Hvordan kan jeg knække koden med Mendels ærter?

 

Link til DNA, kromosomer & gener og: ”Hvad gemmer sig i mine gener?”.

Hvis du er i tvivl, om du er klar til at tage rejsen videre, så prøv opsamlings-kahoot 3.1:

https://create.kahoot.it/collection/ade5e454-5c0b-4e71-a41d-a5d7c6276ad7

Her kan du finde forklaringer på, hvorfor svar i Kahooten er rigtige eller forkerte:

3.1 Kahoot – opsamling – del 1 (pdf)

 

Hvem er Gregor Mendel og hvordan undersøgte han arvelighed?

For over 150 år siden, levede en østrigsk munk som hed Gregor Mendel (1822-1884). Mendel var ikke en helt ordinær munk. Han havde smag for naturvidenskab og interesserede sig for arvelighed. Mendel har faktisk banet vejen for den viden, vi har i dag om, hvordan gener går i arv.

 

For at undersøge arvelighed lavede Mendel eksperimenter med over 28.000 ærteplanter i klosterets køkkenhave. Mendel valgte lige netop ærteplanter, da de er lette at bestøve. Når han udførte sine eksperimenter, holdt han øje med to ting – nemlig ærteplantens karakter og træk. Her snakker vi ikke om de karakterer du får i skolen, men om ting man kan observere, der kan komme til udtryk på forskellig vis. En karakter Mendel kunne observere, var ærteplantens højde. Han så, at ærteplanten enten var høj eller lav. Høj og lav var altså de to træk, han observerede for denne karakter. Mendel observerede karakterer med tydelige forskellige træk, når han bestøvede og plantede ærter generation efter generation. Du kan se andre eksempler på karakterer og træk i Figur 1. Mendel lavede mange gentagelser af sine eksperimenter, som igen og igen viste de samme resultater. Han formulerede ud fra sine eksperimenter det, som vi i dag kalder for Mendels arvelove.

 

Figur 6. I planter og dyrs cellekerner ligger arvematerialet, som består af lange kæder DNA med gener på. Hver lange kæde DNA ligger krøllet sammen og udgør kromosomer. Elementerne i arvematerialet ligger ikke på rad og række som på figuren.

 

Hvordan opstillede Mendel sine eksperimenter med ærteplanterne?

Mendel opstillede en række eksperimenter for at undersøge arveligheden. Det simpleste af disse kaldte han for det monohybride eksperiment. Mono betyder, at han kun undersøgte én karakter, og hybrid betyder, at han krydsede to ærteplanter ved at bestøve den ene med den anden. Mendel sørgede altså for, at han havde to ærteplanter, som havde alle de samme træk for hver karakter på nær én. Dette kunne eksempelvis være karakteren ærtefarve. Derudover sørgede han for, at ærteplanterne var rene stammer. Det betyder, at han bestøvede hver plante med sig selv, indtil han kunne gro planter, der viste samme træk hver gang. Mendel tog sine to rene stammer, som han kaldte forælderstammen (P) – en med grønne ærter og en med gule ærter. Han krydsede de to ærteplanter med forskellige farvede ærter i forælderstammen. Mendel så, at de nye ærteplanter alle fik grønne ærter. Disse nye ærteplanter kaldte han for første generation (F1). Her så han ingen grønne ærter. I næste skridt af eksperimentet bestøvede han første generation med sig selv. Disse nye ærteplanter kaldte han for anden generation (F2). Mendel så at det grønne træk viste sig ved nogle af planterne i anden generation. Han så, at langt størstedelen havde gule ærter, mens hver fjerde ærteplante havde grønne ærter, som man kan se på Figur 2. Tre ud af 4 af ærteplanterne havde altså gule ærter, imens en ud af fire havde grønne ærter. Nu havde Mendel nogle ret klare resultater; nu skulle han bare tyde dem.

 

Figur 2. I Mendels monohybride eksperiment krydsede han to ærteplanter, der havde alle de samme træk på nær ét. Dette var eksempelvis ærtefarven. Disse to planter kaldte han for forælderstammen. Ved at krydse forælderstammen fik Mendel sin første generation (F1), som alle var gule. Ved at krydse F1 med sig selv fik han anden generation (F2). I F2 var tre ud af fire gule og en ud af fire grønne.

 

 

  • Hvorfor tror du, at ærteplanter med gule ærter fra F1 kunne give ærteplanter med grønne ærter, når de blev krydset med sig selv?
  • Hvad tror du Mendel gjorde med det afkom, som ikke fik det træk han skulle bruge (for eksempel gule ærter når han ville have grønne ærter), når han skulle skabe rene stammer?
  • Mendels to andre eksperimenter kaldte han for det dihybride og det trihybride eksperiment. Ud fra navnene, hvad tror du så, der var anderledes sammenlignet med hans første eksperiment?

 

Hvad kunne Mendel sige om arvelighed ud fra sine observationer?

Du undrer dig måske over, hvordan to krydsede ærteplanter med gule ærter kan give grønne ærter. Det var lige netop dette, som Mendel også undrede sig over. Ud fra sit monohybride eksperiment kunne Mendel altså konkludere, at genet som kodede for de grønne ærter ikke blev væk. Der måtte altså være to gener for hver karakter, hvor kun det ene kommer til udtryk. I Figur 3 kan du se en model af, hvordan det kan forstås. Gener for samme karakter, og alle mulige træk karakteren kan have, kaldes for alleler. I Mendels eksperiment havde forælderstammen to ens alleler for karakteren ærtefarve. Den ene ærteplante havde to alleler for gul, og den anden havde to alleler for grøn. Når to alleler er ens, kalder man genparret for homozygot. I første generation havde ærteplanterne en allel for gul, som var synlig, og en allel for grøn, som var skjult. Når to alleler er forskellige, kalder man genparret for heterozygot. Mendel kaldte det synlige træk for dominant (dominerende), imens han kaldte det skjulte træk for recessivt (vigende). Første generation havde altså fået en allel for det dominante træk gul fra den ene forælderstamme og en allel for det recessive træk grøn fra den anden. Han kunne også konkludere, at kun ét gen fra hver ærteplante blev givet videre.

 

Figur 3. Det træk der er stærkest og bliver synligt kaldes dominant. Det træk der er svagest kaldes recessivt. Hvis et genpar har samme alleler, kaldes det homozygot, og hvis det har forskellige alleler, kaldes det heterozygot. Kun en allel fra hver forældre bliver givet videre.

 

 

  • Du har måske lagt mærke til at de ærter du køber nede i supermarkedet er grønne, hvad tror du dette skyldes?

Hint: Prøv at tænk på hvad Mendel gjorde for at få rene stammer?

  • Der var én ærteplante med grønne ærter i anden generation. Hvilke alleler for karakteren ærtefarve tror du, denne plante havde?
  • Var genparret for ærefarven for ærteplanten med de grønne ærter i anden generation homozygot eller heterozygot?

 

Hvis du stadig synes det er svært at tyde Mendels ærteplanteeksperiment, så tjek Biostribens video om Gregor Mendel og arvelighed ud.

 

Ud fra sit eksperiment opstillede Mendel en hypotese om, at gener fordeles ligeligt under kønscelledeling (meiosen). På Figur 4 kan du se, hvordan generne fordeles ligeligt under meiosen. Meiosen sker ved, at en celle fordobler sit antal kromosomer, for derefter at dele sig i fire kønsceller. Hver kønscelle har ét af hvert kromosom og ikke to som i kropsceller.  Vi går ikke i dybden med meiosen i dette afsnit, men hvis du har lyst, kan du tjekke Biostribens video om meiosen ud eller følge begrebsbeskrivelsen af meiosen.

 

Figur 4. Når der bliver skabt nye kønsceller under meiosen, så fordeler generne ligeligt. Først fordobler cellen antallet af kromosomer og deler sig i to. Hver nye celle får lige mange kromosomer. Derefter deler de to celler sig igen, og kromosomer og gener fordeles ligeligt til hver ny kønscelle. Kønscellerne har kun ét af hvert gen.

 

Hvad var det nu lige de forskellige begreber betød?

Prøv at forklare hver af følgende begreber med din sidemakker (hold musen over for at se svaret):

 

Karakter

En karakter kan for eksempel være højde, form eller farve.

Træk

Et træk er beskrivelsen af en karakter. Hvis du har en ærteplante med gule ærter, er gul et træk for karakteren ærtefarve.

Dominant

Et træk kaldes dominant, hvis det er stærkt og vinder over et andet træk. Trækket gul er dominant over for trækket grøn for karakteren ærtefarve.

Recessiv

Et træk kaldes recessivt, når det taber til et dominerende træk. Trækket grøn er reccesiv over for trækket gul for karakteren ærtefarve.

Meiose

Meiose er kønscelledeling. Meiosen sker ved at en celle fordobler sit antal kromosomer for derefter at dele sig i fire kønsceller. Hver kønscelle har ét af hvert kromosom og ikke to som i kropsceller.

Det monohybride eksperiment

Det monohybride eksperiment lavede Mendel ved at bestøve en ren stamme med en anden ren stamme med kun ét varierende træk.

Alleler

Alleler er varianter af det samme gen. Dette kan eksempelvis være genet, der koder for højde, hvor en allel kan kode for høj, mens en anden allel kan kode for lav.

Homozygot

Et genpar er homozygot, når dets alleler er ens.

Heterozygot

Et genpar er heterozygot, når dets alleler er forskellige.

Rene stammer

En plante med en ren stamme, er en plante, hvis genpar er homozygot. Altså et genpar hvor begge alleler man interesserer sig for, er ens.

Hvordan kan jeg bruge et krydsningsskema til at forudsige ærtefarven?

Mendel havde altså ud fra sine eksperimenter opstillet en hypotese om, at gener fordeles ligeligt under meiosen, så hver kønscelle har én allel for hvert gen. På den måde bliver to kønsceller der mødes samlet til én celle med to alleler for hvert gen – en fra hver kønscelle. Sammensætningen af alleler kalder man for cellens genotype, mens de træk, som man kan observere med det blotte øje, kaldes for cellens fænotype. Fænotypen er altså det synlige resultat af sammensætningen af alleler. Mendel opstillede et krydsningsskema, for at undersøge sin hypotese om fordelingen af alleler. Det teoretiske resultat fra krydsningsskemaet sammenlignede han med sine resultater fra det monohybride eksperiment. Allelen for det dominerende træk gul kaldte han store G. Allelen for det recessive træk grøn kaldte han for lille g. Mendels krydsningsskema for forælderstammen så sådan ud:

 

Mendel kunne ud fra sit krydsningsskema forudsige, at alle ærteplanterne i første generation ville få samme fænotype for karakteren ærtefarve. De ville alle få gule ærter. Hver ærteplante ville nemlig få en gul allel fra den ene forælderstamme og en grøn fra den anden. Fordi den gule allel er dominerende, måtte trækket være gult for alt afkommet. Dette måtte gælde, lige meget hvor mange gange han krydsede de to forælderstammer. Forudsigelserne passede med Mendels monohybride eksperiment, hvor planterne i første generation alle havde gule ærter.

Mendel lavede igen et krydsningsskema. Nu ville han forudsige fænotypen, når han krydsede første generation med sig selv:

 

Nu så Mendel, at det grønne træk kom igen. Han kunne altså forudsige, at genotypen en ud af fire gange ville have to recessive alleler for grøn. Dette stemte igen overens med det monohybride eksperiment, hvor en ud af fire planter fik grønne ærter.

Tag lige og forklar kernebegreberne til din sidemakker:

 

Genotype

Genotypen er sammensætningen af alleler

Fænotype

Fænotypen er det træk som en genotype udtrykker

Find et papir og en blyant frem eller det ark, din lærer har delt ud, og hjælp Mendel med at udfylde krydsningsskemaet:

  • Forklar hvilke genotyper der opstår, altså hvilke allelsammensætninger der forekommer.
  • Forklar hvilke fænotyper, altså farve på ærterne, disse genotyper resulterer i.

 

Hvordan kan Mendels resultater hjælpe mig med at forstå mine gener?

Du tænker måske, at du og Mendels ærteplanter er meget forskellige. Det er nok sjældent, man går og sammenligner sig selv med ærteplanter, men det kan faktisk betale sig. For det som Mendel fandt ud af i sine eksperimenter om arvelighed, kan du overføre til dine egne gener. Du kan eksempelvis bruge et krydsningsskema til at forudsige sandsynligheden for at give et af dine træk videre. For at gøre dette, skal du vide to ting. Du skal vide, at det træk du kigger på KUN bestemmes af ét gen. Dette kunne være, om du har fregner, eller om du kan rulle med tungen. De fleste træk bestemmes af flere gener, og her kan man ikke bruge Mendels teori. Dette kan for eksempel være din højde eller farven på din hud. Nummer to ting du skal vide er sammensætningen af allelerne for det givne træk.

Gå sammen med din sidemakker, og undersøg sandsynligheden for, at jeres afkom får fregner. Find en blyant og papir eller det udleverede ark frem. Vi ved fra tidligere, at fregner kun bestemmes af ét gen, og derfor er første forudsætning opfyldt. Dernæst skal du kende din allelsammensætning. Dette må du gætte dig frem til. Da fregner er et dominant træk, så kalder vi dette for store F. Det ikke at have fregner er et recessivt træk, og vi kalder det for lille f. Du kan gætte allelsammensætningen ud fra følgende regler:

  • Hvis du har fregner, og begge dine forældre har fregner, er der stor sandsynlighed for, at du er: FF
  • Hvis du har fregner, og én af dine forældre har fregner, så er du: Ff
  • Hvis du ikke har fregner, så er du: ff

Prøv nu at udfylde krydsningsskemaet:

 

Vidste du:

At din øjenfarve ikke KUN bestemmes af ét gen men af flere gener? I mange år har man troet, at øjenfarven blev bestemt af et gen med to forskellige alleler, en allel for blå og en allel for brun. Man har dog senere fundet ud af, at dette ikke er korrekt.

Hvis du vil teste din viden om, hvordan du kan knække koden med Mendels ærter, så spørg din lærer om de vil sætte den tilhørende kahoot op (findes under lærervejledninger):

 

Som det sidste får du mulige svar på de spørgsmål, som du har mødt igennem teksten:

Spørgsmål undervejs (pdf)