Mendelsche Regeln – Hintergrund, Definition und Anwendung

Bei der Vererbung von Merkmalen gelten bestimmte Regeln. Der Priester Johann Gregor Mendel hat sich mit Genetik befasst und bereits im 19. Jahrhundert Gesetzmäßigkeiten der Vererbung erkannt. Er führte Kreuzungsexperimente mit Erbsen durch und betrachtete dabei verschiedene Merkmale wie Blütenfarbe, Samenfarbe und Samenform. Die Ergebnisse seiner Versuche sind in den drei mendelschen Regeln zusammengefasst. Bevor wir uns diese Regeln etwas näher anschauen, befassen wir uns mit einigen Grundbegriffen der Biologie, die für das Verständnis wichtig sind. Die Bedeutung der Begriffe Gameten, Genotyp, Gen, Allel und Phänotyp solltest du bereits kennen.

Mendel führte Kreuzungsversuche mit Erbsen durch und betrachtete dabei unter anderem das Merkmal der Blütenfarbe oder die Form und Farbe der Samen. Die Kreuzungsversuche wurden in einem Kreuzungsschema dargestellt. Ein Synonym dafür ist das Erbschema. Ein Erbschema zu erstellen, hilft dabei, die Wahrscheinlichkeit der Vererbung eines Merkmals abzuschätzen. Bei der Darstellung von Kreuzungsschemata gibt es zur Vereinfachung Buchstabensymbole. Die Bedeutung dieser Symbole ist in der Tabelle aufgeführt.

Im Folgenden werden die Regeln genannt und anhand von Abbildungen erklärt.

Kreuzt man zwei reinerbige (homozygote) Eltern (P), die sich in einem Merkmal unterscheiden, sind alle Nachkommen (F1) untereinander gleich (uniform).

In der Abbildung ist das Kreuzungsschema der 1. mendelschen Regel dargestellt.

Betrachtet wird das Merkmal der Blütenfarbe. Ein Elternteil ist homozygot rot (AA), das andere ist homozygot weiß (aa). Alle Individuen der F1-Generation weisen den Genotyp Aa auf. Bei einer dominant-rezessiven Vererbung haben demnach alle Nachkommen rote Blüten, da das Allel für rote Blütenfarbe dominant ist.

Kreuzt man die Individuen der F1-Generation untereinander, erhält man in der F2-Generation eine Aufspaltung der Merkmale in festen Zahlenverhältnissen. Bei dominant-rezessiven Erbgängen spalten sich die Merkmale im Verhältnis 3 : 1 auf, bei intermediären Erbgängen im Verhältnis 1 : 2 : 1.

Die Elterngeneration ist in Bezug auf das Merkmal Blütenfarbe heterozygot (Aa). Beide Elternteile bilden sowohl Keimzellen, die das Allel A enthalten, als auch Keimzellen mit dem Allel a. In der F1-Generation ergeben sich folgende Kombinationsmöglichkeiten im Genotyp:

• Einmal AA
• Zweimal Aa
• Einmal aa

Bei einer dominant-rezessiven Vererbung werden drei von vier Nachkommen eine rote Blütenfarbe aufweisen und ein von vier Nachkommen eine weiße Blütenfarbe.

Kreuzt man homozygote Individuen (P), die sich in mehreren Merkmalen unterscheiden, wird jedes Merkmal unabhängig von den anderen vererbt und es entstehen neue Kombinationen.

Bei der 3. mendelschen Regel werden mehrere Merkmale gleichzeitig betrachtet. In unserem Beispiel schauen wir uns die Farbe der Samen und die Form der Samen an. In der Elterngeneration werden Erbsen mit gelben, glatten Samen (GG AA) mit Erbsen mit grünen, runzligen Samen (gg aa) gekreuzt. Beide Elternpflanzen sind in den jeweiligen Merkmalen homozygot. Die Keimzellen der Eltern, die auch als Geschlechtszellen bezeichnet werden, enthalten die Kombinationen GA oder ga. 

Die Allele für gelb (G) und glatt (A) sind dominant, die Allele für grün (g) und runzlig (a) sind rezessiv.

Die Nachkommen der F1-Generation sind nach der 1. mendelschen Regel alle gleich/uniform. Ihr Genotyp lautet GgAa, ihr äußeres Erscheinungsbild ist gelb und glatt. In der F1-Generation gibt es jedoch deutlich mehr Kombinationen zur Bildung von Geschlechtszellen: GA, Ga, gA, ga.

Diese Varianten der Geschlechtszellen können nun in ein sogenanntes Kombinationsquadrat eingetragen werden. Senkrecht stehen die Varianten des einen Elternteils und waagerecht die des anderen. In die Kästchen wird nun eingetragen, welcher Genotyp sich aus der Kombination der jeweiligen Geschlechtszellen ergibt. Zum Üben kannst du dir das Kombinationsquadrat aufzeichnen und die Genotypen eintragen. Weiter unten im Text findest du die Auflösung.

Beim Ausfüllen des Kombinationsquadrats wird erkennbar, dass neun verschiedene Genotypen und vier verschiedene Phänotypen auftreten. 

Die Phänotypen spalten sich in folgendem Zahlenverhältnis auf.

Laut der 3. mendelschen Regel verteilen sich die Gene unabhängig voneinander, sodass in der F2-Generation neue Kombinationen entstehen. In unserem Beispiel sind die Phänotypen gelb/runzelig und grün/glatt neu entstanden.

Bei dominant-rezessiv vererbten Merkmalen lässt sich der Genotyp nicht immer anhand des Phänotyps ableiten, da dominante Allele rezessive Allele unterdrücken. Um den Genotyp eines Organismus mit dominantem Phänotyp herauszufinden, bietet es sich an, eine Rückkreuzung durchzuführen. Dabei wird ein rezessiver, homozygoter Organismus mit dem Testorganismus gekreuzt, dessen Genotyp man herausfinden möchte.

Der Testorganismus ist beispielsweise eine Erbse mit roten Blüten. Da die rote Blütenfarbe ein dominantes Merkmal ist, ist unklar, ob beide Allele der Pflanze für eine rote Blütenfarbe sorgen (homozygot) oder ob die Erbse nur ein Allel für die rote Blütenfarbe enthält und ein zweites Allel für die weiße Blütenfarbe (heterozygot). 

Der Testorganismus (Erbse mit roter Blütenfarbe) wird nun mit einem rezessiven, homozygoten Organismus (Erbse mit weißer Blütenfarbe) gekreuzt. Anhand der Phänotypen der Nachkommen lässt sich ablesen, ob der Testorganismus homozygot oder heterozygot ist.

Variante A – Organismus ist homozygot: Als Ergebnis der Rückkreuzung haben alle Nachkommen rote Blüten. Jedes Allel für die rote Blütenfarbe wird mit einem Allel für die weiße Blütenfarbe kombiniert. Durch die Dominanz des Allels für rote Farbe sehen alle Blüten phänotypisch rot aus.

Variante B – Organismus ist heterozygot: Es entstehen sowohl Nachkommen mit roter Blütenfarbe als auch welche mit weißer. Wenn der Testorganismus heterozygot ist, enthält er auch ein Allel für die weiße Blütenfarbe. Wird dieses Allel mit einem Allel des homozygoten, rezessiven Elternteils kombiniert, entstehen Nachkommen mit weißen Blüten, obwohl dieses Merkmal rezessiv vererbt wird.