انتقال صفات و قانون تفکیک مندل: راهنمای جامع

چگونه صفات از والدین به فرزندان منتقل می‌شوند؟ پاسخ، از طریق انتقال ژن است. ژن‌ها که بر روی کروموزوم‌ها قرار دارند و از DNA تشکیل شده‌اند، از طریق تولید مثل به نسل بعد منتقل می‌گردند. در واقع وراثت توسط ژن‌ها صورت می‌گیرد.

اصولی که بر وراثت حاکم هستند، در دهه 1860 توسط راهبی به نام گرگور مندل کشف شدند. یکی از این اصول، اکنون به عنوان قانون تفکیک مندل شناخته می‌شود. این قانون بیان می‌کند که جفت‌های آلل در طول تشکیل گامت (سلول جنسی) از هم جدا می‌شوند و به طور تصادفی در زمان لقاح به هم می‌پیوندند.

قانون تفکیک مندل، چهار مفهوم کلیدی دارد:

1. یک ژن می‌تواند بیش از یک شکل یا آلل داشته باشد. به عنوان مثال، ژن تعیین‌کننده رنگ چشم می‌تواند آلل‌های متفاوتی برای رنگ‌های آبی، قهوه‌ای یا سبز داشته باشد.
2. هر فرد برای هر صفت، دو آلل را به ارث می‌برد، یکی از هر والد. این آلل‌ها ممکن است یکسان یا متفاوت باشند.
3. هنگامی که سلول‌های جنسی از طریق میوز (نوعی تقسیم سلولی) تولید می‌شوند، جفت‌های آلل از هم جدا شده و هر سلول فقط یک آلل برای هر صفت دریافت می‌کند.
4. هنگامی که دو آلل یک جفت متفاوت باشند، یکی غالب (dominant) و دیگری مغلوب (recessive) است. آلل غالب اثر آلل مغلوب را پنهان می‌کند و تعیین می‌کند که کدام صفت در فرد ظاهر شود.

آزمایش‌های مندل با گیاهان نخود فرنگی

مندل برای انجام آزمایش‌های خود، گیاهان نخود فرنگی را انتخاب کرد. او هفت صفت مختلف را در این گیاهان بررسی کرد که هر کدام به دو شکل متفاوت ظاهر می‌شدند. برای مثال، یکی از صفاتی که او مطالعه کرد، رنگ غلاف نخود بود؛ برخی گیاهان غلاف سبز و برخی دیگر غلاف زرد داشتند. مندل با بررسی این گیاهان و وراثت صفات در پی کشف قانون وراثت بود.

از آنجایی که گیاهان نخود فرنگی قادر به خود گرده‌افشانی هستند، مندل توانست گیاهانی با نژاد خالص تولید کند. به عنوان مثال، یک گیاه نخود فرنگی با غلاف زرد خالص، فقط گیاهان نخود فرنگی با غلاف زرد تولید می‌کرد.

سپس مندل آزمایش‌هایی را آغاز کرد تا دریابد که اگر یک گیاه نخود فرنگی با غلاف زرد خالص را با یک گیاه نخود فرنگی با غلاف سبز خالص گرده‌افشانی متقابل کند، چه اتفاقی می‌افتد. او این دو گیاه والد را نسل والدینی (نسل P) و فرزندان حاصل را نسل اول (نسل F1) نامید.

هنگامی که مندل گرده‌افشانی متقابل بین یک گیاه نخود فرنگی با غلاف زرد خالص و یک گیاه نخود فرنگی با غلاف سبز خالص انجام داد، متوجه شد که همه فرزندان حاصل، یعنی نسل F1، سبز هستند. این نشان می‌داد که رنگ سبز غلاف نسبت به رنگ زرد غلاف غالب است. این آزمایشات مندل، مبنایی برای درک بهتر انتقال صفات و وراثت شد.

نسل دوم (F2)

مندل سپس به تمام گیاهان سبز نسل اول (F1) اجازه داد تا خود گرده‌افشانی کنند. فرزندان حاصل از این خود گرده‌افشانی را نسل دوم (F2) نامید.

مندل در نسل دوم (F2) متوجه نسبت 3:1 در رنگ غلاف شد. حدود 3/4 گیاهان F2 غلاف سبز و حدود 1/4 غلاف زرد داشتند. از این آزمایش‌ها، مندل قانونی را تدوین کرد که اکنون به عنوان قانون تفکیک مندل شناخته می‌شود. این قانون نقش کلیدی در درک مکانیزم‌های وراثت دارد.

چهار مفهوم کلیدی در قانون تفکیک

همانطور که اشاره شد، قانون تفکیک مندل بیان می‌کند که جفت‌های آلل در طول تشکیل گامت از هم جدا (تفکیک) می‌شوند و به طور تصادفی در هنگام لقاح دوباره به هم می‌پیوندند. در حالی که به طور خلاصه به چهار مفهوم اصلی مرتبط با این ایده اشاره کردیم، بیایید آن‌ها را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم. این مفاهیم، پایه‌های اصلی درک وراثت و انتقال صفات هستند.

مفهوم اول: یک ژن می‌تواند اشکال متعددی داشته باشد

یک ژن می‌تواند در بیش از یک شکل وجود داشته باشد. به عنوان مثال، ژنی که رنگ غلاف را تعیین می‌کند، می‌تواند به شکل (G) برای رنگ سبز غلاف یا (g) برای رنگ زرد غلاف باشد. این اشکال مختلف ژن را آلل می‌نامند.

مفهوم دوم: وراثت دو آلل برای هر صفت

برای هر ویژگی یا صفت، موجودات زنده دو شکل جایگزین از آن ژن را به ارث می‌برند، یکی از هر والد. این اشکال جایگزین یک ژن، آلل نامیده می‌شوند. به این ترتیب، هر فرد ترکیبی از ویژگی‌های هر دو والد را دارا خواهد بود.

در آزمایش مندل، گیاهان نسل اول (F1) هر کدام یک آلل از گیاه والد با غلاف سبز و یک آلل از گیاه والد با غلاف زرد دریافت کردند. گیاهان با غلاف سبز خالص دارای آلل‌های (GG) برای رنگ غلاف، گیاهان با غلاف زرد خالص دارای آلل‌های (gg) هستند و گیاهان حاصل از نسل اول (F1) دارای آلل‌های (Gg) خواهند بود.

ادامه مفاهیم قانون تفکیک

مفهوم سوم: جدا شدن جفت آلل‌ها به آلل‌های تکی

هنگامی که گامت‌ها (سلول‌های جنسی) تولید می‌شوند، جفت آلل‌ها از هم جدا (تفکیک) شده و هر گامت فقط یک آلل برای هر صفت دریافت می‌کند. این بدان معناست که سلول‌های جنسی تنها نیمی از مجموعه ژن‌ها را دارا هستند. زمانی که گامت‌ها در طول لقاح به هم می‌پیوندند، فرزند حاصل دو مجموعه آلل دریافت می‌کند، یک مجموعه آلل از هر والد. این فرآیند تضمین می‌کند که نسل بعد ترکیبی از ویژگی‌های هر دو والد را به ارث ببرد.

به عنوان مثال، سلول جنسی گیاه با غلاف سبز فقط یک آلل (G) و سلول جنسی گیاه با غلاف زرد فقط یک آلل (g) دارد. پس از لقاح، گیاهان نسل اول (F1) دو آلل (Gg) را دریافت می‌کنند.

مفهوم چهارم: غالب یا مغلوب بودن آلل‌های متفاوت در یک جفت

هنگامی که دو آلل یک جفت با هم متفاوت باشند، یکی غالب و دیگری مغلوب است. این بدان معنی است که یک صفت بیان (نمایان) می‌شود، در حالی که دیگری پنهان می‌ماند. این پدیده به عنوان غالبیت کامل شناخته می‌شود. در غالبیت کامل، اثر آلل مغلوب به طور کامل توسط آلل غالب پوشیده می‌شود.

به عنوان مثال، گیاهان نسل اول (F1) با ژنوتیپ (Gg) همگی سبز بودند، زیرا آلل رنگ سبز غلاف (G) نسبت به آلل رنگ زرد غلاف (g) غالب بود. هنگامی که به گیاهان F1 اجازه داده شد تا خود گرده‌افشانی کنند، 1/4 غلاف‌های گیاهان نسل دوم (F2) زرد بودند. این صفت به دلیل مغلوب بودن پنهان شده بود. آلل‌های مربوط به رنگ سبز غلاف (GG) و (Gg) هستند. آلل‌های مربوط به رنگ زرد غلاف (gg) هستند.

ژنوتیپ و فنوتیپ

بر اساس قانون تفکیک مندل، آلل‌های مربوط به یک صفت در زمان تشکیل گامت‌ها (از طریق نوعی تقسیم سلولی به نام میوز) از هم جدا می‌شوند. سپس این جفت آلل‌ها به طور تصادفی در هنگام لقاح به هم می‌پیوندند. اگر یک جفت آلل برای یک صفت یکسان باشند، به آن هموزیگوت (homozygous) می‌گویند. اگر متفاوت باشند، هتروزیگوت (heterozygous) نامیده می‌شوند.

گیاهان نسل اول (F1) (شکل A) همگی از نظر رنگ غلاف، هتروزیگوت هستند. ساختار ژنتیکی یا ژنوتیپ آن‌ها (Gg) است. فنوتیپ آن‌ها (صفت فیزیکی بیان شده) رنگ سبز غلاف است.

گیاهان نخود فرنگی نسل دوم (F2) دو فنوتیپ مختلف (سبز یا زرد) و سه ژنوتیپ مختلف (GG, Gg, or gg) را نشان می‌دهند. ژنوتیپ تعیین می‌کند که کدام فنوتیپ بیان شود.

گیاهان F2 که دارای ژنوتیپ (GG) یا (Gg) هستند، سبز هستند. گیاهان F2 که دارای ژنوتیپ (gg) هستند، زرد هستند. نسبت فنوتیپی که مندل مشاهده کرد 3:1 (3/4 گیاهان سبز به 1/4 گیاهان زرد) بود. با این حال، نسبت ژنوتیپی 1:2:1 بود. ژنوتیپ‌های گیاهان F2 به این صورت بودند: 1/4 هموزیگوت (GG)، 2/4 هتروزیگوت (Gg) و 1/4 هموزیگوت (gg).

خلاصه

نکات کلیدی

• در دهه 1860، راهبی به نام گرگور مندل، اصول وراثت را کشف کرد که توسط قانون تفکیک مندل توصیف شده است.
• مندل از گیاهان نخود فرنگی برای آزمایشات خود استفاده کرد، زیرا این گیاهان دارای صفاتی هستند که در دو شکل متمایز ظاهر می‌شوند. او هفت مورد از این صفات، مانند رنگ غلاف، را در آزمایشات خود بررسی کرد.
• اکنون می‌دانیم که ژن‌ها می‌توانند در بیش از یک شکل یا آلل وجود داشته باشند و فرزندان دو مجموعه آلل را برای هر صفت متمایز به ارث می‌برند، یک مجموعه از هر والد.
• در یک جفت آلل، هنگامی که هر آلل متفاوت باشد، یکی غالب و دیگری مغلوب است.