Aufgaben 48 Bestimmte Merkmale lassen sich auf ein einzelnes Gen zurückführen Kompostierbares Einweggeschirr, biologisch abbaubare Einkaufssackerl? Amylose macht es möglich. Diese besondere Form der Stärke lässt sich aus bestimmten Pflanzen wie zB der Amylose-Erbse gewinnen und gewinnt deshalb als nachwachsender Rohstoff an Bedeutung. Die Amylose-Erbse ist ein Beispiel für eine Art, bei der ein Merkmal von einem einzelnen Gen abhängt. Normalerweise besteht Stärke aus zwei Anteilen, dem verzweigten Amylopektin und der unverzweigten Amylose. Pflanzen stellen Amylopektin mit Hilfe eines speziellen Enzyms aus Amylose her (kAbb. 13 links). Amylopektin ist osmotisch wenig aktiv und daher gut für die Samenruhe geeignet. Die Stärke herkömmlicher Erbsen (sowie der allermeisten Pflanzen) besteht daher vorwiegend aus Amylopektin. Amylose-Erbsen besitzen 60 bis 85 % Amylose, weswegen sie zunächst stark aufquellen, dann bei Austrocknung aber schrumpfen. Amylose-Erbsen haben also den Phänotyp der runzeligen Samen. Und was ist der molekularbiologische Hintergrund? Runzelige Erbsen weisen eine Mutation im dem Gen auf, das für das amylopektinbildenden Enzym codiert. Konkret ist im Gen ein Stück Fremd-DNA eingebaut (kAbb. 13 rechts). Dadurch ist die mRNA länger als die mRNA des nicht-mutierten Gens, das Protein hat eine andere Form und wirkt nicht mehr als Enzym. Folglich kann die Zelle kein Amylopektin mehr herstellen, die Stärke besteht also ausschließlich aus Amylose. Dadurch quillt die Erbse und wird beim Austrocknen runzelig. Ein einzelnes Merkmal, das genau einem Gen zugeordnet werden kann, wird als monogenetisches Merkmal bezeichnet. Dies ist aber relativ selten der Fall, die meisten Merkmale werden von mehreren Genen bestimmt, sind also polygenetisch. Es gibt auch Fälle, in denen ein einzelnes Gen mehrere Merkmale bestimmt. Hier spricht man von Polyphänie. So sind zB einige Erbkrankheiten des Menschen polyphän: Zystische Fibrose, Sichelzellenanämie oder Hämophilie werden jeweils durch eine einzelne Mutation in einem Gen hervorgerufen, bewirken aber mehrere Veränderungen (siehe S. 56). Viele Merkmale können durch Umwelteinflüsse verändert werden. Die Größe eines Lebewesens etwa ist natürlich genetisch im Wesentlichen vorgegeben, dennoch können Umwelteinflüsse (zB Nahrungsmangel im Wachstum, Krankheiten etc.) dieses Merkmal beeinflussen. Derartige durch Umweltfaktoren hervorgerufene Änderungen des Phänotyps werden als Modifikationen bezeichnet (im Unterschied zu genetisch bedingten Mutationen, siehe Seite 49 ff.). Runzelige Erbsen entstehen durch eine Mutation in einem einzelnen Gen Struktur und Funktion Die Form des Proteins beruht auf der Anordnung der Aminosäuren, die wiederum durch die Basenfolge der DNA bestimmt wird. Durch die Mutation ändert sich die Basenabfolge, dadurch ändert das Protein seine Form und kann seine Funktion nicht mehr erfüllen. Abb.13: Zusammenhang zwischen Gen und Merkmal am Beispiel der Samenform der Erbse. O O O O O O O O O O O O O O O O intakte DNA 3‘ 5‘ mRNA 3‘ 5‘ mRNA Fremd-DNA Amylopektin Mutation Amylose Phänotyp: rund Stärke: überwiegend Amylopektin Stärke: überwiegend Amylose Rr RR Genotyp: oder Phänotyp: runzelig rr Genotyp: fehlerhaftes Protein amylopektin- bildendes Enzym 1 W Auch bei Polyphänie gelten die Mendelschen Regeln (bei Polygenie dagegen nicht). Erkläre den Sachverhalt. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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