54. Dziedziczenie cechy callipyge jako przykład współdziałania różnych zasobów informacji genetycznej i zjawisk genetycznych (mutacja, imprinting genomowy, naddominacja, ukryte geny, przeskakiwanie pokoleń) w wytworzeniu cechy fenotypowej w zmodyfikowanym modelu przekazu autosomalnego dominującego.
Przykładem współpracy różnych części genomu jest historia dziedziczenia cechy callipyge (z greckiego „piękne pośladki”) u owiec. W 1983 roku na ranczo w Oklahomie w USA urodził się baran z ogromnym zadem. Hodowca przeczuwając duże zyski z przeniesienia tej cechy na potomstwo mutanta (pojedyncza mutacja w chromosomie 18) nazwał barana Solid Gold (szczere złoto). Po skrzyżowaniu Solid Gold z owcami bez mutacji w I pokoleniu wszystkie osobniki zarówno samce jak i samice, które odziedziczyły mutacje w chromosomie 18 miały duże zady. Stanowiły one połowę potomstwa I pokolenia. Rozkład cechy pół na pół jest typowy dla mutacji w genie dominującym. Jednak w II pokoleniu cecha callipyge ujawniła się tylko wówczas, gdy mutacja pochodziła od ojca. Owce obojga płci dziedziczące mutację po matce wyglądały zwyczajnie. Taki normalny fenotyp wystąpił także wówczas, gdy baran odziedziczył jeden zmutowany gen po ojcu, a drugi po matce. W III pokoleniu żaden osobnik - nawet jeśli odziedziczył mutacje w chromosomie 18 po ojcu - nie miał cechy callipyge z wyjątkiem potomków barana mającego mutację w obu kopiach chromosomu 18 ( o normalnym fenotypie). Taki baran skrzyżowany z normalnymi owcami „przekazywał” cechę callipyge na każdego potomka.
Dziedziczenie cechy callipyge odbiegało od standardu dziedziczenia dominującej mutacji w genie autosomalnym. Przede wszystkim zwierzęta dziedziczące obie zmutowane kopie genu powinny mieć gigantyczne zady. Po wtóre cecha powinna pojawić się w każdym pokoleniu mniej więcej po połowie u obu płci. W końcu fenotyp callipyge powinien zależeć od jednej mutacji bez względu na to, po którym z rodziców została odziedziczona. Sposób dziedziczenia cechy callipyge wskazywał na wystąpienie interakcji różnych genomowych źródeł informacji. Dziedziczenie cechy wyjaśnił zespół naukowców po 10 latach eksperymentów. W publikacji podali, że w wytworzeniu cechy callipyge uczestniczą: jeden gen zwykły kodujący białko, co najmniej jeden gen kodujący tylko RNA, dwa zjawiska epigenetyczne (imprinting i naddominacja) oraz jedna mała mutacja. Imprinting genu kodującego białko zapewniające rozrost zadu powoduje, że tylko allel znajdujący się na chromosomie pochodzącym od ojca jest aktywny (allel matki jest wyciszony). Gen (geny) ukryty kodujący aktywny RNA jest funkcjonalny tylko wtedy, gdy jest odziedziczony na chromosomie matki (gen ukryty pochodzący od ojca jest imprintigowany (imprintowany). U podwójnych mutantów odziedziczona po matce kopia zmutowanego genu podnosi poziom produkcji aktywnych cząsteczek RNA. Nadmiar RNA blokuje wzrost aktywności allelu kodującego białko odziedziczonego po ojcu. Zad jagnięcia - bez względu na płeć - wygląda normalnie. Zjawisku imprintingu towarzyszy więc także zjawisko naddominacji czyli różnicy w aktywności między allelami. Wszyscy potomkowie podwójnego mutanta barana odziedziczą cechę callipyge zgodnie z opisanymi regułami tego niestandardowego przekazu.
55. Założenia teorii Th Morgana i ich genetyczne konsekwencje
Główne założenia teorii Morgana
-geny jako jednostki dziedziczości zlokalizowane są w chromosomach jąder komórkowych(chromosomowa teoria dziedziczności)
-geny ulegają powielaniu, przy czym geny potomne są identyczne z genami wyjściowymi, proces ten związany jest z replikacją(semikonserwatywną) kwasu DNA budującego geny
-geny ułożone są w chromosomach liniowo w ściśle określonym porządku i kolejności
-każdy gen ma ściśle określone miejsce w chromosomie - locus
-allele czyli rózne formy tego samego genu położone są w chromosomach homologicznych(od ojca i od matki) dokładnie naprzeciw siebie
-geny leżące na 1 chromosomie tworzą grupę sprzężoną, w odrębnych chromosomach- niesprzężone
-Morgan ustosunkował się do niezależnego dziedziczenia cech-II prawa Mendla i stwierdził, że niezależnie dziedziczą się tylko te geny które leżą w różnych chromosomach i są niesprzężone, wtedy mogą segregować do poszczególnych gamet; geny sprzężone powinny dziedziczyć się razem, ale nie zawsze dziedziczą się całkowicie
- przeszkadza temu zjawisko crossng over( 2 chromosomy homologiczne podczas mejozy koniugują, może dojść do wymiany odcinków chromatyd między tymi chromosomami, geny z chromosomu ojcowskiego przechodzą do matczynego i odwrotnie, dochodzi do wymiany(rekombinacji)genetycznej
-częstość zachodzinia crossing over zależy od położenia genów w chromosomie.Jeżeli geny leża blisko siebie, częstośc zachodzenia crossing over jest minimalna, im dalej od siebie od siebie lezą w chromosomie częstość zachodzenia crossing over jest większ
-na podstawie częstości zachodzenia crossing over określa się położenie genów w chromosomach, a znając ich położenie sporządza się mapy chromosomów(zmapowano już cromosomy muszki owocowej, kukurydzy i wiele chromosomów w kariotypie człowieka
56. Istota sprzężenia genetycznego
Przy niezależnej segregacji genów A i B, zgodnie z drugim prawem Mendla, oba typy heterozygot powinny wytwarzać cztery rodzaje gamet : AB, Ab, Ab, ab w stosunku 1:1:1:1. Jeśli jednak geny leżące w jednym chromosomie dziedziczą się w sposób sprzężony , to heterozygota AB/ab będzie wytwarzać wszystkie lub co najmniej większość gamet AB i ab, a heterozygota Ab/Ab powinna odpowiednio wytwarzać jedynie lub w większości gamety Ab i Ab.
Jeżeli mieszaniec F1 powstaje z gamet AB x ab to występuje zjawisko przyciągania pomiędzy genami A i B oraz a i b. To przyciąganie wyraża się wytwarzaniem przez mieszańca gamet w stosunku: n AB: 1 Ab: 1 aB: n ab.
Jeżeli mieszaniec F1 powstaje z gamet Ab x aB to występuje zjawisko przyciągania pomiędzy genami A i b oraz a i B. To przyciąganie wyraża się wytwarzaniem przez mieszańca gamet w stosunku: 1 AB: n Ab: n aB: 1 ab.
W mejozie w zasadzie segregują całe chromosomy homologiczne i jeśli rozpatrywać będziemy dziedziczenie się dwóch genów leżących w tym samym chromosomie, to układ alleli w chromosomie ojcowskim i matczynym powinien być przekazany do gamet niezmieniony. Jednym słowem, dwa geny leżące w tym samym chromosomie powinny wykazywać dziedziczenie sprzężone, niezgodne z drugim prawem Mendla twierdzącym, że allele dwóch genów dziedziczą się niezależnie. Przy tym założeniu wartości procentowe rekombinacji między dwoma genami sprzężonymi mogą stanowić miarę odległości położenia loci tych genów. Oczywiście różne allele tego samego genu znajdują się w chromosomie w tym samym locus u wobec tego procent crossing over jest charakterystyczny jedynie dla dwóch badanych loci genowych, bez względu na to, jakie w nich znajdują się allele genów. Założenie to okazało się w pełni sprawdzalne i stało się podstawa mapowania genów w chromosomach.
57. Sprawdzanie alleliczności genów
Czy są na tym samym chromosomie- chyba wykonanie krzyżówki testowej, muszę to jeszcze sprawdzić
58. Crossing over i rekombinacja genetyczna jako zjawiska warunkujące zmienność genetyczną
CROSSING OVER
Występuje między genami sprzężonymi pewnego procentu zrekombinowanych układów alleli zostało zinterpretowane przez Th. H. Morgana jako zjawisko wzajemnej wymiany odcinków między homologicznymi chromosomami, co nazwał on crossing over. Chromosomy w pachytenie pierwszego podziału mejotycznego są już zrekombinowane i występują w nich po dwie chromatydy połączone w centromerze. Pojedynczy crossing over zachodzi zawsze między dwoma chromatydami z czterech chromatyd biwalentu. Widoczne w obrazie cytologicznym chiazmy łączące chromosomy w biwalencie uważa się za konsekwencje wymiany odcinków między chromatydami w wyniku crossing over. Ponieważ procent zachodzących rekombinacji między dwoma genami jest mniej więcej stały i różny dla różnych par genów sprzężonych, Th. H. Mogran wysunął bardzo istotną dla dalszego rozwoju genetyki hipotezę, że geny ułożone są wzdłuż chromosomu liniowo i że najmują w chromosomach określone stałe miejsce, zwane locus (w liczbie mnogiej loci). Przeprowadzając równolegle badania genetyczne i cytologiczne w mieszańcach między formami rodzicielskimi różniącymi się morfologią homologicznych chromosomów trzymanych w wyniku translokacji odcinków chromosomów stwierdzono, że wraz z crossing over wykazanym metodami genetycznymi następuje rzeczywiście wymiana odcinków między koniugującymi w biwalencie chromosomami. Hipotezy dotyczące crossing over można podzielić na dwie kategorie, a mianowicie: hipotezy pęknięć i hipotezy wyboru wzorca (copy choise). Według hipotezy pęknięć, która jest wcześniejsza, crossing over polega na jednoczesnym przerwaniu dwóch chromatyd, które następnie łączą się w miejscu pęknięcia w taki sposób, że powstają chromatydy rekombinacyjne. Ta koncepcja nie wyjaśnia jednak dostatecznie mechanizmu, który powoduje przerywanie obu chromatyd dokładnie w tym samym miejscu. Hipoteza wyboru wzorca tłumaczy crossing over jako „przeskakiwanie” nowo syntetyzowanych nici od jednej chromatydy rodzicielskiej do drugiej podczas ich kopiowania się według nici rodzicielskich. Tego typu hipotezy nie tłumaczą jednak wystarczająco faktu, że crossing over może obejmować wszystkie cztery chromatydy, a nie tylko dwie nowo syntetyzowane. Co więcej, synteza nowego materiału chromosowego - a przynajmniej DNA - następuje podczas interfazy poprzedzającej mejozę: przyjmując model wyboru wzorca musielibyśmy założyć, że crossing over zachodzi w interfazie, a nie w pachytenie; pachy ten jednak jest jedynym znanym stadium mejozy, w którym chromosomy homologiczne łączą się w pary. Jak widzimy, żadna z przedstawionych hipotez nie jest całkowicie zadowalająca.
REKOMBINACJA
Procesem, dzięki któremu powstaje nowa genetyczna kombinacja w cząsteczce DNA w wyniku przecięcia i ponownego połączenia istniejących cząsteczek DNA, z utworzeniem punktu skrzyżowania nici DNA znanego jako crossing over lub chiazma (chiazma ta) jest rekombinacja.
W modelu rekombinacji stworzonym przez Robina Hollidaya pęknięcia na obu niciach helis DNA (chromatyd) są symetryczne. Na podstawie danych doświadczalnych wywnioskowano jednak, że wymiana nici między cząsteczkami DNA zachodzi asymetrycznie. Model Hollidaya (1964) został więc poprawiony i nazwany modelem Aviemore lub modelem Meselsona-Raddinga (1975). Model Hollidaya i modyfikacja Meselsona Raddinga odnoszą się do rekombinacji homologicznej we wszystkich organizmach. Dla większości eukariontów zachodzi (najprawdopodobniej) model rekombinacji z przerwaniem obu nici ( model przerw dwuniciowych), zaproponowany dla wyjaśnienia zjawiska konwersji genów u drożdży.
REKOMBINACJA HOMOLOGICZNA
Rekombinacja między dwiema homologicznymi, dwuniciowymi cząsteczkami DNA, mającymi rozległe podobieństwo sekwencji nukleotydów.
REKOMBINACJA UMIEJSCOWIONA (ZLOKALIZOWANA)
Rekombinacja między dwiema dwuniciowymi cząsteczkami DNA, mającymi tylko krótkie obszary podobieństwa sekwencji nukleotydowej (uczestniczy w integracji faga λ do genomu Escherichia coli).
KONWERSJA GENU (rekombinacja niewzajemna)
Niewzajemna rekombinacja wewnątrz genowa, w wyniku której powstają cztery haploidalne produkty mejozy wykazujące nieoczekiwany (niezwykły) zwór segregacji.
Zachodzi, jeśli po podziale mejotycznym komórki o genotypie AA+, wśród potomnych komórek uzyskuje się asymetryczną segregacje badanej cechy w stosunku 3A:1A+ (lub1A:3A+), a nie klasycznie 2A:2A+. wydaje się (jakby) allel A+ został przekształcony w A (lub odwrotnie). U podstaw konwersji leżą zdarzające się nieprawidłowości dotyczące naprawy DNA odbywającej się w trakcie rekombinacji w profazie mejozy. W trakcie rekombinacji cząsteczek DNA w obrębie biwalentu, w powstającym odcinku mieszańcowego hetero kompleksu DNA, niekomplementarne pary zasad mogą być naprawiane w procesie wycinania i resyntezy. Wycinanie prowadzi do usunięcia fragmentu nici DNA hetero kompleksu w miejscu obserwowanego locus. W czasie naprawy powstałej luki łańcuch DNA, pochodzący od chromatydy niesiostrzanej, niosący zmieniony allel, zostaje użyty jako matryca naprawcza. W rezultacie wśród analizowanych komórek potomnych uzyskanych po podziale mejotycznym, obserwuje się niesymetryczną segregację i będzie można znaleźć 3 kopie jednego allelu i jedną kopię drugiego.
59.Modele rekombinacji: Model Hollidaya, Model Meselsona-Raddinga, Model pęknięć dwuniciowych
Rekombinacja wg modelu Hollidaya Podczas usuwania uszkodzenia jednoniciowe DNA łączy się z białkiem RecA. Białko RecA atakuje homologiczną cząsteczkę powodując lokalne rozplecenie heliksu i wytworzenie heterodupleksu. Odpowiednie pojedyncze nici dwu homologicznych cząsteczek DNA są nacinane przez Endonukleazy, powstają wolne końce i następuje rekombinacja typu crossing-over. Powstaje figura krzyżowa Robina Hollidaya, w której naprzeciw uszkodzenia jest nieuszkodzony odcinek, a luka w drugiej nici będzie połączona z nicią nieuszkodzoną. Jedna z nici krzyżuje się tworząc parę z komplementarną nicią homologicznego dupleksu. Następuje migracja rozgałęzienia w obu kierunkach (5' i 3'). Następuje rozdzielenie struktury Hollidaya i połączenie końców na dwa możliwe sposoby:
· cięcie krzyżujących się nici prowadzi do wymiany pary homologicznych jedno niciowych segmentów i powstania dwóch hetero-dupleksów, które muszą zostać naprawione
· cięcie nici, które się nie krzyżują, co prowadzi do wymiany końców oryginalnych cząsteczek i powstania wzajemnych rekombinantów.
Rekombinacja wg modelu Meselsona-Raddinga (Aviemore) Rekombinacja rozpoczyna się od nacięcia jednej nici jednego z homologów. Następnie synteza DNA z końca 3'powoduje odsunięcie końca 5'przerwanej nici, a odsunięty koniec 5'dokonuje inwazji do nici homologicznej i odsuwa swój odpowiednik (utworzenie pętli D) który jest nukleolitycznie degradowany. Ligacja (połączenie) prowadzi do wytworzenia genetycznie niesymetrycznego połączenia Hollidaya (tylko jedna z podwójnych nici zawiera region heterodupleksowy). Jeśli dochodzi do migracji połączenia, to heterodupleksy powstaną na obu niciach. Rozdzielenie połączenia zachodzi jak w modelu Hollidaya (cięcie nici krzyżujących się lub nici niekrzyżujących) Odsunięcie jednej nici z dwuniciowego DNA podczas rekombinacji, nazywane jest pętlą D.
Rekombinacja wg modelu Szostaka (model przerywania obu nici) Rekombinację rozpoczyna dwuniciowe pęknięcie (DSB czyli Double Split Break) jednego z homologów. Następnie egzonukleaza 5'→3' pozostawia na końcu 3' wystające końce. Jeden z nich dokonuje inwazji do homologicznego dupleksu, odsuwa swój odpowiednik - powstaje pętla D. Do końców 3' dołącza się polimeraza DNA i prowadzi syntezę DNA. Ligaza odtwarza dwuniciowe struktury i tworzą się połączenia Hollidaya. Rozdzielają się podobnie jak w modelu Hollidaya.
60. Analiza tetrad- segregacja genów w produktach pojedynczej mejozy u Neurospora crassa
Ni chuja nie mam pojęcia o co chodzi
61. Preredukcja i postredukcja, typy worków
PRE- I POSTREDUKCJA
Rozdział alleli w pierwszym podziale mejotycznym, zwany preredukcją zachodzi wtedy, gdy między locus danego genu a centromerem chromosomu, w którym gen się mieści, nie zaszedł crossing over między dwoma chromatydami homologicznych chromosomów w biwalencie. Gry zaś między locus danego genu a centromerem zajdzie crossing over, to po pierwszym podziale mejotycznym w dwóch chromosomach rozchodzących się w pierwszym podziale mejotycznym w każdej z dwóch chromatyd będą występowały odrębne allele i dopiero w drugim podziale mejotycznym przy rozchodzeniu się chromatyd zajdzie rozdział alleli, czyli tak zwana postredukcja. Jest to bezpośredni dowód, że crossing over zachodzi pomiedzy chromatydami, a nie całymi chromosomami. Gdyby crossing over zachodził miedzy chromosomami, postredukcji w ogóle by nie występowała i allele byłyby zawsze preredukowane bez względu na miejsce i fakt występowania crossing over. Tak więc częstość występowania worków z postredukcją dla alleli danego locus będzie miarą odległości danego genu od centromeru. Im gen leży bliżej centromeru, tym oczywiście prawdopodobieństwo zajścia crossing over w odcinku między centromerem a locus genu jest mniejsze i częstość worków z postredukcją niższa. Możemy więc tą metodą mapować geny nie tylko w stosunku do miejsca położenia innych genów, ale i w stosunku do stałego i charakterystycznego obszaru chromosomu jakim jest centromer.
Typy worków w analizie tetrad:
PD - martenal di'type - dwutyp rodzicielski
NPD - nonpartenal ditype - dwutyp nierodzicielski
TT - tetra typ
W krzyżówce dwupunktowej typu ab+ x a+b powstają w zasadzie trzy typy worków: dwutyp rodzicielski (PD), dwutyp nierodzicielski (NPD) i tetra typ (TT). Worki typu PD zawierają askospory o układzie alleli wyłącznie rodzicielskim, worki typu NPD zawierają askospory jedynie o zrekombinowanym układzie alleli, zaś worki typu T zawierają akspspory zarówno obu typów rodzicielskich jak i o zrekombinowanych układach alleli.
62. Przykłady krzyżówek między szczepem N. Crassa o askosporach czarnych typu dzikiego a zmutowanym szczepem o białych askosporach
też cholera wie ...
63. Przykłady dziedziczenia genów sprzężonych
Klasycznym przykładem dziedziczenia cech sprzężonych jest krzyżówka F.B. Hutta dotycząca dziedziczenia cechy szur patowości u kur. Barwne samice szurpate skrzyżowano z samcem rasy Biały Leghorn. Samiec był homozygotyczny pod względem genu I, którego allel dominujący działa jako inhibitor pigmentacji melaninowej oraz pod względem normalnego recesywnego allelu szur patowości. Szurpatość (frizzle) kurcząt spowodowana jest nieprawidłowym wykształceniem piór na skutek zaburzeń w procesie ich rozwoju. Pióra szurpatych kur są łamliwe i skręcone (jak korkociągi), słabe i zlepione. Wypadają tak łatwo, że ptaki mogą być prawie nagie w pewnych okresach swego życia. Szurpatość jest związana z licznymi anomaliami anatomicznymi, obniżona płodnością i wysoką śmiertelnością zapłodnionych jaj. Ptaki te często umierają wskutek nagłej niewydolności serca. Cecha szurpatości zależy od jednego genu.
I - białe upierzenie drobiu
i - barwne upierzenie drobiu
F (frizzle) - cecha szurpatości
f - normalny allel upierzenia
P: samice barwne szurpate X samiec biały, normalny
F1: wszystkie białe i szurpate
P: samice iF/iF x samce If/If
F1: samice, samce iF/If białe szurpate
…
Wnioski z krzyżówki F.B. Hutta
Pozorna niezgodność wyników obu krzyżówek testowych spowodowana jest sprzężeniem genetycznym genów: determinujących białe lub barwne upierzenie drobiu I kodującym normalne lub szurpate upierzenie drobiu.
Zjawisko sprzężenia jest to tendencja rodzicielskich kombinacji genów do nierozdzielania się, co wyraża się w stosunkowo rzadkim występowaniu nowych zrekombinowanych kombinacji genów.
Geny wykazują sprzężenie dlatego, że znajdują się na tym samym chromosomie
Geny wykazują jednakowo silną tendencję do rekombinacji bez względu na to, cczy układ alleli jest taki, że oba dominanty znajdują się w jednym chromosomie (powiązanie = „coupling”), a oba recesywny w drugim, czy też, że dominant i recesywny występują w każdym z homologicznych chromosomów (odpychanie = „repulsion”).
Dla poszczególnych par genów sprzężonych częstość rekombinacji jest uderzająco stała. Częstość rekombinacji ustalona przy jakimś krzyżowaniu może być podstawą przewidywania stosunków genotypowych i fenotypowych przy dalszych krzyżowaniach, dotyczących tych samych par genów.
Crossing - over pomiędzy poszczególnymi parami genów sprzężonych zachodzi z całkowicie określoną i stałą częstością. Procent powstałych rekombinantów (częstości c-o) służy do konstrukcji map sprzężeń genetycznych.
64.Cechy związane z płcią
Cechy związane z płcią to cechy uwarunkowane przez geny, które są zlokalizowane w autosomach (wszystkich chromosomach z wyjątkiem chromosomów płci), ale których fenotypowe ujawnienie się jest różne u płci żeńskiej i męskiej.
65.Cechy zależne od płci
Cechy zależna od płci przejawiaja się fenotypowo u obu płci, lecz z róznym natężeniem. Przykładem takiej cechy jest sposów dziedziczenia łysienia. Łysienie rozpoczyna ię od skroni i czubka głowy, a genem odpowiedzialnycm za to łysienie jest gen B (b). (gen ten jest także związany z występowaniem torbielowatości jajników u kobiet). Homozygoty BB łysieja przedwcześnie, homozygoty bb nie łysieją. Dominacja genu B jest uzależniona od równowagi hormonalnej danej osoby, co oznacza, że fenotyp heterozygot Bb różni się zależnie od płci. Kobiety o genotypie Bb nie łysieją gdyż w ich środowisku hormonalnym gen B nie dominuje nad genem b. u mężczyzn gen B jest dominujący względem b i powoduje łysienie.
Ekspresja genu łysienia u kobiet i u mężczyzn
Łysienie u mężczyzn (łysienie androgenowe) rozpoczyna się nad skroniami, potem wypadaja włosy rosnące na szczycie (czubku) głowy, aż do tyłu głowy. Włosy rosnące z tyłu głowy są bardziej odporne na działanie hormonu DHT (dihydrotestosteron) powstającego z testosteronu, powodującego łysienie (co ósmy mężczyzna zaczyna tracić włosy przed trzydziestymi urodzinami!). Trwają badania nad molekularnymi przyczynami łysienia. Ustalono, że za androgenowy wzór łysienie odpowiedzialny jest gen sonic hedgehog („dźwiękowy jeż”). Gen ten gwarantuje, że mózg podzieli się na dwie półkule i powstanie dwoje oczu i on to również odpowiada za podtrzymanie aktywności mieszków włosowych. Nadekspresja genu sonic hedgehog prowadzi do nowotworu skóry. Gen nazywany hedgehog („jeż”) jest genem polaryzacji segmentów, czyli, że ulega ekspresji w każdym segmencie ciała, ale tylko w jego tylnej części. Istnieje u Drosophila, ptaków, myszy i ludzi, funkcjonując jako silnie konserwowana od około 400 mln lat sekwencja genów programu rozwoju. Gen ten w formie zmutowanej nadaje muszkom owocowym „najeżony” wygląd. Rodzina genów „hedgehog”: sonic hedgehog („dźwiękowy jeż”), Indian hedgehog („indiański jeż”) i desert hedgehog („pustynny jeż”) definiuje przednią i tylną część skrzydła u muszki owocowej, ptaków, oraz górnej kończyny u ludzi. Zarówno więc geny zależne od płc, jak i ograniczone do jednej płci są genami autosomalnymi, dziedziczą się zgodnie z prawami Mendla, ale fenotypy, które determinują zależne są od środowiska (hormonów). Cechy sprzężone z płcią zależne od genów zlokalizowanych na chromosomach płci i dziedziczą się zgodnie z prawami Morgana.
66. Pojęcie mutacji i jej główne cechy
Mutacja (łac. mutatio - zmiana) - nagła, skokowa, bezkierunkowa, dziedzicząca się lub nie dziedzicząca, zmiana w materiale genetycznym organizmu.
Termin po raz pierwszy wprowadzony przez biologa Hugo de Vriesa na przełomie XIX i XX wieku, oznaczający zmianę zapisu informacji genetycznej, pierwotne źródło zmienności genetycznej organizmów.
Mutacja jest zjawiskiem losowym, podlegającym jednak wpływom środowiska (mutagenom - np. chemicznym, promieniowaniu). Częstość mutacji nie jest stała pomiędzy gatunkami (np. RNA wirusa HIV mutuje bardzo szybko, ) i zależy między innymi od doskonałości aparatu powielania DNA i jego naprawy.
Odmienną klasą mutacji są zmiany spowodowane transpozycją (tzw. skaczące geny), gdzie odcinek DNA o długości kilkuset do kilku tysięcy nukleotydów zmienia położenie w obrębie genomu. Tego typu mutacje są bardziej rozpowszechnione u niektórych roślin (np. kukurydza) i zwierząt (np. muszka owocowa).
Wprowadzanie mutacji do materiału genetycznego nazywa się mutagenezą. Współczesna genetyka umożliwia mutagenezę ukierunkowaną, realizowaną za pomocą inżynierii genetycznej.
67. Aberracje chromosomowe
Aberracja chromosomowa (mutacja chromosomowa) - zaburzenie polegające na zmianie struktury lub liczby chromosomów. Do aberracji chromosomowych może dochodzić spontanicznie lub pod wpływem czynników mutagennych (np. promieniowanie jonizujące, promieniowanie ultrafioletowe, wysokiej temperatury).
Anomalie liczbowe
Aneuploidie i poliploidie są skutkiem nieprawidłowo przebiegającego procesu rozdziału chromosomów podczas podziału komórki.
U człowieka na poziomie całego organizmu (tzn. prawie każda jądrzasta komórka organizmu winna zawierać ową zmianę) zdecydowana większość mutacji liczby chromosomów autosomalnych jest letalna. Wyjątki to:
zespół Downa - trisomia 21
zespół Edwardsa - trisomia 18
zespół Pataua - trisomia 13
zespół Warkany'ego 2 - trisomia 8
trisomia 9
Zmiany liczby chromosomów płciowych są lepiej tolerowane.
zespół Turnera X0
zespół Klinefeltera XXY
Zespół XXX
Zespół XYY
Osobny artykuł: Aneuploidia.
Osobny artykuł: Poliploidia.
Anomalie strukturalne
Anomalie strukturalne są to zmiany powstające na skutek pęknięć a następnie łączenia się odcinków w odmiennym już porządku. Mają one ogromne znaczenie dla ewolucji, ponieważ zmieniają położenie genów, a tym samym wpływają na szansę rekombinacji.
delecję (deficjencje) - utrata odcinka chromosomu
inwersję - odwrócenie fragmentu chromosomu o 180 stopni
duplikację - powielenie odcinka chromosomu
translokację - przeniesienie odcinków między niehomologicznymi chromosomami.
pęknięcie centromeru - rozdzielenie ramion chromosomu
chromosom pierścieniowy - powstaje, kiedy ramiona chromosomu łączą się tworząc pierścień; zazwyczaj towarzyszy temu delecja fragmentów położonych na końcach chromosomu.
Aberracje popromienne
Mutacje chromosomowe powstałe w ściśle określonym punkcie chromosomów na skutek bezpośredniego lub pośredniego działania promieniowania jonizującego. Zwykle są to zmiany nieodwracalne. Promieniowanie powoduje poprzeczne pęknięcie całego chromosomu. Oderwane fragmenty łączą się ponownie (często odwrotnymi końcami), albo łączą się z fragmentami innych chromosomów. Mogą też nie połączyć się wcale. Struktura takich chromosomów zostaje zmieniona, następuje mutacja. Aberracje popromienne chromosomów mogą być potęgowane przez czynniki zewnętrzne, np. temperaturę.
Znaczenie w ewolucji Podwojenie liczby chromosomów jest podstawą hipotezy Ohno, według której dostarcza ono materiału dla nowych funkcji genów.
Zmiany liczby chromosomów umożliwiają także genetyczną izolację nowych gatunków.
68. Mutacje chromosomowe liczbowe
Mutacje genomowe, mutacje chromosomowe liczbowe polegają na: 1. Utracie lub występowaniu dodatkowych pojedynczych chromosomów — wskutek zaburzeń rozdziału chromosomów w mitozie bądź mejozie 2.Zwielokrotnieniu całego genomu — w wyniku zniesienia rozdziału wszystkich chromosomów (poliploidalność) Istnieją również zmiany dziedziczne dotyczące liczby chromosomów. Można je podzielić na trzy rodzaje:
aneuploidia,
euploidia, ktore dodatkowo dziela sie na:
autopoliploidia,
allopoliploidia = amfiploidia.
ANEUPLOIDIA
Sa to zmiany dotyczace czesci garnituru chromosomalnego.
Ma miejsce, gdy w normalnym diploidalnym zestawie chromosomow nastapi utrata lub dodanie jednego chromosomu. Mutacje te mozemy zapisac matematycznie:
2n - 1, taka mutacje nazwiemy monosomia
2n +1, taka mutacje nazwiemy trisomia
Przyczyna mutacji anuploidalnych jast zjawisko okreslane jako non-disjunctio. Polega ono na tym, ze chromosomy homologiczne, ktore polaczyly sie ze soba w zygotenie podzialu mejotycznego, nie rozdzielaja sie w diplotenie. W wyniku czego powstaja gamety n +1 lub n -1, a po dolaczeniu drugiej gamety powstaja zygoty 2n -1 lub 2n +1.
Mutacjami aneuploidalnymi sa rowziez te, w ktorych usunieciu lub zwielokrotnieniu ulegaja cale pary chromosomow homologicznych. Nalez do nich:
2n - 2, czyli nullisomie,
2n +2, czyli tetrasomie.
EUPLOIDIA
Sa to zmiany dotyczace calego garnituru chromosomalnego, ktory w ich wyniku ulega zwielokrotnieniu lub pomniejszeniu. Wsrod euploidii mozna wyroznic:
Autoploidia.
Zwielokrotnienu ulega caly garnitur chromosomalny, ale w obrebie jednego gatunku. Zjawisko to wystepuje najczesciej u roslin kwiatowych i sa czesto wynikami sztucznych zabiegow hodowlanych (dla przykladu, triploidalne buraki cukrowe zawieraja wiecej cukru niz diplidalne). Organizmy, ktore normalnie sa diploidalne (2n), lecz w wyniku mutacji ich liczbe chromosomow wynosi n, nazywa sie monoploidami (w odroznieniu od organizmow haploidalnych, ktore naturalnie posiadaja n chromosomow). W przypadku, kiedy liczba chromosomow ulega zwielokrotnieniu, organizmy zmutowane okresla sie w zaleznosci od liczby chromosomow jako triploidalne (3n), tetraploidalne (4n) badz pentaploidalne (5n). Zbiorczo organizmy te to poliploidy. O ile poliploidalnosc u roslin powoduje bujniejszy rozwoj i owocowanie, to u zwierzat mutacje tego typu prowadza do obnizenia zywotnosci i smierci osobnikow.
Alloploidia = amfiploidia
Mutacje tego typu powstaja, gdy garnitur chromosomalny danego osobnika pochodzi od dwoch roznych gatunkow. Alloplidami sa na przyklad:
mul - krzyzowka konia z oslem,
zubron - krzyzowka zubra z krowa,
tigrolew - mieszaniec lwa i tygrysa.
Granitur chromosomalny takich zwirzat mozemy zapisac jako n1+n2 . Mutanty tego typu powstaja przez zaplodnienie komorki jajowej obcym plemnikiem, lecz sa one nieplodne, przez to, ze ich chromosomy nie sa homoligiczne i nie moze dojsc do mejozy i wytworzenia gamet.
69. Mapy genetyczne Th. Morgana
-Zastosowanie rekombinacji do lokalizacji genów na chromosomie.
a) podstawą mapowania genów jest poszukiwanie cech, które maja tendencję do współwystępowania, czyli sprzężenia, lub jeszcze inaczej, rekombinacji częściowej.
b) początkiem jest skrzyżowanie podwójnej heterozygoty z homozygotą recesywną. Jeżeli loci Ai B są ściśle sprzężone to powstaną tylko gamety AB oraz ab, to mamy tylko osobniki Aa Bb w F1, czyli wystąpi 0% rozejścia się alleli dominujących A i B
c) jeżeli pojawią się gamety Ab i aB, to zobaczymy osobniki, które mają tylko jedną cechę dominującą (Aa bb lub aa Bb), czyli wykrywamy rekombinację
d) procent takich rekombinantów jest miarą odległości genetycznej
-gdy rekombinanty stanowią 1% mówimy o odległości jednego centy-Morgana
-loci w pełni niezależne są odległe o 50 jednostek, czyli cM- centy-Morganów
70. Konstrukcja mapy genetycznej u Eukaryota na przykładzie krzyżówki trzypunktowej
Nie znalazło mi się tego w wykładach, ale wydaje mi się ze to jest to samo co robiliśmy na ćwiczeniach, na podstawie częstości wystąpienia pojedynczych i podwójnych rekombinacji, obliczanie odległości pomiędzy określonymi genami
71. Mitochondrialny genom człowieka
-Nie jest połączony z histonami, w wyniku czego jest bardziej narażony na działanie czynników mutagennych
-W mitochondriach nie ma enzymów naprawy DNA albo funkcjonują tylko w nieznacznycznym stopniu
-Jest dziedziczony głównie ze strony matki; w jaju występują tysiące mitochondriów, podczas gdy w plemniku znajduje się około 20
-Jest narażony na powstające in situ wolne rodniki pochodzenia tlenowego
-Komórka transkrybuje tylko 7% DNA jądrowego, podczas gdy modna jest przepisywany i wykorzystywany przez mitochondriom w całości
-Mt DNA koduje enzymy kompleksu oddechowego, podjednostki reduktazy NAD i kilka innych enzymów oraz białka i rRNA dla konstrukcji rybosomów
-Geny w modna są ułożone w sposób ciągły i nie są przerywane przez sekwencje niekodujące (introny).
-Liczba mutacji w mt DNA jest około 10 razy większa niż w DNA jądrowym, często występują w nim delecje dużych fragmentów.
72. Specyfika transmisji mitochondrialnego DNA
Geny mitochondrialne są u człowieka dziedziczone wyłącznie po matce, stąd używany zwrot „genetyka samotnej matki”. Plemnik wnika do komórki jajowej wraz ze wstawką i znajdującymi się w niej 50-100 mitochondriami, które jednak już w momencie zapłodnienia są znacznie genetycznie zwyrodniałe z powodu nagromadzenia w nich mutacji. Po zapłodnieniu komórka jajowa rozpoznaje meskie mitochondria i pozbywa się ich, pozostawiając własne w liczbie około 100 tysięcy. Wybiórcze niszczenie mitochondriów plemnika następuje dzięki piętnu ubikwitynowemu. Ubikwityna jest białkiem używanym przez wszystkie komórki organizmu do oznakowania innych białek przeznaczonych do degradacji. W ten sposób czyli przez ubikwitynację jakiś nieznanych jeszcze białek w mitochondriach lub na ich powierzchni piętnowane są męskie mitochondria do zawrócenia do obiegu.
73. Charakterystyka mutacji mt DNA
Mutacje w mitochondrialnym DNA (modna) zachodzą znacznie częściej niż mutacje w DNA jądrowym. Przyczyną tego jest brak w mitochondriach mechanizmów naprawy uszkodzeń DNA. Mutacje te mogą być dziedziczone po matce, mogą także powstawać de Novo w komórce jajowej lub w zarodku we wczesnym stadium rozwojowym. Część mutacji w mitochondrialnym DNA zachodzi w ciągu całego życia osobnika, a ich charakterystyczna cechą jest to, iż mogą dotyczyć całych tkanek, pojedynczych komórek lub nawet poszczególnych cząsteczek modna tej samej komórki. Miejsce i zasięg występowania danej mutacji powodują, iż w tkance występują razem gen prawidłowy i jego zmutowany allel bądź dana mutacja może występować w danej cząsteczce modna we wszystkich tkankach. Pierwszy rodzaj mutacji to mutacja hetero plazmatyczna, druga natomiast to mutacja homoplazmatyczna. Większość mutacji w modna cechuje specyficzna relacja między genotypem a fenotypem. Okreslona choroba może być wywołana mutacjami w różnych genach i odwrotnie - dana mutacja może być przyczyna różnych chorób. Przykładem pierwszej sytuacji jest wspomniana już choroba LHON (zespół Lebera).
74.Choroby wywołane mutacjami mt DNA
Zespół przewlekłej postępującej zewnętrznej oftalmoplegii, CPEO (ang. chronic progressive external ophtalmoplegia) - przyczyną jest delecja w mtDNA, choroba objawia się przewlekłą zewnętrzną oftalmoplegią i obustronnym opadaniem powiek, a także osłabieniem mięśni, może prowadzić do całkowitego porażenia mięśni okoruchowych.
Zespół Kearnsa-Sayre'a (Kearns-Sayre syndrome, KSS, OMIM 530000) - przyczyną jest delecja w mtDNA, objawami choroby są postępująca oftalmoplegia zewnętrzna, zwyrodnienie barwnikowe siatkówki, ataksja, podwyższony poziom białka w płynie mózgowo-rdzeniowym, zaburzenia przewodzenia w mięśniu sercowym. Nie stwierdza się osłabienia kończyn, a objawy występują przed 20. rokiem życia. KSS nie jest dziedziczny.
Zespół mitochondrialnej encefalomiopatii dotyczącej układu nerwowego, żołądka i jelit, MNGIE (ang. mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy syndrome, OMIM 603041) - spowodowany mutacją w znajdującym się na chromosomie 22 genie kodującym fosforylazę tymidyny, której towarzyszą delecje w mtDNA, występuje między 20. a 50. rokiem życia; do objawów zalicza się opadanie powiek, oftalmoplegia, zaburzenia motoryki przewodu pokarmowego, miopatia mięśni szkieletowych i obwodowa neuropatia.
Zespół szpikowo-trzustkowy Pearsona (ang. Pearson pancreas-marrow syndrome, OMIM 557000) - spowodowany pojedynczą delecją w mtDNA, do objawów zalicza się ciężka niedokrwistość makrocytowa w pierwszych tygodniach życia, zmienna neutropenia i trombocytopenia, podwyższony poziom hemoglobiny, zaburzenia pracy trzustki, cukrzyca, zanik kosmków jelitowych, zaburzenia funkcji wątroby, zaburzenia krzepnięcia krwi. W wieku dojrzewania mogą wystąpić objawy zespołu Kearnsa i Sayre'a (objawy neurologiczne, utrata słuchu, ataksja, neuropatia obwodowa, upośledzenie umysłowe). Opisany przez Hugh A. Pearsona i współpracowników w 1979 roku.
Padaczka miokloniczna z występowaniem czerwonych poszarpanych włókien w mięśniach, zespół MERRF (ang. myoclonic epilepsy and ragged red fibres, OMIM 545000) - spowodowana mutacją punktową nukleotydu 8344 G-A w genie kodującym tRNA lizyny w mtDNA (80-90% przypadków), objawy choroby mogą wystąpić w wieku późnodziecięcym lub u dorosłych, zalicza się do nich padaczka, ataksja i miopatia z występowaniem włókien szmatowatych w badaniu biopsji mięśni, oraz podwyższony poziom kwasu mlekowego, może wystąpić także postępujące otępienie, utrata słuchu i zanik nerwu wzrokowego.
Zespół MELAS (miopatia mitochondrialna, encefalopatia, kwasica mleczanowa, występowanie incydentów podobnych do udarów - ang. mitochondrial myopathy, encephalopathy, lactic acidosis, stroke-like episodes, OMIM 540000) - w 80-90% przypadkach przyczyną choroby jest mutacja punktowa nukleotydu 3243 w obrębie genu tRNA leucyny w mtDNA, zazwyczaj pojawia się w dzieciństwie, objawami są miopatia z encefalopatią, kwasica mleczanowa, incydenty udaropodobne, drgawki, cofanie się umiejętności psychoruchowych, zwyrodnienie barwnikowe siatkówki, głuchota, cukrzyca i niski wzrost.
Dziedziczna neuropatia nerwu wzrokowego Lebera, LHON (ang. Leber's hereditary optic neuropathy, OMIM 535000) - objawy choroby to zanik nerwów wzrokowych, jest spowodowana spowodowana różnymi mutacjami mtDNA, chorują zwykle mężczyźni (u kobiet objawy pojawiają się później i są łagodniejsze), objawy występują u połowy mężczyzn i tylko 20% kobiet mających mutacje, choroba ujawnia się przeważnie w 10.-20. roku życia, często dotyczy obu oczu jednocześnie, a utrata wzroku następuje przeważnie w ciągu 8 tygodni, chorobie mogą towarzyszyć zmiany podobne do objawów stwardnienia rozsianego, ataksja, neuropatia obwodowa i encefalopatia.
Neurogenna miopatia z ataksją i zwyrodnieniem barwnikowym siatkówki, zespół NARP (ang. neurogenic myopathy, ataxia, retinitis pigmentosa, NARP syndrome, OMIM 551500) - powodowana punktową mutacją genu kodującego syntazę ATP (zmiana T-G w nukleotydzie 8993 w mtDNA), objawami choroby są zwyrodnienie barwnikowe siatkówki, demencja, drgawki, ataksja, osłabienie mięśni proksymalnych, neuropatia czuciowa, może też wystąpić opóźnienie rozwoju lub dysfunkcja pnia mózgu, chorobie towarzyszą zaburzenia czynności wątroby i przewlekła kwasica.
Zatrucie wywołane podaniem chloramfenikolu (OMIM 515000) - u 1 na około 19 000 osób w zdrowej populacji występują objawy toksyczne po podaniu leczniczej dawki chloramfenikolu; za defekt ten odpowiedzialne są punktowe mutacje w genie kodującym podjednostkę 16S rRNA.
75.Hetero i homoplazmia: trudności w prognozowaniu dziedziczenia mtDNA
Heteroplazmia - obecność prawidłowego lub zmutowanego genu w różnych organellach tej samej komórki..Heteroplazmia to obecność więcej niż jednego rodzaju DNA pozajądrowego (mitochondrialnego lub chloroplastowego). Heteroplazmia występuje w przypadkach, gdy oboje rodzice mieli wkład w pulę pozajądrowego DNA potomstwa (przeciek ojcowski lub dziedziczenie biparentalne) lub gdy pojawia się mutacja. U niektórych małży, np omułków występuje podwójnie uniparentalne dziedziczenie mtDNA, gdzie samce przekazują mitochondria synom a samice całemu potomstwu. Samce są heteroplazmatyczne, a samice homoplazmatyczne. Męski mtDNA znacznie różni się sekwencją nukleotydów od żeńskiego. Mechanizm nie jest znany.Innym źródłem heteroplazmii są mutacje zachodzące u osobnika w procesie rozwoju.
homoplazmia,- wszystkie cząsteczki mtDNA lub chlDNA są identyczne, gdyż pochodzą od jednego z rodziców (dziedziczenie uniparentalne).
76. pozajądrowego:Przykłady dziedziczenia
-Dziedziczenie typu koniugacyjnego i rozmiarów kolonii u drożdży (krzyżówka B. -Ephrussiego)
-Dziedziczenie oporności na streptomycynę przec Chlamydomonas reinwardtii
-Dziedziczenie cechy killer przez pantofelka Paramecium Aurelia
-Dziedziczenie skrętu muszli i ślimaka na przykładzie Limnea Pereira
77. Mitochondrialna teoria starzenia się
W czasie życia, kiedy produkujemy ATP nasze mitochondria wytwarzają wolne rodniki tlenowe, które atakują i mutują modna. Akumulacja powstałych mutacji somatycznych w modna u osoby, która rozpoczęła Zycie ze zdrowymi genami mitochondrialnymi, doprowadzi w pewnym momencie do obniżenia produkcji energii poniżej potrzebnego poziomu w jednej lub w wielu tkankach, zaleznie od długości zycia tej osoby. Nagromadzenie somatycznych mutacji modna i hamowanie mitochondriów mogą przyczynić się po powstania typowych oznak normalnego starzenia się, takich jak utrata pamięci, wzroku, słuchu itd. U osób, u których produkcja energii jest już zakłócona przez odziedziczone uszkodzenia w genach jądrowych i mitochondrialnych, somatyczne mutacje w modna szybciej doprowadzą do spadku produkcji energii poniżej wymaganego poziomu. Objawy starzenia się występują wcześniej. Po 40 roku życia liczba mutacji somatycznych wzrasta wykładniczo, szczególnie w mięśniach. Wzrost ten jest spowodowany głównie amplifikacją wydelegowanych cząsteczek modna. Amplifikacja jest wywołana przez geny jądrowe, które stwierdzając niedobór energii w swoim otoczeniu starają się skompensować braki poprzez replikację pobliskich mitochondriów.
Doswiadczenie polegało na takim zmodyfikowaniu genu kodującego podjednostkę działającej w mitochondriach polimerazy DNA, że została ona pozbawiona aktywności korektorskiej. Myli się ona w replikacji mitochondrialnego DNA i w ten sposób wprowadza mutacje (jedna mutację na jeden genom mitochondrialny liczący ok. 16kb. Wszystkie transgeniczne myszy z uszkodzona polimerazą DNA przedwcześnie się starzały.