Die klassische Genetik nach Gregor Mendel: Dihybride Erbgänge

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1 Die klassische Genetik nach Gregor Mendel: Dihybride Erbgänge Stand: Jahrgangsstufen Fach/Fächer Vorklasse Biologie (Ausbildungsrichtungen Sozialwesen, Gesundheit) Übergreifende Bildungsund Erziehungsziele Zeitrahmen ca. 90 Minuten Benötigtes Material Kompetenzerwartungen Diese Aufgabe unterstützt den Erwerb folgender Kompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler geben biologische Sachverhalte vorwiegend beschreibend wieder, wenden dabei Fachsprache an und nutzen verschiedene Darstellungsformen, um diese zu veranschaulichen. (B10 1) unterscheiden und nutzen verschiedene Arten von Modellen, begründen die Verwendung von Modellen zur Veranschaulichung bzw. Vereinfachung komplexer biologischer Phänomene und Erläutern die Möglichkeiten und Grenzen von Modellen. (B10 1) nutzen bereitgestellte und zum Teil selbst recherchierte Fachtexte sowie Abbildungen zur Klärung biologischer Fragestellungen und präsentieren ihre Ergebnisse in Vorträgen und Schriftform. (B10 1) bestimmen die Geno- und Phänotypenverteilung bei Kreuzungen, indem sie die Gesetzmäßigkeiten der Vererbung nach Mendel auf mono- und dihybride Erbgänge in Symbolschreibweise anwenden und diese auf chromosomaler Ebene begründen. (B10 3) wenden statistische Methoden zur Auswertung von Kreuzungsexperimenten an, um Vorhersagen von Merkmalsausprägungen in verschiedenen Generationen zu treffen. (B10 3) Seite 1 von 11

2 Aufgabe Lesen Sie den folgenden Infotext aufmerksam durch. Gregor Mendel untersuchte in seinen berühmten Kreuzungsexperimenten nicht nur die Vererbung einzelner Eigenschaften, sondern betrachtete auch die Kombination zweier verschiedener Merkmale. Der Erbgang wird in diesem Fall als dihybrid bezeichnet (di = zwei; hybrid = Merkmale). Er stellte dabei fest, dass sofern die jeweiligen Merkmale der homozygoten P-Generation dominant bzw. rezessiv vererbt werden in der F1-Generation jeweils die dominante Merkmalsausprägung auftritt. Werden die Individuen der F1-Generation nun untereinander gekreuzt, so kommt es hierbei (ähnlich zum monohybriden Erbgang) zur Ausbildung aller theoretisch möglichen Merkmalskombinationen in einem bestimmten Zahlenverhältnis. Analog zum monohybriden Erbgang werden die dominanten Allele im Kombinationsquadrat mit einem Großbuchstaben; die rezessiven mit einem Kleinbuchstaben symbolisiert. Die klassische Genetik nach Gregor Mendel: die Erbgänge III Betrachtung von zwei unterschiedlichen Merkmalen: dihybrid Jeweils eines der Merkmale setzt sich in der F1-Generation durch: dominant-rezessiv Stellen Sie die Vererbung der beiden Merkmale Fruchtfarbe und Fruchtform bei Erbsen dar, indem Sie: die dargestellten Erbsen entsprechend farbig kennzeichnen: Erbse P1: rund & grün Erbse P2: eckig & gelb Erbse F1: rund & gelb für die beiden Allele geeignete Buchstabensymbole wählen. Beachten Sie, dass Sie die dominanten Allele, wie bereits bekannt, mit der entsprechenden Symbolik kennzeichnen. die genetische Information der Einzelindividuen der reinerbigen Parentalgeneration (= Elterngeneration) P mittels der zuvor festgelegten Symbole darstellen (hinsichtlich beider Merkmale diploide Individuen!) die genetische Information, die von den Individuen der Parentalgeneration P in die Keimzellen G P gelangt an der entsprechenden Stelle in die symbolhaften Keimzellen eintragen. aus den Keimzellen durch Verschmelzung die befruchtete Zygote der 1. Generation an Nachkommen ( F1 ) kombinieren. diesen Vorgang in das Kombinationsquadrat übertragen. Seite 2 von 11

3 Betrachtung auf Ebene der Phänotypen: P: X F1: Betrachtung auf Ebene der Genotypen: P: X für Merkmal Genotyp:. gelb grün G P : für Merkmal rund eckig F1: Genotyp:. Seite 3 von 11

4 Übertrag in ein Kombinationsquadrat: Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS 2. Schritt: Eintragen: je ein Allel pro betrachtetem Merkmal aus Keimzelle von Individuum 2 1. Schritt: Eintragen: je ein Allel pro betrachtetem Merkmal aus Keimzelle von Individuum 1 3. Schritt: Kombination der Allele zu neuem diploiden Organismus mit je zwei Allelen pro Merkmal 4. Schritt: Angabe des resultierenden Genotyps und Zuordnung des Phänotyps: Wiederholen Sie die detaillierte Betrachtung für die Kreuzung der Nachkommen der F1-Generation untereinander, indem Sie: für die beiden Allele die identischen Buchstabensymbole des vorangegangenen Kombinationsquadrats wählen. die genetische Information der Einzelindividuen der F1-Generation mittels der zuvor festgelegten Symbole darstellen (diploide Individuen!). die genetische Information, die von den Individuen aus F1 in die Keimzellen G F1 gelangt an der entsprechenden Stelle in die symbolhaften Keimzellen eintragen. aus den Keimzellen durch Verschmelzung die befruchtete Zygote der 2. Generation an Nachkommen ( F2 ) kombinieren. diesen Vorgang in das Kombinationsquadrat übertragen. Seite 4 von 11

5 Betrachtung auf Ebene der Phänotypen: F1: X F2: Betrachtung auf Ebene der Genotypen: F1: X Genotyp: gelb grün G F1 : F2: rund eckig Genotyp(en): Seite 5 von 11

6 Übertrag in ein Kombinationsquadrat: Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS 1. Schritt: Eintragen: alle möglichen Allelkombinationen (G F1 ) von Individuum 1 2. Schritt: Eintragen: alle möglichen Allelkombinationen (G F1 ) von Individuum 2 3. Schritt: Kombination der Allele zu neuem diploiden Organismus pro Quadrat 4. Schritt: Angabe der resultierenden Genotypen und Zuordnung der entsprechenden Phänotypen: Seite 6 von 11

7 Weiterführende Aufgaben: Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Versuchen Sie aus den Erkenntnissen des zuvor behandelten Erbgangs Gemeinsamkeiten abzuleiten und formulieren Sie daraus Ihre persönlichen Vererbungsregeln. Tauschen Sie sich anschließend untereinander bezüglich Ihrer Regeln aus und einigen Sie sich gemeinsam auf die jeweils passendste Variante. Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse abschließend mit den von Gregor Mendel gefundenen Regeln zur Vererbung. Als Hilfestellung dient die jeweilige Überschrift. Regel 1: Die Uniformitätsregel Die Vererbungsregeln Regel 2: Die Spaltungsregel Regel 3: Die Unabhängigkeitsregel Seite 7 von 11

8 Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler Betrachtung auf Ebene der Phänotypen: P: X F1: Betrachtung auf Ebene der Genotypen: P: X Genotyp: ggrr GGrr gelb grün G g G P : gr Gr F1: rund eckig Genotyp: GgRr R r Übertrag in ein Kombinationsquadrat: Gr gr GgRr 4. Schritt: Angabe des resultierenden Genotyps und Zuordnung des Phänotyps: GgRr = gelb & rund Seite 8 von 11

9 Wiederholen Sie die detaillierte Betrachtung für die Kreuzung der Nachkommen der F1-Generation untereinander: Betrachtung auf Ebene der Phänotypen: F1: X F2: Betrachtung auf Ebene der Genotypen: F1: X Genotyp: GgRr GgRr gelb grün G g G F1 : GR Gr GR Gr gr gr gr gr F2: rund ecki g Genotyp(en): GGRR GgRr GgRR GgRR ggrr ggrr Ggrr GGrr ggrr R r Seite 9 von 11

10 4. Schritt: Übertrag in ein Kombinationsquadrat: RG rg Rg rg RG RRGG RrGG RRGg RrGg rg RrGG rrgg RrGg rrgg Rg RRGg RrGg RRgg Rrgg rg RrGg rrgg rrgg rrgg Angabe der resultierenden Genotypen und Zuordnung der entsprechenden Phänotypen: RRGG = gelb & rund; RrGG = gelb & rund; RRGg = gelb & rund; RrGg = gelb & rund; rrgg = gelb & eckig; rrgg = gelb & eckig; RRgg = grün & rund; Rrgg = grün & rund; rrgg = grün & eckig Weiterführende Aufgaben: Die Vererbungsregeln Regel 1: Die Uniformitätsregel Kreuzt man zwei reinerbige Eltern, die sich in nur einem Merkmal voneinander unterscheiden, so sind alle Individuen der F1-Generation genotypisch und phänotypisch gleich. Regel 2: Die Spaltungsregel Kreuzt man die Individuen der F1-Generation untereinander, so gehen daraus Nachkommen (F2-Generation) hervor, deren Merkmalsformen sich in einem bestimmten Zahlenverhältnis aufspalten. Regel 3: Die Unabhängigkeitsregel Kreuzt man zwei Individuen, die sich in mehreren Merkmalen unterscheiden, so werden die einzelnen Merkmale unabhängig voneinander vererbt. Diese Erbanlagen können sich neu kombinieren. (Dies gilt jedoch nur, wenn die betrachteten Gene auf unterschiedlichen Chromosomen lokalisiert sind.) Seite 10 von 11

11 Hinweise zum Unterricht Zur Aufgabenbearbeitung notwendiges Vorwissen: Fachbegriffe der klassischen Genetik Seite 11 von 11