Gregor Johann Mendel (1822–1884) war ein Augustinermönch und Naturforscher, der mit seinen systematischen Kreuzungsexperimenten an Erbsenpflanzen (Pisum sativum) die Grundlagen der modernen Genetik legte. Er untersuchte sieben klar unterscheidbare Merkmale, darunter Samenfarbe (gelb/grün), Samenform (rund/kantig), Blütenfarbe (violett/weiß) und Wuchshöhe (lang/kurz). Mendel wählte die Erbse als Versuchsobjekt, weil sie sich leicht selbst befruchten lässt, eine kurze Generationszeit hat und zahlreiche Nachkommen liefert. Durch kontrollierte Fremdbestäubung konnte er gezielt Kreuzungen zwischen reinerbigen (homozygoten) Pflanzen durchführen.
Mendels genialer Ansatz bestand darin, die Nachkommen quantitativ auszuwerten – er zählte exakt die Verhältnisse der Merkmalsausprägungen in den Folgegenerationen. Aus seinen Ergebnissen formulierte er drei Regeln, die heute als Mendelsche Regeln bekannt sind.
Bevor die drei Regeln erläutert werden, sind folgende Grundbegriffe essenziell:
Die Uniformitätsregel (Reziprozitätsregel) lautet:
Kreuzt man zwei homozygote (reinerbige) Individuen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, so sind alle Nachkommen der F1-Generation in Bezug auf dieses Merkmal genotypisch und phänotypisch uniform (einheitlich).
Beispiel (dominant-rezessiver Erbgang):
P-Generation: Gelbe Samen (AA) × Grüne Samen (aa)
Kreuzungsschema:
Die Regel gilt auch bei reziproker Kreuzung (wenn man die Geschlechter der Eltern vertauscht) – das Ergebnis bleibt gleich, sofern keine geschlechtsgebundene Vererbung vorliegt.
Kreuzungsschema nach Mendel. Die Kreuzung reinerbiger Eltern (P-Generation) ergibt eine uniforme F1-Generation (1. Regel). Die F2-Generation spaltet sich im Verhältnis 3:1 auf (2. Regel).
Bei intermediärem Erbgang: Wenn keines der Allele dominant ist, zeigen die F1-Nachkommen eine Mischform (z. B. rosa Blüten bei Kreuzung von rot × weiß bei der Wunderblume Mirabilis jalapa). Trotzdem sind alle F1-Individuen uniform.
Die Spaltungsregel lautet:
Kreuzt man die heterozygoten Individuen der F1-Generation untereinander, so spalten sich die Nachkommen der F2-Generation in einem bestimmten Zahlenverhältnis auf.
Dominant-rezessiver Erbgang:
Kreuzung: Aa × Aa
Das Kreuzungsschema (Punnett-Quadrat) zeigt:
Intermediärer Erbgang:
Kreuzung: Aa × Aa (z. B. rosa × rosa bei Wunderblume)
Beim intermediären Erbgang stimmen genotypisches und phänotypisches Verhältnis überein, weil alle drei Genotypen einen unterschiedlichen Phänotyp aufweisen.
Die Unabhängigkeitsregel (Regel der freien Kombinierbarkeit) lautet:
Werden zwei reinerbige Individuen gekreuzt, die sich in zwei oder mehr Merkmalen unterscheiden, so werden die einzelnen Erbanlagen unabhängig voneinander vererbt und in der F2-Generation frei kombiniert.
Voraussetzung: Die betrachteten Gene müssen auf verschiedenen Chromosomen liegen (nicht gekoppelt sein).
Beispiel (dihybrider Erbgang, dominant-rezessiv):
P-Generation: AABB (gelb, rund) × aabb (grün, kantig)
Die Neukombinationen (gelb/kantig und grün/rund) zeigen, dass die Gene unabhängig voneinander vererbt werden. Das 9:3:3:1-Verhältnis ergibt sich aus der Multiplikation der Einzelverhältnisse (3:1) × (3:1) = 9:3:3:1.
Das Kreuzungsschema (Punnett-Quadrat) ist ein systematisches Werkzeug zur Vorhersage der Genotypen und Phänotypen der Nachkommen. Die Vorgehensweise:
Monohybrider Erbgang (Aa × Aa) → 2×2-Quadrat mit 4 Feldern
Dihybrider Erbgang (AaBb × AaBb) → 4×4-Quadrat mit 16 Feldern
Die Rückkreuzung (engl. test cross) dient dazu, den Genotyp eines Individuums mit dominantem Phänotyp zu bestimmen. Dazu kreuzt man das Individuum mit unbekanntem Genotyp mit einem homozygot rezessiven Individuum (aa):
Tritt also im Phänotyp der Nachkommen das rezessive Merkmal auf, muss das Testindividuum heterozygot (Aa) sein. Sind alle Nachkommen dominant, ist das Testindividuum mit hoher Wahrscheinlichkeit homozygot (AA) – wobei die Sicherheit mit der Anzahl der Nachkommen steigt.
Die Begriffe dominant und rezessiv beziehen sich auf die Beziehung zwischen zwei Allelen eines Gens und die daraus resultierende Phänotypausprägung:
Abitur-Tipp: Aufgaben zu den Mendelschen Regeln verlangen oft das Aufstellen von Kreuzungsschemata und die Ableitung von Genotyp- und Phänotypverhältnissen. Übe systematisch: (1) Bestimme zuerst den Erbgang (dominant-rezessiv, intermediär, kodominant). (2) Stelle die Genotypen der Eltern auf. (3) Leite die Gameten ab. (4) Fülle das Punnett-Quadrat aus. (5) Werte die Verhältnisse aus. Achte bei der Rückkreuzung darauf, warum man immer mit einem homozygot rezessiven Partner kreuzt – nur so kann man anhand der Nachkommen den Genotyp eindeutig bestimmen.