หนังสือวิทยาศาสตร์เสริมความรู้ส�ำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย
มหัศจรรย์
พันธุศาสตร์
ตอน การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม วิษณี ว่องกิตติพงษ์ เรียบเรียงและภาพประกอบ
A equal success, then the formular “ If A=X+Y+Z
X is work Y is play Z is keep your mouth shut Albert Einstein
”
ำเร็จเเล้ว “ ถ้สูตา รA A= =ความส� X+Y+Z
X คือ งาน Y คือ เล่น และ Z คือ การปิดปาก อัลเบิร์ต ไอน์สไตล์
”
ค�ำน�ำ หนังสือเสริมความรู้เรื่อง “มหัศจรรย์พันธุศาสตร์ ตอน การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม” เล่มนี้ ออกแบบเเละจัดท�ำขึ้นเพื่อให้ผู้อ่านได้เรียนรู้เเละท�ำความเข้าใจเกี่ยวกับพันธุศาสตร์ ในส่วนของการถ่ายทอดลักษณะ ทางพันธุกรรมเพิ่มเติมจากบทเรียนด้วยเนื้อหาที่เข้าใจง่ายเเละภาพประกอบที่สวยงาม นอกจากนี้ยังมีโจทย์สนุกๆ ส�ำหรับฝึกทักษะและทดสอบความเข้าใจอีกด้วย หนังสือเสริมความรู้เล่มนี้จึงเหมาะส�ำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษา ตอนปลายที่สนใจเรื่องของพันธุศาสตร์ หรือส�ำหรับอ่านเตรียมสอบก็ได้ เรามาหาค�ำตอบของความเหมือนเเละ ความต่างในมหัศจรรย์พันธุศาสตร์ ตอน การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมไปพร้อมๆ กันค่ะ
วิษณี ว่องกิตติพงษ์
พันธุศาสตร์ คืออะไร? บิดาแห่งพันธุศาสตร์
6 8
การทดลองของเมนเดล
10
กฎของเมนเดล กฎความน่าจะเป็นในพันธุศาสตร์
12 14 16
ศัพท์ที่เกี่ยวข้องกับพันธุศาสตร์ โจทย์ฝึกสมองสนุกสนาน 1 ลักษณะทางพันธุกรรมแบบต่างๆ โจทย์ฝึกสมองสนุกสนาน 2 การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมบนโครโมโซมเพศ เรื่องน่ารู้
18 20 24 25 26
สารบัญ โจทย์ฝึกสมองสนุกสนาน 3
27
พันธุกรรมจ�ำกัดเพศ ลักษณะพันธุกรรมบนโครโมโซมเดียวกัน
29 31 33 34
พันธุกรรมนอกนิวเคลียส โจทย์ฝึกสมองสนุกสนาน 4 พันธุประวัติ โจทย์ฝึกสมองสนุกสนานส่งท้าย เฉลยโจทย์ฝึกสมองสนุกสนาน บรรณานุกรม เกี่ยวกับผู้จัดท�ำ
35 38 40 46 46
พันธุศาสตร์ (Genetics) 6
คืออะไร ?
“
พันธุศาสตร์ หรือ Genetics คือ สาขาวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะ ทางพันธุกรรมจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่งต่อๆ ไป
” 7
บิดาแห่งพันธุศาสตร์ ก่อนที่จะไปเรียนรู้เรื่องพันธุศาสตร์ เรามารู้จักประวัติของเมนเดล ที่ได้ชื่อว่าเป็นบิดาแห่งพันธุศาสตร์ กันก่อนดีกว่า ว่าเขาเป็นใคร มาจากไหน เกรเกอร์ เมนเดล เป็นลูกชาวสวนในออสเตรีย จึงท�ำให้มีความรู้ในการปรับปรุงพันธุ์พืชตั้งแต่เด็กๆ
ต่อมาวัยหนุ่มได้เป็นนักบวช แต่ด้วยความรักธรรมชาติ และชอบศึกษา เมนเดลจึงดัดแปลงพื้นที่ในโบสถ์เป็นแปลงทดลอง ทางพฤกษศาสตร์
8
หลังจากนั้น เมนเดลเริ่มค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ ด้วยการผสมพันธุ์พืช และสังเกตเห็นลักษณะบางอย่างของ ถั่วลันเตา เช่น ในถั่วลันเตาต้นสูงและต้นเตี้ย จะมีต้นสูงเกิดขึ้น ในทุกๆ รุ่นเสมอๆ
แต่เมนเดลก็ยังหาข้อสรุปไม่ได้ จึงปรับปรุงการ ทดลอง โดยคัดเลือกพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ที่แน่ใจว่าเป็นพันธุ์แท้ เท่านั้น และยังควบคุมการทดลองอีกด้วย ซึ่งท�ำให้เมนเดล ค้นพบกฎเกณฑ์ที่ส�ำคัญอย่างยิ่งทางพันธุศาสตร์
ซึ่งผลการทดลองของเมนเดลถือว่าเป็นรากฐานในการศึกษาเกี่ยวกับพันธุกรรม จึงได้รับการยกย่องให้ เป็น “บิิดาแห่งพันธุศาสตร์”
9
การทดลอง ของเมนเดล เมนเดลศึกษาการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของถั่วลันเตาจน ประสบความส�ำเร็จ โดยเหตุผลที่เขาเลือกถั่วลันเตา เพราะ... 1. ถั่วลันเตาอายุสั้น ปลูกง่าย ให้ผลดก
2. ถั่วลันเตามีลักษณะที่แตกต่างกันอย่าง ชัดเจน หาพันธุ์แท้ได้ง่าย
3. ดอกของถั่วลันเตาเป็นดอกสมบูรณ์เพศ ง่ายต่อการ ควบคุม
10
โดยเมนเดลได้ศึกษาลักษณะ ของถั่วลันเตา 7 ประการ ดังนี้
1. ความสูงของล�ำต้น สูง
เตี้ย
อวบ
แฟบ
เหลือง
เขียว
กลม
ขรุขระ
เหลือง
เขียว
ม่วง
ขาว
ออกดอกที่กิ่ง
ออกดอกที่ยอด
2. ขนาดของฝัก
3. สีของฝัก
หลั ง จากนั้ น จึ ง เริ่ ม ทดลอง โดยศึ ก ษา ลักษณะใดลักษณะหนึ่ง เรียกว่า “การพิจารณา ลักษณะเดียว (Momohybrid cross)” ซึ่งท�ำการ ทดลองทั้ง 7 ลักษณะ แล้วรอดูผลผลิตของถั่ว ลันเตา จนได้ผลการทดลองที่ตั้งเป็น “กฎของ เมนเดล (Mendel’s law)”
4. เมล็ด
5. สีเปลือกหุ้มเมล็ด
6. สีดอก
ตามรอยเมนเดล พวกเราลองปลูกต้นถั่วลันเตา และดู การถ่ า ยทอดลั ก ษณะทางพั น ธุ ก รรมของถั่ ว ลันเตาบ้างสิ ว่าได้ผลเป็นอย่างไร ?
7. ต�ำแหน่งของดอก
11
กฎของเมนเดล ผลการทดลองของเมนเดลได้รับการยอมรับและตั้งเป็น “กฎของเมนเดล (Mendel’s law)” 2 ข้อ ดังนี้
1. กฎแห่งการแยก (Law of Segregation) กฎข้อที่หนึ่งของเมนเดล โดยยีนที่ควบคุมลักษณะทาง
พันธุกรรมแต่ละคู่ จะแยกออกจากกันระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์
กฎข้อที่ 1
12
2. กฎการรวมกลุ่มกันอย่างอิสระ (Law of Independent Assortment) กฎข้อที่สองของ เมนเดล เกิดจากการที่เมนเดลศึกษาลักษณะของถั่วลันเตา 2 ลักษณะ พร้อมๆกัน เรียกว่า “การพิจารณาสอง ลักษณะ (Dihybrid cross)” ซึ่งพบว่า ยีนที่แยกออกจากกันแล้วจะจับคู่กันอย่างอิสระ
กฎข้อที่ 2
เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นนี้เป็นไปอย่างสุ่มและอิสระ การค�ำนวณที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ทางพันธุกรรมจึงต้อง ใช้กฏความน่าจะเป็นด้วย 13
กฎความน่าจะเป็น ในพั น ธุ ศ าสตร์
1. กฎการบวก (Addition law) ใช้ในเหตุการณ์ 2 เหตุการณ์ ที่เกิดในยูนิเวิร์สเดียวกัน เช่น
โอกาสได้ลูกชายผิวเผือก = 0.3 โอกาสได้ลูกสาวผิวเผือก = 0.2 เพราะฉะนั้นโอกาสที่จะได้ลูกผิวเผือก = 0.3 + 0.2 = 0.5
0.3
0.2
0.5 14
2. กฎการคูณ (Multiplication law) ใช้ในเหตุการณ์ที่เป็นอิสระ เกิดขึ้นต่อเนื่องหรือพร้อมกัน เช่น โอกาสที่มีลูกผิวเผือก = 1 3 โอกาสที่มีลูกเป็นหญิงหรือชาย = 1 2 เพราะฉะนั้นโอกาสที่จะได้ลูกชายผิวเผือก 1 1 = 3 x 2
=
1 6
เรื่องน่ารู้ การค�ำนวณเมื่อรุ่นพ่อแม่มีจีโนไทป์เหมือน กัน โดยที่ยีนเป็น Heterozygous จ�ำนวน n คู่ และมี การถ่ายทอดลักษณะตามแบบเมนเดล จะได้สูตรดังนี้ - พ่อแม่สร้างเซลล์สืบพันธุ์ได้ 2n แบบ - ให้ลูกมีจีโนไทป์ต่างกัน 3n แบบ - และลูกมีฟีโนไทป์ต่างกัน 2n แบบ 15
ศัพท์ที่เกี่ยวข้อง กั บ พั น ธุ ศ าสตร์ ยีน (Gene) คือ หน่วยทางพันธุกรรมที่ควบคุมลักษณะต่างๆ จากรุ่นหนึ่งไป อีกรุ่นหนึ่ง เช่น ยีน T ควบคุมลักษณะล�ำต้นสูง ยีน t ควบคุมลักษณะล�ำต้นเตี้ย
ยีนเด่น (Dominant gene) คือ ยีนที่ควบคุมลักษณะเด่น โดยจะ
ข่มลักษณะที่ด้อย ซึ่งเมื่อปรากฏเพียงยีนเดียวก็สามารถแสดงลักษณะเหมือน กับมียีนนั้น 2 ยีน เช่น ยีน T ควบคุมลักษณะล�ำต้นสูง ต้นถั่วที่มียีน Tt ก็ แสดงลักษณะต้นสูงเหมือนกับต้นที่มียีนเป็น TT
ยีนด้อย (Recessive gene) คือ ยีนที่ควบคุม
ลักษณะด้อย ซึ่งจะแสดงลักษณะออกมาก็ต่อเมื่อมียีนนั้น 2 ยีน เช่น ยีน t ควบคุมลักษณะล�ำต้นเตี้ย เมื่อต้นถั่วมียีน t คู่กับ T ก็ จะไม่แสดงลักษณะต้นเตี้ย โดยต้องปรากฎเป็นยีน tt จึงจะแสดง ลักษณะล�ำต้นเตี้ยออกมา
16
จีโนไทป์ (Genotype) คือ ลักษณะของยีนในเเต่ละสิ่งมีชีวิต นั่นก็คือ ยีนที่เขียนไว้คู่กัน แบ่งออกเป็น 3 ลักษณะ ได้แก่ 1. Homozygous dominance พันธุ์แท้เด่น เช่น ยีน AA BB 2. Homozygous recessive พันธุ์แท้ด้อย เช่น ยีน aa bb 3. Heterozygous พันธุ์ทาง เช่น ยีน Aa Bb ฟีโนไทป์ (Phenotype) คือ ลักษณะที่แสดงออกมา เช่น ลักษณะความสูง มีฟีโนไทป์ 2 แบบ คือ สูง และ เตี้ย โดยมีจีโนไทป์ของลักษณะล�ำต้นสูงได้ 2 แบบ คือ TT และ Tt และมีจีโนไทป์ของลักษณะล�ำต้นเตี้ยได้ 1 แบบ คือ tt อัลลีน (Allele) คือ หน่วยของยีน โดยอัลลีนจะอยู่เป็นคู่ๆ บนต�ำแหน่งของยีน (Locus) ที่ตรงกันของ Homologous chromosome
ขยายความ “Homologous chromosome” A B
A b
A b
A B
Locus Centromere
c
c
B1
c
c
B2
โครโมโซม B1 และ โครโมโซม B2 เป็น Homologous ต่อกัน นั่นคือ ทั้งสองโครโมโซมมีแท่งหนึ่ง มาจากพ่อ และอีกแท่งหนึ่งมาจากแม่ ซึ่งทั้งสองโครโมโซมต้องมี 1. รูปร่างเหมือนกัน 2. ต�ำแหน่ง centromere ตรงกัน 3. ต�ำแหน่งยีน (Locus) ตรงกัน นั่นคือ ยีน A B และ c โดยอัลลีนบน 2 โครโมโซมไม่จ�ำเป็นต้องเหมือนกัน เช่น ยีน Bb เป็น Heterozygous ส่วนยีน AA และยีน cc เป็น Homozygous dominance และ Homozygous recessive ตามล�ำดับ เพราะฉะนั้นสิ่งมี ชีวิตชนิดนี้มีจีโนไทป์เป็น AABbcc 17
โจทย์ฝึกสมอง สนุกสนาน 1 ถาม 1 : การผสมพันธุ์โดยพิจารณาลักษณะเดียว จากพ่อ Bb และ แม่ Bb จะได้ลูกมีจีโนไทป์ และฟีโนไทป์เป็นอย่างไร?
P: พ่อ ตอบ 1
18
; F1 = ?
x แม่
ถาม 2 : การผสมกันระหว่างพ่อ AaBB และ แม่ Aabb จงหา... 2.1 โอกาสที่ลูกมีจีโนไทป์เป็น AaBb 2.2 โอกาสที่ลูกมีฟีโนไทป์เด่นทั้ง 2 ลักษณะ
P:
=?
x พ่อ
แม่
ตอบ 2
19
ลักษณะทาง พั น ธุ ก รรม แบบต่ า งๆ 1. ลักษณะเด่น (Dominant) คือ ลักษณะที่เเสดงออกของยีนเด่น ซึ่งเป็นลักษณะที่มีโอกาสเกิดขึ้น ในรุ่นต่อๆ ไปได้เสมอๆ เช่น ความสูงของต้นถั่วลันเตา
ลักษณะเด่น
ลักษณะด้อย
2. ลักษณะด้อย (Recessive) คือ ลักษณะที่เเสดงออกของยีนด้อย ซึ่งเป็นลักษณะที่มีโอกาสเกิด ในรุ่นต่อไปได้น้อยกว่าลักษณะเด่น เช่น ลักษณะต้นเตี้ยของถั่วลันเตา
20
น อ ก จ า ก นี้ ยั ง มี ก า ร ถ ่ า ย ท อ ด พันธุกรรมที่เกิดจาก การข่มกันของยีน โดยแบ่งเป็น 3 แบบ ดังนี้
1. ข่ ม สมบู ร ณ์ (Complete dominant)
2. ข่มไม่สมบูรณ์ (Incomplete dominant)
คือ การที่สิ่งมีชีวิตที่เป็น Heterozygous (พันธุ์ทาง) แสดง ลักษณะเด่นออกมา เช่น ต้นถั่วที่มีลักษณะสูงแต่มีจีโนไทป์เป็น Tt
คือ การทีส่ งิ่ มีชวี ติ ทีเ่ ป็น Heterozygous (พันธุท์ าง) แสดงลักษณะ กลางระหว่างอัลลีน เช่น สีของดอกแก้วมังกร โดย R = สีแดง R’= สีขาว พันธุ์ทางมีจีโนไทป์เป็น RR’ แต่แสดงลักษณะสีของ ดอกเป็นสีชมพู 21
3. ข่มร่วมกัน (Co-dominant) คือ การที่สิ่งมีชีวิตที่เป็น Heterozygous
(พั น ธุ ์ ท าง) แสดงลั ก ษณะอั ล ลี น พร้ อ มกั น โดยแสดงลั ก ษณะเด่ น 100% ลั ก ษณะด้ อ ย 100% เช่ น A1A2A3 = ดอกสี แ ดง a1a2a3 = ดอกสี ข าว พันธุ์ทาง A1a1A2a2A3a3 แสดงลักษณะดอกสีชมพู และต้นที่มีจีโนไทป์ A1A2A3 มาก เท่าไหร่ก็จะมีสีแดงเข้มมากขึ้นเท่านั้น
a1a1a2a2a3a3
A1A1A2A2A3A3
22
เรื่องน่ารู้
Polygene คือ การที่ลักษณะหนึ่งลักษณะถูกควบคุมโดย ยีนหลายยีน เช่น ลักษณะสีของข้าวสาลี ซึ่งจีโนไทป์แสดงออกตาม จ�ำนวนอัลลีนที่เด่น นอกจากลักษณะสีแล้วยังมีลักษณะอื่นๆอีก เช่น ขนาดของผลไม้
เรื่องน่ารู้ Mutiple alleles คือ ยีนที่มีอัลลีนให้เลือกมากกว่า 2 อัลลีน เช่น ระบบหมู่เลือด ABO มีอัลลีน 3 อัลลีน คือ IA IB และ i ซึ่งต้องเลือก 2 อัลลีน โดยมีการข่มตามล�ำดับ ดังนี้ IA = IB > i ได้เป็นหมู่เลือด คือ
กรุ๊ป A มีอัลลีนคือ IAIA และ IAi
กรุ๊ป B มีอัลลีนคือ IBIB และ IBi
กรุ๊ป AB มีอัลลีนคือ IAIB
กรุ๊ป O มีอัลลีนคือ ii 23
โจทย์ฝึกสมอง สนุกสนาน 2 ถาม : ให้ A1A2A3 ควบคุมลักษณะสีแดง a1a2a3 ควบคุมลักษณะสีขาว เมล็ดข้าวสาลีที่มีจีโนไทป์ A1a1A2a2A3a3 กับเมล็ดข้าวสาลีที่มีจีโนไทป์ A1A1A2a2A3A3 ชนิดใด มีสีแดงเข้มมากกว่ากัน?
ตอบ
24
การถ่ า ยทอดลั ก ษณะ ท า ง พั น ธุ ก ร ร ม บนโครโมโซมเพศ คือ การถ่ายทอดที่เกี่ยวเนื่องกับเพศ แบ่งเป็นแบบ ต่างๆดังนี้
1. ยีนด้อยบนโครโมโซม X คือ ลักษณะที่เพศชายมีโอกาสได้รับมากกว่า
เพศหญิง เพราะเพศชายมีโครโมโซม X เพียงแท่งเดียว เช่น ตาบอดสี ฮีโมฟิเลีย G6PD สีตาของแมลงหวี่ แมลงหวี่ตัวผู้มีตาสีแดง
2. ยีนเด่นบนโครโมโซม X คือ ลักษณะที่เพศหญิงมีโอกาสเป็นได้มากกว่าเพศชาย เพราะทั้งพันธุ์แท้และพันธุ์
ทางก็แสดงอาการ ดังนี้ เพศหญิงมีจีโนไทป์ได้ 3 แบบ : XAXA (ปกติ) XAXa (มีอาการ) เพศชายมีจีโนไทป์ได้ 2 แบบ : XAY (ปกติ) XaY (มีอาการ)
XaXa (มีอาการ)
3. ยีนบนโครโมโซม Y คือ การถ่ายทอดระหว่างเพศชายในครอบครัวเดียวกัน
เท่านั้น เช่น ลักษณะใบหูที่มีขนของชายชาวอินเดียเเละตะวันออกกลาง
ลักษณะใบหูที่มีขนของชายชาวอินเดีย
25
เรื่องน่ารู้ การก�ำหนดเพศในสิ่งมีชีวิต
1. แบบมีโครโมโซมเพศ ระบบ XO : XX XO เช่น ตั๊กแตน จิ้งหรีด โดยตัวเมียมีโครโมโซม XX ตัวผู้มีโครโมโซม XO ระบบ XY : XX XY เช่น แมลงหวี่ คน โดยเพศหญิงมีโครโมโซม XX เพศชายมีโครโมโซม XY ระบบ ZW : ZW ZZ เช่น สัตว์ปีก สัตว์เลื้อยคลาน โดยตัวเมียมีโครโมโซม ZW ตัวผู้มีโครโมโซม ZZ
2. แบบไม่มีโครโมโซมเพศ เช่น ผึ้ง โดยนางพญาจะสร้างไข่ ไข่ที่ได้รับการผสม (2n) ก็เป็นตัวเมีย ไข่ที่ไม่ได้รับการผสม (n) ก็เป็นตัวผู้
ตัวเมีย 26
ตัวผู้
โจทย์ฝึกสมอง สนุกสนาน 3 ถาม : ความสูงของต้นมะพร้าวถูกควบคุมโดยยีน 3 คู่ ต้นเเรกมียีน AABBCC สูง 200 cm ต้นที่สองมียีน aabbcc สูง 80 cm เมื่อน�ำทั้งสองต้นมาผสมกัน จะได้รุ่นลูกเป็นอย่างไร? จงตอบค�ำถามต่อไปนี้... - F2 มีฟีโนไทป์และจีโนไทป์กี่แบบ ? - F1 สร้างเซลล์สืบพันธุ์ได้กี่แบบ ? - F2 มีต้นสูง100 cm กี่เปอร์เซนต์ ? - F2 มีอัตราส่วนจีโนไทป์ AaBBCc เท่าไหร่ ? - อัลลีนเด่น 1 ตัว ท�ำให้ต้นมะพร้างสูงเท่าไหร่ ? - F2 มีอัตราส่วนจีโนไทป์ AABBCC เป็นเท่าไหร่ ?
AABBCC aabbcc
27
ตอบ
28
พันธุกรรมจ�ำกัดเพศ คือ ลักษณะบางลักษณะที่แสดงออกในเพศหนึ่งเท่านั้น เช่น การมีหนวด เคราและเสียงห้าวในเพศชาย ลักษณะหัวล้านในเพศชาย เป็นต้น 29
นอกจากในคนแล้วในสัตว์บางประเภท เช่น ไก่ ก็มีลักษณะทางพันธุกรรมจ�ำกัดเพศเช่นเดียวกัน ดังตัวอย่าง ลักษณะขนของไก่ ดังนี้ ให้ H ควบคุมลักษณะไก่ขนสั้น h ควบคุมลักษณะไก่ขนยาว
ตัวผู้
ตัวเมีย
HH ขนสั้น
ขนสั้น
ขนสั้น
ขนสั้น
ขนยาว
ขนสั้น
Hh
hh
จะเห็นว่า ถึงแม้ไก่ตัวเมียจะมียีน h ซึ่งควบคุมลักษณะขนยาว แต่ลักษณะขนยาวจะเเสดงออกเฉพาะในไก่ตัวผู้ เท่านั้น 30
ลั ก ษณะพั น ธุ ก รรม บนโครโมโซมเดียวกัน เกิดจากต�ำแหน่งของยีน (Locus) บนโครโมโซมเดียวกันที่ท�ำให้เกิดลักษณะ พันธุกรรมที่แตกต่างกัน ดังนี้
1. โลคัสห่างกันมาก ท�ำให้มีการแลกปลี่ยนโครมาทิดกัน ในกรณีที่มียีนหลายยีนบนโครโมโซมเดียวกัน ซึ่งถ้าไม่มีการ Crossing over กันจะเกิดแค่ AB กับ ab แต่ในกรณีนี้เกิด Ab aB เพิ่มมาด้วย
A
B
a
b
a
B
A
a
B
b
a
A
B
b
A
b
31
2. โลคัสชิดกัน โดยยีนอยู่บนโครโมโซมเดียวกันและชิดกันมาก จนไม่มีการแลกเปลี่ยนโครมาทิดกัน ยีนก็จะ ไปด้วยกันเสมอ ซึ่งจะเรียกว่า A และ B เป็น Linked gene ซึ่งกันและกัน
A B
32
a b
a b
a b
AaBb aabb
พันธุกรรม นอกนิวเคลียส นอกจากในนิวเคลียสแล้ว ในไซโทพลาสซึมก็มีสารพันธุกรรมด้วยโดยอยู่ในไมโทรคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ ซึ่งถ่ายทอดผ่านแม่เท่านั้น เช่น ล�ำดับ DNA ในไซโทพลาสซึมของยายถ่ายทอดให้แม่ และแม่ถ่ายทอดให้ลูกต่อไป
ไลโซโซม
นิวเคลียส นิวคลีโอลัส
ไรโบโซม
ไมโทรคอนเดรีย
33
โจทย์ฝึกสมอง สนุกสนาน 4 ถาม : ล�ำดับ DNA ในไซโทพลาสซึมของเด็กชายจะคล้ายกับญาติผู้ใหญ่คนไหนมากที่สุด ระหว่าง ปู่ ย่า ตา ยาย?
ตอบ
34
พันธุประวัติ พันธุประวัติ หรือ Pedigree คือ ไดอะแกรมที่แสดงการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม ใช้ส�ำหรับคัดกรอง ผู้ป่วยที่เป็นโรคทางพันธุกรรม
35
โดยมีสัญลักษณ์ ดังนี้ 1. เลขโรมัน (I,II,III,….) แทนแต่ละรุ่น 2. เลขอารบิก (1,2,3,…) แทนบุคคล
2 3 1
ชายปกติ
ชายเป็นโรค
ชายเป็นพาหะ
หญิงปกติ
หญิงเป็นโรค
หญิงเป็นพาหะ
ไม่ระบุเพศ
36
ตัวอย่างพันธุประวัติ
1
1
1
2
2
2
3
3
4
5
พันธุประวัติแสดงลักษณะตาบอดสีของครอบครัวหนึ่ง อธิบายได้ดังนี้ รุ่นที่ 1 : ผู้ชายปกติ แต่งงานกับ ผู้หญิงที่เป็นพาหะโรคตาบอดสี มีลูกเป็นรุ่นที่ 2 รุ่นที่ 2 : ผู้หญิงที่เป็นพาหะโรคตาบอดสี แต่งงานกับ ผู้ชายปกติ มีลูกเป็นรุ่นที่ 3 ผู้ชายปกติไม่ได้แต่งงาน ผู้ชายเป็นโรคตาบอดสี แต่งงานกับ ผู้หญิงปกติ มีลูกเป็นรุ่นที่ 3 รุ่นที่ 3 : ประกอบไปด้วย - ผู้หญิงปกติ ผู้ชายปกติ และผู้ชายเป็นโรคตาบอดสี ที่เกิดจากผู้หญิงที่เป็นพาหะโรค ตาบอดสีกับชายปกติในรุ่นที่ 2 - ผู้หญิงเป็นพาหะ และ ผู้ชายปกติ ที่เกิดจากผู้ชายเป็นโรคกับผู้หญิงปกติในรุ่นที่ 2
6
37
โจทย์ ฝ ึ ก สมอง สนุกสนานส่งท้าย
ถาม 1 : พันธุประวัติแสดงถึงพันธุกรรมของครอบครัวหนึ่ง ดังนี้ Sex-linked Recessive
ความน่าจะเป็นของลูกรุ่นที่ 3 เพศชายที่เป็นโรคเป็นเท่าไหร่? ตอบ
38
ถาม 2 : ชายตาบอดสี แต่งงานกับ หญิงที่เป็นพาหะโรคตาบอดสี จะได้ลูกมีลักษณะอย่างไรบ้าง จงอธิบาย? ตอบ
ถาม 3 : ลักษณะผิดปกติที่แสดงออกในพันธุประวัติเกิดจากการถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรมแบบใด?
ตอบ
ถาม 4 : ยีนขนกระรอกเป็น Multiple alleles มีล�ำดับการข่ม ดังนี้ B (ด�ำ) = W (ขาว) > G (เขียว) > Y (เหลือง) จงหา... - ฟีโนไทป์และจีโนไทป์ - กระรอกขนด�ำ (BG) ผสมกับกระรอกขนขาว (WY) ได้ลูกเป็นอย่างไร? ตอบ
39
?
เ ฉ ล ย โ จ ท ย ์ ฝ ึ กส มอ ง สนุกสนาน 40
ฝึกสมอง 1 ตอบ 1 พ่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์ได้ 2 แบบ คือ A และ a แม่สร้างเซลล์สืบพันธุ์ได้ 2 แบบ คือ A และ a เช่นเดียวกัน พ่อแม่ (P) ;
Aa
x
Aa
แยกได้ A a A a รุ่นลูก (F1) ; AA Aa Aa aa เพราะฉะนั้น จีโนไทป์ เป็น AA : Aa : aa = 1 : 2 : 1 ฟีโนไทป์ เป็น เด่น : ด้อย = 3 : 1 ตอบ 2 - โอกาสที่ ลู ก มี จี โ นไทป์ เ ป็ น AaBb = โอกาสได้ Aa(จาก Aa x Aa) x โอกาสได้ Bb (จาก Bb x Bb) = 2 x 1 = 50% 4 - โอกาสที่ลูกมีฟีโนไทป์เด่นทั้งสองลักษณะ = โอกาสที่ได้จีโนไทป์เป็น A_B_ = โอกาสได้ A_ (จาก Aa x Aa) x โอกาสได้ B_ (จาก Bb x Bb) = 3 = 75% 4
ฝึกสมอง 2 ตอบ
ชนิ ด A1A1A2a2A3A3 มี สี แ ดงมากกว่ า เพราะมียีน A1A2A3 ที่แสดงลักษณะสีแดงมากกว่า 41
ฝึกสมอง 3 ตอบ
1. จีโนไทป์ = 33 = 27 แบบ ฟีโนไทป์ = 2(3)+1 = 7 แบบ 2. F1 มีจีโนไทป์ AaBbCc ได้ = 23 = 8 แบบ 3. จากโจทย์ ต้นแรกสูง 100 cm แสดงว่า มีอัลลีนเด่น 1 ตัว เพราะอัลลีนเด่น 1 ตัว ท�ำให้สูงมากขึ้น 20 cm ซึ่งอาจเป็น Aabbcc, aaBbcc, aabbCc ก็ได้ ดังนั้น ต้องคิดแยกแต่ละกรณี แล้วน�ำมาบวกกัน โอกาสเกิด Aabbcc = 1 x 1 x 1 = 1 4 4 32 2
โอกาสเกิด aaBbcc = 1 x 1 x 1 = 1 4 2 4 32
โอกาสเกิด aabbCc = 1 x 1 x 1 = 1 4 4 2 32
รวมกัน โอกาสที่มีต้นสูง 100 cm = 3 = 9.375% 32
4. F2 เกิดจาก F1 2 ต้น คือ AaBbCc x AaBbCc = โอกาสที่จะได้ Aa x BB x cc = 1 x 1 x 1 = 1 4 2 4 32 5. ดูจากแม่ที่ไม่มีอัลลีนเด่น สูง 80 cm พ่อมีอัลลีนเด่น 6 ตัว สูง 200 cm แสดงว่า อัลลีนเด่น 6 ตัว ท�ำให้มะพร้าวสูงขึ้น 200 - 80 = 120 cm เพราะฉะนั้น อัลลีนเด่น 1 ตัว ท�ำให้มะพร้าวสูงขึ้น 20 cm 6. จากโจทย์ แ สดงว่ า มี ยี น เหมื อ นพ่ อ เมื่อ n =3 มียีน 3 คู่ = ( 1 )3 = 1 2 64
42
ฝึกสมอง 4
ตอบ ยาย เพราะยายถ่ายทอดให้แม่ แม่ถ่ายทอดให้ลูกชาย ตามล�ำดับ
43
ฝึกสมองส่งท้าย ตอบ 1
จากพันธุประวัติ เป็นโรคที่เกิดจากยีนด้อยบนโครโมโซม X เพราะพ่อในรุ่นที่ 2 เป็นโรค และแม่เป็น
พาหะ ซึ่งมีจีโนไทป์ เป็น XcY และ XcX ตามล�ำดับ เพราะฉะนั้นลูกชายจะมีจีโนไทป์ได้ 2 แบบ คือ XcY และ XY = 1 = 0.5 2 ตอบ 2 X cY
พ่อแม่ (P) ; แยกได้ รุ่นลูก (F1) ;
X cX
x
Xc
Y
Xc
X
X cX c
X cX
X cY
XY
คิดจากลูกทั้งหมด จะได้ หญิงเป็นโรค หญิงเป็นพาหะ ชายเป็นโรค ชายปกติ อย่างละ 1 4 ตาบอดสี 1 ปกติ 1 2 2 คิดจากลูกชาย จะได้ ตาบอดสี 1 ปกติ 1 2 2 คิดจากลูกสาว จะได้ ตาบอดสี 1 พาหะ 1 2 2
44
ตอบ 3
X-linked inheritance จากโจทย์จะเห็นว่า ลูกชายในรุ่นที่ 3 เป็นโรค แสดงว่าแม่เป็นพาหะและลูกชายในรุ่นที่ 4 ก็เป็นโรคด้วย จึงน่าจะเป็นการถ่ายถอดพันธุกรรมแบบ X-linked inheritance ( การถ่ายทอดพันธุกรรมบนโครโมโซม X )
ตอบ 4 จีโนไทป์ เมื่อ n = 4 จะได้ 4(4+1) = 4 x 5 = 10 แบบ 2 2 ฟีโนไทป์ จะได้ตามลักษณะที่มีทั้งหมด ซึ่งเกิดจากการข่มร่วมกัน เพราะฉะนั้น เกิดได้ 5 แบบ คือ ด�ำ ขาว เขียว เหลือง และเทา พ่อแม่ (P) ; BG x WY แยกได้ B G W Y ลูก (F1) ; BW BY GW GY คือ สีเทา ด�ำ ขาว เขียว = 1:1:1:1
45
บรรณานุกรม กระทรวงศึกษาธิการ. (2536) หนังสือเรียนวิชาชีววิทยา. กรุงเทพฯ : องค์การค้าคุรุสภา เกรียงไกร อภัยวงศ์. (2554) เอกสารประกอบค�ำบรรยาย วิชาชีววิทยา โครงการแบรนด์ Summer camp 2011. กรุงเทพฯ : ชมรมบัณฑิตแนะแนว จิรัส เจนพาณิชย์. (2552) BIOLOGY for high school student. กรุงเทพฯ : บูมคัลเลอร์ไลน์ โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์. เอกสารประกอบการเรียนการสอนรายวิชา ว30261 พันธุศาสตร์และ วิวัฒนาการ. สืบค้นเมื่อ 27 กรกฎาคม 2555 จาก http://www.mwit.ac.th/~t20501 08/Bioelearning/files/7.%20mendelian%20genetics.pdf
เกี่ยวกับผู้จัดท�ำ วิษณี ว่องกิตติพงษ์ (โบ) สาขาเทคโนโลยีการศึกษาแพทยศาสตร์ คณะเเพทยศาสตร์ ศิ ริ ร าชพยาบาล มหาวิทยาลัยมหิดล เป็นนักเรียนสายวิทยาศาสตร์ที่ชอบการวาดรูป จึงเลือกเรียน สาขาเทคโนโลยีการศึกษาเเพทยศาสตร์ เพราะได้นำ�ทั้งวิทยาศาสตร์เเละ ศิลปะมาประยุกต์เข้าด้วยกัน การได้ทำ�หนังสือเสริมความรู้เล่มนี้ เป็นความสุขอย่างหนึ่งของ ชีวิต เพราะได้ทำ�ในสิ่งที่ชอบ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องพันธุศาสตร์ การวาดภาพ ประกอบ และการออกแบบส่ิงพิมพ์ จึงทุ่มเททั้งแรงกายและแรงใจลงไปใน หนังสือเล่มนี้อย่างมาก หวังว่าผู้อ่านจะได้รับประโยชน์และมีความสุขกับ หนังสือเสริมความรู้เล่มนี้เช่นกันค่ะ 46
ถ้าคุณเป็นคนหนึ่งที่ชอบหรือสนใจเรื่องพันธุศาสตร์ หนังสือเสริมความรู้เล่มนี้จะพาคุณไป ทำ�ความรู้จักและค้นหาคำ�ตอบที่คุณสงสัยเกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม พร้อมด้วยภาพ ประกอบที่สวยงามและเข้าใจง่ายค่ะ
วิษณี ว่องกิตติพงษ์