Gregor Johann Mendel: Der Vater der Genetik

Gregor Johann Mendel $1822-1884$ war ein Augustinermönch und Abt der Abtei St. Thomas. Seine Leidenschaft für die Gärtnerei, die er seit seiner Kindheit pflegte, legte den Grundstein für seine bahnbrechenden Entdeckungen in der Genetik.

Vocabulary: Abt - Der Vorsteher eines Klosters

Mendels Forschung basierte auf achtjährigen Experimenten mit Erbsenpflanzen im Klostergarten. Diese Arbeit führte zur Formulierung von drei Vererbungsregeln, die bis heute Anwendung finden.

Example: Die Gregor Mendel Erbsen Experiment umfassten die Kreuzung verschiedener Erbsensorten und die genaue Beobachtung der Merkmale in den nachfolgenden Generationen.

Highlight: Mendels Beitritt zum Kloster erfolgte aus finanzieller Not, was zeigt, wie unerwartete Lebensumstände zu großen wissenschaftlichen Entdeckungen führen können.

Generationslehre: Die Basis zum Verständnis der Mendelschen Regeln

Die Generationslehre ist ein grundlegendes Konzept, das man verstehen muss, bevor man sich mit den Mendelschen Regeln befasst. Sie erklärt, wie Generationen in genetischen Studien bezeichnet werden.

Definition: Die Parentalgeneration $P$ ist die Ausgangsgeneration in einem Kreuzungsexperiment.

Die nachfolgenden Generationen werden als Filialgenerationen bezeichnet:

• F1: Erste Filialgeneration oder erste Tochtergeneration
• F2: Zweite Filialgeneration
• F3, F4, usw.: Folgende Generationen

Highlight: Das Verständnis der Generationsabfolge ist entscheidend für die Interpretation von Vererbungsmustern in genetischen Experimenten.

1. Mendelsche Regel: Die Uniformitätsregel

Die 1. Mendelsche Regel einfach erklärt lautet: "Kreuzt man zwei Individuen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, aber jeweils reinerbig sind, dann sind die Nachkommen alle uniform."

Diese Regel beschreibt, was passiert, wenn zwei Organismen mit unterschiedlichen, aber reinerbigen Merkmalen gekreuzt werden:

• "In einem Merkmal unterscheiden" bedeutet, dass ein Individuum z.B. rote Blüten hat, während das andere weiße Blüten hat.
• "Jeweils reinerbig" heißt, dass die Eltern des jeweiligen Individuums die gleiche Blütenfarbe haben.
• "Die Nachkommen sind uniform" bedeutet, dass alle Individuen der F1-Generation die gleiche Blütenfarbe aufweisen.

Example: Bei der Kreuzung einer reinerbig rotblühenden mit einer reinerbig weißblühenden Erbsenpflanze sind alle Nachkommen in der F1-Generation gleichartig $uniform$.

Die Auswirkungen dieser Regel können sich in zwei Erbgängen zeigen:

1. Dominant-rezessiver Erbgang: Das dominante Merkmal setzt sich durch, z.B. rote Blüten.
2. Kodominanter Erbgang: Es entsteht eine Mischform der Attribute, z.B. rosafarbene Blüten.

Highlight: Die Uniformitätsregel zeigt, dass in der ersten Nachkommengeneration oft nur ein Merkmal sichtbar ist, auch wenn beide Eltern unterschiedliche Merkmale trugen.

2. Mendelsche Regel: Die Spaltungsregel

Die 2. Mendelsche Regel einfach erklärt besagt: "Wenn zwei gleichartig heterozygote Individuen gekreuzt werden, sind die Nachkommen nicht mehr uniform, sondern spalten sich sowohl im Genotyp als auch im Phänotyp auf."

Diese Regel erklärt die Aufspaltung von Merkmalen in der F2-Generation:

• "Gleichartig heterozygote Individuen" bedeutet, dass beide Eltern die gleichen Erbanlagen für ein Merkmal haben, aber zwei verschiedene Ausprägungen dieses Merkmals tragen.
• Die Nachkommen sind nicht mehr einheitlich, sondern zeigen eine Vielfalt sowohl in ihren Genen $Genotyp$ als auch in ihrem Erscheinungsbild $Phänotyp$.

Vocabulary:

• Genotyp: Die genetische Zusammensetzung eines Organismus
• Phänotyp: Das äußere Erscheinungsbild eines Organismus

Die prozentuale Verteilung der Merkmale hängt vom Erbgang ab:

1. Dominant-rezessiver Erbgang: 25% reinerbig mit rezessivem Allel $z.B. weiße Blüten$ 75% mit dominantem Merkmal im Phänotyp $z.B. rote Blüten$ davon 25% reinerbig dominant 50% mischerbig
2. Intermediärer Erbgang: 25% reinerbig dominant 25% reinerbig rezessiv 50% mischerbig mit Mischform im Phänotyp
3. Kodominanter Erbgang: 25% reinerbig dominant 25% reinerbig rezessiv 50% mischerbig mit Ausprägung beider Merkmale $z.B. Blutgruppe AB$

Example: Bei der Kreuzung zweier rotblühender Erbsenpflanzen, die beide das Gen für weiße Blüten tragen, können in der F2-Generation sowohl rot- als auch weißblühende Pflanzen auftreten.

Highlight: Die Spaltungsregel erklärt, warum in späteren Generationen oft Merkmale wieder auftauchen, die in der F1-Generation nicht sichtbar waren.

3. Mendelsche Regel: Die Unabhängigkeitsregel

Die 3. Mendelsche Regel einfach erklärt lautet: "Werden zwei betrachtete Merkmale, die gleichzeitig vorhanden sind, vererbt, so geschieht das unabhängig voneinander. Das gilt aber nur, wenn sich die verantwortlichen Gene auf unterschiedlichen Chromosomen befinden oder auf dem Chromosom weit genug entfernt sind, dass sie durch ein Crossing-over getrennt werden können."

Diese Regel beschreibt die unabhängige Vererbung verschiedener Merkmale:

• "Zwei betrachtete Merkmale, die gleichzeitig vorhanden sind" bezieht sich auf Eigenschaften, die nicht miteinander in Verbindung stehen, wie z.B. Größe und Haarfarbe.
• Die unabhängige Vererbung bedeutet, dass man beispielsweise die Schuhgröße von der Mutter und die Körpergröße vom Vater erben kann.

Vocabulary: Crossing-over - Ein Vorgang, bei dem genetisches Material zwischen homologen Chromosomen ausgetauscht wird.

Die prozentuale Verteilung der Merkmale hängt auch hier vom Erbgang ab. Beim dominant-rezessiven Erbgang gibt es neun verschiedene Genotypen mit folgender Verteilung:

• 9/16 Fälle: Beide dominanten Merkmale setzen sich durch
• 6/16 Fälle: Ein dominantes und ein rezessives Merkmal setzen sich durch
• 1/16 Fälle: Beide rezessiven Merkmale setzen sich durch

Example: Bei der Kreuzung von Erbsenpflanzen, die sich in Samenfarbe $gelb/grün$ und Samenform $rund/runzelig$ unterscheiden, können in der F2-Generation alle möglichen Kombinationen dieser Merkmale auftreten.

Highlight: Die Unabhängigkeitsregel erklärt die große Vielfalt an Merkmalskombinationen, die in Populationen beobachtet werden können.

Die dritte Mendelsche Regel (Unabhängigkeitsregel)

Die 3. Mendelsche Regel beschreibt die unabhängige Vererbung verschiedener Merkmale.

Definition: Verschiedene Merkmale werden unabhängig voneinander vererbt, wenn sie auf unterschiedlichen Chromosomen liegen.

Example: Bei dominant-rezessivem Erbgang gibt es neun verschiedene Genotypen mit unterschiedlichen Verteilungen der Merkmale.

Gregor Mendel und die Mendelschen Regeln

Dieser Abschnitt führt in die grundlegenden Konzepte der klassischen Genetik ein, die auf den Arbeiten von Gregor Mendel basieren. Die Gregor Mendel Vererbungslehre bildet das Fundament für unser heutiges Verständnis der Genetik.

Highlight: Die Mendelschen Regeln sind die Grundlage der klassischen Genetik und erklären, wie Merkmale von Eltern an ihre Nachkommen weitergegeben werden.