Punnettův čtyřúhelník je vizuální zařízení používané ve vědě genetiky k určení, které kombinace genů se mohou vyskytnout při početí. Čtverec Punnett je vyroben z jednoduché čtvercové mřížky rozdělené na mřížku 2x2 (nebo větší). S touto mřížkou a znalostí genotypů obou rodičů mohou vědci objevit potenciální kombinace genů pro potomky a možná dokonce znát některé zděděné vlastnosti.
Krok
Než začnete: Některé důležité definice
"Pokud chcete přeskočit sekci" základy "a přejít rovnou k diskusi o čtyřúhelníku Punnett, klikněte sem."
Krok 1. Pochopte koncept genů
Než se naučíte, jak vytvořit a používat čtyřúhelník Punnett, měli byste znát několik důležitých základů. První je myšlenka, že všechno živé (od drobných mikrobů po obří modré velryby) má „geny“. Geny jsou extrémně složité mikroskopické sekvence instrukcí, které jsou zakódovány téměř do každé buňky v těle všech organismů. Geny jsou zodpovědné za všechny aspekty života organismu, včetně vzhledu, chování a dalších.
Jedním z důležitých konceptů, kterým je třeba při práci s Punnettovými čtyřúhelníky porozumět, je, že „všechno živé dostává své geny od svých rodičů.“Podvědomě si toho možná už jste vědomi. Zamyslete se - nevypadá většina lidí, které znáte, jako jejich rodiče ve vzhledu a chování?
Krok 2. Pochopte pojem sexuální reprodukce
Většina organismů (ne všechny), o kterých v tomto světě víte, plodí potomky prostřednictvím „sexuální reprodukce“. Stav, kdy rodiče mužů a žen darují své příslušné geny k produkci potomků. V tomto případě pochází polovina genů dítěte od obou rodičů. Punnettův čtyřúhelník je v zásadě způsob, jak v grafickém zobrazení ukázat různé možnosti této výměny polovičních genů.
Sexuální reprodukce není jedinou formou reprodukce, která existuje. Některé organismy (například bakterie) se rozmnožují „nepohlavním rozmnožováním“, což je stav, kdy rodiče produkují vlastní děti, bez pomoci partnera. Při asexuální reprodukci pocházejí všechny geny dítěte pouze od jednoho rodiče, což z nich činí víceméně přesné kopie rodiče
Krok 3. Pochopte pojem alely v genetice
Jak bylo uvedeno výše, geny v organismu jsou v podstatě sérií pokynů, které řídí každou buňku v těle, jak přežít. Ve skutečnosti jsou geny na rozdíl od manuálu také rozděleny do kapitol, sekcí a podsekcí, přičemž různé části genu regulují jednotlivé funkce jednotlivě. Pokud se některá z těchto „podsekcí“mezi dvěma organismy liší, budou tyto dva vypadat a chovat se odlišně - například genetické rozdíly způsobí, že jedna osoba bude černá a druhá blonďatá. Tyto různé formy ve stejném genu (lidský gen) se nazývají „alely“.
Protože každé dítě dostane dvě sady genů - každý mužský a ženský rodič - dostane dítě dvě kopie pro každou alelu
Krok 4. Pochopte koncept dominantních a recesivních alel
Alela dítěte nemusí vždy „sdílet“sílu genu. Některé alely, označované jako dominantní alely, se standardně projeví na fyzickém vzhledu a chování dítěte (říkáme jim „vyjádřené“). Jiné alely, nazývané „recesivní“alely, mohou být vyjádřeny pouze tehdy, pokud nejsou spárovány s dominantní alelou, která je schopná „přeběhnout“. Náměstí Punnett se často používá k určení pravděpodobnosti, že dítě dostane dominantní nebo recesivní alelu.
Protože tyto geny mohou být „přeplněny“dominantními ales, recesivní alely bývají exprimovány méně často. Obecně platí, že dítě musí zdědit recesivní alelu od obou rodičů, aby byla alela vyjádřena. Krevní choroby jsou často používaným příkladem recesivního znaku - mějte však na paměti, že recesivní alela neznamená „špatný“
Metoda 1 ze 2: Zobrazování monohybridních (jednogenových) křížů
Krok 1. Vytvořte mřížku 2x2
Nejzákladnější Punnettovy čtverce lze vyrobit poměrně snadno. Začněte nakreslením rovnostranného obdélníku a poté rozdělte interiér na čtyři stejné mřížky. Až budete hotovi, v každém sloupci by měly být dvě mřížky a v každém řádku dvě mřížky.
Krok 2. Použijte písmena k reprezentaci rodičovské nebo zdrojové alely v každém řádku a sloupci
V Punnettově čtyřúhelníku jsou sloupce přiřazeny matkám a řádky otcům nebo naopak. Napište písmena vedle každého řádku a sloupce, která představují každou z otcovských a mateřských alel. Pro dominantní alely použijte velká písmena a pro recesivní alely malá písmena.
S příkladem to bude mnohem snazší pochopit. Řekněme například, že chcete určit pravděpodobnost, že děti konkrétního páru budou moci převracet jazyk. Reprezentujeme to písmeny „R“a „r“- velké písmeno pro dominantní gen a malé písmeno pro recesivní. Pokud by oba rodiče byli heterozygotní (měli jednu kopii každé alely), napsali bychom „R“a „r“podél horní části mřížky mřížky a „R“a „r“podél levé strany mřížky …
Krok 3. Napište písmena pro každou mřížku do řádků a sloupců
Po vyplnění alel od každého rodiče se vyplnění Punnettova náměstí stane snadným. Na každou mřížku napište dvoupísmenné genové kombinace alel otce a matky. Jinými slovy, vezměte písmena z mřížky ve sloupci a řádku a poté je obě napište do spojovacího prázdného pole.
- V tomto příkladu vyplňte naši čtyřúhelníkovou mřížku Punnett následujícím způsobem:
- Pole vlevo nahoře: „RR“
- Pole vpravo nahoře: „Rr“
- Pole vlevo dole: „Rr“
- Rámeček vpravo dole: „rr“
- Všimněte si, že obvykle je nejprve napsána dominantní alela (velké písmeno).
Krok 4. Určete genotyp každého potenciálního potomka
Každé pole vyplněné na náměstí Punnett představuje potomstvo, které mohou mít rodiče. Každý čtverec (a tedy každý potomek) je stejně pravděpodobný - jinými slovy, v mřížce 2x2 existuje 1/4 šance na každé čtyři možnosti. Různé kombinace alel zastoupených v Punnettově čtyřúhelníku se nazývají „genotypy“. Zatímco genotypy představují genetické rozdíly, potomci se nemusí nutně lišit pro každou mřížku (viz kroky níže).
- V našem příkladu Punnettův čtyřúhelník jsou možné genotypy pro potomky těchto dvou rodičů:
- „Dvě dominantní alely“(dvě R)
- „Jedna dominantní a jedna recesivní alela“(R a r)
- „Jedna dominantní a jedna recesivní alela“(R a r) - všimněte si, že s tímto genotypem existují dvě mřížky.
- „Dvě recesivní alely“(dvě r)
Krok 5. Určete fenotyp každého potenciálního potomka
Fenotyp v organismu je skutečný fyzický znak zobrazený na základě jeho genotypu. Některé příklady fenotypů, jako je barva očí, barva vlasů a přítomnost buněk krevních chorob - to jsou fyzické rysy „určené“geny, ale ne skutečné kombinace genů samotných. Fenotyp, který bude mít potenciální potomek, je určen charakteristikami genu. Různé geny budou mít různá pravidla, pokud jde o jejich projev jako fenotyp.
- V našem příkladu řekněme, že gen, který umožňuje člověku otočit jazyk, je dominantní gen. To znamená, že každý potomek bude moci kroutit jazykem, i když dominantní je pouze jedna alela. V tomto případě jsou fenotypy potenciálních potomků:
- Vlevo nahoře: „Dokáže otočit jazyk (dvě R)“
- Vpravo nahoře: „Dokáže otočit jazyk (jedno R)“
- Vlevo dole: „Dokáže otočit jazyk (jedno R)“
- Vpravo dole: „Nelze otočit jazyk (bez R)“
Krok 6. Pomocí mřížky určete pravděpodobnost výskytu různých fenotypů
Jedním z nejběžnějších použití čtyřúhelníku Punnett je určit, jak pravděpodobné je, že potomek bude mít specifický fenotyp. Protože každá mřížka představuje ekvivalentní možný genotyp, můžete najít možné fenotypy tak, že „vydělíte počet mřížek obsahujících daný fenotyp celkovým počtem přítomných mřížek“.
- Punnettův čtyřúhelník v našem příkladu uvádí, že existují čtyři možné kombinace genů pro jakéhokoli potomka, od těchto dvou rodičů. Tři z těchto kombinací vytvářejí potomky schopné přetočit jazyk. Pravděpodobnosti našeho fenotypu jsou tedy:
- Potomstvo schopné rolovat jazyk: 3/4 = „0,75 = 75%“
- Potomci neschopní převrátit jazyk: 1/4 = „0,25 = 25%“
Metoda 2 ze 2: Ukazování Dihybridního kříže (dva geny)
Krok 1. Duplikujte každou stranu základní mřížky 2x2 pro každý další gen
Ne všechny kombinace genů jsou tak snadné jako základní monohybridní (jednogenové) kříže z výše uvedené části. Některé fenotypy jsou určeny více než jedním genem. V tomto případě musíte počítat s každou možnou kombinací, což znamená nakreslit větší mřížku.
- Základní pravidlo čtyřúhelníku Punnett, pokud existuje více než jeden gen, zní: „znásobte každou stranu mřížky pro každý jiný než první gen“. Jinými slovy, protože mřížka jednoho genu je 2x2, mřížka dvou genů je 4x4, mřížka tří genů je 8x8 atd.
- Abychom tento koncept snáze pochopili, pojďme se podívat na příklad problému dvou genů. To znamená, že musíme nakreslit mřížku „4x4“. Pojmy v této části platí také pro tři nebo více genů - tento problém jednoduše vyžaduje větší mřížku a další práci.
Krok 2. Přiřaďte přispívající rodičovské geny
Dále najděte geny, které oba rodiče sdílejí pro studovanou charakteristiku. Kvůli mnoha zapojeným genům dostane genotyp každého rodiče kromě prvního ještě dvě písmena pro každý gen - se slovem latka, čtyři písmena pro dva geny, šest písmen pro tři geny atd. Může být užitečné napsat genotyp matky na horní část mřížky a genotyp otce vlevo (nebo naopak) jako vizuální připomínku.
Pro ilustraci tohoto konfliktu použijme klasický příklad. Rostlina hrachu může mít hladké nebo vrásčité fazole, žluté nebo zelené barvy. Hladké a žluté jsou dominantní rysy. V tomto případě použijte M a m k reprezentaci dominantní a recesivní pro hladkost a K a k pro žlutost. Řekněme, že matka má genotyp „MmKk“a otcův gen má genotyp „MmKK“
Krok 3. Napište různé kombinace genů podél horní a levé strany
Nyní si do horního řádku mřížky a nalevo od úplně levého sloupce zapište různé alely, kterými by mohl přispět každý rodič. Stejně jako při jednání s jediným genem je každá alela stejně pravděpodobně dědičná. Protože však existuje tolik genů, každý sloupec a řádek získá více než jedno písmeno: dvě písmena pro dva geny, tři písmena pro tři geny atd.
- V tomto příkladu musíme uvést různé kombinace genů, které mohou rodiče zdědit ze svého genotypu MmKk. Pokud máme gen MmKk od matky podél horní mřížky a otcův gen MmKk v levé mřížce, pak alely pro každý gen jsou:
- Podél horní mřížky: „MK, Mk, mK, mk“
- Dole na levé straně: „MK, MK, mK, mK“
Krok 4. Vyplňte každou mřížku každou kombinací alel
Vyplňte mřížku, jako když pracujete s jediným genem. Tentokrát však bude mít každá mřížka kromě prvního ještě dvě písmena pro každý gen: čtyři písmena pro dva geny, šest písmen pro tři geny. Obecně platí, že počet písmen v každé mřížce by se měl rovnat počtu písmen v genotypu každého rodiče.
- V tomto příkladu naplníme stávající mřížku následujícím způsobem:
- Horní řádek: „MMKK, MMKk, MmKK, MmKk“
- Druhý řádek: „MMKK, MMKk, MmKK, MmKk“
- Třetí řádek: „MmKK, MmKk, mmKK, mmKk“
- Dolní řada: „MmKK, MmKk, mmKK, mmKk“
Krok 5. Najděte fenotyp pro každé potenciální potomstvo
Když čelíme více genům, každá mřížka v Punnettově čtyřúhelníku stále představuje genotyp pro každé potenciální potomstvo - existuje více možností než jeden gen. Fenotyp pro každou mřížku opět závisí na přesném genu, se kterým se zachází. Obecně však platí, že dominantní znaky potřebují k vyjádření pouze jednu alelu, zatímco recesivní znaky vyžadují „všechny“recesivní alely.
- V tomto případě, protože hladkost (M) a nažloutlost (K) jsou dominantními rysy nebo rysy rostliny hrachu v tomto příkladu, každá mřížka obsahující alespoň jeden kapitál M představuje rostlinu s hladkým fenotypem a každá mřížka obsahující alespoň jeden velký K představuje plodinu.žlutý fenotyp. Vrásčité rostliny potřebují dvě malé alely s a zelené rostliny dvě malé alely k. Z této podmínky získáme:
- Horní řada: „Bezešvé/žluté, bezešvé/žluté, hladké/žluté, bezešvé/žluté“
- Druhá řada: „Bezešvé/žluté, hladké/žluté, hladké/žluté, hladké/žluté“
- Třetí řádek: „Hladký/žlutý, Hladký/žlutý, vrásčitý/žlutý, vrásčitý/žlutý“
- Dolní řada: „Hladká/žlutá, Hladká/žlutá, vrásčitá/žlutá, vrásčitá/žlutá“
Krok 6. Pomocí mřížky určete pravděpodobnost každého fenotypu
Použijte stejnou techniku jako při jednání s jediným genem k nalezení pravděpodobnosti, že každý potomek od obou rodičů může mít jiný fenotyp. Jinými slovy, počet mřížek obsahujících fenotyp dělený celkovým počtem mřížek se rovná pravděpodobnosti pro každý fenotyp.
- V tomto případě jsou pravděpodobnosti pro každý fenotyp následující:
- Potomstvo je hladké a žluté: 12/16 = „3/4 = 0,75 = 75%“
- Potomstvo je vrásčité a žluté: 4/16 = „1/4 = 0,25 = 25%“
- Potomstvo je hladké a zelené: 0/16 = „0%“
- Potomstvo charakterizované vráskami a zeleně: 0/16 = „0%“
- Všimněte si toho, protože protože není možné, aby každý potomek měl dvě recesivní alely k, ani jeden z potomků není zelený (0%).
Tipy
- Ve spěchu? Zkuste použít čtyřbokou online kalkulačku Punnett (například v této), která je schopna vytvořit a vyplnit čtvercovou mřížku Punnett na základě zadaných rodičovských genů.
- Recesivní rysy obecně nejsou tak běžné jako dominantní rysy. Existují však situace, kdy tento vzácný rys může zvýšit kondici organismu, a tak se díky přirozenému výběru více rozšířit. Například recesivní rys, který způsobuje dědičná onemocnění krve, také poskytuje imunitu vůči malárii, což je nezbytné v tropickém podnebí.
- Ne všechny geny mají pouze dva fenotypy. Například existuje několik genů, které mají oddělené fenotypy pro heterozygotní kombinace (jeden dominantní, jeden recesivní).
