1856 yılında ilk defa bezelyelerde monohibrit çaprazlama deneylerini gerçeklefltiren Mendel, yaptığı bir seri melezleme çalışmalarını sekiz yıl sürdürmüştür. Gerçekleştirdiği bu çalışmaları 1865 yılında bilimsel bir kongrede sunmuştur. Mendel, hermafrodit bir bezelye türü olan Pisum sativum’un tohumlarından elde ettiği çeşitli varyeteleri ile yaptığı çaprazlamalardan ancak birbirine zıt yedi özellikten elde ettiği çalışmaları önemli bulmuş ve bunlar 1866’da “Bitki melezleri ile çalışmalar” başlıklı bir makalede yayınlamıştır. Böylelikle bugün genetiğin temellerini oluşturan bilgileri ortaya koymuştur.

Bir canlının genetik yapısına bağlı olarak çevrenin de etkisiyle ortaya çıkan görüntüsüne fenotip adı verilir. Fenotip çevre ve genotipin ortaklaşa etkisiyle meydana getirdiği yapıdır. “F” harfi ile sembolize edilmektedir. Bireyin görüntüsünde, çevrenin genotipin etkisini baskıladığına ilişkin birçok örnek vardır. Örneğin Himalaya cinsi tavşanlar hava sıcaklığı yüksek olan yerlerde yetiştirilirlerse, vücut örtüsü tamamen beyaz renkte olmaktadır. Ancak sıcaklığı düşük olan yerlerde yetiştirildiklerinde kuyruk uçlarında ayaklarında ve burun uçlarında siyah pigmentlerin oluştuğu bilinmektedir. Bu değişikliğin sebebi; bu lekelerin oluşmasında katkısı olan bir enzimin yüksek sıcaklıkta inaktif durumda olmasıdır. Sonuç olarak, oluşacak fenotip; genotip ve çevrenin ortak etkileşimi sonucunda elde edilmektedir.

Allel gen, canlıların karakterlerini belirleyen/determine eden en az bir çift gen mevcuttur. Birisi anadan diğeri babadan gelen ve homolog kromozomların karşılıklı lokuslarında bulunan genlere allel gen adı verilmektedir. Dominantlık, allel genlerden birinin diğeri üzerindeki baskınlığa denir. Allel genlerden baskın olanın meydana getirdiği karakter fenotipte gözlenir. Fenotipte kendini gösteren gene dominant (baskın) gen denilmektedir. Resesiflik, allel genlerin heterozigot olduğu durumlarda, etkisini fenotipte gösteremeyen gene resesif (çekinik) gen; bunun ortaya çıkardığı özelliğe de resesiflik (çekinik özellik) denir. Örnek verecek olursak, bezelyede yeşil rengin çekinik, sarı rengin ise baskın olduğu söylenebilir. Özetle, F1 neslinde (ilk nesil) kendi özelliklerinin ortaya çıkmasına neden olan genler (dominant) baskın genlerdir. Baskın (dominant-D) genler, bireyin fenotipinde kendi varlığını her zaman gösterirler (DD veya Dd olduğu durumlarda). Baskın genle birlikte bulunduğu zaman kendi özelliğini gösteremeyen genlere ise (resesif) çekinik gen denilmektedir. Çekinik (resesif-d) genler ise bireyin fenotipinde kendi varlığını sadece homozigot (dd) olduğu zaman gösterebilmektedir.

Homozigot, bir karakteri kontrol eden iki allel gen birbirinin aynısı ise buna homozigot denir. Başka bir deyişle aynı lokusta birbirine eş olan allel genlerin bir araya gelerek meydana getirdiği gamet topluluğuna denir. Örneğin; AA, dd, EE, ZZ, XX gibi. Heterozigot, bir karakteri kontrol eden iki allel gen birbirinden farklı ise buna heterozigot denir. Homolog kromozomların karşılıklı lokuslarında belirli bir karakter ya da bütün karakterler için aynı olmayan allel çiftin buluması durumudur. Örneğin; İi, Dd, Ee, XY, Gg, gibi.

Bezelye bitkisi oluşum itibariyle hermafrodittir. Dolayısıyla yapı bakımından içerisine başka çiçeklerin polenlerinin girmesi olanaksızdır. Bu bitkiler kendileşme yoluyla ve eşeyli olarak çoğalmaktadır. Erkeklik organı olan anterler, çiçek henüz tomurcuk halinde iken olgunlaşıp çatlayarak bitkiyi (yumurtayı) döllemektedir. Bu özellik sayesinde, bitki henüz tomurcuk halinde iken açılıp erkeklik organı (anter) uzaklaştırılarak kastrasyon işlemi gerçekleştirilebilir. Kastre edilen bitkiye zıt özellikte olan başka bir bitkinin polenleri kullanılarak suni yoldan tozlaştırılabilir. Böylece kendileşme engellenmiş olur. Bu bitkide tohum kabuğu rengi, çiçek rengi, tohum rengi, tohum şekli, tohum zarfı rengi, tohum zarfı şekli, çiçek konumu ve gövde yüksekliği gibi pek çok zıt karakter mevcuttur. Bu nedenle de oğul döllerin özellikleri birbirinden kolayca ayrılmaktadır.

Mendel’in yapmış olduğu ilk deneyler tek bir karakterin zıt iki formu ile ilgili olmuştur. Monohibrit birleştirme (Monohibrit çaprazlama) adı verilen bu deneylerden birinde erkek olarak seçtiği sarı tohumlu bezelyelerle, dişi olarak seçtiği yeşil tohumlu bezelyeleri çaprazlamayı amaçlayarak; dişi bitkilerin erkek organlarını tomurcuklanma aşamasında iken kastrasyon işlemiyle ortamdan uzaklaştırmıştır. Böylelikle bitkinin kendileşmesine engel olmuştur. Ardından erkek bitkilerin çiçeklerinden topladığı olgun polenler ile dişi bireyi suni olarak tozlaştırarak F1 bitkiler elde etmiştir. Bu işlemler esnasında dişi bireylerin rüzgâr ve böcekler gibi dış etkenler aracılığıyla yabancı polenler tarafından tozlaşmasını engellemek için etrafı zarfla kapatılarak çevreden izole edilmiştir.

Homozigot dişi ve erkek bezelyelerden; AA genotipli sarı tohumlu erkek ve aa genotipli yeşil tohumlu dişi çaprazlandığında elde edilen yavruların tümünün Aa genotipli oldukları görülmektedir. Tıpkı insanlar ve tüm canlılarda olduğu gibi birey döllenme aşamasında genin bir allelini anneden, diğer allelini ise babadan almaktadır. Dolayısıyla yavruda oluşan genotip iki bireyin de genotipini taşımaktadır. Ancak F1’in fenotipinde ne görüleceği hangi genin dominant hangi genin resesif oluşuna bağlıdır. Tohum renginde; sarı rengi kodlayan genin (A), yeşil rengi kodlayan gen (a) üzerine baskın oluşu yavru F1 fenotipinin (Aa) sarı görülmesine neden olmaktadır.

Mendel elde ettiği F1 neslini kendi aralarında çaprazlayarak F2 neslini elde etmiştir. Ortaya çıkan F2 neslinde bu defa meydana gelen 4 yavru bitkiden 3 tanesinin homozigot genin determine ettiği karakteri fenotipte gösterdiği, geriye kalan bir yavrunun ise resesif genin belirlediği özelliği fenotipine yansıttığını gözlemlemiştir (3:1). Bu olayı bir örnekle açıklamak gerekirse sarı ve yeşil tohumlu bezelye bitkisi ele alınabilir. Yavru bezelyelerde meydana gelecek tohum rengi karakterini belirlemek için yapılan deneyde bilindiği üzere, F1 neslinde dominant A geni etkisiyle, tüm bitkiler sarı tohumlu (Aa) olarak meydana gelmiştir. F1’deki heterozigot yapılı sarı tohumlu bezelyeler kendi aralarında birleştirildiğinde ise oluşan yeni nesiller (F2) Aa, Aa, AA ve aa şeklinde elde edilmiştir. Bu şemaya göre; F2 neslinde oluşan 4 yavru bitkiden 2 tanesi heterozigot yapıda olup sarı renk görünüş açığa çıkmaktadır. Diğer bir yavru ise sahip olduğu 2 dominant allel gen sayesinde fenotipte tekrar sarı rengi vermektedir. Geriye kalan son yavru ise resesif allel genleri homozigot olarak taşıdığı için yeşil renk fenotip vermektedir. Buradaki oran 3’e 1 şeklinde ifade edilmektedir.

Yapılan melezlemeler sonucu ebeveynlerin sahip olduğu zıt karakterlerden sadece bir ebeveyne ait olan karakter (dominant olan) kendisini fenotipte göstermiştir. Bu sonuçla Mendel, fenotipte ebeveynlerin ortasında bir değer beklemenin yanlış olduğu tespit etmiştir. Dişi ve erkek ebeveynlerin pozisyonları değişse bile bu değişikliğin sonucu etkilemediği görülmüştür. Diğer karakter (resesif olan) ise gizli kalmaktadır. (Eğer yavrunun fenotipini sadece ebeveynlerin birinden gelen faktör belirlemiş olsaydı, F2 neslinde resesif gen taşıyan ebeveynin özelliği fenotipe yansımazdı.) Öyleyse her bir karakter için iki adet kalıtım faktörünün olduğu ve meydana gelen fertlerin izotip fertler olduğu ortaya konulmuştur.

F1 nesli kendi arasında melezlendiğinde F2 neslinde birbirinden farklı yani her iki ebeveynin de karakterleri fenotipte görülmektedir. Bu durum; gametler ayrılırken, hem anadan hem de babadan yavruya geçen ve nesiller boyu birbirine karışmadan saklanabilen iki tane kalıtım faktörünün etkisini ortaya koymaktadır. Bu faktörler rastgele yavruya geçmektedir. Özetle ortaya çıkan bir fenotip; biri anneden diğeri babadan gelen iki katılım faktörünün etkisiyle (dominant ya da resesif) meydana gelmektedir. Yavru (F1) genotipinde bu iki faktörü de taşımakta ve kendi yavrularına da (F2) tesadüfî olarak sadece birini geçirmektedir. Mendel’in ortaya koyduğu bu sonuç tarihe Mendel’in Birinci Yasası-Ayrışma (Segregasyon) İlkesi olarak geçmektedir. Bu kanuna göre; dominant gen etkilerinin fenotipte görülmesinin, resesif gen etkilerinin fenotipte görülme oranı her zaman 3:1 şeklindedir.

Test birleştirmesi; Mendel’in gerçekleştirdiği deneylerin kontrolünü yapmak üzere bulunmuştur. Geriye melezlemenin prensibi; heterozigot genotipli F1 nesli bitki ya da bireyin, homozigot resesif ebeveynler ile birleştirilmesi ilkesine dayanmaktadır. Örneğin; uzun saplı bitkilerin genotipini T, kısa saplı bitkinin genotipini ise t ifade etsin. T geninin, t geni üzerinde dominant etkisi olduğu varsayıldığında, homozigot resesif kısa saplı bir bireyin (tt), genotipi bilinmeyen bir bireyle (F1) birleştirilmesi sonucu elde edilen yavruların tümü eğer kısa saplı (tt) ise; genotipi bilinmeyen bireyin homozigot resesif olduğu görülebilmektedir. Mendel’in segregasyon ilkesine göre; yavruda belirecek olan fenotip, hem anneden hem de babadan gelecek olan bir çift gen kontrolünde olduğundan, oluşacak bireylerin tümünün kısa olması hem anne hem de baba kuşaktan resesif genlerin geçtiğini göstermektedir. Eğer oluşacak bireylerin fenotipleri, bir kısmı anneye (uzun) bir kısmı ise babaya (kısa) ait özellikleri gösteriyorsa; genotipi bilinmeyen bireyin, heterozigot yapıda (Tt) olduğu söylenebilmektedir.

Farklı ebeveynlerin, iki karakter açısından birleştirilmesine dihibrit birleştirme, meydana gelen olaya ise dihibridimus adı verilmektedir. Dihibrit birleştirme, Mendel’in, bezelyelerde tohum rengi ve tohum şekli karakterleri arasında yaptığı deneyle açıklanabilir. Homozigot yapıdaki düz ve sarı tohumlu bir bezelye (AABB) ile yine homozigot yapıda buruşuk ve yeşil bezelye (AaBb) çaprazlanmıştır. Burada; A geni: Sarı tohum rengini a geni: Yeşil tohum rengini B geni: Yuvarlak tohum şeklini b geni: Buruşuk tohum şeklini ifade etmektedir. Homozigot yapıdaki sarı ve düz tohumlu bezelye (AABB) ile yeşil ve buruşuk tohumlu (aabb) bezelye bitkisi çaprazlandığında; F1’de AaBb genotipli bireyler elde edilmiştir. Elde edilen bezelye tohumları sarı-düz görünüşe sahiptir.

Yapılan dihibrit birleştirmeye göre; 9 farklı genotip (AABB, AABb, AaBB, AaBb, AAbb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb), 4 farklı fenotip (sarı-yuvarlak tohumlu, sarı-burufluk tohumlu, yeşil-yuvarlak tohumlu, yeşil-buruşuk tohumlu) ve 16 tane F2 bireyi elde edilmektedir. Dihibrid birleştirme metoduna göre dağılım oranı 9:3:3:1 şeklinde bulunmaktadır.

AaBb genotipinde yapılan dihibrit birleştirmeye göre; 9 farklı genotip (AABB, AABb, AaBB, AaBb, AAbb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb), 4 farklı fenotip (sarı-yuvarlak tohumlu, sarı-buruşuk tohumlu, yeşil-yuvarlak tohumlu, yeşil-buruşuk tohumlu) ve 16 tane F2 bireyi elde edilmektedir. Dihibrid birleştirme metoduna göre dağılım oranı 9:3:3:1 şeklinde bulunmaktadır. Oranlar irdelendiğinde, bazı bireylerin parental kuşağa benzediği gözlenmektedir. Yani kimi bireyler sarı-yuvarlak, kimileri ise yeşil-buruşuk fenotiptedir. Ancak F2’ye bakıldığında ise sarı-buruşuk veya yeşil-düz gibi, fenotipik olarak ebeveyn kuşağına benzemeyen bireyler açığa çıkmıştır. Yani ayrı özelliklere sahip gen çiftleri bağımsız davranmaktadır. İki özellik birbirinin kalıtımına etki etmemektedir. İki farklı karakteri oluşturan allel genler yeni birleşimler yaparak, birbirlerini etkilemeden bağımsız davranarak yeni kuşaklara geçmektedir. Mendel’in keşfettiği bu sonuçlar da tarihe Mendel’in İkinci Yasası; Bağımsız Düzenlenme İlkesi, Bağımsız Tertiplenme, Bağımsız Dağılım olarak geçmektedir.

Farklı iki canlı arasında, üç karakter açısından yapılan birleştirmeler; trihibrit birleştirmeler (trihibrit çaprazlama) şeklinde adlandırılmaktadır. İkiden fazla karakter için yapılan birleştirmelere ise polihibrit bileştirmeler (polihibrit çaprazlama) olarak tanımlandığından trihibrit birleştirmelere aynı zamanda polihibrit birleştirmeler de denilmektedir.

Pembe renk, uzun gövde ve çiçeklerde aksiyal konum dominant karakterlerdir, ebeveyn gametleri PuA ve pUa şeklindedir. Yapılan trihibrit çaprazlama sonucu; • F1’de elde edilen yavru kuşağın tümü pembe renkli, uzun gövdeli ve aksiyal çiçek konumludur (PpUuAa). • F1 melezleri kendi aralarında çaprazlandıklarında sekiz adet gamet elde edilmektedir. Bunlar: PUA, PUa, PuA, Pua, pUA, pUa, puA, pua şeklindedir.

Polihibrit çaprazlamalarda F1’de oluşacak gamet sayısı 2ⁿ şeklinde bulunmaktadır. Buradaki n, çaprazlamaya giren gen sayısını ifade etmektedir. Örneğin; 3 farklı gen olduğunda 2³’ten 8 tane gamet elde edilmektedir.

Polihibrit çaprazlamalarda F1’de oluşacak gamet sayısı 2ⁿ şeklinde bulunmaktadır. Soruda verilen örnekte 2⁴=16 adet gamet oluşacaktır. F2 kuşağında oluşan 16 adet gamet birbiriyle çaprazlandığında 2⁴ x 2⁴=256 adet yeni birleşimde yavru meydana gelebilecektir.

F2 kuşağında meydana gelen yavru sayısı (yeni birleşim sayısı) da 2ⁿ x 2ⁿ formülü yardımıyla bulunabilmektedir. Bu formüle göre örnekteki 3 gen için; 23 x 23 = 64 yeni birleşim sonucunu verir. • F2 kuşağında fenotipik dağılım oranı ise her zaman aynı olmak kaydıyla; 27:9:9:9:3:3:3:1 şeklindedir. Bu dağılıma göre;

27 adet yavru: Pembe çiçekli, uzun gövdeli ve aksiyal çiçek konumlu, • 9 adet yavru: Pembe çiçekli, uzun gövdeli ve terminal çiçek konumlu, • 9 adet yavru: Pembe çiçekli, kısa gövdeli ve aksiyal çiçek konumlu, • 9 adet yavru: Beyaz çiçekli, uzun gövdeli ve aksiyal çiçek konumlu, • 3 adet yavru: Pembe çiçekli, kısa gövdeli ve terminal çiçek konumlu, • 3 adet yavru: Beyaz çiçekli, uzun gövdeli ve terminal çiçek konumlu, • 3 adet yavru: Beyaz çiçekli, kısa gövdeli ve aksiyal çiçek konumlu, • 1 adet yavru: Beyaz çiçekli, kısa gövdeli ve terminal çiçek konumlu fenotipe sahiptir.

F2 neslinde genotip sayısı; 27 tanedir. Bu sayı 3ⁿ formülüyle de hesaplanabilmektedir. Bu örnekteki gen sayısı olan 3’ü formüle yerleştirdiğinde 3³’ten 27 adet genotip elde edildiği sonucuna varılabilmektedir.