Vererbungsregeln – 1. Mendelsche Regel

Vererbungsregeln – 1. Mendelsche Regel

Merkmale, die vererbt werden, können mit Gesetzmäßigkeiten, den sogenannten Vererbungsregeln, nachvollzogen werden.
Der Augustinermönch Gregor Mendel stellte im Jahr 1865 drei Vererbungsregeln auf. Diese bilden die Grundlage der Vererbungslehre. Mithilfe von Kreuzungsversuchen an Erbsenpflanzen und der anschließenden statistischen Auswertung der Ergebnisse konnten die drei Mendelschen Regeln aufgestellt werden.
Wir schauen uns nun die 1. Mendelsche Regel, die sogenannte Uniformitätsregel, an.

1. Mendelsche Regel – Definition

Die 1. Mendelsche Regel lautet folgendermaßen:
„Kreuzt man zwei reinerbige (homozygote) Eltern, die sich in einem Merkmal voneinander unterscheiden, so erhält man in der ersten Filialgeneration Nachkommen, die bezüglich dieses Merkmals untereinander gleich sind.“

Aber was genau besagt die 1. Mendelsche Regel? Um das im Detail zu verstehen, müssen zunächst wichtige Begriffe der Genetik definiert werden.

Genetische Begriffe

Für die 1. Mendelsche Regel sind die Begriffe Parentalgeneration und erste Filialgeneration wichtig. Die Parentalgeneration wird mit dem Buchstaben P abgekürzt und entspricht der Elterngeneration. Die daraus resultierende erste Nachkommengeneration bezeichnet man als erste Filialgeneration. Diese wird mit F1 abgekürzt.

Zudem unterscheidet man zwischen Phänotyp und Genotyp. Unter dem Phänotyp versteht man die Gesamtheit des äußeren Erscheinungsbilds eines Individuums. Der Phänotyp umfasst somit alle Merkmale eines Individuums. Diese Merkmale sind genetisch erbliche Eigenschaften, wie beispielsweise die Blütenfarbe von Erbsenpflanzen.
Unter dem Genotyp versteht man die Gesamtheit aller Gene, die in einem Individuum vorkommen. Gene sind für die Ausbildung der phänotypischen Merkmale verantwortlich. Ein Gen bezeichnet immer einen spezifischen Chromosomenabschnitt, der den Bauplan für ein Eiweiß beinhaltet. Vereinfacht gesagt trägt ein Gen die Informationen für eine bestimmte Merkmalsausprägung (z. B. die Erbsenfarbe).

Merkmalsausprägungen liegen Genvarianten zugrunde. Diese Genvarianten werden als Allele bezeichnet. In Körperzellen liegt der doppelte (diploide) Chromosomensatz vor. Das heißt, von jedem Chromosom und somit auch von jedem Gen liegen dort zwei Varianten. Dabei stammt ein Allel von der Mutter und eines vom Vater. Der Genotyp wird mit zwei Buchstaben beschrieben, die für diese beiden Allele stehen.

Ein Allel kann dominant oder rezessiv sein. Das merkmalsbestimmende Allel bezeichnet man als dominant, da es sich bei der Merkmalsausbildung durchsetzt. Dominante Allele werden grundsätzlich in Großbuchstaben geschrieben (z. B. A). Das rezessive Allel wird von dem dominanten Allel unterdrückt, sodass sich die Merkmalsform des rezessiven Allels nicht ausbilden kann. Daher wird es auch als merkmalsunterlegenes Allel bezeichnet und in Kleinbuchstaben geschrieben (z. B. a).

Merkmalsausprägungen können entweder homozygot oder heterozygot vorliegen. Als homozygot bezeichnet man eine Merkmalsausprägung, bei der zwei gleiche Allele vorliegen. Der Genotyp kann also beispielsweise entweder AA oder aa sein. Diese Form bezeichnet man auch als reinerbig. Als heterozygot bezeichnet man zwei ungleiche Allele. Dabei liegen ein dominantes und ein rezessives Allel vor. Dieser Genotyp wird als mischerbig bezeichnet und zum Beispiel mit Aa abgekürzt.

1. Mendelsche Regel – einfach erklärt

Um die Vererbungsregeln aufzustellen, führte Gregor Mendel Versuche mit Erbsenpflanzen durch. Wie er dabei vorgegangen ist und was er herausgefunden hat, erklären wir in den folgenden Abschnitten.

Voraussetzungen für die Kreuzungsversuche

Die Erbsenpflanze ist ein gutes Forschungsobjekt für Vererbungsversuche, da die Pflanze sowohl Selbstbestäuber als auch Selbstbefruchter ist. Für das Experiment sind folgende Voraussetzungen notwendig:

Es müssen homozygote (reinerbige) Pflanzen verwendet werden, die unterschiedliche Allelausprägungen aufweisen. Die Pflanzenwahl sollte auf eine gut geeignete Pflanzensorte fallen, die sich leicht fortpflanzt und bei der eine künstliche Befruchtung gut möglich ist. Zudem sollte im Vorfeld bekannt sein, dass sich die zwei Pflanzen untereinander vermehren können, sodass Mischlinge (Hybride) aus den beiden Pflanzensorten gebildet werden können. Die ausgewählten Pflanzen müssen sich zusätzlich in einem erblichen Merkmal unterschieden. Dies ist besonders wichtig für die phänotypische Merkmalsweitergabe.

1. Mendelsche Regel am Beispiel von Erbsen

Bei Mendels Versuchen lag das Unterscheidungsmerkmal der Parentalgeneration (P) in ihrer Erbsenfarbe. In unserem Beispiel steht das Allel A für die Erbsenfarbe Gelb und das Allel a für die Erbsenfarbe Grün. Die mütterliche Pflanze hat grüne Erbsen und die väterliche Pflanze hat gelbe. Beide Elternteile sind reinerbig, sie haben also jeweils zwei gleiche Allele. Die Mutter trägt demnach im Genotyp die Allelkombination aa (grün) und der Vater die Kombination AA (gelb). Jede mütterliche Keimzelle trägt somit das Allel a und die väterlichen Keimzellen das Allel A. In den Keimzellen liegt nur der einfache Chromosomensatz vor, da zwei Keimzellen bei der Befruchtung miteinander verschmelzen und dann einen zweifachen Chromosomensatz bilden. Mehr zum Thema Befruchtung bei Pflanzen findest du hier: Befruchtung Pflanzen.

Die Bestäubung und Befruchtung erfolgt bei Erbsenpflanzen durch die Pollen derselben Pflanze, da jede Blüte männliche und weibliche Geschlechtsorgane hat. Für das Experiment werden die Staubbeutel (männliche Geschlechtsorgane) in der Blüte entfernt, um Selbstbefruchtung zu vermeiden. Die Vermeidung der Selbstbefruchtung ist wichtig, damit es zu keinen verfälschten Ergebnissen des Experiments kommt. Die Narbe (weibliches Geschlechtsorgan) wird dann mithilfe eines Pinsels mit den Pollen einer anderen Blüte befruchtet.

Nach der Befruchtung entwickelt sich die erste Filialgeneration (F1). Dabei kommt jeweils eine mütterliche Keimzelle (a) mit einer väterlichen Keimzelle (A) zusammen. Alle Nachkommen der F1-Generation haben also den Genotyp Aa, sind heterozygot und Hybride. Da das Allel A dominant ist, haben alle Nachkommen im Phänotyp die Merkmalsausprägung gelbe Erbsen.

Um das Beispiel für die Mendelschen Regeln zu verdeutlichen, kannst du dir das Kreuzungsschema in der nachfolgenden Abbildung anschauen.

Die 1. Mendelsche Regel gilt auch für die reziproke (umgekehrte) Kreuzung. Dies bedeutet, dass das Geschlecht der Eltern bei dem beschriebenen Beispiel getauscht wird. Die grüne Erbsenpflanze ist in diesem Fall der Vater und die gelbe Erbsenpflanze die Mutter.

1. Mendelsche Regel – Kurzfassung

Für einen besseren Überblick über die komplexe 1. Mendelsche Regel kannst du dir die Kurzfassung anschauen.

• Zur Beschreibung der 1. Mendelschen Regel wird die Kreuzung zwei homozygoter (reinerbiger) Eltern betrachtet.
• Die Eltern unterscheiden sich in einem Merkmal (der Merkmalsform). Sie haben im Genotyp unterschiedliche Allele (Kombination AA oder aa).
• Ein Allel ist dominant (A) und ein Allel ist rezessiv (a).
• Die Individuen der 1. Filialgeneration (F1) weisen alle den gleichen Genotyp (Aa) und Phänotyp auf.
• Diese Regel gilt auch für die reziproke Kreuzung.

Zur Überprüfung deines neuen Wissens kannst du das Arbeitsblatt zur 1. Mendelschen Regel bearbeiten. Du weißt jetzt, wie die 1. Mendelsche Regel lautet, und verstehst, wie wichtig die Mendelschen Regeln für die Biologie sind.