background image

 

 

ANALIZA GENETYCZNA ORGANIZMÓW 
EUKARIOTYCZNYCH

    -    GENETYKA MENDLOWSKA

GENOM – to podstawowy komplet informacji genetycznej

Genomy wirusów i Prokariota są haploidalne, a większość 
Eukariota to organizmy diploidalne / pokolenia haploidalne u 
roślin; poliploidia u roślin i niektórych pierwotniaków/.

Genomy różnych układów biologicznych (wirusy też) wykazują 
bardzo istotne różnice w wielkości, pojemności informacji 
genetycznej i jej organizacji

background image

 

 

Duża ilość informacji genetycznej i skomplikowane drogi 
realizacji celów biologicznych wymagają różnych podziałów 
komórkowych:

-Mitozy, pozwalającej na zwiększanie się liczby komórek 
somatycznych bez zmian materiału genetycznego

-Mejozy, pozwalającej na wzrost różnorodności genetycznej 
w potomstwie (głównie przez tworzenie zróżnicowanych 
genetycznie komórek rozrodczych – gamet

background image

 

 

Sformułowane w 1866r przez Grzegorza Mendla dwa 

prawa określają 

podstawowe w genetyce zasady dziedziczenia się cech

background image

 

 

Pierwsze prawo Mendla mówi, że do tworzącej się gamety 
trafia po jednym allelu z danej pary

Drugie prawo Mendla określa sposób dziedziczenia się alleli 
wielu genów i zgodnie z nim segregacja alleli takich genów jest 
niezależna od siebie. Zatem tworzące się w gametach 
kombinacje alleli różnych genów są przypadkowe, ale z danej 
pary do gamety może trafić tylko jeden allel.

Prawa Mendla zostały oficjalnie uznane dopiero w 1906r, a w 
1912 r zostały ostatecznie zaaprobowane, gdy Th. Morgan 
ogłosił chromosomową teorię dziedziczności, wykazując, że 
geny w komórkach zlokalizowane są w chromosomach i 
występują w ściśle określonych układach liniowych.

Zatem – podstawową jednostką dziedziczności jest gen
jako odcinek DNA zawierający informację o budowie 
pojedynczego polipeptydu

background image

 

 

Podstawowe pojęcia w genetyce mendlowskiej u 

Eukariota :

FENOTYP – zespół cech, które można zaobserwować: 
kolor oczu, kształt nosa, ucha, linie papilarne, rodzaj 
sierści (włosa), umaszczenie – cechy anatomiczno-
fizjonomiczne;

U człowieka antropometryczne (dające się zmierzyć i 
opisać odpowiednimi parametrami); u roślin – pokrój, 
kształt pedu, liścia, kwiatu, barwy kwiatu, nasion i 
owoców

Cechy biochemiczne białek u człowieka, zwierząt, roślin

Cechy fizjologiczne organizmu – choroby dziedziczne 

                        (np..u człowieka : mikowiscydoza – cystic 
fibrosis; hemofilia; daltonizm; mongolizm)

GENOTYP – zespół genów odpowiedzialnych za fenotyp 
danego organizmu

background image

 

 

LINIA CZYSTA – odnosi się do hodowli, w której krzyżuje 
się przez wiele pokoleń organizmy o jednakowym 
fenotypie, a ten pozostaje niezmienny, np.. Hodowle roślin 
szlachetnych, hodowle rasowych psów i kotów

DOMINACJA – w ramach gatunku mogą występować 
różnice w fenotypie dla pojedynczej cechy dziedziczonej. 
Mieszańce osobników o dwóch różnych fenotypach mogą 
reprezentować jeden z fenotypów rodzicielskich np.. 

Muszka owocowa o krótkich skrzydłach x muszka 
owocowa o normalnych skrzydłach,           F1 – całe 
potomstwo ma normalne , długie skrzydła.

Ujawniona cecha w F1 – to cecha dominująca, a dryga 
(krótkie skrzydła) nieujawniona – to cecha recesywna.

background image

 

 

Mendel badał 7 cech fenotypowych groszku 
zielonego:

background image

 

 

Krzyżówki jednocechowe (jednogenowe ) – I prawo 
Mendla 

Każdy organizm rodzicielski ma 2 allele (dwie kopie ) 
danego genu.

Osobniki posiadające dwie jednakowe kopie danego genu to 
– homozygoty

Osobniki posiadające dwie różne kopie tego samego genu to 
– heterozygoty

background image

 

 

Segregacja cech dominujących i recesywnych

RR

rr

Rr

1 RR   1 Rr    1Rr    
1 rr

background image

 

 

Rozpoznawanie heterozygoty dla jednego genu:

1/ Uzyskanie pokolenia F2 przez krzyżówkę F1xF1 – 
uzyskujemy stosunek fenotypów : 3 (dominujące) : 1 
(recesywny), który odpowiada genotypom : 1 RR : 2 Rr : 1 
rr

2/ Uzyskanie krzyżówki pokolenia F1 (Rr) z homozygotą 

rodzicielską (rr) (linią czystą), której cecha w F1 się nie 
ujawniła – krzyżówka testowa. Uzyskany stosunek 
genotypów i fenotypów 

Będzie wynosił : 1 : 1, z ujawnieniem fenotypowym cechy 
recesywnej.

background image

 

 

Krzyżówka heterozygoty (Rr) F1 z rośliną 
rodzicielską (rr):

background image

 

 

Gatunek

Cecha (fenotyp)

Mysz

Ubarwienie sierści albinotyczne / 

normalne

Koniczyna

Kwiaty czerwone / białe

Muszka 

owocowa

Skrzydła normalne/ szczątkowe

Człowiek

Oczy niebieskie / brązowe; 

mukowiscydoza; anemia sierpowata; 

fenyloketonuria

Przykłady dziedziczenia cech warunkowanych 
jednym genem

background image

 

 

Odchylenia od stosunku  3 : 1 

Nie zawsze tam, gdzie mamy do czynienia z dziedziczeniem 
cech zależnych od jednej pary genów otrzymujemy stosunek 
fenotypowy  3 : 1 .

Stosunek fenotypów 3 : 1 występuje wtedy, gdy mamy pełną 
dominację jednej cechy nad drugą. Jeśli dominacja jest 
częściowa lub występuje kodominacja, w pokoleniu F2 
otrzymujemy stosunek 1 : 2 : 1 .

Stosunek 3 : 1 będzie też zakłócony w przypadku, gdy któryś z 
alleli będzie letalny, czyli będzie w stanie homozygotycznym 
wywoływać śmierć osobnika. 

W przypadku alleli subletalnych wpływ na żywotność osobnika 
jest różny, i może być od nieznacznie tylko wyższego od 
śmiertelności genotypów dzikich do bliskiego 100% 
śmiertelności.

Naturalna selekcja powoduje niską reprezentację potomstwa o 
genotypach (i ich allelach) warunkujących wysoką 
śmiertelność.

background image

 

 

Dziedziczenie barwy kwiatów u lwiej 

paszczy

Genotyp

Fenotyp (kolor 

kwiatów)

Stosunek 

liczbowy

RR

Czerwony

1

Rr

Różowy

2

rr

Biały

1

background image

 

 

1 osobnik rodzicielski

Białe płatki

(rr)

(homozygota)

1 osobnik rodzicielski

Czerwone płatki

(RR)

(homozygota)

Pokolenie F1

Różowe płatki

(Rr)

heterozygoty

Gamety produkowane przez pokolenie F1 zawierają R lub r, 
łączą się one losowo; 

RR 

czerwo

ne

Rr 

różowe

rR 

różowe

rr 
białe

background image

 

 

Kodominacja w dziedziczeniu układu 

antygenów MN w grupach krwi u 

człowieka

Genotyp

y

rodziców

Proporcje w występowaniu 

genotypów u dzieci

MM

MN

NN

MM x 

MM

1

-

-

MM x 

MN

1/2

1/2

-

MM x 

NN

-

1

-

MN x 

MN

1/4

1/2

1/4

MN x 

NN 

-

1/2

1/2

NN x 

NN

-

-

1

background image

 

 

Geny letalne:

   1 ⁄4 YY
(letalna homozygota 
dominująca)

¼ Y

+

(heterozygota
sierść żółta)

¼ Y

+

(heterozygota 
sierść żółta)

¼ 

++

(homozygota 
recesywna
sierść agouti)

  Y

+

Żółta 

barwa 

sierści

  Y

+

Żółta 

barwa 

sierści

x

Gamety żeńskie

Gamety męskie

    ½  Y                                    
½   +

½ Y

½ 
+

2, lub 2/3 
potomstwa           
                            

 sierść żółta (Y

+

)

1, lub 1/3 
potomstwa  

sierść agouti

Allel Y ma 
jednocześnie 
właściwości 
dominujące 
jeśli chodzi o 
kolor sierści i 
recesywne pod 
względem 
letalności.

background image

 

 

Innym przykładem cechy 
warunkowanej 

przez allel, który daje efekt 
dominujący w układzie 
heterozygoty i letalny w 
układzie homozygotycznym – to 
brak ogona u kotów Manx. 

Cecha ta po raz pierwszy 
została opisana jako mutacja u 
domowych kotów z wyspy Man 
w 1935r.

background image

 

 

Plejotropia – to zjawisko, w którym pojedynczy gen 
wpływa na dwie lub więcej cech charakteryzujących 
fenotyp.

Wiele chorób człowieka jest warunkowanych przez geny 
wywierające efekt plejotropowy, jak np.. Fenyloketonuria 
(PKU), która występuje u osobników homozygotycznych 
pod względem zmutowanego, recesywnego allelu. 
Homozygota recesywna cierpi na brak enzymu 
niezbędnego do prawidłowego metabolizmu aminokwasu 
fenyloalaniny.W efekcie poziom fenyloalaniny w surowicy 
chorych jest wysoki. Ponadto, powoduje to inne 
następstwa u osobników nie leczonych : niski 
współczynnik IQ (ociężałość umysłową), mały rozmiar 
głowy, jasny kolor włosów.

background image

 

 

       Pewne genotypy nie zawsze mają ten sam 
fenotyp – zjawisko to związane jest z niepełną 
penetracją cechy warunkowanej przez taki 
genotyp lub ze zmienną ekspresją takiego 
genotypu.

background image

 

 

Rodowód ilustrujący wzory fenotypów (zdrowia – 
niebieski; choroby – różowy), które występują przy 
niepełnej penetracji dominującego allelu choroby 
(A). Osobnik żeński II-4 ma genotyp Aa, i nie 
wykazuje fenotypu choroby

background image

 

 

       Poziom penetracji allelu danego genu można 
wyliczyć jako proporcję osobników z danym genotypem, 
która wykazuje określony fenotyp.

      Gdy wszystkie osobniki o danym genotypie mają ten 
sam fenotyp, to allel genu wykazuje pełną penetrację i 
poziom penetracji jest definiowany jako 1.

    W innym przypadku gen jest określany jako nie w pełni 
 penetrujący, to poziom penetracji można wyliczyć.

Np.. Jeżeli występuje 8 osobników o określonym 
genotypie i 5 z nich ekspresjonuje fenotyp choroby, to 
poziom penetracji genu wynosi 5/8 = 0.625

background image

 

 

Zmienna ekspresja fenotypowa u   myszy o tym 
samym genotypie  

Przykład obrazuje zróżnicowaną plamistość 
sierści u myszy homozygotycznych dla allelu 
s. Wszystkie myszy mają ten sam genotyp ss, 
lecz ich fenotypy różnią się znacznie z 
powodu zmiennej ekspresji alleli s.

background image

 

 

Na ekspresję fenotypu istotny wpływ wywierają 
warunki środowiska życia organizmów .

Wpływ temperatury na ekspresję fenotypu dobrze 
ilustruje barwa futra u kotów Syjamskich. 
Drastyczne dobowe i sezonowe różnice 
temperatury w Tybecie skąd pochodzą koty 
syjamskie spowodowały ciemniejsze umaszczenie i 
odmienny rodzaj włosa w tych partiach ciała, które 
narażone są na szybkie wychłodzenie – łapy, ogon, 
uszy, oczy,nos. Osobniki żyjące w klimacie 
cieplejszym – mają jaśniejsze umaszczenie. 

background image

 

 

Trzeba pamiętać o tym, że opisane powyżej 
odstępstwa od stosunku 3 : 1 nie zmieniają w 
niczym zasad dziedziczenia, które opisał Mendel.

Zmiany dotyczą bowiem efektu fenotypowego, 
podczas gdy geny zachowują się tak samo jak w 
krzyżówce jednocechowej i dają niezmiennie 
stosunek 3 :1.

Fenotypy zależą od tego jak działają geny w 
czasie syntezy białek i jak poszczególne białka 
oddziałują na różne komórki i tkanki organizmu.

background image

 

 

Allele wielokrotne

 – większość genów występuje w 

kilku różnych odmianach jako allele wielokrotne. Przyczyną 
ich powstawania są mutacje zasad w różnych miejscach 
tego samego genu, powodujące zmiany aminokwasów w 
kodowanych przez nie białkach. W obrębie populacji 
powstają one losowo.

 Przykłady alleli wielokrotnych jednego genu :

1/ Barwa sierści u królików warunkowana jest przez 4 
allele:

     agouti, szynszyla, himalajski i albinos. 

W stanie homozygotycznym każdy z nich powoduje 
odmienny wzór sierści. 

W heterozygotach występują jasne zasady dominacji. 

Agouti dominuje nad pozostałymi allelami, szynszyla 
dominuje nad himalajskim i albinosem, a himalajski 
dominuje tylko nad albinosem, który nie może produkować 
żadnych barwników i jest recesywny w stosunku do 
pozostałych alleli.

background image

 

 

2/ Grupy krwi ABO u człowieka.

 Tutaj pojedynczy gen koduje enzym odpowiedzialny za 
przyłączanie reszt cukrowych do specyficznych glikoprotein 
na błonie czerwonych ciałek krwi- erytrocytów. W populacji 
ludzkiej znane są 3 różne allele tego genu. Jeden koduje 
enzym dodający cząsteczkę N-acetylogalaktozoaminy do 
glikoproteiny i daje grupę krwi A (I

A

).

Drugi allel koduje wariant enzymu, który dołącza 
galaktozydazę zamiast N-acetylogalaktozoaminy, co daje 
grupę krwi B (I

B

).

Allele I

i I 

 są kodominujące względem siebie. 

Trzeci allel koduje niefunkcjonalny enzym, który nie 
przyłącza żadnego cukru do glikoproteiny,jest recesywny w 
odniesieniu do I

A

 i I

B

, w formie homozygotycznej daje grupę 

krwi 0 (ii).

Wszystkie te allele powstały przez mutację z jednego 
wspólnego przodka.

background image

 

 

W populacji ludzkiej występuje 6 różnych 
genotypów, które warunkują 4 różne 
fenotypy grup krwi.

I

A

 I

 lub I

A

 i                   grupa krwi A

I

 I

B

  lub I

B

 i                   grupa krwi B

I

 I

                               grupa krwi AB

ii                                     grupa krwi 0

background image

 

 

 I

A

 I

(A)

I

 I

B

(AB)

I

A

 i

(A)

I

 I

B

(AB)

I

 I

B

(B)

I

B

 i

(B)

I

A

 i

(A)

I

B

 i

(B)

i i

(0)

Gamety 
żeńskie

I

A                                

I

B

                     

 i

Gamety 
męskie

I

A

I

B

i

background image

 

 

3/ Znanych jest wiele wariantów ß-globiny o 
niewielkich różnicach w sekwencji aminokwasów 
ale istotnych zmianach w funkcji cząsteczki

background image

 

 

Inny przykład układu o allelach 
wielokrotnych stanowi Główny Kompleks 
Zgodności Tkankowej człowieka
 (MHC), 
w którym każdy gen reprezentowany jest 
przez 10 – 50 różnych alleli

Rozwój technik biologii molekularnej i 
wzrastająca znajomość sekwencji genomu 
człowieka pozwoliła na wyróżnienie szeregu 
typów sekwencji niekodujących w 
genomie , które mają charakter alleli 
wielokrotnych

background image

 

 

Krzyżówki dwucechowe  /dwugenowe /

Jeżeli w tej samej krzyżówce badamy 
jednocześnie dziedziczenie się dwóch genów

poprzez formy rodzicielskie RRYY x  rryy do pokolenia 

(RrYy), 

to w pokoleniu F

 uzyskanym z krzyżówki F 

x F 

1  

uzyskana frekwencja fenotypów będzie wynosiła 
9 : 3 : 3 : 1.

Jest to stosunek 3 : 1 w odniesieniu do dwóch cech.

 

background image

 

 

1 osobnik 
rodzicielski

          nasiona

      gładkie i żółte

             (RRYY)

2 osobnik 
rodzicielski

           nasiona

pomarszczone i 
zielone

              (rryy)

         

Pokolenie F 

1

nasiona gładkie i 
żółte

              (RrYy)

Klasy fenotypów  

Nasiona gładkie,żółte   (9)

Nasiona gładkie, zielone (3)

Nasiona pomarszczone , 
żółte (3)  

Nasiona pomarszczone, 
zielone (1)            

Klasy genotypów

RRYY (1), RRYy (2), RrYY(2), 
RrYy(4)

RRyy (1), Rryy (2)

rrYY (1), rrYy(2)

rryy (1)

Rodzaje gamet: RY; Ry; 
rY; ry

background image

 

 

Kształt

nasion

Kolor

nasion

Końcowy

stosunek

fenotypó
w

gładkie 
3

pomarszczon
e 1

żółte 3

zielone 
1

żółte 3

zielone 
1

9

3

3

1

Skąd się bierze stosunek liczbowy 9 : 
3: 3 : 1 

background image

 

 

         

    Aby otrzymać stosunek 9:3:3:1 dwa badane geny 
nie mogą brać udziału w tym samym procesie 
biochemicznym i nie mogą leżeć blisko siebie na tym 
samym chromosomie.

        Gdy pokolenie F

1

 skrzyżujemy z podwójnie 

recesywną homozygotą rodzicielską (rryy) otrzymamy 
potomstwo w proporcji 1:1:1:1. 

       Dla dowolnej liczby genów liczbę i stosunki klas 
fenotypowych z krzyżówek otrzymamy poprzez 
podniesienie stosunku 3 : 1 do potęgi:   n - (3:1)

n  

gdzie n to liczba badanych genów.

background image

 

 

Epistaza

             Stosunki fenotypów w pokoleniu F

2

 w 

krzyżówkach dwugenowych zmieniają się, jeśli 
rozpatrywane w nich geny biorą udział w tych samych 
szlakach metabolicznych. 

          Zaobserwowano kilka różnych odstępstw od   
stosunku:                       9 : 3 : 3 : 1 w zależności od 
tego, jakie interakcje występują   między 
obserwowanymi genami. 

    We wszystkich przypadkach liczba klas 
fenotypowych jest zredukowana, a nowe stosunki 
powstają przez sumowanie klas, które obecne są w 
oryginalnym, mendlowskim stosunku F

2.

background image

 

 

Osobnik 

rodzicielski

Biały

AAbb

Osobnik 

rodzicielski

Biały

aaBB

Osobnik F 

1

Czerwony

AaBb

Pokolenie F

2

 

9 czerwonych

 : 7 

białych

Ten przykład dotyczy prostego ciągu 
biosyntetycznego, w którym enzym przekształca 
swój substrat w biały produkt, przekształcany 
następnie przez enzym w produkt czerwony

Dwie klasy 
fenotypów

background image

 

 

biały substrat                           biały produkt                            
czerwony produkt

Enzym 
A

Enzym B

Fenotypy i genotypy pokolenia F 

 :

9 czerwonych:

AABB (1), AABb (2),         mają przynajmniej jedną funkcjonalną 
kopię genów A i B   Aa BB (2), AaBb (4)            więc mogą 
syntetyzować czerwony barwnik

7 białych:

AAbb (1), Aabb (2)          mają jedynie funkcjonalny gen A, nie mogą 
syntetyzować 

                                             czerwonego barwnika

aaBB (1), aaBb (2)               mają jedynie funkcjonalny gen B, nie 
mogą syntetyzować 

                                             czerwonego barwnika

aabb (1)                               brak funkcjonalnych genów A i B, nie 
mogą 

                                             syntetyzować czerwonego barwnika

Jest to zjawisko komplementacji, ponieważ dwa szlaki metaboliczne 
odmian białych, uzupełniają się i wytwarzają w pokoleniu F 

1

 

czerwony barwnik

background image

 

 

Osobnik 

rodzicielski

Czerwony

AAbb

Osobnik 

rodzicielski

Biały

aaBB

Pokolenie 

1

Purpurowy

AaBb

Pokolenie F 

2

 

9 purpurowych : 3 czerwone : 

4 białe

Trzy klasy 
fenotypów

W tym szlaku metabolicznym produkt enzymu A będzie miał 
kolor czerwony

background image

 

 

Biały substrat                  czerwony produkt                   
purpurowy produkt

Enzym A

Enzym B

Fenotypy i genotypy pokolenia F 

2

 :

9 purpurowych

AABB (1), AABb (2),     wszystkie mają przynajmniej jedną 
kopię czynnych Aa BB (2), AaBb (4),     alleli A i B, i dlatego 
mogą produkować purpurowy

                                       pigment

3 czerwone

AAbb (1), Aabb (2)         mają tylko aktywne geny A, więc 
produkują 

                  czerwony barwnik, który nie może się 
przekształcić w purpurowy

4 białe

aaBB (1), aaBb (2)          brak kopii genu A , nie powstaje 
czerwony   

                                         barwnik, który jest substratem dla 
genu B, bez 

                                         którego nie może powstać kolor 
purpurowy

aabb (1)               brak aktywnych genów A i B, brak 
jakiegokolwiek koloru

background image

 

 

Osobnik 

rodzicielski

purpurowy

AAbb

Osobnik 

rodzicielski

czerwony

aaBB

Pokolenie 

1

Purpurowy

AaBb

Pokolenie F 

2

 

12 purpurowych : 3 

czerwone : 1 biały

Trzy klasy 
fenotypów

Tu szlak metaboliczny jest kompleksowy. Dwa enzymy działają na 
ten sam substrat. Enzym A, zmienia substrat w produkt 
purpurowy i ma dużo większe powinowactwo do substratu niż 
enzym B dający barwę czerwoną. Różnica w powinowactwie do 
substratu jest tak duża, że enzym B działa efektywnie tylko wtedy 
gdy enzymu A nie ma.

background image

 

 

Substrat 
biały

Purpurowy 
produkt

Czerwony 
produkt

Enzym A

Enzym B

12 purpurowych                            

Fenotyp i genotyp F 

2

 :

AABB (1), AABb (2),      wszystkie mają przynajmniej jedną kopię 

AaBB (2), AaBb (4),        aktywnego allelu A i przetwarzają substrat w

 AAbb (1), Aabb (2),          purpurowy barwnik

3 czerwone

aaBB (1), aaBb (2)              brak funkcjonalnego allelu A, jest 
natomiast  

                                            allel B, a więc enzym, który przetwarza 
substrat w

                                             czerwony produkt

1 biały

aabb (1)                         brak aktywnych enzymów A i B, barwnik nie 
jest syntetyzowany

background image

 

 

            

         Z epistazą związanych jest szereg schorzeń 
genetycznych człowieka związanych z tzw. blokami 
metabolicznymi w szlaku metabolizmu 
fenyloalaniny i tyrozyny . 

 

     Bloki metaboliczne powodują niezdolność do 
wytwarzania przez organizm określonych 
metabolitów, a  spowodowane są recesywnymi 
mutacjami w genach kodujących poszczególne 
enzymy.

background image

 

 

białko                               białko

fenyloalanina                   tyrozyna                            melaniny

kw. fenylo-               kw. hydroksyfenylopropionowy

-pirogronowy                                    

                                  kw. 2,5,-dwuhydroksyfenylopirogronowy

                                  kw. homogentyzynowy

                                 kw. maleiloacetooctowy

                                  kw. fumaryloacetooctowy

                           kw. fumarowy i kw. acetooctowy

                                       

                                     CO

2

   i        H

2

O

białko 
pokarmowe

tyroksyna

trójjodotyroni
na

A

B

D

E

C

A – fenyloketonuria
B –albinizm
C- odmiana kretynizmu
D – tyrozynaza
E - alkaptonuria

background image

 

 

Sprzężenie

       Nie zawsze allele dwóch lub większej liczby 
genów segregują niezależnie,   nie rzadko 
wykazują one tendencję do przechodzenia z 
pokolenia na pokolenie  w tych samych 
kombinacjach,  a zjawisko takie nazywamy 
sprzężeniem genów.

background image

 

 

    

   Sprzężenie wykazują jedynie geny znajdujące 
się na tych samych chromosomach. 

       Geny na chromosomach nie homologicznych 
są z definicji nie sprzężone i zawsze wykazują 
50% rekombinacji. 

Jest to maksimum częstości rekombinacji, która 
może występować między dwoma genami i ta 
wartość rekombinacji wskazuje na to, że geny są 
niesprzężone.

 

background image

 

 

         Stopień sprzężenia dwóch genów zależy 
od częstości crossing-over występujących 
między nimi w czasie mejozy.

       Im bliżej geny są zlokalizowane na 
chromosomie tym mniej prawdopodobne jest 
wystąpienie między nimi crossing-over. 

         Grupy genów, które są sprzężone 
nazywamy grupami sprzężeń genów.

background image

 

 

Badanie sprzężenia i miara sprzężenia

         Z wyjątkiem szczególnych okoliczności, 
kiedy sprzężenie może być określane przy użyciu 
centromeru, konieczny jest przy każdym badaniu 
układ heterozygoryczny przynajmniej dla dwóch 
genów. 

 System taki nazywa się krzyżówką dwucechową 
(dwupunktową).

background image

 

 

Przykład:

Pomidory – badano czy cecha purpurowych owoców (P)jest sprzężona z 
owłosioną łodygą (H).

Mieszańca F

1

 uzyskano przez krzyżowanie dwóch linii czystych: 

PPHH (purpur. owoce, owłosiona ł.) x  pphh (czerw.owoce, gładka 
ł.)

W F

1

 uzyskano następujące klasy fenotypów:                 częstości:

1/ purpurowe owoce, owłosiona łodyga                            220

2/ czerwone owoce, gładka łodyga                                    210

3/ purpurowe owoce, gładka łodyga                                   32

4/ czerwone owoce, owłosiona łodyga                               38

    Razem                                                                             500

   

Gdyby sprzężenia nie było, stosunek ilościowy fenotypów byłby 1 : 
1 : 1 : 1 

Rekombinacja wystąpiła, a jej częstość wynosi 70/500, a więc 14%, 
co stanowi dowód, że oba geny są sprzężone. Odległość mapowa 
miedzy nimi wynosi 14 jednostek

             

background image

 

 

   

     Procent rekombinacji między dwoma genami 
informuje, jak daleko od siebie są położone.

    Jeden procent rekombinacji równa się 
jednostce mapowej lub centymorganowi (cM).

background image

 

 

  Czy konieczne jest zastosowanie krzyżówki 
testowej dla oznaczenia sprzężenia?

   Nie jest to konieczne, mogą być stosowane także 
inne krzyżówki, np.. Krzyżówka pomiędzy 
podwójnymi heterozygotami, o ile liczba 
rekombinantów w klasach fenotypów będzie 
zredukowana w porównaniu do normalnego stosunku 
liczbowego 9 : 3 : 3 : 1.

   Ale, ponieważ podwójnie recesywny rodzic w 
krzyżówce testowej nie wnosi niczego do fenotypu 
potomstwa, uzyskane stosunki liczbowe oddają 
dokładnie stosunki liczbowe gamet, a więc tego typu 
krzyżówka daje maksimum informacji o sprzężeniu.

background image

 

 

Krzyżówki trójgenowe (trójpunktowe)

    Są one bardziej dokładne niż dwupunktowe, 
dzięki nim można identyfikować podwójne crossing 
– over, których nie wykrywa się przy krzyżówkach 
dwupunktowych i dzięki temu można je stosować do 
mapowania genów. Pozwala to zarówno na 
uszeregowanie genów jak również na określeniu ich 
sumujących się odległości.

background image

 

 

a

b

c

5

4

a c

b

?

4

?

5

Ustalanie kolejności genów na podstawie 
wartości sprzężeń znanych z krzyżówek 
dwupunktowych. Wartość sprzężenia  
bliska 9% wskazuje na układ lewy, a bliska 1% 
wskazuje na układ prawy

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+

Schemat wykazuje, że 
do wykrycia 
podwójnego crossing-
over między dwoma 
genami konieczny jest 
trzeci marker 
położony między 
nimi. Przy braku 
markera wypadki 
podwójnego crossing-
over są 
nieodróżnialne od 
braku crossing-over.

background image

 

 

Przykład: Fenotypy potomstwa uzyskanego w wyniku krzyżówki osobnika 
heterozygotycznego pod względem trzech genów i homozygoty recesywnej dla tych 
trzech genów:

Fenotypy potomstwa            Częstości          Klasy

Rodzicielskie

ANR                                        347                   1

anr                                            357                   2

Rekombinanty

Anr                                             52                   3

anR                                            49                    4

Anr                                             90                   5

aNR                                            92                   6

AnR                                              6                   7

aNr                                                7                   8

Razem                                     1000

Należy dokonać ilościowego opisu wszystkich powstałych zdarzeń rekombinacji.

I/ Dla oznaczenia odległości mapowej między A i N:  należy zsumować potomstwo w 
klasach 5 i 6 (rekombinacja A i N) oraz 7 i 8 ( podwójny crossing-over między A i N) i 
wyrazić jako procent:

(90+92+6+7) x 100 / 1000 = 19,5% rekombinacji (19,5 cM)

II/ Dla oznaczenia odległości mapowej miedzy N i R : należy zsumować potomstwo z 
klas 3 i 4 oraz 7 i 8

III/ Dla oznaczenia odległości mapowej między A i R należy zsumować potomstwo z 
wszystkich klas rekombinantów

background image

 

 

Interferencja

   Crossing –over zachodzi w miejscach określanych 
jako chiazmy. Są one fizycznymi strukturami 
tworzącymi się między dwoma chromatydami. 
Obecność jednej chiazmy w określonym rejonie 
chromosomu może redukować częstość formowania 
się w pobliżu drugiej chiazmy. Może to wpłynąć na 
obniżenie liczby podwójnych crossing – over. Z tego 
powodu liczba podwójnych crossing-over 
obserwowana w krzyżówkach trójpunktowych może 
się różnić od przewidywanej częstości pojedynczych 
crossing-over. Jeżeli obserwuje się mniejszą liczbę 
rekombinacji, zjawisko to nazywa się pozytywną 
interferencją.  

background image

 

 

  Miarą interferencji jest współczynnik koincydencji 
(S), 

który jest obserwowaną liczbą podwójnych crossing-over 

podzieloną przez spodziewaną liczbę podwójnych 

crossing-over.

W przykładzie obserwowana częstość podwójnych crossing-over 
wynosiła 13/ 1000 (0,013) klasy 7 i 8 

Używając danych dla zaobserwowanych pojedynczych crossing-
over miedzy A iN  oraz między N i R można przewidzieć 
spodziewaną liczbę podwójnych crossing-over.

Pojedynczy crossing-over między A i N = 195 (klasy klasy 5,6,7,i 
8)

Pojedynczy crossing-over między N i R =114 (klasy 3,4,7 i 8)

Przewidywana liczba podwójnych crossing –over:

(195 / 1000) x (114 / 1000) x 1000 = 22,3

Zatem S = 13/ 22,3 = 0,58

background image

 

 

Determinacja płci

  Płeć osobnika może być determinowana na kilku 
poziomach. Pierwotna determinacja płci dotyczy 
formowania jajników lub jąder. Może być regulowana 
przez geny i/lub czynniki środowiskowe.

  U aligatorów, na przykład, płeć jest warunkowana 
przez temperaturę , w której rozwijają się jaja. Liczne 
organizmy są obupłciowe (hermafrodytyczne). 
Drugorzędowe cechy płciowe również są 
determinowane genetycznie.

background image

 

 

Proste genetyczne systemy determinacji płci

Jednokomórkowe Eukariota mogą mieć proste 
systemy determinacji płci, w których dwa allele 
jednego genu określają płeć.( drożdżowe typy 
płciowe a i ). 
U błonkoskrzydłych (mrówki, pszczoły, osy) 
heterozygotyczność jednego genu określa płeć 
żeńską. Samce – trutnie są haploidalne – rozwijają 
się z niezapłodnionego jaja, nie mogą więc być 
heterozygotami pod względem żadnej cechy.

background image

 

 

Układy chromosomów płci:

U wielu gatunków geny determinujące płeć są związane ze 
szczególnymi chromosomami, zwanymi chromosomami płci. 
Znanych jest kilka różnych układów chromosomów płci:

• Układ XX-X0. Występuje u wielu gatunków owadów, np.. 
Koniki polne i pluskwy. Samice mają parę jednakowych 
chromosomów X. Samce mają tylko jeden chromosom X. Taki 
układ nazywany jest układem Protenor.

Układ XX – XY. Spotykany u ssaków, a także niektórych 
owadów np.. Muszka owocowa. Tutaj samice mają dwie kopie 
chromosomu X, u samców występuje jeden chromosom X i 
jeden chromosom Y.

Układ ZZ –ZW. Jest to zasadniczo odwrotność układu XX – 
XY, gdzie samica ma chromosomy ZW, a samiec ZZ. Występuje 
on u ptaków, motyli i węży

background image

 

 

 Przy definiowaniu układów chromosomów płci 
używa się określeń:

•Płeć homogametyczna – to taka, która wytwarza 
gamety identyczne pod względem chromosomów 
płci np.. W układzie XX-XY samice są 
homogametyczne,

•Płeć heterogametyczna – to taka , która wytwarza 
gamety różne pod względem chromosomów płci np.. 
 W układzie ZZ –ZW samice są heterogametyczne, 
bo produkowane przez nie gamety zawierają albo 
chromosom Z, albo W i oba typy gamet powstają z 
jednakową częstością

background image

 

 

Determinacja płci u muszki owocowej:

U tego gatunku o płci decyduje stosunek liczby 
chromosomów płci do liczby autosomów. Jeśli jest 
on równy, lub wyższy niż 1,0 muszka jest samicą, 
jeśli jest niższy niż 0,5 muszka jest samcem. 

  Gynandromorfy to muszki o częściowo męskim, a 
częściowo żeńskim fenotypie w różnych partiach 
ciała. Jest to rezultatem zmiany liczby 
chromosomów X w komórkach somatycznych na 
skutek nondysjunkcji chromosomów.

background image

 

 

Stosunek chromosomów X do autosomów , a determinacja płci u 

Drosophila:

Liczba chromosomów X (X)      liczba zestawów       Stosunek      Płeć 

   

                 autosomów (A)

3

                                                      2                         1,5             

Samica

3                                                            3                          1,0             

Samica

2                                                            2                          1,0             

Samica

  2                                                            3                          0,67            

Interseks

1                                                            2                          0,5              

Samiec

1                                                            3                          0,33            

Samiec

background image

 

 

Determinacja płci u ludzi:

     Badania prowadzone wśród osób będących 
aneuploidami pod względem chromosomów płci 
wykazały, że obecność chromosomu Y determinuje 
płeć męską, bez względu na liczbę chromosomów 
X. 

Jest to wynik działania genu SRY, który 
zlokalizowano na chromosomie Y, a który 
odpowiedzialny jest za przekształcenie rozwoju 
zarodków z żeńskich na męskie.

 

background image

 

 

Związek pomiędzy liczbą chromosomów płci, a 
determinacją płci u człowieka:

Chromosomy płci        Liczba chromosomów          Płeć

X                                             45                                
Kobieta

XXX                                       47                                 
Kobieta

XXXX                                    48                                 
Kobieta

XXXXX                                 49                                 
Kobieta

XYY                                       47                                
Mężczyzna

XXY                                       47                                
Mężczyzna

XXXY                                    48                                
Mężczyzna

background image

 

 

Determinacja płci u roślin:

Większość roślin jest obupłciowa, lecz istnieją też 
rośliny dwupienne z systemem chromosomów płci 
XX – XY. 

W niektórych przypadkach o płci decyduje 
stosunek chromosomów X do Y. 

Oznacza to, że geny znajdujące się na obu 
chromosomach płci współdziałają w wytwarzaniu 
odpowiedniego fenotypu.

background image

 

 

Drugorzędowe cechy płciowe:

      Wytwarzanie drugorzędowych cech płciowych jest również 
uwarunkowane genetycznie. 

Działanie genu Tfm dobrze ilustruje to zjawisko. Gen Tfm koduje 
białka, które są receptorami dla męskiego hormonu 
sterydowego – testosteronu. 

GenTfm ulega ekspresji zarówno u samic jak i samców. 

Testosteron, który odpowiada za wykształcenie drugorzędowych 
cech płciowych u samców jest produkowany w jądrach.

W wyniku mutacji mogą powstać allele, wywołujące zespół 
feminizacji jąder,
 które produkują testosteron, ale w efekcie 
mutacji nie dochodzi do wytworzenia się receptorów dla 
testosteronu. W efekcie komórki nie otrzymują tego hormonu. 

Osobniki z zespołem feminizacji jąder rozwijają się w niepłodne 
samce. Ich gonadami są jądra, lecz pozostają one nieczynne, 
mimo że chromosomy płci to XY. 

background image

 

 

Dziedziczenie sprzężone z płcią

Allele recesywne położone na chromosomie X nie mogą 
się przejawić fenotypowo u heterozygotycznych samic 
ssaków, lecz są widoczne u samców ponieważ mają one 
tylko jeden chromosom X. 

Samce przekazują te recesywne allele swoim córkom i 
jeśli nie ulegają one ekspresji, to takie samice nazywamy 
nosicielkami. 

Córki przekazują te allele połowie swoich synów, u 
których ponownie ulegają one ekspresji. 

Geny położone na chromosomie Y przekazywane są 
wprost z ojca na syna. Jest to dziedziczenie 
holandryczne. 

Pomiędzy chromosomami X i Y istnieje mały region 
homologiczny. Geny należące do tego regionu dziedziczą 
się tak, jakby nie były położone na chromosomie płci, a 
region ten nazywa się pseudoautosomalnym.  

background image

 

 

Genotypy możliwe przy 
daltonizmie :

CB /Y                             Normalny 
mężczyzna

cb / Y                              Mężczyzna 
daltonista

cb / cb                             Kobieta 
daltonistka

CB / CB lub CB / cb       Normalna 
kobieta

background image

 

 

Cechy ograniczone do jednej płci i cechy zależne 

od płci:

•    Cechy ograniczone do jednej płci są warunkowane 
genetycznie przez pojedyncze geny, które ulegają 
ekspresji tylko w obrębie jednej płci.

•       Natomiast cechy zależne od płci ujawniają się 
fenotypowo częściej u jednej płci niż u drugiej. Może 
to być wynikiem różnych stosunków dominacji u obu 
płci.

background image

 

 

        

Zarówno cechy zależne od płci, jak i  ograniczone 

do jednej płci są cechami autosomalnymi. Oznacza 
to, że genotypy dziedziczą się zgodnie z prawami 
Mendla, lecz ich fenotypy zależą od środowiska, czyli 
od wpływu hormonów. 

  Przeciwnie, sposób dziedziczenia cech sprzężonych 
z płcią zależy od sposobu dziedziczenia się genów 
leżących na chromosomie płci, a więc wyłącznie od 
genotypów.

background image

 

 

Ekspresja genu łysienia u kobiet i mężczyzn

Genotyp             Żeński fenotyp              Męski 
fenotyp 

BB                        Łysienie                          
Łysienie

Bb                        Normalne włosy              
Łysienie

Bb                        Normalne włosy              
Normalne włosy


Document Outline