viac génov - tento problém si jednoducho vyžaduje väčšiu mriežku a dodatočnú prácu.
Krok 2. Priraďte prispievajúce rodičovské gény
Ďalej nájdite gény, ktoré obaja rodičia zdieľajú pre študovanú charakteristiku. Vzhľadom na množstvo zapojených génov dostane genotyp každého rodiča okrem prvého pre každý gén ďalšie dve písmená - so slovom latka štyri písmená pre dva gény, šesť písmen pre tri gény a podobne. Ako vizuálna pripomienka môže byť užitočné napísať genotyp matky na vrch mriežky a genotyp otca vľavo (alebo naopak).
Na ilustráciu tohto konfliktu použijeme klasický príklad. Rastlina hrachu môže mať hladké alebo vráskavé fazule, žlté alebo zelené. Hladké a žlté sú dominantnými črtami. V tomto prípade použite M a m na reprezentáciu dominantnej a recesívnej hladkosti a K a k na žltosť. Povedzme, že matka má genotyp „MmKk“a otcov gén má genotyp „MmKK“
Krok 3. Napíšte rôzne kombinácie génov pozdĺž hornej a ľavej strany
Teraz nad horný riadok mriežky a naľavo od stĺpca úplne vľavo napíšte rôzne alely, ktorými môže prispieť každý rodič. Rovnako ako pri riešení jedného génu je každá alela rovnako pravdepodobne dedičná. Pretože však existuje toľko génov, každý stĺpec a riadok dostane viac ako jedno písmeno: dve písmená pre dva gény, tri písmená pre tri gény atď.
- V tomto prípade musíme uviesť rôzne kombinácie génov, ktoré môžu rodičia zdediť zo svojho genotypu MmKk. Ak máme gén MmKk od matky pozdĺž hornej mriežky a otcov gén MmKk v ľavej mriežke, potom alely pre každý gén sú:
- Pozdĺž hornej mriežky: „MK, Mk, mK, mk“
- Dole na ľavej strane: „MK, MK, mK, mK“
Krok 4. Vyplňte každú mriežku každou kombináciou alel
Vyplňte mriežku, ako keď pracujete s jediným génom. Tentokrát však bude mať každá mriežka okrem prvého dve ďalšie písmena pre každý gén: štyri písmená pre dva gény, šesť písmen pre tri gény. Vo všeobecnosti by sa mal počet písmen v každej mriežke rovnať počtu písmen v genotype každého rodiča.
- V tomto prípade vyplníme existujúcu mriežku nasledovne:
- Horný riadok: „MMKK, MMKk, MmKK, MmKk“
- Druhý riadok: „MMKK, MMKk, MmKK, MmKk“
- Tretí riadok: „MmKK, MmKk, mmKK, mmKk“
- Dolný rad: „MmKK, MmKk, mmKK, mmKk“
Krok 5. Nájdite fenotyp pre každého potenciálneho potomka
Keď sa stretneme s viacerými génmi, každá mriežka v Punnettovom štvoruholníku stále predstavuje genotyp pre každého potenciálneho potomka - existuje viac možností ako jeden gén. Fenotyp pre každú mriežku opäť závisí od presného génu, s ktorým sa zaobchádza. Všeobecne však platí, že dominantné vlastnosti potrebujú na vyjadrenie iba jednu alelu, zatiaľ čo recesívne znaky vyžadujú „všetky“recesívne alely.
- V tomto prípade, pretože hladkosť (M) a žltosť (K) sú v tomto prípade dominantnými znakmi alebo znakmi rastliny hrachu, každá mriežka obsahujúca najmenej jeden veľký M predstavuje rastlinu s hladkým fenotypom a každá mriežka obsahujúca najmenej jeden veľký K predstavuje plodinu.žltý fenotyp. Vráskavé rastliny potrebujú dve malé alely alely a zelené rastliny dve malé alely k. Z tejto podmienky dostaneme:
- Horný riadok: „Bezšvíkové/žlté, bezšvíkové/žlté, hladké/žlté, bezšvíkové/žlté“
- Druhý riadok: „Bezšvíkové/žlté, Hladké/žlté, Hladké/žlté, Hladké/žlté“
- Tretí riadok: „Hladký/žltý, Hladký/žltý, vráskavý/žltý, vráskavý/žltý“
- Dolný rad: „Hladký/žltý, Hladký/žltý, vráskavý/žltý, vráskavý/žltý“
Krok 6. Pomocou mriežky určte pravdepodobnosť každého fenotypu
Na zistenie pravdepodobnosti, že každé potomstvo od oboch rodičov môže mať iný fenotyp, použite rovnakú techniku ako pri práci s jediným génom. Inými slovami, počet mriežok obsahujúcich fenotyp delený celkovým počtom mriežok sa rovná pravdepodobnosti pre každý fenotyp.
- V tomto prípade sú pravdepodobnosti pre každý fenotyp tieto:
- Potomstvo je hladké a žlté: 12/16 = „3/4 = 0,75 = 75%“
- Potomstvo je pokrčené a žlté: 4/16 = „1/4 = 0,25 = 25%“
- Potomstvo je hladké a zelené: 0/16 = „0%“
- Potomstvo charakterizované vráskami a zelenou farbou: 0/16 = „0%“
- Všimnite si toho, že pretože nie je možné, aby každý potomok mal dve recesívne k alely, ani jeden z potomkov nie je zelený (0%).
Tipy
- V zhone? Skúste použiť štvoruholníkovú online kalkulačku Punnett (napríklad v tejto), ktorá je schopná vytvoriť a vyplniť štvorcovú sieť Punnett na základe zadaných rodičovských génov.
- Recesívne vlastnosti nie sú vo všeobecnosti také bežné ako dominantné vlastnosti. Existujú však situácie, keď tento vzácny znak môže zvýšiť kondíciu organizmu, a tak sa stáva rozšírenejším vďaka prirodzenému výberu. Napríklad recesívny znak, ktorý spôsobuje dedičné ochorenie krvi, tiež zaisťuje imunitu voči malárii, čo je nevyhnutné v tropickom podnebí.
- Nie všetky gény majú iba dva fenotypy. Existuje napríklad niekoľko génov, ktoré majú oddelené fenotypy pre heterozygotné kombinácie (jeden dominantný a jeden recesívny).
