Laborbiologie WS14/15 Drosophila-Kreuzungsgenetik Teil I

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1 Laborbiologie WS14/15 Drosophila-Kreuzungsgenetik Teil I Dr. Robert Klapper Ziele der beiden Kurstage: Verknüpfung von praktischen Erfahrungen in der Kreuzungsgenetik mit grundlegenden Methoden der Statistik Erkenntnisgewinn durch Besonderheiten im Erbgang Möglichkeiten und Grenzen eines Experimentes Was passiert bei Meiose wirklich? Wie erstelle ich eine Genkarte? Wie finde ich einen praktischen Einstieg in die klassische Genetik im Schulunterricht? praktisches Arbeiten mit einem Modellorganismus 1

2 Was ist ein Modellorganismus? Bakterium Escherichia coli (Colibakterium) Pilz Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe) Pflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) Tier Caenorhabditis elegans (Fadenwurm) Drosophila melanogaster (Taufliege) Danio rerio (Zebrafisch) Mus musculus (Maus) 340 Abbildungen, 2., überarb. u. erw. Aufl. 2008, 44,95 2

3 1865? Gregor Johann Mendel ( ) Begründer der modernen Genetik 3

4 1. Das Uniformitätsund Reziprozitätsgesetz 2. Das Spaltungsgesetz 4

5 3. Das Unabhängigkeitsoder Rekombinationsgesetz 5

6 Die Mendelschen Gesetze 1. Das Uniformitäts- und Reziprozitätsgesetz 2. Das Spaltungsgesetz 3. Das Unabhängigkeitsoder Rekombinationsgesetz Thomas Hunt Morgan ( ) In a pedigree culture of Drosophila which had been running for nearly one year through a considerable number of generations, a male apperared with white eyes. The normal flies have brilliant red eyes. 6

7 Lebenszyklus von Drosophila Wildtyp und Mutanten Wildtyp rote Augen Mutante weiße Augen w + white (w) Janning & Knust,

8 Wildtyp und Mutanten Mutante weiße Augen Wildtyp rote Augen w+ Allele des Gens white w+ w white (w) Janning & Knust, 2004 Wildtyp und Mutanten Wildtyp Mutante helle Körperfärbung dunkle Körperfärbung e+ ebony (e) 8

9 Nomenklatur Wildtyp = Merkmal, das bei den meisten in der Natur vorkommenden Individuen einer Art vorkommt. Durch Mutation wird in ein Gen erkennbar und mit einem Namen versehen, der die Mutation beschreibt, z.b. ebony = ebenholzfarben (Abk. e). Der Wildtyp dieses Gens wird mit e + oder vereinfacht mit + bezeichnet. Bezeichnungen für rezessive Merkmale beginnen mit einem Kleinbuchstaben, die für dominante Merkmale mit Großbuchstaben. Bei der Darstellung einer Kreuzung werden zunächst die Merkmale des Weibchens, dann die des Männchens angegeben, z.b. w + e + X w e. Nomenklatur Für die Beschreibung von Genotypen mit mehreren Mutationen gilt: Mutationen auf demselben Chromosom: die Allelsymbole werden aneinandergereiht und durch Abstände getrennt, z.b. y w vg Mutationen auf homologen Chromosomen: die beiden Chromosomen werden durch Schrägstrich getrennt, z.b. y w cv / v B Mutationen auf nicht-homologen Chromosomen: die Chromosomen werden durch Semikolon getrennt, z.b. vg; e 9

10 Nomenklatur w + e + oder + + oder + w + e oder e Unterscheidung Weibchen - Männchen 10

11 Unterscheidung Weibchen - Männchen Abdomen Weibchen Männchen Unterscheidung Weibchen - Männchen Geschlechtskamm 11

12 Unterscheidung Weibchen - Männchen Unterscheidung Weibchen - Männchen 12

13 Technik des Umgangs mit Drosophila Drosophila-Kultur Etherisierer Orcus für tote Fliegen Etherflasche Stift weiße Platte grüne Matte Pinsel Technik des Umgangs mit Drosophila 1. Betäuben von Wildtyp-Fliegen = P-Generation 2. Anordnen der betäubten Fliegen: 13

14 Betrachten von Wildtyp und Mutante Bestimmen des Verhältnisses von Weibchen zu Männchen 1. Betäuben von Wildtyp-Fliegen = P-Generation 2. Anordnen der betäubten Fliegen 3. Betrachten der Fliegen mit der Lupe Hin- und Herwenden mit dem Pinsel 4. Sortieren in Weibchen und Männchen Tischassistenz kontrollieren lassen! Die Anteile der Weibchen in den einzelnen Stichproben werden von den Tischassistenten in den Computer eingegeben und als Häufigkeitsverteilung für den gesamten Kurs ausgegeben. 14

15 Betrachten von Wildtyp und Mutante Bestimmen des Verhältnisses von Weibchen zu Männchen 1. Betäuben von w e -Fliegen = P-Generation 2. Anordnen der betäubten Fliegen 3. Betrachten der Fliegen mit der Lupe Hin- und Herwenden mit dem Pinsel 4. Sortieren in Weibchen und Männchen Tischassistenz kontrollieren lassen! Die Anteile der Weibchen in den einzelnen Stichproben werden von den Tischassistenten in den Computer eingegeben und als Häufigkeitsverteilung für den gesamten Kurs ausgegeben. Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung An den beiden Kurstagen werden die beiden reziproken Kreuzungen + + X w e und w e X + + über 3 Generationen verfolgt: P => F 1 => F 2 1. Kurstag P und F 1 2. Kurstag F 2 15

16 Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil I Erwartete Geno- und Phänotypen aus Kreuzung (P:) + X w e Gameten Eier Spermien Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil I 1. Jede Gruppe à 2 Kursteilnehmer erhält 2 Kulturen von (P:) + X w e Darin befinden sich die F 1 -Tiere. 2. Jede Gruppe beschriftet 2 leere Futterröhrchen mit: F 1 : + X w e Name Datum 16

17 Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil I 1. Betäuben der Fliegen der Kultur + X w e 2. Aussortieren von 2 X je 10 Weibchen und 10 Männchen 3. Überführen der 2 X 10 Pärchen in die beiden zuvor beschrifteten Futterröhrchen = Neuansätze zur F 2 4. Betrachten der restlichen Fliegen mit der Lupe Welche Phänotypen gibt es bezüglich Augenfarbe und Körperfarbe - bei Weibchen? - bei Männchen? Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil 5. Sortieren nach diesen Phänotypen und Weibchen und Männchen 6. Achten auf Ausnahme-Phänotypen: Geschlecht und Augenfarbe Tischassistenz kontrollieren lassen! 7. Auszählen der Phänotypen-Klassen 17

18 Ansetzen der F2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil I Auswertung der Kreuzung + X w e: Alle Nachkommen sind Wildtyp. Das entspricht der Uniformitätsregel. aber: Vereinzelt treten Männchen mit weißen Augen auf. Erklärung? X-Chromosom: Hermann Henking, 1891 Y-Chromosom: Nettie Stevens, 1905 Menschliche X- und Y-Chromosomen 18

19 Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil II Erwartete Geno- und Phänotypen aus Kreuzung (P:) w e X + Gameten Eier Spermien Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil II 1. Jede Gruppe à 2 Kursteilnehmer erhält 2 Kulturen von (P:) w e X + Darin befinden sich die F 1 -Tiere. 2. Jede Gruppe beschriftet 2 leere Futterröhrchen mit: F 1 : w e X + Name Datum 19

20 Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil II 1. Betäuben der Fliegen der Kultur w e X + pro Person Aussortieren von 2 x je 10 Weibchen und 10 Männchen Überführen der 2 x 10 Pärchen in die beiden zuvor beschrifteten Futterröhrchen = Neuansätze zur F 2 2. Betrachten der restlichen Fliegen mit der Lupe Welche Phänotypen gibt es bezüglich Augenfarbe und Körperfarbe? 3. Sortieren nach diesen Phänotypen und Weibchen und Männchen 4. Achten auf Ausnahme-Phänotypen: Geschlecht und Augenfarbe Tischassistenz kontrollieren lassen! 5. Auszählen der Phänotypen-Klassen Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil II Auswertung der Kreuzung w e X +: Alle Weibchen sind Wildtyp, alle Männchen haben weiße Augen. Das entspricht nicht der Uniformitätsregel. zusätzlich: Vereinzelt treten Weibchen mit weißen Augen und Wildtyp-Männchen auf. Erklärungen? 20

21 Ansetzen der F 2 - Generation und Auswertung der Kreuzung, Teil II Erwartete Geno- und Phänotypen aus Kreuzung (P:) w e X + Spermien Eier e w e w e w e w e + w + e + w + e + Weib. Weib. Männ. e + Männ. Deutung des Kreuzungsergebnisses + X w e P Gameten Genotyp Phänotyp F 1 Janning & Knust,

22 Deutung des Kreuzungsergebnisses w e X + P Gameten Genotyp Phänotyp F 1 Janning & Knust, 2004 Mechanismen der Geschlechtsbestimmung Chromosomenkonstitution Drosophila Geschlecht Mensch XX XY XXY X0 22

23 Mechanismen der Geschlechtsbestimmung Chromosomenkonstitution Drosophila Geschlecht Mensch XX W W XY M M XXY W M (Klinefelter) X0 M (steril) W (Turner) Nondisjunction Janning & Knust,