Genetics and Mendel February 21, 2012

Genetics and MendelGenetics • the study of heredity and variation • heredity ­ the basic genetic blueprint of the parents is passed on     to their offspring. • variation ­ the genetic difference between parents and offspring 

Genes ­ distinct packets that pass on hereditary information from generation to generation. 

• may not be expressed for several generations 

Genetics and Mendel February 21, 2012

17th and 18th centuries • controlled experiments on inheritance were restricted • quick breeding and prolific animals (rats/mice) were not acceptable • plant were not thought of as “having sex”  • religious restrictions on experiments and beliefs, yet some experimentation began 

Genetics and Mendel February 21, 2012

1800's • thought that some information in the blood of both parents were mixed at conception (hence the term “bloodline”)

­not based on careful scientific observation and experiment 

1860's:  Two notions of inheritance: 

blending theory of inheritance ­“seeds” that controlled hereditary traits were blended together from generation to generation 

pangenesis ­ hereditary traits could be modified throughout a person's lifetime 

Pangenesis theory of long giraffe neck

Genetics and Mendel February 21, 2012

Gregor Mendel (mid century) • Moravian Monk • demonstrated the basis of heredity used science and math to establish patterns in how traits were inherited • observed crosses in pea plants (Pisum sativum) 

The pea plant was ideal for these studies:­ self pollinating so it was easy to control parental crosses ­ easily grown, matured quickly, producing many seeds­ show several pairs of contrasting traits 

Genetics and Mendel February 21, 2012

Controlling the pollination process

Genetics and Mendel February 21, 2012

Mendel's Experiments Phenotypes ­ observable characteristics or traits (smooth or wrinkled peas, tall or dwarf height, purple or white flowers....) Viability ­ different lines of plants could be expected to produce approximately the same number of plants for every 100 seeds planted P generation ­ (P for Parental) cross between pure­breeding plants that were different for only one contrasting pair of traits 

Pure­breeding ­ Mendel began his experiments  with plants that produced seeds that grew into plants identical to the parents  for several generations

Genetics and Mendel February 21, 2012

Hybrids ­ resulting plants from the cross between two pure­breeding plants with only one contrasting pair of traits

Pure­breeding tall plant Pure­breeding dwarf plant

The F1 generation are the result of a tall and a dwarf parent cross. Although they are all tall, they have inherited contrasting height information from both parents and so must be a hybrid or combination.

Genetics and Mendel February 21, 2012

Pure­breeding tall plant Pure­breeding dwarf plant

F1 Hybrid (tall) F1 Hybrid (tall)

tall tall tall dwarf

Then the hybrid plants from the F1 generation were crossed.

The F2 generation that resulted from crossing the F1 hybrids revealed a 3:1 phenotypic ratio

Genetics and Mendel February 21, 2012

Pure­breeding tall plant Pure­breeding dwarf plant

F1 Hybrid (tall) F1 Hybrid (tall)

tall tall tall dwarf

The 3:1 ratio results from which of the original P generation parent traits is expressed or "turned on"

Dominant Trait ­ expressed trait, use uppercase letters (eg. T = Tall) 

Recessive Trait ­ not expressed trait, use lowercase letters                                   (eg. t = Dwarf) 

T t

Label the plants with the trait they are expressing.

Genetics and Mendel February 21, 2012

Mendel’s Law of Segregation Factors ­ units of inheritance (genes) ­ for any given characteristic, there were several different forms of these genes ­ called alleles 

Ex: Gene for plant height has two different alleles, a dominant tall allele (T) and a recessive dwarf allele (t).

Homologous Chromosomes

Genetics and Mendel February 21, 2012

Pure­breeding tall plant Pure­breeding dwarf plant

F1 Hybrid (tall) F1 Hybrid (tall)

tall tall tall dwarf

Label the plants again, knowing that each plant carries two alleles for the height gene.

T t

Genetics and Mendel February 21, 2012

To illustrate a cross more graphically, a Punnet Square can be used. This works like a multiplication chart.

Consider the P generation:

Pure breeding tall plant (TT)

Pure breeding dwarf plant (tt) T

t Tt

can only give a T gamete

can only give a t gamete Only possible result is a hybrid for both alleles.Since T is dominant, all plants have a tall phenotype.

Genetics and Mendel February 21, 2012

The hybrids from the F1 generation are then crossed:

Hybrid (Tt)

Hybrid (Tt)

can give a T or a t gamete

can give a T or a t gamete

T t

T

t

T T T

T

t

t t t

Any F2 offsring with the T allele has a tall 

phenotype

If no T allele is present, the dwarf allele t can be expressed

Genetics and Mendel February 21, 2012

Each plant's phenotype was determined by a pair of alleles that could be identical or different. • The allele expressed in the F1 is dominant (all hybrids were tall)• The allele not expressed in the F1 is recessive (the recessive dwarf allele could not be expressed until the F2 generation)

Law of Segregation: Members of a pair of alleles for a given trait are segregated (separated) when gametes are formed. A heterozygous plant that is Tt forms gametes that are T and t in equal numbers. The gametes are not a blend of the two traits. 

Genotype ­ gene makeup (the alleles an organism contains) Homozygous ­ genotypes with identical alleles

    (example: TT or tt) Heterozygous ­ genotypes with different alleles 

     (example: Tt) How'd you like them peas?

Genetics and Mendel February 21, 2012

Try a cross for round peas R and wrinkled peas, r.

P

F1

F2 Phenotypic Ratio

Smooth Allele

Wrinkled Allele

R

rR

r

R

r

R r

Genetics and Mendel February 21, 2012

Mendel’s Law of Independent Assortment 

Law of Independent Assortment: when two or more pairs of characteristics are considered at one time, each pair shows dominance and segregation independently of the other. 

A plant that is heterozygous for two pairs of alleles,for example TtRr, (for height and pea shape) can form four types of gametes: TR, Tr, tR and tr. 

These can be identified using the FOIL method from expanding binomials from math!

T  t  R  r

Dihybrid ­ an individual who is heterozygous for two traits: represented by the genotype AaBb for example. Dihybrid cross ­ mating of two individuals both heterozygous for two particular traits (AaBb x AaBb). 

Consider more than one trait in a cross:

Genetics and Mendel February 21, 2012

Smooth Allele

Wrinkled Allele

Tall Allele

Dwarf Allele

Try a dihybrid cross for height Tt pea shape Rr.

R

r

TR Tr t R t rT RT rt

t

R

r

gametes from F1 dihybrids T

t

F2 Phenotypic ratio tall

rounddwarf round

dwarfwrinkled

tallwrinkled

TtRr x TtRr

Genetics and Mendel February 21, 2012