การแบ่งแยกทางพันธุกรรม: มันคืออะไร ลักษณะและตัวอย่าง

สิ่งมีชีวิตใช้กลยุทธ์พื้นฐานที่สำคัญสองประเภทเท่าที่เกี่ยวข้องกับความคิดของลูกหลาน: การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศและการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

ในการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ เซลล์หรือกลุ่มเซลล์จากสิ่งมีชีวิตของผู้ปกครองก่อให้เกิดบุคคลที่ทำหน้าที่อื่น ซึ่งมีความเท่าเทียมกันทางพันธุกรรมกับบิดาหรือมารดา ซึ่งทำได้โดยการแบ่งส่วน การแตกกิ่ง การแตกหน่อ การมีลูกหลายคู่ การเกิด parthenogenesis และกระบวนการที่ซับซ้อนอื่นๆ

ในทางกลับกัน ในการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ มีบุคคลสองเพศภายในหนึ่งสปีชีส์: ตัวผู้และตัวเมีย ทั้งสองผลิต gametes ที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมครึ่งหนึ่งของเซลล์ที่เหลือ (พวกมันเป็นเดี่ยว) และเมื่อรวมกันแล้วพวกมันจะทำให้เกิดไซโกตที่จะกู้คืนจำนวนโครโมโซมปกติ (diploidy) กระบวนการนี้มีราคาแพงกว่ากระบวนการก่อนหน้านี้มาก แต่มีข้อดีหลายประการที่อธิบายวิวัฒนาการในตัวเอง

ในการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ ลูกหลานทั้งหมดมีค่าเท่ากับสิ่งมีชีวิตของพ่อแม่ ในทางกลับกัน ในทางเพศ เด็กแต่ละคนมีองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่แตกต่างกัน เนื่องจากโครโมโซมครึ่งหนึ่งเป็นมารดาและอีกครึ่งหนึ่งเป็นบิดา เนื่องจากการครอสโอเวอร์ การเรียงสับเปลี่ยนของโครโมโซม และกระบวนการอื่นๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างไมโอซิส ไม่มีลูกชายคนใดเหมือนกับพี่ชายของเขา (เว้นแต่พวกเขาจะเป็นฝาแฝด) ต่อไปเราจะบอกคุณว่าเกี่ยวข้องกับ

การแบ่งแยกทางพันธุกรรม ด้วยเงื่อนไขเหล่านี้ทั้งหมด

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "การแปล DNA: มันคืออะไรและเฟสของมันคืออะไร"

การแบ่งแยกทางพันธุกรรมคืออะไร?

หากคุณเคยสนใจเรื่องพันธุศาสตร์มาบ้างในชีวิต ฟังดูคุ้นๆ สำหรับคุณ เกรเกอร์ เมนเดล. นักบวชคาทอลิกและนักธรรมชาติวิทยาชาวออกัสติเนี่ยน ต้องขอบคุณการทดลองของเขากับถั่ว (Pisum sativum) กฎหมายของเมนเดลที่เป็นที่รู้จักมากกว่า ซึ่งตีพิมพ์ระหว่างปี พ.ศ. 2408 ถึง พ.ศ. 2409 น่าเสียดายที่เอกสารเหล่านี้ไม่ได้เริ่มมีชื่อเสียงในวัฒนธรรมทางวิทยาศาสตร์จนถึงปี 1900 เมื่อ Mendel ได้ล่วงลับไปแล้ว

ในส่วนของมัน คำว่า "การแบ่งแยกทางพันธุกรรม" หมายถึงการกระจายยีนจากพ่อแม่สู่ลูกในช่วงไมโอซิสนั่นคือสาเหตุของจีโนมที่เกิดจากลูกหลานหลังจากการรวมกันของพ่อแม่ที่แตกต่างกัน เพื่อเป็นการแสดงตัวอย่างกลไกของการแยกยีน จะช่วยได้มากในการพิจารณากฎสามข้อของเมนเดลโดยย่อ ดังนั้นเราจึงกล่าวถึงรูปร่างของเขาเป็นพิเศษ

เนื่องจากเรากำลังจะดำดิ่งสู่โลกของเมนเดล เราจึงต้องวางรากฐานบางอย่าง ประการแรก ควรสังเกตว่าเราจะมุ่งเน้นไปที่สิ่งมีชีวิตแบบดิพลอยด์ นั่นคือ สัตว์และพืชที่มีอยู่ในนิวเคลียสของโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันสองชุดของแต่ละประเภท (2n) ถ้ามนุษย์มีโครโมโซม 46 อันในแต่ละเซลล์ 23 มาจากแม่และ 23 มาจากพ่อ

ภายในโครโมโซมแต่ละโครโมโซมมีชุดของลำดับดีเอ็นเอที่ได้รับคำสั่งซึ่งมีข้อมูลที่จำเป็นในการสังเคราะห์โปรตีนหรือ RNA: ยีน. ในทางกลับกัน ยีนแต่ละตัวสามารถแสดง "รูปแบบ" ที่แตกต่างกันซึ่งขึ้นอยู่กับลำดับนิวคลีโอไทด์ซึ่งเรียกว่าอัลลีล เนื่องจากเรามีโครโมโซมสองชนิดในนิวเคลียสของเซลล์ของเรา เราจึงอ้างว่าเรามีอัลลีลสองอัลลีลสำหรับแต่ละยีนด้วย

อัลลีลเฉพาะตามพันธุศาสตร์ Mendelian ทั่วไปสามารถเด่น (A) หรือถอย (a) อัลลีลที่โดดเด่นคืออัลลีลที่แสดงออกอย่างเป็นอิสระจากคู่ของพวกเขา (AA หรือ Aa) ในขณะที่อัลลีลด้อยต้องการให้อัลลีลทั้งสองเหมือนกันสำหรับยีนเดียวกัน (aa) สำหรับยีนที่กำหนด แต่ละรายสามารถเป็นแบบโฮโมไซกัสเด่น (AA), ยีนด้อยโฮโมไซกัส (aa) หรือเฮเทอโรไซกัส (Aa) ในกรณีหลัง แสดงลักษณะเด่น (A) และอีกลักษณะหนึ่งถูกปิดบัง (a)

ด้วยความคิดเหล่านี้ เราทำได้เพียงชี้แจงว่า จีโนไทป์เป็นชุดของข้อมูลทางพันธุกรรมในรูปแบบของดีเอ็นเอที่ดำเนินการโดยสิ่งมีชีวิตที่เฉพาะเจาะจง specificในขณะที่ฟีโนไทป์เป็นส่วนหนึ่งของจีโนมนั้นที่แสดงในระดับที่มองเห็นได้

ณ จุดนี้ควรเน้นว่า ฟีโนไทป์เป็นผลผลิตจากสิ่งแวดล้อมและยีนดังนั้นจีโนมจึงไม่ได้อธิบายลักษณะภายนอกอย่างสมบูรณ์เสมอไป ทีนี้มาดูกฎของเมนเดลกัน

ฟีโนไทป์: จีโนไทป์ + สิ่งแวดล้อม

1. หลักการความสม่ำเสมอ (รุ่นที่ 1)

ลองมาดูตัวอย่างสมมติที่เบี่ยงเบนไปจากเมล็ดถั่ว Mendelian ทั่วไปบ้าง. ลองนึกภาพกับเราสักครู่ว่านกสายพันธุ์หนึ่งมียีน COL1 ในจีโนมของมัน ซึ่งเข้ารหัสสีของขนนก

ในทางกลับกัน ยีนนี้มีสองสายพันธุ์: COL1A และ COL1a อัลลีลแรก (A) มีความโดดเด่นและปรากฏที่ระดับฟีโนไทป์ด้วยเฉดสีแดง ในขณะที่อัลลีลที่สอง (a) มีลักษณะด้อยและปรากฏเป็นสีเหลือง

ตามหลักความสม่ำเสมอ ถ้าพ่อแม่โฮโมไซกัสสองคนมารวมกัน (คนหนึ่งมีอัลลีล AA สองตัวและอีกอัลลีล AA สองอัน) ลูกทั้งหมดจะเป็นเฮเทอโรไซกัส สำหรับยีนนั้นโดยไม่มีข้อยกเว้น ดังนั้นหนึ่งในพ่อแม่จะเป็นสีแดง (AA) อีกคนหนึ่งจะเป็นสีเหลือง (aa) และลูกหลานทั้งหมดจะเป็นสีแดงเช่นกัน (Aa) เนื่องจากลักษณะสีแดงจะซ้อนทับกับสีเหลือง

• คุณอาจสนใจ: "โครโมโซม: มันคืออะไรลักษณะและทำงานอย่างไร"

2. หลักการแบ่งแยก (รุ่นที่สอง)

เรามาดูกันว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้ารุ่นสีแดง (Aa) นี้ถูกทำซ้ำในหมู่พวกเขา ขั้นแรกเราใช้สูตรแล้วอธิบายผลลัพธ์:

Aa x Aa = ¼ AA, ¼ Aa, ¼ Aa, ¼ aa

ตามค่าเหล่านี้ ถ้าเฮเทอโรไซโกตสองตัวข้ามกันเพื่อยีนที่กำหนด 1 ใน 4 ของลูกสุนัขจะเป็นโฮโมไซกัสที่โดดเด่น 2 ใน 4 จะเป็นเฮเทอโรไซกัสและ 1 ใน 4 จะเป็นโฮโมไซกัสด้อย.

หากเราย้อนกลับไปที่ตัวอย่าง เราจะเห็นว่าลูกสีแดงสามในสี่มาจากพ่อแม่สีแดงสองคน เช่นกัน (เอเอและเอเอ) แต่หนึ่งในนั้นกลับมีฟีโนไทป์สีเหลือง (aa) ซึ่งถูกปกปิดในรุ่น ก่อนหน้า

ดังนั้นความถี่ของลักษณะสีแดงจึงถูกกระจายในประชากรในอัตราส่วน 3: 1 ด้วยการอนุมานทางสถิติขั้นพื้นฐานนี้ แสดงให้เห็นว่า อัลลีลของพ่อแม่จะถูกหลั่งในระหว่างการผลิตเซลล์สืบพันธุ์โดยการแบ่งเซลล์แบบมีโอติก.

3. หลักการส่งสัญญาณอิสระ (รุ่นที่ 3)

หากต้องการดูว่าอัลลีลมีการกระจายอย่างไรหากเราข้ามสมาชิกของรุ่นที่สามท่ามกลางพวกเขา เราจะต้อง ตารางที่มีทั้งหมด 16 ช่องว่าง เนื่องจากแต่ละตัวแปร (AA, Aa, Aa และ aa) สามารถทำซ้ำกับผู้อื่นได้ (4x4: 16).

เราจะไม่เน้นที่ผลลัพธ์เหล่านี้ เนื่องจากเราเห็นได้ชัดจากตัวอย่างก่อนหน้านี้ว่าลักษณะเด่นของสีแดงคือลักษณะเด่นของสีขนนกของเรา

ไม่ว่าในกรณีใดเราสนใจที่จะช่วยเหลือแนวคิดเกี่ยวกับหลักการส่งสัญญาณอิสระ: ลักษณะต่าง ๆ ที่เข้ารหัสโดยยีนต่าง ๆ นั้นได้รับการถ่ายทอดอย่างอิสระกล่าวอีกนัยหนึ่ง รูปแบบการสืบทอดของลักษณะ "สีขนนก" ที่เราได้แสดงให้คุณเห็นไม่จำเป็นต้องส่งผลต่ออักขระ "ขนาดจงอยปาก" สิ่งนี้ใช้ได้เฉพาะกับยีนที่อยู่ในโครโมโซมที่ต่างกัน หรือในระยะทางไกลพอสมควรภายในโครโมโซมเดียวกัน

ข้อจำกัดของสมมติฐานการแบ่งแยกทางพันธุกรรม

แม้ว่ากฎหมายเหล่านี้จะวางรากฐานสำหรับสิ่งที่เรารู้จักในปัจจุบันว่าเป็นการถ่ายทอดทางพันธุกรรม (และด้วยเหตุนี้ พันธุกรรม ระดับโมเลกุลและทุกแง่มุมของวินัย) จำเป็นต้องตระหนักว่าพวกเขาล้มเหลวเล็กน้อยหลังจากได้รับบางอย่าง ความรู้

ตัวอย่างเช่น, การใช้งานเหล่านี้ไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบของสภาพแวดล้อมต่อฟีโนไทป์ (ลักษณะภายนอกของตัวอย่าง) และจีโนไทป์ (จีโนมของมัน). หากโดยการกระทำของแสงตะวัน ขนของนกของเราจะจางหายไป ตัวอย่างเช่น) เป็นไปได้ว่าฟีโนไทป์ของนกสีแดงจะเปลี่ยนเป็นสีส้มไม่ใช่ แดง. แม้จะเป็นตัวอย่างที่มีอัลลีล AA หรือ Aa สำหรับยีน COL1 สภาพแวดล้อมก็ปรับเปลี่ยนทั้งภายนอกและที่มองเห็นได้

นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่สีของขนนกจะถูกเข้ารหัสโดยปฏิกิริยาระหว่างยีนหลายชนิด เช่น COL1, COL2, COL3 และ COL4 ลองนึกภาพว่า ยิ่งกว่านั้น ลองนึกภาพว่าหนึ่งในนั้นมีอำนาจเหนือกว่าส่วนที่เหลือและมีความชี้ขาดมากกว่าสำหรับฟีโนไทป์สุดท้าย มีอัลลีลที่แตกต่างกัน 8 ประการและปัญหาทางพันธุกรรมที่ซับซ้อนมากซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ด้วยกฎของเมนเดลเท่านั้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเข้าสู่ขอบเขตของพันธุศาสตร์เชิงปริมาณ

เพื่อเป็นการชี้แจงขั้นสุดท้าย เราต้องการทำให้ชัดเจนว่าตัวอย่างทั้งหมดที่อ้างถึงนี้เป็นเรื่องจริง เนื่องจากเราไม่มี ความรู้เกี่ยวกับว่ามียีน COL1 ที่เข้ารหัสเสียงวรรณยุกต์แบบใดแบบหนึ่งหรือแบบอื่นในสายพันธุ์ของนกใน ธรรมชาติ. มนุษย์มียีนประมาณ 25,000 ยีนในจีโนมลองนึกภาพว่าต้องยืนยันหรือปฏิเสธการมีอยู่ของฟีโนไทป์และจีโนไทป์ในสปีชีส์ป่าอื่นๆ มากมายที่ยังไม่ได้จัดลำดับด้วยซ้ำ

เราต้องการชี้แจงอย่างชัดเจนว่า ด้วยกฎการแบ่งแยกทางพันธุกรรมเหล่านี้ ซึ่งเราได้แสดงให้คุณเห็นผ่านตัวอย่างต่างๆ ได้อธิบายไว้ การแยกอัลลีลระหว่างการผลิตเซลล์สืบพันธุ์โดยการแบ่งเซลล์แบบมีโอติกในเหตุการณ์ต่างๆ เจริญพันธุ์. แม้ว่าลักษณะหลายอย่างจะไม่ถูกควบคุมโดยกลไกเหล่านี้ แต่ก็เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีในการเริ่มต้นการศึกษายีนเสมอ ไม่ว่าจะในระดับการศึกษาหรือระดับมืออาชีพ