Die klassische Genetik nach Gregor Mendel: Intermediäre Erbgänge
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- Clara Flater
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1 Die klassische Genetik nach Gregor Mendel: Intermediäre Erbgänge Stand: Jahrgangsstufen Fach/Fächer Vorklasse Biologie (Ausbildungsrichtungen Sozialwesen, Gesundheit) Übergreifende Bildungsund Erziehungsziele Zeitrahmen Benötigtes Material ca. 90 Minuten je 16 rot und weiß lackierte Holzkügelchen, blickdichter Beutel 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. Der sogenannte intermediäre Erbgang wurde streng genommen nicht von Gregor Mendel entdeckt. Da er aber mit einer Regelmäßigkeit abläuft, da dieser weitestgehend auch mit den Instrumenten der klassischen Genetik beschrieben werden kann, wird er stets auch im Zusammenhang mit den Regeln der klassischen Genetik vermittelt. Jedoch gibt es einige Besonderheiten und kleinere Unterschiede im Vergleich mit dem dominant-rezessiven Erbgang. Bei intermediärer Vererbung kommt es zu einer gemischten Merkmalsausprägung, die von beiden Allelen beeinflusst wird. Dies liegt vor allem daran, dass keines der Allele dominant bzw. rezessiv gegenüber dem anderen ist. Beide sind sozusagen gleichberechtigt. Somit bildet der mischerbige (= hybride bzw. heterozygote) Organismus eine Mischform der elterlichen Merkmale aus. Alle Individuen der F1-Generation sind bezüglich dieses Merkmals untereinander gleich, wenn die P-Generation hinsichtlich dieses Merkmals homozygot ist. Kreuzt man nun aber die F1-Generation untereinander zur F2-Generation, kann man beobachten, dass sowohl die Merkmale der P- als auch der F1-Generation in einem charakteristischen Verhältnis wieder auftreten. In Kombinationsquadraten wird bei einem intermediären Erbgang manchmal für jedes Allel ein separater Buchstabe als Symbol verwendet. Die klassische Genetik nach Gregor Mendel: die Erbgänge II Betrachtung eines unterschiedlichen Merkmals: monohybrid Bei den Nachkommen bildet sich eine Mischform der elterlichen Merkmale aus: intermediär Stellen Sie die intermediäre Vererbung der Blütenfarbe der japanischen Wunderblume (Mirabilis jalapa) dar, indem Sie: die dargestellten Blüten entsprechend farbig kennzeichnen. Blütenfarbe 1: rot Blütenfarbe 2: weiß für die beiden Allele geeignete Buchstabensymbole wählen und im Punkt Betrachtung auf Ebene der Genotypen eintragen. Beachten Sie, dass sich hier keines der Allele dominant verhält und daher zwei Kleinbuchstaben verwendet werden. die genetische Information der reinerbigen Elterngeneration P mittels der zuvor festgelegten Symbole darstellen (diploide Individuen!). die genetische Information, die von den Individuen 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 Genotyp:.. Allelsymbol für Merkmal G P : rot weiß F1: Genotyp:. Seite 3 von 11
4 Übertrag in ein Kombinationsquadrat: 1. Schritt: Eintragen: Allel aus Keimzelle von Individuum 1 2. Schritt: Eintragen: Allel aus Keimzelle von Individuum 2 4. Schritt: 3. Schritt: Kombination der Allele zu neuem diploiden Organismus Angabe des resultierenden Genotyps und Zuordnung des entsprechenden 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. Betrachtung auf Ebene der Phänotypen: F1: X F2: Seite 4 von 11
5 Betrachtung auf Ebene der Genotypen: F1: X Genotyp:.. Allelsymbol für Merkmal G F1 : rot weiß F2: Genotyp:.... Übertrag in ein Kombinationsquadrat: 1. Schritt: Eintragen: Allel 1 aus Keimzelle von Individuum 1 2. Schritt: Eintragen: Allel 2 aus Keimzelle von Individuum 1 3. Schritt: Eintragen: Allel 1 aus Keimzelle von Individuum 2 4. Schritt: Eintragen: Allel 2 aus Keimzelle von Individuum 2 5. Schritt: Kombination der Allele zu neuem diploiden Organismus pro Quadrat 6. Schritt: Angabe der resultierenden Genotypen und Zuordnung der Phänotypen: Seite 5 von 11
6 Weiterführende Aufgaben: Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Mit Hilfe des folgenden Modellexperiments soll die Vermischung und Kombination des Erbgutes bei der Zygotenbildung verdeutlicht werden. Gehen Sie hierzu wie folgt vor: Mischen Sie die 16 roten und 16 weißen Kugeln (die Farben stehen für die jeweiligen Allele der Blütenfarbe der Wunderblume) in gut durch. Ziehen Sie im Anschluss blind aus dem Sack jeweils 2 Kugeln. Diese Kugeln bilden immer ein Allel-Pärchen. Die Farbkombinationen werden gezählt und in die Liste eingetragen. Geben Sie an, wofür die Kugeln modellhaft stehen. # Allel- Pärchen Genotyp Phänotyp Seite 6 von 11
7 Setzten Sie die jeweiligen Phänotypen der gezogenen F2-Generation ins Verhältnis zueinander. Erklären Sie, warum Sie ein ggf. von Ihren Erwartungen abweichendes Verhältnis erhalten haben und ob dies in der Natur auch auftreten könnte. Erstellen Sie eine Hypothese auf chromosomaler Ebene, durch die sich die eventuelle Abweichung vom theoretischen Idealverhältnis erklären lassen könnte. 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. Die Vererbungsregeln Regel 1: Die Uniformitätsregel Regel 2: Die Spaltungsregel Seite 7 von 11
8 Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler Betrachtung auf Ebene der Phänotypen: P: X F1: Betrachtung auf genetischer Ebene (= Genotyp): P: X Genotyp: rr ww Allelsymbol für Merkmal G P : r w rot weiß r w F1: Genotyp: rw Übertrag in ein Kombinationsquadrat: r w rw 4. Schritt: Angabe des resultierenden Genotyps und Zuordnung des entsprechenden Phänotyps: rw = rosa 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: rw rw Allelsymbol für Merkmal G F1 : r w r w rot weiß r w F2: Genotyp: rr rw rw ww Übertrag in ein Kombinationsquadrat: 6. Schritt: r w r rr rw w rw ww Angabe der resultierenden Genotypen und Zuordnung der entsprechenden Phänotypen: rr = rot, rw = rosa, ww = weiß Seite 9 von 11
10 Weiterführende Aufgaben: Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Die 16 roten und 16 weißen Kugeln werden in dem Sack gut gemischt und im Anschluss jeweils 2 Kugeln blind gezogen. Diese Kugeln bilden immer ein Allel- Pärchen. Die Farbkombinationen werden gezählt und in die Liste eingetragen. Überlegen Sie sich auch, wofür die Kugeln modellhaft stehen. Tabelle = Zufallsexperiment der Schüler Kugeln = Modell für die miteinander verschmelzenden Keimzellen Bestimmen Sie die jeweiligen Phänotypen der gezogenen F2- Generation und setzen Sie diese dann ins Verhältnis zueinander. Entsprechend der Ergebnisse des Zufallsexperiments Überlegen Sie, warum Sie ein ggf. stärker abweichendes Verhältnis erhalten haben und ob dies in der Natur auch auftreten könnte. Zufall bei der Ziehung der Holzkügelchen führt zu ggf. stärkerer Abweichung. In der Natur ist dies wegen des Zufalls bei der Befruchtung (es müssen nicht zwangsläufig die Keimzellen im stochastischen Verhältnis verschmelzen) ebenfalls möglich. Erstellen Sie eine Hypothese auf chromosomaler Ebene, durch die sich die eventuelle Abweichung vom theoretischen Idealverhältnis erklären lassen könnte. Zufall bei der Trennung der homologen Chromosomen in der Anaphase I der Meiose in den heterozygoten Individuen. 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. Seite 10 von 11
11 Hinweise zum Unterricht Zur Aufgabenbearbeitung notwendiges Vorwissen: Fachbegriffe der klassischen Genetik Seite 11 von 11
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