พันธุกรรมของเมนเดล

การศึกษาพันธกุ รรมของเมนเดล  คํานํา  (Mendelian genetics)  สมดุ เลม่ เลก็ นีจดั ทาํ ขนึ มาเพอื เปนสว่ นหนึงของรายวชิ า  ชีววทิ ยา ว30242 ชันมธั ยมศกึ ษาปที 4 เพอื ใหไ้ ดศ้ กึ ษาหาความ รใู้ นเรอื ง “การศกึ ษาพนั ธกุ รรมของเมนเดล” และไดศ้ กึ ษาอยา่ ง เขา้ ใจเพอื เปนประโยชน์สาํ หรบั การศกึ ษา  ผจู้ ดั ทาํ หวงั วา่ สมดุ เลม่ เลก็ นีจะเปนประโยชน์ตอ่ ผทู้ กี าํ ลงั ศกึ ษาเรอื งนีอยู่ หากมขี อ้ แนะนําหรอื ผดิ พลาดประการใด ผจู้ ดั ทาํ ขอน้อมรบั และขออภยั มา ณ ทนี ี      นาย พพิ ฒั พงษ์ สงพรม ม.4/2 เลขที 9  9/1/2021     

ประวตั ขิ องเมนเดล  เมนเดลตดั สนิ ใจออกบวชเปนพระในคณะออกสั ตเิ นียนแหง่ นิกายโรมนั คาทอลกิ เพราะมนั สามารถทาํ ใหเ้ ขาไดเ้ รยี นตอ่ โดย เกรเกอร์ เมนเดล (Gregor Mendel) เปนบาทหลวงและ ไมต่ อ้ งจา่ ยเงนิ เอง พอเปนนักบวชเขาไดช้ ือวา่ “เกรเกอร”์ โยฮนั น์  นักพฤกษศาสตรช์ าวออสเตรยี ผคู้ น้ พบกฎการถา่ ยทอดลกั ษณะ เมนเดลจงึ กลายเปนเกรเกอร์ เมนเดลตงั แตต่ อนนัน เขายา้ ยไป ทางพนั ธกุ รรมอนั เปนพนื ฐานสาํ คญั ของวชิ าพนั ธศุ าสตรส์ มยั อยทู่ เี มอื ง Brünn ฝกฝนการเปนบาทหลวงทนี ัน และไดท้ าํ งาน ใหมจ่ ากการทดลองผสมพนั ธตุ์ น้ ถวั ตา่ งพนั ธทุ์ มี ลี กั ษณะบาง เปนครผู ชู้ ่วยทโี รงเรยี นมธั ยมแหง่ หนึงซึงเขาประสบความสาํ เรจ็ อยา่ งแตกตา่ งกนั จากตน้ ถวั หลายสบิ ชนิดนับพนั ครงั เปนเวลา ในการทาํ หน้าทเี ปนครอู ยา่ งมาก  นาน 8 ป แมว้ า่ ผลงานของเขาถกู ละเลยไปกวา่ 35 ป แตใ่ นเวลา ตอ่ มามนี ักวทิ ยาศาสตรห์ ลายคนทาํ การทดลองไดผ้ ลตรงกบั ที   เมนเดลเคยรายงานไว้ กฎของเมนเดลจงึ เปนทยี อมรบั และรจู้ กั ป 1850 เมนเดลเขา้ สอบเพอื รบั ใบรบั รองการเปนครู ในวงกวา้ ง ดว้ ยผลงานยงิ ใหญใ่ นการคน้ พบกฎการถา่ ยทอด ลกั ษณะทางพนั ธกุ รรม เมนเดลจงึ ไดร้ บั การยกยอ่ งเปน “บดิ า มธั ยม แตป่ รากฏวา่ เขาไมผ่ า่ นการสอบสมั ภาษณ์ เมนเดลถกู สง่ แหง่ พนั ธศุ าสตรส์ มยั ใหม”่   ไปเรยี นเพมิ ทางดา้ นวทิ ยาศาสตรท์ มี หาวทิ ยาลยั เวยี นนา เขา   ทมุ่ เทเวลาศกึ ษาวชิ าฟสกิ สภ์ ายใตก้ ารดแู ลของ Christian  Doppler นักฟสกิ สช์ ือดงั ชาวออสเตรยี และวชิ าคณิตศาสตร ์ เกรเกอร์ เมนเดล เปนชาวออสเตรยี เดมิ ชือโยฮนั น์ เมน เดล เกดิ เมอื ป 1822 ทเี มอื ง Heinzendorf ประเทศออสเตรยี ใน ครอบครวั เกษตรกรทคี อ่ นขา้ งยากจน ในวยั เดก็ เขาทาํ งานเปน คนสวนและเรยี นรกู้ ารเลยี งผงึ เมนเดลเรยี นมธั ยมแถวบา้ นเกดิ และมผี ลการเรยี นทยี อดเยยี ม ป 1840 เขาเขา้ เรยี นตอ่ ในวชิ า ปรชั ญาหลกั สตู ร 2 ปทมี หาวทิ ยาลยั Olomouc ซึงเขากท็ าํ ไดด้ ี โดยเฉพาะในวชิ าฟสกิ สแ์ ละคณิตศาสตร์ แตก่ ารเรยี นกเ็ ปนไป อยา่ งยากลาํ บากเพราะฐานะทางบา้ นไมด่ ไี มส่ ามารถสนับสนนุ เขาได้ เมนเดลจงึ ตอ้ งหาเงนิ ดว้ ยการสอนพเิ ศษ ประกอบกบั เขา เกดิ ปวยหนักจนตอ้ งหยดุ เรยี นไปปหนึงจงึ เรยี นจบหลกั สตู รในป  1843   

นอกจากนีเขายงั ไดศ้ กึ ษากายวภิ าคศาสตรแ์ ละสรรี วทิ ยาของ ป 1854 เจา้ อาวาสอนญุ าตใหเ้ มนเดลทาํ การทดลองเพอื พชื และการใช้กลอ้ งจลุ ทรรศน์  ศกึ ษาการถา่ ยทอดลกั ษณะทางพนั ธกุ รรมไปสรู่ นุ่ ลกู หลานของ   พชื ทแี ปลงทดลองภายในวดั พนื ทรี าว 12 ไร่ เขาเลอื กถวั ลนั เตาใน เมนเดลเรยี นจบกลบั มาอยทู่ วี ดั ในเมอื ง Brünn ในป 1853 และ การทดลองศกึ ษาตามวตั ถปุ ระสงคด์ งั กลา่ ว เนืองจากถวั ลนั เตา ไดท้ าํ งานเปนครโู รงเรยี นมธั ยมในเมอื ง Brünn อกี ครงั แตค่ ราว มพี นั ธท์ุ แี ตกตา่ งหลากหลาย เพาะปลกู ไดง้ า่ ยโตเรว็ ควบคมุ การ นีเขาสอนอยนู่ าน 14 ป ในป 1856 เมนเดลพยายามสอบเพอื รบั ผสมเกสรไดส้ ะดวก และการงอกใหมข่ องเมลด็ มโี อกาสสาํ เรจ็ สงู ใบรบั รองครมู ธั ยมอกี ครงั แตก่ ย็ งั ไมผ่ า่ นการสอบสมั ภาษณ์ มาก หลงั จากทาํ การทดลองในเบอื งตน้ แลว้ เมนเดลจงึ เลอื กทจี ะ เหมอื นเดมิ ซึงทาํ ใหเ้ ขาผดิ หวงั ซาสองจนประสาทเสยี ไปพกั ใหญ ่ ทาํ การศกึ ษาลกั ษณะทแี ตกตา่ งกนั อยา่ งชัดเจนของถวั ลนั เตา 7  แตอ่ ยา่ งไรกต็ ามเมนเดลยงั คงเปนครทู ปี ระสบความสาํ เรจ็ อยา่ ง ลกั ษณะไดแ้ ก่ สขี องดอก (มว่ ง – ขาว), ตาํ แหน่งของดอก (ตดิ กงิ   สงู   – ปลายยอด), สขี องเปลอื กหมุ้ เมลด็ (เหลอื ง – เขยี ว), รปู รา่ ง   ของเมลด็ (กลม – ยน่ ) , สขี องฝก (เขยี ว – เหลอื ง), รปู รา่ งของ นอกจากเปนครสู อนหนังสอื เมนเดลยงั มหี น้าทดี แู ลสวนภายใน ฝก (อวบ – แฟบ) และความสงู ของตน้ (สงู – เตยี )  วดั ดว้ ย เขามพี นื ฐานการปลกู พชื เปนอยา่ งดเี นืองจากเตบิ โตใน   ครอบครวั เกษตรกรและยงั ไดศ้ กึ ษาสรรี วทิ ยาของพชื ในระดบั สงู มาอกี ดว้ ย การทาํ งานในสวนทาํ ใหเ้ ขามโี อกาสไดส้ งั เกตลกั ษณะ เมนเดลใช้เวลาระหวา่ งป 1856 – 1863 รวมทงั หมด 8 ป ตา่ งๆของพชื โดยเฉพาะอยา่ งยงิ เรอื งการถา่ ยทอดลกั ษณะทาง ทาํ การทดลองผสมพนั ธถุ์ วั ลนั เตานับพนั ครงั ศกึ ษาตดิ ตามการ พนั ธกุ รรมซึงเขาสนใจเปนพเิ ศษ  ถา่ ยทอดลกั ษณะทางพนั ธกุ รรมจากรนุ่ สรู่ นุ่ เขาทาํ การศกึ ษา การถา่ ยทอดพนั ธกุ รรมทลี ะลกั ษณะกอ่ นจนเขา้ ใจดแี ลว้ จงึ ทาํ การศกึ ษาการถา่ ยทอดหลายลกั ษณะพรอ้ มๆกนั เรมิ จากคดั เลอื กพอ่ แมพ่ นั ธแุ์ ท้ (pure-breeding) ทมี ลี กั ษณะแตกตา่ งกนั มาทาํ การผสมเกสรขา้ มพนั ธุ์ รนุ่ ลกู ของพอ่ แมพ่ นั ธแุ์ ทเ้ รยี กวา่ ลกู ผสมช่วงที 1 หรอื F1 (first filial generation) จากนันทาํ การ ผสมพนั ธุ์ F1 ดว้ ยกนั รนุ่ หลานหรอื ลกู ของ F1 เรยี กวา่ F2  (second filial generation)   

เมนเดลพบวา่ รนุ่ F1 จะมลี กั ษณะเหมอื นกบั พอ่ หรอื แมเ่ พยี ง เมนเดลประสบผลสาํ เรจ็ ในการทดลอง จนตงั เปนกฎเกยี วกบั ลกั ษณะเดยี วทงั หมด เช่น พอ่ แมเ่ ปนดอกสมี ว่ งกบั ดอกสขี าว  การถา่ ยทอดลกั ษณะทางพนั ธกุ รรมจากพอ่ แมม่ ายงั ลกู หลานใน รนุ่ F1 จะมดี อกสมี ว่ งทงั หมด สว่ นรนุ่ F2 เขาพบวา่ อตั ราสว่ น ช่วงตอ่ ๆมาไดเ้ นืองจากสาเหตสุ าํ คญั สองประการ คอื   ของจาํ นวนตน้ ทมี ดี อกสมี ว่ งตอ่ จาํ นวนตน้ ทมี ดี อกสขี าว เทา่ กบั 3 ตอ่ 1 กรณีนีดอกสมี ว่ งเรยี กวา่ ลกั ษณะเดน่   1.เมนเดลรจู้ กั เลอื กชนิดของพชื มาทาํ การทดลอง พชื ทเี มน (Dominant trait) สว่ นดอกสขี าวเรยี กวา่ ลกั ษณะดอ้ ย  เดลใช้ในการทดลองคอื ถวั ลนั เตา (Pisum sativum) ซึงมขี อ้ ดใี น (Recessive trait)​ เมนเดลทาํ การผสมพนั ธถ์ุ วั ลนั เตาตา่ ง การศกึ ษาดา้ นพนั ธศุ าสตรห์ ลายประการ เช่น  ลกั ษณะหลากหลายรปู แบบและปลกู ตน้ ถวั ไปทงั หมดราว  1.1 เปนพชื ทผี สมตวั เอง (self- fertilized)   28,000 ตน้ ไดข้ อ้ สรปุ การถา่ ยทอดลกั ษณะทางพนั ธกุ รรมทตี อ่ 1.2 เปนพชื ทปี ลกู งา่ ย ไมต่ อ้ งทาํ นบุ าํ รงุ รกั ษามากนัก ใช้เวลา มากลายเปนพนื ฐานสาํ คญั ของวชิ าพนั ธศุ าสตรส์ มยั ใหมท่ เี รยี ก ปลกู   กนั วา่ กฎของเมนเดล (Mendel’s Laws)  1.3 เปนพชื ที มลี กั ษณะทางพนั ธกุ รรม ทแี ตกตา่ งกนั ชัดเจน หลายลกั ษณะ เมนเดลไดน้ ํามาใช้ 7 ลกั ษณะดว้ ยกนั         

2.เมนเดลรจู้ กั วางแผนการทดลอง  กฎของเมนเดล  2.1 เลอื กศกึ ษาการถา่ ยทอดลกั ษณะของถวั ลนั เตาแตล่ ะลกั ษณะ กอ่ น เมอื เขา้ ใจหลกั การถา่ ยทอดลกั ษณะนัน ๆ แลว้ เขาจงึ ได้ กฎขอ้ ที 1 ของเมนเดล คอื กฏแหง่ การแยกตวั (Law of  ศกึ ษาการถา่ ยทอดสองลกั ษณะไปพรอ้ ม ๆ กนั   segregation)​ ซึงกลา่ ววา่ ลกั ษณะของสงิ มชี ีวติ นันถกู ควบคมุ 2.2 ในการผสมพนั ธจุ์ ะใช้พอ่ แม่ พนั ธแ์ุ ท้ (pure line) ในลกั ษณะ โดย gene และ gene จะปรากฎเปนคๆู่ เสมอ ในการสรา้ งเซลล์ ทตี รงกนั ขา้ มกนั มาทาํ การผสมขา้ มพนั ธเุ์ พอื สรา้ งลกู ผสมโดยใช้ สบื พนั ธ(ุ์ gamete) gene ทอี ยเู่ ปนคๆู่ จะแยกออกจากกนั แลว้ มอื ช่วย (hand pollination )  เขา้ สเู่ ซลลส์ บื พนั ธุ์ เซลลล์ ะ 1 gene คอื จะเกดิ การแบง่ เซลลแ์ บบ  2.3 ลกู ผสมจากขอ้ 2.2 เรยี กวา่ ลกู ผสมช่วงที 1 หรอื F1( first  meiosis ทาํ ใหจ้ าํ นวน chromosome ลดลงครงึ หนึง เมอื มกี าร filial generation) นําลกู ผสมทไี ดม้ าปลกู ดลู กั ษณะทเี กดิ ขนึ วา่ ผสมระหวา่ งเซลล์ สบื พนั ธุ์ เช่น อสจุ กิ บั ไข่ gene กจ็ ะกลบั มา เปนอยา่ งไร บนั ทกึ ลกั ษณะและจาํ นวนทพี บ2.4 ปลอ่ ยใหล้ กู ผสม เปนคอู่ กี เช่นเดมิ   ช่วงที 1 ผสมกนั เอง ลกู ทไี ดเ้ รยี กวา่ ลกู ผสมช่วงที 2 หรอื F2     (second filial generation) นําลกู ช่วงที 2 มาปลกู ดลู กั ษณะ ตา่ ง ๆ ทเี กดิ ขนึ วา่ เปนอยา่ งไร บนั ทกึ ลกั ษณะและจาํ นวนทพี บ           

กฎขอ้ ที 2 ของเมนเดล คอื กฎแหง่ การรวมกลมุ่ อยา่ งอสิ ระ  ดงั นันเราสามารถใช้สตู รหาชนิดเซลลส์ บื พนั ธ์ุ คอื 2n ( n =  (Mendel’s Law of Independent Assortment) ย​ นี ทอี ยู่ จาํ นวนคขู่ อง heterozygous gene ) ตวั อยา่ ง สงิ มชี ีวติ ชนิด เปนคกู่ นั เมอื แยกออกจากกนั แลว้ แตล่ ะยนี จะไปกบั ยนี อนื ใดกไ็ ด้ หนึงมจี โี นไทป AaBbCc จะสรา้ งเซลลส์ บื พนั ธทุ์ มี ยี นี ตา่ งกนั ไดก้ ี อยา่ งอสิ ระ นันคอื เซลลส์ บื พนั ธจุ์ ะมกี ารรวมกลมุ่ ของหน่วย แบบ วธิ ที ี 1 ใช้สตู ร ชนิดเซลลส์ บื พนั ธุ์ = 2n = 2³= 8 ชนิด วธิ ที  ี พนั ธกุ รรมของลกั ษณะตา่ งๆ โดยการรวมกลมุ่ ทเี ปนไปอยา่ ง 2 ใช้กฎแหง่ การรวมกลมุ่ โดยอสิ ระ  อสิ ระ จงึ ทาํ ใหส้ ามารถทาํ นายผลทเี กดิ ขนึ ในรนุ่ ลกู รนุ่ หลานได ้ กฎขอ้ นี เมนเดลไดศ้ กึ ษาการถา่ ยทอดลกั ษณะโดยพจิ ารณาจาก ยนี 2 คู่ ( Dihybrid cross )