GENETYKA WYKŁAD 7

zmiany wynikające z mutacji są powolne

transpozycje - białe pasemka na różowych kwiatach Anturium

różowe zabarwienie nasion kukurydzy

mozaikowy fenotyp u motyli

DZIEDZICZENIE CYTOPLAZMATYCZNE u drożdży Saccharomyces cerevisiae

(dziedziczenie nie podlega prawom Mendla)

- drożdże należą do workowców, są najprostszym organizmem eukariotycznym, to pomost między Procaryota i Eucaryota, roślinami i zwierzętami

- produkcja żywności w oparciu o drożdże: 200 mln wina, piwa, pieczywo

- drożdże wyparły E. coli jako model genetyczny

- porównanie sekwencji genomu komórki drożdżowej i ludzkiej - wiele genów jest homologicznych

- badania łatwiejsze, także ze względu na etykę

cechy drożdży stanowiące o ich przydatności jako modelu genetycznego:

1. metodami genetyki klasycznej można badać mechanizmy dziedziczenia

drożdże rozmnażają się wegetatywnie i płciowo (2 typy koniugacyjne: a i α)

1n a x 1n α 2n (organizm diploidalny, który może się rozmnażać wegetatywnie; w odpowiednich warunkach ulega sporulacji); powstaja 4 zarodniki w worku, a każdy zarodnik daje początek nowym koloniom 1n; w 1 worku znajdują się 2 zarodniki o typie a i 2 zarodniki typu α

2. podobieństwo do organizmów wyższych

w komórce drożdżowej typowy dla zwierząt aparat Golgiego

wiele substancji występujących u organizmów wyższych (aktyna, kalmodulina)

elementy retrowirusów

3. łatwo ekspresjonować w drożdżach geny organizmów wyższych - brak problemów natury etyczno-moralnej

różnorodne metody transformacji i manipulacji genetycznej

produkcja szczepionek na WZW A i B (wirusowe zapalenie wątroby)

produkcja insuliny

produkcja hormonów wzrostu naskórka (po operacjach przy gojeniu ran)

drożdże można modyfikować metabolicznie - nastawiać je w kierunku produkcji konkretnego związku

drożdże są niepatogennymi mikroorganizmami

w krótkim czasie - duża populacja drożdżowa

genetyczna determinacja enzymów łańcucha oddechowego:

◦ drożdże to względne tlenowce

◦ w przypadku zablokowania oddychania tlenowego (brak O₂ w środowisku lub mutacje - zablokowane mitochondrium) korzystają z fermentacji

◦ cyjanek potasu, arszenik - u ludzi powoduje śmierć (blokada oddychania, ostatnich etapów łańcucha oddechowego)

◦ fermentacja daje 2 ATP; oddychanie tlenowe 36 ATP

◦ 1 etap oddychania - glikoliza (w cytoplaźmie), 2 i 3 etap: cykl Krebsa, łańcuch oddechowy (w mitochondrium)

dzięki drożdżom można badać genezę i rozwój mitochondrium, łańcuch oddechowy oraz mitochondrialną biosyntezę białek

aparat genetyczny

- 16 chromosomów od 200 kb do 2200 kb (1kb = 1000 b)

- elektroforeza pulsacyjna służy do rozdzielenia dużych cząstek (jak chromosomy drożdży)

- sekwencjonowanie genomu: użyto 37 bakteriofagów w tym 2 z Polski; zakończono 1998-1999; pomysłodawcą był prof. A. Goffeau z Belgii

- ok. 6000 genów, ok. 30% genów czeka na odkrycie funkcji

- 2,5 - 3,2 kb/cMorgan - odległość między genami

- wskaźnik rekombinacji - 0,62 cM/1kb

15% całego DNA stanowi DNA mitochondrialne

na 1n kod przypada ok. 50 cząsteczek kolistego dwuniciowego DNA (na 2n - 2x więcej)

wielkość 21-25 μm

73 x 10³ bp (par zasad)

35% to sekwencje kodujące, w tym:

16% - ramki odczytu genów

15% - otwarte ramki odczytu intronów, mogą kodować maturaże (enzym do wycinania intronów)

4% - sekwencje międzygenowe

reszta to balast, bez określonej roli

geny mitochondrium kodują:

~ aparat mitochochondrialnej biosyntezy białka

~ podjednostki łańcucha oddechowego:

1 podj. apocytochromu b

3/6 podj. oksydazy c

3/9 podj. ATPazy

1 podj. dehydrogenazy NADH

15s, 21s RNA

białko rybosomalne kodowane przez gen var

24 tRNA

translacja odbywa się w mitochondriach - to znaczy, że muszą być w mitochondriach obecne rybosomy i cały aparat biosyntezy białka

cykloheksimid - powoduje zablokowanie syntezy białka w cytoplaźmie

chloramfenikol - powoduje zablokowanie syntezy białka w mitochondriach

genom mitochondrialny komórki drożdżowej zawiera geny podzielone (u ludzi brak intronów)

genom jądrowy komórki drożdżowej ma mało intronów ( u ludzi dużo)

sekwencje ori - miejsca replikacji, b. ważne, pomimo delecji nie zmienia się ilość genomu (chociaż zmienia się jakość); to co zostaje odtwarza cały genom

ludzkie DNAmit - mutacje typu delecji mają efekt letalny lub są przyczyną chorób: wzroku, układu szkieletowo-mięśniowego, serca, mózgu i układu nerwowego

2 podj. ATPazy

3 podj. oksygenazy

dużo podj. NADH dehydrogenazy

1 podj. cytochromu b

22 tRNA

największe geny mitochondrialne mają rośliny kwiatowe:

	człowiek	drożdże	Arabidopsis sp.
liczba genów kodujących	37	35	52
- białka	13	8	27
- kompleks oddechowy	13	7	17
- białko rybosomalne	0	1	7
- rRNA	2	2	3
- tRNA	22	24	22
- inne RNA	0	1	0
liczba intronów	0	8	23
wielkość genomu	17	75	367

genom chloroplastu ryżu - 136 kb

geny związane z fotosyntezą

geny białka rybosomowego

geny polimerazy RNA

geny tRNA

geny rRNA

w mitochondriach nie ma systemu naprawczego

dziedziczenie cytoplazmatyczne dotyczy:

- mitochondriów

- chloroplastów

- dziedziczenia matecznego

mutanty cytoplazmatyczne:

np. w pełnej pożywce (z glukozą) będą rosły i duże i małe kolonie - dużych więcej

małe - mutanty w wyniku spontanicznych mutacji rho^- (rho - „czynnnik” mitochondrialny)

duże - dzikie typy, oddychają tlenowo

petite - mutanty małe (pet)

pet - mutacja oddechowa w genie jądrowym

PET - geny niezmutowane

1.) krzyżówka testowa: mutant o nieznanym genotypie ze szczepem dzikim przeciwnego typu płciowego

1n pet_x rho⁺ α x 1n PET rho⁺ a

uzyskujemy 4 x 1n, segregacja genetyczna w stosunku 2:2

2 szczepy rosnące, PET rho⁺

2 szczepy neirosnące, pet_x rho⁺

segregacja 2:2 - typowo Mendlowska - świadczy o mutacji w genie jądrowym

przeniesienie mutantów na pożywkę ze źródłem węgla nie podlegającym fermentacji (z glicerolem, etanolem) - małe nie rosną (pet_x rho⁺ )

2.) druga sytuacja - mutacja cytoplazmatyczna rho^-

1n PET rho^- α x 1n PET rho^- a

4 x 1n, wszystkie typu dziekiego, segregacja w stosunku 4:0

- czynnik rho^- jest recesywny w stosunku do rho⁺

cytoplazma się miesza, mitochondria się mieszają

wszystkie spory (klony) rosną na podłożu glicerol/etanol

4:0 - segregacja cytoplazmatyczna

rho^o - mutacja braku DNA_mit (wada replikacji, do jednej kom. potomnej nie wchodzi DNA_mit)

mit - punktowe mutacj w DNA_mit (insercja, delecja itp.)

konsekwencją takiego dziedziczenia jest mapowanie genów:

geny jądrowe mapujemy po mejotycznym c-o

w mitochondriach segregacja jest mitotyczna

transmisja - częstość segregacji dla markerów mitochondrialnych, które znajdują się w zygocie powstałej z połączenia dwóch kom. 1n po 20 generacjach (podziałach)

w DNA_mit - przewaga A=T nad G≡C

może wystąpić duża delecja DNA_mit - nawet do 99%; to co pozostaje (1%) będzie się replikować i odtworzy całe kółeczko DNA_mit, tak że ilość DNA zostanie przywrócona do poziomu sprzed mutacji, ale jakość DNA ulega zmianie (tylko ten 1% informacji zostaje, wielokrotnie powielony)

odkryto mutanta, który w 95% zawierał powtarzające się 68 pz (66 A=T i 2 G≡C)

mit^- - punktowe, ważne w mapowaniu genów

stosowanie Mn²⁺

mogą ulegać rewersji ( rho^- i rho^o nie mogą)

bo to mała zmiana

efekt fenotypowy dla rho^- i rho^o : brak biosyntezy białka, enzymów łańcucha oddechowego, efekt plejotropowy: brak oksydacyjnej fosforylacji, cytochromów

krzyżówka mit^- z rho^- może odtworzy fenotyp dziki, jeżeli mutacja nie jest w tym samym miejscu, które na rho^- uległo delecji

antymycyna - blokuje łańcuch oddechowy na poziomie cytochromu b

można izolować mutanty odporne na inhibitory

zegar biologiczny - zmiany na poziomie molekularnym; właściwie brak systemu naprawy - ewolucja genomów mitochondrialnych jest dużo szybsza niż jądrowego

próbowno udowodnić, że człowiek pochodz od 1 matki - „Ewy” - kobiety pochodzącej z Afryki, 200 tyś. lat temu

porównywano DNAmit wielu ludzi

mitochondria dziedziczone są w linii matczynej (plemniki nie są dawcami DNA_mit, bo do kom. jajowej wchodzi tylko główka plemnika, a ogonek w którym są mitochondria - nie)

brak mechanizmów naprawy DNA_mit

wnioski:

największa zmienność DNA_mit jest w rasie czarnej, przeliczono na lata - prehistoryczna Ewa

potem zaczęto udowadniać, że gamety ♂ szczura mogą przekazywać mitochondria, podobnie skorpiony

przebadano fragmenty chromosomu Y - żadnych zmian pomiędzy rasami nie wykazano (mechanizmy naprawcze)

mutacje w DNAmit mogą powodować choroby

zegar biologiczny tyka szybciej dla mitochondriów

1

---