Mendelian Genetics PowerPoint PDF

Gregor  Mendel:   1823-­‐1884   Mendelian  Genetics   The  study  of  Heredity   1    Genetics   I. Genetics  is  the  Study  of  heredity    (the  transmission  of...

Gregor  Mendel:   1823-­‐1884   Mendelian  Genetics   The  study  of  Heredity   1    Genetics   I. Genetics  is  the  Study  of  heredity    (the  transmission  of   traits  from  generation  to  generation).    Genetics  began  with  the  work  of  Gregor  Mendel.     Mendel  developed  basic  principals  of  heredity  with   NO    knowledge  of  genes  or  chromosomes.      Mendel  worked  with  pea  plants.              Why  peas  ?   2 Pea  plants  :        are  inexpensive        reproduction  is  easy  to  control          Produce  many  offspring        Pea  plants  have  contrasting        characteristics     Contrasting  characteristics  include:        Seeds  –  round  or  wrinkled        Seed  Color  –  yellow  or  green        Height  –  TALL  or  short        Flowers  –    white  or  purple        pod  color  –  yellow  or  green        Etc.   3 4 Mendel  Developed  Principles  of   1. Dominance:    one  form  of  a  hereditary  trait   dominates  or  prevents  the  expression  of  the   recessive  trait.   2. Segregation:    Splitting  of  chromosomes   during  meiosis   3. Recombination:    Combining  chromosomes   from  both  the  sperm  and  egg  (fertilization)   4. Independent  Assortment:    Independent   segregation  of  genes  during  the  formation  of   gametes.   5 Pea  Plant  Characteristics   § Mendel  determined  that  since  peas   reproduce  sexually,  there  must  be  two   “characters”  (called  alleles)  that  in=luence   each  trait.    (one  from  the  egg  and  one   from  the  sperm).   § Alleles  are  represented  by  letters.   6 Working  with  Pea  Plants  –   The  Next  Generation   7  Mendel’s  Work   Mendel  began  by  cross-­‐pollinating  pure  plants  with   contrasting  traits.                      Ex.        pure  tall    X    pure  short                    TT                  tt                 Mendel  then  observed  the  offspring  or  1st  Rilial  generation   (F1),    and  noticed  only  one  trait  (they  were  all  tall)   8 9  TT  x  tt       T   T   t                     t               10  Mendel’s  Work     Mendel  then  used  two  of  these  F1  tall  plants  and   crossed  them.  (incest)        Ex.    F1  tall      x      F1  tall        (Tt)                  (Tt)   11  Tt  x  Tt       T   t   T                     t               12 13 From  this  F1  cross  he  observed  both  traits  in  the   offspring  (2nd  Rilial  generation  –  F2),  but  in  an   unequal  proportion        (75%  tall  and  25%  short)    or      (3  tall  :  1  short)     Mendel  determined  that  one  form  of  the  trait  is   dominant  over  the  other  recessive  trait  (Tall  is   dominant  over  short)         Parents    pure  tall      X      pure  short              F1                  all  tall                F2        3  tall  :  1  short 14 Law  of  Dominance  –  one  form  of  a  hereditary  trait   dominates  or  prevents  the  expression  of  the  recessive   trait.    Dominant  allele  =  capital  letter    Recessive  allele  =  lower  case  letter                Ex.    tall  =  T                          short  =  t        Parents  have    2    alleles  (2n)  Diploid        Gametes  have  1  allele  (1n)  Monoploid   (half  due  to  meiosis)            Review  of  dominance  :        TT  =  tall        Tt    =  tall        tt    =  short   15  Genetic  Terms       1.      Dominance-­‐    The  dominant  gene  in  an  allelic  pair   is  expressed  (seen).    It  masks  the  recessive  allele   (unseen).    Represented  by  a  CAPITAL  letter   2.      Recessive-­‐  the    trait  that  is  masked  by  the   dominant  characteristic.    Represented  by  a   lowercase  letter.   3.      Allele  –  the  dominant  or  recessive  form  of  a  gene.     You  inherit  one  allele  from  mom  and  one  from  dad   16 4.  Genotype  –  the  genetic  make  up  of  an  individual.                                ex.  TT,    Tt,    tt                a.  Homozygous  –  (pure)    both  alleles  are  the  same          ex.  TT  –  tall                tt  –  short          b.  Heterozygous-­‐  (hybrid)    possessing  two    different  alleles  for  the  same  trait            ex.    Tt     17 5.      Phenotype  –  The  appearance  of  the  offspring   (you  can  see  the  phenotype)   Genotype   Phenotype   TT   Tall   Tt   Tall   tt   Short    Mendel’s  2nd  Law:    Segregation  and  Recombination     Gametes  formed  during  meiosis  separate  alleles  so   that  each  gamete  contains  only  one  gene  for  each   trait.    At  fertilization  the  alleles  combine  to  form  new   combinations.       Mendel  tested  this  hypothesis  by  predicting  the   outcome  of  crosses  he  never  did  before       19 Punnett  square  –  used  to  predict  the  outcome  of   genetics  crosses   1n Tt gametes 2n parents T t T TT Tt Each  box   represents   Tt a  possible   t Tt tt offspring   1n gametes Mendel  would  predict  that  ¾  would  be   tall  and  ¼  would  be  short   20 Hybrid  Cross  –  When  two  heterozygotes  are   crossed,  there  are  3  possible  genotypes  which  occur   in  a          1  :  2  :  1    ratio.      1    Homozygous  Dominant    2    Heterozygous  Dominant    1    Homozygous  Recessive      The  phenotypic  ratios  are      3    :    1        3    Dominant        :        1    Recessive   21  It  is  not  possible  to  tell  the  appearance  if  an  individual  is   showing  a  dominant  trait  that  is  pure  (BB)  or  hybrid  (Bb).     Therefore  you  must  perform  a  test  cross     Test  Cross  –  To  determine  the  genotype  of  an  organism   showing  a  dominant  phenotype,    cross  the  organism  with  a   recessive  individual.      If  any  recessive  offspring  are  produced   the  individual  is  heterozygous.     22  Ex.      Lets  do  a  test  for  eye  color  Bb  or  BB   B=Brown        b=blue                   BB  x  bb  =  100%  brown     Bb  x  bb  =  50%  brown  50%  blue   V.        Codominance    –    some  traits  are  controlled  by  2   different  dominant  alleles.    Both  alleles  are   dominant,  and  there  are  two  dominant   phenotypes.    A  heterozygote  expresses  both   phenotypes  at  the  same  time.     Ex.  coat  color  in  cattle.      CR  CR  =  red  coat    CW  CW  =  white  coat    CR  CW  =  roan  coat     Roan  is  a  mixture  of  red  and  white  hairs  that  give  a   brownish  appearance  called  roan.   24 Ex.      Lets  do  a  test  for  coat  color   R  =  Red        W  =  White     VI.        Incomplete  dominance  –  (blending    inheritance)  sometimes  an  allele  is  only    partly  dominant  over  another.      In  a  heterozygote  the  dominant  allele  is  only   partially  expressed  and  the  phenotype  is  between   the  two  homozygous  forms.       Ex.        Snap  dragons  or  Japanese  4    o’clock          Rlowers.          RR  =  red        WW  =  white        RW  =  pink   26 Ex.      Lets  do  a  test  for  Ylower  color   R  =  Red        W  =  White     28  Mendel’s  Law  of  Independent  Assortment            Two  traits  will  be  inherited  independently  of  each   other,  provided  their  genes  are  located  on  non-­‐ homologous  chromosomes.    When  gametes  form,    the  alleles  for  different  traits   segregate  independently  of  each  other.               29       Gene  Linkage  –  If  the  genes  for  two  different   traits  are  located  on  the  same  chromosome  pair   (homologous  chromosomes),  they  are  said  to  be   linked,  and  are  usually  inherited  together.     Ex.  The  gene  for  eye  and  hair  color  are  on  the  same   chromosome.      Blond  hair  is  often  inherited  with  blue  eyes.     Crossing  over  –  In  the  1st  meiotic  division  the   chromatids  of  homologous  chromosomes  may   exchange  segments.    This  results  in  the   rearrangement  of  linked  genes  and  increases   variability  of  offspring. 30  Multiple  Alleles  –  some  traits  are  controlled  by   more  than  2  different  alleles  types.       Ex.  Human  blood  types  –  The  inheritance  of  blood   types  in  humans  can  be  explained  by  a  model  in   which  there  are  3  alleles  for  blood  type.        IA  =  A  protein      IB  =  B  protein        i      =  no  protein     IA  and  IB  are  both  dominant  (codominance)  over  i     31 Blood Type Genotypes A IAIA IA i B I BI B IB i AB IAIB O ii 32 Sex  determination  –    Scientists  have  discovered  that   chromosomes  in  cells  from  males  and  females      were  identical  except  for  one  pair       Humans  have  23  pairs  of  chromosomes.              22    pairs  of  autosomes        pair  of  sex  chromosomes   The  sex  chromosomes  are  called  X  and  Y     The  XX  condition  produces  females,  and  the  XY  condition   produces  males.     Who  determines  the  sex  of  the  child?   Ans.    The  man.    A  woman’s  egg’s  all  have  the  X     chromosome,  but  due  to  meiosis    50%  of  a  man’s   sperm  are  X  and    50%    are  Y.   33  Sex  Linkage  –  Thomas  Hunt  Morgan’s  work   with  Drosophila  (fruit  Yly)  demonstrated  that   some  genes  are  located  on  the  X  chromosome   and  do  not  have  a  corresponding  allele  on  the  Y   chromosome.   Since  many  sex-­‐linked  genes  are  recessive,   they  are  expressed  in  males  more  than  in   females.       Why?     A  female  must  have  both  recessive  alleles,  but   the  male  can  show  the  recessive  trait  with  only   one  allele.   34 Ex.    Hemophilia  and  colorblindness  in  humans.            XNXN    -­‐    normal  female      XNXn    -­‐    carrier  female      XnXn    -­‐    colorblind  female      XNY    -­‐        normal  male      XnY    -­‐        colorblind  male     Because  a  man  has  only  one  X  chromosome  he  will   show  a  recessive  phenotype  with  only  one  allele   for  that  trait.   How  do  you  get  a  colorblind  female?   35 36 37 38 39 XII. Heredity and the Environment – The environment interacts with genes in the development and expression of inherited traits Ex. Effect of light on chlorophyll production Plant grown in dark – white Plant grown in light – green Ex. Effect of temp. on color of the Himalayan rabbit. Usually the rabbit has white fur with black ears and paws. If you shave the rabbit and place an ice pack on the shaved area it will grow black hair in that area. 40 41