Il quadrilatero di Punnett è un dispositivo visivo utilizzato nella scienza della genetica per determinare quali combinazioni di geni possono verificarsi al momento del concepimento. Un quadrato di Punnett è costituito da una semplice griglia quadrata divisa in una griglia 2x2 (o più grande). Con questa griglia e la conoscenza dei genotipi di entrambi i genitori, gli scienziati possono scoprire potenziali combinazioni di geni per la prole e forse anche conoscere alcuni tratti ereditati.
Fare un passo
Prima di iniziare: alcune definizioni importanti
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Passaggio 1. Comprendere il concetto di geni
Prima di imparare come creare e utilizzare un quadrilatero di Punnett, dovresti conoscere alcune nozioni di base importanti. La prima è l'idea che tutti gli esseri viventi (dai piccoli microbi alle balene blu giganti) abbiano "geni". I geni sono sequenze microscopiche estremamente complesse di istruzioni codificate in quasi tutte le cellule del corpo di tutti gli organismi. I geni sono responsabili di tutti gli aspetti della vita di un organismo, compreso l'aspetto, il comportamento e altro ancora.
Uno dei concetti importanti da capire quando si lavora con i quadrilateri di Punnett è che "tutti gli esseri viventi prendono i loro geni dai loro genitori". Pensaci: la maggior parte delle persone che conosci non assomiglia ai propri genitori nell'aspetto e nel comportamento?
Passaggio 2. Comprendi il concetto di riproduzione sessuale
La maggior parte degli organismi (non tutti) che conosci in questo mondo producono prole attraverso la "riproduzione sessuale". Una condizione in cui i genitori maschi e femmine donano i rispettivi geni per produrre prole. In questo caso, metà dei geni del bambino provengono da entrambi i genitori. Il quadrilatero di Punnett è fondamentalmente un modo per mostrare in forma grafica le varie possibilità di questo mezzo scambio di geni.
La riproduzione sessuale non è l'unica forma di riproduzione che esiste. Alcuni organismi, (come i batteri) si riproducono per "riproduzione asessuata", una condizione in cui i genitori producono i propri figli, senza l'aiuto di un partner. Nella riproduzione asessuata, tutti i geni di un bambino provengono da un solo genitore, il che li rende copie più o meno esatte del genitore
Passaggio 3. Comprendere il concetto di alleli in genetica
Come accennato in precedenza, i geni in un organismo sono fondamentalmente una serie di istruzioni che governano ogni cellula del corpo su come sopravvivere. Infatti, a differenza di un manuale, i geni sono anche divisi in capitoli, sezioni e sottosezioni, con diverse sezioni del gene che regolano individualmente funzioni separate. Se una qualsiasi di queste "sottosezioni" differisce tra due organismi, i due appariranno e si comporteranno in modo diverso - ad esempio, le differenze genetiche rendono una persona nera e l'altra bionda. Queste diverse forme nello stesso gene (gene umano) sono chiamate "alleli".
Poiché ogni bambino riceve due serie di geni - ciascun genitore maschio e femmina - il bambino riceverà due copie per ogni allele
Passaggio 4. Comprendere il concetto di alleli dominanti e recessivi
L'allele di un bambino non sempre "condivide" il potere del gene. Alcuni alleli, indicati come alleli dominanti, si manifesteranno nell'aspetto fisico e nel comportamento del bambino (li chiamiamo "espressi") per impostazione predefinita. Altri alleli, detti alleli “recessivi”, possono essere espressi solo se non sono accoppiati con un allele dominante, che è in grado di “superarli”. Il quadrato di Punnett viene spesso utilizzato per determinare la probabilità che un bambino riceva un allele dominante o recessivo.
Poiché questi geni possono essere "invasi" dalle ale dominanti, gli alleli recessivi tendono ad essere espressi meno frequentemente. In generale, un bambino deve ereditare l'allele recessivo da entrambi i genitori affinché l'allele possa essere espresso. Le malattie del sangue sono un esempio usato frequentemente di un tratto recessivo, ma si prega di notare che un allele recessivo non significa "cattivo"
Metodo 1 di 2: Mostrare incroci monoibridi (singolo gene)
Passaggio 1. Crea una griglia 2x2
I quadrati Punnett più semplici sono abbastanza facili da realizzare. Inizia disegnando un rettangolo equilatero, quindi dividi l'interno in quattro griglie uguali. Quando hai finito, dovrebbero esserci due griglie in ogni colonna e due griglie in ogni riga.
Passaggio 2. Utilizzare le lettere per rappresentare l'allele genitore o sorgente in ogni riga e colonna
In un quadrilatero di Punnett, le colonne sono assegnate alle madri e le righe ai padri, o viceversa. Scrivi le lettere accanto a ciascuna riga e colonna che rappresentano ciascuno degli alleli paterni e materni. Usa le lettere maiuscole per gli alleli dominanti e le lettere minuscole per gli alleli recessivi.
Sarà molto più facile da capire con un esempio. Ad esempio, supponiamo di voler determinare la probabilità che i figli di una determinata coppia siano in grado di far rotolare la lingua. Lo rappresentiamo con le lettere "R" e "r" - una lettera maiuscola per il gene dominante e una lettera minuscola per il recessivo. Se entrambi i genitori fossero eterozigoti (avendo una copia di ciascun allele), scriveremmo una "R" e una "r" lungo la parte superiore della griglia e una "R" e una "r" lungo il lato sinistro della griglia.
Passaggio 3. Scrivi le lettere per ogni griglia nelle righe e nelle colonne
Dopo aver compilato gli alleli dati da ciascun genitore, riempire il quadrato di Punnett diventa facile. Su ciascuna griglia, scrivi le combinazioni di geni di due lettere degli alleli paterni e materni. In altre parole, prendi le lettere dalla griglia nella colonna e nella riga, quindi scrivile entrambe nella casella vuota di collegamento.
- In questo esempio, compila la nostra griglia quadrilatera di Punnett come segue:
- Il riquadro in alto a sinistra: “RR”
- Il riquadro in alto a destra: “Rr”
- Casella in basso a sinistra: “Rr”
- La casella in basso a destra: “rr”
- Si noti che di solito viene scritto per primo l'allele dominante (lettera maiuscola).
Passaggio 4. Determinare il genotipo di ogni potenziale prole
Ogni casella compilata nel quadrato di Punnett rappresenta la prole che i genitori possono avere. Ogni quadrato (e quindi ogni figlio) è ugualmente probabile - in altre parole, in una griglia 2x2, c'è 1/4 di possibilità ogni quattro possibilità. Le diverse combinazioni di alleli rappresentate nel quadrilatero di Punnett sono chiamate "genotipi". Mentre i genotipi rappresentano differenze genetiche, la prole non differisce necessariamente per ogni reticolo (vedi i passaggi sotto).
- Nel nostro esempio quadrilatero di Punnett, i possibili genotipi per la prole di questi due genitori sono:
- "Due alleli dominanti" (due R)
- “Un allele dominante e uno recessivo” (R e r)
- "Un allele dominante e uno recessivo" (R e r) - nota che ci sono due griglie con questo genotipo.
- “Due alleli recessivi” (due r)
Passaggio 5. Determinare il fenotipo di ogni potenziale prole
Il fenotipo in un organismo è il tratto fisico effettivo mostrato in base al suo genotipo. Alcuni esempi di fenotipi come il colore degli occhi, il colore dei capelli e la presenza di cellule malate del sangue: questi sono tratti fisici "determinati" dai geni, ma non combinazioni reali dei geni stessi. Il fenotipo che avrà una potenziale prole è determinato dalle caratteristiche del gene. Geni diversi avranno regole diverse in termini di manifestazione come fenotipo.
- Nel nostro esempio, diciamo che il gene che permette a una persona di far rotolare la lingua è il gene dominante. Ciò significa che ogni figlio sarà in grado di far rotolare la lingua, anche se solo un allele è dominante. In questo caso, i fenotipi della potenziale prole sono:
- In alto a sinistra: "Capace di far rotolare la lingua (due R)"
- In alto a destra: "Capace di far rotolare la lingua (una R)"
- In basso a sinistra: "Capace di far rotolare la lingua (una R)"
- In basso a destra: “Impossibile far rotolare la lingua (no R)”
Passaggio 6. Utilizzare la griglia per determinare la probabilità che appaiano i diversi fenotipi
Uno degli usi più comuni del quadrilatero di Punnett è determinare la probabilità che una progenie abbia un fenotipo specifico. Poiché ogni griglia rappresenta un possibile genotipo equivalente, puoi trovare i possibili fenotipi "dividendo il numero di griglie contenenti quel fenotipo per il numero totale di reticoli presenti".
- Il quadrilatero di Punnett nel nostro esempio afferma che ci sono quattro possibili combinazioni di geni per ogni prole, da questi due genitori. Tre di queste combinazioni creano una prole capace di rotolare la lingua. Pertanto, le probabilità per il nostro fenotipo sono:
- Prole in grado di rotolare la lingua: 3/4 = “0,75 = 75%”
- Prole incapace di rotolare la lingua: 1/4 = "0,25 = 25%"
Metodo 2 di 2: Mostrare un incrocio diibrido (due geni)
Passaggio 1. Duplicare ciascun lato della griglia 2x2 di base per ogni gene aggiuntivo
Non tutte le combinazioni di geni sono facili come gli incroci monoibridi di base (singolo gene) della sezione precedente. Alcuni fenotipi sono determinati da più di un gene. In questo caso, devi tenere conto di ogni possibile combinazione, il che significa disegnare una griglia più grande.
- La regola di base del quadrilatero di Punnett quando c'è più di un gene è: "moltiplicare ciascun lato della griglia per ogni gene diverso dal primo". In altre parole, poiché la griglia di un gene è 2x2, la griglia di due geni è 4x4, la griglia di tre geni è 8x8 e così via.
- Per rendere questo concetto più facile da capire, seguiamo il problema di esempio dei due geni. Ciò significa che dobbiamo disegnare una griglia "4x4". I concetti in questa sezione si applicano anche a tre o più geni: questo problema richiede semplicemente una griglia più grande e un lavoro aggiuntivo.
Passaggio 2. Assegna i geni dei genitori che contribuiscono
Quindi, trova i geni che entrambi i genitori condividono per la caratteristica studiata. A causa dei molti geni coinvolti, il genotipo di ciascun genitore riceverà due lettere aggiuntive per ogni gene oltre al primo - con la parola stoffa, quattro lettere per due geni, sei lettere per tre geni e così via. Può essere utile scrivere il genotipo della madre in cima alla griglia e il genotipo del padre a sinistra (o viceversa) come promemoria visivo.
Usiamo un esempio classico per illustrare questo conflitto. Una pianta di pisello può avere fagioli lisci o rugosi, di colore giallo o verde. Liscio e giallo sono i tratti dominanti. In questo caso, usa M e m per rappresentare dominante e recessivo per levigatezza e K e k per giallo. Diciamo che la madre ha un genotipo di "MmKk" e il gene del padre ha un genotipo di "MmKK"
Passaggio 3. Scrivi le varie combinazioni di geni lungo i lati superiore e sinistro
Ora, sopra la riga superiore della griglia e alla sinistra della colonna all'estrema sinistra, annota i diversi alleli che ogni genitore potrebbe contribuire. Come quando si tratta di un singolo gene, ogni allele ha la stessa probabilità di essere ereditato. Tuttavia, poiché ci sono così tanti geni, ogni colonna e riga riceverà più di una lettera: due lettere per due geni, tre lettere per tre geni e così via.
- In questo esempio, dobbiamo elencare le diverse combinazioni di geni che i genitori possono ereditare dal loro genotipo MmKk. Se abbiamo il gene MmKk della madre lungo il reticolo superiore e il gene MmKk del padre nel reticolo sinistro, allora gli alleli per ciascun gene sono:
- Lungo la griglia superiore: “MK, Mk, mK, mk”
- In basso a sinistra: “MK, MK, mK, mK”
Passaggio 4. Compila ogni griglia con ogni combinazione di alleli
Compila la griglia come quando si tratta di un singolo gene. Questa volta, però, ogni griglia avrà due lettere in più per ogni gene oltre alla prima: quattro lettere per due geni, sei lettere per tre geni. In generale, il numero di lettere in ciascuna griglia dovrebbe essere uguale al numero di lettere nel genotipo di ciascun genitore.
- In questo esempio, popoleremo la griglia esistente come segue:
- Riga superiore: "MMKK, MMKk, MmKK, MmKk"
- Seconda riga: “MMKK, MMKk, MmKK, MmKk”
- Terza riga: “MmKK, MmKk, mmKK, mmKk”
- Riga in basso: "MmKK, MmKk, mmKK, mmKk"
Passaggio 5. Trova il fenotipo per ogni potenziale prole
Di fronte a più geni, ogni reticolo nel quadrilatero di Punnett rappresenta ancora il genotipo per ogni potenziale prole - ci sono più scelte di un singolo gene. Il fenotipo per ogni reticolo, ancora una volta, dipende dal gene esatto che viene manipolato. Tuttavia, in generale, i caratteri dominanti necessitano di un solo allele per essere espressi, mentre i caratteri recessivi richiedono "tutti" gli alleli recessivi.
- In questo esempio, poiché levigatezza (M) e giallo (K) sono i tratti o i tratti dominanti per la pianta di pisello nell'esempio, ogni griglia contenente almeno una M maiuscola rappresenta una pianta con il fenotipo liscio e ogni griglia contenente almeno una grande K rappresenta un fenotipo giallo raccolto. Le piante rugose hanno bisogno di due alleli s minuscoli e le piante verdi hanno bisogno di due alleli k minuscoli. Da questa condizione si ottiene:
- Riga superiore: "Senza cuciture/giallo, Senza cuciture/giallo, Liscio/giallo, Senza cuciture/giallo"
- Seconda riga: “Seamless/giallo, Liscio/giallo, Liscio/giallo, Liscio/giallo”
- Terza fila: “Liscio/giallo, Liscio/giallo, rugoso/giallo, rugoso/giallo”
- Riga in basso: "Liscio/giallo, Liscio/giallo, rugoso/giallo, rugoso/giallo"
Passaggio 6. Utilizzare la griglia per determinare la probabilità di ciascun fenotipo
Usa la stessa tecnica di quando hai a che fare con un singolo gene per trovare la probabilità che ogni figlio di entrambi i genitori possa avere un fenotipo diverso. In altre parole, il numero di griglie contenenti il fenotipo diviso per il numero totale di griglie è uguale alla probabilità per ogni fenotipo.
- In questo esempio, le probabilità per ogni fenotipo sono:
- La prole è liscia e gialla: 12/16 = "3/4 = 0,75 = 75%"
- La prole è rugosa e gialla: 4/16 = "1/4 = 0,25 = 25%"
- La prole è liscia e verde: 0/16 = “0%”
- Prole caratterizzata da rughe e verde: 0/16 = “0%”
- Si noti che poiché è impossibile per ogni progenie avere due alleli k recessivi, nessuno dei figli è verde (0%).
Suggerimenti
- Di fretta? Prova a utilizzare il calcolatore online del quadrilatero di Punnett (ad esempio in questo), che è in grado di creare e riempire una griglia quadrata di Punnett basata sui geni parentali che hai specificato.
- In generale, i tratti recessivi non sono comuni come i tratti dominanti. Tuttavia, ci sono situazioni in cui questo raro tratto può aumentare l'idoneità di un organismo e quindi diventare più prevalente attraverso la selezione naturale. Ad esempio, il tratto recessivo che causa malattie ereditarie del sangue conferisce anche immunità alla malaria, rendendola necessaria nei climi tropicali.
- Non tutti i geni hanno solo due fenotipi. Ad esempio, esistono diversi geni che hanno fenotipi separati per combinazioni eterozigoti (uno dominante, uno recessivo).
