コンテンツ
- TL; DR（長すぎる;読まなかった）
- メンデルの特徴
- 純系育種
- 3対1の一貫した比率
- 劣性対立遺伝子に隠れている形質
- Punnett Squareの仕組み
- 非メンデリアン特性
- 不完全な支配
- 優性対立遺伝子
- パネット広場が役に立たないとき
Punnett squareは、20世紀前半にReginald Punnettというイギリスの遺伝学者によって考案された、2つの親の子孫の各遺伝子型の統計的尤度を決定するための図表です。彼は1800年代半ばにグレゴール・メンデルによって開拓された仕事に確率の法則を適用していました。メンデルの研究はエンドウ植物に焦点を当てていますが、すべての複雑な生命体に一般化できます。プネットスクエアは、遺伝特性を調べる際の研究と教育の一般的な視力です。モノハイブリッドクロスとして知られる単一の形質を予測するために、窓ガラスのように2つの垂直線を二等分する正方形があり、その中に4つの小さな正方形が作成されます。ジハイブリッドクロスとして知られる2つの特性を一緒に予測する場合、通常、1つではなく大きな正方形内に2つの垂直線と2つの水平線があり、4つではなく16の小さな正方形が作成されます。トリハイブリッドクロスでは、Punnettスクエアは8スクエア×8スクエアになります。 （例については、参考文献を参照してください）
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
Punnett正方形は、特定の1つまたは複数の特性について、2人の親の子孫の可能性のある各遺伝子型の統計的尤度を決定するために使用される図です。 Reginald Punnettは、1800年代半ばにGregor Mendelによって開拓された仕事に確率の法則を適用していました。
メンデルの特徴
プネットの正方形は、植物の子孫が白い花や赤い花を持つ可能性を予測することから、人間のカップルの赤ちゃんが茶色または青い目を持つ可能性を判断するまで、広く適用できます。とはいえ、Punnettの正方形は特定の条件下でのみ有用なツールです。問題の遺伝子がメンデル形質として知られているものを制御することが特に重要です。メンデルが1850年代および1860年代にエンドウ植物を研究したとき、彼の革新的な研究によりエンドウの存在を推測することができたにもかかわらず、彼は遺伝子の存在を知らなかった。彼は、エンドウ植物の形質（表現型）に焦点を当てることを選択しました。この形質には、2種類の形質があり、これは二形性形質として知られています。言い換えれば、エンドウ植物は黄色または緑色の種子のみを生産しました。オレンジの種、または黄色と緑の間の色の種が含まれている例外はありませんでした。彼はこのように振る舞う7つの特性を研究しました。各特性には2つのバリアントがあり、植物の子孫が中間のバリアントまたは3番目の代替バリアントを示すことはありませんでした。
これはメンデルの特徴の典型です。人間では、ほとんどの遺伝形質はメンデルではありませんが、アルビニズム、ハンチントン病、血液型などの多くがあります。メンデルは、今日の科学者が持っているDNAの知識や顕微鏡へのアクセスなしに、各親植物には2つの「因子」があり、それぞれから1つがコピーされて子孫に移されたことを発見しました。 「要因」とは、メンデルは現在染色体として知られているものを指していました。彼がエンドウ植物で研究した形質は、各染色体の対応する対立遺伝子に属していました。
純系育種
メンデルは、形質ごとにエンドウ植物の「純粋系統」を開発しました。つまり、各純粋植物はその変異体に対してホモ接合体でした。ヘテロ接合体とは異なり、ホモ接合体は両方の染色体に同じ対立遺伝子を持っています（どちらの形質が観察されていても）、もちろんメンデルは彼が遺伝学の分野を知らなかったため、このように考えていませんでした。たとえば、数世代にわたって、彼は2つの黄色い種子の対立遺伝子YYを持つエンドウ植物と、2つの緑の種子の対立遺伝子yyを持つエンドウ植物を育てました。メンデルの観点からは、これは単に、彼が「純粋」であると確信するのに十分な回数、同じ正確な形質変異を持つ子孫を一貫して繰り返し育てたことを意味しました。そして同型接合の、yyの純粋系統のエンドウ植物には、一貫して緑色の種子の子孫しかありませんでした。これらの純粋な系統の植物で、彼は遺伝と優位性を実験することができました。
3対1の一貫した比率
メンデルは、黄色の種子を持つエンドウ植物と緑色の種子を持つエンドウ植物を一緒に育てた場合、その子孫はすべて黄色の種子を持つことを観察しました。しかし、彼が子孫を交配したとき、次世代の25パーセントは緑の種を持っていました。彼は、緑の種を生産するための情報は、最初の全黄色の世代を通じて植物のどこかに含まれていたに違いないことに気付きました。どういうわけか、子孫の第一世代は親世代ほど純粋ではありませんでした。彼は、研究している7つの特性のうち、種の色、花であるかどうかに関係なく、第2世代の子孫の1つの特性バリアントの実験で3対1の一貫した比率が存在する理由に特に興味がありました色、茎の長さなど。
劣性対立遺伝子に隠れている形質
繰り返し実験することで、メンデルは分離の原理を開発しました。この規則は、各親の2つの「要因」が有性生殖の過程で分離されると断言しました。また、彼は独立した品揃えの原則を開発しました。これは、ランダムなチャンスが各親ペアからどの単一因子を子孫にコピーして転送するかを決定し、各子孫が4つではなく2つの因子のみで終わったと仮定しています。遺伝学者は現在、減数分裂の後期Iの間に独立した品揃えが起こることを理解しています。これらの2つの法則は、遺伝学の分野の基礎となる原則となったため、Punnett正方形を使用するための基本的なガイドラインです。
メンデルは統計的確率を理解したため、エンドウ植物の特定の形質の変異体が優勢であり、対応するものは劣性であると判断しました。種の色など、彼が研究していた7つの二形特性では、2つのバリアントのいずれかが常に優勢でした。優位性は、問題の形質のその変異体をもつ子孫のより大きな確率をもたらしました。遺伝のこの統計的パターンは、人間のメンデルの特性にも当てはまります。 2つのホモ接合エンドウ植物-YYとyy-が交配されたとき、第一世代の子孫はすべて、分離と独立した分類のメンデルの原則に沿って、遺伝子型YyとYyを持っていました。黄色の対立遺伝子が優勢だったため、種子はすべて黄色でした。しかし、緑色の種子の対立遺伝子は劣性であったため、植物の形態に現れていなくても、緑色の表現型に関する情報は遺伝的な青色で保存されていました。
次世代では、メンデルがすべてのYy植物を交配したとき、結果として生じる可能性のあるいくつかの遺伝子型がありました。それらが何であるかを判断し、それぞれの尤度を計算するために、内部に4つの小さな正方形を持つ単純なPunnett正方形は最も便利なツール。
Punnett Squareの仕組み
Punnett正方形の外側の水平軸と垂直軸に沿って親の遺伝子型を書くことから始めます。親遺伝子型の1つがYyであるため、左上の正方形の一番上の行に「Y」を、その右の正方形の上の行に「y」を記入します。 2番目の親遺伝子型もたまたまYyであるため、左上の正方形の外側の線の左側に「Y」、その下の正方形の外側の線の左側に「y」を記述します。
各正方形で、それぞれの上部と側面で出会う対立遺伝子を結合します。左上の正方形にはYYを、右上にはYyを、左下にはYyを、右下の正方形にはyyと書いてください。各正方形は、その遺伝子型が親の子孫に継承される確率を表します。遺伝子型は次のとおりです。
したがって、2世代目のエンドウ植物の子孫には黄色の種子があり、子孫には緑色の種子がある4分の1の可能性があります。確率の法則は、第2世代の子孫における形質変異体の一貫した3対1の比率に関するメンデルの観察と、対立遺伝子についての彼の推論を支持しています。
非メンデリアン特性
幸運なことに、メンデルと科学的進歩のために、彼はエンドウ植物について研究を行うことを選択しました。その特徴は明らかに二形性があり、容易に区別でき、各形質の変異体の優位性は他とは異なります。これは標準ではありません。彼は簡単に、現在メンデルの特性として知られているものに従わない特性を持つ別の庭の植物を選ぶことができたでしょう。たとえば、多くの対立遺伝子のペアは、エンドウ植物で遭遇する単純な優性および劣性の種類とは異なる種類の優性を示します。メンデルの形質では、ヘテロ接合ペアとして優性および劣性の両方の対立遺伝子が存在する場合、優性の対立遺伝子が表現型を完全に制御します。たとえば、エンドウ植物の場合、Yy遺伝子型は、「y」が緑色の種子の対立遺伝子であったとしても、緑色ではなく黄色の種子を持つことを意味しました。
不完全な支配
1つの選択肢は不完全な支配であり、ヘテロ接合ペアの優性対立遺伝子と組み合わされた場合でも、劣性対立遺伝子は表現型でまだ部分的に発現されます。不完全な支配は、人間を含む多くの種に存在します。不完全な支配のよく知られた例は、キンギョソウと呼ばれる顕花植物に存在します。 Punnett Squareを使用すると、ホモ接合の赤（CRCR）および同型接合の白（CWCW）互いに交配すると、ヘテロ接合遺伝子型Cの子孫が100％発生する可能性がありますRCW。この遺伝子型には、キンギョソウのピンクの花があります。R Cに対する不完全な支配のみW。興味深いことに、メンデルの発見は、親によって子孫に形質が融合されているという長年の信念を暴くための画期的なものでした。その間ずっと、メンデルは、多くの形態の支配が実際に何らかのブレンドを伴うという事実を逃しました。
優性対立遺伝子
もう1つの選択肢は共優性で、両方の対立遺伝子が同時に優勢であり、子孫の表現型で等しく発現します。最もよく知られている例は、MNと呼ばれる人間の血液型です。 MN血液型はABO血液型とは異なります。代わりに、赤血球の表面にあるMまたはNマーカーを反映しています。それぞれ血液型（それぞれMN型）のヘテロ接合体である2人の親のPunnett正方形は、次の子孫をもたらします。
メンデルの特性を使用すると、Mが優勢である場合、子孫がM血液型の表現型を持つ可能性が75％あることが示唆されます。しかし、これはメンデルの特性ではなく、MとNは共優性であるため、表現型の確率は異なって見えます。 MN血液型では、M血液型が25％、MN血液型が50％、NN血液型が25％の可能性があります。
パネット広場が役に立たないとき
プネットの正方形は、複数の特性や複雑な支配関係を持つ特性を比較する場合でも、多くの場合に役立ちます。しかし、表現型の結果を予測することは難しい場合があります。たとえば、複雑な生命体のほとんどの特性には、3つ以上の対立遺伝子が含まれます。人間は、他のほとんどの動物と同様に、二倍体です。つまり、各セットに2つの染色体があります。個体には2つしか、または性染色体に関係する場合には1つしかないという事実にもかかわらず、通常、種の全個体群には多数の対立遺伝子があります。表現型の結果の大きな可能性により、特定の特性の確率を計算することは特に難しくなりますが、人間の目の色など、他の特性ではオプションが制限されているため、Punnettスクエアに入力しやすくなっています。