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Genkopplung, Rekombination, Genkartierung – Drosophila als Modellorganismus

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Die Autor*innen
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Maja O.
Genkopplung, Rekombination, Genkartierung – Drosophila als Modellorganismus
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Genkopplung, Rekombination, Genkartierung – Drosophila als Modellorganismus Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Genkopplung, Rekombination, Genkartierung – Drosophila als Modellorganismus kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme Wildtyp und Mutante von Drosophila melanogaster.

    Tipps

    Überlege dir, welche Merkmale bei dir Fruchtfliege Drosophila am häufigsten vorkommen.

    Lösung

    Der Wildtyp ist der Träger der häufigsten Merkmalskombination in einer Population. Im Falle von Drosophila ist dies die Kombination von einem graubraunen Körper und roten Augen.

    Eine Mutante trägt Mutationen in sich und unterscheidet sich dadurch vom Wildtyp. Drosophila-Fliegen, die also anders aussehen als der Wildtyp, müssen zum Zentralelement Mutante gezogen werden.

  • Nenne die Eigenschaften des Modellorganismus Drosophila.

    Tipps

    Modellorganismen haben meist Eigenschaften, durch die sie besonders gut in der Wissenschaft einzusetzen sind.

    Wissenschaftler benötigen oft eine große Anzahl der Tiere.

    Lösung

    Eine hohe Nachkommenzahl, leichte Züchtung und kurze Generationszeit sind die Eigenschaften, warum Drosophila melanogaster besonders gut als Modellorganismus geeignet ist. Wissenschaftler benötigen für ihre Experimente immer eine große Anzahl von Tieren, damit sie sicher sein können, dass ihre Ergebnisse nicht zufällig entstanden sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn sich die Tiere leicht vermehren lassen und dann noch schnell viele Nachkommen haben.

  • Erkläre die Begriffe Genkopplung, Genkartierung, Rekombination und Modellorganismus.

    Tipps

    Unter Genkopplung versteht man die gemeinsame Weitergabe von mehreren Genen aufgrund ihrer nah beieinander liegenden Lage auf einem Chromosom.

    Auf dem Bild siehst du Drosophila, ein beliebter Modellorganismus der Genetik. Überlege dir, welche Vorteile Drosophila für die Forschung hat.

    Lösung
    1. Der Wissenschaftler redet von der Genkopplung. Kreuzt man ein Dihybrid der F1-Generation mit einem homozygoten Wildtyp, so sollte bei ungekoppelten Genen ein Verhältnis von 1:1:1:1 herauskommen. Falls du dir nicht sicher bist, wie ein 1:1:1:1 Verhältnis bei ungekoppelten Genen entsteht, schau dir noch einmal das Beispiel aus dem Video an. Wenn kein 1:1:1:1 Verhältnis besteht, liegt Genkopplung vor.
    2. Hier ist von einem Modellorganismus die Rede. Die meisten Modellorganismen zeichnen sich durch eine leichte Züchtung, einen schnellen Generationswechsel und eine hohe Nachkommenzahl aus. Übrigens ist ein weiterer Modellorganismus der Genetik Arabidopsis thaliana, auch Gänserauke genannt.
    3. Hier wird die Rekombination gesucht. in der Prophase I der Meiose paaren sich homologe Chromosome. Dabei können verschiedene Gene ausgetauscht werden. Je weiter die Gene auseinander liegen auf einem Chromosom, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kopplungsbruch stattfindet.
    4. Hier ist die Rede von einer Genkarte. Genkarten geben an, wo ein Gen auf einem Chromosom liegt.
  • Berechne die Rekombinationsfrequenz (R).

    Tipps

    Finde zunächst heraus, welche Genotypen die Rekombinanten haben.

    Überlege dir, wie du die Gesamtzahl der Nachkommen ermitteln kannst.

    Lösung

    Um die Rekombinationsfrequenz zu errechnen, musst du die Anzahl der Rekombinanten durch die Gesamtanzahl der Nachkommen dividieren. Im Anschluss multiplizierst du das Ergebnis mit 100.

    Zunächst musst du folglich die Anzahl der Rekombinanten ermitteln, also alle die Phänotypen, die nicht dem Phänotyp der Doppelmutante oder den Wildtypen entsprechen. Die Rekombinanten sind also Aabb und aaBb. Insgesamt sind also 500 Rekombinanten entstanden (245+255=500).

    Nun musst du noch die Gesamtanzahl ermitteln, indem du alle Nachkommen addierst (1989+245+255+2011=4500). Zuletzt musst du die Rekombinanten durch die Gesamtanzahl dividieren und mit 100 multiplizieren.

  • Bestimme die Rekombinanten von Drosophila.

    Tipps

    Vergleiche die Phänotypen der Wildtypen und Doppelmutanten mit den Phänotypen der Nachkommen.

    Lösung

    Rekombinanten besitzen Genkombinationen, die in der Parentalgeneration nicht vorkommen. Es zählen also alle Nachkommen dazu, die nicht den Phänotyp der Doppelmutanten bzw. der Wildtypen haben, hier also Aabb und aaBb. Schau dir noch einmal zur Wiederholung die Mendelschen Regeln an, wenn du Probleme hast.

  • Erläutere, welche Phänomene bei der Erstellung der Genkarten wichtig sind.

    Tipps

    Erstelle dir eine Skizze, um die Rechenaufgaben besser zu lösen.

    1 cM = 1% Rekombinationsfrequenz

    Lösung
    1. Es gilt, je kleiner der Abstand von zwei Genen ist, umso kleiner bzw. geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zur Entkopplung der Gene kommt aufgrund eines Crossing-over. Da a und b 6 cM von einander entfernt sind und c und d 20 cM (6 cM< 20 cM), ist die Wahrscheinlichkeit, dass a und b entkoppelt werden geringer.
    2. Genabstände verhalten sich additiv. Am Beispiel von a, b und c bedeutet das, dass der Abstand von a und b addiert mit dem Abstand von b und c den Abstand von a und c ergibt. 7 cM+bc= 10 cM => 10 cM-7cM= 3 cM. Der Genabstand von b und c beträgt also 3 cM.
    3. Je größer der Abstand zweier Gene ist, umso höher bzw. größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Gene entkoppelt werden. Da der Abstand von c und d kleiner ist als der von f und g (3 cM<30 cM), ist die Wahrscheinlichkeit größer das f und g entkoppelt werden.
    4. Das gesuchte Phänomen heißt Interferenz. Sind zwei Gene sehr weit voneinander entfernt, kann es zwei Crossing-over zwischen den beiden Genen geben. Dadurch wird die Entkopplung wieder aufgehoben.
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