Jak funguje genetika
Zvládli byste odhalit zákonitosti dědičnosti, stejně jako je odhalili Johann Gregor Mendel a jeho následovníci? Při příležitosti letošního 200. výročí Mendelova narození to můžete zkusit a zjistit, jak ta genetika tedy vlastně funguje.
Princip dědičnosti znaků objevil před skoro 160 lety při svých experimentech z hrachem Johann Gregor Mendel – od každého z rodičů obdrží potomek vždy jednu verzi (alelu) genu pro příslušný znak a výsledný projev je určitou kombinací těchto dvou verzí. Když v roce 1865 přednášel o výsledcích svých experimentů brněnskému Přírodozkumnému spolku, a když je o rok později publikoval ve spolkovém časopise, popisoval ale pouze nejjednodušší typ dědičnosti založený na dvou verzích (alelách) genu. Vše se zdálo průzračně čisté. Jedna verze genu se projevovala vždy (tu nazval dominantní), druhá vynikla pouze v kombinaci se stejnou verzí genu (tu nazval recesivní). Tuto formu dědičnosti ilustruje kombinace červených a žlutých medvědů na obrázku níže.
Obr.: Takhle funguje genetika. Upozorňujeme, že legenda vlevo nahoře není úplná a pouze napovídá, které čtyři základní typy dědičnosti můžeme na obrázku nalézt. Konkrétní vzájemné vztahy barev (a tím pádem i výsledek křížení) je nutno odvodit ze schématu! Řešení naleznete níže.
Už krátce po znovu-objevení jeho práce (rok 1900) ale začalo být jasné, že takhle jednoduché to nebude a pro velké množství znaků bude existovat více verzí (alel) genu, které budou ve vzájemně komplikovanějších vztazích. Tak například alela, která byla v jednom vztahu jasně dominantní a vždy převládala, mohla mít ve vztahu s další alelou trochu jiný projev – viz například vztah modrého a červeného medvěda, kde část potomstva je evidentně výsledkem skládání červené a modré barvy. Tento vztah se nazývá neúplná dominance, a v barevném provedení ho nalezneme třeba u květů řady rostlin nebo třeba barvě kůže míšenců. Další možností je, že se obě verze genu projeví současně, protože budou vzájemně kodominantní – to je případ třeba lidských krevních skupin, některých dvoubarených květů, některých strakatých krav, některých morouhovatých koček, a odpovídá také zeleno-modrým a zeleno-červeným medvědům na našem obrázku.
Ne všechny barvy a znaky jsou ale ovádány těmito jednoduchými čtyřmi vztahy. V řadě případů je daný gen ovlivněn prostředím nebo pohlavím (např. plešatost) a stejná genová výbava tak vede u různých jedinců k různému projevu. Nemluvě o tom, že jeden znak (třeba barva očí nevinné vinné mušky Drosofily) může být ovlivněn také více geny, jeden gen může ovlivňovat více znaků, nebo o dalších záludnostech genetiky. V tomhle měl Mendel trochu štěstí, když si ke studiu vybral (mimo jiné) hrách a ty jeho znaky, které takto komplikované dědičné vztahy nemají. Ale i v tom spočívá krása vědy.
Řešení:
Jak naznačuje text výše i samotný obrázek, legenda není úplná, a konkrétní vztahy jednotlivých dvojic barev (dominance, kodominance, ...) musíme už odhalit ze schématu. Řešení je snad patrné z obrázku zde, kdo by chtěl i odvození, nalezne je pod ním.
Odvození:
1.) Ideální je začít jedním z Mendelových poznatků, že výsledný znak (barva) je dán kombinací otcovské a mateřské verze genu. Nakresleme si tedy pod každého medvěda dva kroužky (alely) – čtyři různí medvědi po křížení odpovídají vždy čtyřem možným kombinacím dvou alel.
2.) Křížením červeného a žlutého medvěda vznikají pouze červení potomci – aby toto vzniklo, musí být v každém červeném medvědovi alespoň jedna červená alela, a toho lze zase docílit jen a pouze tak, že červený medvěd na nejvyšším řádku bude mít obě alely červené. Víme, že žlutá barva medvěda je recesivní znak, žlutá tedy musí být tvořena dvěma alelami žluté, což potvrzuje i další křížení červeného medvěda (tentokrát s pouze jednou červenou alelou) se žlutým medvědem na druhém řádku.
3.) Modrý medvěd na druhém řádku musí mít alespoň jednu alelu modrou – jaká je ale ta druhá? Kdyby to byla žlutá, vznikne na třetím řádku minimálně jeden žlutý medvěd (jedna kombinace žlutá + žlutá), to ale nevidíme. Nemůže to být ani zelená, protože na posledním řádku vidíme, že kombinace zelené a modré alely vede k “barevně rozpůlenému” medvědovi a ten na třetím řádku není. A nemůže to být ani červená, protože to by zase vedlo k aspoň jednomu červenému medvědovi na třetím řádku (měl by kombinaci červená + červená). Modrý medvěd na druhém řádku tedy musí mít obě alely modré.
4.) Z bodu 3 plyne, že fialová barva dvou medvědů na třetím řádku je tvořena kombinací modré a červené alely – což potvrzuje i legenda hovořící o neúplné dominanci modré. V tomto případě také červená alela musí být k modré neúplně dominantní (ostatně v případě dominance červené ve vztahu červená + modrá by nemělo smysl označovat modrou jako neúplně dominantní, nýbrž jako recesivní). Taktéž vidíme, že modrá je sice neúplně dominantní k červené, ale žlutou přebije - k ní je tedy dominantní.
5.) Jelikož křížení fialového a zeleného medvěda vytváří čtyři kombinace, v nichž je pokaždé zastoupená zelená je evidentní, že zelený medvěd na třetím řádku musí mít obě alely zelené. Výsledná “rozpůlená komibnace” pak potvrzuje kodominanci zelené z nápovědy a také naznačuje, že červená i modrá jsou vzhledem k zelené v kodominantním vztahu (pokud mluvíme o kodominanci, tak označujeme obě alely jako kodominantní).
6.) Z bodu 3 plyne, že modří medvědi na třetím řádku mají modrou a žlutou alelu, z bodu 2 plyne, že žlutý medvěd je tvořen dvěma žlutými alelami, z toho lehce odvodíme výslednou kombinaci: dva žlutí medvědi (žlutá+žlutá alela) a dva medvědi modří (žlutá+modrá alela). Druhá kombinace žluté a modré vede opět na modrou, jak je patrné z třetího řádku – modří medvědi zde mají žlutou+modrou a jsou modří (zelená tedy kombinací žluté a modré nemůže vzniknout).
