ภาระงานที่2 ส่วนที่ 1
การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม
รูปที่ 1 การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากปู่ ย่า ตา ยาย พ่อ แม่ มายังลูก
ที่มา http://myfirstbrain.com/
การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม คือ ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่ถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปยังอักรุ่นหนึ่งได้ โดยทางยีน ซึ่งเป็นหน่วยพันธุกรรมซึ่งควบคุการถ่ายทอดลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต ยีนจะอยู่บนโครโมโซมและโคโมโซมจะอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ โดย ยีนA โครโมโซมแท่งหนึ่ง และยีน a บนโครโมโซมอีกแท่งหนึ่งลักษณะใบหน้าที่ปรากฏออกมาจึงขึ้นอยู่กับว่ายีนที่อยู่บนโครโมโซมทั้งสองเป็นยีนที่ควบคุม หรือกำหนดให้มีลักษณะใบหน้าเป็นแบบใด ในการแบ่งเซลล์เพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์ โครโมโซมแต่ละคู่จะแยกจากกัน ไปอยู่ในเซลล์ใหม่ทำให้ยีนที่อยู่บนโครโมโซมแยกกันไปด้วย และเมื่อเซลล์ไข่และอสุจิมารวมกันในการปฏิสนธิยีนก็จะมาเข้าคู่กันอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งยีนคู่ใหม่ที่ได้นี้ครึ่งหนึ่งจะมาจากพ่อส่วนอีกครึ่งหนึ่งจะมาจากแม่ เซลล์ใหม่ที่ได้จึงมียีนของทั้งพ่อและแม่รวมกันและได้รับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากพ่อและแม่มาด้วย
การศึกษาลักษณะพันธุกรรมของเมนเดล
เมื่อปี พ.ศ. 2408 เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล บาทหลวงชาว ออสเตรียซึ่งได้รับการยกย่องว่าเป็น บิดาแห่งพันธุศาสตร์ ได้อธิบายลักษณะบางประการของสิ่งมีชีวิต ที่ปรากฏในรุ่นลูกซึ่งเกิดจากการถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวจากพ่อแม่ผ่านทางเซลล์สืบพันธ์
เมนเดลเมนเดลทำการทดลองจนประสบผลสำเร็จในการทดลองและตั้งเป็นกฎเกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากพ่อแม่มายังลูกหลานในชั่วต่อๆมาได้เนื่องจากสาเหตุสำคัญคือ เมนเดลรู้จักเลือกชนิดของพืชมาทำการทดลอง พืชที่เมนเดลใช้ ในการทดลองคือถั่วลันเตา(Pisum sativum) ในการศึกษาการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจนความสำเร็จ เนื่องมาจากหลายเหตุผล
- ชนิดของพืช เมนเดลเลือกถั่วลันเตา Pisum sativum ซึ่งปลูกได้ง่าย โตเร็ว ขยายพันธุ์ได้อย่างรวดเร็ว - จำนวนของรุ่นลูก ถั่วลันเตา Pisum sativum ขยายพันธุ์เร็วและให้รุ่นลูกจำนวนมาก ทำให้สามารถนำมาคำนวณอัตราส่วนทางคณิตศาสตร์ได้ง่ายและมีค่าทางสถิติที่
น่าเชื่อถือ
- ลักษณะของดอก ดอกของถั่วลันเตา Pisum sativum เป็น ดอกสมบูรณ์เพศ ( perfect flower)ที่มีกลีบดอกปิดมิดชิด ทำให้เกิดการผสมในดอกเดียวกัน (self fertilization) และได้สายพันธุ์แท้ (pure line) ทำให้มั่นใจว่าลักษณะเด่นที่ได้ตามธรรมชาติ - การผสมของดอก ดอกของถั่วลันเตาผสมได้ง่าย และเกิดการปฏิสนธิได้ดี ทั้งการผสมในดอกเดียวกันตามธรรมชาติ หรือการผสมข้ามดอกที่เมนเดลทำการทดลอง ก็สามารผสมและเกิดการปฏิสนธิได้ง่าย
- ลักษณะที่เลือกศึกษา เมนเดลเลือกศึกษาลักษณะของถั่วลันเตา Pisum sativum โดยทำการศึกษาการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของลักษณะ 7 ลักษณะคือ ความสูงลำต้น ลักษณะฝัก สีฝัก สีเมล็ด ผิวเมล็ด สีดอก และตำแหน่งการออกดอก ซึ่งลักษณะทั้ง 7 นั้น มีความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดเจน ทำให้ง่ายต่อการจำแนกลักษณะทางพันธุกรรมของลูกหลานที่เกิดขึ้น และสามารถนับเพื่อนำไปคำนวณอัตราส่วนได้ง่าย
- ลักษณะทางพันธุกรรมของถั่วลันเตาที่ศึกษา ในสมัยเมนเดลยังไม่ทราบเรื่องของยีน แต่เป็นความโชคดีที่เมนเดลเลือกศึกษาลักษณะ 7 ลักษณะของ ถั่วลันเตา Pisum sativum ซึ่งลักษณะทั้ง 7 นั้นมีการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบปกติ ข่มสมบูรณ์ โดยไม่มี linkage gene, multiple alleles, poly gene , codominance ทำให้สามารถคำนวณพิจารณาแยกลักษณะทั้ง 7 ทีละลักษณะได้ง่าย หรือคำนวณตามหลักความน่าจะเป็นได้เพราะโอกาสที่จะเกิดเหตุการณ์ (ลักษณะ) ทั้ง 7 นั้น เกิดขึ้นพร้อมกันและเป็นอิสระต่อกัน
- จำนวนชุดโครโมโซมของพืช เมนเดลยังมีความโชคดีที่บังเอิญเลือกถั่วลันเตา Pisum sativum ซึ่งเป็นพืช Diploid ที่มีโครโมโซมจำนวน 2 ชุด (2n) ทำให้สอดคล้องกับลักษณะที่มีความแตกต่างกัน 2 ลักษณะชัดเจน
รูปที่2 ... ลักษณะของฝัก – ฝักอวบ และ ฝักแฟบ (full & constricted); ลักษณะสีของฝัก ..
ที่มา http://thaigoodview.com/
ที่มา http://thaigoodview.com/
เมนเดลเป็นนักคณิตศาสตร์และสถิติ จึงนำกฎความน่าจะเป็น มาใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลจากผลการทดลอง เพื่ออธิบายอัตราส่วนของลักษณะเด่นและลักษณะด้อยในรุ่น F2 ที่เกิดขึ้น ดังนี้
กฎแห่งความน่าจะเป็น (probability)
รูปที่3 การคำนวณจากผลลัพธ์
ในการโยนเหรียญบาทขึ้นไปในอากาศแล้วปล่อยให้ตกลงสู่พื้นโดยอิสระ โอกาสที่เหรียญจะตกลงมา แล้วออกหัวและก้อยได้เท่ากัน ถ้าโยนเหรียญ 2 เหรียญพร้อมๆกัน โอกาสที่เป็นไปได้มี 3 แบบ คือ แบบที่ 1 ออกหัวทั้ง 2 เหรียญ แบบที่ 2 ออกหัว 1 เหรียญ และออกก้อย 1 เหรียญ แบบที่ 2 ออกก้อยทั้ง 2 เหรียญ โดยอัตราส่วนแบบที่ 1 : แบบที่ 2: แบบที่ 3 เท่ากัน
ในกรณีของการผสมพันธุ์ถั่วลันเตารุ่น F1 ซึ่งมีฟีโนไทป์เป็นฝักสีเขียว และมีจีโนไทป์เป็น Ggอาจเปรียบได้กับเหรียญที่มีหน้าหนึ่งเป็น G อีกหน้าหนึ่งเป็น g การผสมระหว่างรุ่น F1 และรุ่น F1 จึงเท่ากับเป็นการโยนเหรียญขึ้นไปอากาศพร้อมๆกัน 2 เหรียญ โอกาสที่ยีนในรุ่น F2 จะเข้าคู่กันได้เป็น 3 แบบ คือ GG Gg และ gg โดยมีอัตราส่วนเท่ากับ 1 :2: 1 และมีฟีโนไทป์ 2 แบบ คือ ฝักสีเขียวกับฝักสีเหลือง ในอัตราส่วน 3:1 ดังนั้นปัญหาที่สงสัยว่าอัตราส่วนระหว่างลักษณะเด่นต่อลักษณะด้อยในรุ่น F2เหตุใดจึงเท่ากับ 3:1 สามารถอธิบายด้วยกฎของความน่าจะเป็น ซึ่งเป็นปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลให้เมนเดลประสบความสำเร็จในการทดลอง
กฎแห่งการแยกตัวและกฎแห่งการรวมกลุ่มอย่างอิสระ
กฎข้อที่ 1 กฎแห่งการแยกตัว (LAW OF SEGREGATION )
รูปที่4 ตัวอย่างแสดงกฎแห่งการแยกตัว
มีใจความว่า “สิ่งที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศมีอยู่เป็นคู่ๆ แต่ละคู่จะแยกจากกันในระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ทำให้เซลล์สืบพันธุ์แต่ละเซลล์มีหน่วยควบคุมลักษณะนี้เพียง 1 หน่วย และ จะกลับมาเข้าคู่อีกเมื่อเซลล์สืบพันธุ์ผสมกัน”
กฎข้อที่ 2 กฎแห่งการรวมกลุ่มอย่างอิสระ (LAW OF INDEPENDENT ASSORTMENT)
มีใจความว่า “ในเซลล์สืบพันธุ์จะมีการรวมกลุ่มของหน่วยพันธุกรรม ของลักษณะต่างๆ การรวมกลุ่มเหล่านี้เป็นไปได้อย่างอิสระ จึงทำให้เราสามารถทำนายผลที่เกิดขึ้นในรุ่นลูก และรุ่นหลาน”
คำถาม
1) จากกฎแห่งการแยกตัว ยีนจะอยู่กันเป็นคู่ๆ จะแยกออกจากกันต่อเมื่อใด
2)เพราะเหตุใดเมนเดลจึงเลือกใช้ถั่วลลันเตาในการทดลอง
3)เมนเดลใช้กฎทางคณิตศาสตร์ใดในการวิเคราะห์ข้อมูลในการทดลองนี้
