ERBLICHKEIT: GENETISCHE GRUNDLAGEN, UNTERSUCHUNGSMETHODEN, BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Die Erblichkeit ist die Eigenschaft, die ein messbares phänotypisches Merkmal einer Population aufweist, die durch den Genotyp geteilt oder vererbt werden soll. Im Allgemeinen wird dieses Merkmal oder dieser Charakter von ihren Eltern an ihre Nachkommen weitergegeben.

Der phänotypische Ausdruck (der den sichtbaren Merkmalen eines Individuums entspricht) eines vererbbaren Charakters ist anfällig für die Umgebung, in der sich die Nachkommen entwickeln, so dass er nicht unbedingt auf die gleiche Weise wie bei den Eltern ausgedrückt wird.

Vererbungsmuster der Blutgruppe zwischen AB & O-Eltern (Quelle: AB & O_RegularInheritance.PNG: Benutzer: Dr.saptarshiderivative Arbeit: Ksd5 über Wikimedia Commons)

In Populationen experimenteller Organismen ist es relativ einfach zu bestimmen, was die vererbbaren Merkmale sind, da der Ausdruck eines Merkmals eines Elternteils bei den Nachkommen beobachtet werden kann, indem die Nachkommen in derselben Umgebung aufgezogen werden, in der sich die Eltern entwickeln.

In Wildpopulationen ist es andererseits schwierig zu unterscheiden, welche phänotypischen Merkmale durch Vererbung übertragen werden und welche das Produkt sich ändernder Umweltbedingungen sind, dh epigenetische Veränderungen.

Dies ist besonders schwierig für die meisten phänotypischen Merkmale in menschlichen Populationen zu unterscheiden, wo vorgeschlagen wurde, dass die besten Modelle für die Untersuchung identische Zwillingspaare sind, die bei der Geburt getrennt werden und in derselben Umgebung aufwachsen.

Einer der ersten Wissenschaftler, der die Erblichkeit untersuchte, war Gregor Mendel. In seinen Experimenten erhielt Mendel Erbsenpflanzenlinien mit Charakteren, die fast ausschließlich zwischen Eltern und Nachkommen vererbt und ausgedrückt wurden.

Genetische Grundlagen für das Studium der Erblichkeit

Die Erblichkeit ist das Ergebnis des Transfers von Genen durch Gameten (von den Eltern zu den Nachkommen) durch sexuelle Reproduktion. Während der Gametensynthese und -fusion treten jedoch zwei Rekombinationen auf, die die Anordnung und Sequenz dieser Gene verändern können.

Wissenschaftler, die an der experimentellen Identifizierung vererbbarer Merkmale arbeiten, arbeiten mit reinen Linien, die für die meisten Loci isogen sind (genetisch identisch), da Individuen aus reinen Linien auf homozygote Weise denselben Genotyp haben.

Isogene Linien garantieren, dass die Architektur der Gene im Kern den beobachteten Phänotyp nicht beeinflusst, da trotz der Tatsache, dass Individuen denselben Genotyp teilen, durch Variation der Position der Gene im Kern Variationen im Phänotyp.

Für Forscher ist das Erhalten reiner und isogener Linien eine Art "Garantie" dafür, dass die phänotypischen Merkmale, die Eltern und Nachkommen teilen, das Produkt des Genotyps sind und daher vollständig vererbbar sind.

Mendelsche Vererbung von Fellfarbmerkmalen bei Rindern (Quelle: Sciencia58 über Wikimedia Commons)

Trotz der Tatsache, dass der Phänotyp immer das Produkt des Genotyps ist, ist es wichtig zu berücksichtigen, dass, obwohl Individuen denselben Genotyp haben, es vorkommen kann, dass nicht alle Gene in diesem Phänotyp exprimiert werden.

Die Gewährleistung der Expression von Genen ist eine sehr komplexe Studie, da ihre Expression für jeden Genotyp unterschiedlich sein kann und diese Gene gelegentlich durch andere Faktoren wie epigenetische Faktoren, die der Umwelt oder andere Gene reguliert werden.

Studienmethoden

Der als "Klassische Genetik" bekannte Zweig der Genetik konzentriert sich auf die Untersuchung der Erblichkeit von Merkmalen. In der klassischen Genetik werden Eltern über mehrere Generationen hinweg mit Nachkommen ganzer Populationen gekreuzt, bis reine und isogene Linien erhalten werden.

H2-Statistik

Sobald die Heritabilität eines Merkmals nachgewiesen wurde, kann der Grad der Heritabilität durch einen statistischen Index quantifiziert werden, der als H2 identifiziert wird.

Die Heritabilität (H2) wird als Verhältnis zwischen den Varianzen des genotypischen Mittels (S2g) und der gesamten phänotypischen Varianz der Population (S2p) berechnet. Die phänotypische Varianz der Population kann in die Varianz des genotypischen Mittels (S2g) und der Restvarianz (S2e) zerlegt werden.

Die Heritabilitätsstatistik (H2) gibt Auskunft darüber, welcher Anteil der phänotypischen Variation in einer Population auf die genotypische Variation zurückzuführen ist. Dieser Index gibt nicht an, wie hoch der Anteil eines einzelnen Phänotyps ist, der seiner Vererbung und seiner Umgebung zugeordnet werden kann.

Es muss berücksichtigt werden, dass der Phänotyp eines Individuums eine Folge der Wechselwirkung zwischen seinen Genen und den Umweltbedingungen ist, unter denen es sich entwickelt.

Moderne Techniken

Derzeit gibt es Tools wie Next Generation Sequencing (SNG), mit denen das gesamte Genom von Individuen sequenziert werden kann, so dass vererbbare Merkmale in vivo in der EU verfolgt werden können Genom von Organismen.

Darüber hinaus ermöglichen moderne Bioinformatik-Tools eine ziemlich genaue Modellierung der Kernarchitektur, um Gene im Kern grob zu lokalisieren.

Beispiele

- Erblichkeit in Pflanzen

Die statistische Methode zur Messung des Heritabilitätsgrades der Merkmale wurde für Kulturpflanzenarten mit kommerziellem Interesse vorgeschlagen. Daher beziehen sich die meisten Beispiele in der Literatur auf Pflanzenarten, die für die Lebensmittelindustrie wichtig sind.

Bei allen Kulturpflanzenarten wird die Heritabilität der Merkmale von agronomischem Interesse wie Resistenz gegen Krankheitserreger, Fruchtertrag, Resistenz gegen heiße oder kalte Temperaturen, Laubgröße usw. untersucht.

Die klassische genetische Verbesserung von Gemüsepflanzen wie Tomaten zielt darauf ab, Pflanzen mit einem Genotyp auszuwählen, der vererbbare Merkmale aufweist, um Tomaten zu erhalten, die größer, rot und resistent gegen feuchte Umgebungen sind.

Bei Grasarten wie Weizen besteht das Ziel darin, die vererbbaren Merkmale unter anderem nach Größe, Stärkegehalt und Samenhärte auszuwählen. Zu diesem Zweck werden die Sorten von verschiedenen Orten gemischt, bis jeweils reine Linien erhalten werden.

Durch die Gewinnung der reinen Linien können diese durch Gentechnik zu einer Hybridsorte kombiniert werden, um transgene Pflanzen zu erhalten, die die besten Eigenschaften einer einzigen Sorte aufweisen.

- Erblichkeit beim Menschen

In der Medizin wird untersucht, wie einige Persönlichkeitsstörungen zwischen Eltern und Nachkommen übertragen werden.

Chronische Depression ist beispielsweise ein phänotypisches Merkmal, das ein Produkt des Genotyps ist. Wenn jedoch Menschen mit diesem Genotyp in einer vertrauten, glücklichen, stabilen und vorhersehbaren Umgebung leben, wird der Genotyp möglicherweise nie im Phänotyp gesehen.

Die Verhaltensgenetik ist von besonderem Interesse für die Bestimmung der Heritabilität des Intelligenzquotienten (IQ). Bisher wurde festgestellt, dass ein hoher IQ genauso vererbbar ist wie ein normaler IQ.

Ein hoher IQ oder eine chronische Depression werden jedoch abhängig von der Stimulation der Umgebung ausgedrückt.

Ein typisches Beispiel für Erblichkeit ist der Charakter der Statur. Wenn die Eltern groß sind, sind die Nachkommen höchstwahrscheinlich groß. Es wäre jedoch eindeutig falsch zu glauben, dass in der Größe eines Individuums 1,80 m auf Gene und weitere 0,3 m auf die Umwelt zurückzuführen sind.

In vielen Fällen wurde die Langlebigkeit auch als vererbbares Merkmal untersucht. Für Langlebigkeitsstudien am Menschen wird die Genealogie der Familie durchgeführt, wobei versucht wird, die Daten der Umgebung zu berücksichtigen, in der jedes Individuum des Stammbaums lebte.

Die meisten Langlebigkeitsstudien haben gezeigt, dass sich dieses Merkmal in den meisten Fällen als vererbbares Merkmal verhält und in jeder Generation sogar zunimmt, wenn es in der richtigen Umgebung aufgezogen wird.

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