Was sind die Mendelschen Regeln? - Erklärungsversuch 2

Wenn du dich mit der Genetik beschäftigst, wirst du auf Dauer leider nicht an den Mendelschen Regeln vorbeikommen. Sie umfassen die Regeln der Vererbung von Generation zu Generation.

Wenn du dich also fragst, warum ein Kind blonde Haare hat, beide Elternteile jedoch braune Haare; dann pass gut auf, ich werde es dir jetzt erklären.

 

Mitte des 19. Jahrhunderts veröffentlichte Gregor Mendel die Ergebnisse eines eigens durchgeführten Experiments. Dabei kreuzte er reinerbige (homozygote) Pflanzen (um genau zu sein waren es Erbsen) miteinander. Eine Pflanze ist reinerbig, wenn die Vorgänger bzw. Elterngeneration die identischen Erbmerkmale hatten, z.B. die selbe Blütenfarbe, wodurch sich nur eine mögliche Blütenfarbe ergeben kann (nämlich die, der Eltern).
Auf genauere Erklärungen zu homozygoten und heterozygoten Pflanzen kommen wir später noch zurück.

Mendel nutzte in seinem Experiment reinerbige Pflanzen, zum einen mit weißen Blüten, zum anderen mit violetten Blüten und kreuzte diese. Kreuzt man zwei reinerbige Pflanzen, nennt man dies Hybridisierung. Wenn du dir jetzt denkst, dass da nur eine Mischung beider Farben (in dem Fall Pink/Hellrosa) entstehen kann, dann liegst du zwar falsch, aber das können wir ganz schnell ändern.

Ich weiß, dass das jetzt nicht dein Lieblingsteil sein wird, aber erst müssen wir uns noch ein paar Fachbegriffe anschauen, bevor wir das Experiment unter die Lupe nehmen.

Die reinerbigen Pflanzen, die Mendel miteinander kreuzt - also von denen das ganze Experiment ausgeht - ist bei unserem Versuch die Parentalgeneration (auch P-Generation). Dies wird abgeleitet vom englischen Wort "parents" (= Eltern). Die nachfolgenden Generation(en) werden Filialgeneration(en)  (F1-Generation, die darauffolgende F2-Generation usw.) genannt. Natürlich kannst du dir auch das ableiten: "Sohn" heißt im lateinischen nämlich "Filius". Du siehst, wir kommen hier ganz locker durch.

 

Schauen wir uns nun das Experiment einmal näher an. Mendel kreuzte, wie eben angesprochen, reinerbige weißblütige Pflanzen mit reinerbigen violettblütigen Pflanzen. In der Filialgeneration (F1-Generation) sah er nur Pflanzen mit violetten Blüten. Keine der Pflanzen wies weiße Blüten auf. Aber wo war die weiße Farbe hin? War das Erbgut der weißen Farbe etwa verschwunden?

 

Die 1. Mendel'sche Regel (Uniformitätsregel) besagt, dass sich einzelne Individuen der F1-Generation nicht von den anderen Individuen unterscheiden lassen, also sind sie alle identisch zu einander. Damit können wir die "Mischhypothese" widerlegen, denn es gibt keine Blüten mit einer Mischung aus weiß und violett, denn alle Blüten der Pflanzen aus der F1-Generation sind ausnahmslos violett.
Danach kreuzte Mendel jeweils Pflanzen der F1-Generation miteinander. Das Ergebnis war erstaunlich, denn plötzlich waren wieder weiße Blüten zu sehen. Also war der Erbfaktor für weiße Blüten in der F1-Generation gar nicht verschwunden. Das Verhältnis der Blütenfarbe war hierbei 3:1. Also kamen auf jede Pflanze mit weißen Blüten gleich drei Pflanzen mit violetten Blüten. Hier treffen wir auf die 2. Mendel'sche Regel (Spaltungsregel). Diese besagt, dass die unterschiedlichen Merkmalszustände (in dem Fall die Blütenfarbe) immer im Verhältnis 3:1 verteilt sind.

 

Doch woher wissen wir, welcher Merkmalszustand sich durchsetzt? Einer der beiden Merkmalszustände wird sich immer durchsetzen (bei unserem Experiment die violette Farbe). Dieser ist dann dominant. Das Gegenteil hierzu, also der Merkmalszustand, der sich nicht durchsetzen kann, ist rezessiv. Schauen wir uns hierzu das sogenannte Punnet-Quadrat an.

 

Zeichnung des Punnet-Quadrats

 

Die Gene der F1-Generation enthalten also, unabhängig, von ihrem äußeren Erscheinungsbild (Phänotyp), stets die Erbmerkmale beider Elternteile. Man spricht von der genetischen Konstitution (Genotyp -  Im Beispiel unseres Punnet-Quadrats pp, PP oder Pp). Die Erbinformationen sind an einem bestimmten Genort (Locus) in den Chromosomen gespeichert. Wenn demnach verschiedene Varianten für die Entwicklung eines Merkmals möglich sind, spricht man von Allelen, die darüber bestimmen, welches Merkmal entwickelt wird. In einem homologen Chromosomenpaar hat sowohl das Chromosom der Mutter, als auch das des Vaters je ein Allel, das die Erbinformationen enthält.

 

Wenden wir dieses System auf unser Experiment an! Uns liegt eine Blüte der F1-Generation vor. Werfen wir einen Blick auf ein homologes Chromosomenpaar der Blüte.

 

Zeichnung des angesprochenen Chromosomenpaars

 

 

Ein weiterer wichtiger Teil den du zum Thema Mendel kennen solltest, ist das Prinzip der Rückkreuzung. Momentan können wir bei einer Pflanze, von der wir den Genotyp nicht kennen, nicht sagen, ob sie reinerbig (PP) oder mischerbig (Pp) ist. In beiden Fällen setzt sich nämlich die violette Farbe durch.
Um das aber nun rauszufinden kreuzen wir einfach diese Pflanze mit einer reinerbigen weißblütigen Pflanze. Bei der weißblütigen Pflanze kennen wir den Genotyp (pp). Da sich die weiße Farbe niemals durchsetzen wird (rezessiver Erbfaktor), muss die Pflanze reinerbig sein. Bei der Kreuzung könnten nun zwei verschiedene Ergebnisse rauskommen: Entweder ist die gesamte Folgegeneration violettblütig (dann war die Pflanze der P-Generation homozygot) oder wir sehen eine Hälfte mit violetten Blüten und die andere Hälfte mit weißen Blüten (dann war sie heterozygot). Schau dir doch dazu mal unsere Grafik an.

 

Zeichnung zur Rückkreuzung

 

Kommen wir nun zur 3. Mendel'schen Regel (Unabhängigkeitsregel). Mendel achtete bei den Pflanzen lediglich auf die Reinerbigkeit, was die Blütenfarbe betrifft. Daher waren die Nachkommen (F1-Generation) monohybrid (nur eine Hybirdisierung). Zur Unabhängigkeitsregel gelang er durch ein weiteres Experiment. In diesem untersuchte er die Vererbung von Form und Farbe bei Erbsen. Ob die Folgegeneration nun grün oder gelb und rund oder schrumpelig war. Durch die ersten Kreuzungen ergab sich, dass das Allel für die gelbe Farbe (Y = yellow) das dominante ist und das Allel für die grüne Farbe das rezessive (y). Was die Form angeht war das Allel für eine runde Form dominant (R) und das Allel für eine schrumpelige Form rezessiv (r).
Mendel kreuzte wieder zwei reinerbige Erbsenpflanzen miteinander (gelb & rund - YYRR mit grün & schrumpelig - yyrr). Die Pflanzen der F1-Generation sind durch die zwei erkennbaren Merkmale dihybrid. Sie haben nun den Genotyp YyRr, sind also alle gelb und rund.
Betrachten wir nun Mendel's erstes Experiment, müssten wir ja wieder ein 3:1 Verhältnis von gelben, runden Erbsen zu grünen, schrumpeligen Erbsen haben. Doch die einzelnen Merkmale (Form und Farbe) sind unabhängig voneinander, müssen also nicht zwingend gemeinsam auftreten. Durch die Unabhängigkeitsregel können sich auch grüne, runde oder gelbe, schrumpelige Erbsen ergeben. Dies habe ich in einer Grafik für dich verdeutlicht. Das Prinzip ist dir ja nun bekannt.

 

 

Zeichnung des 4x4 Punnet-Quadrats

 

Bei einer Zweifaktorkreuzung sieht das Verhältnis immer 9:3:3:1 aus.

 

Ich habe nun eine kleine Aufgabe für dich erstellt, mit der du dein Wissen testen kannst. Am besten verdeckst du die Lösung, die sich darunter befindet, zunächst.

 

 Aufgabe + Lösung

 

Ich bin mir sicher, dass du jetzt ausreichend informiert bist über die Mendel'schen Regeln und das Prinzip der Vererbung verstanden hast. Falls nicht, dann lies dir die wichtigen Stellen nochmal durch. Ich weiß, dass es sehr komplex ist und man sich manche Sätze mehrmals durchlesen muss, wer kennt das nicht? Ich wünsche dir nun viel Glück mit deinem Wissen, sei es für's Abi oder eine "normale" Klausur erforderlich.

 © Christian Scherpe & Can Ince