Mendelsche Regeln: Wie einzelne Gene bei Cannabis vererbt werden

Die drei mendelschen Regeln im Überblick

Gregor Mendel leitete seine Regeln in den 1860er-Jahren aus Kreuzungsversuchen mit reinerbigen Erbsenlinien ab. Er kreuzte Pflanzen, die sich in einem einzigen Merkmal unterschieden, etwa violette gegen weiße Blüten, und verfolgte, wie sich das Merkmal über zwei Generationen verhielt. Aus rund 20.000 ausgewerteten Pflanzen ergaben sich drei wiederkehrende Muster, die als mendelsche Regeln in die Genetik eingingen.

Mendel selbst zählte für die Blütenfarbe 705 violett und 224 weiß blühende F2-Pflanzen – ein Verhältnis von etwa 3,15 zu 1. Wie sich diese Zahlenverhältnisse auf Kreuzungen bei Cannabis übertragen lassen und wo die F1- und F2-Generation praktisch herkommen, erklärt der Artikel zur F1-Generation.

Allele, dominant und rezessiv: die Grundbegriffe

Jedes Gen liegt bei Cannabis wie bei den meisten Pflanzen in zwei Kopien vor, je einer auf einem der beiden homologen Chromosomen. Die Varianten eines Gens heißen Allele. Für ein Gen mit den Allelen A und a sind drei Kombinationen möglich: AA, Aa oder aa. Trägt eine Pflanze zwei gleiche Allele, ist sie homozygot (reinerbig); bei zwei unterschiedlichen Allelen ist sie heterozygot (mischerbig).

Ob sich ein Allel im äußeren Erscheinungsbild durchsetzt, hängt von seinem Verhalten ab. Ein dominantes Allel zeigt sich schon in einfacher Ausführung, also sowohl bei AA als auch bei Aa. Ein rezessives Allel wird dagegen von einem dominanten Partner überdeckt und zeigt sich nur bei aa. Mendel beschrieb das an der Blütenfarbe: Violett war dominant, Weiß rezessiv, und weiß blühende Pflanzen tauchten erst in der F2 wieder auf, weil sich dort reinerbig rezessive Nachkommen bildeten.

Cannabis liefert ein Beispiel, bei dem sich beide Allele gleichzeitig zeigen: das Verhältnis von THC zu CBD. Kreuzt man eine reine THC- mit einer reinen CBD-Inzuchtlinie, bilden alle F1-Pflanzen beide Stoffe – die Allele verhalten sich kodominant. In der F2 spaltete sich das Merkmal im Verhältnis 1:2:1 in reine CBD-, gemischte und reine THC-Pflanzen auf, genau das Muster, das die Spaltungsregel für ein einzelnes Gen mit zwei gleichrangigen Allelen vorhersagt.

Ein Merkmal, das wie der Chemotyp von einem einzigen Gen bestimmt wird, heißt monogen. Die Autoflower-Eigenschaft ist ein weiteres monogenes Beispiel: Sie wird rezessiv vererbt, weshalb Kreuzungen mit photoperiodischen Pflanzen in der F1 durchweg photoperiodisch blühen und in der F2 erst wieder rund ein Viertel der Pflanzen tagneutral blüht. Die meisten Merkmale, auf die es im Anbau ankommt, etwa Wuchshöhe oder Ertrag, sind dagegen polygen, also von vielen Genen gleichzeitig abhängig – wie das genau funktioniert, beschreibt der Artikel zu polygenen Merkmalen.

Der genetische Beitrag beider Eltern

Bei der Befruchtung gibt jeder Elternteil genau ein Allel pro Gen an den Nachkommen weiter – unabhängig davon, ob er über den Samen oder über den Pollen beiträgt. Physikalisch liegt das an der Meiose: Bei der Bildung von Keimzellen trennen sich die beiden homologen Chromosomen und damit die beiden Allele eines Gens voneinander, sodass jede Keimzelle nur eine der beiden Varianten enthält. Aus der zufälligen Vereinigung von Samen- und Pollenzelle ergeben sich die in der Tabelle oben gezeigten Verhältnisse.

Für Gene im Zellkern gilt das gleichermaßen für beide Elternpflanzen. Im Grow-Jargon klingt „Mutterpflanze“ so, als würde sie mehr zum Erbgut beitragen als der Pollenspender – tatsächlich beschreibt der Begriff nur, welche Pflanze die Samen trägt, nicht einen größeren genetischen Anteil. Welche Eigenschaften eine Pflanze insgesamt zeigt, hängt zusätzlich davon ab, wie die geerbten Allele mit der Umwelt zusammenwirken; das erklärt ausführlich der Artikel zu Genotyp und Phänotyp.

Wo Missverständnisse entstehen

Die Unabhängigkeitsregel gilt nur, wenn die beiden betrachteten Gene auf unterschiedlichen Chromosomen liegen oder auf demselben Chromosom weit genug auseinander. Liegen zwei Gene eng benachbart, werden sie häufiger gemeinsam vererbt, als es die 9:3:3:1-Regel vorhersagt – Fachleute sprechen von Kopplung. Für den Eigenanbau heißt das: Zwei wünschenswerte Eigenschaften lassen sich nicht automatisch beliebig neu kombinieren, wenn ihre Gene eng gekoppelt sind.

Ein Merkmal, das über mehrere Generationen scheinbar treu vererbt wurde, muss nicht reinerbig sein. Eine mischerbige Pflanze zeigt dieselbe Ausprägung wie eine reinerbig-dominante, solange nur das dominante Allel sichtbar wird – erst eine Kreuzung mit Nachkommenprüfung deckt den Unterschied auf. Wie stark verschiedene Nachkommen einer Kreuzung tatsächlich streuen, erklärt der Artikel zur F1-Generation, und woher überhaupt neue Allele stammen, beschreibt der Artikel zur genetischen Variation.

Häufige Irrtümer zu den mendelschen Regeln

• „Mendels Regeln gelten für jedes Merkmal gleich gut.“ Sie beschreiben sauber nur monogene Merkmale. Ertrag, Wuchshöhe oder Stresstoleranz hängen von vielen Genen ab und zeigen fließende statt klar getrennter Ausprägungen.

• „Dominant bedeutet stärker oder besser.“ Dominant beschreibt nur, welches Allel sich im Erscheinungsbild durchsetzt, nicht dessen Nützlichkeit. Ein dominantes Allel kann genauso nachteilig sein wie ein rezessives.

• „Zwei ähnlich aussehende Elternpflanzen sind automatisch reinerbig.“ Auch mischerbige Pflanzen können identisch aussehen wie reinerbige, solange das dominante Allel den Phänotyp bestimmt.

• „Die Mutterpflanze vererbt mehr als der Pollenspender.“ Für Gene im Zellkern trägt jeder Elternteil ein Allel pro Gen bei; die Bezeichnung „Mutter“ beschreibt nur die Rolle bei der Samenbildung.

• „F1-Pflanzen sind immer einheitlich.“ Das gilt nur, wenn beide Eltern reinerbig sind. Bei mischerbigen Eltern – bei Cannabis der Regelfall – spaltet ein Merkmal schon in der F1 auf.