Biologie · Verstehen und üben

Mendelsche Regeln und Vererbung

Leite Kreuzungen aus den Allelen der Eltern ab und unterscheide sichere Aussagen von Wahrscheinlichkeiten – mit interaktiver Kreuzungs-Werkstatt.

Das kannst du danach

Genotyp und Phänotyp unterscheidenKreuzungsschemata auswertenRegeln und Grenzen begründen

Wie lassen sich Merkmale vorhersagen?

Gregor Mendel untersuchte die Vererbung bei Erbsen. Er kreuzte Pflanzen mit unterschiedlichen Merkmalsausprägungen und zählte die Nachkommen. Daraus lassen sich Regeln ableiten – wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind.

Wir betrachten zunächst ein Gen mit zwei Allelen und vollständiger Dominanz. Im vereinfachten Erbsenbeispiel steht A für gelb und a für grün. Das gelbe Allel ist dominant. Die Buchstaben sind frei gewählte Symbole, keine Basen einer DNA-Sequenz.

Genotyp und Phänotyp unterscheiden

AA · reinerbig

Genotyp: zwei gleiche dominante Allele. Phänotyp: gelber Samen.

Aa · mischerbig

Genotyp: zwei verschiedene Allele. Phänotyp: ebenfalls gelb, weil A in diesem Modell dominant ist.

aa · reinerbig

Genotyp: zwei gleiche rezessive Allele. Phänotyp: grüner Samen.

Genotyp bezeichnet hier die Allelkombination; Phänotyp die beobachtete Merkmalsausprägung. Homozygot bedeutet reinerbig (AA oder aa), heterozygot bedeutet mischerbig (Aa).

Dominant heißt, dass sich die entsprechende Ausprägung bei Aa zeigt. Es bedeutet weder „besser“ noch „häufiger“. Das rezessive Allel verschwindet nicht: Es wird ebenfalls weitergegeben.

Warum stehen in Keimzellen nur einzelne Buchstaben?

Bei der Meiose werden die homologen Chromosomen getrennt. Eine Keimzelle enthält deshalb für den betrachteten Genort nur ein Allel. Bei der Befruchtung kommen wieder zwei Allele zusammen.

Genotyp des Elternteils	Mögliche Keimzellen	Wahrscheinlichkeit
AA	nur A	100 % A
Aa	A oder a	je 50 %
aa	nur a	100 % a

1. Regel: Uniformitätsregel

Kreuzt man für das Merkmal reinerbige Eltern AA × aa, erhält jeder Nachkomme A vom einen und a vom anderen Elternteil. Alle besitzen den Genotyp Aa und sind in diesem Beispiel gelb.

Die Eltern heißen P-Generation; ihre Nachkommen bilden die F₁-Generation. „Uniform“ bedeutet hier: untereinander gleich hinsichtlich des betrachteten Merkmals. Die Nachkommen sind deswegen nicht in allen Eigenschaften identisch.

2. Regel: Spaltungsregel

Kreuzt man zwei F₁-Individuen Aa × Aa, können beide A oder a weitergeben. Die F₂ erhält die Kombinationen AA, Aa, aA und aa. Aa und aA bezeichnen denselben Genotyp.

Genotypen: 1 AA : 2 Aa : 1 aa. Bei vollständiger Dominanz ergeben sich die Phänotypen 3 gelb : 1 grün. Das sind erwartete Wahrscheinlichkeiten über viele Nachkommen. Vier Nachkommen müssen nicht genau drei gelbe und einen grünen ergeben.

Kreuzungs-Werkstatt

Wähle die Genotypen der Eltern. Oben stehen die Keimzellen von Elternteil 1, links die von Elternteil 2. Jedes der vier Felder steht für eine mögliche Kombination mit 25 % Wahrscheinlichkeit. Bei reinerbigen Eltern sind Spalten oder Zeilen gleich.

Elternteil 1

Elternteil 2

AAgelb · 25 %

Aagelb · 25 %

aagrün · 25 %

Aa × Aa: 25 % AA, 50 % Aa, 25 % aa. Phänotyp: 75 % gelb, 25 % grün.

Anzahl der Nachkommen: 100

Bei 100 Nachkommen erwartet: 75 gelb und 25 grün. Die tatsächlichen Zahlen können abweichen.

Rückkreuzung: AA oder Aa?

Eine gelbe Pflanze könnte AA oder Aa sein. Man kreuzt sie zur Untersuchung mit einer homozygot rezessiven Pflanze (aa).

AA × aa: Alle Nachkommen werden Aa und gelb. Aa × aa: Erwartet werden 50 % Aa (gelb) und 50 % aa (grün). Grüne Nachkommen weisen in diesem Modell auf Aa beim gelben Elternteil hin.

Nur gelbe Nachkommen in einer kleinen Stichprobe beweisen AA noch nicht: Auch bei Aa × aa können zufällig nur gelbe entstehen. Pro Nachkomme beträgt diese Wahrscheinlichkeit ½; für vier unabhängige Nachkommen zusammen (½)⁴ = 1/16 = 6,25 %.

3. Regel: Unabhängigkeits- und Neukombinationsregel

Nun betrachten wir zwei Gene: A/a für die Samenfarbe und B/b für die Samenform. B steht im Modell für rund, b für runzlig. Aus AABB × aabb entsteht eine F₁ mit AaBb.

Werden beide Gene unabhängig verteilt, kann AaBb die Keimzellen AB, Ab, aB und ab mit jeweils 25 % bilden. Die F₂ aus AaBb × AaBb kann dadurch auch neue Merkmalskombinationen zeigen.

Phänotyp in der F₂	Rechnung	Erwarteter Anteil
gelb und rund	¾ × ¾	9/16
gelb und runzlig	¾ × ¼	3/16
grün und rund	¼ × ¾	3/16
grün und runzlig	¼ × ¼	1/16

Voraussetzung für 9 : 3 : 3 : 1

Dieses Verhältnis setzt unter anderem unabhängige Verteilung der beiden Gene und vollständige Dominanz an beiden Genorten voraus. Gene auf verschiedenen Chromosomen werden im einfachen Modell unabhängig verteilt. Bei gekoppelten Genen auf demselben Chromosom gilt die Regel nicht ohne Weiteres; Crossing-over kann die Kopplung teilweise aufheben.

Wo das einfache Modell nicht ausreicht

Intermediärer Erbgang

Bei vollständiger Reinerbigkeit rot × weiß kann die F₁ rosa sein. In der F₂ zeigt sich dann auch phänotypisch 1 rot : 2 rosa : 1 weiß. Die Allele werden nicht dauerhaft miteinander vermischt.

Kodominanz

Zwei Allele können im heterozygoten Zustand beide erkennbar ausgeprägt sein. Ein Beispiel sind die Allele für A und B beim AB0-Blutgruppensystem: Blutgruppe AB zeigt beide Antigene.

Viele Gene und Umwelt

Körpergröße und viele andere Merkmale lassen sich nicht sinnvoll als einzelnes dominant-rezessives Gen erklären. Auch Ernährung und andere Umweltfaktoren wirken mit.

Regeln sinnvoll anwenden

3 : 1 ist kein allgemeines Gesetz für jeden Erbgang. Prüfe stets Eltern-Genotypen, Art der Dominanz, Zahl der Gene und Voraussetzungen.

So löst du eine Kreuzungsaufgabe

Auch der heterozygote Genotyp ist sichtbar unterscheidbar.

Lösung anzeigen

1 rot : 2 rosa : 1 weiß. Die Genotypen spalten 1 : 2 : 1 auf; hier tun es auch die Phänotypen.

Kurzer Begriffscheck

Was bedeutet ein Verhältnis von 3 : 1?

Wähle eine Antwort.

Für den Unterricht

Einstieg: Zwei gelbe Samen mit AA und Aa vergleichen: gleiche Erscheinung, unterschiedlicher Genotyp.

Partnerarbeit: Eine Kreuzung vorhersagen, dann in der Werkstatt prüfen. Die Rollen wechseln zwischen „Schema erstellen“ und „Ergebnis begründen“.

Vertiefung: Die dritte Regel über das Produkt zweier Wahrscheinlichkeiten herleiten. Aufgaben 6 und 8 prüfen das Verständnis von Zufall und Stichproben.

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Die Regeln und wichtigen Begriffe im Überblick wiederholen.

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Fachliche Orientierung: OpenStax · Biology 2e. Grundlagen im schulischen Genetikunterricht; die Zuordnung zu Klassenstufen unterscheidet sich nach Bundesland und Schulart. Eigene, vereinfachte Lehrabbildungen.

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