CHROMOSOMOWA

TEORIA DZIEDZICZNOŚCI

Pierwsze odkrycie Morgana

X

F1

F2

1

:

1

1

1

2

:

:

Thomas Hunt Morgan (1866-1945)

Drosophila melanogaster

Mutant o niezwykłym wzorze dziedziczenia

w F2 rozkład niby mendlowski, ale białe
oczy mają tylko samce

Chromosomy

Chromosomy - struktury wewnątrzkomórkowe o szczególnie
interesującym zachowaniu

kariotyp człowieka

Mitoza

komórka macierzysta

profaza

przygotowanie chromosomów

metafaza

ułożenie

chromosomów

anafaza

rozdział chromosomów

telofaza

odtworzenie

komórki potomne

Przebieg podziału mitotycznego

Mejoza

Schematyczny przebieg podziału mejotycznego

pierwszy podział

drugi podział

powielenie

chromosomów

Chromosomy

Chromosomy - struktury wewnątrzkomórkowe o szczególnie
interesującym zachowaniu

•podczas podziału komórkowego są powielane
•występują parami
•gamety mają dwa razy mniej chromosomów niż komórki
somatyczne

•pary chromosomów rozdzielają się do gamet
•poszczególne chromosomy segregują niezależnie

Chromosomowa teoria dziedziczenia:

geny są na chromosomach

CHROMOSOMOWA TEORIA DZIEDZICZENIA

WNIOSKI MORGANA

 geny znajdują się na chromosomach i ułożone są liniowo

 każdy gen ma ściśle określone i stałe miejsce (locus) w chromosomie

 geny zlokalizowane na tym samym chromosomie dziedziczą się razem

 geny zlokalizowane na różnych chromosomach dziedziczą się niezależnie

DZIEDZICZENIE PŁCI

 22 pary chromosomów homologicznych to tzw. autosomy
 1 para to chromosomy płci : X i Y

XX – płeć żeńska

XY – płeć męska

Tak więc komórki ciała mężczyzny i kobiety różnią się chromosomami płci.

 W czasie powstawania gamet jajniki kobiety produkują komórki jajowe o zredukowanej

do połowy (haploidalnej) liczbie chromosomów, czyli w każdej gamecie (komórce
jajowej) znajduje się jeden X.

 Jądra mężczyzn natomiast produkują dwa rodzaje plemników- jedne z chromosomem X,

drugie z chromosomem Y.

 Płeć dziecka zależy więc od tego, czy plemnik zapładniający komórkę jajową zawiera

chromosom X, czy Y

gamety

X

X

X

XX

XX

Y

XY

XY

Chromosomy determinują płeć

Chromosomy płciowe (X i Y) określają płeć organizmu

samica

samiec

XX

X

XY

Y

X

komórki

somatyczne

gamety

Dowód teorii chromosomowej

X

F1

F2

1

:

1

1

1

2

:

:

Mutant o niezwykłym wzorze dziedziczenia

•w F2 rozkład niby mendlowski, ale białe oczy mają tylko samce -
mutacja dziedziczy się tak jak jeden z chromosomów (X)
•w krzyżówce wstecznej pojawiają się fenotypy sprzeczne z prawami
Mendla i korelują z zaburzeniami chromosomowymi

X

r

Y

X

R

X

R

X

R

Y

X

r

X

R

X

r

Y

X

R

Y

X

r

X

R

X

R

X

R

X

F1

1

:

1

X

R

Y

X

r

X

r

X

r

Y

X

R

X

r

1/2000 1/2000

? X

R

Y ? ? X

r

X

r

?

X

R

X

r

X

r

Y

fenotypy sprzeczne

z prawami Mendla

Dowód teorii chromosomowej

Determinacja płci u Drosophila

przez liczbę chromosomów X

1 X - samiec (XY, X0, XYY etc.)
2 X - samica (XX, XXY, XXYY etc)

Dlaczego ten eksperyment jest przekonujący?

Bardzo rzadkie zaburzenie rozdziału genów koreluje z bardzo
rzadkim zaburzeniem rozdziału chromosomów.

Geny są na chromosomach.

ZJAWISKO SPRZĘŻENIA

SPRZĘŻENIE

Związek genów między sobą i chromosomem

GENY SPRZĘŻONE

Geny, których loci niesione są
przez ten sam chromosom

GRYPY SPRZĘŻEŃ

Grupa genów sprzężonych, czyli zlokalizowanych na jednym chromosomie

Dziedziczą się one zawsze razem, lecz niezależnie w stosunku do genów na innych chromosomach

Geny sprzężone

(bo leżą na tym samym
chromosomie)

Człowiek ma 24 grupy sprzężeń

22

+

X

+

Y

= 24

AUTOSOMY

CHROMOSOMY

PŁCI

KARIOTYP CZŁOWIEKA

n = 23

 22 autosomy
 1 chromosom płci (X lub Y)

2n = 46

Cechy sprzężone z płcią

 W chromosomach X znajduje się wiele genów ściśle związanych nie tylko z

dziedziczoną płcią.

 W chromosomie X znajdują się geny odpowiedzialne za

- daltonizm( nieumiejętność odróżniania barwy czerwonej i zielonej)

- hemofilię (choroba polegająca na braku czynnika krzepliwości krwi)

 Daltonizm i hemofilia dziedziczą się według tych samych praw.
 Poznanie sposobu przekazywania wadliwych genów wyjaśnia, dlaczego cechy te

występują przeważnie u mężczyzn.

 O daltonizmie i hemofilii decyduje gen recesywny

H (D) –brak objawów

h (d) - występują objawy

X

H

X

h

X

H

X

H

X

H

X

H

X

h

Y

X

H

Y

X

h

Y

 Mężczyźni częściej chorują na hemofilię niż kobiety i częściej od nich są

daltonistami, ponieważ posiadają tylko jeden chromosom X i wówczas
recesywny (chorobotwórczy) allel genu na hemofilię lub daltonizm od razu
się ujawnia .

 Kobieta jest chora tylko wtedy, gdy odziedziczy dwa allele recesywne

danej cechy

X

h

Y to chory mężczyzna

X

h

X

H

to kobieta nosicielka, która sama nie choruje, ale przekazuje tę cechę

potomstwu

Grupy krwi

 Przykładem cechy, która ma duże znaczenie dla każdego człowieka jest grupa krwi.

Znajomość grupy krwi jest niezbędna w razie przetaczania krwi osobom chorym
lub poszkodowanym w wypadkach.

 Wyróżnia się 4 główne grupy krwi: A, B, AB i 0. Zróżnicowanie to wynika z

obecności lub braku białek A i B na powierzchni erytrocytów.

 Grupę A posiadają osoby, których erytrocyty mają białko typu A, grupę B białko B.

Przy grupie AB obecne są oba białka, natomiast przy grupie 0 erytrocyty
pozbawione są wymienionych białek.

 O produkcji białek A i B decydują enzymy, a z kolei o ich produkcji- geny,

nazwane również A i B. Allele A i B są dominujące w stosunku do allelu 0, ale
równoważne w stosunku do siebie.

grupa krwi A allele: AA lub A0

B BB B0

AB AB

0 00

Dziedziczenie grup krwi

gamety

A

0

B

AB

B0

B

AB

B0

gamety

A

0

A

AA

A0

B

AB

B0

gamety

A

A

B

AB

AB

0

A0

A0

gamety

A

A

0

A0

A0

0

A0

A0

SPRZĘŻENIE GENÓW

Genetyczne sprzężenie dwóch genów zostało po raz pierwszy odkryte przez Batesona,

Saundersa i Punnetta w 1905 roku – przeprowadzili oni krzyżówkę dwugenową u grochu

cukrowego, badając dziedziczenie barwy kwiatu i kształtu pyłku

Obserwowane liczby fenotypów potomstwa:

Fioletowe kwiaty, podłużny pyłek – 4831

Czerwone kwiaty, okrągły pyłek – 1338

Fioletowe kwiaty, okrągły pyłek – 390

Czerwone kwiaty, podłużny pyłek – 391

Fioletowe kwiaty
Podłużny pyłek

Czerwone kwiaty
Okrągły pyłek

x

F

1

:

F

2

:

P:

Wszystkie osobniki miały:
Fioletowe kwiaty, podłużny pyłek

Wynik świadczy o całkowitej dominacji

barwy fioletowej nad czerwoną i

podłużnego kształtu nad okrągłym

Jeśli geny NIE są

SPRZĘŻONE to w F

2

oczekujemy stosunku

9:3:3:1

Jeśli geny są całkowicie

SPRZĘŻONE to w F

2

oczekujemy stosunku

3:1

WNIOSEK:

Geny wykazują

częściowe sprzężenie

Sprzężenie genów

A

- fioletowe kwiaty

a

- czerwone kwiaty

B

- podłużne ziarna pyłku

b

- okrągłe ziarna pyłku

AA

BB

aa

bb

X

F2

oczekiwane

obserwowane

fioletowe,
podłużne (A_B_)

9

56%

75%

fioletowe,
okrągłe (A_bb)

3

19%

6%

czerwone,
podłużne (aaB_)

3

19%

5%

czerwone,
okrągłe (aabb)

1

6%

14%

Geny czerwonych kwiatów i okrągłych ziaren pyłku są sprzężone

•zaburzenie rozkładu mendlowskiego
•nadreprezentacja fenotypów rodzicielskich w F2
•nie w pełni losowy rozdział alleli do gamet
•sprzeczność z II prawem Mendla

Aa

Bb

Aa

Bb

X

F1

Sprzężenie genów

A

- czerwone oczy

a

- fioletowe oczy

B

- normalne skrzydła

b

- krótkie skrzydła

Geny fioletowych oczu i krótkich skrzydeł są sprzężone

•zaburzenie rozkładu mendlowskiego
•nadreprezentacja fenotypów rodzicielskich
•nie w pełni losowy rozdział alleli do gamet
•sprzeczność z II prawem Mendla

Aa

Bb

aa

bb

X

krzyżówka

testowa

gamety F1

Aa

Bb

25%

47%

Aa

bb

25%

5%

aa

Bb

25%

6%

aa

ab

25%

42%

oczekiwane

obserwowane

A

B

A

b

a

B

a

b

rekombinanty

rodzicielskie

AA

BB

aa

bb

X

Sprzężenie genów

A

- czerwone oczy

a

- fioletowe oczy

B

- normalne skrzydła

b

- krótkie skrzydła

Sprzężone geny leżą na jednym chromosomie

•jest tyle grup sprzężeń co chromosomów

X

krzyżówka

testowa

gamety F1

25%

47%

25%

5%

25%

6%

25%

42%

oczekiwane

obserwowane

A

B

A

b

a

B

a

b

rekombinanty

rodzicielskie

A

B

a

b

a

b

a

b

A

B

A

B

a

b

a

b

X

A

B

a

b

A

b

a

b

a

B

a

b

a

b

a

b

A

B

a

b

A

B

a

b

A

b

a

B

rekombinanty

rodzicielskie

A

a

rekombinanty

rodzicielskie

B

b

A

B

a

b

A

b

a

B

CHIAZMA

Crossing over

Rekombinanty biorą się z wymiany fragmentów chromosomów

•w profazie I mejozy chromosomy łącza i wymieniają fragmentami
•wymianie fragmentów chromosomów odpowiada wymiana genów

A

B

a

b

A

B

a

b

A

b

a

B

rekombinanty

rodzicielskie

mikrofotografia
rekombinujących
chromosomów

Rekombinacja chromosomów
to

crossing over

SPRZĘŻENIE GENÓW

A
B

A
B

a
b

a
b

A
B

A
B

a
b

a
b

A
B

A
b

a
B

a
b

A
B

A
B

a
b

a
b

A
B

A
b

a
B

a
b

Wpływ mejotycznego crossing over na dziedziczenie genów sprzężonych

Bez crossing over

Po crossing over

Powstaną gamety o 2 genotypach:
AB lub ab

Powstaną gamety o 4 genotypach:
rodzicielskich AB i ab,
Zrekombinowanych Aa i aB

Crossing over :

 zachodzi losowo między chromosomami homologicznymi

 częstość jest proporcjonalna do odległości między genami, tzn. im większa odległość,
tym większe prawdopodobieństwo zajścia crossing over

 między parami genów sprzężonych zachodzi z określoną i stałą częstością

Częstość

crossing over jest miarą odległości między genami

1 jednostka mapowa (j.m.)

= 1%

crossing over = 1% rekombinacji = 1 centimorgan (cM)

MAPOWANIE GENÓW

MAPOWANIE GENÓW

Polega na ustaleniu wzajemnego położenia i odległości genów w chromosomie

Mapowanie genów

Częstość rekombinacji odpowiada odległości genów

• im większa odległość tym większe prawdopodobieństwo crossing
over

A

- czerwone oczy

a

- fioletowe oczy

B

- normalne skrzydła

b

- krótkie skrzydła

X

krzyżówka

testowa

gamety F1

25%

47%

25%

5%

25%

6%

25%

42%

oczekiwane

obserwowane

A

B

A

b

a

B

a

b

rekombinanty

rodzicielskie

A

B

a

b

a

b

a

b

A

B

A

B

a

b

a

b

X

A

B

a

b

A

b

a

b

a

B

a

b

a

b

a

b

89%

11%

odległość między genem
fioletowych oczu a
genem krótkich skrzydeł
wynosi 11 cM

A

B

11 cM

Mapowanie genów

Odległości genów w obrębie grupy sprzężeń

• mapa genetyczna
•każdy gen ma swój locus
•grupa sprzężenia może być większa niż 50 cM
•ustalenie kolejności genów wymaga krzyżówki trójgenowej

krzyżówki

dwugenowe

MAPOWANIE GENÓW

KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA

A C B

a c b

A c B

a C b

Analizując trzy geny możemy:

 możemy wykryć podwójny crossing over między nimi, ponieważ zmienia on układ alleli
na chromosomie
 możemy powiedzieć, które geny są skrajne, a który leży w środku

I przykład

 między genami A i B 5% crossing over
 między genami A i C 7% crossing over
 między genami B i C 12% crossing over

II przykład

 między genami A i B 5% crossing over
 między genami A i C 7% crossing over
 między genami B i C 2% crossing over

C A B
C B

7 jednostek 5 jednostek

12 jednostek

A B C
A C

7 jednostek

5 jednostek 2 jednostki

MAPOWANIE GENÓW

KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA

Analiza wyników krzyżówki trójgenowej na przykładzie krzyżówki testowej pomidora

Purpurowe owoce

Owłosiona łodyga

Liście duże

Potrójna heterozygota

x

F

1

:

P:

Czerwone owoce
Gładka łodyga
Liście małe

Potrójna heterozygota recesywna

Fenotyp potomstwa

Genotyp

gamet

Liczba

osobników

Purpurowe owoce, Owłosiona łodyga, Liście duże

ABC

347

Purpurowe owoce, Owłosiona łodyga, Liście małe

ABc

52

Purpurowe owoce, Gładka łodyga, Liście małe

Abc

6

Purpurowe owoce, Gładka łodyga, Liście duże

AbC

90

Czerwone owoce, Gładka łodyga, Liście małe

abc

357

Czerwone owoce, Gładka łodyga, Liście duże

abC

49

Czerwone owoce, Owłosiona łodyga, Liście małe

aBc

92

Czerwone owoce, Owłosiona łodyga, Liście duże

aBC

7

Ogółem 1000

MAPOWANIE GENÓW

KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA

1. Identyfikacja poszczególnych klas potomstwa

 Klasy typu rodzicielskiego mają identyczny jak rodzice układ genów i fenotyp, są najliczniejsze

 Klasy po podwójnym crossing over są najmniej liczne bo zjawisko to wymaga zajścia dwóch

niezależnych zdarzeń, co występuje stosunkowo rzadko

 Klasy po pojedynczym crossing over na obu odcinkach mają wzajemnie uzupełniające się

układy alleli

Klasy fenotypowe

Genotyp gamet

Liczebność

1

ABC

347

Rodzicielskie

2

abc

357

3

2

3

aBc

92

Rekombinanty po
pojedynczym c.o.

4

AbC

90

5

ABc

52

Rekombinanty po
pojedynczym c.o.

6

abC

49

7

Abc

6

Rekombinanty po
podwójnym c.o.

8

aBC

7

Ogółem 1000

MAPOWANIE GENÓW

KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA

2. Ustalenie kolejności genów w chromosomie

 Podwójny crossing over powoduje zmianę w ułożeniu środkowego genu – porównujemy

układ genów w klasach po podwójnym crossing over z układem rodzicielskim i ustalamy,
które geny w wyniku rekombinacji nie zmieniły swojego położenia

a
b c

B C
A

b A c

B a C

3. Ustalenie, między którymi genami zaszedł pojedynczy crossing over

 Porównujemy układ rodzicielski z układem klas po pojedynczym crossing over

B A C

b a c

B a c

b A C

B A c

b a C

Układ rodzicielski

(bez rekombinacji)

Układ zrekombinowany w kl. 3 i 4

(po pojed. c.o. na odcinku B – A)

Układ zrekombinowany w kl. 5 i 6

(po pojed. c.o. na odcinku A – C)

MAPOWANIE GENÓW

KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA

3. Obliczenie odległości między genami B – A – C

 Aby obliczyć odległość między genem B – A oraz A – C, należy określić częstość

rekombinacji (crossing over) między nimi korzystając ze wzoru:

Suma osobników po
podwójnym c. over

R =

Suma osobników po pojedynczym
c. over na danym odcinku

+

Suma wszystkich osobników

x 100%

R

B-A

=

182 + 13

1000

x 100% = 19,5% rekombinacji lub 19,5 j.m. lub 19,5 cM

R

A-C

=

101 + 13

1000

x 100% = 11,4% rekombinacji lub 11,4 j.m. lub 11,4 cM

B A C

19,5 j.m. 11,4 j.m.

30,9 j.m.

Mapowanie genów

Krzyżówka trójgenowa

• pozwala ustalić kolejność genów
•dokładniejszy wynik mapowania

ABC

/

ABC

abc

/

abc

ABC

/

abc

abc

/

abc

abc

1779

ABC

1654

Abc

252

aBC

241

abC

131

ABc

118

AbC

13

aBc

9

81,8%

11,8%

5,9%

0,5%

krzyżówka

testowa

F1

X

X

A - B

= 11,8% + 0,5% =

12,3 cM

B - C

= 5,9% + 0,5% =

6,4 cM

A - C

= 11,8% + 5,9% + 0,5% + 0,5%

=

17,7 cM

A

B

C

12,3 cM

6,4 cM

17,7 cM

rodzicielskie

A - B

B - C

A - B - C

Mapowanie genów

Jaka będzie częstość występowania poszczególnych klas w
potomstwie krzyżówki testowej?

ABC

/

ABC

abc

/

abc

ABC

/

abc

abc

/

abc

abc

36%

ABC

36%

Abc

9%

aBC

9%

abC

4%

ABc

4%

AbC

1%

aBc

1%

100%-18%-8%-2% = 72%

20% - 2% = 18%

10% - 2% = 8%

20% x 10% = 2%

krzyżówka

testowa

F1

X

X

A

B

C

20 cM

10 cM

Genetyka człowieka

Dziedziczenie hemofilii w brytyjskiej rodzinie królewskiej

•występuje tylko u chłopców
•kobiety są nosicielami
•cecha recesywna sprzężona z płcią

h H

h H

H h

h H

h H

h

Y

h

Y

h

Y

królowa Wiktoria

Genetyka człowieka

Daltonizm

•nieumiejętność rozróżniania koloru zielonego od czerwonego
•cecha recesywna sprzężona z płcią

Genetyka człowieka

Dziedziczenie koloru oczu

•cecha autosomalna
•niebieski kolor - recesywny
•ciemny kolor - dominujący

rodowód

Podsumowanie

1. Geny są na chromosomach.

2. Geny leżące na jednym chromosomie są sprzężone.

3. Rekombinanty powstają w wyniku crossing over

4. Liczenie rekombinantów pozwala na stworzenie mapy

genetycznej

5. Niektóre cechy i choroby człowieka są dziedziczone

zgodnie z zasadami genetyki mendlowskiej

Choroby genetyczne dziedziczone mendlowsko

Defekty w białkach enzymatycznych

•recesywne
•akumulacja substratu lub brak produktu

fenyloketonuria

•brak aktywności hydroksylazy fenyloalaninowej
•1/15000 urodzeń
•nadmiar fenyloalaniny w ustroju
•leczenie przez stosowanie diety

fenyloalanina

tyrozyna

hydroksylaza
fenyloalaninowa

Choroby genetyczne dziedziczone mendlowsko

Defekty w białkach receptorowych

•uszkodzenie białek rozpoznających
inne białka

rodzinna hipercholesterolemia

•uszkodzenie receptora LDL
•niepełna dominacja, heterozygoty
1/500 urodzeń
•nadmiar cholesterolu we krwi

Choroby genetyczne dziedziczone mendlowsko

Defekty w białkach transporterowych

•uszkodzenie białek
odpowiedzialnych za transport
transbłonowy

mukowiscydoza

•uszkodzenie transportera jonów
chlorkowych
•1/2500 urodzeń
•gromadzenie się gęstego śluzu w
płucach

Choroby genetyczne dziedziczone mendlowsko

Defekty w białkach strukturalnych

•uszkodzenie białek
odpowiedzialnych za tworzenie
struktur biologiczych

dystrofia mięśniowa

•uszkodzenie białka cytoszkieletu
komórek mięśniowych
•1/3000 urodzonych chłopców
•powoduje zanik mięśni