Genetische Experimente mit Drosophila melanogaster
1.Theoretische Einleitung:
Diptera
Brachycera
Drosophilidae
Drosophila
Melanogaster
Der Chromosomenbestand der Drosophila melanogaster ist sehr gering und besteht bei diploidem Chromosomensatz aus sechs Autosomen und zwei Heterosomen. Die Geschlechtsbestimmung erfolgt über die Anzahl der X-Chromosomen. Besitzt ein Exemplar nur ein X-Chromosom, so ist es ein Männchen. Besitzt es zwei X- Chromosomen, so ist es ein Weibchen. Die Geschlechtsunterscheidung zwischen Männchen und Weibchen erkennt man daran, dass die Männchen Geschlechtskämme am vorderen Beinpaar besitzen und das Abdomen aus Penis, Genitalbogen und Analplatten besteht. Das Abdomen des Weibchens nicht wie beim Männchen schwarz gefärbt und besteht nur aus Vaginalplatte und Analplatte.
Das Ziel der folgenden Versuche ist es anhand von genetischen Mutationen die Mendel´schen Regeln nachzuweisen.
Die Mendel´schen Regeln:
1.Uniformitätsregel:
Bei einem monohybriden (nur ein Merkmal) - homozygoten (reinerbig) - dominant - rezessiven Erbgang sind die Mitglieder unter sich gleich:
P _ F1
(GG x gg)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
G = dominant = Grün
g = rezessiv = Gelb
(Punett - Schema)
2.Spaltungsregel:
Bildet die F1 Generation Gameten, so liegt die Kombination der Allele in einem Verhältnis von 3 : 1 (Phänotyp). Der Genotyp liegt in einem Verhältnis von 1 : 2 : 1 . Dies ist ein dominant- rezessiv - heterozygot - monohybrider Erbgang.
F1 _ F2
(Gg x Gg)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
3.Unabhängigkeitsregel:
In Dihybriden (2 Merkmale) wird jedes Merkmal unabhängig vom anderen vererbt. Dabei kommt es in der F2 Generation zu einer Aufspaltung der Phänotypen von 9 : 3 : 3 : 1. Dies ist ein dominant - rezessiv - heterozygot - dihybrider Erbgang.
P _ F1
(YYRR x yyrr) Y = yellow = dominant
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
_ Hilfe: Formel zur Ausrechnung des Phänotyps und des Genotyps
Phänotyp:2* wobei n die Anzahl der Merkmale darstellt
Bsp.: n = 1 Merkmal _ Farbe
Das heißt, dass zwei Phänotypen
existieren, nämlich 3 : 1 (Also 3 Grüne und 1 Gelbe)
Genotyp: wobei n die Anzahl der Merkmale darstellt Bsp.: n = 1 Merkmal (Farbe)
Das heißt, dass 3 Genotypen existieren, nämlich 1 : 2 : 1 (Also z.B. GG, Gg, Gg, gg). Bei n = 2 (Farbe und Form) gibt es also 27 Genotypen.
Das Problem der folgenden Versuche wird es sein, die aufgestellten Theorien, bzw. die Mendel´schen Regeln nach den Kreuzungsversuchen zu bestätigen oder zu verwerfen. Es ist eine Formel von Nöten, deren Ergebnis einem klarmacht, ob die Anzahl der Abweichungen so gering ist dass diese noch als Zufall gezählt werden können und meine Theorie stimmt, oder ob die Anzahl der Abweichungen so hoch sind, dass dies einen Grund haben muss, also es kein Zufall mehr ist und die Theorie verworfen werden muss oder auch Fehlerquellen vorhanden sind.
So eine Formel, bzw. so ein Test existiert und wird [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] genannt.
Dieser vergleicht beobachtete Häufigkeiten mit theoretisch erwarteten Häufigkeiten. Hierbei gilt bei 0,05% als Signifikanzniveau, d.h. als Grenze zwischen Zufall oder kein Zufall. Zusätzlich dienen Freiheitsgrade, bzw. Merkmale der Variabilität der [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] d.h. je mehr Freiheitsgrade, desto höher ist der erlaubte [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] da Freiheitsgrade automatisch mehr Variationen garantieren.
Formel des :[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Das Vergleichen des errechneten [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] mit der Tabelle erklärt uns also ob unsere Theorie richtig oder fehlerhaft ist.
2. Material und Methodik:
Es werden mehrere Kreuzungsansätze durchgeführt.
Man betäubt mehrere Fliegen der folgende Drosophila melanogaster - Typen mit Äther:
1. Wildtyp (m) _ + (m)
2. Wildtyp (w) _ + (w)
3. Weißäugig (m) _ w (m)
4. Weißäugig (w) _ w (w)
5. Gelbkörper (m) _ y (m)
Die Wildtypen sind Mutationsfrei, also gelb-schwarz gestreift mit normal ausgebildeten Flügeln. Die Weißäugigen sind meist pigmentlos, also grau, und deren Augen sind auch weiß, bzw. transparent. Die Gelbkörper sind ohne Schwarz- Pigmente, also vollständig gelb mit normalen roten Augen.
Später füllt man in 4 kleinere Gefäße Nährboden hinein und lege jeweils mehrere Exemplare der folgenden Typen zusammen und verschließe es mit einem Schwamm, damit Sauerstoff eindringen kann:
1. + (w) mit + (m)
2. + (w) mit w (m)
3. w (w) mit + (m)
4. y (w) mit w (m)
Nun warte man 14 Tage damit diese sich paaren und Eier legen, um die Elterntiere danach wieder zu entfernen.
Nachdem die Larven geschlüpft sind und sich zu Fliegen verpuppt haben, klopft man diese in ein Tötungsglas, das mit einem Korken verschlossen wird, an dem ein mit Äther getränktes Wattebällchen haftet. Nun warte man eine Minute bis die Fliegen sich nicht mehr regen. Ein Zeichen für ihren Tod ist das Abspreizen ihrer Flügel. Nun kann man die Fliegen ausschütten und sie unter einem Binokular jeweils nach ihren Mutationen einteilen. Dies macht man mit jedem Kreuzungsansatz in den vier Gefäßen.
Hat man die Fliegen ihren Mutationen zugeordnet, versucht man anhand eines Punett- Schemas die Parentalgeneration herauszufinden. Danach zählt man die Fliegen in ihren jeweiligen Mutationen und setzt diese Zahlen dann im ein. Dieser bestätigt oder verwirft dann unsere Theorie, die wir anhand des Punett-Schemas erstellt haben.
3. Ergebnisse: Die Anzahl der Fliegen des jeweiligen Kreuzungsansatzes wurde immer in Zweiergruppen eines Tisches ausgezählt, um diese dann am ganzen Tisch und auch im ganzen Kurs zusammenzufassen.
Tab 1: Ansatz 1 _ + (w) x + (m)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Anzahl der gezählten Fliegen mit ihren Mutationen
+ = Wildtyp / vg = vestigal (Wildtyp mit Stummelflügel) / e = ebony / vge = Schwarz mit Stummelflügeln
Tab. 2: Einsetzen des Ansatzes 1 im [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
e = Erwartungswert (1359 dividiert durch 16 (9+3+3+1) und multipliziert mit jeweils 9 oder 3 oder 3 oder 1)
b = Beobachteter Wert / b-e = Differenz, Abweichungen / =
Tab. 3: Rekombinations-Schema zu Ansatz 1:
Parental-Generation :[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Ergebnis :[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] und [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] _ Phänotyp 1 : 1
Tab. 4: Rekombinatio ns-Schema zur F1-Generation des Ansatzes 1:
F1 - Generation :[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tab. 5: Ansatz 2 _ + (w) x w (m)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Anzahl der gezählten Fliegen mit ihren Mutationen
+ = Wildtyp (männlich/weiblich) / w = white (weißäugig)
Tab. 6: Rekombinations-Schema des Ansatzes 2:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Parental-Generation :[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Phänotyp: 1 : 1 : 1 :1
Tab. 7: Ansatz 3 _ w (w) x + (m)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Anzahl der gezählten Fliegen mit ihren Mutationen
+ = Wildtyp (männlich/weiblich) / w = white (weißäugig)
Tab. 8: Rekombinations - Schema zum Ansatz 3:
Parental-Generation :[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Genotyp: 1 : 1
Tab. 9: Ansatz 4 _ y (w) x w (m)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Anzahl der gezählten Fliegen mit ihren Mutationen
y = yellow (männlich/weiblich mit roten Augen) / w = white (m/w &weißäugig)
Tab. 10: Rekombinations-Schema zum Ansatz 4:
Parental-Generation :[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Genotyp: 1 : 0 : 0 : 1
4. Diskussion:
Zu Kreuzungsansatz 1:
Hier ist ein ungekoppelter dihybrider - heterozygot - dominant - rezessiver Erbgang von statten gelaufen.
Nachdem die Fliegen ausgezählt sind, sieht das Ergebnis so aus, als ob man die dritte Mendel´sche Regel anwenden kann und ein Phänotypverhältnis von 9:3:3:1 existiert.
Auch die Rekombinations-Schemas bekräftigen diese Theorie. Nachdem man die - Werte aber addiert, kommt ein von 10,29 heraus. Diese Zahl übersteigt den von 7,82. Dies bedeutet dass die Theorie der dritten Mendel´schen Regel hier nicht angewendet werden kann. Doch was ist der Grund für die Verwerfung meiner Theorie? Kreuzungsversuch und Rekombinations-Schema sprechen doch dafür.
Es kann durchaus sein, dass meine Theorie zwar zutrifft, aber durch bestimmte Fehler der Kreuzungsversuch modifiziert wurde. So können z.B. bei der Auszählung, bzw. der Zuordnung der Fliegen Fehler einschleichen durch ähnlichsehende Merkmale, oder nach dem Ansetzen der Kreuzungsversuche wurden nicht alle Elterntiere entfernt, so dass diese weiter Eier produzierten und so den Wert verfälschten. Ein entscheidender Punkt könnte auch die genetische Eignung, bzw. Fitness sein, die besagt, dass bestimmte Gene vorhanden sein müssen, um den Fortpflanzungserfolg und somit das Überleben der Gene eines Individuums an einem bestimmten Ort zu garantieren. D.h. das ein Individuum anhand seiner Gene an einem bestimmten Ort sich besser verbreiten kann als an einem anderen Ort.
In unserem Fall könnte dies bedeuten, dass einige Fliegen schon früher gestorben sind als andere, da sie aufgrund ihres Erbgutes keinen passenden Lebensraum im Kreuzungsglas gefunden haben oder durch fehlende Elemente das genetisch festgelegt Paarungsprogramm nicht starten konnten. Die laterale Höhe aufgrund der genetischen Fitness ist somit auch bei uns ein modifikations -Faktor im Kreuzungsversuch, den wir aber durch fehlende Informationen nicht genauer bestimmen können und ihn als gegeben hinnehmen müssen, bzw. übersehen müssen.
Zu Kreuzungsansatz 2:
Hier haben wir einen monohybriden an die Geschlechtschromosomen gekoppelten - dominant - rezessiv - heterozygoten Erbgang. Dies wird aber erst durch den Ansatz 3 bewiesen.
Durch das Rekombinationskreuz kommen wir auf ein Verhältnis von 1:1:1:1, das aber bei den Auszählungen nicht vollständig bestätigt wird. Die Auszählungen besagen dass die wilden Typen überrepräsentiert, und die weißen unter-repräsentiert sind. Mögliche Fehlerquellen sind in der Diskussion zu Ansatz 1 beschrieben.
Zu Kreuzungsansatz 3:
Wenn wir theoretischer weise diesen Versuch genauso durchführen wie den Ansatz 2, so würden wir folgendes Ergebnis erwarten:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
oder
+ (w) und w (m) oder w (w) und + (m)
Gegebenenfalls erwarten wir auch eine Mischung von diesen Phänotypen im
Verhältnis 1:1:1:1. Doch statt dessen erhalten wir nur + (w) und w (m). Warum ist die andere Variation nicht vorhanden?
Es ist also von Bedeutung ob beim Männchen die Allele auf dem X- oder dem Y- Chromosom liegen, da die Umstellung der Allele beim Rekombinationskreuz zwei verschiedene Ergebnisse liefert. Eine von beiden Chromosomen scheint das jeweilige Allel nicht ,,beherbergen" zu können. Könnte das X-Chromosom das + - Allel nicht beherbergen, wären alle F1-Typen weiß. Da wir auch Schwarze erhalten, entfällt dies. Könnte das X-Chromosom das w - Allel nicht beherbergen, würden wir weibliche weißäugige erhalten, dies entfällt also auch. Das X-Chromosom funktioniert einwandfrei. Wenn es möglich wäre, dass das Y-Chromosom das + - Allel nicht beherbergen könnte, wären alle Typen in der F1 Generation wieder weiß. Dies entfällt. Die letzte Möglichkeit ist die, dass das Y- Chromosom das w - Allel nicht beherbergen kann. Dann würden wir nur weibliche im wild - Typ, und männliche im weiß - Typ erhalten. Da dies auch der Fall ist, könne wir behaupten, dass das Y-Chromosom der Drosophila melanogaster das weißäugigkeits - Allel nicht beherbergen kann. Die Mendel´schen Regeln können hier also nicht angewendet werden. Dies ist uns im Ansatz 2 aber nicht aufgefallen, da das Phänotypenverhltnis durch die Kombination der Allele mit w - Allel auf dem Y-Chromosom genauso ausfä llt, wie ohne dem w - Allel auf dem Y- Chromosom.
Zu Kreuzungsansatz 4:
Im Ansatz 4 erhalten wir nur gelbe weibliche und weiße männliche.
Wenn wir nach den Mendel´schen Regeln verfahren, müssten bei der ParentalenGeneration die Variationen y/y x w/- oder w/y x w/- aussehen.
Bei y/y x w/- würden wir aber gelbe männliche Exemplare erhalten. Da dies nicht so ist, wird dies verworfen. Bei w/y x w/- würden wir weibliche weißäugige Exemplare erhalten, also entfällt auch dies. Beide Variationen entfallen, und die Mendel´schen Regeln somit auch. Doch wie sieht die parentale-Generation nun wirklich aus? Durch Hintergrundwissen ist uns klar, dass wir hier einen Ausnahme-Fall haben. Die weiblichen Fliegen besitzen nämlich ein attached X, besitzen somit zwei X- und ein Y-Chromosom. Wäre das Y-Chromosom ein X-Chromosom, so hätten wir eine tripple X Fliege. Diese sind aber nicht lebensfällig und existieren somit nicht. Genauso wie die double Y Fliegen bei der Kreuzung, diese sind nicht lebensfähig, also nicht existent. Fallen diese bei dem gekoppelt - monohybrid - heterozygoten Erbgang weg, so bleiben nur noch die Variationen w/- und yy/- übrig. Dies sind unsere weiß- männlichen und gelb-weiblichen Fliegen.
Hiermit hätten wir die Kreuzungen analysiert. Die Mendel´schen Regeln hätten nur im Ansatz 1 zutreffen können, wenn nicht andere Faktoren den Versuch modifiziert hätten. Geschlechtsgekoppelt scheinen nur die y-Allelen zu sein, da diese bei attached X auch zwei mal vorkommen. Anzeichen für unterschiedlich genetische Fitnesse scheinen wir im Ansatz 2 zu haben, da sich die Wildtypen dank ihrer Gene besser zu vermehren scheinen als die weißäugigen. Natürlich kann die genetische Fitness in jedem Ansatz als Modifikation hinzugenommen werden, doch nur im Ansatz 2 wird es offensichtlich.
Literaturangaben:
Struktur und Funktionen der Organismen: Praktikum WS 00/01
Häufig gestellte Fragen
Was sind die Hauptthemen des Textes "Genetische Experimente mit Drosophila melanogaster"?
Der Text befasst sich hauptsächlich mit genetischen Experimenten unter Verwendung von Drosophila melanogaster (Fruchtfliege). Die Schwerpunkte liegen auf der Verifizierung der Mendelschen Regeln, der Untersuchung von Mutationen (wie Weißäugigkeit und Gelbkörper), der Analyse von Rekombinationsschemata und der Diskussion möglicher Fehlerquellen in den Experimenten sowie dem Einfluss der genetischen Fitness.
Welche Mendelschen Regeln werden im Text erwähnt und wie werden sie in den Experimenten angewendet?
Die drei Mendelschen Regeln – Uniformitätsregel, Spaltungsregel und Unabhängigkeitsregel – werden erläutert. Der Text beschreibt, wie diese Regeln durch Kreuzungsversuche mit Drosophila melanogaster anhand verschiedener Merkmale (z.B. Augenfarbe, Körperfarbe, Flügelform) zu überprüfen versucht werden. Es wird auch die Verwendung des Chi-Quadrat-Tests zur statistischen Analyse der Ergebnisse erwähnt.
Wie erfolgt die Geschlechtsbestimmung bei Drosophila melanogaster laut Text?
Die Geschlechtsbestimmung erfolgt über die Anzahl der X-Chromosomen. Ein Exemplar mit nur einem X-Chromosom ist ein Männchen, während ein Exemplar mit zwei X-Chromosomen ein Weibchen ist. Äußerliche Unterschiede zwischen Männchen und Weibchen werden ebenfalls beschrieben, z.B. Geschlechtskämme bei Männchen und Unterschiede in der Abdomenstruktur.
Welche Mutationen werden in den Experimenten mit Drosophila melanogaster verwendet?
Der Text erwähnt hauptsächlich die Mutationen Weißäugigkeit (w) und Gelbkörper (y). Der Wildtyp (+) wird als Referenz verwendet. Die Auswirkungen dieser Mutationen auf das Erscheinungsbild der Fliegen (z.B. Augenfarbe, Körperfarbe) werden beschrieben.
Was ist der Chi-Quadrat-Test und wie wird er in den Experimenten mit Drosophila melanogaster eingesetzt?
Der Chi-Quadrat-Test wird als Methode zur vergleichenden Analyse beobachteter und theoretisch erwarteter Häufigkeiten verwendet. Er dient dazu, zu bestimmen, ob Abweichungen von den erwarteten Ergebnissen zufällig sind oder auf andere Faktoren zurückzuführen sind, z.B. Fehlerquellen oder die Ungültigkeit der zugrunde liegenden Theorie (Mendelsche Regeln). Ein Signifikanzniveau von 0,05 wird genannt, um die Grenze zwischen Zufall und Nicht-Zufall zu definieren.
Welche möglichen Fehlerquellen werden im Text im Zusammenhang mit den Kreuzungsversuchen diskutiert?
Mehrere mögliche Fehlerquellen werden angesprochen, darunter Fehler bei der Auszählung und Zuordnung der Fliegen, das Nicht-Entfernen aller Elterntiere nach dem Ansetzen der Kreuzungsversuche, wodurch die Ergebnisse verfälscht werden könnten, und die genetische Fitness der Fliegen, die das Überleben und die Fortpflanzung beeinflussen kann. Es wird argumentiert, dass die laterale Höhe aufgrund der genetischen Fitness ein Modifikationsfaktor sein kann.
Was sind Attached-X-Chromosomen und wie beeinflussen sie die Ergebnisse von Kreuzungsversuchen mit Drosophila melanogaster?
Der Text erklärt, dass weibliche Fliegen mit Attached-X-Chromosomen zwei X-Chromosomen und ein Y-Chromosom besitzen. Diese Besonderheit führt zu Ausnahme-Fällen bei der Vererbung, die von den Mendelschen Regeln abweichen. Es führt zu bestimmten Phänotypen in den Nachkommen, wie z.B. nur gelbe weibliche und weiße männliche Fliegen, wenn bestimmte Allele an das X-Chromosom gebunden sind.
Welche Schlussfolgerungen werden aus den durchgeführten Kreuzungsversuchen mit Drosophila melanogaster gezogen?
Es wird gefolgert, dass die Mendelschen Regeln nur im ersten Kreuzungsansatz zutreffen könnten, wenn nicht andere Faktoren den Versuch modifiziert hätten. Geschlechtsgekoppelt scheinen nur die y-Allele zu sein. Anzeichen für unterschiedliche genetische Fitness scheinen im Ansatz 2 vorhanden zu sein, da sich die Wildtypen dank ihrer Gene besser zu vermehren scheinen als die weißäugigen.
- Quote paper
- Kristian Spajzer (Author), 2001, Protokoll zu genetischen Experimenten mit Drosophila melanogaster, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/99927
