De Punnett-vierhoek is een visueel apparaat dat in de genetica wordt gebruikt om te bepalen welke combinaties van genen bij de conceptie kunnen voorkomen. Een Punnett-vierkant is gemaakt van een eenvoudig vierkant raster verdeeld in een 2x2 (of groter) raster. Met dit raster en kennis van de genotypen van beide ouders, kunnen wetenschappers mogelijke gencombinaties voor nakomelingen ontdekken en mogelijk zelfs enkele erfelijke eigenschappen kennen.
Stap
Voordat u begint: enkele belangrijke definities
"Als je het gedeelte "basis" wilt overslaan en meteen naar de discussie over de Punnett-vierhoek wilt gaan, klik dan hier."
Stap 1. Begrijp het concept van genen
Voordat u leert hoe u een Punnett-vierhoek kunt maken en gebruiken, moet u enkele belangrijke basisprincipes kennen. De eerste is het idee dat alle levende wezens (van kleine microben tot gigantische blauwe vinvissen) 'genen' hebben. Genen zijn uiterst complexe microscopisch kleine opeenvolgingen van instructies die zijn gecodeerd in bijna elke cel in het lichaam van alle organismen. Genen zijn verantwoordelijk voor alle aspecten van het leven van een organisme, inclusief uiterlijk, gedrag en meer.
Een van de belangrijke concepten die je moet begrijpen als je met Punnett-vierhoeken werkt, is dat "alle levende wezens hun genen van hun ouders krijgen." Onbewust ben je je hier misschien al van bewust. Denk er eens over na - lijken de meeste mensen die je kent niet op hun ouders in uiterlijk en gedrag?
Stap 2. Begrijp het concept van seksuele reproductie
De meeste organismen (niet alle) die je kent in deze wereld brengen nakomelingen voort door middel van 'geslachtelijke voortplanting'. Een aandoening waarbij mannelijke en vrouwelijke ouders hun respectievelijke genen doneren om nakomelingen te produceren. In dit geval komt de helft van de genen van het kind van beide ouders. De Punnett-vierhoek is in feite een manier om de verschillende mogelijkheden van deze half-half gen-swap in grafische vorm weer te geven.
Seksuele reproductie is niet de enige vorm van reproductie die bestaat. Sommige organismen (zoals bacteriën) reproduceren door "aseksuele reproductie", een toestand waarin ouders hun eigen kinderen voortbrengen, zonder de hulp van een partner. Bij ongeslachtelijke voortplanting komen alle genen van een kind van slechts één ouder, waardoor ze min of meer exacte kopieën van de ouder zijn
Stap 3. Begrijp het concept van allelen in de genetica
Zoals hierboven vermeld, zijn de genen in een organisme in feite een reeks instructies die elke cel in het lichaam bepalen hoe te overleven. In feite zijn genen, in tegenstelling tot een handleiding, ook onderverdeeld in hoofdstukken, secties en subsecties, waarbij verschillende secties van het gen afzonderlijke functies afzonderlijk regelen. Als een van deze "subsecties" tussen twee organismen verschilt, zullen de twee er anders uitzien en zich anders gedragen - genetische verschillen maken bijvoorbeeld de ene persoon zwart en de andere blond. Deze verschillende vormen in hetzelfde gen (menselijk gen) worden "allelen" genoemd.
Aangezien elk kind twee sets genen krijgt - elke mannelijke en vrouwelijke ouder - krijgt het kind twee kopieën voor elk allel
Stap 4. Begrijp het concept van dominante en recessieve allelen
Het allel van een kind "deelt" niet altijd de kracht van het gen. Sommige allelen, ook wel dominante allelen genoemd, manifesteren zich standaard in het fysieke uiterlijk en het gedrag van het kind (we noemen ze "uitgedrukt"). Andere allelen, 'recessieve' allelen genoemd, kunnen alleen worden uitgedrukt als ze niet gepaard gaan met een dominant allel, dat ze kan 'overlopen'. Het Punnett-vierkant wordt vaak gebruikt om te bepalen hoe waarschijnlijk het is dat een kind een dominant of recessief allel krijgt.
Omdat deze genen kunnen worden "overspoeld" door dominante ales, worden recessieve allelen minder vaak tot expressie gebracht. Over het algemeen moet een kind het recessieve allel van beide ouders erven om het allel tot uiting te brengen. Bloedziektes zijn een veelgebruikt voorbeeld van een recessieve eigenschap - maar houd er rekening mee dat een recessief allel niet "slecht" betekent
Methode 1 van 2: Monohybride kruisen (enkel gen) tonen
Stap 1. Maak een 2x2 raster
De meest eenvoudige Punnett-vierkanten zijn vrij eenvoudig te maken. Begin met het tekenen van een gelijkzijdige rechthoek en verdeel het interieur vervolgens in vier gelijke rasters. Als u klaar bent, moeten er twee rasters in elke kolom en twee rasters in elke rij zijn.
Stap 2. Gebruik letters om het ouder- of bronallel in elke rij en kolom weer te geven
In een Punnett-vierhoek worden kolommen toegewezen aan moeders en rijen aan vaders, of omgekeerd. Schrijf de letters naast elke rij en kolom die elk van de vaderlijke en moederlijke allelen vertegenwoordigen. Gebruik hoofdletters voor dominante allelen en kleine letters voor recessieve allelen.
Het zal veel gemakkelijker te begrijpen zijn met een voorbeeld. Stel dat u bijvoorbeeld de kans wilt bepalen dat de kinderen van een bepaald stel hun tong kunnen rollen. We geven dit weer met de letters "R" en "r" - een hoofdletter voor het dominante gen en een kleine letter voor het recessieve. Als beide ouders heterozygoot waren (met één kopie van elk allel), zouden we een "R" en een "r" bovenaan het raster schrijven en een "R" en een "r" aan de linkerkant van het raster
Stap 3. Schrijf de letters voor elk raster in de rijen en kolommen
Na het invullen van de allelen die van elke ouder zijn gegeven, wordt het invullen van het Punnett-vierkant eenvoudig. Schrijf op elk rooster de tweeletterige gencombinaties van de vaderlijke en moederlijke allelen. Met andere woorden, neem de letters van het raster in de kolom en rij en schrijf ze beide in het aansluitende lege vak.
- Vul in dit voorbeeld ons vierhoekraster van Punnett als volgt in:
- Het vak linksboven: “RR”
- Het vak rechtsboven: "Rr"
- Vak linksonder: “Rr”
- Het vak rechtsonder: “rr”
- Merk op dat meestal het dominante allel (hoofdletter) eerst wordt geschreven.
Stap 4. Bepaal het genotype van elk mogelijk nageslacht
Elk vakje dat in het Punnett-vierkant wordt ingevuld, vertegenwoordigt de nakomelingen die de ouders kunnen hebben. Elk vierkant (en dus elk nageslacht) is even waarschijnlijk - met andere woorden, in een 2x2 raster is er een kans van 1/4 voor elke vier mogelijkheden. De verschillende combinaties van allelen die in de vierhoek van Punnett worden vertegenwoordigd, worden "genotypes" genoemd. Hoewel genotypen genetische verschillen vertegenwoordigen, verschillen nakomelingen niet noodzakelijkerwijs voor elk rooster (zie onderstaande stappen).
- In ons voorbeeld Punnett vierhoek zijn de mogelijke genotypen voor nakomelingen van deze twee ouders:
- "Twee dominante allelen" (twee R's)
- “Eén dominant en één recessief allel” (R en r)
- "Eén dominant en één recessief allel" (R en r) - merk op dat er twee rasters zijn met dit genotype.
- “Twee recessieve allelen” (twee r's)
Stap 5. Bepaal het fenotype van elk mogelijk nageslacht
Het fenotype in een organisme is de feitelijke fysieke eigenschap die wordt getoond op basis van het genotype. Enkele voorbeelden van fenotypes zoals oogkleur, haarkleur en de aanwezigheid van bloedziektecellen - dit zijn fysieke eigenschappen die "bepaald" worden door genen, maar geen daadwerkelijke combinaties van genen zelf. Het fenotype dat een potentieel nageslacht zal hebben, wordt bepaald door de kenmerken van het gen. Verschillende genen zullen verschillende regels hebben wat betreft hun manifestatie als fenotype.
- Laten we in ons voorbeeld zeggen dat het gen waarmee een persoon zijn tong kan rollen, het dominante gen is. Dit betekent dat elk nageslacht zijn tong kan rollen, zelfs als slechts één allel dominant is. In dit geval zijn de fenotypen van de potentiële nakomelingen:
- Linksboven: "In staat om tong te rollen (twee R's)"
- Rechtsboven: “In staat om tong te rollen (één R)”
- Linksonder: “In staat om tong te rollen (één R)”
- Rechtsonder: “Kan tong niet rollen (geen R)”
Stap 6. Gebruik het raster om de kans te bepalen dat de verschillende fenotypes verschijnen
Een van de meest voorkomende toepassingen van de Punnett-vierhoek is om te bepalen hoe waarschijnlijk het is dat een nakomeling een specifiek fenotype heeft. Aangezien elk raster een equivalent mogelijk genotype vertegenwoordigt, kunt u de mogelijke fenotypen vinden door "het aantal rasters dat dat fenotype bevat te delen door het totale aantal aanwezige roosters."
- De Punnett-vierhoek in ons voorbeeld stelt dat er vier mogelijke combinaties van genen zijn voor elk nageslacht, van deze twee ouders. Drie van deze combinaties zorgen voor nakomelingen die kunnen tongrollen. Daarom zijn de kansen voor ons fenotype:
- Nakomelingen die tong kunnen rollen: 3/4 = “0.75 = 75%”
- Nakomelingen kunnen tong niet rollen: 1/4 = "0,25 = 25%"
Methode 2 van 2: Een dihybride kruising tonen (twee genen)
Stap 1. Dupliceer elke zijde van het 2x2 basisraster voor elk extra gen
Niet alle gencombinaties zijn zo eenvoudig als de basis monohybride (enkel-gen) kruisingen uit de bovenstaande sectie. Sommige fenotypen worden door meer dan één gen bepaald. In dit geval moet je rekening houden met elke mogelijke combinatie, wat betekent dat je een groter raster moet tekenen.
- De basisregel van de Punnett-vierhoek wanneer er meer dan één gen is, is: "vermenigvuldig elke zijde van het raster voor elk gen anders dan het eerste". Met andere woorden, aangezien het raster van één genen 2x2 is, is het raster met twee genen 4x4, is het raster met drie genen 8x8, enzovoort.
- Om dit concept begrijpelijker te maken, volgen we het voorbeeldprobleem van twee genen. Dit betekent dat we een "4x4" raster moeten tekenen. De concepten in deze sectie zijn ook van toepassing op drie of meer genen - dit probleem vereist gewoon een groter raster en extra werk.
Stap 2. Wijs bijdragende ouderlijke genen toe
Zoek vervolgens de genen die beide ouders delen voor het kenmerk dat wordt bestudeerd. Vanwege de vele genen die erbij betrokken zijn, krijgt het genotype van elke ouder twee extra letters voor elk gen naast het eerste - met het woord doek, vier letters voor twee genen, zes letters voor drie genen, enzovoort. Het kan handig zijn om het genotype van de moeder bovenaan het raster te schrijven en het genotype van de vader links (of omgekeerd) als visuele herinnering.
Laten we een klassiek voorbeeld gebruiken om dit conflict te illustreren. Een erwtenplant kan gladde of gerimpelde bonen hebben, geel of groen van kleur. Glad en geel zijn dominante eigenschappen. Gebruik in dit geval M en m voor dominant en recessief voor gladheid en K en k voor geelheid. Laten we zeggen dat de moeder het genotype "MmKk" heeft en het gen van de vader het genotype "MmKK"
Stap 3. Schrijf de verschillende combinaties van genen langs de boven- en linkerkant
Schrijf nu, boven de bovenste rij van het raster en links van de uiterst linkse kolom, de verschillende allelen op die elke ouder zou kunnen bijdragen. Net als bij een enkel gen, is het even waarschijnlijk dat elk allel wordt geërfd. Omdat er echter zoveel genen zijn, krijgt elke kolom en rij meer dan één letter: twee letters voor twee genen, drie letters voor drie genen, enzovoort.
- In dit voorbeeld moeten we de verschillende combinaties van genen opsommen die ouders kunnen erven van hun MmKk-genotype. Als we het MmKk-gen van de moeder hebben langs het bovenste rooster en het MmKk-gen van de vader in het linkerrooster, dan zijn de allelen voor elk gen:
- Langs het bovenste rooster: "MK, Mk, mK, mk"
- Onderaan aan de linkerkant: “MK, MK, mK, mK”
Stap 4. Vul elk raster in met elke allelcombinatie
Vul het raster in zoals bij een enkel gen. Deze keer heeft elk raster echter twee extra letters voor elk gen naast de eerste: vier letters voor twee genen, zes letters voor drie genen. Over het algemeen moet het aantal letters in elk raster gelijk zijn aan het aantal letters in het genotype van elke ouder.
- In dit voorbeeld vullen we het bestaande raster als volgt:
- Bovenste rij: “MMKK, MMKk, MmKK, MmKk”
- Tweede regel: “MMKK, MMKk, MmKK, MmKk”
- Derde regel: “MmKK, MmKk, mmKK, mmKk”
- Onderste rij: “MmKK, MmKk, mmKK, mmKk”
Stap 5. Zoek het fenotype voor elk mogelijk nageslacht
Wanneer geconfronteerd met meerdere genen, vertegenwoordigt elk rooster in de Punnett vierhoek nog steeds het genotype voor elk potentieel nageslacht - er zijn meer keuzes dan een enkel gen. Het fenotype voor elk rooster hangt opnieuw af van het exacte gen dat wordt behandeld. In het algemeen hebben dominante eigenschappen echter slechts één allel nodig om tot uiting te komen, terwijl recessieve eigenschappen "alle" recessieve allelen vereisen.
- Omdat gladheid (M) en geelheid (K) in dit voorbeeld de dominante kenmerken of kenmerken zijn voor de erwtenplant in het voorbeeld, vertegenwoordigt elk raster met ten minste één hoofdletter M een plant met het gladde fenotype, en elk raster met ten minste een grote K vertegenwoordigt een gewas geel fenotype. Gerimpelde planten hebben twee kleine s-allelen nodig en groene planten hebben twee kleine k-allelen nodig. Uit deze voorwaarde krijgen we:
- Bovenste rij: “Naadloos/geel, Naadloos/geel, Glad/geel, Naadloos/geel”
- Tweede rij: “Naadloos/geel, Glad/geel, Glad/geel, Glad/geel”
- Derde rij: “Glad/geel, Glad/geel, gerimpeld/geel, gerimpeld/geel”
- Onderste rij: “Glad/geel, Glad/geel, gerimpeld/geel, gerimpeld/geel”
Stap 6. Gebruik het raster om de waarschijnlijkheid van elk fenotype te bepalen
Gebruik dezelfde techniek als bij het omgaan met een enkel gen om de kans te vinden dat elk nageslacht van beide ouders een ander fenotype kan hebben. Met andere woorden, het aantal rasters met het fenotype gedeeld door het totale aantal rasters is gelijk aan de waarschijnlijkheid voor elk fenotype.
- In dit voorbeeld zijn de kansen voor elk fenotype:
- Nakomelingen zijn glad en geel: 12/16 = “3/4 = 0.75 = 75%”
- Nakomelingen zijn gerimpeld en geel: 4/16 = “1/4 = 0.25 = 25%”
- Nakomelingen zijn glad en groen: 0/16 = “0%”
- Nakomelingen gekenmerkt door rimpels en groen: 0/16 = “0%”
- Merk op dat aangezien het onmogelijk is voor elk nageslacht om twee recessieve k-allelen te hebben, geen van beide nakomelingen groen is (0%).
Tips
- Haast hebben? Probeer de Punnett vierzijdige online rekenmachine te gebruiken (bijvoorbeeld in deze), die in staat is om een vierkant Punnett-raster te maken en te vullen op basis van de ouderlijke genen die u hebt opgegeven.
- Over het algemeen komen recessieve eigenschappen niet zo vaak voor als dominante eigenschappen. Er zijn echter situaties waarin deze zeldzame eigenschap de fitheid van een organisme kan vergroten en dus vaker voorkomt door natuurlijke selectie. De recessieve eigenschap die erfelijke bloedziektes veroorzaakt, verleent bijvoorbeeld ook immuniteit tegen malaria, waardoor het noodzakelijk is in tropische klimaten.
- Niet alle genen hebben slechts twee fenotypes. Er bestaan bijvoorbeeld verschillende genen die afzonderlijke fenotypes hebben voor heterozygote combinaties (één dominant, één recessief).
