การถ่ายทอดทางชีวภาพ: ทฤษฎีและแนวคิดวิธีถ่ายทอดตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2025

การถ่ายทอดทางชีวภาพคือกระบวนการที่ลูกหลานของเซลล์หรือสิ่งมีชีวิตได้รับการบริจาคทางพันธุกรรมของพ่อแม่ การศึกษายีนและวิธีการถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่งเป็นสาขาการศึกษาพันธุศาสตร์ของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

การถ่ายทอดทางพันธุกรรมสามารถกำหนดได้ว่าเป็นความคล้ายคลึงกันระหว่างพ่อแม่และลูกหลานของพวกเขา แต่คำนี้ยังครอบคลุมถึงความแตกต่างที่มีอยู่ในรูปแบบทางพันธุกรรมที่เกิดขึ้นระหว่างการสืบพันธุ์

หงส์และลูกของเธอ (ภาพโดย Hans Benn บน www.pixabay.com)

การถ่ายทอดลักษณะทางชีวภาพเป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของเซลล์สิ่งมีชีวิตดังนั้นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จึงหมายถึงความสามารถในการถ่ายทอดคุณสมบัติและลักษณะที่กำหนดโดยคนรุ่นต่อ ๆ ไปโดยร่วมมือกับกลไกการปรับตัวและการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

ผู้เขียนหลายคนมีความเห็นว่ามนุษย์คุ้นเคยกับแนวคิดพื้นฐานของการสืบทอดทางชีววิทยามาหลายพันปีแล้วเมื่อกระบวนการเลี้ยงพืชและสัตว์เริ่มขึ้นและการเลือกลักษณะที่เขาคิดว่าสำคัญที่สุดทำให้ข้ามไป ได้ลูกหลานที่จะคงลักษณะเหล่านี้ไว้

อย่างไรก็ตามความเข้าใจในปัจจุบันของเราเกี่ยวกับรากฐานทางกายภาพและโมเลกุลของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมนั้นค่อนข้างเร็ว ๆ นี้เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ไม่ได้รับการชี้แจงจนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 เมื่อชุมชนวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นทฤษฎีโครโมโซมของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

อย่างไรก็ตามข้างต้นหลักการของความสามารถในการถ่ายทอดลักษณะหรือตัวละครได้รับการวิเคราะห์ในเชิงลึกเมื่อหลายปีก่อนโดย Gregorio Mendel ซึ่งปัจจุบันถือเป็น "บิดาแห่งการสืบทอด"

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องกล่าวถึงทั้งก่อนและหลังการกำหนดทฤษฎีการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมนี้การค้นพบอื่น ๆ อีกมากมายมีความสำคัญเหนือชั้นสำหรับความเข้าใจสมัยใหม่ของเราเกี่ยวกับพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงการแยกและการจำแนกลักษณะของกรดนิวคลีอิกการค้นพบและศึกษาโครโมโซมและอื่น ๆ

ทฤษฎีการถ่ายทอดทางชีวภาพ

Gregor Mendel

รากฐานพื้นฐานของการสืบทอดถูกเสนอโดยพระภิกษุชาวออสเตรีย Gregory Mendel (1822-1884) ในปี พ.ศ. 2399

เมนเดลเข้าใจจากการทดลองของเขากับการผสมข้ามต้นถั่วว่าทั้งความเหมือนและความแตกต่างระหว่างพ่อแม่และลูกหลานของพวกเขาสามารถอธิบายได้ด้วยการถ่ายทอดทางกลของหน่วยพันธุกรรมที่ไม่ต่อเนื่องนั่นคือยีน

ถั่วของ Mendel และลักษณะของพวกมัน (ที่มา: Nefronus ผ่าน Wikimedia Commons)

สิ่งนี้วางรากฐานสำหรับความเข้าใจเกี่ยวกับพันธุศาสตร์สมัยใหม่เนื่องจากเป็นที่ทราบกันดีว่าสาเหตุของการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมเกิดจากการถ่ายทอดทางกายภาพของยีนบนโครโมโซมผ่านการสืบพันธุ์ (ทางเพศหรือทางเพศ)

จากผลที่เขาได้รับ Mendel ได้กำหนด "กฎแห่งการสืบทอด" ที่มีผลบังคับใช้ในปัจจุบันสำหรับตัวละครบางตัว:

- กฎแห่งการแยก: รักษายีนที่มีรูปแบบ "ทางเลือก" ที่เรียกว่าอัลลีลและมีผลโดยตรงต่อฟีโนไทป์ (ลักษณะที่มองเห็นได้)

- กฎแห่งการถ่ายทอดทางพันธุกรรมที่เป็นอิสระ: หมายความว่าการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของลักษณะหนึ่งนั้นไม่ขึ้นกับอีกลักษณะหนึ่งแม้ว่าจะไม่เป็นความจริงทั้งหมดสำหรับหลายลักษณะ

Thomas Morgan ในปี 1908 จากการศึกษาพันธุศาสตร์ของแมลงวันผลไม้ Drosophila melanogaster พบว่าการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของฟีโนไทป์เกิดขึ้นตามที่ Mendel อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ นอกจากนี้เขาเป็นผู้อธิบายว่าหน่วยของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม (ยีน) ถูกส่งผ่านโครโมโซม

ดังนั้นและด้วยการมีส่วนร่วมของนักวิจัยคนอื่น ๆ วันนี้เราจึงรู้ว่าการถ่ายทอดทางพันธุกรรมเกิดขึ้นจากการถ่ายทอดของหน่วยพันธุกรรมที่มีอยู่ในโครโมโซมทั้งในโครโมโซม autosomal, sexual หรือ plastidic (ในยูคาริโอต)

การแสดงออกหรือลักษณะของฟีโนไทป์ที่กำหนดขึ้นอยู่กับลักษณะของจีโนไทป์ (การครอบงำและการถดถอย)

แนวคิดพื้นฐาน

เพื่อให้เข้าใจว่ากลไกของการสืบทอดทางชีวภาพทำงานอย่างไรจำเป็นต้องเข้าใจแนวคิดพื้นฐานบางประการ

แม้ว่าลักษณะที่สืบทอดมาทั้งหมดจะไม่ได้เกิดจากลำดับของนิวคลีโอไทด์ที่ประกอบเป็น DNA ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดเมื่อเรากล่าวถึงการถ่ายทอดทางชีวภาพโดยทั่วไปเรามักพูดถึงการถ่ายทอดข้อมูลที่มีอยู่ในยีน

Gen

ยีนถูกกำหนดให้เป็นหน่วยทางกายภาพพื้นฐานของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและเป็นลำดับดีเอ็นเอที่กำหนดไว้ซึ่งมีข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการแสดงออกของลักษณะหรือลักษณะบางอย่างในสิ่งมีชีวิต

อัลลีล

ยีนสามารถมีได้มากกว่าหนึ่งรูปแบบผลคูณของรูปแบบเล็ก ๆ น้อย ๆ ในลำดับที่แสดงลักษณะ รูปแบบทางเลือกของยีนเดียวกันเรียกว่าอัลลีล

โดยทั่วไปแล้วอัลลีลจะถูกกำหนดตามลักษณะทางฟีโนไทป์ที่พวกเขามอบให้และในประชากรมักพบอัลลีลหลายตัวสำหรับยีนเดียวกัน

ดีเอ็นเอยีนและโครโมโซม (ที่มา: Thomas Splettstoesser ผ่าน Wikimedia Commons)

ยกตัวอย่างเช่นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้รับยีนสองอัลลีลของแต่ละยีนจากพ่อแม่ตัวหนึ่งมาจากแม่และอีกยีนหนึ่งจากพ่อของมัน อัลลีลของจีโนไทป์ที่แสดงในฟีโนไทป์เสมอเรียกว่าอัลลีลที่โดดเด่นในขณะที่อัลลีลที่ยังคง "เงียบ" (ซึ่งไม่พบลักษณะฟีโนไทป์) เรียกว่าอัลลีลถอย

ในบางกรณีอาจเกิดขึ้นได้ว่ามีการแสดงออกของอัลลีลทั้งสองทำให้เกิดลักษณะของฟีโนไทป์ระดับกลางซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าอัลลีลโคโดมิแนนต์ร่วมกัน

Homozygosity และ heterozygosity

เมื่อแต่ละคนได้รับอัลลีลที่เหมือนกันสองตัวจากพ่อแม่ของพวกเขาไม่ว่าจะเป็นอัลลีลที่โดดเด่นหรือถอยห่างสิ่งนี้เป็นที่ทราบกันดีว่ามีการพูดทางพันธุกรรมว่าเป็น homozygous สำหรับอัลลีลเหล่านี้ เมื่อในทางกลับกันบุคคลหนึ่งได้รับมรดกจากพ่อแม่ของพวกเขาสองอัลลีลที่แตกต่างกันหนึ่งอัลลีลที่โดดเด่นและถอยอีกตัวหนึ่งเรียกว่าเฮเทอโรไซกัสสำหรับอัลลีลเหล่านี้

โครโมโซม

ยีนของสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตและยูคาริโอตพบได้ในโครงสร้างที่เรียกว่าโครโมโซม ในโปรคาริโอตเซลล์ที่ไม่มีนิวเคลียสโดยปกติจะมีโครโมโซมเพียงตัวเดียว ประกอบด้วยดีเอ็นเอที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนบางชนิดมีรูปร่างเป็นวงกลมและขดสูง

ยูคาริโอตเซลล์ที่มีนิวเคลียสมีโครโมโซมตั้งแต่ 1 ตัวขึ้นไปขึ้นอยู่กับสายพันธุ์และสิ่งเหล่านี้ประกอบด้วยวัสดุที่เรียกว่าโครมาติน โครมาตินของแต่ละโครโมโซมประกอบด้วยโมเลกุลของดีเอ็นเอที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโปรตีนสี่ชนิดที่เรียกว่าฮิสโตนซึ่งช่วยในการบดอัดภายในนิวเคลียส

ในยูคาริโอตมีโครโมโซมมากกว่าหนึ่งชนิด มีนิวเคลียร์ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสปิด (จำกัด เฉพาะสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสง) โครโมโซมนิวเคลียร์คือออโตโซมและทางเพศ (ที่ระบุเพศ)

ploidy

Ploidy คือจำนวนโครโมโซม "ชุด" ทั้งหมดที่เซลล์มี ตัวอย่างเช่นมนุษย์เช่นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสัตว์หลายชนิดมีโครโมโซมสองชุดชุดหนึ่งมาจากพ่อและอีกชุดจากแม่ดังนั้นเซลล์ของพวกมันจึงถูกกล่าวว่าเป็นซ้ำ

Haploids และ polyploids

บุคคลและ / หรือเซลล์เหล่านั้นที่มีโครโมโซมเพียงชุดเดียวเรียกว่า haploids ในขณะที่สิ่งมีชีวิตที่มีโครโมโซมมากกว่าสองชุด ได้แก่ polyploids (triploids, tetraploids, hexaploids เป็นต้น)

เซลล์สืบพันธุ์

ในสิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศสิ่งนี้เกิดขึ้นจากการหลอมรวมของเซลล์พิเศษสองเซลล์ที่ผลิตโดยบุคคลสองคนที่แตกต่างกัน: "ตัวผู้" และ "ตัวเมีย" เซลล์เหล่านี้คือ gametes ตัวผู้ผลิตอสุจิ (สัตว์) หรือไมโครสปอร์ (พืช) และตัวเมียผลิตรังไข่หรือเซลล์ไข่

โดยปกติภาระโครโมโซมของเซลล์เพศ (gametes) เป็นแบบเดี่ยวนั่นคือเซลล์เหล่านี้ผลิตโดยการแบ่งเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการลดจำนวนโครโมโซม

แบบฉบับของตระกูล

ในสิ่งมีชีวิตจีโนไทป์อธิบายถึงชุดของยีน (ที่มีอัลลีลตามลำดับ) ซึ่งเป็นรหัสสำหรับลักษณะเฉพาะหรือลักษณะเฉพาะบางอย่างและมีความแตกต่างจากลักษณะอื่น ๆ ตามหน้าที่หรือลำดับที่แน่นอน ดังนั้นจีโนไทป์จึงแสดงถึงรูปแบบอัลลิลิกของแต่ละบุคคล

แม้ว่าโดยทั่วไปจะกล่าวว่าจีโนไทป์เป็นสิ่งที่ก่อให้เกิดฟีโนไทป์ แต่สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่ามีปัจจัยแวดล้อมและอีพิเจเนติกมากมายที่สามารถกำหนดลักษณะของฟีโนไทป์ได้

ฟีโนไทป์

ฟีโนไทป์หมายถึง "แบบฟอร์มที่แสดง" หลายตำรากำหนดให้เป็นชุดของลักษณะที่มองเห็นได้ของสิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นผลมาจากการแสดงออกของยีน (จีโนไทป์) และจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมที่อยู่รอบ ๆ

ฟีโนไทป์ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการกระทำร่วมกันของยีนมากกว่าหนึ่งยีนและยีนเดียวกันสามารถมีส่วนร่วมในการสร้างฟีโนไทป์ที่เฉพาะเจาะจงได้มากกว่าหนึ่งชนิด

ถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้อย่างไร?

การถ่ายทอดยีนจากพ่อแม่ไปสู่ลูกหลานเกิดขึ้นในวงจรของเซลล์ผ่านไมโทซิสและไมโอซิส

ในโปรคาริโอตซึ่งการสืบพันธุ์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นโดยการแบ่งพาร์ติชันหรือไบนารีฟิชชันยีนจะถูกถ่ายโอนจากเซลล์หนึ่งไปยังรุ่นลูกหลานผ่านทางสำเนาโครโมโซมที่ถูกต้องซึ่งจะหลั่งออกมาในเซลล์ลูกสาวก่อนที่จะมีการแบ่งตัว

ยูคาริโอตหลายเซลล์ซึ่งโดยทั่วไปมีลักษณะเป็นเซลล์สองประเภท (ร่างกายและเพศ) มีกลไกการถ่ายทอดหรือการถ่ายทอดทางยีนสองแบบ

เซลล์โซมาติกเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวที่เรียบง่ายกว่าเมื่อพวกมันแบ่งพวกมันทำเช่นนั้นโดยไมโทซิสซึ่งหมายความว่าพวกมันทำซ้ำเนื้อหาโครโมโซมของพวกเขาและหลั่งสำเนาไปยังเซลล์ลูกสาวของพวกเขา โดยทั่วไปสำเนาเหล่านี้จะมีความแน่นอนดังนั้นลักษณะของเซลล์ใหม่จึงเทียบเท่ากับ "สารกำเนิด"

เซลล์เพศมีบทบาทพื้นฐานในการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เซลล์เหล่านี้หรือที่เรียกว่า gametes ผลิตโดยไมโอซิสซึ่งเกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ด้วยการลดภาระโครโมโซมร่วมด้วย (เป็นเซลล์เดี่ยว)

ผ่านการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศบุคคลสองคนจะถ่ายทอดยีนของพวกเขาจากรุ่นหนึ่งไปยังรุ่นต่อไปโดยการหลอมรวมเซลล์ gametic ของพวกเขาและสร้างตัวซ้ำใหม่ที่มีลักษณะร่วมกันของทั้งพ่อและแม่

ตัวอย่างของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

ตัวอย่างคลาสสิกของการถ่ายทอดทางชีวภาพที่ใช้ในตำราการสอนเพื่ออธิบายกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิต "แบบจำลอง" ที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างเช่นแมลงวันผลไม้ (D. melanogaster) ซึ่งเป็นหนึ่งในแบบจำลองการศึกษาสำหรับสัตว์ที่ Thomas Morgan ใช้มักมีดวงตาสีแดง อย่างไรก็ตามในระหว่างการทดลองของเขามอร์แกนพบตัวผู้ที่มีตาสีขาวและข้ามกับผู้หญิงตาแดง

แมลงวันผลไม้ แมลงหวี่ melanogaster ถ่ายและเรียบเรียงจาก: Sanjay Acharya

เนื่องจากฟีโนไทป์ "ตาแดง" มีความโดดเด่นในสายพันธุ์นี้ผลของการผสมข้ามรุ่นแรกนี้ประกอบด้วยบุคคลที่มีดวงตาสีแดง การผสมข้ามระหว่างบุคคลในรุ่นแรก (F1) ในภายหลังส่งผลให้เกิดการสร้าง F2 ซึ่งฟีโนไทป์ทั้งสองปรากฏขึ้น

เนื่องจากดวงตาสีขาวปรากฏใน F2 ใกล้เคียงกับผู้ชายถึง 50% มอร์แกนจึงสันนิษฐานว่าเป็น "การถ่ายทอดทางพันธุกรรมที่เชื่อมโยงกับโครโมโซมเพศ"

อ้างอิง

1. การ์ดเนอร์, เจอี, ซิมมอนส์, เจอีและสนูสตัด, DP (1991) อาจารย์ใหญ่ของพันธุกรรม รุ่น 8 '' จอห์นไวลีย์และบุตรชาย
2. เฮนเดอร์สัน, M. (2009). 50 แนวคิดเกี่ยวกับพันธุศาสตร์ที่คุณต้องรู้ หนังสือ Quercus
3. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011) ชีววิทยา (9th edn). Brooks / Cole, Cengage Learning: สหรัฐอเมริกา
4. Suzuki, DT และ Griffiths, AJ (1976) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม WH Freeman และ บริษัท
5. วัตสัน, JD (2004). อณูชีววิทยาของยีน Pearson Education อินเดีย