ทฤษฎีของเมนเดล คืออะไร ทฤษฎีนี้สำคัญกับการศึกษาพันธุศาสตร์ อย่างไร

ทฤษฎีพันธุศาสตร์ของเมนเดล

พันธุกรรมเป็นส่วนหนึ่งของกลไกการดำรงเผ่าพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต และได้รับการศึกษามาอย่างยาวนาน โดยนักวิทยาศาสตร์ยุคหลังได้ยกย่องให้ เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล เป็นบิดาแห่งวิชาพันธุศาสตร์ โดย ทฤษฎีของเมนเดล เป็นทฤษฎีเบื้องต้นที่เป็นรากฐานของการประยุกต์ใช้หลักการพันธุศาสตร์ที่แพร่หลายในปัจจุบัน

เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล (Gregor Johann Mendel) คือ นักบวชชาวออสเตรียที่มีชีวิตอยู่ในช่วงคริสต์ทศวรรษที่ 1800 เมนเดลเป็นทั้งนักวิทยาศาสตร์ นักพฤกษศาสตร์ และอาจารย์ที่มีชื่อเสียง จากการสร้างรากฐานสำคัญในวงการวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ โดยเฉพาะในสาขาวิชาพันธุศาสตร์

เมนเดล, ทฤษฎีพันธุศาสตร์, ทฤษฎีของเมนเดล, พันธุศาสตร์ของเมนเดล, ถั่วลันเตา, จีโนไทป์, ฟีโนไทป์
เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล

เมนเดลได้ศึกษาการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของพืชผ่านการทดลองเพาะปลูกและผสมพันธุ์ถั่วลันเตาหลากหลายสายพันธุ์ด้วยตนเองนานถึง 8 ปีเต็ม จนสามารถตั้งกฎทางพันธุกรรมมากมายที่ในภายหลังรู้จักกันในชื่อ “พันธุศาสตร์ของเมนเดล” (Mendelism) หรือ ทฤษฎีของเมนเดล

การทดลองผสมพันธุ์ถั่วลันเตาของเมนเดล

เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล เลือกศึกษาถั่วลันเตา (Pisum sativum L.) โดยมีสาเหตุสำคัญ 3 ประการ คือ

ถั่วลันเตาเป็นพืชที่มีการผสมหรือปฏิสนธิในตนเอง (Self-Fertilization) ซึ่งทำให้ถั่วลันเตาสามารถเพาะพันธุ์ได้ง่าย หรือแม้แต่การทำการผสมข้ามสายพันธุ์ (Cross-Fertilization) เพื่อสร้างลูกผสมด้วยการถ่ายละอองเรณูโดยใช้มือช่วย (Hand pollination) ล้วนเป็นกรรมวิธีที่ไม่ยุ่งยาก

ถั่วลันเตาเป็นพืชที่เพาะปลูกง่ายและไม่ต้องการการทำนุบำรุงรักษามาก อีกทั้ง ใช้เวลาเพาะปลูกน้อย

ถั่วลันเตาแต่ละชนิดมีลักษณะทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันชัดเจน เช่น ความสูงของลำต้น รูปร่างของเมล็ด และสีของดอก เป็นต้น

เมนเดล, ทฤษฎีพันธุศาสตร์, ทฤษฎีของเมนเดล, พันธุศาสตร์ของเมนเดล, ถั่วลันเตา, จีโนไทป์, ฟีโนไทป์
ลักษณะทั้ง 7 ของถั่วลันเตาที่เมนเดลเลือกศึกษา

ในการศึกษาขั้นต้น เมนเดลทำการเลือกศึกษาลักษณะของถั่วลันเตาโดยตั้งต้นพิจารณาลักษณะเพียงลักษณะเดียว (Monohybrid Cross) ผ่านการผสมพันธุ์โดยใช้พ่อพันธุ์และแม่พันธุ์ที่เป็นพันธุ์แท้ (Pure Line – Parental Generation: P) ที่มีลักษณะแตกต่างกันอย่างชัดเจน เพื่อสร้างลูกผสมที่ถูกเรียกว่า “ลูกผสมช่วงที่ 1” (First Filial Generation: F1) ซึ่งเมนเดลนำไปปลูกลงดิน เพื่อรอดูผลและลักษณะที่เกิดขึ้น

เมนเดล, ทฤษฎีพันธุศาสตร์, ทฤษฎีของเมนเดล, พันธุศาสตร์ของเมนเดล, ถั่วลันเตา, จีโนไทป์, ฟีโนไทป์
ภาพประกอบ Study Solutions

 

จากการผสมพันธุ์ถั่วลันเตารุ่นแรก ลักษณะทั้ง 7 ที่ปรากฏในลูกผสมประกอบด้วยถั่วลันเตาที่มีลำต้นสูง มีเมล็ดกลมสีเหลือง มีฝักอวบสีเขียว และมีดอกสีม่วงอยู่ตรงกิ่งตลอดลำต้น เมนเดลเรียกลักษณะที่ปรากฏในถั่วลันเตารุ่น F1 ว่า “ลักษณะเด่น” (Dominant Trait)

หลังจากนั้น เมนเดลได้ปล่อยให้ลูกผสมรุ่นที่ 1 ผสมพันธุ์กันเอง โดยมีผลผลิตที่ได้หลังจากนั้นที่เรียกว่า “ลูกผสมช่วงที่ 2” (Second Filial Generation: F2) ซึ่งเมนเดลนำมาปลูกลงดิน เพื่อรอดูลักษณะและการเติบโตเช่นเดียวกัน และผลของการทดลองปลูกในรุ่นที่ 2 นี้เองที่ทำให้เมนเดลค้นพบ “ลักษณะด้อย” (Recessive Trait) ในถั่วลันเตาที่จะปรากฏขึ้นในอัตรา 1 ต่อ 3 เป็นลักษณะที่หายไปในรุ่น F1 แต่กลับมาปรากฏในรุ่น F2 ในสัดส่วนที่น้อยกว่า เช่น เมื่อผสมพันธุ์ถั่วลันเตา 2 ชนิดที่มีดอกสีม่วงและสีขาวเข้าด้วยกัน ลูกผสมในรุ่นที่ 1 มีดอกสีม่วงทั้งหมด แต่หลังการผสมกันเองในรุ่นถัดมา ถั่วลันเตาในรุ่นที่ 2 มีต้นที่ออกดอกเป็นสีขาวอยู่ 1 ต้นจากทั้งหมด 4 ต้น

เมนเดล, ทฤษฎีพันธุศาสตร์, ทฤษฎีของเมนเดล, พันธุศาสตร์ของเมนเดล, ถั่วลันเตา, จีโนไทป์, ฟีโนไทป์
ภาพประกอบ : CK-12 Foundation 2020

จากการทดลองผสมพันธุ์ถั่วลันเตาหลากหลายสายพันธุ์เป็นเวลานานกว่า 8 ปีเต็ม ทำให้เมนเดลค้นพบว่าสิ่งมีชีวิตนั้น มีหน่วยที่ทำหน้าที่ควบคุมการแสดงออกของลักษณะต่าง ๆ และหน่วยนี้สามารถถ่ายทอดจากพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกในลำดับถัดไป ในขณะนั้นเมนเดลเรียกหน่วยนี้ว่า “แฟกเตอร์” (Factor) ซึ่งต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้เรียกแฟกเตอร์ที่เมนเดลค้นพบนี้ว่า “ยีน” (Gene)

กฎการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม หรือที่เรียกว่า “กฎของเมนเดล” ประกอบด้วย

กฎข้อที่ 1 “กฎแห่งการแยกตัว” (Law of Segregation) อธิบายถึงลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่จะถูกควบคุมโดย “ยีน” (Gene) ที่ปรากฏเป็นคู่เสมอในการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ ก่อนจะแยกคู่ออกจากกัน เมื่อเข้าสู่เซลล์สืบพันธุ์ เพื่อก่อให้เกิดการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (Meiosis) ที่ทำให้จำนวนโครโมโซม (Chromosome) ลดลงครึ่งหนึ่งระหว่างเซลล์ เช่น การผสมของไข่และอสุจิ

กฎข้อที่ 2 “กฎแห่งการรวมกลุ่มอย่างอิสระ” (Law of Independent Assortment) อธิบายถึงการรวมกลุ่มของหน่วยพันธุกรรมของลักษณะต่าง ๆ ในเซลล์สืบพันธุ์ หรือการที่ยีนที่แยกออกจากคู่ของตนสามารถจัดกลุ่มอย่างอิสระกับยีนควบคุมลักษณะอื่น ๆ  ซึ่งส่งผลให้ผลผลิตในรุ่นต่อ ๆ ไปมีความหลากหลายทางพันธุกรรม และยังทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำนายอัตราส่วนหรือผลลัพธ์ที่จะเกิดขึ้นในรุ่นต่อไปได้อีก

เมนเดล, ทฤษฎีพันธุศาสตร์, พันธุศาสตร์ของเมนเดล, ถั่วลันเตา, จีโนไทป์, ฟีโนไทป์
ตัวอย่างยีนควบคุมลักษณะและ “ฟีโนไทป์” (Phenotype) ของเมล็ดถั่วลันเตาที่ส่งต่อไปยังรุ่นต่อไป

สืบค้นและเรียบเรียง คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ และณภัทรดนัย

ข้อมูลอ้างอิง

https://www.britannica.com/biography/Gregor-Mendel/Theoretical-interpretation

https://blog.startdee.com/การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของเมนเดล-ม-3-วิทยาศาสตร์

http://www.satriwit3.ac.th/files/1211201313292364_17050821212034.pdf


อ่านเพิ่มเติม ชวนไขที่มาของ ตัวการ์ตูน ที่อ้างอิงจากสัตว์ตัวจริงในธรรมชาติผ่านนักชีววิทยา

เรื่องแนะนำ

ข้าวเหนียว “หอมนาคา” ปลูกได้ทั้งน้ำแล้งและน้ำท่วม

ไบโอเทค สวทช. เปิดตัว ข้าวเหนียว พันธุ์ใหม่ ‘หอมนาคา’ คุณสมบัติสะเทินน้ำสะเทินบก ข้าวเหนียว เป็นตัวแทนความมั่นคงทางอาหารของพื้นที่ภาคเหนือและอีสาน เพราะเป็นอาหารหลักของคนในพื้นที่ แต่ด้วยปัจจัยของที่ตั้งและภูมิประเทศ ส่งผลให้ทุ่งนาลุ่มน้ำโขงต้องเผชิญภัยธรรมชาติทั้งอุทกภัยและความภัยแล้งสลับไปมา จึงแทบไม่เคยได้ปริมาณผลผลิตทัดเทียมพื้นที่อื่นซึ่งอุดมสมบูรณ์กว่า  สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) โดยศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) ร่วมกับมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา พัฒนา ‘ข้าวหอมนาคา’ ข้าวเหนียวพันธุ์ใหม่ที่ทนทานต่อภาวะน้ำท่วมฉับพลัน ทนแล้ง และทนโรค เปรียบเปรยได้ว่า เป็นข้าวเหนียวสะเทินน้ำสะเทินบกสายพันธุ์แรกของไทย ดร.ธีรยุทธ ตู้จินดา ผู้อำนวยการกลุ่มวิจัยเทคโนโลยีชีวภาพพืชและการจัดการแบบบูรณาการ ไบโอเทค สวทช. กล่าวว่า ปัญหาหลักของการปลูกข้าวเหนียวที่พี่น้องชาวนาต้องเผชิญคือ ข้าวล้มเพราะข้าวเหนียวพันธุ์ไทยเป็นข้าวต้นสูง เมื่อเวลาลมฝนพัดแรง ต้นข้าวมักล้มนอนแม้ยังออกรวงไม่เต็มที่ หากปีใดประสบภัยแล้ง ผลผลิตมักได้น้อย นอกจากนี้ยังต้องเผชิญกับโรคไหม้ และโรคขอบใบแห้ง ทำให้การเจริญเติบโตไม่สมบูรณ์ สิ่งเหล่านี้เป็นความทุกข์ของคนทำนา เพราะชะตาชีวิตต้องแขวนอยู่บนปัจจัยเสี่ยงที่ไม่อาจควบคุมได้ นักวิจัยไทยจึงพยายามพัฒนาสายพันธุ์ข้าวเหนียวเพื่อเอาชนะปัญหาดังกล่าวมาอย่างต่อเนื่อง ในปีที่ผ่านมา ไบโอเทค สวทช. ร่วมกับนายศรีสวัสดิ์ ขันทอง และคณะวิจัย นำความเชี่ยวชาญทางด้านเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรม มาศึกษาและพัฒนาพันธุกรรมของข้าวเหนียวไทย เพื่อชูยีนเด่น ลดยีนด้อย ผ่านการผสมและคัดเลือกพันธุ์อย่างเหมาะสม จนได้ผลงานข้าวเหนียวสายพันธุ์ใหม่ “หอมนาคา” ที่สามารถ จมอยู่ในน้ำได้นาน 1–2 สัปดาห์ และทนทานต่อการขาดน้ำในบางระยะของการปลูกข้าว […]

ฮอร์โมนพืช (Plant Hormone)

ฮอร์โมนพืช (Plant Hormone) คือสารอินทรีย์ที่พืชสร้างขึ้นเองตามธรรมชาติในบริเวณอวัยวะหรือเนื้อเยื่อส่วนใดส่วนหนึ่งของต้นพืช ก่อนทำการเคลื่อนย้ายสารดังกล่าวไปยังเนื้อเยื่อเป้าหมาย เพื่อส่งสัญญาณในการเริ่มกระบวนการสร้าง ทำการควบคุม หรือเปลี่ยนแปลงส่วนต่างๆ ของพืช ทั้งด้านการเจริญเติบโตการงอกของเมล็ด การออกดอกออกผล และการผลัดใบ รวมไปถึงการยับยั้งการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาภายในต้นพืชนั้นๆ อีกด้วย ฮอร์โมนพืชมีอยู่ในพืชทุกชนิดทุกสายพันธุ์ในอาณาจักรพืช (Plant Kingdom) แม้แต่ในสาหร่ายหรือพืชโบราณต่างมีฮอร์โมนพืชทำหน้าที่เป็นตัวส่งสัญญาณ เพื่อควบคุมการเจริญเติบโตในด้านต่างๆ เช่นกัน ฮอร์โมนพืชแบ่งออกเป็น 5 กลุ่มด้วยกัน ได้แก่ ออกซิน (Auxin) เป็นฮอร์โมนพืชที่สร้างขึ้นจากกลุ่มเซลล์เนื้อเยื่อบริเวณยอดใบอ่อน ก่อนถูกลำเลียงไปยังเซลล์เป้าหมาย มีหน้าที่กระตุ้นเซลล์ของเนื้อเยื่อให้เกิดการขยายตัว ส่งผลให้พืชเจริญเติบโตสูงขึ้นเพิ่มขนาดใบและผล ออกซินยังมีผลต่อการยับยั้งการเจริญเติบโตของตาข้าง และช่วยป้องกันการหลุดร่วงของใบ ดอกและผล อีกทั้งยังส่งผลต่อการควบคุมการเคลื่อนไหว การตอบสนองต่อแสงและแรงโน้มถ่วงของพืชอีกด้วย ไซโทไคนิน (Cytokinin) เป็นสารกระตุ้นการแบ่งเซลล์และการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ โดยเฉพาะในส่วนของลำต้นและราก ส่งเสริมการสร้างและการเจริญของตาข้าง การแผ่กิ่งก้านสาขา และการงอกของเมล็ด อีกทั้งยังช่วยป้องกันการสลายตัวของคลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) ช่วยให้พืชผักผลไม้มีอายุยืนและสามารถรักษาความสดใหม่เอาไว้ได้ยาวนาน เอทิลีน (Ethylene) เป็นก๊าซที่เกิดขึ้นในกระบวนการเมแทบอลิซึม (Metabolism) ของพืชโดยส่วนมากเอทิลีนถูกสร้างขึ้นเมื่อพืชมีบาดแผลหรือเข้าสู่ภาวะร่วงโรย มีส่วนช่วยเร่งการสุกของผลไม้ กระตุ้นการออกดอก การผลัดใบตามฤดูกาล และการงอกของเมล็ดพืชบางชนิด รวมไปถึงการกระตุ้นการผลิตน้ำยาง และการเกิดรากฝอยและรากแขนงของพืชอีกด้วย กรดแอบไซซิก (Abscisic acid) เป็นสารที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นได้ในทุกส่วนของต้นพืช […]

ค้นพบอวัยวะใหม่ของมนุษย์ “Interstitium”

อวัยวะดังกล่าวมีชื่อว่า interstitium มันอยู่ใต้ผิวหนังของพวกเราก่อนที่จะถึงอวัยวะภายใน การค้นพบครั้งนี้อาจมีส่วนช่วยรักษาการแพร่กระจายของโรคมะเร็งในอนาคต