1 00:00:04,190 --> 00:00:11,879 Téma přednášky dědičnost v klasické genetice je součástí modulu 1, genetika zvířat, 2 00:00:12,836 --> 00:00:16,598 Tato prezentace byla podpořena grantem Erasmus+ KA2 3 00:00:16,730 --> 00:00:19,700 v rámci projektu v rámci projektu ISAGREED, Inovace obsahu 4 00:00:19,700 --> 00:00:25,640 a struktury studijních programů v oblasti managmentu živočišných 5 00:00:25,640 --> 00:00:29,633 genetických a potravinových zdrojů s využitím digitalizace. 6 00:00:32,141 --> 00:00:37,652 Budeme se zabývat Mendelovým experimentem. Jaký byl jeho cíl? 7 00:00:37,652 --> 00:00:44,351 Jaké metody využíval. Jak jej vyhodnocoval. A zejména co z jeho pokusů vyplývá. 8 00:00:46,100 --> 00:00:49,070 O motivaci Mendlova experimentu se můžeme dočíst v úvodu 9 00:00:49,532 --> 00:00:55,538 jeho článku z roku 1866. Jeho motivací bylo zjistit, 10 00:00:55,538 --> 00:00:59,630 co způsobuje rozmanitost v barvách u okrasných rostlin, 11 00:00:59,630 --> 00:01:03,788 při využívání hybridizace (Umělého oplozování). 12 00:01:03,986 --> 00:01:07,946 Všimněte si, že zde vůbec nehovoří o žádné dědičnosti. 13 00:01:07,946 --> 00:01:12,467 Přesto z toho vyplývá, že právě o dědičnost mu šlo., 14 00:01:12,467 --> 00:01:17,285 Z metodiky jsou důležité zejména tyto body. Vybral si 15 00:01:17,285 --> 00:01:21,839 pokusný organizmus, který musel splňovat určité podmínky, jako 16 00:01:21,839 --> 00:01:26,954 vysokou plodnost, samoopylování a mít jednoduché znaky. 17 00:01:26,954 --> 00:01:33,422 Ty znaky jsou alternativní znaky, to znamená znaky, které mají varianty buď anebo. 18 00:01:33,422 --> 00:01:49,394 Nakonec si vybral hrách. U těchto rostlin prováděl dva roky tvorbu čistých linií, kdy získal 2 rodičovské linie, každou s jednou variantou znaku. 19 00:01:49,394 --> 00:02:02,627 Potom prováděl záměrné křížení mezi rodičovskými liniemi. Pylová zrna z jedněch rodičů přenášel štětečkem na bliznu druhých rodičů. 20 00:02:02,627 --> 00:02:11,570 Sledoval, co získá v dalších generacích potomků. Vždy si zaznamenával počty jedinců s danými znaky v jednotlivých generacích. 21 00:02:11,570 --> 00:02:22,097 Jednoduše matematicky vyhodnotil s použitím teorie pravděpodobnosti. Ze získaných dat vyvozoval, jakým způsobem dochází k dědičnosti. 22 00:02:25,793 --> 00:02:32,129 Mendel studoval na univerzitě ve Vídni a setkal se zde s novými vědeckými poznatky a metodami. 23 00:02:32,129 --> 00:02:40,181 A mimo jiné si uvědomil základní rozmnožovací principy vyšších organismů. Vycházel právě ze základního principu reprodukce, 24 00:02:40,181 --> 00:02:49,982 kdy je potřeba spojovat samčí pohlavní buňky, tedy pylová zrna, se samičími, vajíčka. Oba typy pohlavních buněk jsou stejně důležité. 25 00:02:49,982 --> 00:02:59,651 Vyšel z předpokladu, že aby rodiče a potomci si byli navzájem podobní, musí rodiče potomkům něco předat právě přes pohlavní buňky 26 00:02:59,651 --> 00:03:05,591 svým potomkům. To co je v pohlavních buňkách musí mít tedy poloviční množství nějaké dědičného materiálu. 27 00:03:05,591 --> 00:03:14,237 Spojením gamet vznikne zygota, potomek, který pak zákonitě musí mít stejné množství této dědičné hmoty jako rodiče. 28 00:03:14,237 --> 00:03:21,068 Dneska se tomu nijak nedivíme, protože chápeme, že vyšší organismy jsou zpravidla diploidní. 29 00:03:21,068 --> 00:03:29,978 Aby z diploidních rodičů vznikly zase diploidní potomci, tak musí dojít k redukci té dědičné hmoty na polovinu v gametách. 30 00:03:29,978 --> 00:03:41,231 Už z tohoto předpokladu pravděpodobně Mendelovi vzešlá základní myšlenka, hypotéza, že to co se dědí musí být diskrétním prvkem, jednotkou. 31 00:03:41,231 --> 00:03:51,329 Každý jedinec má 2 ty prvky a v gametách musí být jenom 1 ten prvek. Ke konci svého spisu tyto dědičné prvky nazval die Elementen. 32 00:03:52,583 --> 00:03:59,810 Mendel si vybral 7 párů kontrastních znaků u hrachu, vždy jen se dvěma variantami. 33 00:04:00,305 --> 00:04:08,951 Typické je tvar semene – kulaté a svraskalé. Nebo barva semene žluté nebo zelené semeno. A tak dále. 34 00:04:08,951 --> 00:04:22,745 Mendel si všiml při křížení, že jedna převládá – dominuje nad 2 v případě hybridů. Termín dominance a recesivita pochází právě od Mendela. 35 00:04:24,593 --> 00:04:33,899 Popíšeme si 2 typy, křížení. První z nich je monohybridní křížení. V parentální generaci mezi sebou záměrně křížil fenotypově 36 00:04:33,899 --> 00:04:38,519 rozdílné rodiče v daném znaku. My si vybereme pouze barvu hrášku. 37 00:04:38,519 --> 00:04:42,974 Takže máme rodiče jen se žlutými nebo jen se zelenými hrášky. 38 00:04:42,974 --> 00:04:55,448 Mendel si z jedné varianty (např. žlutá barva) vytvořil samičí rostliny (vystříhal nezralé tyčinky) a měl jen samičí květy. 39 00:04:55,448 --> 00:05:02,840 Z druhých rodičů (zelená barva) pak štětečkem přenášel pylová zrna na blizny rostliny kastrovaných rostlin. 40 00:05:04,061 --> 00:05:07,031 Tak měl kontrolu nad tím, co se kam přenáší. 41 00:05:08,054 --> 00:05:14,555 Po oplození zjistil v F1 generaci, že všichni potomci měli jen jeden typ znaku, 42 00:05:14,555 --> 00:05:21,023 a to byl ten dominantní, jen se žlutými hrášky – hovoříme o fenotypové uniformitě. 43 00:05:21,023 --> 00:05:31,384 Když nechal tuto generaci F1 rozmnožil mezi sebou, volně, zjistil, že se v populaci potomků v F2 generaci rostliny objevily jak se žlutou 44 00:05:31,384 --> 00:05:36,202 barvou semen, tak i se zelenou barvou semene. Nedošlo k žádnému ředění barev, 45 00:05:36,202 --> 00:05:48,445 byly tam jen ty dvě základní barvy. ALE když je spočítal, tak zjistil, že jsou v poměru žluté ku zeleným hráškům 3 : 1. 46 00:05:48,445 --> 00:05:56,233 A tento poměr získal ve stejném experimentu u všech sedmi znaků. Nejedná se tedy o náhodu. 47 00:05:57,619 --> 00:06:08,707 Jak si to Mendel vysvětlil? Použil svou hypotézu o diskrétnosti dědičné hmoty a označil elementy pro dominantní znak velkým písmenem „A“ 48 00:06:08,707 --> 00:06:15,802 a recesivní znak malým písmenem „a“. Pokud rodiče předávají tyto elementy přes gamety potomkům, 49 00:06:15,802 --> 00:06:21,379 pak rodiče i potomci musí mít tyto elementy dva a v gametách tedy jen jeden. 50 00:06:21,379 --> 00:06:26,659 A protože rodiče selektoval na čisté linie musí nést oba elementy stejné 51 00:06:26,659 --> 00:06:34,150 – dnes jim říkáme dominantní a recesivní homozygoti. Rodiče dominantní homozygoti se žlutými hrášky 52 00:06:34,150 --> 00:06:42,334 produkují jen gamety s dominantním elementem – dnes nazývané alelou. Druhý rodič jen gamety s recesivní alelou. 53 00:06:42,334 --> 00:06:51,277 Při spojení gamet musí zákonitě vzniknout hybridní jedinci, jak s dominantní alelou, tak s recesivní alelou „Aa“ 54 00:06:51,277 --> 00:06:56,590 – dnes jim říkáme heterozygotní genotypy. Mendel je nazýval hybridy. 55 00:06:56,590 --> 00:07:04,774 Tato genotypová uniformita způsobuje vznik fenotypové uniformity. Projeví se jen jedna varianta, a to ta dominantní. 56 00:07:04,774 --> 00:07:13,651 Recesivní znak, zelená barva se neobjeví. Projev recesivní alely je potlačen. Ale v jedincích tato alel je. 57 00:07:13,651 --> 00:07:21,043 Při rozmnožování F1 jedinců, heterozygotů, mezi sebou, dochází opět k tvorbě gamet. 58 00:07:21,043 --> 00:07:30,943 Jenže tentokrát je třeba vzít v úvahu, že ty dvě alely jsou rozdílné, a že budou vznikat gamety jak s dominantní alelou A, tak s recesivní alelou. 59 00:07:30,943 --> 00:07:33,913 A to nazval Mendel segregací. 60 00:07:34,276 --> 00:07:41,668 V každé pohlavní buňce hybridních jedinců je buď první nebo druhá varianta. Tyto gamety vznikají ve velkém množství 61 00:07:41,668 --> 00:07:44,638 a tím pádem v poměru 1 : 1. 62 00:07:44,671 --> 00:07:50,743 A tady je ten klíč k tomu vysvětlení těch poměrů, které zjistil v F2 generaci. 63 00:07:50,743 --> 00:07:59,125 Samčí i samičí pohlavní buňky nyní vznikají v poměru 50 % a 50 % s dominantí ku recesivní alele. 64 00:07:59,125 --> 00:08:09,058 Když se spojují tyto pohlavní buňky při oplozování, je daná pravděpodobností spojení těchto gamet součinem pravděpodobnosti výskytu těchto gamet v genofondu rodičů. 65 00:08:09,058 --> 00:08:18,397 Tak nám vznikají v F2 generaci znova dominantní homozygoti v poměru ¼ (protože je ½ samičích pohlavních buněk s alelou "A", 66 00:08:18,397 --> 00:08:23,281 a ½ samčích gamet s recesivní alelou "a". 67 00:08:23,611 --> 00:08:36,811 A ½ * ½ je ¼. Takže s 25% pravděpodobností budou vznika dominantní homozygoti. A tak to platí pro každou kombinaci rodičovských gamet. 68 00:08:37,702 --> 00:08:40,672 Výsledky nám nejlépe zobrazuje Punettův klombinační čtverec. 69 00:08:41,002 --> 00:08:48,757 A proto se nám mohou spojovat i dominantní alela s recesivní, kdy vznikají dvě varianty heterozygotů Aa. 70 00:08:48,757 --> 00:08:56,545 ALE také se mohou spojit 2 recesivní alely, opět s pravděpodobností ¼. A to je ten důvod proč se v F2 generaci 71 00:08:56,545 --> 00:09:01,627 znova objeví recesivní znak, tedy recesivní homozygoti. 72 00:09:01,627 --> 00:09:08,029 A když sečteme ty pravděpodobnosti, tak bude vznikat fenotypový štěpný poměr 3 ku 1. 73 00:09:08,029 --> 00:09:11,758 Čili nic není náhodné. To je důležité. 74 00:09:11,758 --> 00:09:16,114 Dědičnost má svá pravidla a ta pravidla vychází z matematické pravděpodobnosti spojování 75 00:09:16,114 --> 00:09:21,295 rodičovských gamet za vzniku konkrétního genotypu potomka. 76 00:09:24,067 --> 00:09:32,647 I když Mendel nikdy ve svém spisu nezmínil termín dědičnost, z jeho experimentu a jak ho interpretoval vyplývá, 77 00:09:32,647 --> 00:09:41,920 že právě Mendel byl první, kdo pochopil, jak funguje dědičnost, co a jak se dědí. Že dědičnost je o přenosu těchto elementů 78 00:09:41,920 --> 00:09:52,315 přes pohlavní buňky do potomstva. Jinými slovy genetická informace se nijak neředí, nemíchá, naopak je diskrétní a stálá. 79 00:09:54,427 --> 00:10:01,885 A když si to promítneme zpět do toho výchozího schématu rozmnožování. A doplníme tam i sady chromozomů, 80 00:10:01,885 --> 00:10:07,297 o jejichž existenci a funkci v dědičnosti Mendel nic v té době nevěděl, tak vidíme, 81 00:10:07,297 --> 00:10:13,897 že to do sebe pasuje, jak elementy, alely, tak chování chromozomů při tvorbě gamet. 82 00:10:16,834 --> 00:10:22,081 Z monohybridního křížení vyplývají tyto základní 3 Mendelovy teze. 83 00:10:22,081 --> 00:10:29,572 Genetické znaky jsou řízeny jednotkovými faktory, které v jednotlivých organismech existují v párech - genotypy 84 00:10:29,572 --> 00:10:37,723 Druhou tezí je dominance recesivita. Jedná se o projev fenotypu u heterozygotního jedinec, kdy se do fenotypu projeví 85 00:10:37,723 --> 00:10:43,960 jen 1 z nich. Ten dominantní. Recesivní alela zůstala u těch jedinců, 86 00:10:43,960 --> 00:10:48,778 ale neprojevuje se, ale může být přenesena do další generace potomků. 87 00:10:48,778 --> 00:10:59,305 Ta hlavní teze je princip segregace, který nám říká, že při tvorbě gamet se párové jednotkové faktory oddělují, 88 00:10:59,305 --> 00:11:07,752 segregují, takže každá gameta získá jeden nebo druhý element se stejnou pravděpodobností. 89 00:11:12,306 --> 00:11:23,163 Dihybridní experiment: Mendel sledoval variabilitu dvou různých znaků současně ve stejném designu pokusu jako u monohybridního křížení. 90 00:11:25,209 --> 00:11:38,343 Použijeme příklad 2 znaků, a to barvu semene a tvar semene. Dominantní barva je žlutá, recesivní zelená, dominantní tvar je kulatý a recesivní tvar je s svraštělý. 91 00:11:38,541 --> 00:11:46,791 Bylo úplně jedno, jestli rodičovské rostliny nesly buď oba 2 znaky dominantní a druhý rodič oba znaky recesivní. 92 00:11:46,791 --> 00:11:55,998 Nebo rodiče nesly různé kombinace dominantních a recesivních variantů u obou znaků (jeden dominantní a druhý recesivní). 93 00:11:55,998 --> 00:12:12,498 Pořád to byly čisté linie, tedy homozygoti. V F1 generaci opět pozoroval fenotypovou uniformitu. Všichni jedinci nesou oba dominantní znaky - žlutá barva a kulatá semena. 94 00:12:12,498 --> 00:12:16,821 A když F1 jedince mezi sebou rozmnožil, získal v F2 generaci opět 95 00:12:16,821 --> 00:12:22,002 specifický štěpný poměr, a to 9 : 3 : 3 :1. 96 00:12:22,002 --> 00:12:27,909 A to vždy, když si vybral i jiné dva různé znaky, z těch sedmi. 97 00:12:31,209 --> 00:12:38,271 Jak si to Mendel vysvětlil? Opět využil symbolů velkých a malých písmen pro použití označení dominantních a recesivních alel 98 00:12:38,271 --> 00:12:47,049 a určil si, jaké alely pro oba znaky se mohou objevit v gametách. A protože jsou oba typy rodičů opět čisté linie, čili homozygoti, 99 00:12:47,049 --> 00:12:57,642 tak tvoř každý rodič jen jeden typ gamet. A když se spojí, tak vždy vznikají heterozygotní jedinci v F1 generaci. 100 00:12:57,642 --> 00:13:14,505 V F1 máme dihybridy, dvojité heterozygoty s uniformitou genotypovou a tím pádem i fenotypovou a ty zase mezi sebou křížil. 101 00:13:16,089 --> 00:13:19,059 Výsledek se nejlépe popisuje pomocí této kombinační tabulky. 102 00:13:20,148 --> 00:13:25,494 Heterozygotní rodiče F1 generace YyRr pak mohou produkovat 4 typy gamet, 103 00:13:25,494 --> 00:13:34,800 které v sobě kombinují vždy jednu alelu z každého dílčího genotypu Yy a Rr. 104 00:13:34,800 --> 00:13:41,433 Volně se kombinují a proto vznikají v poměru 1 : 1 : 1 : 1. 105 00:13:41,433 --> 00:13:53,478 Každý typ gamet vzniká s pravděpodobností ¼. A když tyto samčí a samičí gamety spojíme při oplození, vznikají nové kombinace genotypů potomků 106 00:13:53,478 --> 00:14:05,985 F2 generace. A když u nich určíme podle genotypů jejich fenotyp, musíme získat právě ten poměr 9 3 3 1. 107 00:14:05,985 --> 00:14:14,598 Tyto dvě různé vlastnosti jsou na sobě geneticky nezávislé, a to se právě projevuje při volné kombinovatelnosti alel 108 00:14:14,598 --> 00:14:24,663 různých genů při tvorbě gamet. Pak se tento závěr nazývá princip volné kombinovatelnosti. 109 00:14:26,379 --> 00:14:42,582 Zde právě vidíme souhrnný výsledek ještě jednou i s počty jedinců s danými fenotypovými variantami a poměrem 9:3:3:1. 110 00:14:42,582 --> 00:14:48,291 Jako správný vědec si Mendel chtěl otestovat tuto svou teorii. 111 00:14:49,182 --> 00:14:59,313 A prováděl tzv. testovací křízení.Kdy křížil heterozygotního jedince F1 generace s recesivně homozygotním jedincem z té parentální generace. 112 00:14:59,775 --> 00:15:02,745 Proto se tomu také říká zpětné křížení. 113 00:15:03,603 --> 00:15:15,879 Princip je pořád stejný, to znamená že každý rodič tvoří gamety, a protože recesivní homozygot může tvořit jen jeden typ gamet 114 00:15:15,879 --> 00:15:27,627 a heterozygoti 4 typy gamet ve stejném poměru a jejich spojením vznikají potomci, vidíme, že vzniká štěpný poměr 1:1:1:1. 115 00:15:27,627 --> 00:15:37,395 A to je potvrzení toho, že elementy, alely těchto dvou různých genů pro dva různé znaky jsou na sobě nezávislé. 116 00:15:38,286 --> 00:15:43,896 To znamená, že segregují při tvorbě gamet na sobě nezávisle. 117 00:15:46,074 --> 00:15:52,641 Výsledek z dihybridního křížení je pravidlo volné kombinovatelnosti. 118 00:15:53,466 --> 00:16:07,029 Při tvorbě gamet dochází k segregaci různých párů jednotkových faktorů nezávisle na sobě (alely jednoho alelického páru jsou nezávislé na segregaci alel druhého alelického páru). 119 00:16:10,296 --> 00:16:22,638 Z Mendelových pokusů a jeho závěrů vyplývá to nejpodstatnější. To proč je Mendel považován za otce genetiky, který poprvé pochopil jak funguje dědičnost. 120 00:16:23,265 --> 00:16:29,436 Mendel totiž pochopil, že to, co se dědí, nejsou znaky. Znaky se nedědí. 121 00:16:29,436 --> 00:16:34,088 Dědí se to, co je v pohlavních buňkách, tam žádné znaky nejsou. 122 00:16:34,088 --> 00:16:52,997 To, co se dědí, jsou právě ty elementy ty diskrétní genetické informace, kterým dnes říkáme geny, a které se právě nachází v jedné variantě v každé gametě. 123 00:16:56,858 --> 00:16:59,828 A děkuji vám za pozornost.