Genetik und Drosophila melanogaster

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Versuchsobjekte der klassischen Genetik
2.1. Drosophila melanogaster. Beschreibung und Lebenszyklus
2.2. Vorteile von Drosophila als Untersuchungsobjekt

3. Begriff der Rückkreuzung. Mendelsche Regeln

4. Begriffe der Genkopplung und Crossingover

5. Analyse von Erbgängen
5.1. Beispiel für chromosomalen Crossingover
5.2. Beispiel für Genkopplung
5.3. Die Austauschhäufigkeit

6. Schluss

Quellenverzeichnis

1. Einleitung

Das Wissen der Vererbung einzelner Merkmale der Organismen entstand relativ vor kurzem und hat seinen Ausgangspunkt in der Lebenszeit von Gregor Mendel. In den Jahren 1856-1865 führte G. Mendel im Garten seines Klosters zahlreiche Kreuzungsversuche und untersuchte dadurch die Mechanismen der Weitergabe individueller Merkmale der Erbsen an die nächsten Generationen. Er betrachtete das Phänomen der Aufspaltung in seinen Experimenten und anschließend stellte einige Gesetzmäßigkeiten der Vererbung fest, die heutzutage als Mendelsche Regeln bekannt sind. Später hat dieser Bereich der Wissenschaft großes Interesse bei Thomas Hunt Morgan geweckt. Er entdeckte die Erscheinung der Genkopplung und anschließend stellte fest, dass die auf demselben Chromosom liegenden Gene die Kopplungsgruppen bilden. Außerdem bewies er, dass bei der Vererbung so ein Vorgang wie Crossingover stattfinden kann. Schließlich ist er der erste, wer über lineare Anordnung der Gene zu erwähnen begann und legte die Grundlagen der Genkartierung. T, H. Morgen entdeckte durch Crossingover kleine allmähliche genetische Veränderungen der Organismen innerhalb der Population. Einen wichtigen Beitrag zu der Entwicklung des genetischen Wissens leistete Hermann Joseph Müller, als er behauptete, dass Gene grundlegende Lebensmoleküle sind und sich im Zellkern befinden. Der nächste wichtige Schritt der Entwicklung der Genetik ist von Wilhelm Weinberg und Godfrey Harold Hardy gemacht worden, als sie fast gleichzeitig eine Formel erfunden, die die Aufspaltungsverhältnisse von dominanten und rezessiven Merkmalen innerhalb der Population bezeichnet.^[1]

In dieser Facharbeit wird es sich von der klassischen Genetik handeln, die von G. Mendel begründet worden ist. Also, klassische Genetik – ist ein Bereich der Genetik, der untersucht, wie Gene bei zahlreichen Kreuzungsversuchen in nachfolgenden Generationen kombiniert werden und welchen Einfluss die Genaufspaltung auf den Phänotyp der Nachkommen hat.

2. Versuchsobjekte der klassischen Genetik

Einer der ersten und wichtigsten Schritte vor der Durchführung einer Versuchsreihe ist die Auswahl eines Untersuchungsobjekts. Nur wenn ein Forschungsobjekt allen Anforderungen eines Kreuzungsexperiments entspricht, wird das gewünschte Ergebnis erzielt. So hatte T. H. Morgan Erfolg, als er Taufliegen bzw. Drosophila melanogaster als Untersuchungsobjekt wählte. Denn diese brauchen kleinen Raum für ihr Leben und sind in der Lage, sich sehr schnell zu vermehren. Außerdem haben Taufliegen nur vier verschiedene Chromosomenpaare: ein Paar davon besteht aus Geschlechtschromosomen und drei davon sind Autosomen.

2.1. Drosophila melanogaster. Beschreibung und Lebenszyklus

Drosophila melanogaster gehört zur Ordnung der Zweiflügler (Diptera), Unterordnung – Fliegen (Brachycera), Familie – Taufliegen (Drosophilidae). Weltweit existieren von ihnen ca. 700 Arten. Allerdings stammt Drosophila aus subtropischer und tropischer Klimazone. Die Körperlänge eines Weibchens beträgt ca. 2,5 mm. Drosophila hat rot gefärbte Augen und braun gefärbten Körper. Die Männchen werden im Vergleich zu den Weibchen durch kürzere Körperlänge und dunklere Farbe des Körpers gekennzeichnet. Drosophila ist meistens tagaktiv. Außerdem ist sie einer der Organismen, der am häufigsten als Forschungsobjekt verwendet wird.

Die Weibchen legen weiß-geblichene Eier auf einem Nährboden nach der Befruchtung ab. Dabei ist die Größe der Eier ca. 0,5 mm. Bei einer Temperatur von 25 °C laufen sie folgende Entwicklungsstadien durch:

1. Embryonalstadium. Die Dauer dieses Stadiums ist etwa 24 Stunden.
2. Larvenstadien. Während dieser Stadien schlüpft eine Larve aus einem Ei. Sie ernährt sich von den Obst zerlegenden Mikroorganismen und gärendem Obst. Diese Stadien dauern etwa 100 Stunden und bestehen aus drei Unterstadien, bei deren die Larven von Drosophila zweimal häuten.
3. Puppenstadium. Hier verlässt eine Made verfaulenden Nährboden. Dieses Stadium dauert vier bis fünf Tagen.
4. Imagostadium. Die geschlüpften Fliegen nennt man oft Imago. Es ist zu bemerken, dass der Körper der Fliegen erst nach einigen Stunden dunkel gefärbt wird.^[2]

2.2. Vorteile von Drosophila als Untersuchungsobjekt

Es gibt fünf Vorteile, warum es sich lohnt, diese Fliegenart als Forschungsobjekt genetischer Experimente zu wählen1:

- Drosophila ist billig und nicht kompliziert zu züchten;
- Die Generationenfolge beträgt bei einer Temperatur von 25 °C nur 10 Tage;
- Ein Paar kann 300 bis 400 Nachkommen geben;
- Sie sind sehr empfindlich zu beliebigen Verursachern der Mutationen und Genmutationen kann man bei diesen Fliegen makroskopisch erkennen.
- Sie besitzen vier Chromosomenpaare, die gut zu unterscheiden sind. Denn die geringe Anzahl der Chromosomen erleichtert genetische Untersuchungen.

3. Begriff der Rückkreuzung. Mendelsche Regeln

Der Begriff der Rückkreuzung ist von Mendel eingeführt worden, damit er seine Hypothesen bestätigen kann. Deswegen wird die Rückkreuzung auch als Testkreuzung genannt. Unter der Rückkreuzung verstehet man eine Kreuzungsart, bei deren ein Hybrid mit rezessivem Elter gekreuzt wird. Diese Kreuzungsart verwendet man in der Regel zwecks der Feststellung, ob ein Hybrid einen homozygoten oder heterozygoten Genotyp hat.

- Erbgang: monohybride Rückkreuzung der Fruchtfliegen
- Merkmale: Augenfarbe
- Allele: Weiß-/braune Augen

ab - rezessiv, braune Augen

ab - dominant, weiße Augen

Tab. 1. Beispiel für die Rückkreuzung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Um das Verständnis der Kreuzungen zu erleichtern, sollte man einen Begriff der dyhibriden Kreuzung erläutern. Dyhibride Kreuzung ist eine Kruzungsart, bei deren man einen Erbgang nach zwei einzelnen Merkmalen analysiert.

Mendelsche Regeln. Vor der Durchführung beliebiger Kreuzungen sollte man auch eine Vorstellung über die Grundregel der Vererbung haben, die als Grundlage die Erkenntnisse Mendels haben^[3]:

1. Uniformitätsregel

Bei einer Kreuzung von zwei homozygoten Organismen einer Art ergibt sich die F1-Generation, die völlig uniform ist.

2. Spaltungsregel

Wenn man eine F1-Generation untereinander kreuzt, die aus einer Kreuzung zweier homozygoten Individuen einer Art stammt, entsteht dann beim Erbgang folgende Aufspaltungsverhältnisse:

- bei monohybrider Kreuzung – 3 : 1
- bei dihybrider Kreuzung – 9 : 3 : 3 : 1
- beim intermediären Erbgang – 1 : 2 : 1

3. Unabhängigkeitsregel

Gene werden unabhängig voneinander vererbt und kombiniert.

Allerdings gelten die oben dargestellten Regeln für die nächsten Fälle nicht:

- In Fällen der Mutation, Kodominanz, Polygenie, Multiple Allelie, Pleiotropie und Polyploidie

- bei der geschlechtsverbundenen Vererbung
- bei instabilen Allelen
- bei modifizierten Genen und Regulatorgenen
- bei Genen mit unvollständiger Penetranz

[...]

^[1] Bresch, C., Hausmann R. Klassische und molekulare Genetik. Springer, 1972.

^[2] Robert E. Kohler. Lords of the fly. Drosophila Genetics and the Experimental Life. University of Chicago Press, 1994.

^[3] Jannig, Wilfried, Kunst, Elisabeth. Genetik: allgemeine Genetik, molekulare Genetik, Entwicklungsgenetik. Georg Thieme Verlag, 2004.