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Rückkreuzung

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Maja O.
Rückkreuzung
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Grundlagen zum Thema Rückkreuzung

Inhalt

Rückkreuzung – Biologie

Bestimmt erinnerst du dich noch an Gregor Mendel und seine Versuche in der Genetik. Mithilfe der mendelschen Regeln (Vererbungsregeln – 1. mendelsche Regel, Vererbungsregeln – 2. und 3. mendelsche Regeln) werden bis heute Erbgänge analysiert und charakterisiert. Dabei publizierte Mendel seine Regeln auf Grundlage seiner Forschungen an Erbsenpflanzen und dem Aussehen ihrer Früchte und Blüten. Die äußeren Merkmale eines Lebewesens werden im Phänotyp zusammengefasst. Doch durch die Methodik der Rückkreuzung konnte Mendel auch bestimmen, welchen Genotyp seine Pflanzen tragen, also welche Ausstattung an Genen, die zu diesem Phänotyp führen. Ist das nicht spannend?

Doch bevor wir dir erklären, wie er das geschafft hat, wiederholen wir noch einmal kurz die 1. und 2. mendelsche Regel.

1. mendelsche Regel – Wiederholung

Die 1. mendelsche Regel wird auch Uniformitätsregel genannt. Sie besagt, dass man durch die Kreuzung reinerbiger Individuen, die sich in einem vererbbaren Merkmal unterscheiden, eine uniforme Tochtergeneration (F1-Generation) erhält. Uniform bedeutet, dass alle Nachkommen den gleichen Phänotyp und Genotyp aufweisen. Dabei ist es egal, ob väterliche und mütterliche Merkmale vertauscht werden.

2. mendelsche Regel – Wiederholung

Die 2. mendelsche Regel wird auch Spaltungsregel genannt. Sie besagt, dass man durch die Kreuzung heterozygoter F1-Nachkommen eine F2-Generation erhält, die sich im Phänotyp im Verhältnis 3 : 1 aufspaltet. Dies gilt für einen dominant-rezessiven Erbgang. „Dominant-rezessiv“ bedeutet, dass sich von den zwei Allelen, die ein Individuum im Genotyp trägt, nur ein Allel auch im Phänotyp durchsetzt.

Mendels Erbsenblüten konnten entweder weiße oder purpurfarbene Blüten ausbilden. Dabei wird das Allel, das für die Ausprägung der weißen Blütenfarbe zuständig ist, rezessiv vererbt und mit dem kleinen a gekennzeichnet. Das Allel für die purpurne Blütenfarbe ist dominant und wird mit einem großen A beschrieben.
Übertragen wir die Spaltungsregel auf seine Erbsenblüten, bilden nur Individuen mit einem homozygot rezessiven Genotypen (mit aa bezeichnet) eine weiße Blüte aus. Purpurfarbene Blüten lassen auf einen heterozygoten Genotyp (Aa) oder einen homozygot dominanten Genotyp (AA) schließen.

Wendet man die 2. mendelsche Regel auf einen intermediären Erbgang an, so erhält man F2-Nachkommen im phänotypischen Verhältnis von 2 : 1 : 1. „Intermediär“ bedeutet, dass keines der beiden Allele sich gegenüber dem anderen durchsetzt, sondern eine Mischform der beiden Phänotypen entsteht. Das könnte in unserem Fall der purpurfarbenen und weißen Blüten eine hellrosafarbene Blüte sein. Für mehr Informationen zu den verschiedenen Erbgängen kannst du dir das Video Erbgänge – dominant, rezessiv, intermediär und kodominantl anschauen.

Du siehst also, dass man durch die 2. mendelsche Regel vom Phänotyp eines Individuums mit dem Wissen, dass ein dominant-rezessiver Erbgang vorliegt, bereits teilweise Rückschlüsse auf den Genotyp ziehen kann. Liegt eine weiße Blüte vor, muss der Genotyp homozygot rezessiv (aa) sein. Diese Information macht man sich bei der Rückkreuzung zunutze, um den nichteindeutigen Genotyp der purpurfarbenen Blüte herauszufinden.

Rückkreuzung – Definition

Die Funktion einer Rückkreuzung ist die Ermittlung eines unbekannten Genotyps. Das ist der Grund, warum die Rückkreuzung auch als Testkreuzung bezeichnet wird.

Bei einer Rückkreuzung kreuzt man einen homozygot rezessiven Organismus mit einem anderen Organismus, der im Phänotyp das dominante Merkmal, aber einen unbekannten Genotyp aufweist. In unserem Fall ist der homozygot rezessive Organismus unsere weiße Erbsenblüte mit dem bekannten Genotyp aa und der Phänotyp mit dominanter Merkmalsausprägung und dem unbekannten Genotyp die purpurfarbene Erbsenblüte.

Im folgenden Abschnitt werden wir an unserem Blütenbeispiel erklären, wie man das Ergebnis einer Rückkreuzung interpretieren kann.

Rückkreuzung – Beispiel

Wir haben bereits beschrieben, dass die weiße Blütenfarbe auf einen homozygot rezessiven Genotyp (aa) schließen lässt. Der Grund dafür ist, dass sich ein rezessives Allel nur dann im Phänotyp ausprägen kann, wenn es nicht in Kombination mit einem dominanten Allel im Genotyp zu finden ist.

Das ist auch der Grund, warum wir schlussfolgern können, dass der Genotyp der purpurfarbenen Blüte homozygot dominant (AA) oder heterozygot (Aa) sein muss. Denn in einem dominant-rezessiven Erbgang, wie er bei den Erbsenpflanzen vorliegt, setzt sich das dominante Allel (A) immer gegenüber dem rezessiven Allel (a) im Phänotyp durch. Durch die Dominanz des Allels A ist daher nicht sicher, welcher Genotyp vorliegt.

Um das herauszufinden, schreiben wir uns zwei Kreuzungsschemata auf. Diese zwei Schemata beruhen auf den zwei möglichen Genotypen der purpurfarbenen Blüte und dem bekannten Genotyp der weißen Blüte.

Beispiel zur Rückkreuzung im Kreuzungsschema

Kreuzt man die zwei Pflanzen mit den unterschiedlichen Blütenfarben miteinander, gibt es nun zwei Möglichkeiten:

  • Liegt die dominante Merkmalsausprägung (purpurn) einem homozygot dominanten Genotyp (AA) zugrunde, können bei einer Kreuzung mit einem Individuum der rezessiven Merkmalsausprägung (weiß) ausschließlich purpurfarbene Phänotypen auftreten. Diese hätten alle den heterozygoten Genotyp Aa, bei dem sich das Allel A für die purpurne Farbe durchsetzt.

  • Liegt der dominante Phänotyp einem heterozygoten Genotyp (Aa) zugrunde, können bei der Rückkreuzung mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % Pflanzen mit weißen Blüten und dem rezessiven Genotyp aa und mit einer Wahrscheinlichkeit von ebenso 50 % Pflanzen mit purpurfarbenen Blüten und dem heterozygoten Genotyp Aa herauskommen.

Wie kann man das Ergebnis der Rückkreuzung nun abschließend interpretieren?

Je nachdem welche Anzahl von Blüten einer Farbe du bei der Rückkreuzung erhältst, kannst du Rückschlüsse auf den Genotyp der Erbsenpflanze mit den purpurfarbenen Blüten ziehen. Sind alle Blüten der Nachkommenpflanze der Rückkreuzung purpurfarben, dann lag ein homozygot dominanter Genotyp vor. Hast du bei deiner Rückkreuzung Pflanzen mit weißen Blüten und Pflanzen mit purpurfarbenen Blüten im Verhältnis 1 : 1 erhalten? Dann lag ein heterozygoter Genotyp vor.

Rückkreuzung – Zusammenfassung

In diesem Text haben wir dir auf einfache Weise erklärt, was eine Rückkreuzung ist und warum man sie auch als Testkreuzung bezeichnet. Außerdem hast du gelernt, wie du eine Rückkreuzung interpretieren kannst und wie du das Kreuzungsschema dafür verwenden kannst. Im Anschluss an das Video und den Text kannst du dein Wissen in interaktiven Übungen überprüfen. Viel Spaß!

Transkript Rückkreuzung

Hallo, willkommen zum Video zum Thema "Rückkreuzung". Wir wiederholen zuerst die 1. und 2. Mendel'sche Regel der Vererbung. Danach wird erklärt, was eine Rückkreuzung ist, und zu welchem Zweck diese durchgeführt wird. Dieses Video baut auf den vorausgegangenen Videos auf. Die Voraussetzung, um dieses Video zu verstehen, sind die Grundbegriffe der klassischen Genetik: Also Kreuzung, Phänotyp, Genotyp, Gen und Allel, homozygot und heterozygot, sowie dominant und rezessiv. Außerdem solltest du wissen, was ein Kreuzungsschema ist und wie man dieses erstellt. Falls du noch Fragen zu diesen Grundbegriffen hast, schau dir vorher die verlinkten Videos an. Holen wir uns also die ersten 2 Mendel'schen Regeln in Erinnerung. Die 1. Mendel'sche Regel wird auch Uniformitätsregel genannt. Kreuzt man reinerbige Individuen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, so ist die Tochtergeneration bzw. F1-Generation uniform; das bedeutet, alle Nachkommen sind phänotypisch gleich. Alle Nachkommen sind auch genotypisch untereinander gleich. Dabei spielt es keine Rolle, ob väterliche oder mütterliche Merkmale vertauscht werden. Die 2. Mendel'sche Regel wird auch Spaltungsregel genannt. Kreuzt man die heterozygoten F1-Nachkommen untereinander, dann spaltet die F2-Generation sich im Verhältnis 3:1 auf. Dies ist der Fall beim dominant-rezessiven Erbgang, bzw. 2:1:1 auf, dies ist der Fall beim intermediären Erbgang.   Kommen wir also zur Rückkreuzung: Darunter versteht man eine Testkreuzung eines rezessiven, homozygoten Organismus mit einem anderen Organismus, der einen dominanten Phänotypen hat, aber einen unbekannten Genotypen. Diese Rückkreuzung wird also durchgeführt zur Bestimmung des Genotyps. Nehmen wir als Beispiel die von Mendel benutzten Erbsenpflanzen, die purpurfarbene oder weiße Blüten aufwiesen. Alle Erbsenpflanzen mit weißen Blüten haben den Genotypen aa, da das dominante Allel A für die Ausprägung der purpurfarbenen Blüte zuständig ist, können die Erbsenpflanzen mit purpurfarbenen Blüten entweder reinerbig, also homozygot mit AA oder mischerbig, also heterozygot mit Aa sein. Der beste Weg, einen Genotyp zu bestimmen, ist die Kreuzung eines Organismus mit einem anderen, der das rezessive Merkmal zeigt. Man nimmt also Pflanzen mit purpurfarbenen Blüten, den unbekannten Genotyp und kreuzt sie mit heterozygoten Erbsenpflanzen mit weißen Blüten, diese zeigen also den rezessiven Phänotypen. Der Genotyp der Pflanze mit den purpurfarbenen Blüten lässt sich aus dem Genotyp der Nachkommen ableiten. Gehen wir jetzt darauf ein, wieso das so ist. Um das Thema leichter verständlich zu machen, zeichnen wir jetzt ein Kreuzungsschema. Wir kreuzen also Erbsenpflanzen mit dem dominanten Phänotypen und den rezessiven Phänotypen. Die Pflanzen mit den purpurfarbenen Blüten und den dominaten Phänotypen haben einen uns unbekannten Genotypen, dieser könnte entweder AA sein oder Aa. Die Erbsenpflanzen mit dem rezessiven Phänotypen haben hingegen einen bekannten Genotypen, dieser kann nur aa sein. Um herauszufinden, welche Allel-Kombinationen möglich sind, zeichnen wir für jeden Fall unterschiedliche Rekombinationsquadrate. Nehmen wir als erstes an, dass es sich bei der Elternpflanze um eine purpurfarbene Blüte handelt, die den Genotypen AA hat. Wir schreiben in die linke Spalte alle möglichen Keimzellen der Pflanze mit den weißen Blüten, also in beiden Fällen a. In die obere Zeile schreiben wir die möglichen Keimzellen der Pflanze mit den purpurfarbenen Blüten, also in diesem Fall AA. Das ergibt 4 Mal Aa; das bedeutet, alle Nachkommen der F1-Generation sind purpur. Zeichnen wir das gleiche Rekombinationsquadrat für den Fall, dass die Erbsenpflanze mit den purpurfarbenen Blüten den Genotyp Aa aufweist. Das ergibt 2 Mal Aa und 2 Mal aa; das bedeutet, die Hälfte der Nachkommen hat den Phänotypen purpurfarbene Blüten, die andere Hälfte hat den Phänotypen weiße Blüten. Das bedeutet, wenn in der F1-Generation weiße Blüten vorkommen, dann können wir daraus schließen, dass die Pflanze mit dem unbekannten Genotypen der Elterngeneration auf jeden Fall heterozygot sein muss und im Genotyp Aa trägt. Fassen wir jetzt zusammen, was du in diesem Video gelernt. Als erstes haben wir die 1. Mendel'sche Regel wiederholt, die sogenannte Uniformitätsregel. Danach haben wir die 2. Mendel'sche Regel besprochen, die sogenannte Spaltungsregel. Als nächstes haben wir näher die Rückkreuzung besprochen. Du weißt jetzt, was eine Rückkreuzung ist, wie man diese durchführt und wie man mithilfe von einer Rückkreuzung den Genotypen eines Organismus bestimmen kann, wenn dieser einen dominanten Phänotypen ausprägt. Danke für deine Aufmerksamkeit! Bis zum nächsten Video! Tschüss!

8 Kommentare

8 Kommentare
  1. Hallo Lenz Simone,
    ganz genau! Da das Merkmal für die weiße Blütenfarbe rezessiv ist, muss der Genotyp aa vorliegen, damit die Blüte weiß ist. Dies ist nur möglich, wenn beide Pflanzen der Elterngeneration das Allel a im Genotypen aufweisen. Das hast gut richtig verstanden.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor fast 4 Jahren
  2. Also ist der Genotyp Aa, weil in der P Generation auch weiße Blumen sind? AA kann es nicht sein, weil keine weißen Blumen in der F1 Generation entstehen?

    Von Lenz Simone, vor fast 4 Jahren
  3. Hallo Naomi,
    bei der Kreuzung einer Pflanze werden meist mehrere Blüten befruchtet. Bei einer erfolgreichen Befruchtung entstehen Früchte mit vielen Samen, die die Erbanlagen der Parentalgeneration tragen. Die Allele werden also nicht wortwörtlich weitergegeben, sondern nur Kopien davon, die in den Pollensäcken und den Eizellen enthalten sind. Aus mehreren Samen entstehen dann mehrere Individuen. Ich hoffe, das beantwortet deine Frage.
    Viele Grüße aus der Redaktion

    Von Serpil K., vor mehr als 5 Jahren
  4. Kann bei der Parentalgeneration nicht eigentlich jeweils ein Allel an die Nachkommengeneration weitergegeben werden ? Also, ich verstehe nicht, weshalb nach der Parentalgeneration mehrere Keimzellen gebildet werden können. LG

    Von Naomi S., vor mehr als 5 Jahren
  5. Hallo Jacqueline,
    man erkennt den Genotyp an der F1-Generation. Wenn man die Blume mit der purpurnen Blüte mit einer homozygoten Blume mit einer weißen Blüte (aa) kreuzt und sowohl weiße als auch purpurne Blüten in der Nachfolgegeneration vorkommen, weiß man, dass die purpurne Blume heterozygot (Aa) gewesen sein muss. Da das Gen für das Merkmal weiß rezessiv vererbt wird und zwei Allele vorhanden sein müssen, damit das Merkmal "weiß" ausgeprägt wird, müssen beide Blumen mindestens ein Allel a besitzen. Wenn die purpurne Blume homozygot AA ist, werden die Individuen der Folgegeneration den Genotyp Aa haben und purpur erscheinen.
    Ich hoffe, das hilft dir weiter! :)
    LG

    Von Serpil K., vor mehr als 6 Jahren
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Rückkreuzung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Rückkreuzung kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere die 1. und die 2. Mendelsche Regel.

    Tipps

    Bei der Kreuzung reinerbiger Eltern konnte Mendel keine phänotypische Aufspaltung der Nachkommen beobachten.

    Lösung

    Mendel konnte durch die Kreuzung zweier reinerbiger Individuen die 1. Mendelsche Regel aufstellen. Er beobachtete, dass bei der Kreuzung von Individuen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, bspw. Blütenfarbe, uniforme Nachkommen entstehen. Deswegen bezeichnete er sie als Uniformitätsregel.

    Nach der Kreuzung der F$_1$-Generation konnte er auch die 2. Mendelsche Regel aufstellen. Er wusste bereits, dass die F$_1$-Generation nicht reinerbig wie die Parentalgeneration war, sondern mischerbig sein musste. Die Kreuzung dieser heterozygoten Individuen brachte Nachkommen hervor, die sich phänotypisch aufspalteten. Bei dominant-rezessiven Erbgängen in dem Verhältnis 3:1 und bei intermediären Erbgängen in dem Verhältnis 1:2:1. Deswegen nannte er diese Regel, die Spaltungsregel.

  • Definiere die Rückkreuzung.

    Tipps

    Die Rückkreuzung liefert einen Hinweis über den Genotyp eines Individuums.

    Lösung

    Die Rückkreuzung ist ein Verfahren in der Genetik, um herauszufinden, welchen Genotyp ein Individuum hat. Daher wird diese Kreuzung auch Testkreuzung genannt. Das Individuum, dessen Genotyp ausfindig gemacht werden soll, wird mit einem homozygot rezessiven Individuum gekreuzt. Nach der 1. Mendelschen Regel sind die Nachkommen uniform, wenn beide Eltern homozygot sind. Wenn also die Nachkommen der Rückkreuzung homozygot sind, kann man mit Gewissheit sagen, dass das unbekannte Individuum homozygot ist. Bei einer phänotypischen Aufspaltung der Nachkommen muss das Individuum also heterozygot sein.

  • Bewerte die Aussagen über den vorliegenden Erbgang.

    Tipps

    Welcher Erbgang kann vorliegen, wenn eine mischerbige Pflanze nur die rote Blütenfarbe zeigt?

    Lösung

    Die gegebenen Informationen verraten bereits den vorliegenden Erbgang. Wenn eine Pflanze mit dem Genotyp Aa phänotypisch rot ist, muss ein dominant-rezessiver Erbgang vorliegen, weil das Allel für rote Blütenfarbe dominant ist. Die 2. Mendelsche Regel besagt, dass die Kreuzung von mischerbigen Individuen in der F$_2$-Generation zu einer phänotypischen Aufspaltung im Verhältnis 3:1 führt. Das würde bedeuten, dass in der F$_2$-Generation nur rote und weiße Blüten mit den Genotypen AA, Aa, Aa, aa entstünden.

  • Erläutere das Ergebnis der Testkreuzung.

    Tipps

    Bei der Kreuzung reinerbiger Eltern entstehen uniforme Nachkommen.

    Lösung

    Wenn sich die Nachkommen einer Rückkreuzung mit einem homozygot rezessiven Elter phänotypisch aufspalten, muss das Individuum, dessen Genotyp unbekannt ist, heterozygot sein. Wenn es homozygot wäre, würden die Nachkommen der 1. Mendelschen Regel entsprechend uniform sein.

  • Bestimme die Genotypen beim intermediären Erbgang.

    Tipps

    Einen intermediären Erbgang erkennt man an der Mischform von zwei Merkmalen.

    Lösung

    Bei einem intermediären Erbgang gibt es kein dominantes und rezessives Allel wie beim dominant-rezessiven Erbgang. Beide Allele setzen sich durch, sodass heterozygote Individuen eine Mischform der beiden Merkmale aufzeigen. Das würde bedeuten, dass die rosafarbene Blüte den Genotyp AW haben müsste. Die roten und die weißen Blüten gleichen vom Phänotyp der Parentalgeneration, also haben sie die Genotypen AA und WW.

  • Erläutere das Ergebnis der Rückkreuzung für einen dihybriden Erbgang.

    Tipps

    Die Nachkommen der Parentalgeneration gelb/runder und grün/runzeliger Erbsen sind alle gelb und rund.

    Wie sah die homozygot rezessive Erbse aus, die in den Mendelschen Versuchen gekreuzt wurde?

    Lösung

    Der Bauer hat hier einen Fehler gemacht. Eine Rückkreuzung erfolgt immer mit einem homozygot rezessiven Individuum. Das wäre in diesem Fall eine grüne, runzelige Erbse. Daher kann man nach diesem fehlerhaften Versuch den Genotyp der gelben Erbse nicht genau bestimmen. Um eine Aussage über die Reinerbigkeit oder Mischerbigkeit des Individuums treffen zu können, muss die Rückkreuzung wiederholt werden.

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