การศึกษาลักษณะพันธุกรรมของเมนเดล

ภาระงานที่3

การศึกษาลักษณะพันธุกรรมของเมนเดล

ที่มา: http://www.tigta.in.th/images/stories/google/gregor-mendel-07.jpg

            

           ในปี ค.ศ. 1857 เมนเดลเริ่มรวบรวมพันธุ์ถั่วลันเตาต่างๆ 34 พันธุ์ ต่อมาเขาทำการคัดเลือกไว้เพียง 22 พันธุ์ แล้วศึกษาความแตกต่างของลักษณะจากพันธุ์ถั่วเหล่านั้น เนื่องจากถั่วลันเตาเป็นพืชที่ไม่มีความสลับซับซ้อนในตัวเองมากนัก และมีดอกเป็นแบบสมบูรณ์เพศ การ self fertilization สามารถเกิดได้เองในธรรมชาติ การคัดเลือกต้นพันธุ์แท้ทำได้ไม่ยาก ความแตกต่างแต่ละลักษณะมีเพียง 2 แบบเท่านั้น ดังนั้นเมื่อเขาต้องการศึกษาลักษณะใดเขาก็จะเลือกลักษณะที่ต้องการมาศึกษาที่ละลักษณะจนเข้าใจแล้วจึงศึกษาลักษณะอื่นๆ ต่อไป

            จากลักษณะของดอกถั่วลันเตานี้เองทำให้การควบคุมการผสมเกิดขึ้นได้ง่ายทั้งการผสมตัวเองและการผสมข้ามอีกทั้งถั่วลันเตาเป็นพืชที่ปลูกง่ายอายุสั้น จึงเหมาะที่จะนำมาใช้ในการทดลอง

นอกจากเมนเดลจะเลือกใช้พืชทดลองที่เหมาะสมแล้วเขายังรู้จักสังเกตและนำหลักคณิตศาสตร์และสถิติมาใช้ในการรวบรวมและวิเคราห์ข้อมูลอีกด้วยลักษณะที่เมนเดลเลือกมาใช้ในการทดลองมี7 ลักษณะที่มีความแตกต่างกันอย่างเด่นชัดคือลักษณะของเมล็ด (เมล็ดเรียบ-เมล็ดย่น), สีของเปลือกเมล็ด(สีน้ำตาลเทา-สีขาว),  สีของใบเลี้ยง(สีเหลือง-สีขาว), ลักษณะของฝัก( ฝักพอง-ฝักคอด),  สีของฝัก(สีเขียว-สีเหลือง), ตำแหน่งของดอก(ออกดอกข้างต้น-ออกดอกที่ยอด),  ความสูงของลำต้น(ต้นสูง-เตี้ย)

การทดลองของเมนเดล

ภาพการทดลองของเมนเดล

                         ที่มา :http://student.nu.ac.th/nokcy/Picture004.jpg

                  เมนเดลทำการทดลองครั้งแรกโดยการหว่านเมล็ดพืชลงบริเวณแปลงทดลอง ในเรือนเพาะชำ และปล่อยให้ต้นถัวผสมพันธ์และเจริญเติบโตกันเองตามธรรมชาติ จากผลการทดลองพบว่าต้นถั่วมีขนาดไม่เท่ากันบางต้นสูง บางต้นเตี้ย อีกทั้งเมล็ดก็มีสีต่างกัน บางต้นเหลืออ่อน บางต้นสีน้ำตาล การทดลองครั้งแรกจึงไม่ประสบผลสำเร็จ เพราะเมนเดลไม่สามารถหาข้อสรุปได้

            จากนั้นเขาจึงทำการทดลองอีกครั้งหนึ่งโดยการใช้กระดาษห่อดอกที่ต้องการผสมพันธุ์เพื่อป้องกันไม่ใช้เกิดการผสมพันธุ์กันเอง จากนั้นเอมเดลได้คัดเลือกเกสรของพันธ์ถั่วชนิดต่าง ๆ ที่มากถึง 7 พันธุ์ มาผสมข้ามพันธุ์กันโดยการทดลองครั้งนี้เมนเดลได้มุ่งประเด็นไปที่ความสูงและความเตี้ยของต้นถั่วเป็นสำคัญ เมนเดลนำเกสรตัวผู้ของต้นสูงมาผสมกับเกสรตัวเมียของต้นเตี้ยจากผลการทดลองปรากฏว่าได้พันธุ์ทาง (Hybrid) ที่มีต้นเตี้ยและต้นสูง แลไม่มีต้นที่มีความสูงระดับปานกลางจากนั้นเขาจึงทำให้การทดลองต่อไปโดยการสลับกัน คือ นำเกสรตัวผู้ของต้นเตี้ย มาผสมกับเกสรตัวเมียของต้นสูง จากนั้นเขาได้สลับไปมาระหว่างต้นสูง และต้นเตี้ยกว่า 10 ครั้ง ทำให้เมนเดลมีเมล็ดถั่วจำนวนมาก เมนเดลได้นำเมล็ดถั่วมาทดลองปลูกปรากฏว่าต้นถั่วชุดแรกได้พันธุ์สูงทั้งหมดตามลักษณะเช่นนี้เมนเดลได้สันนิษฐานว่าพันธุ์ต้นสูงเป็นลักษณะพันธุ์เด่นที่ข่มพันธ์เตี้ยซึ่งด้อยกว่าไว้จากนั้นเมนเดลได้ปล่อยให้ต้นถั่วผสมพันธุ์กันเอง และเมื่อเมนเดลเก็บเมล็ดถั่วมาปลูกในปีต่อมา ผลปรากฏว่าในจำนวน 1,064 ต้น เป็นต้นสูง 787 ต้น ต้นเตี้ย 277 ต้น จากสิ่งที่ปรากฏขึ้นทำให้เมนเดลเกิดความสงสัยเป็นอันมาก ดังนั้นเขาจึงทำการทดลองต่อไปในครั้งที่ 3 ซึ่งใช้วิธีการเดียวกับครั้งแรกและครั้งที่ 2 คือ ปล่อยให้ผสมกันเองตามธรรมชาติ ผลปรากฏว่าได้พันธุ์แท้ตาม-ลักษณะของพ่อแม่พันธุ์ คือ ต้นสูงได้ต้นสูง ต้นเตี้ยได้ต้นเตี้ย จากผลการทดลองหลายครั้งซึ่งในเวลานานหลายปีเขาสามารถสรุปได้ และเปิดเผยความจริงเกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมว่า ลักษณะเด่นและด้อยที่อยู่ในแต่ละพันธุ์จะไม่ถูกผสมกลมกลืน แต่ยังคงเก็บลักษณะต่าง ๆ ไว้เพื่อถ่ายทอดให้กับลูกหลานภายใน 2-3 ชั่วอายุ ซึ่งลูกที่ออกมาจะเป็นไปในอัตราส่วน พันธุ์เด่น : พันธุ์ด้อย เท่ากับ 3 : 1เสมอ แต่ถ้ามี การผสมข้ามพันธุ์ไปอีกย่อมเกิดความเปลี่ยนแปลงไปอีกเช่นกัน ส่วนนี้เป็นเรื่องของพันธุ์ทาง แต่ถ้าเป็นพันธุ์แท้ คือไม่มีการผสมข้ามพันธุ์แล้วลูกย่อมมีลักษณะเช่นเดียวกับพ่อแม่ แม้จะต่อไปถึง 2-3 ชั่วอายุแล้วก็ตาม

ภาพการทดลองของเมนเดล
ที่มา:http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/252/10133.jpg

ที่มา: http://www.biogang.com/images/mendel.jpg

            เมน เดลประสบผลสำเร็จในการทดลอง 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

ที่มา: http://www.thaigoodview.com/library/contest2552/type2/science04/27/images/7charactor.jpg

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

คำถามหน่วยที่ 2.
1.พืชที่เมนเดลใช้ในการทดลองคือ พืชชนิดใด.
2.การถ่ายทอดลักษณะหนึ่งลักษณะใดของสิ่งมีชีวิตถูกควบคุมดดยปัจจัย(fector)เป็นคู่ๆ ต่อมาปัจจัยเหล่านี้ถูกเรียกว่าอะไร3.ถั่วลันเตาที่เมนเดลเลือกศึกษามีกี่ลักษณะ.