Gregor Mendel. Johan Gregor Mendel (1822-1884) je bio avgustinski fratar u manastiru Svetog Tome u Brnu, danas u Češkoj. Uz podršku manastira, predavao je fiziku i prirodne nauke, a od 1856. do 1863. je proučavao obrasce nasljeđivanja kod graška, kultivišući i testirajući oko 28.000 biljaka. Godine 1865. predstavio je rezultate lokalnom Prirodnjačkom društvu, a 1866. ih objavio. Njegov rad je gotovo neopaženo prošao - naučna zajednica je tada vjerovala u "teoriju miješanja" nasljeđivanja (da potomstvo dobija prosječan izgled roditelja), dok je Mendel radio sa osobinama koje su se nasljeđivale u odvojenim, jasno razgraničenim klasama. Njegov rad je ponovo otkriven tek 1900, nezavisno od tri naučnika (Hugo de Vris, Karl Korens, Erih fon Čermak), i tek 1915. integrisan sa hromozomskom teorijom nasljeđivanja.

Osnovni pojmovi. Kao što je već pomenuto na stranici o strukturi hromozoma, homologni hromozomi nose iste gene na istim pozicijama (lokusima), ali te kopije nisu nužno identične. Varijante gena na istom lokusu zovu se aleli. Diploidan organizam ima dvije kopije svakog gena, po jednu od svakog roditelja - ako su te dvije kopije identičan alel, organizam je homozigot za taj gen; ako su različite, heterozigot. Ukupan genetički sastav organizma (uključujući i neizražene alele) je njegov genotip; osobine koje se stvarno vide su njegov fenotip. Kod dominantno-recesivnog obrasca, homozigotno dominantan i heterozigotan organizam izgledaju identično (isti fenotip, različit genotip) - recesivan alel se vidi SAMO kod homozigotno recesivnih jedinki. Standardna konvencija zapisa koristi veliko slovo za dominantan alel, malo za recesivan (npr. VV, Vv, vv za boju cvijeta graška). Heterozigotna jedinka sa dominantnim fenotipom je genetički nosilac recesivne osobine - termin koji će biti od direktne koristi kod autosomno recesivnih bolesti na sljedećim stranicama.

Prvi Mendelov zakon - zakon segregacije. Upareni aleli (Mendelovi "jedinični faktori") se moraju podjednako razdvojiti u gamete, tako da svaka gameta nosi samo jedan alel po genu, i potomstvo ima jednaku šansu da naslijedi bilo koji od njih. Fizička osnova ovog zakona je prva dioba mejoze, gdje se homologni hromozomi (sa svojim različitim verzijama gena) razdvajaju u ćelije kćeri - puna razrada same mejoze je na stranici o ćelijskom ciklusu i gametogenezi, ovdje je dovoljno zapamtiti vezu. Mendel je formulisao zakon čisto na osnovu statističkih obrazaca ukrštanja, bez ikakvog znanja o hromozomima - veza sa mejozom je otkrivena tek decenijama kasnije.

Monohibridno ukrštanje i Punnett kvadrat. Kad se ukrste dvije čistokrvne biljke graška sa kontrastnom osobinom (npr. žuta VV naspram zelena vv sjemenka), sve F1 potomstvo je heterozigotno (Vv) i fenotipski identično dominantnom roditelju. Kad se F1 biljke samo-oplode, F2 generacija daje fenotipski odnos približno 3:1 (dominantno:recesivno) - u Mendelovom originalnom eksperimentu, konkretno 705 ljubičastih naspram 224 bijela cvijeta, ili 3,15:1. Iza tog fenotipskog 3:1 stoji genotipski odnos 1:2:1 (VV:Vv:vv), jer se VV i Vv fenotipski ne razlikuju. Punnett kvadrat, koji je osmislio britanski genetičar Redžinald Panet 1905. (prvi put objavljen 1906, sa Vilijamom Bejtsonom i Edit Sanders), je jednostavan alat za predviđanje ovih odnosa: aleli jednog roditelja se poređaju duž vrha mreže, drugog duž strane, a svaka kutija predstavlja mogući genotip potomstva.

Test-ukrštanje. Pošto homozigotno dominantan i heterozigotan organizam izgledaju identično, kako uopšte razlikovati ta dva genotipa? Mendel je razvio test-ukrštanje - ukrštanje jedinke nepoznatog, dominantno-izraženog genotipa sa homozigotno recesivnim partnerom. Ako je nepoznata jedinka homozigot, SVO potomstvo će biti heterozigoti sa dominantnim fenotipom; ako je heterozigot, potomstvo će pokazati 1:1 odnos heterozigota i homozigotno recesivnih jedinki. Kod ljudi je test-ukrštanje očigledno neetično i nepraktično - umjesto toga, genetičari koriste analizu rodoslovnog stabla, tema zasebne, buduće stranice ove oblasti.

Drugi Mendelov zakon - zakon nezavisnog nasljeđivanja. Aleli različitih gena se raspoređuju u gamete nezavisno jedni od drugih - svaka moguća kombinacija je podjednako vjerovatna. I ovog zakona je fizička osnova mejoza I, konkretno nasumična orijentacija različitih homolognih parova na metafaznoj ravni - puna razrada te mehanike, uključujući formulu za broj mogućih kombinacija gameta, je na stranici o mejozi. Ovaj zakon striktno važi samo za gene na različitim hromozomima (ili dovoljno udaljene na istom) - geni koji se nalaze blizu jedan drugom na ISTOM hromozomu, vezani geni, krše ovo pravilo i imaju tendenciju da se nasljeđuju zajedno. Taj izuzetak, uključujući ulogu krosingovera koji ga djelimično "razvezuje", je već uveden na stranici o rekombinaciji, a puna genetička analiza sprezanja je razrađena na stranici o interakcijama gena i vezanim genima.

Dihibridno ukrštanje. Kad se prati nasljeđivanje DVA gena istovremeno (npr. boja i tekstura sjemena graška), ukrštanje dvostrukih heterozigota (VvRr × VvRr) daje četiri moguća tipa gameta u jednakim omjerima, pa 4×4 Punnett kvadrat sa 16 kombinacija - fenotipski odnos u F2 generaciji je 9:3:3:1 (dominantno/dominantno : dominantno/recesivno : recesivno/dominantno : recesivno/recesivno). Ovaj odnos NIJE proizvoljan broj - direktna je posljedica dva nezavisna 3:1 odnosa pomnožena zajedno (3/4 × 3/4 = 9/16 za obje dominantne osobine), što direktno povezuje dihibridno ukrštanje sa probabilističkim pravilima ispod.

Probabilistička pravila. Vjerovatnoća da se dva NEZAVISNA događaja dese ZAJEDNO (signalna riječ "i") se računa množenjem njihovih pojedinačnih vjerovatnoća - pravilo množenja. Upravo ovo pravilo stoji iza 9:3:3:1 odnosa: vjerovatnoća da potomstvo ima OBJE dominantne osobine je 3/4 × 3/4 = 9/16. Vjerovatnoća da se desi JEDAN ILI DRUGI od dva međusobno isključiva ishoda (signalna riječ "ili") se računa sabiranjem - pravilo sabiranja: vjerovatnoća da potomstvo ima TAČNO JEDNU od dvije dominantne osobine (ne obje, ne nijednu) je 3/16 + 3/16 = 6/16. U praksi, oba pravila zahtijevaju velike uzorke da bi se stvarno ostvarila - male grupe su podložne slučajnim odstupanjima, zato je Mendel radio sa hiljadama biljaka, ne desetinama.