ข้อใด ไม่ใช่ เหตุผลที่เมนเดลเลือกศึกษาลักษณะของถั่วลันเตาในการทดลอง

กฏของเมนเดล 

ประวัติของเมนเดล (Biography of Gregor Mendel)

       เกรเกอร์ เมนเดล (พ.ศ. 2365-พ.ศ. 2427) บิดาทางพันธุศาสตร์ เกิดที่เมืองไฮน์เซนดรอฟ ประเทศออสเตรีย เป็นบุตรชายคนเดียวในจำนวนพี่น้อง 3 คน ของครอบครัวชาวนาที่ยากจน โดยต่อมา เมนเดลได้ไปบวชแล้วได้รับตำแหน่งรับผิดชอบดูแลสวน ในปี พ.ศ. 2390

ผลงานทางพันธุศาสตร์

• สิ่งแรก เมื่อผสมพันธุ์ถั่วชนิดต่างกันสองชนิดผลผลิตต่อมาที่ได้เป็นพันธุ์ชนิดเดียว ยกตัวอย่าง ถ้าหากเขาผสมพันธุ์ถั่วเมล็ดสีเหลืองกับชนิดเมล็ดสีแดง มันจะผลิตพันธุ์เมล็ดสีเหลืองออกมา
• ต่อไป เมื่อผสมพันธุ์ต่างชนิดกันของผลผลิตรุ่นแรก รุ่นต่อไปจะมีเมล็ดทั้งสองชนิด ในทุกๆสี่ต้นจะมีสามต้นที่มีเมล็ดสีเหลือง และ 1 ต้น ที่มีเมล็ดสีเขียว นี่เป็นเพราะว่าหน่วยถ่ายพันธุ์ที่ผลิตเมล็ดสีเหลืองเป็นหน่วยถ่ายพันธุ์ที่ เด่น คือ โดมิแนนท์ยีน หน่วยถ่ายพันธุ์ที่ผลิตเมล็ดสีเขียวเรียกว่า รีเซสซีพยีน หรือหน่วยถ่ายพันธุ์ด้อย
• สิ่งที่สาม ถ้าหากเขาผสมพันธุ์ถั่วต่างชนิดกันด้วยถั่วสองชนิด หรือมากกว่านั้นที่มีลักษณะแตกต่างกัน เขาจะค้นพบกฎข้อที่สาม สมมติว่าเขาผสมพันธุ์ถั่วที่มีเมล็ดเรียบสีเหลืองกับพันธุ์ถั่วที่มีเมล็ด หยาบสีเขียว รุ่นแรกเมล็ดเรียบสีเหลืองจะเป็นตัวเด่น ในรุ่นต่อไปจะมีอัตราส่วนเมล็ดเรียบสีเหลือง 9 ส่วน ต่อเมล็ดเรียบสีเขียว 3ส่วน เมล็ดหยาบสีเหลือง 3 ส่วน ต่อเมล็ดหยาบสีเขียว 1 ส่วน

การทดลองของเมนเดล

    เมนเดลประสบผลสำเร็จในการทดลอง จนตั้งเป็นกฎเกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากพ่อแม่มายังลูกหลานใน ช่วงต่อๆมาได้เนื่องจากสาเหตุสำคัญสองประการ คือ

1. เมนเดลรู้จักเลือกชนิดของพืชมาทำการทดลอง พืชที่เมนเดลใช้ในการทดลองคือถั่วลันเตา (Pisum sativum) ซึ่งมีข้อดีในการศึกษาด้านพันธุศาสตร์หลายประการ เช่น

1.1 เป็นพืชที่ผสมตัวเอง (self- fertilized) ซึ่งสามารถสร้างพันธุ์แท้ได้ง่าย หรือจะทำการผสมข้ามพันธุ์ (cross-fertilized) เพื่อสร้างลูกผสมก็ทำได้ง่ายโดยวิธีผสมโดยใช้มือช่วย (hand pollination)

1.2 เป็นพืชที่ปลูกง่าย ไม่ต้องทำนุบำรุงรักษามากนัก ใช้เวลาปลูกตั้งแต่ปลูก จนถึงเก็บเกี่ยวภายในหนึ่งฤดูปลูก (growing season) หรือประมาณ 3 เดือน เท่านั้น และยังให้เมล็ดในปริมาณที่มากด้วย

1.3 เป็นพืชที่ มีลักษณะทางพันธุกรรม ที่แตกต่างกันชัดเจนหลายลักษณะ ซึ่งในการทดลองดังกล่าว เมนเดลได้นำมาใช้ 7 ลักษณะด้วยกัน

2.เมนเดลรู้จักวางแผนการทดลอง

2.1 เลือกศึกษาการถ่ายทอดลักษณะของถั่วลันเตาแต่ละลักษณะก่อน เมื่อเข้าใจหลักการถ่ายทอดลักษณะนั้น ๆ แล้ว เขาจึงได้ศึกษาการถ่ายทอดสองลักษณะไปพร้อม ๆ กัน

2.2 ในการผสมพันธุ์จะใช้พ่อแม่ พันธุ์แท้ (pure line) ในลักษณะที่ตรงกันข้ามกัน มาทำการผสมข้ามพันธุ์เพื่อสร้างลูกผสมโดยใช้มือช่วย (hand pollination )

2.3 ลูกผสมจากข้อ 2.2 เรียกว่าลูกผสมช่วงที่ 1 หรือ F1( first filial generation) นำลูกผสมที่ได้มาปลูกดูลักษณะที่เกิดขึ้นว่าเป็นอย่างไร บันทึกลักษณะและจำนวนที่พบ2.4 ปล่อยให้ลูกผสมช่วงที่ 1 ผสมกันเอง ลูกที่ได้เรียกว่า ลูกผสมช่วงที่ 2 หรือ F2( second filial generation) นำลูกช่วงที่ 2 มาปลูกดูลักษณะต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นว่าเป็นอย่างไร บันทึกลักษณะและจำนวนที่พบ

ลักษณะต่าง ๆ ของถั่วลันเตาที่เมนเดล ใช้ในการศึกษาการถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรม

1. ลักษณะของเมล็ด – เมล็ดกลม และ เมล็ดย่น (round & wrinkled)

2. สีของเปลือกหุ้มเมล็ด – สีเหลือง และ สีเขียว (yellow & green)

3. สีของดอก – สีม่วงและ สีขาว (purple & white)

4. ลักษณะของฝัก – ฝักอวบ และ ฝักแฟบ (full & constricted)

5. ลักษณะสีของฝัก – สีเขียว และ สีเหลือง (green & yellow )

6. ลักษณะตำแหน่งของดอก-ดอกติดอยู่ที่กิ่ง และเป็นกระจุกที่ปลายยอด (axial & terminal)

7. ลักษณะความสูงของต้น – ต้นสูง และ ต้นเตี้ย (long & short)

ข้อสรุปจากการวิเคราะห์ของเมนเดล

ชมตัวอย่างสักแบบ

ความน่าจะเป็น (Probability)

    ความหมาย   “อัตราส่วนจำนวนครั้งของเหตุการณ์หนึ่งที่เกิดขึ้น ต่อเหตุการณ์นั้น”

อัตราส่วนในทางพันธุศาสตร์ คือ อัตราส่วนทางจีโนไทป์ และอัตราส่วนทางฟีโนไทป์

กฎความน่าจะเป็น

การคำนวณหาอัตราส่วนทางพันธุศาสตร์

ตัวอย่าง  ถ้าผสมถั่วเมล็ดเรียลสีเหลืองที่เป็น homozygous dominance กับถั่วเม็ดขรุขระสีเขียวที่เป็น

                     homozygous recessive จะได้ลูก F1 ถ้านำ F1 ผสมกันเอง จงหา F2 genotype และ F2 phenotype

วิธีทำ 1. สร้างตาราง Punet square

          2. สร้างเส้นแบบแตกแขนง ( Branching หรือ Fork-line method )

          3. ใช้หลักความน่าจะเป็น ( Probability ) โดยผสมทีละลักษณะ

1.       ตารางพันเนต ( Punnet Square ) ของ F2

สูตร หาชนิดจีโนไทป์ = 3n  ( n = จำนวนคู่ของ heterozygous gene ) เช่น จากกรณีตัวอย่างผสม YySs เข้าด้วยกัน จะเห็นว่า n = 2 คือจำนวนคู่ของ heterozygous gene  มี 2 คู่ ดังนั้นชนิดจีโนไทป์จึงมี 9 ชนิด (32 = 9 )

จากตางรางพันเนตมีฟีโนไทป์ 4 ชนิด คือ

สูตร หาชนิดของฟีโนไทป์ คือ 2n ( n = จำนวนคู่ของ heterozygous gene )

จากกรณีตัวอย่างมี heterozygous gene  2 คู่ คือ  Ss และ Yy ดังนั้นจำนวนชนิดฟีโนไทป์เท่ากัน 22 = 4 ชนิด

       2.   สร้างแบบแตกแขนง ( Branching หรือ Fork-line method )

2.1 หาชนิดจีโนไทป์ : ให้แยกคู่ยีนแล้วผสมทีละลักษณะเป็น monohybrid พร้อมกับนำความน่าจะเป็นของแต่ละลักษณะมาคูณกัน ดังนี้

                2.2 หาชนิดและสัดส่วนฟีโนไทป์  : ให้รวมจีโนไทป์ ที่มีฟีโนไทป์เป็นแบบเดียวกัน แล้วนำไปผสมกันแต่ละลักษณะ โดยนำค่าความน่าจะเป็นมาคูณกัน ดังนี้

      3.    ใช้หลักความน่าจะเป็น ( Probability )

ให้ผสมทีละลักษณะ (Monohybrid cross ) และนำค่าความน่าจะเป็นของแต่ละลักษณะมาคูณเช่นกัน

กฎของเมนเดล

กฎข้อที่ 1 กฎแห่งการแยก ( Law of Segregation )

สาระสำคัญของกฎ          ยีนที่อยู่คู่กัน จะแยกตัวออกจากกันไปอยู่ในแต่ละเซลล์สืบพันธุ์ ดังนั้นภายในเซลล์สืบพันธุ์จะไม่มียีนที่เป็นคู่กันเลย

กฎข้อนี้ เมลเดลได้ศึกษาการถ่ายทอดลักษณะโดยพิจารณายีนคู่เดียว ( Monohybrid cross )

ตัวอย่าง ถ้านำถั่วลันเตารุ่นพ่อแม่ ( P ) ลักษณะเมล็ดกลมกับเมล็ดขรุขระที่ต่างเป็นพันธุ์แท้มาผสมกันจะได้รุ่นลูก ( F1 ) มีจีโนไทป์และฟีโนไทป์ชนิดเดียวกันทั้งหมด และปล่อยให้รุ่นF1 ผสมกันเองได้รุ่นหลาน ( F2 )จะได้จีโนไทป์แตกต่างกันเป็น 3 ชนิด ในสัดส่วน 1 : 2 : 1 และได้ฟีโนไทป์แตกต่างกันเป็น 2 ชนิด ในสัดส่วน 3 : 1 ซึ่งพิจารณาได้ดังนี้

สัดส่วนของจีโนไทป์และฟีโนไทป์จากการผสมโดยพิจารณายีนคู่เดียว ( Monohybrid cross )

กฎข้อที่ 2 กฎแห่งการรวมกลุ่มอย่างอิสระ ( Law of independent assortment )

สาระสำคัญของกฎ             ยีนที่อยู่เป็นคู่กันเมื่อแยกออกจากกันแล้ว แต่ละยีนจะไปกับยีนอื่นใดก็ได้อย่างอิสระ นั่นคือ เซลล์สืบพันธุ์จะมีการรวมกลุ่มของหน่วยพันธุกรรมของลักษณะต่างๆ โดยการรวมกลุ่มที่เป็นไปอย่างอิสระ จึงทำให้สามารถทำนายผลที่เกิดขึ้นในรุ่นลูกรุ่นหลานได้ กฎข้อนี้ เมนเดลได้ศึกษาการถ่ายทอดลักษณะโดยพิจารณาจากยีน 2 คู่ ( Dihybrid cross )

ดังนั้นเราสามารถใช้สูตรหาชนิดเซลล์สืบพันธุ์ คือ 2n

( n = จำนวนคู่ของ heterozygous gene )

ตัวอย่าง สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งมีจีโนไทป์ AaBbCc จะสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่มียีนต่างกันได้กี่แบบ

วิธีที่ 1 ใช้สูตร ชนิดเซลล์สืบพันธุ์  = 2n

                                            =  

วิธีที่ 2 ใช้กฎแห่งการรวมกลุ่มโดยอิสระ

ข้อควรทราบ 1. ยีนที่อยู่ในเซลล์สืบพันธุ์เดียวกัน จะต้องไม่มียีนที่เป็นคู่อัลลีลกัน

                   2.โครโมโซมที่อยู่ในเซลล์สืบพันธุ์เดียวกัน จะต้องไม่มีโครโมโซมที่เป็นคู่กัน หรือเป็นโฮโมโลกัส เนื่องจาก

                      เซลล์สืบพันธุ์มักเกิดการจากแบ่งเซลล์ที่มีการแบ่งนิวเคลียสแบบไมโอซิส

เพิ่มความเข้าใจ 

การทดสอบพันธุกรรม (Test Cross)

   Test Cross คือ การนำสิ่งมีชีวิตที่สงสัยว่าเป็นลักษณะเด่นหรือไม่ไปผสมกับลักษณะด้อยของสิ่งมีชีวิตนั้น(tester) แล้วสังเกตุอัตราส่วนของลูกที่ได้ มีขั้นตอนดังนี้

1. นำตัวที่มีลักษณะเด่นไปผสมกับตัวที่มีลักษณะด้อย

2. รอดูอัตราส่วนในรุ่นลูก โดยพิจารณาดังนี้

การผสมกลับ (Back Cross)

     Backcross (การผสมกลับ)  เหมือนกับ Test Cross แต่เป็นการนำรุ่น F1 กลับไปผสมกับพ่อหรือแม่

ตัวอย่าง

    ผสมตัวเอง โดยการนำถั่วลันเตาเมล็ดเรียบนั้น ไปปลูกแล้วปล่อยให้ผสมตัวเอง ถ้าลูกที่ได้เป็นเมล็ดเรียบทั้งหมดแสดงว่ามีจีโนไทป์เป็น SS แต่ถ้าอัตราส่วนของลูกเป็นเมล็ดเรียบ : เมล็ดย่น = 3 : 1 แสดงว่ามีจีโนไทป์เป็น Ss

การข่มร่วมกัน (Co-Dominant)

     Co-dominant  การถ่ายทอดนี้ไม่เป็นไปตามกฎของเมนเดล ยีนทั้งสองที่ควบคุมลักษณะจะไม่ข่มซึ่งกันและกันแต่สามารถแสดงความเด่นได้ เท่าๆกันจึงปรากฏลักษณะออกมาร่วมกัน เช่น

1. การถ่ายทอดลักษณะหมู่เลือดระบบ ABO ถูกควบคุมด้วยยีนซึ่งมีอัลลีลเกี่ยวข้อง 3 อัลลีล คือ IA , IB, iพบว่าอัลลีล IA และอัลลีล IB ต่างก็แสดงลักษณะเด่นเท่าๆกัน (อัลลีล IA และอัลลีล IB ต่างก็เป็น Co – dominant allele ส่วนอัลลีล i เป็น recessive allele)

– IAIA และ IA i แสดง หมู่เลือด A

– IBIB และ IB i แสดง หมู่เลือด B

– IAIB แสดง หมู่เลือด AB

– ii แสดง หมู่เลือด O

    2.  การถ่ายทอดลักษณะหมู่เลือดระบบ MN มียีนควบคุมอยู่ 1 คู่ โดยมี Co – dominant allele M และ N (LM , LN) ควบคุมการสร้าง antigen M และ antigen N ที่ผิวของเม็ดเลือดแดงทั้ง LM และ LN แสดงลักษณะเด่นได้เท่าๆ กัน  

– LM LM แสดงหมู่เลือด M

– LN LN แสดงหมู่เลือด N

– LMLN แสดงหมู่เลือด MN

       การถ่ายทอดลักษณะเด่นเกิน (Over – dominant) เกิดจากอัลลีลในสภาพ Heterozygous จะแสดงลักษณะที่ปรากฏออกมา (phenotype) เหนือกว่าในสภาพHozygous เช่น TT (สูง 3 ฟุต ) x tt (สูง 1 ฟุต) ได้ลูกผสม Tt (สูง 5 ฟุต)

การข่มแบบไม่สมบูรณ์ (Incomplete Dominant)

    Incomplete dominant คือ การแสดงออกของ gene ที่เป็น gene เด่นไม่สามารถข่ม gene ด้อยได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้มีการแสดงออกของ gene ทั้งสองแบบเป็นผสมกันหรือเป็นแบบกลาง ๆ ระหว่างสองลักษณะ เช่น สีดอกลิ้นมังกร 

Multiple alleles

    Multiple alleles คือ ลักษณะทางพันธุกรรม ที่ถูกควบคุมด้วยยีนมากกว่า2 อัลลีลส์ ได้แก่ หมู่เลือด ABO ซึ่งมียีนควบคุมถึง 3 อัลลีลส์ ( IA , IB และ i )

ตัวอย่าง

จงหาชนิดและอัตราส่วนฟีโนไทป์ของลูกที่เกิดจากพ่อและแม่ที่มีจีโนไทป์ดังต่อไปนี้

   1. IAi     x    IB IB

เฉลยIA IB :  IB i

= 1    :    1

ดังนั้นลูกที่ได้จะเป็น       AB : B

=  1  :  1

2.  IA i      x     ii

เฉลยIA i : ii

= 1    :    1

ดังนั้นลูกที่ได้จะเป็น      A : O

=  1  :  1

Multiple gene

    Multiple gene (Polygenes)   คือ  การที่ยีนหลายคู่ร่วมกันควบคุมลักษณะที่แสดง
ออกมา เช่น ผิวดำ (อัลลีลที่ควบคุมการสร้างเมลานิน ) โดยสีผิวดำถูกควบคุมด้วยยีนเด่น 3 อัลลีลส์ คือ A, B,C ส่วน อัลลีล a, b, c แสดงการไม่สร้างเม็ดสีและปฏิกิกริยาของยีนเป็นแบบincomplete dominance

สีของเมล็ดข้าวสาลี ซึ่งมียีนควบคุม 3 คู่ คือ R1  R2  R3  เป็นยีนที่ทำให้เมล็ข้าวสาลีมีสีแดง ส่วนอัลลีลของยีนเหล่านี้คือ r1  r2  r3  เป็นยีนที่ทำให้เมล็ดข้าวสาลีไม่มีสี ถ้าจีโนไทป์มียีนควบคุมสีแดงจำนวนมาก สีของเมล็ดจะเข้ม

กราฟแสดงลักษณะทางพันธุกรรม

Complementary Gene

    complementary gene  เป็นยีนที่ทำงานร่วมกันแบบเสริมสร้างซึ่งกันและกัน เช่น ลักษณะสีของดอกในถั่วชนิดหนึ่งถูกควบคุมด้วยยีน 2 คู่ ถ้ามีคู่ยีนสำหรับลักษณะเด่นของยีนทั้งสองคู่ปรากฎอยู่ในจีโนไทป์ ลักษณะที่ปรากฎทางฟีโนไทป์ คือ ดอกสีม่วง แต่ถ้าขาดคู่จีนเด่นตัวใดตัวหนึ่งไป ลักษณะที่ปรากฎทางฟีโนไทป์จะเป็นดอกสีขาว ตามแผนภาพดังนี้

      จากแผนภาพนี้จะเห็นได้ว่า คู่จีน C และคู่จีน P ต่างทำงานร่วมกัน ในการปรากฎของดอกสีม่วงและแต่ละคู่จีน ไม่สามารถทำงานโดยอิสระได้ อัตราส่วนของฟีโนไทป์จะได้ ดอกสีม่วง : ดอกสีขาว = 9 : 7

Complementary Gene

    complementary gene  เป็นยีนที่ทำงานร่วมกันแบบเสริมสร้างซึ่งกันและกัน เช่น ลักษณะสีของดอกในถั่วชนิดหนึ่งถูกควบคุมด้วยยีน 2 คู่ ถ้ามีคู่ยีนสำหรับลักษณะเด่นของยีนทั้งสองคู่ปรากฎอยู่ในจีโนไทป์ ลักษณะที่ปรากฎทางฟีโนไทป์ คือ ดอกสีม่วง แต่ถ้าขาดคู่จีนเด่นตัวใดตัวหนึ่งไป ลักษณะที่ปรากฎทางฟีโนไทป์จะเป็นดอกสีขาว ตามแผนภาพดังนี้

        จากแผนภาพนี้จะเห็นได้ว่า คู่จีน C และคู่จีน P ต่างทำงานร่วมกัน ในการปรากฎของดอกสีม่วงและแต่ละคู่จีน ไม่สามารถทำงานโดยอิสระได้ อัตราส่วนของฟีโนไทป์จะได้ ดอกสีม่วง : ดอกสีขาว = 9 : 7

Epistasis

    Epistasis คือ การเกิดปฏิกิริยาร่วมระหว่างยีนที่อยู่คนละตำแหน่ง (locus) ซึ่งมีผลให้ยีนจากตำแหน่งหนึ่งไปเปลี่ยนแปลงอิทธิพลของยีน ณ อีกตำแหน่งหนึ่งได้ ซึ่งอาจเกิดขึ้นระหว่างยีนจาก 2 ตำแหน่งหรือมากกว่าก็ได้ ที่ควบคุมลักษณะปรากฎ (phenotype) เดียวกัน ยีนที่ข่มตัวอื่นเรียกว่า epistatic gene ส่วนยีนที่ถูกข่ม เรียกว่า“hypostatic gene”

ประเภทของ Epistasis

1. Complementary epistasis : ต้องการผลิตผลที่สร้างจากยีนทั้งสองตำแหน่งเพื่อการแสดง phenotype เช่น หงอนไก่

2. Recessive epistasis : ควบคุมด้วยยีน 2 คู่ โดย homozygous recessive ของยีนตำแหน่งหนึ่ง สามารถข่มการแสดงออกของยีนอีกตำแหน่งหนึ่งได้ เช่น สีขนแมว

3. Dominant epistasis : ควบคุมด้วยยีน 2 คู่ โดย dominance allele ของตำแหน่งหนึ่ง สามารถข่มการแสดงออกของยีนอีกตำแหน่งหนึ่งได้ เช่น สีขนแกะ

4. Duplicate recessive epistasis : ยีนทั้ง 2 ตำแหน่ง ทำให้เกิด phenotype ที่เหมือนกัน แต่ homozygous recessive genotype ของยีนตำแหน่งหนึ่ง สามารถข่มการแสดงออกของยีนอีกตำแหน่งหนึ่งได้เช่นเดียวกันกับ recessive epistasis ทั่วไป เช่น ยีนที่ควบคุมลักษณะขนกำมะหยี่ของกระต่าย

5. Duplicate dominant epistasis : ยีนทั้ง 2 ตำแหน่ง ทำให้เกิด phenotype ที่เหมือนกัน แต่ dominant allele ของตำแหน่งหนึ่ง สามารถข่มการแสดงออกของยีนอีกตำแหน่งหนึ่งได้เช่นเดียวกันกับ dominant epistasis ทั่วไป เช่น ยีนที่ควบคุมลักษณะหน้าสีขาวแบบ Simmental และ แบบ Hereford

คลายเครียดกันหน่อยยยน๊าาาาาาาาาาาา

ขอขอบคุณ