Rolnicy i hodowcy wiedzieli od zarania dziejów, że chcąc uzyskać pożądane wyniki w uprawie i hodowli, muszą krzyżować rośliny i zwierzęta o określonych cechach. Jednak podejmowane próby przynosiły rezultaty nie zawsze zgodne z oczekiwaniami. Niewyjaśniona pozostawała występująca prawidłowość – pożądane cechy były często nieobecne w pierwszym pokoleniu, a pojawiały się dopiero w następnym.

Rozwiązania szarady podjął się Gregor Mendel, który między rokiem 1856 a 1865 przeprowadził badania nad przekazywaniem zauważalnych, jasno określonych, wykluczających się wzajemnie cech. Zdecydował, że roślina, nad którą będzie pracował musi należeć do samozapylających się, aby wyeliminować wpływ owadów na proces zapylenia. Wybór obiektu do badań był od samego początku przesądzony – rośliny strączkowe – ze względu na specyficzną budowę kwiatu oraz liczne, stałe, łatwo i niezawodnie rozróżnialne cechy, a także płodne potomstwo mieszańców. Dwuletnie próby testowe przeprowadzone na kilkudziesięciu członkach rodziny bobowatych (Fabaceae) doprowadziły do wniosku, że rodzaj groch (Pisum) spełnia wymagania, a gatunek groch zwyczajny (Pisum sativum) jest doskonałym obiektem.

Groch zwyczajny (Pisum sativum), znany również jako groch ogrodowy lub polny, należy do rodziny bobowatych (Fabaceae), dawniej strączkowców (Leguminosae). Jest to łatwa w uprawie samopylna roślina jednoroczna spotykana w wielu częściach świata, bowiem sadzenie może odbywać się od zimy do wczesnego lata, w zależności od lokalizacji. Roślina kwitnie na przepuszczalnej, piaszczystej glebie, o dobrej wilgotności, a krótkie, zielone strąki pojawiają się późną zimą lub wczesną wiosną.

Strąk jest charakterystycznym dla rodziny bobowatych typem owocu, który ma od 4 do 15 cm długości i od 1,5 do 2,5 cm szerokości, jest prosty lub lekko zakrzywiony, wypełniony pojedynczym rzędem od 2 do 10 nasion.

R1bMJlnjrtLGa

Grafika przedstawia strąk grochu zwyczajnego. Wewnątrz podłużnej, zielonej łupiny znajduje się kilka kulistych, zielonych ziaren.

Groch rośnie szybko, a jego odmiany są niskie (poniżej 0,75 m) lub wysokie. Odmiany wysokie owijają się wokół każdego dostępnego podparcia i mogą piąć się na wysokość od 1 do 2 m.

Charakterystyczny kwiat ma wyróżniającą budowę: 5 zrośniętych działek kielicha, 5 płatków, jeden słupek oraz 10 pręcików (9 zrośniętych w rurce pręcika i 1 pręcik jest wolny). Taka budowa kwiatu zapobiega zapłodnieniu przez obce ziarno pyłku i tym samym pozwala na kontrolowane zapłodnienie krzyżowe.

Płatki korony są białe, czerwone lub fioletowe.

Wymienione cechy grochu: łatwość uprawy, obfitość plonu, a przede wszystkim samopylność i cechy wyraźnie sobie przeciwstawne były rozstrzygającymi argumentami przemawiającymi za wyborem grochu zwyczajnego do eksperymentów.

Mendel pracował nad różnymi cechami grochu. W eksperymentach używał roślin zwanych czystymi liniamilinia czystaczystymi liniami.

Aby mieć pewność czystości linii Mendel obserwował rośliny przez sześć pokoleń, przez okres około dwóch lat. W ten sposób uzyskał siedem par czystych linii dla siedmiu cech.

REYwuhK1IzYCX

Grafika przedstawia zestawienie cech grochu zwyczajnego. Przedstawione są kwiaty grochu, jego nasiona, strąki oraz całe rośliny. Są to kolejno: 1. Barwa kwiatu: kwiat grochu wybarwiony na fioletowo, kwiat grochu wybarwiony na czerwono lub kwiat wybarwiony na biało. 2. Barwa nasiona. Kuliste nasiono grochu żółte lub zielone. 3. Kształt nasiona. Nasiono grochu kuliste lub kuliste pomarszczone. 4. Barwa strąka: strąk wydłużony zielony lub żółty. 5. Kształt strąka. Strąk pękaty zielony lub zielony z przewężeniami. 6. Wysokość rośliny. Roślina wysoka z zielonymi strąkami i fioletowymi kwiatami lub roślina karłowata z zielonymi, niewielkimi strąkami i niewielkimi fioletowymi kwiatami. 7. Położenie kwiatu. Roślina wysoka z zielonymi strąkami i szczytowymi, fioletowymi kwiatami lub roślina karłowata z zielonymi, niewielkimi strąkami i niewielkimi fioletowymi kwiatami położonymi bocznie.

Mając pewność czystości linii Mendel przeprowadził niezliczoną ilość krzyżowań pomiędzy odmianami grochu różniącymi się jedną cechą.

Jednym z elementów eksperymentu było zapylenie krzyżowe rośliny o kwiatach fioletowych pyłkiem z rośliny o kwiatach białych. Wyniki były takie same bez względu na to, czy pyłek pochodził z rośliny o kwiatach fioletowych, czy z rośliny o kwiatach białych.

Wszystkie rośliny, które powstały w wyniku skrzyżowania czystych linii o kwiatach fioletowych i kwiatach białych, miały fioletowe kwiaty. Otrzymane w ten sposób mieszańce określa się jako FIndeks dolny 1₁FIndeks dolny 1₁FIndeks dolny 1₁ – pierwsze pokolenie potomne.

Fioletowy kolor kwiatów Mendel nazwał cechą panującą (dominującą)cecha dominującacechą panującą (dominującą), a biały kolor kwiatów cechą ustępującą (recesywną)cecha recesywnacechą ustępującą (recesywną).

Po skrzyżowaniu mieszańców z pokolenia pierwszego powstało kolejne pokolenie FIndeks dolny 2₂FIndeks dolny 2₂FIndeks dolny 2₂ –drugie pokolenie potomne, w którym pojawiły się rośliny o kwiatach białych i fioletowych. Kwiatów fioletowych było trzy razy więcej, stosunek ilościowy wynosił 3:1.

R1cB1Pg2hIuU0

Grafika przedstawia dziedziczenie cech z dominacją. Pierwszym krokiem jest krzyżowanie czystych linii roślin grochu zwyczajnego (Pisum sativum). Pokolenie rodzicielskie P składa się z kwiatu fioletowego oraz kwiatu białego. Dochodzi do hybrydyzacji roślin z czystych linii. Pokolenie potomne F indeks dolny 1 składa się wyłącznie z roślin hybrydowych o kwiatach fioletowych. W wyniku samozapłodnienia roślin hybrydowych powstaje pokolenie potomne F indeks dolny 2, składające się z trzech kwiatów fioletowych oraz pojedynczego kwiatu o białej barwie.

Otrzymane wyniki pozwoliły na stwierdzenie, że dziedziczenie cech zależy od specyficznych czynników, nazywanych dzisiaj genami, a uwarunkowane genami cechy podlegają ściśle określonym normom dziedziczenia.

RD7cH7DtZFdON

Grafika przedstawia związek między genotypem a fenotypem w dziedziczeniu jednogenowym z dominacją. W tabeli w pierwszej kolumnie za pomocą litery z indeksem oznaczono poszczególne pokolenia. W kolumnie drugiej zaprezentowano fenotyp, natomiast w kolumnie trzeciej określono genotyp roślin. Pokolenie P składa się z dwóch kwiatów o różnych fenotypach. Jeden z nich jest fioletowy, natomiast drugi jest biały. Genotyp kwiatu fioletowego to podwójne duże A, natomiast kwiatu białego to podwójne małe a. Dochodzi do zapłodnienia krzyżowego, w wyniku, którego powstaje pokolenie F indeks dolny 1. Fenotyp wszystkich roślin potomnych to fioletowy kwiat, natomiast ich genotyp to duże A małe a. Dochodzi do samozapłodnienia pokolenia F indeks dolny 1, w wyniku, którego powstaje pokolenie F indeks dolny 2. Fenotyp roślin potomnych będzie się składał z 75% kwiatów fioletowych oraz 25% kwiatów białych. Rozkład genotypów będzie natomiast wynosił 25% dla genotypów podwójne duże A i podwójne małe a oraz 50% dla genotypu duże A małe a.

Na podstawie doświadczeń i obserwacji dotyczących jednolitości pokolenia FIndeks dolny 1₁ i rozszczepienia cech w następnym pokoleniu FIndeks dolny 2₂ Mendel sformułował prawo rozwoju w następujący sposób: pary czynników determinujących poszczególne cechy rozchodzą się przy powstawaniu komórek płciowych u obojga rodziców.

Na tym opiera się zasada segregacji, nazywana prawem segregacji, a współcześnie także prawem czystości gamet.

I prawo Mendla – prawo czystości gamet brzmi:

allele genów wykluczają się wzajemnie w gametach.

Uzupełniający wniosek Mendla dotyczy niezależnego przekazywania cech, znanego dzisiaj jako II prawo Mendla - prawo niezależnej segregacji cech.

Gregor Mendel jest współcześnie znany jako ojciec genetyki - nauki o dziedziczności i zmienności organizmów. To zaszczytne miano uzyskał ze względu na przełomowe prace nad dziedziczeniem cech i chociaż pracował nad roślinami grochu zwyczajnego, zasady dziedziczenia, które opracował, odnoszą się nie tylko do cech roślin, ale również zwierząt i człowieka.

Prawo czystości gamet należy do kluczowych praw biologii i jako jedna z kilku sformułowanych przez Mendla zasad stanowi fundament genetyki.

Rdzeniem genetyki klasycznej jest dziedziczenie mendlowskie - rodzaj dziedziczenia biologicznego zgodnego z zasadami zaproponowanymi przez Gregora Mendla w 1865 roku i z chromosomową teorią dziedziczenia Thomasa Hunta Morgana z 1915 roku.

Innowacyjne podejście Mendla, wyrażone w oparciu o eksperymenty na czystych liniach oraz skrupulatne notowanie wyników i precyzyjną analizę statystyczną, po latach niezrozumienia i nieobecności w nauce zyskało wielkie uznanie.

Jest ważny powód, dla którego pierwsze prawo jest szczególnie godne uwagi – Mendel dokonał swoich obserwacji i wniosków nie wiedząc o związkach między genami, chromosomami i DNA. 

Słownik