Krzyżówki genetyczne i prawdopodobieństwo genotypów

Krzyżówki genetyczne służą do przewidywania, jakie genotypy i fenotypy mogą wystąpić u potomstwa. W zadaniach licealnych najczęściej analizuje się jedną cechę zależną od jednego genu, czyli dziedziczenie jednogenowe. Trzeba wtedy odróżniać zapis genetyczny od wyglądu cechy.

Gen to odcinek DNA zawierający informację o danej cesze, a allele to różne wersje tego samego genu. Organizm diploidalny ma zwykle po dwa allele danego genu: jeden od matki i jeden od ojca. Układ tych alleli to genotyp, np. $AA$, $Aa$, $aa$. Z kolei fenotyp to ujawniona postać cechy, np. określony kolor kwiatów albo obecność danej choroby genetycznej.

Jeżeli dwa allele są takie same, organizm jest homozygotą. Gdy są różne, jest heterozygotą. W prostych zadaniach allel dominujący oznacza się wielką literą, a recesywny małą literą tego samego alfabetu.

Najczęściej w szkolnych krzyżówkach pojawia się dominacja pełna. Oznacza ona, że allel dominujący całkowicie maskuje działanie allelu recesywnego. Dlatego heterozygota $Aa$ ma taki sam fenotyp jak homozygota dominująca $AA$. Cecha recesywna ujawnia się dopiero u homozygoty $aa$.

W niektórych zadaniach występuje dominacja niepełna. Wtedy heterozygota ma fenotyp pośredni między obiema homozygotami. Nie można więc utożsamiać heterozygoty z fenotypem dominującym, jak przy dominacji pełnej.

Innym typem jest kodominacja. W heterozygocie oba allele ujawniają się jednocześnie. Klasycznym przykładem na poziomie licealnym jest grupa krwi $AB$ w układzie ABO, gdzie allele odpowiadające za antygen A i antygen B są równorzędnie widoczne.

Aby poprawnie rozwiązać krzyżówkę, trzeba najpierw ustalić, jakie gamety mogą tworzyć rodzice. Gameta zawiera tylko jeden allel z każdej pary genów, bo w czasie jej powstawania allele rozdzielają się. Tę zasadę opisuje prawo czystości gamet.

Osobnik o genotypie $AA$ tworzy tylko gamety z allelem $A$, a osobnik $aa$ tylko gamety z allelem $a$. Heterozygota $Aa$ tworzy dwa rodzaje gamet: z allelem $A$ oraz z allelem $a$. To właśnie od możliwych gamet zależą wszystkie dalsze obliczenia.

W zadaniach warto pilnować, by nie wpisywać do gamet całych genotypów typu $Aa$. To częsty błąd. Gameta niesie tylko jeden allel danego genu, a po zapłodnieniu dochodzi do połączenia gamet i odtworzenia pary alleli u potomstwa.

Krzyżówkę zaczyna się od zapisania genotypów rodziców. Następnie wypisuje się wszystkie możliwe gamety każdego z nich. Potem łączy się gamety w tabeli lub schemacie, otrzymując możliwe genotypy potomstwa. Na końcu określa się, jakie fenotypy wynikają z tych genotypów.

Dla krzyżówki $Aa \times Aa$ gamety obu rodziców to $A$ i $a$. Możliwe połączenia dają potomstwo: $AA$, $Aa$, $Aa$, $aa$. Stąd wynika stosunek genotypowy $1:2:1$. Jeżeli występuje dominacja pełna, genotypy $AA$ i $Aa$ mają ten sam fenotyp, więc stosunek fenotypowy wynosi $3:1$.

W prostych zadaniach szkolnych zakłada się zwykle, że wszystkie typy gamet łączą się z takim samym prawdopodobieństwem. Dzięki temu łatwo przejść od liczby pól w krzyżówce do obliczenia szansy uzyskania danego wyniku.

W genetyce szkolnej prawdopodobieństwo oznacza szansę wystąpienia określonego genotypu albo fenotypu u potomstwa. Oblicza się je na podstawie liczby korzystnych wyników do liczby wszystkich możliwych wyników.

W krzyżówce $Aa \times Aa$ są cztery równoprawdopodobne połączenia gamet. Jedno z nich daje $aa$, dwa dają $Aa$, a jedno daje $AA$. Dlatego prawdopodobieństwo uzyskania homozygoty recesywnej wynosi $\frac{1}{4}$, czyli $25\%$, a heterozygoty $\frac{2}{4}$, czyli $50\%$.

Jeśli pytanie dotyczy fenotypu, trzeba jeszcze uwzględnić typ dziedziczenia. Przy dominacji pełnej fenotyp dominujący może wynikać z dwóch różnych genotypów: $AA$ i $Aa$. To właśnie dlatego w tej samej krzyżówce prawdopodobieństwo fenotypu dominującego wynosi $\frac{3}{4}$, czyli $75\%$.

W zadaniach maturalnych trzeba dokładnie czytać polecenie: czy chodzi o genotyp, fenotyp, homozygotę, heterozygotę, cechę dominującą czy recesywną.

Krzyżówka testowa pomaga ustalić genotyp osobnika, który wykazuje fenotyp dominujący, ale nie wiadomo, czy jest homozygotą dominującą, czy heterozygotą. Taki osobnik krzyżowany jest z homozygotą recesywną.

Jeżeli badany osobnik ma genotyp $AA$, całe potomstwo będzie miało jednakowy fenotyp dominujący. Jeżeli natomiast ma genotyp $Aa$, potomstwo podzieli się zwykle w stosunku fenotypów $1:1$: połowa będzie dominująca, połowa recesywna. Dzięki temu można wnioskować o genotypie badanego organizmu.

Najczęstsze błędy w zadaniach to:

• mylenie genotypu z fenotypem,
• wpisywanie do gamet dwóch alleli zamiast jednego,
• nieuwzględnianie typu dziedziczenia,
• błędne odczytanie, czy pytanie dotyczy prawdopodobieństwa cechy, czy konkretnego genotypu,
• zapisywanie złych proporcji, np. stosunku fenotypowego zamiast genotypowego.