ลักษณะเด่นของต้นถั่วลันเตา

วิดีโอ YouTube

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

       เกรเกอร์ เมนเดล เผชิญความผิดหวังนับ 20 ปี ที่เขายังคงสอนหนังสือเพื่อชดเชยความผิดหวัง เขาทำงานในสวนของวัดทุกเวลาที่ว่าง ที่นั่นมีพันธุ์พืชมากมาย แต่ละชนิดแตกต่างหลากหลายอย่าง ความแตกต่างนี้ ทำให้เกรเกอร์นึกสงสัย เขาได้ผสมพันธุ์ถั่วเดียว กันและต่างพันธุ์ เป็นจำนวนแตกต่างถึง 22 ชนิดของต้นถั่ว เพื่อศึกษาลักษณะทั้งหมด เป็นเวลารวม 8 ปีเต็มในการทดลองร่วมพันครั้ง พบได้ 3 สิ่ง ดังนี้

• 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

1. การถ่ายทอดลักษณะหนึ่งลักษณะใดของสิ่งมีชีวิตถูกควบคุมโดยปัจจัย (fector) เป็นคู่ๆ ต่อมาปัจจัยเหล่านั้นถูกเรียกว่า ยีน (gene)

2. ยีนที่ควบคุมลักษณะต่างๆจะอยู่กันเป็นคู่ๆ และสามารถถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อไปได้

3. ลักษณะแต่ละลักษณะจะมียีนควบคุม 1 คู่ โดยมียีนหนึ่งมาจากพ่อและอีกยีนมาจากแม่

4. เมื่อมีการสร้างเซลล์สืบพันธุ์(gamete) ยีนที่อยู่เป็นคู่ๆจะแยกออกจากกันไปอยู่ในเซลล์สืบพันธุ์ของแต่ละเซลล์และ ยีนเหล่านั้นจะเข้าคู่กันได้ใหม่อีกในไซโกต

5. ลักษณะที่ไม่ปรากฏในรุ่น F1  ไม่ได้สูญหายไปไหนเพียงแต่ไม่สามารถแสดงออกมาได้

6. ลักษณะที่ปรากฏออกมาในรุ่น F1   มีเพียงลักษณะเดียวเรียกว่า ลักษณะเด่น ( dominant) ส่วนลักษณะที่ปรากฏในรุ่น F2  และมีโอกาสปรากฏในรุ่นต่อไปได้น้อยกว่า เรียกว่า ลักษณะด้อย (recessive)

7. ในรุ่น F2 จะได้ลักษณะเด่นและลักษณะด้อยปรากฏออกมาเป็นอัตราส่วน เด่น : ด้อย = 3 : 1

ความน่าจะเป็น (Probability)

    ความหมาย   “อัตราส่วนจำนวนครั้งของเหตุการณ์หนึ่งที่เกิดขึ้น ต่อเหตุการณ์นั้น”

อัตราส่วนในทางพันธุศาสตร์ คือ อัตราส่วนทางจีโนไทป์ และอัตราส่วนทางฟีโนไทป์

กฎความน่าจะเป็น

1. กฎการบวก (Addition Law)

- เหตุการณ์ไม่สามารถเกิดขึ้นพร้อมๆกันได้

- เรียกเหตุการณ์นี้ว่า mutually exclusive events

- โอกาสที่เกิดเหตุการณ์อย่างใดอย่างหนึ่งจะเท่ากับผลบวกของโอกาสที่จะเกิดแต่ละเหตุการณ์

               P(เหตุการณ์ A หรือ B อย่างใดอย่างหนึ่ง) = P(A) + P(B)

2. กฎการคูณ (Multiplication Law)

- เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ 2 เหตุการณ์หรือมากกว่า

- เหตุการณ์เกิดขึ้นพร้อมกัน

- เรียกเหตุการณ์นี้ว่า Independent events

            โอกาสที่จะเกิดเหตุการณ์ A และ B พร้อมกัน = P(A) x P(B)

การคำนวณหาอัตราส่วนทางพันธุศาสตร์

1. การหาชนิดและอัตราส่วนของเซลล์สืบพันธุ์

      จำนวนชนิดของเซลล์สืบพันธุ์ = 2n

      n คือ จำนวนคู่ของยีนในสภาพ heterozygous

2. การคำนวณหาชนิดและอัตราส่วนของจีโนไทป์และฟีโนไทป์

- การสร้างเป็นตาราง (punnet square)

- การใช้สูตร

    ชนิดของจีโนไทป์ = 3n

    ชนิดของฟีโนไทป์ = 2n

    n คือ จำนวนคู่ของยีนที่อยู่ในสภาพ heterozygous

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 และปล่อยให้รุ่น F1 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

                                                                             ย้อนกลับ       ถัดไป