Αριστοτέλης Παπαγεωργίου. Εφαρµοσµένη ασική Γενετική. Κεφάλαιο 1 ο

Αριστοτέλης Παπαγεωργίου Εφαρµοσµένη ασική Γενετική Κεφάλαιο 1 ο Ορεστιάδα 2006

Στοιχεία ποσοτικής γενετικής Ένας από τους κύριους σκοπούς της Γενετικής είναι η µελέτη των γενότυπων των οργανισµών. Η αναγνώριση όµως των γενότυπων είναι δυνατή µόνο µέσα από την παρατήρηση των αντίστοιχων φαινότυπων. ύο γενότυποι αναγνωρίζονται ως διαφορετικοί µεταξύ τους επειδή και οι φαινότυποι των οργανισµών που παρατηρούµε έχουν διαφορές. Ο βασικός γενετικός πειραµατισµός εξαρτάται από την ύπαρξη µίας απλής σχέσης ανάµεσα στο γενότυπο και στο φαινότυπο (γονιδιακοί δείκτες). Οι γενετιστές προσπαθούν να εντοπίζουν και να εξετάζουν γονιδιακούς τόπους που δίνουν φαινότυπους που διαφέρουν χαρακτηριστικά και διακριτά, ανάλογα µε το γενότυπο που τους ελέγχει. Αυτό συµβαίνει ειδικά στις περιπτώσεις που ένας χαρακτήρας ελέγχεται από ένα µόνο γονίδιο. Αποφεύγεται δε η µελέτη των γονιδίων εκείνων που δίνουν «ενδιάµεσα» ή ηµιτελή χαρακτηριστικά, επειδή δεν οδηγούν σε ξεκάθαρα γενετικά συµπεράσµατα. Για το λόγο αυτό, η Γενετική ασχολείται κυρίως µε γονίδια και ειδικότερα αλληλόµορφα, των οποίων η παρουσία σηµατοδοτεί ξεκάθαρες φαινοτυπικές εκφράσεις. Τα χαρακτηριστικά που παρουσιάζουν σαφή διαχωρισµό µεταξύ των φαινότυπων λέγονται ποιοτικά και είναι τα πλέον χρήσιµα στη Γενετική, επειδή συνήθως ερµηνεύονται γενετικά. Στις περισσότερες περιπτώσεις που παρατηρούµε στη φύση όµως, η ποικιλότητα που παρατηρούµε ανάµεσα στις εκφράσεις ενός χαρακτηριστικού δεν είναι διακριτή, αλλά συνεχής και δεν περιγράφεται µέσα από κλάσεις ποιοτικών χαρακτήρων, αλλά µέσα από µετρήσεις ποσοτικού χαρακτήρα. Αν πάρουµε δηλαδή τα δέντρα µιας συστάδας και τα αξιολογήσουµε µε βάση το ύψος τους, θα δούµε ότι δεν είναι δυνατόν να χαράξουµε τρεις ευδιάκριτες κατηγορίες, ψηλά, ενδιάµεσα και χαµηλά. Σαφώς υπάρχουν δέντρα που είναι εµφανώς ψηλότερα από τα άλλα, αλλά οι διάφοροι φαινότυποι δεν διαχωρίζονται από ξεκάθαρα όρια. Το ίδιο συµβαίνει όταν προσπαθήσουµε να περιγράψουµε χαρακτήρες όπως είναι το ειδικό βάρος του ξύλου, η στηθαία διάµετρος, η παραγωγή ρητίνης, κ.α. Ο καλύτερος τρόπος για να εκφράσουµε τα χαρακτηριστικά αυτά είναι η χρήση µιας ποσοτικής κλίµακας, π.χ. του µέτρου, ή του χιλιόγραµµου. Τα χαρακτηριστικά αυτά λέγονται ποσοτικά. Ακόµα κι αν θεωρήσουµε δύο πολύ διαφορετικούς φαινότυπους ενός ποσοτικού γνωρίσµατος, όπως είναι το ύψος ενός δέντρου, και τους διασταυρώσουµε, θα δούµε ότι δεν ισχύουν οι νόµοι του Mendel. Αν δηλαδή διασταυρώσουµε ένα δέντρο µε ενήλικο ύψος 20 µ. µε ένα άλλο που δεν ξεπερνά τα 2 µ., δεν θα πάρουµε οµοιόµορφους απόγονους, αλλά ένα σύνολο δέντρων ανάµεσα στις δύο αυτές τιµές, έστω και αν αυτές έχουν την τάση να συγκεντρώνονται γύρω από το µια µέση τιµή. Αν αυτογονιµοποιήσουµε ένα δέντρο της F1 γενιάς, η F2 δεν θα µας δώσει µενδελικές αναλογίες σε διακριτές κατηγορίες, αλλά ένα συνεχές σύνολο παρατηρήσεων από το ένα άκρο στο άλλο. Όπως είπαµε και παραπάνω, τα ποσοτικά χαρακτηριστικά είναι ο κανόνας στη φύση. Ο Mendel εργάστηκε πάνω σε φαινοτυπικά χαρακτηριστικά του µπιζελιού, που εµφάνιζαν διαφορές σε εµφανείς κατηγορίες και ήταν διακριτά. Αν αντί για τα συγκεκριµένα χαρακτηριστικά είχε ασχοληθεί µε τη φυσική ποικιλότητα των χόρτων στον κήπο του, τότε δεν θα είχε βρει ποτέ τους περίφηµους νόµους του. Το γεγονός ότι σχεδόν όλα τα φαινοτυπικά γνωρίσµατα είναι ποσοτικά δεν σηµαίνει ότι αυτά ακολουθούν κάποιο διαφορετικό γενετικό µηχανισµό, από 2

αυτόν που περιγράψαµε στο πρώτο εξάµηνο. Τόσο τα ποιοτικά, όσο και τα ποσοτικά χαρακτηριστικά ελέγχονται από γονίδια, που βρίσκονται στο DNA, καθορίζουν τη σύνθεση πρωτεϊνών και µεταφέρονται από γενιά σε γενιά ακολουθώντας τους νόµους του Mendel. Οι λόγοι που οι νόµοι του Mendel δεν µπορούν να παρατηρηθούν άµεσα στα αποτελέσµατα των ποσοτικών χαρακτηριστικών είναι δύο: Ο κάθε γενότυπος δεν συνδέεται άµεσα µε κάποιο φαινότυπο, αλλά µε ένα σύνολο φαινότυπων, ανάλογα µε το περιβάλλον. Για παράδειγµα, αν ένας γενότυπος δίνει ένα δέντρο 20 µέτρων σε γόνιµο έδαφος, µπορεί ο ίδιος να δώσει ένα δέντρο 10 µέτρων σε πιο άγονο περιβάλλον. Το σύνολο των φαινότυπων που αντιστοιχούν σε ένα γενότυπο λέγεται νόρµα αντίδρασης (reaction norm) του γενότυπου αυτού. Ο κάθε φαινότυπος δεν επηρεάζεται από ένα µόνο, αλλά πιθανόν από περισσότερα γονίδια. Αυτό δηλαδή που παρατηρούµε είναι το σύνολο της δράσης πολλών γονιδίων µε µενδελική δράση. Για να καταλάβουµε καλύτερα το δεύτερο σηµείο, ας υποθέσουµε ότι για το χαρακτηριστικό «αριθµός ανθών» κάποιου φυτού συµµετέχουν ισότιµα 5 γονίδια. Για να απλοποιήσουµε τους υπολογισµούς, δεχόµαστε ότι αυτά είναι συγκυρίαρχα και έχουν µόνο δύο αλληλόµορφα το καθένα: το (+) που προσθέτει ένα άνθος και το (-) που δεν προσθέτει. Υπάρχουν 3 5 =243 δυνατοί συνδυασµοί που µπορούν να σχηµατιστούν από τρεις γενότυπους (+/+, +/- και -/-), που κυµαίνονται ανάµεσα στις ακραίες περιπτώσεις (+/+,+/+,+/+,+/+,+/+) και (-/-,-/-,-/-,-/-,-/-). Οι πιθανοί όµως φαινότυποι είναι µόνο 11, δηλαδή από 0 ως 10. Αυτό συµβαίνει, γιατί πολλοί διαφορετικοί συνδυασµοί δίνουν το ίδιο αποτέλεσµα. Έτσι, αν και υπάρχει µόνο ένας τρόπος να έχουµε δέκα άνθη, να είναι όλα τα γονίδια οµοζυγωτά για το αλληλόµορφο (+), έχουµε 51 διαφορετικούς συνδυασµούς που καταλήγουν σε αριθµό ανθών 5, π.χ. (+/+,+/-,+/-,+/-,- /-) και (+/+,+/+,-/-,+/-,-/-). Ταυτόχρονα, πρέπει να υποθέσουµε ότι δύο ίδιοι γενότυποι µπορεί να δώσουν διαφορετικούς φαινότυπους λόγω της επίδρασης του περιβάλλοντος, όπως είπαµε παραπάνω. Η έλλειψη καθαρού συσχετισµού µεταξύ γενότυπου και φαινότυπου στα ποσοτικά χαρακτηριστικά δεν επιτρέπει την απευθείας µελέτη του τρόπου µεταφοράς των γονιδίων από γενιά σε γενιά µε το µενδελικό τρόπο. Τι µπορεί τότε να κάνει ένας γενετιστής µε τα ποσοτικά χαρακτηριστικά; Λόγω της σηµασίας που έχουν τα ποσοτικά γνωρίσµατα για την πράξη, οι γενετιστές έχουν αναπτύξει συγκεκριµένες πειραµατικές διαδικασίες για τη µελέτη της ποικιλότητας των χαρακτηριστικών αυτών στους πληθυσµούς και µπορούν να απαντήσουν στις παρακάτω ερωτήσεις: 1. Η ποικιλότητα των αποτελεσµάτων που βλέπουµε έχει καθόλου γενετικά στοιχεία, ή οφείλεται εξ ολοκλήρου σε περιβαλλοντικούς παράγοντες; 2. Αν υπάρχει γενετική ποικιλότητα, τότε ποιες είναι οι περιβαλλοντικές νόρµες των διαφόρων γενότυπων; 3. Η ποικιλότητα που παρατηρούµε οφείλεται κυρίως στο γενετικό υπόβαθρο; 3

4. Η γενετική ποικιλότητα είναι αποτέλεσµα της αλληλεπίδρασης λίγων ή πολλών γονιδίων µεταξύ τους; 5. Πως αλληλεπιδρούν τα γονίδια µεταξύ τους για να διαµορφώσουν το χαρακτήρα; Υπάρχει κυριαρχία ή συγκυριαρχία σε κάθε γονίδιο; Υπάρχουν επιστατικές σχέσεις µεταξύ των γονιδίων; 6. Υπάρχει κληρονοµικότητα που οφείλεται σε DNA εκτός πυρήνα; Ο λόγος για τον οποίο τελικά γίνονται όλες οι παραπάνω ερωτήσεις είναι για να µπορέσουµε να µάθουµε τι είδους απόγονους θα πάρουµε από τις διασταυρώσεις συγκεκριµένων φυτών. Η επεξεργασία των παραπάνω προβληµάτων αποτελεί το κύριο αντικείµενο της ποσοτικής γενετικής, του κλάδου αυτού της Γενετικής που καταπιάνεται µε ποσοτικά χαρακτηριστικά. Η ακρίβεια µε την οποία µπορούµε να απαντήσουµε στις παραπάνω ερωτήσεις ποικίλει. Βλέπουµε ότι η ποσοτική γενετική είναι ένας κλάδος που εξαρχής έχει πρακτικό προσανατολισµό, σε αντίθεση µε την ποιοτική γενετική που στόχο έχει πιο πολύ την περιγραφή των κληρονοµικών µηχανισµών στους οργανισµούς και την κατανόηση των γενετικών συστηµάτων. Οι διαφορές µεταξύ των δύο αυτών κλάδων συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα: Ποιοτική Γενετική Ποσοτική Γενετική 1. Ποιοτικά χαρακτηριστικά 1. Ποσοτικά χαρακτηριστικά 2. Ασυνεχής ποικιλότητα ξεχωριστές φαινοτυπικές τάξεις 3. Ευδιάκριτα αποτελέσµατα της δράσης ενός απλού γονιδίου χωρίς επίδραση του περιβάλλοντος 4. Η ανάλυση γίνεται µε καταµετρήσεις και αναλογίες 2. Συνεχής ποικιλότητα µετρήσεις από ένα φάσµα φαινότυπων 3. Πιθανός έλεγχος από περισσότερα γονίδια µε σηµαντική επίδραση του περιβάλλοντος 4. Στατιστικές αναλύσεις που βασίζονται στην κανονική κατανοµή και χρησιµοποιούν τη µέση τιµή και την απόκλιση Οι στατιστικές αναλύσεις που απαιτούνται για την κατανόηση των στοιχείων ποσοτικών γνωρισµάτων βασίζονται σε βασικές αρχές της στατιστικής, που θα επαναλάβουµε σύντοµα στο επόµενο κεφάλαιο. Η κανονική κατανοµή Η µελέτη ενός ποσοτικού χαρακτηριστικού σε ένα µεγάλο πληθυσµό αποκαλύπτει ότι τα άτοµα µε τους ακραίους φαινότυπους είναι λίγα, ενώ προοδευτικά είναι περισσότερα αυτά που βρίσκονται κοντά στη µέση τιµή του πληθυσµού. Αυτό φαίνεται και από το παράδειγµα µε τον αριθµό ανθών που χρησιµοποιήσαµε στο προηγούµενο κεφάλαιο. Αυτός ο τύπος της συµµετρικής κατανοµής που έχει χαρακτηριστικό κωδωνοειδές σχήµα και λέγεται κανονική κατανοµή. Η γραφική παράσταση της κανονικής κατανοµής, που λέγεται και καµπύλη του Gauss, συµβολίζει τον αριθµό των µετρήσεων κατά κλάση µέτρησης. Μία κλασική κανονική κατανοµή είναι το 4

ύψος των ανθρώπων. Στο παρακάτω σχήµα βλέπουµε την κατανοµή των µετρήσεων του ύψους σε µεγάλο δείγµα ενήλικων ανδρών, κατανεµηµένο κατά κλάσεις. Απλοποιώντας το παραπάνω σχήµα καταλήγουµε στη γνωστή «καµπάνα» της κανονικής κατανοµής. Ο µέσος όρος της φαινοτυπικής τιµής για ένα χαρακτηριστικό που ακολουθεί την κανονική κατανοµή ισούται µε το άθροισµα των επί µέρους µετρήσεων δια του αριθµού των µετρήσεων: Επειδή είναι δύσκολο να µετρήσουµε όλα τα άτοµα ενός πληθυσµού, είµαστε υποχρεωµένοι να παίρνουµε δείγµατα, από τα οποία βγάζουµε συµπεράσµατα για όλον τον πληθυσµό. Όσο πιο µεγάλο είναι το δείγµα, τόσο µεγαλύτερη είναι η πιθανότητα να προσεγγίσουµε τον πραγµατικό µέσο όρο του πληθυσµού. 5

Η µέση τιµή, ή οποιοδήποτε µέγεθος που δηλώνει µια κεντρική τάση σε µία κατανοµή τιµών δεν αρκεί για να περιγράψει την κατανοµή αυτή. ύο σύνολα τιµών µπορούν να έχουν τον ίδιο µέσο όρο, αλλά να διαφέρουν πολύ, όπως φαίνεται στο παράδειγµα του παρακάτω σχήµατος. Οι κατανοµές Α και Β συµβολίζουν την αύξηση δύο συνόλων φυτών. Και τα δύο έχουν µέσο όρο 30 cm αλλά διαφέρουν σηµαντικά ως προς τη διασπορά των τιµών, όπου το σύνολο Β φαίνεται να έχει µεγαλύτερη ποικιλότητα. Για γενετικούς σκοπούς, ένα από τα πιο χρήσιµα µέτρα ποικιλότητας είναι η τυπική απόκλιση (standard deviation), που συµβολίζεται µε το µικρό ελληνικό (σ) όταν πρόκειται για πληθυσµό, ή µε το λατινικό (s) όταν έχουµε δείγµα, που είναι και η πιο συχνή περίπτωση. Για να υπολογίσουµε το (s), η µέση τιµή του δείγµατος αφαιρείται από την κάθε µέτρηση και η απόκλιση αυτή υψώνεται στο τετράγωνο και αθροίζεται για όλα τα άτοµα του δείγµατος. Τέλος παίρνουµε την τετραγωνική ρίζα αυτής της τιµής: Ο υπολογισµός του µέσου όρου και της τυπικής απόκλισης γίνεται σήµερα πολύ εύκολα µε τη χρήση κοινών αριθµοµηχανών. Αν υψώσουµε την τυπική απόκλιση στο τετράγωνο παίρνουµε την τιµή (σ2) για τους πληθυσµούς και (s2) για τα δείγµατα. Η τιµή αυτή λέγεται διακύµανση (variance) και χρησιµοποιείται συχνά σε προβλήµατα έρευνας της γενετικής ποικιλότητας. Όπως θα δούµε στα επόµενα µαθήµατα, µπορεί κανείς να διαχωρίσει στατιστικά τη συνολική φαινοτυπική διακύµανση στη γενετική διακύµανση, την περιβαλλοντική διακύµανση και στη διακύµανση που οφείλεται στην αλληλεπίδραση γενότυπου περιβάλλοντος. Αυτός ο διαχωρισµός γίνεται µέσα από την ανάλυση διακύµανσης (ANOVA) και απαιτεί συγκεκριµένο πειραµατικό σχεδιασµό. Όπως είπαµε και πριν, λόγω αδυναµίας εξέτασης όλων των ατόµων ενός πληθυσµού, καταφεύγουµε στη λήψη δειγµάτων. Όσο µεγαλύτερο είναι το δείγµα, τόσο πιο κοντά πέφτουν οι µετρήσεις µας στις αληθινές παραµέτρους του πληθυσµού. Αν επαναλάβουµε πολλές δειγµατοληψίες για έναν πληθυσµό, θα δούµε ότι οι µέσοι όροι των δειγµάτων ακολουθούν και αυτοί την κανονική κατανοµή. Ο µέσος όρος των µέσων όρων είναι αυτός του πληθυσµού και η τυπική απόκλιση των µέσων όρων είναι µια έκφραση της παραλλακτικότητας στον πληθυσµό και της επάρκειας του δείγµατος. Το τελευταίο µέγεθος λέγεται και τυπικό σφάλµα (standard error) του µέσου όρου και µπορεί να υπολογιστεί και από ένα µόνο δείγµα ως εξής: 6

Όπου s είναι η τυπική απόκλιση ενός δείγµατος και Ν το µέγεθος του δείγµατος. Κληρονόµηση ποσοτικών χαρακτήρων Έχει αποδειχτεί πειραµατικά ότι στα ποσοτικά χαρακτηριστικά, οι φαινοτυπικές διαφορές µεταξύ γενότυπων είναι µικρές σε σχέση µε τις διαφορές που εµφανίζουν στο φαινότυπό τους άτοµα του ίδιου γενότυπου. Για πολύ καιρό, οι επιστήµονες πίστευαν ότι η συνεχής ποικιλότητα ενός χαρακτηριστικού συνδέεται υποχρεωτικά µε την ύπαρξη πολλών γονιδίων που ελέγχουν το χαρακτηριστικό αυτό. Αυτό όµως δεν είναι απαραίτητα σωστό. Αν η διαφορά µεταξύ των εκφράσεων διαφορετικών γενότυπων είναι µικρή, σε σύγκριση µε τη διακύµανση του περιβάλλοντος, τότε µπορεί να οδηγηθούµε σε συνεχή κανονική κατανοµή, ακόµα και αν υπάρχει µόνο ένα γονίδιο που ελέγχει το χαρακτηριστικό που εξετάζουµε. Το µοντέλο ερµηνείας της κληρονόµησης των ποσοτικών χαρακτήρων που κυριαρχούσε κατά τις περασµένες δεκαετίες είναι αυτό των πολυγονιδίων. Σύµφωνα µε το µοντέλο αυτό, η ποσοτική ποικιλότητα ενός χαρακτηριστικού είναι το αποτέλεσµα της δράσης πολλών γονιδίων, όπου το καθένα έχει πολύ µικρή επίδραση στην έκφραση του χαρακτηριστικού αυτού. Το όνοµα «πολυγονίδια» δόθηκε από την επιστήµη για τις οµάδες αυτές των γονιδίων, των οποίων η ύπαρξη όµως δεν αποδείχτηκε ποτέ. Είναι όµως πολύ σηµαντικό να ξέρουµε ότι ο αριθµός των γονιδίων δεν είναι ο παράγοντας εκείνος που διαχωρίζει έναν ποσοτικό χαρακτήρα από έναν ποιοτικό. Ακόµα και σε περιπτώσεις µικρών περιβαλλοντικών διακυµάνσεων, η ύπαρξη λίγων µόνο γονιδίων µε µενδελική κληρονόµηση είναι ικανή να δώσει χαρακτήρες µε συνεχή ποικιλότητα. Τελικά δεν µπορούµε να ξεχωρίσουµε τις περιπτώσεις που ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό ελέγχεται από πολλά ή από λίγα γονίδια. Ακόµα και όταν έχουµε πολλά γονίδια, αυτά συµµετέχουν στο χαρακτηριστικό σε διαφορετικό ποσοστό, άλλα περισσότερο και άλλα λιγότερο. Οι καθαρές σειρές του Johannsen Ένας ερευνητής από τη ανία, ο Johannsen, παρουσίασε στις αρχές του 20ού αιώνα τα αποτελέσµατα µιας σειράς πειραµάτων που έκανε πάνω σε ποσοτικούς χαρακτήρες. Τα πειράµατα αυτά συνέβαλαν ουσιαστικά στην κατανόηση της συµπεριφοράς των χαρακτήρων αυτών. Όπως ο Mendel. έτσι και αυτός διάλεξε για πειραµατικό υλικό ένα κηπευτικό φυτό και συγκεκριµένα µια ποικιλία φασολιών. Από ένα σύνολο φασολιών που πήρε από το εµπόριο, ο Johannsen διαπίστωσε ότι αυτά διαφέρουν µεταξύ τους σε µέγεθος και βάρος. 7

Ζύγισε 5.494 φασόλια και τα κατάταξε σε κλάσεις µε βάση το βάρος τους. Από το ιστόγραµµα που συνέταξε διαπίστωσε ότι οι διάφορες κατηγορίες βάρους ακολουθούν µια κανονική κατανοµή. Το δεύτερο βήµα ήταν να σπείρει σπόρους διαφορετικού βάρους και µεγέθους και να ζυγίσει τους απογόνους που έδιναν. ιαπίστωσε ότι οι µικροί και ελαφροί σπόροι έδιναν γενικά ελαφρότερους κατά µέσο όρο σπόρους, ενώ οι βαριοί βαρύτερους. Τα αποτελέσµατα αυτά έδειξαν κατ ' αρχήν ότι η επιλογή για το βάρος των σπόρων ήταν αποτελεσµατική. Ο Johannsen συνέχισε µε πειράµατα πιο συγκεκριµένα. Από το σύνολο των σπόρων διάλεξε 19 φασόλια που διέφεραν σε βάρος µεταξύ τους, το καθένα από διαφορετικό µητρικό φυτό και τα έσπειρε. Κάθε φυτό που αναπτύχθηκε, έδωσε µια ποσότητα σπόρων την οποία διατήρησε χωριστά, δηµιουργώντας έτσι 19 διαφορετικές «σειρές». Όταν ζύγισε τις σειρές αυτές και κατάταξε τους σπόρους κάθε µιας σε συχνότητες βάρους, βρήκε ότι: (α) Οι µέσοι όροι των 19 σειρών διέφεραν µεταξύ τους όσο περίπου και τα 19 αρχικά φασόλια που τις δηµιούργησαν. (β) Τα σπέρµατα κάθε σειράς δίνουν µια κανονική κατανοµή συχνοτήτων σε κλάσεις βάρους. Στη συνέχεια θέλησε να ελέγξει τι απογόνους δίνουν τα σπέρµατα που προέρχονται από την ίδια σειρά, αλλά διαφέρουν σε βάρος και µέγεθος. Σε κάθε µια από τις 19 σειρές διάλεξε τους ελαφρότερους και βαρύτερους σπόρους και τους έσπειρε χωριστά. Μετά από κάθε σοδειά ζύγιζε τους σπόρους των δυο προελεύσεων για να βρει τη διαφορά σε βάρος και επαναλάµβανε τη σπορά µε φασόλια των ακραίων διαστάσεων και βαρών. Αυτό συνεχίστηκε για ένα αριθµό γενεών και για κάθε µια σειρά χωριστά από τις 19 σειρές που άρχισε το πείραµά του. ιαπίστωσε µια καταπληκτική τάση εξίσωσης των δυο µέσων όρων από γενιά σε γενιά, ανεξάρτητα αν η αναπαραγωγή γινόταν µε τους ελαφρότερους ή τους βαρύτερους σπόρους. Μετά από έξι γενιές επιλογής σε κάθε σειρά, οι ελαφρότεροι και οι βαρύτεροι σπόροι έδωσαν απογόνους µε το ίδιο µέσο βάρος σπόρων. Κάθε χρόνο, ενώ οι διαφορές των σπόρων σε βάρος, των δυο κατηγοριών, ήταν µεγάλες, τελικά τα φυτά που αναπτύσσονταν έδιναν σπόρους που το µέσο βάρος τους ήταν το ίδιο ανεξάρτητα αν προέρχονταν από τους βαρείς ή τους 8

ελαφρούς σπόρους. Οι διαφορές δηλαδή των αρχικών σπόρων σε µέγεθος ή βάρος δεν µεταδίδονταν στους απογόνους τους όταν προέρχονταν από την ίδια σειρά. Στο αρχικό ξεκίνηµα των πειραµάτων όµως, οι διαφορές των 19 σπόρων σε βάρος, µεταβιβάστηκαν στους απογόνους τους. Τα αποτελέσµατα του Johannsen εξηγούνται ικανοποιητικά αν λάβουµε υπόψη ότι το φασόλι είναι φυτό αυτογονιµοποιούµενο και ότι η αυτογονιµοποίηση οδηγεί στην οµοζυγωτία των γονιδίων, όπως είπαµε και στο προηγούµενο εξάµηνο. Οι γονείς λοιπόν µε τους οποίους ο Johannsen άρχισε τη δεύτερη σειρά των πειραµάτων του ήταν οµοζυγωτοί για τα γονίδια που ελέγχουν το βάρος των σπόρων. Έτσι οι απόγονοί τους δεν παρουσίασαν γενετικούς συνδυασµούς για το χαρακτήρα αυτό και αποτέλεσαν, σύµφωνα µε την ορολογία του ίδιου, µια καθαρή σειρά. Όλες οι διαφορές που εµφάνισαν τα σπόρια µιας καθαρής σειράς σε µέγεθος, οφείλονταν µόνο στην επίδραση του περιβάλλοντος. Η επιλογή µέσα σε µια καθαρή σειρά δε θα φέρει κανένα αποτέλεσµα γιατί δεν έχει καµιά βιολογική βάση, αφού όλοι οι γενότυποι είναι όµοιοι. Κάθε γενιά αναπτύσσεται πάνω στην ίδια γενετική βάση και έχει ακριβώς τις ίδιες ικανότητες για ποικιλότητα από την επίδραση του περιβάλλοντος, όπως είχαν και οι γονείς. Η αρχική επιτυχία του Johannsen στην επιλογή του για βάρος (µέγεθος) σπόρων, οφείλεται στο ότι ο αρχικός πληθυσµός που επέλεξε τους 19 σπόρους δεν ήταν καθαρή σειρά αλλά µίγµα από καθαρές σειρές, δηλαδή απόγονοι από διαφορετικά φυτά. Στο αρχικό σύνολο που επέλεξε τυχαία στο εµπόριο υπήρχε γενετική ποικιλότητα ως προς το συγκεκριµένο χαρακτήρα. Ο Johannsen απέδειξε ότι ο φαινότυπος είναι αποτέλεσµα της επίδρασης των γονιδίων και του περιβάλλοντος.σε γνωρίσµατα όπως είναι τα ποσοτικά, η επίδραση του περιβάλλοντος είναι πολύ σηµαντική στον τελικό φαινότυπο, ενώ στα ποιοτικά, αποφασιστικό ρόλο στην εκδήλωσή τους έχει ο γενότυπος. Τα συµπεράσµατα που µπορεί να διατυπωθούν απ'τα πειράµατα του Johannsen είναι τα εξής: 1. Υπάρχει σαφής διάκριση µεταξύ κληρονοµούµενης και µη ποικιλότητας. 2. Η οµοµειξία οδηγεί τελικά σε γενοτυπική οµοζυγωτία. 3. Η επιλογή δεν είναι µέσο που δηµιουργεί γενετική ποικιλότητα. 4. Η επιλογή είναι µια µέθοδος που µπορεί να µεταβάλλει ένα χαρακτήρα από γενιά σε γενιά, όταν ο πληθυσµός στον οποίο εφαρµόζεται παρουσιάζει γενετική ποικιλότητα 5. Οι ποσοτικοί χαρακτήρες είναι πολύ ευαίσθητοι στην επίδραση του περιβάλλοντος. 9