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Inhaltsverzeichnis

Liebe Schülerinnen und Schüler, das folgende Material ermöglicht im Selbststudium

- die Wiederholung der klassischen Genetik aus der Jahrgangsstufe 9 sowie - die Vorbereitung auf die Besprechung von Koppelungsbrüchen in der Q1.

Sie brauchen nichts weiter als Ihre Aufzeichnungen aus der Jahrgangsstufe 9, ein Biologiebuch für die Mittelstufe oder die Möglichkeit, im Internet wesentliche Begriffe zu recherchieren. Die dargestellten Erbgänge bauen in Inhalt und Komplexität aufeinander auf. Es empfiehlt sich daher, die Aufgaben der Reihe nach zu bearbeiten. Viel Erfolg! Seite Thema

1 Inhaltsverzeichnis

2 Mendel, Morgan und Drosophila / Liste der verwendeten Merkmale/ Chromosomenschreibweise

3 Glossar wichtiger Begriffe

4 Monohybrider, dominant-rezessiver Erbgang P-F1

5 Monohybrider, dominant-rezessiver Erbgang F1-F2

6 Rückkreuzung

7 Dihybrider, ungekoppelter, dominant-rezessiver Erbgang P-F2

8 Monohybrider, intermediärer Erbgang P-F2

9 Dihybrider, ungekoppelter, dominant-rezessiver + intermediärer Erbgang P-F2

10 Geschlechtsgebundener, dominant-rezessiver Erbgang 1

11 Geschlechtsgebundener, dominant-rezessiver Erbgang 2

12 Dihybrider, gekoppelter, dominant-rezessiver Erbgang

13 Trihybrider, ungekoppelter, dominant-rezessiver Erbgang

14 Trihybrider, gekoppelter, dominant-rezessiver Erbgang

15 Übersicht

16 Übung

8 + 9 + 16 Weitergehendes Material für besonders Interessierte



MENDEL, MORGAN und Drosophila

Gregor Johann MENDEL (1822 - 1884) war ein bedeutender Naturforscher, der die nach ihm benannten MENDELschen Regeln der Vererbung entdeckte. Er wird daher als „Vater der Genetik“ bezeichnet. Mendel war Mönch. 1856 begann er im Garten des Klosters mit systematischen Kreuzungsexperimenten. Als Untersuchungsobjekt wählte er sorgfältig ausgewählte Sorten der Erbse. Etwa zehn Jahre später erschienen die ersten Veröffentlichungen mit seinen Ergebnissen. Ihre Bedeutung für die genetische Forschung wurde von seinen Zeitgenossen nicht erkannt. Die MENDELschen Regeln wurden vergessen. Seit ihrer Wiederentdeckung am Anfang des 20. Jahrhunderts gehören sie zum Lehrplan von Schülerinnen und Schülern. In dieser Selbstlerneinheit werden die MENDELschen Regeln nicht am Beispiel der Erbse wiederholt, sondern anhand der Taufliege Drosophila. Die Taufliege wurde von Thomas Hunt MORGAN (1866-1945) als Modellorganismus in die genetische Forschung eingeführt. Mithilfe zahlreicher Kreuzungsexperimente gelang MORGAN die Aufklärung der grundlegenden Struktur der Chromosomen. Er entdeckte, dass die Erbanlagen nacheinander auf den Chromosomen liegen und ermittelte ihre Reihenfolge und Abstände zueinander. Seine Ergebnisse fasste er in Chromosomenkarten (Genkarten) zusammen. 1933 erhielt er für seine Forschungen den Nobelpreis. 1910 begann MORGAN die Taufliege Drosophila melanogaster im Labor zu züchten und systematisch im Rahmen von genetischen Fragestellungen zu untersuchen. Drosophila war ursprünglich eine tropische und subtropische Art. Sie hat sich jedoch mit dem Menschen gemeinsam über die ganze Welt verbreitet. Die Weibchen sind etwa 2,5 Millimeter lang, die Männchen etwas kleiner. Beide Geschlechter sind leicht an ihrem Hinterleib zu unterscheiden. Als Modellorganismen für genetische Versuche hat sich die Taufliege bewährt. Sie ist unproblematisch in der Haltung, benötigt wenig Platz, bekommt viele Nachlkommen und hat eine kurze Generationsdauer. Außerdem besitzt sie eine Vielzahl phänotypisch gut sichtbarer, genetisch fixierter Unterschiede.

G. J. Mendel Th. H. Morgan Drosophila melanogaster

Liste der verwendeten Merkmale

Merkmal englische Bezeichnung

Symbol Verortung im Genom

weiße Augen white w Chromosom I kleine Augen Lobe L Chromosom II schwarze Körperfarbe black b Chromosom II Stummelflügel vestigial vg Chromosom II kurze Flügel short wings sh Chromosom III haarlos Hairless H Chromosom III augenlos eyeless ey Chromosom IV

Chromosomenschreibweise Allele liegen auf Chromosomen! Jedes Allel wird seinem Chromosom (-) zugeordnet. Symbol für das Y-Chromosom: ¬

homozygot:

A = A

oder

a = a

heterozygot:

A = a

hemizygot:

a ¬

Die Reihenfolge der Allele ist nicht relevant. Allele, die auf demselben Chromosom liegen (= gekoppelte Allele), werden auf einen gemeinsamen Bruchstrich geschrieben.

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Wichtige Fachbegriffe

1. Wiederholen Sie die Bedeutung der folgenden Fachbegriffe!

Fachsprache Bedeutung des Fachbegriffs

Allel

Anlage

Chromosom

dominant

Filialgeneration

F1

F2

Gen

Genotyp

Geschlechtschromosom

geschlechtsgebundene

Vererbung

heterozygot

homozygot

intermediär

kodominant

mischerbig

Parentalgeneration

P

Phänotyp

reinerbig

rezessiv

2. Wiederholen Sie die drei MENDELschen Regeln!

1.

2.

3.



Der monohybride, dominant-rezessive Erbgang

Ein Drosophila-Weibchen mit kurzen Flügeln wird mit einem Wildtyp-Männchen gekreuzt. Alle Nachkommen der F1-Generation entsprechen phänotypisch dem Vater.

x

Abb. 1: Monohybrider, dominant-rezessiver Erbgang

Tabelle 1: Merkmale und Anlagen

Merkmal Möglichkeiten für das Merkmal

Symbol für die Anlage Symbol für die Allele der Anlage

Darstellung als Kreuzungsschema Darstellung als Rekombinationsquadrat

♂ ♀

Aufgaben

1. Veranschaulichen Sie in Abbildung1 den Phänotyp der Mutante! 2. Leiten Sie aus dem Material den Vererbungsmodus des Merkmals ‚Flügellänge’ ab! Ergänzen Sie die Angaben

in Tabelle 1! 3. Wiederholen Sie die 1. MENDELsche Regel! Analysieren Sie auf dieser Grundlage den Erbgang! Ergänzen Sie

die Genotypen der Eltern und der F1 sowie die Allele in den Keimzellen sowohl im Kreuzungsschema als auch im Rekombinationsquadrat! Kennzeichen Sie in beiden Darstellungen die Parental (P)- sowie die erste Filialgeneration (F1)!

4. Ermitteln Sie a) das Verhältnis der Phänotypen (Mutante, Wildtyp) sowie b) das Verhältnis der Heterozygoten und Homozygoten in der Tochtergeneration!



Der monohybride, dominant-rezessive Erbgang

Die Nachkommen (F1-Generation) des Drosophila-Weibchens mit kurzen Flügeln und des Wildtyp-Männchens werden miteinander gekreuzt.

x

Abb. 1: Monohybrider, dominant-rezessiver Erbgang F1-Generation




Darstellung als Kreuzungsschema Darstellung als Rekombinationsquadrat

♂ ♀

Aufgaben

1. Berücksichtigen Sie die Informationen aus dem Kreuzungsansatz der Eltern (Seite 4)! 2. Geben Sie den Vererbungsmodus des Merkmals ‚Flügellänge’ an! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1! 3. Wiederholen Sie die 2. MENDELsche Regel! Analysieren Sie auf dieser Grundlage den Erbgang! Ergänzen Sie

die Genotypen der F1 und der F2 sowie die Allele in den Keimzellen sowohl im Kreuzungsschema als auch im Rekombinationsquadrat! Kennzeichen Sie in beiden Darstellungen die erste Filialgeneration (F1)- sowie die zweite Filialgeneration (F2)!

4. Ermitteln Sie a) das Verhältnis der Phänotypen (Mutante, Wildtyp) sowie b) das Verhältnis der Heterozygoten und Homozygoten in beiden Tochtergenerationen!



Rückkreuzung

Die Kreuzung eines Individuums mit dominantem Allel im Phänotyp mit einem reinerbig rezessiven Partner ermöglicht eine Aussage darüber, ob das Individuum reinerbig oder mischerbig für das Allel ist. Diesen Test auf Reinerbigkeit nennt man Rückkreuzung.

Nachkommen (F1, F2) aus der Kreuzung eines Drosophila-Weibchens mit kurzen Flügeln und eines Wildtyp-Männchens werden mit einem reinerbig rezessiven Individuum gekreuzt:

x

Abb. 1: Rückkreuzung




Darstellung als Rekombinationsquadrat (1)

dominantes Allel liegt homozygot vor

Darstellung als Rekombinationsquadrat

dominantes Allel liegt heterozygot vor

♂ ♀

♂ ♀

Aufgaben

1. Kreuzen Sie ein homozygotes Tier mit dem dominanten Allel im Phänotyp mit einem reinerbig rezessiven! Verfahren Sie entsprechend mit einem heterozygoten! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1 und den Rekombinationsquadraten!

2. Vergleichen Sie die beiden Ergebnisse! Geben Sie dazu das Verhältnis der Phänotypen und das Genotypenverhältnis an!

3. Formulieren Sie die Ergebnisse dieser Kreuzungen als ‚Wenn …, dann…‘-Beziehung!



Der dihybride, ungekoppelte, dominant-rezessive Erbgang

Ein Drosophila-Weibchen mit kurzen Flügeln und weißen Augen wird mit einem Wildtyp-Männchen gekreuzt. Alle Nachkommen der F1-Generation entsprechen phänotypisch dem Vater.

x

Abb. 1: Dihybrider, ungekoppelter, dominant-rezessiver Erbgang




Darstellung als Kreuzungsschema


♂ ♀

Aufgaben

1. Leiten Sie aus dem Material den Vererbungsmodus der Merkmale ‚Flügellänge’ und ‚weiße Augenfarbe‘ ab! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1!

2. Wiederholen Sie die 1. MENDELsche Regel! Analysieren Sie auf dieser Grundlage den Erbgang! Ergänzen Sie die Genotypen der Eltern und der F1 sowie die Allele in den Keimzellen sowohl im Kreuzungsschema als auch im Rekombinationsquadrat! Kennzeichen Sie in beiden Darstellungen die Parental (P)- sowie die erste Filialgeneration (F1)!

3. Ermitteln Sie a) das Verhältnis der Phänotypen (Mutante, Wildtyp) sowie b) das Verhältnis der Heterozygoten und Homozygoten in der ersten Tochtergenerationen!

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Der dihybride, ungekoppelte, dominant-rezessive Erbgang

Die Nachkommen (F1-Generation) des Drosophila-Weibchens mit kurzen Flügeln und weißen Augen und des Wildtyp-Männchens werden miteinander gekreuzt.

x

Abb. 1: Dihybrider, ungekoppelter, dominant-rezessiver Erbgang (Größe nicht maßstabsgerecht)





Darstellung als Rekombinationsquadrat (F2)

♂ ♀

Aufgaben

1. Berücksichtigen Sie die Informationen aus dem Kreuzungsansatz der Eltern (Seite 7-1)! 2. Ergänzen Sie die Genotypen der F1 und der F2 sowie die Allele in den Keimzellen sowohl im Kreuzungsschema

als auch im Rekombinationsquadrat! Kennzeichen Sie in beiden Darstellungen die erste Filialgeneration (F1)- sowie die zweite Filialgeneration (F2)!

3. Ermitteln Sie a) das Verhältnis der Phänotypen (Mutante, Wildtyp) sowie b) das Genotypenverhältnis (Verhältnis der Heterozygoten und Homozygoten) in beiden Tochtergenerationen!



Der monohybride, intermediäre Erbgang

Kreuzt man reinerbig rot blühende mit weiß blühenden Pflanzen, so blühen alle Nachkommen der F1-Generation rosa.

X

Abb. 1: Monohybrider, intermediärer Erbgang





♂ ♀


♂ ♀

Aufgaben

1. Leiten Sie aus dem Material den Vererbungsmodus des Merkmals ‚Blütenfarbe’ ab! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1!

2. Ergänzen Sie die Genotypen der Eltern, der F1- und der F2-Generation sowie die Allele in den Rekombinationsquadraten! Kennzeichen Sie in den Darstellungen die Parental (P)- sowie die erste und zweite Filialgeneration (F1+ F2)!

3. Vergleichen Sie die beiden Ergebnisse für den dominant-rezessiven und den intermediären Erbgang! Geben Sie dazu das Verhältnis der Phänotypen und das Genotypenverhältnis an!

4. Formulieren Sie die Ergebnisse dieser Kreuzungen als ‚Wenn …, dann…‘-Beziehung!



Der dihybride, ungekoppelte, dominant-rezessive und kodominante Erbgang

Vererbung der Blutgruppen beim Menschen

Das Merkmal Blutgruppe 0 ist rezessiv, die Merkmale A und B sind dominant und gleich stark. In einer Vaterschaftsklage sucht ein Kind mit der Blutgruppe 0 seinen leiblichen Vater. Es kommen zwei potenzielle Väter infrage; der erste hat die Blutgruppe B, der zweite die Blutgruppe AB. Die Mutter hat Blutgruppe A. Gesucht wird der leibliche Vater!


Merkmal (Blutgruppe)

Mutter A Kind 0

Vater 1 B Vater 2 AB



Darstellung als Rekombinationsquadrat Darstellung als Rekombinationsquadrat

♂ ♀

♂ ♀

Aufgaben

1. Leiten Sie aus dem Material die Vererbung der Blutgruppenmerkmale an das Kind ab! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1!

2. Ergänzen Sie die Genotypen der Eltern sowie die möglichen Genotypen des Kindes in den Rekombinationsquadraten! Kennzeichen Sie in den Darstellungen die Parental (P)- sowie die Filialgeneration!

3. Stellen Sie begründet dar: Welcher der beiden Männer ist der leibliche Vater? 4. Vergleichen Sie die drei unterschiedlichen Erbgänge: dominant-rezessiv, kodominant und intermediär.



Der geschlechtsgebundene, monohybride, dominant-rezessive Erbgang

Kreuzung 1: Ein reinerbiges Drosophila-Weibchen mit weißen Augen wird mit einem reinerbigen Wildtyp-Männchen mit roten Augen gekreuzt. Alle weiblichen Nachkommen der F1-Generation entsprechen phänotypisch dem Vater, alle männlichen Nachkommen der Mutter. Kreuzung 2: Die F1–Nachkommen aus Kreuzung 1 werden miteinander gekreuzt. In der F2-Generation treten männliche und weibliche Tiere mit roten oder weißen Augen auf.

x

x

Kreuzung 1 Kreuzung 2




Rekombinationsquadrat für Kreuzung 1

♂ ♀


♂ ♀

Aufgaben

1. Leiten Sie aus dem Material den Vererbungsmodus des Merkmals ‚weiße Augen’ ab! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1!

2. Reaktivieren Sie Ihre Kenntnisse über die geschlechtsgebundene Vererbung! Entwickeln Sie auf dieser Grundlage eine Hypothese über den Erbgang!

3. Überprüfen Sie Ihre Hypothese mithilfe von Kreuzungsschemata! Kennzeichen Sie in den Darstellungen die Parental (P)- sowie die erste und zweite Filialgeneration!

4. Ermitteln Sie a) das Verhältnis der Phänotypen (Mutante, Wildtyp) sowie b) das Verhältnis der Heterozygoten und Homozygoten in den Tochtergenerationen!



Der geschlechtsgebundene, monohybride, dominant-rezessive Erbgang

Kreuzung 3: Ein reinerbiges Drosophila-Wildtyp-Weibchen mit roten Augen wird mit einem reinerbigen, weißäugigen Männchen gekreuzt. Alle Nachkommen der F1-Generation entsprechen phänotypisch der Mutter. Kreuzung 4: Die F1–Nachkommen aus Kreuzung 3 werden miteinander gekreuzt. In der F2-Generation treten männliche Tiere mit roten und weißen Augen und weibliche Tiere mit roten Augen auf.

x

x

Kreuzung 3 Kreuzung 4





♂ ♀


♂ ♀

Aufgaben

1. Leiten Sie aus dem Material den Vererbungsmodus des Merkmals ‚weiße Augen’ ab! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1!

2. Reaktivieren Sie Ihre Kenntnisse über die geschlechtsgebundene Vererbung! Entwickeln Sie auf dieser Grundlage eine Hypothese über den Erbgang!

3. Überprüfen Sie Ihre Hypothese mithilfe von Kreuzungsschemata! Kennzeichen Sie in den Darstellungen die Parental (P)- sowie die erste und zweite Filialgeneration!




Der dihybride, gekoppelte, dominant-rezessive Erbgang

Die Fruchtfliege Drosophila weist in ihrem Phänotyp mehrere hundert Merkmale auf, besitzt aber in ihren Zellkernen nur jeweils vier Chromosomenpaare. Da ein Chromosom bei der Meiose als Ganzheit weiter gegeben wird, werden auch alle auf diesem Chromosom liegenden Anlagen zusammen vererbt. Derartige auf einem Chromosom verortete Anlagen nennt man eine Koppelungsgruppe. Die Anlagen für die Merkmale Körperfarbe und Flügelform liegen zusammen auf Chromosom II, sie gehören zu einer Koppelungsgruppe.

Kreuzung 1: Ein Drosophila-Wildtyp-Männchen wird mit einem schwarzen Weibchen mit Stummelflügeln gekreuzt. Alle Nachkommen der F1-Generation entsprechen phänotypisch dem Vater.

Kreuzung 2: Die F1–Nachkommen aus Kreuzung 1 werden miteinander gekreuzt. In der F2-Generation tauchen die Phänotypen der P-Generation unabhängig vom Geschlecht im Verhältnis 1:3 auf.

x

x

1 : 3 Kreuzung 1 Kreuzung 2


Merkmale Möglichkeiten für die Merkmale

Symbole für die Anlagen

Symbole für die Allele der Anlagen

X

X


♂ ♀


♂ ♀

Aufgaben

1. Leiten Sie aus dem Material den Vererbungsmodus der Merkmale ‚Körperfarbe und Flügelform’ ab! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1!

2. Wiederholen Sie die drei MENDELschen Regeln! Entwickeln Sie auf dieser Grundlage eine Hypothese über den Erbgang!

3. Überprüfen Sie Ihre Hypothese mithilfe von Kreuzungsschemata! Kennzeichen Sie in beiden Darstellungen die Parental (P)- sowie die erste und zweite Filialgeneration (F1 + F2)!




Der trihybride, ungekoppelte, dominant-rezessive Erbgang

Kreuzung 1: Ein Drosophila-Wildtyp-Weibchen wird mit einem schwarzen, kurzflügeligen Männchen ohne Augen ge-kreuzt. Alle Nachkommen der F1-Generation entsprechen phänotypisch der Mutter.

Kreuzung 2: Die F1–Nachkommen aus Kreuzung 1 werden miteinander gekreuzt. In der F2-Generation tauchen acht verschiedene Phänotypen in unterschiedlicher Häufigkeit auf. Tabelle 1: Merkmale und Anlagen




Wildtyp + Körperfarbe schwarz/black +/b b Wildtyp + Flügellänge kurz/short wings +/sh sh mit/Wildtyp + Augen augenlos/eyeless +/ey ey

+ + +

X b sh ey


♂ ♀

b sh ey b sh ey

+ + +

+ + +

X

Rekombinationsquadrat für Kreuzung 2 ♂ ♀

Aufgaben

1. Leiten Sie aus dem Material den Vererbungsmodus der Merkmale ‚Körperfarbe, Flügellänge und Augen’ ab! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1!

2. Wiederholen Sie die drei MENDEL-schen Regeln! Entwickeln Sie auf dieser Grundlage eine Hypothese über den Erbgang!

3. Überprüfen Sie Ihre Hypothese mithilfe von Kreuzungsschemata! Kennzeichen Sie in beiden Dar-stellungen die Parental (P)- sowie die erste und zweite Filialgeneration!




Der trihybride, gekoppelte, dominant-rezessive Erbgang

Kreuzung 1: Ein reinerbiges Drosophila-Wildtyp-Männchen mit kleinen Augen wird mit einem reinerbigen, schwarzen, stummelflügeligen Weibchen mit normalgroßen Augen gekreuzt. Alle Nachkommen der F1-Generation entsprechen phänotypisch dem Vater.

Kreuzung 2: Die F1–Nachkommen aus Kreuzung 1 werden miteinander gekreuzt. In der F2-Generation tauchen nur die beiden Phänotypen aus der P-Generation im Verhältnis 3:1 wieder auf. Tabelle 1: Merkmale und Anlagen




X


♂ ♀

X


♂ ♀

Aufgaben

1. Leiten Sie aus dem Material den Vererbungsmodus der Merkmale ‚Körperfarbe, Flügelform und Augengröße’ ab! Ergänzen Sie die Angaben in Tabelle 1!

2. Wiederholen Sie die drei MENDELschen Regeln! Entwickeln Sie auf dieser Grundlage eine Hypothese über den Erbgang!

3. Überprüfen Sie Ihre Hypothese mithilfe von Kreuzungsschemata! Kennzeichen Sie in beiden Darstellungen die Parental (P)- sowie die erste und zweite Filialgeneration!




Übersicht

Ergänzen Sie auf der Grundlage Ihrer Wiederholungen die folgende Tabelle!

Erbgang

(jeweils dominant-rezessiv)

Zahlenverhältnis der Phänotypen in der F2 nach Kreuzung von zwei heterozygoten Individuen (F1 x F1)

Monohybrider ...

3:1

Ungekoppelter dihybrider ...

Gekoppelter dihybrider ...

3:1

Ungekoppelter trihybrider ...

Gekoppelter trihybrider ...

3:1



Übung

Vergissmeinnicht! Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt der Nachkommen in der F2-Generation:

Abb. Vergissmeinnicht (Quelle: Wikimedia commons - Photograph by S. Metzing-Blau)

Aufgaben Momentan sind blaublühende Vergissmeinnicht mit weißen Blütenblattstreifen der absolute Verkaufsschlager im Gartenzentrum. Deshalb sollen von dieser Variante möglichst viele gezüchtet werden. Zur Verfügung stehen Ihnen die Phänotypen der F2-Genaration und deren Samen (vgl. Abbildung).

1. Analysieren Sie die Abbildung und entwickeln Sie auf der Grundlage Ihrer Kenntnisse eine begründete Hypothese für den Erbgang!

2. Überprüfen Sie Ihre Hypothese! 3. Ermitteln Sie a) den Erbgang, b) das Verhältnis der Phänotypen und c) das Genotypenverhältnis in den

Tochter-Generationen! 4. Mit welchen Samen werden Sie fortfahren, um maximalen Gewinn zu erzielen?






♂ ♀

♂ ♀

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