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5.3: Vorbereitungshinweise für den Drachengenetik-Lehrer - Biologie

5.3: Vorbereitungshinweise für den Drachengenetik-Lehrer - Biologie



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Überblick

In dieser Simulation ahmen die Schüler die Prozesse der Meiose und Befruchtung nach, um die Vererbung mehrerer Gene zu untersuchen, und nutzen dann ihr Verständnis von Konzepten wie dominante/rezessive Allele, unvollständige Dominanz, geschlechtsgebundene Vererbung und Epistase, um die Ergebnisse der Simulation. Nachdem Sie die klassische Genetik eingeführt haben, kann diese Aktivität als kulminierende Aktivität verwendet werden und/oder sie kann als formative Bewertung dienen, um eventuelle Verwirrungsbereiche zu identifizieren, die einer zusätzlichen Klärung bedürfen. Vor Beginn dieser Aktivität sollten die Studierenden die Prozesse der Meiose und Befruchtung sowie grundlegende Konzepte der klassischen Genetik verstehen. Empfohlene praktische Aktivitäten, um den erforderlichen Hintergrund für diese Simulationsaktivität bereitzustellen, sind:

  • Mitose, Meiose und Befruchtung, verfügbar unter http://serendip.brynmawr.edu/sci_edu/waldron/#mitosis
  • Genetik, verfügbar unter http://serendip.brynmawr.edu/sci_edu...dron/#genetics

Vielleicht möchten Sie auch eine Vokabelüberprüfung als Übungsaufgabe vor dem Unterricht einschließen. Relevantes Vokabular umfasst: homologe Chromosomen, diploid, haploid, Gamet, Allele, Genotyp, Phänotyp, homozygot, heterozygot, dominant, rezessiv, unvollständige Dominanz, X-chromosomal rezessives Allel (und/oder geschlechtsgebundenes Merkmal), Punnett-Quadrate und Epistase . Das Verständnis der Schüler für dieses Vokabular sollte während der Aktivität weiter gestärkt werden. Wir schätzen, dass diese Aktivität zwei 50-Minuten-Zeiträume in Anspruch nehmen wird, die erste für die Seiten 1-4 des Schülerhandouts (einschließlich der einführenden Besprechung relevanter biologischer Konzepte, der Simulation und der Vervollständigung der Datendiagramme auf Seite 4) und die Zweitens für das Bild des Drachenbabys und die Diskussion der Fragen auf den Seiten 5-6.

Lernziele

  • Die Studierenden werden verstehen, wie Meiose und Befruchtung zur Übertragung von Genen von einer Generation zur nächsten führen.
  • Die Studierenden werden verstehen, wie Meiose und Befruchtung die biologische Grundlage für Mendels Gesetze der Segregation und des unabhängigen Sortiments bilden.
  • Die Studierenden werden homozygote und heterozygote Allele, dominante und rezessive Allele, unvollständige Dominanz, geschlechtsgebundene Vererbung und Epistase verstehen.
  • Die Studierenden evaluieren die Stärken und Schwächen der Simulation als Modell zum Verständnis der Vererbung. Dies wird das Verständnis der Schüler für die Rolle von Modellen im wissenschaftlichen Denken verbessern.

Materialien und Anweisungen zur Herstellung von Popsicle-Stick-Chromosomen

Jeder Popsicle-Stick sollte so vorbereitet werden, dass er ein Paar homologer Chromosomen darstellt. Jeder Schüler in Ihrer Klasse sollte einen vollständigen Satz von drei Eis am Stiel haben, die Folgendes darstellen:

  • Zwei Paare homologe Autosomen (dargestellt durch einen grünen Eis am Stiel und einen gelben Eis am Stiel)
  • Ein Paar Geschlechtschromosomen (dargestellt durch ein rotes Eis am Stiel für die Mutter oder ein blaues Eis am Stiel für den Vater).

Sie benötigen eines der folgenden Zubehörsets:

  • Normale Eis am Stiel (3 für jeden Schüler in Ihrer größten Klasse) und kleine Gummibänder (1 für jeden Schüler in der Klasse) + farbiges Papier (je 1 in grün, gelb, rot und blau) und Kleber oder Gummizement oder
  • Normale Eis am Stiel (3 für jeden Schüler in Ihrer größten Klasse) und kleine Gummibänder (1 für jeden Schüler in der Klasse) + grüne, gelbe, rote und blaue Permanentmarker oder
  • Farbige Eisstiele (2 grüne, 2 gelbe, 1 rote und 1 blaue für jedes Schülerpaar in Ihrer größten Klasse) und kleine Gummibänder (1 für jeden Schüler in der Klasse) + 4 Seiten Papier zum Fotokopieren und Kleber oder Gummikleber oder
  • Farbige Eisstiele (2 grüne, 2 gelbe, 1 rote und 1 blaue für jedes Schülerpaar in Ihrer größten Klasse) und kleine Gummibänder (1 für jeden Schüler in der Klasse) + ein Permanentmarker

Die folgenden Anweisungen beschreiben zwei alternative Methoden zur Zubereitung der Popsicle-Sticks. Diese Anleitung produziert genug Eis am Stiel für 30 Schüler (15 Drachenmütter und 15 Drachenväter).

Methode 1:

Verwenden Sie die letzten vier Seiten dieser Vorbereitungshinweise für Lehrer, um eine Kopie jeder Seite der Gene auf das entsprechende Farbpapier zu kopieren oder auszudrucken. Schneiden Sie für jede Seite mit Genen die vertikalen Streifen aus, die jeweils eine Reihe von Buchstaben enthalten, die die Gene in einem Chromosom darstellen; Bewahren Sie jede Gruppe von 15 vertikalen Streifen mit dem entsprechenden Etikett auf. Trage Gummizement oder Elmer's Kleber auf beide Seiten eines Eis am Stiel auf. Um einen Eis am Stiel-Stick so vorzubereiten, dass er ein Paar Autosomen oder ein Paar von X-Chromosomen darstellt, kleben Sie den Streifen für Chromosom 1 auf eine Seite des Eis-Sticks und den Streifen für Chromosom 2 auf die andere Seite. (Achten Sie darauf, die grünen und gelben Autosomen der Mutter von den grünen und gelben Autosomen des Vaters getrennt zu halten.) Um ein Eis am Stiel herzustellen, um die Geschlechtschromosomen für ein Männchen darzustellen, kleben Sie den Streifen für das blaue X-Chromosom auf einer Seite und den Streifen für das Y-Chromosom auf der anderen Seite. Verwenden Sie Gummibänder, um Bündel zu bilden, die entweder die drei Chromosomen für die Mutter oder die drei Chromosomen für den Vater enthalten.

Methode 2:

Verwenden Sie den entsprechenden Farbmarker oder Eis am Stiel-Stäbchen, um die Allele für jedes Gen auf die Eis-Stäbchen zu schreiben. Achten Sie darauf, die grünen und gelben Autosomen der Mutter von den grünen und gelben Autosomen des Vaters getrennt zu halten.

So bereiten Sie die grünen Autosom-Eis am Stiel-Sticks vor:

  • Schreibe für die Mutter W l A c auf eine Seite jedes Eis am Stiel und schreibe w l a c auf die andere Seite
  • Schreiben Sie für den Vater auf eine Seite jedes Eis am Stiel W l a C und auf die andere Seite w l a c.

So bereiten Sie die gelben Autosom-Eis am Stiel-Sticks vor:

  • Schreiben Sie für die Mutter f T R auf eine Seite jedes Eis am Stiel und schreiben Sie f t r auf die andere Seite.
  • Schreibe für den Vater F T R auf eine Seite jedes Eis am Stiel und schreibe F t r auf die andere Seite.

Für die X/X-Chromosom-Eis am Stiel-Sticks der Mutter verwenden Sie einen roten Marker oder rote Popsicle-Sticks, um H auf einer Seite und h auf der anderen Seite zu schreiben.

Verwenden Sie für die X/Y-Chromosom-Eis am Stiel-Sticks des Vaters einen blauen Marker oder blaue Eis-Sticks, um H auf einer Seite und M auf der anderen Seite zu schreiben.

Verwenden Sie Gummibänder, um Bündel zu bilden, die entweder die drei Chromosomen für die Mutter oder die drei Chromosomen für den Vater enthalten.

Vorschläge zur Diskussion von Fragen im Schülerhandout

Die Fragen auf Seite 1 des Schülerhandouts und die Tabelle oben auf Seite 2 sind wichtig, um sicherzustellen, dass die Schüler die biologische Bedeutung der Simulation, die sie durchführen werden. Die Fragen zeigen auch, wie Meiose und Befruchtung die biologische Grundlage für das Punnett-Quadrat bilden.

Die Diagramme zur Aufzeichnung der Ergebnisse der Simulation auf Seite 4 des Schülerhandouts sollte relativ einfach zu absolvieren sein. Wir empfehlen Ihnen, diese Diagramme zu verwenden, um die Genotypen und Phänotypen von Mama und Papa und die möglichen Genotypen und Phänotypen der Baby-Drachen aufzuzeichnen, bevor Sie mit der Aktivität beginnen. Wir empfehlen auch, dass Sie die Diagramme Ihrer Schüler überprüfen, bevor sie das Bild ihres Drachenbabys machen und die Fragen auf den Seiten 5-6 beantworten. Ein potenzielles Problem kann auftreten, wenn Schüler die phänotypischen Merkmale der Hautfarbe und Sommersprossen des Vaters eingeben, da sie die epistatischen Auswirkungen der aa Allele, die den Vater zum Albino machen.

Bei den ersten beiden Fragen auf Seite 5 des Schülerhandouts müssen die Schüler ihr Verständnis von Vererbung und Punnett-Quadraten nutzen, um die Ergebnisse der Simulation zu interpretieren. Die Allele für die Eltern in dieser Simulation wurden ausgewählt, um sicherzustellen, dass mindestens ein Merkmal bei Mama, Papa und Baby gleich ist. Darüber hinaus ist es sehr unwahrscheinlich (bei männlichen Babys) oder unmöglich (bei weiblichen Babys), dass das Baby genau die gleichen phänotypischen Merkmale hat wie der gleichgeschlechtliche Elternteil.

In den Fragen 3 und 4 müssen die Schüler die Mendelschen Gesetze der Segregation und des unabhängigen Sortiments angeben und sie mit dieser Simulation in Verbindung bringen. Ihre Schüler finden es möglicherweise hilfreich, ein Punnett-Quadrat zu verwenden, um Frage 3c zu beantworten. Die folgenden Zitate (aus Concepts of Genetics, Sixth Edition by Klug and Cummings) geben eine hilfreiche Zusammenfassung von Mendels Postulaten:

  1. "Genetische Faktoren werden durch Einheitsfaktoren gesteuert, die in einzelnen Organismen paarweise vorkommen."
  2. "Wenn zwei unterschiedliche Einheitsfaktoren, die für einen einzelnen Charakter verantwortlich sind, in einem einzelnen Individuum vorhanden sind, dominiert ein Einheitsfaktor den anderen, der als rezessiv bezeichnet wird."
  3. "Während der Bildung von Gameten trennen sich die gepaarten Einheitsfaktoren zufällig, so dass jeder Gamet mit gleicher Wahrscheinlichkeit den einen oder den anderen erhält."
  4. "Während der Gametenbildung ordnen sich segregierende Paare von Einheitsfaktoren unabhängig voneinander an."

Diese Simulation ist nützlich, um den Schülern zu helfen, die Vererbung von Genen und Merkmalen zu verstehen, sowohl weil die Simulation die biologischen Prozesse der Meiose und Befruchtung nachahmt, als auch weil die Simulation es den Schülern ermöglicht, ihr Verständnis genetischer Konzepte auf ein Modellsystem anzuwenden, das eine mittlere Komplexität zwischen ein Punnett-Quadrat und die Feinheiten der echten Genetik biologischer Organismen. Wie alle Modelle enthält diese Simulation jedoch keine wichtigen Merkmale der biologischen Realität, wie z.B. Crossing-over während der Meiose, kodominante Allele, multiple Allele für ein einzelnes Gen, polygene Vererbung und geschlechtsbegrenzte und geschlechtsbeeinflusste Vererbung. Außerdem deutet diese Simulation nur auf die komplexen Beziehungen zwischen einzelnen Genen und phänotypischen Merkmalen hin.

Um das differenziertere Verständnis Ihrer Schüler über die Rolle von Modellen im wissenschaftlichen Denken weiterzuentwickeln, können Sie die relativen Vorteile verschiedener Vererbungsmodelle diskutieren:

  • Diese Simulation ist nützlich, um das Verständnis der Rolle von Meiose und Befruchtung bei der Vererbung und Konzepte wie dominante und rezessive Allele, unvollständige Dominanz und geschlechtsgebundene Vererbung zu stärken und auch nützlich, um einige der Komplexitäten der Vererbung mehrerer Gene vorzustellen
  • Punnett-Quadrate, die für die Analyse der Vererbung von einem oder zwei Genen nützlich sind, einschließlich der Identifizierung aller möglichen Kombinationen von Allelen in Nachkommen und der resultierenden Phänotypen, und quantitative Vorhersagen über die Häufigkeit dieser Genotypen und Phänotypen in großen Stichproben von Nachkommen
  • Stammbäume, die für die Analyse der genetischen Grundlage der Vererbung eines phänotypischen Merkmals bei mehreren Familienmitgliedern nützlich sind.

(Die Verwendung von Punnett-Quadraten und Stammbäumen wird in unserer praktischen Aktivität "Genetik" demonstriert (verfügbar unter http://serendip.brynmawr.edu/sci_edu...dron/#genetics).)

Bei Frage 6 möchten Sie vielleicht, dass Ihre Schüler ein Punnett-Quadrat zeichnen. Vielleicht möchten Sie die Diskussion dieser Frage mit der Verallgemeinerung verbinden, dass Merkmale aufgrund von X-chromosomal rezessiven Allelen (z. B. Farbenblindheit und Hämophilie) im Allgemeinen bei Männern viel häufiger vorkommen als bei Frauen.

Frage 7 veranschaulicht einige der Komplexitäten der Genetik. Bei dominanten/rezessiven Allelen haben heterozygote und homozygote dominante Individuen das gleiche phänotypische Merkmal. Für unvollständig dominante Allele haben heterozygote Individuen einen unterschiedlichen Phänotyp, der zwischen den beiden homozygoten Phänotypen liegt. Ein Fehlen von Sommersprossen könnte darauf zurückzuführen sein, dass es homozygot für das Albino-Allel (a) oder das Allel ohne Sommersprossen (r) ist.

Viele phänotypische Merkmale werden von mehreren Genen beeinflusst. Ein Beispiel ist Epistase bei der Kontrolle der Hautfarbe, sowohl beim Menschen als auch in dieser Simulation. Wenn eine Person homozygot für ein Allel ist, das für eine defekte Version der Tyrosinase (einem Schlüsselenzym zur Produktion von Melanin) kodiert, dann ist die Person ein Albino und andere Gene, die die Hautfarbe beeinflussen, haben wenig oder keine Wirkung. (Zusätzliche Informationen über menschliche Gene, die die Hautfarbe beeinflussen, finden Sie unter http://ghr.nlm.nih.gov/gene/TYR und ghr.nlm.nih.gov/genes/MC1R.) Die Hautfarbe ist auch ein nützliches Beispiel für die Auswirkungen von Umweltfaktoren diskutieren. Somit kann das Beispiel der Hautfarbe verwendet werden, um sowohl Gen-für-Gen- als auch Gen-für-Umwelt-Interaktionen zu veranschaulichen. Schwanz- und Halslänge können auch als Beispiel verwendet werden, um die Auswirkungen von Umweltfaktoren (z. B. Unterernährung) zu veranschaulichen, sowie den wichtigen Punkt, dass ein einzelnes Gen typischerweise mehrere phänotypische Merkmale beeinflusst (Pleiotropie).

Zusätzliche Aktivitäten, die Sie in diese Simulation integrieren möchten

Analyse von Klassendaten

  • Sie können die unten gezeigte Tabelle verwenden, um Informationen über den Phänotyp aller Baby-Drachen zu sammeln, die von den Schülerpaaren in einer Klasse produziert wurden, und diese Daten dann für eine Klassendiskussion zu Fragen verwenden wie:
  • Wird bei allen Babys dieser Mutter und dieses Vaters ein phänotypisches Merkmal beobachtet? Wenn ja, was ist die genetische Erklärung dafür? (Um diese letzte Frage zu beantworten, möchten die Schüler möglicherweise Punnett-Quadrate verwenden, um mögliche Genotypen und Phänotypen der Babydrachen herauszufinden.)
  • Sind zwei der Babydrachen, die von diesen Dracheneltern produziert werden, phänotypisch identisch? (Für die Erörterung dieser Frage möchten Sie möglicherweise die große Anzahl möglicher Kombinationen phänotypischer Merkmale (über 500) berechnen und die Simulationsergebnisse mit den phänotypischen Unterschieden zwischen menschlichen Geschwistern in Beziehung setzen.)
  • Fehlen männlichen Drachenbabys eher die Hörner, wie vorhergesagt (siehe Frage 6 im Schülerhandout)?

Vergleich mit menschlichem Erbe

Vielleicht möchten Sie, dass die Schüler in dieser Simulation Beispiele für Merkmale bei Menschen identifizieren, die das gleiche Vererbungsmuster aufweisen wie bestimmte Merkmale.

Tabelle zum Sammeln von Klassendaten für alle Babydrachen
MerkmalHat das Baby die aufgeführten Eigenschaften? (J= ja; N = nein)
Initialen der Dracheneltern123456789101112131415
Flügel
Langer Hals und Schwanz
Weiße Haut
Grüne Haut
Feuerspucker
Fünf Zehen
Vier Zehen
Viele Sommersprossen
Einige Sommersprossen
Horn auf der Nase
Spitze an der Schwanzspitze

Gene auf grünem Autosom 1 für Mutter

Gene des grünen Autosoms 2 für Mutter

Gene auf grünem Autosom 1 für Vater

Gene auf grünem Autosom 2 für Vater

Gene auf gelbem Autosom 1 für Mutter

Gene auf gelbem Autosom 2 für Mutter

Gene auf gelbem Autosom 1 für Vater

Gene auf gelbem Autosom 2 für Vater

Gen auf X-Chromosom 1 für Mutter [Rot]

Gen auf X-Chromosom 2 für Mutter [Rot]

Gen auf X-Chromosom für Vater [Blau]

Gen auf Y-Chromosom für Vater [Blau]


Dragon Genetics: Unabhängiges Sortiment und Genverknüpfung

Im Labor Dragon Genetics: Independent Assortment and Gene Linkage lernen die Schüler die Prinzipien der unabhängigen Sortiments- und Genkopplung in Aktivitäten, die die Vererbung mehrerer Gene auf demselben oder unterschiedlichen Chromosomen in hypothetischen Drachen analysieren. Die Studierenden lernen, wie sich diese Prinzipien aus dem Verhalten der Chromosomen während der Meiose und Befruchtung ableiten.

Schülerhandout herunterladen: PDF-Format oder Word-Format

Vorbereitungshinweise für Lehrer herunterladen: PDF-Format oder Word-Format

Wir bitten um Kommentare zu dieser praktischen Aktivität und den begleitenden Lehrervorbereitungshinweisen, einschließlich Vorschlägen für andere Lehrer, die die Aktivität nutzen möchten, nützliche Vorbereitungs- oder Folgeaktivitäten, zusätzliche Ressourcen oder Fragen, die Sie im Zusammenhang mit der Aktivität haben, oder eine kurze Beschreibung aller aufgetretenen Probleme. Wenn Sie ein relevantes Word-Dokument haben, das Sie auf dieser Kommentarseite veröffentlichen möchten, z. B. eine Version des Protokolls, das Sie in Ihrem Unterricht verwendet haben, oder wenn Sie Ihre Kommentare oder Fragen lieber in einer privaten Nachricht senden möchten, schreiben Sie bitte Ingrid Waldron unter [email protected]


Wobble-Hypothese (mit Diagramm) | Genetik

In diesem Artikel werden wir über das Konzept der Wobble-Hypothese diskutieren.

Crick (1966) schlug die ‘Wobble-Hypothese’ vor, um die Degeneration des genetischen Codes zu erklären. Außer Tryptophan und Methionin steuern mehr als ein Codon die Synthese einer Aminosäure. Es gibt 61 Codons, die Aminosäuren synthetisieren, daher muss es 61 tRNAs geben, von denen jede unterschiedliche Anticodons hat. Die Gesamtzahl der tRNAs beträgt jedoch weniger als 61.

Dies kann dadurch erklärt werden, dass die Anticodons einiger tRNA mehr als ein Codon lesen. Außerdem scheint die Identität des dritten Codons unwichtig zu sein. Zum Beispiel CGU, CGC, CGA und CGG codieren alle für Arginin. Es scheint, dass CG Arginin spezifiziert und der dritte Buchstabe nicht wichtig ist. Herkömmlicherweise werden die Codons vom 5′ Ende zum 3′ Ende geschrieben.

Daher spezifizieren die erste und zweite Base in einigen Fällen Aminosäuren. Nach der Wobble-Hypothese paaren sich nur die erste und zweite Base des Tripelcodons auf 5′ → 𔃳 mRNA mit den Basen des Anticodons der tRNA, also A mit U oder G mit C.

Die Paarung der dritten Base variiert je nach Base an dieser Position, zum Beispiel kann G mit U paaren. Die konventionelle Paarung (A = U, G = C) ist als Watson-Crick-Paarung bekannt (Abb. 7.1) und die zweite Eine abnormale Paarung wird als Wobble-Paarung bezeichnet.

Dies wurde durch die Entdeckung beobachtet, dass das Anticodon der Hefe Alanin-tRNA das Nukleosid Inosin (ein Desaminierungsprodukt von Adenosin) in der ersten Position (5′ → 3′) enthält, das mit der dritten Base des Codons (5′) gepaart ist. 8242 → 3′). Inosin wurde auch in anderen tRNAs an erster Stelle gefunden, z.B. Isoleucin und Serin.

Das Purin, Inosin, ist ein Wobble-Nukleotid und ähnelt Guanin, das normalerweise mit A, U und C paart. Zum Beispiel paart sich eine Glycin-tRNA mit dem Anticodon 5′-ICC-3′ mit den Glycin-Codons GGU, GGC, GGA und GGG (Abb. 7.2). In ähnlicher Weise paart sich eine Seryl-tRNA mit Anticodon 5′-IGA-3′ mit den Serincodons UCC, UCU und UCA (5-3′). Das U an der Wobble-Position kann sich mit einem Adenin oder Guanin paaren.

Nach der Wobble-Hypothese sind die zulässigen Basenpaarungen in Tabelle 7.5 angegeben:

Durch die Wobble-Basenpaarung wird eine tRNA in der Lage, mehr als ein Codon für eine einzelne Aminosäure zu erkennen. Durch die direkte Sequenzierung mehrerer tRNA-Moleküle wird die Wobble-Hypothese bestätigt, die das Redundanzmuster im genetischen Code in einigen Anticodons erklärt (z.

Das Seryl-tRNA-Anticodon (UCG) 5′-GCU-3′ Basenpaare mit zwei Serincodons, 5′-AGC-3′ und 5′-AGU-3′. Im Allgemeinen tritt Watson-Crick-Paarung zwischen AGC und GCU auf. Bei der AGU- und GCU-Paarung werden jedoch Wasserstoffbrücken zwischen G und U gebildet. Eine solche abnormale Paarung, die als ‘Wobble-Paarung’ bezeichnet wird, ist in Tabelle 7.5 aufgeführt.

Es wurden drei Arten von Wobble-Paarungen vorgeschlagen:

(i) U in der Wobble-Position des tRNA-Anticodons paart sich mit A oder G des Codons,


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