wykład 2

1. F. Jacob i J.Monod (1963, Nobel w 1965)

1. mechanizm działania genu

2. operon laktozowy

2. lata 70. XX w. - molekularne podstawy dziedziczenia, doskonalenie narzędzi inżynierii genetycznej

1. odkrycie nieciągłej syntezy nici opóźnionej DNA (fragmentu Okazaki)

2. pierwszy enzym restrykcyjny (endonukleaza) - Nind III (zespół p0od kierownictwem H.O. Smitha)

3. Southern opracował metodę transferu DNA (Southern blotting), a Alwine RNA (Northern blotting)

4. Sanger i Coulsa udoskonalili metodę sekwencjonowania DNA

5. Gilbert odkrył introny i egzony

6. zsekwencjonowano genom pierwszego organizmu - faga lambda (48,502 pz)

3. Genomika i manipulowanie DNA - XX/XXI w.

1. sekwencjonowanie genomów innych organizmów, w tym człowieka

2. analiza i wykorzystanie danych sekwencyjnych (w tym do leczenia chorób genetycznych)

3. zmiana właściwości genetycznych organizmów

4. genetyka in silico' - bioinformatyka

4. Podział historii genetyki wg Malinowskiego

1. I - do 1910

poznano wiele zagadnień genetycznych, odkryto mejozę, powiązanie zachowania się (?) chromosomów z dziedziczeniem cech, teoria mutacji de Unera, linii czystych Johannsena, badania gł. na roślinach

2. II - 1910-1941

Morgan - chromosomowa teoria dziedziczności, badania gł. na muszce owocowej i kukurydzy

3. III - do lat 70. XX w.

poznanie molekularnych podstaw dziedziczenia, struktury DNA, badanie mikroorganizmów

5. Genetyka w Polsce

(Darowałem sobie wypisywanie tych wszystkich nazwisk. Jak ktoś będzie bardzo chciał, to najwyżej wyślę na priva)

ORGANIZACJA GENOMÓW

6. Najważniejsze obiekty badań

wielkość genomów jest bardzo zróżnicowana:

• fag Phi - X 5386 par zasad (rząd wielkości - 5 tys. pz)

• Lilium longiflorum - 90 mld pz

• Triticum aestivum - 16,5 mld pz

• Secale cereale (żyto) - 8,5 mld pz

• Homo sapiens - 3 mld pz

• Drosophila melanogaster - 165 mln pz

7. Całkowicie zsekwencjnowane organizmy

• Eucaryota - 14 (m.in. człowiek, mysz, szczur, niedawno opos, rzodkiewnik)

• Archebacteria - 18

• Eubacteria - 53 (m.in. Pseudomonas aeruginosa)

1. RYŻ (Oryza sativa)

1. 2n = 12

2. ok. 389 mln pz

3. ok. 37,5 tys. genów

4. 90% białek rzodkiewnika w ryżu, a tylko 71% genów ryżu w rzodkiewniku (białka roślin zbożowych)

5. prace nad genomem od 1998, wstępny zarys w 2000, 2002 - wyniki badań opublikował zespół chińsko - szwajcarski. Również chińsko-szwajcarska grupa w ub. r. zsekwencjonowała 95% genomu, obecnie już 100%

2. DROŻDŻE PIEKARNICZE

1. klasa workowce

2. 12 mln 067 tys. 200 pz

3. proste, jednak. org. eukariotyczne

4. szlaki metaboliczne charakterystyczne dla Eucaryota

5. f. haplo i diploidalne

6. tylko 20% to sekwencje niekodujące

7. szybki wzrost, niezakaźne, łatwa transformacja

3. RZODKIEWNIK

1. 2n= 10, Brassicacae

2. genom 12,5 mln pz, całkowicie zsekwencjonowany w 2000 roku

3. zaawansowane i gęste mapy genetyczne 5 chromosomów

4. krótki cykl życiowy (6 tygodni)

5. b. wysokie rozmnażanie

6. łatwa uprawa na małej powierzchni

7. wydajna transformacja za pośrednictwem Agrobacterium tumafaciens

8. ogromna liczba mutantów

9. ogólnie dostępne i liczne źródło nasion

4. MUSZKA OWOCOWA

1. 16,5 mln pz

2. 5 chromosomów

3. 80% genomu na 2. i 3. chromosomie

4. zidentyfikowano ok. 14 tys. genów

5. 55% sekwencji niekodujących (chromosomy 2. i 3. - 45%)

6. 177 genów podobnych do 289 genów ludzkich związanych z różnymi chorobami (nowotwory, choroby neurologiczne, układu wydalniczego)

7. częstość błędów: 1/100 tys. (człowiek - 1/10 tys.)

5. PSZCZOŁA MIODNA

1. 2n=16

2. 265 mln nukleotydów

3. ok. 10 tys. genów (prawdopodobnie genom różnicował się nieco wolniej niż u innych owadów)

4. jednocześnie sporo genów jest związanych z funkcjonowaniem układu nerwowego (w mózgu 4 razy więcej neuronów niż u muszki)

5. dla mało znaczącego zmysłu smaku tylko 10 genów, dla ważnego zmysłu zapachu - 163 genów

6. mniej genów związanych z kutikulą, przypuszczalnie życie w roju chroni ją przed uszkodzeniami mechanicznymi

7. bardzo mała liczba genów związanych z układem odpornościowym, co przy życiu w roju sprzyja przenoszeniu chorób

8. mało genów odpowiedzialnych za detoksyfikację

6. PLASMODIUM FALCIPARUM

1. wywołuje malarię (300,5 mln zachorowań, 2,7 mln zgonów)

2. przenoszone przez komary z rodzaju Anopheles

3. 14 chromosomów

4. przewaga par A-T (80,6%)

5. 5279 genów, 733 koduje białka

7. KURA DOMOWA GALLUS GALLUS

1. 2n=34

2. ok. 1 mld pz

3. 20 tys. - 22 tys. genów lub cDNA (co to jest? - A.M) pełnej długości

4. jedyny poznany kręgowiec, który w trakcie ewolucji utracił więcej genów niż zyskał

8. PIES DOMOWY

1. 2n=38

2. ok. 2,5 mld pz

3. 25% sekwencji wspólnych z człowiekiem (w tym fragmenty 18 473 genów)

4. liczne choroby genetyczne jak u człowieka (nowotwory, ślepota, głuchota)

9. SZYMPANS

1. 2n=46, x,y

2. czwarty zsekwencjonowany ssak

3. odkryto geny, które zaniknęły, np. colspase (mogłem napisać z literówką - A.M) 12 chroniący przed chorobą Alzheimera, co pozwoli sprawdzić, dlaczego my chorujemy, a szympansy nie

10. CZŁOWIEK

1. 2n=46

2. Human Genome Project

3. chromosom 22

1. 545 geny 134 pseudogeny

2. kilka obszarów o zwiększonej i zahamowanej aktywności rekombinacyjnej => choroby

3. długi odcinek DNA repetatywnego => ch. di George'a (tu też coś mogłem namieszać -A.M)

choroba	gen	chromosom
Alzheimer typu 3	AD3	14
Alzheimer typu 4	AD4	1
Rak piersi typu 1	BRCA1	17
Rak piersi typu 2	BRCA2	13
Pląsawica Huntingtona	HD	4
Czerniak złośliwy	CDKN2	9
otyłość	OBS	7
Fenyloketonuria (?)	PAH	12
stwardnienie rozsiane	TSC1	9

4. introny - 29%, sekwencje kodujące - 44%

8. Genomika - nauka o genomach

9. TRANSKRYPTONIKA - nauka o transkryptonach

10. PROTEOMIKA - nauka o białkach

11. METABOLIKA - nauka o metabolitach

wykład 3

Organizacja genomów

informacja genetyczna zapisana w

- DNA

- RNA

1. Budowa DNA

10,5 pz na 1 skręt spirali - B-DNA (prawoskrętny)

11 - A-DNA (prawoskrętny)

Z-DNA - lewoskrętny

trójniciowy DNA - kompleksy nietrwałe

2. Sekwencje występujące w genomach


genom




geny odcinki międzygenowe





sekwencje nie ulegające transkrypcji = s.

regulatorowe.


sekwencje ulegające transkrypcji




sekwencje niekodujące - nie ulegają

sekwencje kodujące - ulegają transkrypcji translacji

3. Organizacja genomów prokariotycznych

1. wiroidy i wirusy

1. wiroidy - jednoniciowy RNA

2. wirusy - najbardziej pierwotne formy życia

1. RNA - np. retrowirusy

• żywe skamieliny - pozostałość po dawnych czasach

• RNA - bardzo nietrwały, niestabilny, musi być przepisany na DNA, odwrotna transkrypcja (z udziałem odwrotnej transkryptazy) musi się odbyć natychmiast po infekcji

• geny dla odwrotnej transkryptazy są transkrybowane cały czas, enzym cały czas obecny w cząsteczce wirusa

• geny w kompleksie POL (POC?) (odwrotna transkrypcja) i GAG (kodują otoczkę i matriksowe białka)

• cykl życiowy

1. infekcja

2. degradacja otoczki

3. odwrotna transkrypcja RNA do DNA

4. wbudowanie w DNA gospodarza

5. transkrypcja na RNA

6. odtworzenie komponentów wirusa (translacja białek płaszcza, enzymów - m.in. odwrotnej transkryptazy)

7. odtworzenie wirusów

2. DNA

3. bakteriofagi

1. mogą żyć w stanie lizogenicznym (nie zabijają) albo litycznym (zabijają)

2. cykl życiowy

• bakteriofag wprowadza DBA

• cyrkulizacja DNA faga

• integracja z DNA gospodarza

• jeśli tak, to ok., bo gospodarz może dalej funkcjonować

• nie musi się jednak wbudować - jeśli tak, to cykl jest lityczny

• odtworzenie komponentów (bardzo gwałtowne) przechodzące do lizy

• nawet lizogeniczny może przejść w lityczny, bo dna wirusa ma właściwości EPIFAGA - może się integrować lub wycinać ze zintegrowanego DNA

4. bakterie

• koliste cząsteczki B-DNA

• superheliks o ujemnej skrętności (enzymy utrzymujące superheliks to topoizomeraza II i topoizomeraza I)

• podział na pętle (autonomiczne domeny) superheliksu

• białka histopodobne - rola inna niż u Eucaryota

1. podobieństwo w budowie, a nie funkcji

2. rola regulatorowa - regulują proces transkrypcji

3. np. H-NS, HU-2, FIS, H, HLP I (nazwa `cząsteczki HLP' to inna nazwa tej grupy białek)

• enzymy replikacji:

1. gyraza (należy fo topoizomeraz typu II)

2. helikaza + topoizomeraza I (prowadzą do relaksacji DNA)

3. polimeraza III (kompleks polimeraz)

4. kompleks prymaz RNA

6. replikacja DNA jest procesem złożonym

• Transkrypcja - translacja

1. Procaryota - translacja od razu po transkrypcji

2. Euaryota - translacja oddzielona od transkrypcji w czasie i przestrzeni

3. transkrypcja

• w jądrze Eucaryota, obecność pre-mRNA

• w komórce Procaryota, transkrypt nie podzielony na odcinki

• translacja

• w cytozolu - Eucaryota

• w komórce - Procaryota

• obecność jądra => zupełnie inny niż u Procaryota sposób ekspresji genów niż u bakterii - geny podzielone, rozdział w czasie i przestrzeni

5. Organizacja genomów organizmów eukariotycznych

1. chromosomy organizmów eukariotycznych są kompleksami nukleoproteidowymi (DNA, białka histonowe, białka niehistonowe, RNA)

2. molekularna struktura chromosomu - kondensacja DNA

3. podwójna helisa DNA

1. chromatosom (11 nm, białka histonowe plus nić DNA podwójnie oplatająca histon, białko H1 utrzymuje oplecenie) - struktura pierwszorzędowa

2. chromatosom + linkery (łączniki DNA) = nukleosom

3. struktura 30 nm

4. struktura 300 nm

5. struktura 700 nm

6. struktura 1400 nm

4. (nie do końca jestem pewien, czy dobrze rozumiem to sformułowanie w notatkach): chromosom metafazalny - maksymalne upakowanie - uniemożliwia transkrypcję i translację w jednym czasie, bo one w interfazie

5. niektóre fragmenty DNA nie ulegają dekondensacji, przez co nie są transkrybowane (takie są fragmenty regulatorowe)

1. chromatosom - 165 pz - rdzeń (białko histonowe HZA, H2B, H3, H4) plus białko histonowe H1

2. nukleosom - chromatosom plus łącznik

3. chromatyna - RNA plus DNA plus białka histonowe plus białka niehistonowe (białka jądrowe, mitochondrialne, białka HMA) co to są te białka HMA? - przyp. A.M

6. NIEZWYKŁE CHROMOSOMY

1. chromosomy politeniczne

u roślin i muszki owocowej

powstają w procesie endoreplikacji - po replikacji nie rozchodzą się

podstawowym upakowaniem jest wiele nici DNA

są gigantyczne

u roślin

• komórki antypodów Aconitum ranunculifolum, Clivia miniata, Triticum aestivum, T. durum,

• suspenor - Phaseolus coccineus, vulgaris, multiflorum

• włoski pylnikowe - Bryonia dioica

1. chromosomy B

• u wielu roślin i zwierząt

• powstają przede wszystkim wskutek fragmentacji chromosomów

• małe, zmienne pod względem liczebności nawet w obrębie komórkach tkanki i potomnych

• ulegają łatwo zagubieniu, nie koniugują i nie rekombinują ze zwykłymi chromosomami

• nie wykazują wyraźnych efektów genetycznych (nie ma reguły - każdy jakiś efekt ma)

• mają znaczenie przystowawcze - powstaje ich więcej w warunkach stresowych, mogą mieć znaczenie w adaptacji do nowych warunków

• w kulturach in vitro może ich nie być wcale, ale u cebuli in vitro jest więcej chromosomów B (nie wiem, czy więcej niż w innych kulturach in vitro, czy więcej niż normalnych chromosomów - A.M)

• Regulacja cyklu komórkowego Eucaryota

1. jedna z kinaz białkowych - kinaza Cdk - bez niej cykl komórkowy się rozpada, zmienia właściwości wraz z kofaktorami

2. cyklina mitotyczna

3. kinaza białkowa zależna od cykliny - CDK - po ufosforylowaniu + cyklina mitotyczna = MPF rozpoczyna mitozę

4. rozpad cykliny i kompleksu + defosforylacje = koniec mitozy

5. CDK + cyklina G1 = kinaza startowa (Sk) - zaczynana replikacja

6. oddysocjowanie cykliny G1 - koniec fazy S

wykład 4 T: Czym jest gen?

Definicje:

1. jednostka (zawiązek dziedziczenia)

1. Geny to najmniejsze, niepodzielne cząstki chromosomu determinujące cechy organizmów

1. Uwagi do tej definicji:

1. są to tysiące nukleotydów, są sekwencje regulatorowe - więc nie najmniejsze i nie niepodzielne

2. definicja dotyczy organizmów wyższych, a co z bakteriami, które nie mają stricte chromosomów?

2. ekspresja DNA genów => transkrypcja => mRNA => translacja => białko

2. jednostka mutacji

1. to najmniejsze, niepodzielne cząstki chromosomu, w których mogą zachodzić mutacje

1. Uwagi do tej definicji:

1. znów jest wiele miejsc - mutacje raczej w obrębie nukleotydów, w jednym genie może być wiele mutacji i w wielu miejscach

3. jednostka rekombinacji

1. geny to najmniejsze, niepodzielne cząstki chromosomu, pomiędzy którymi zachodzi crossing-over zajmujące określone miejsce w chromosomie

1. jeśli jest crossing - over na terenie genu - wtedy rekombinanty, więc jest mniejsza jednostka od genu

4. gen jest cistronem

1. gen jest odcinkiem chromosomu, w obrębie którego obserwujemy efekt cis-trans - mutacje w układzie trans nie komplementują (jeśli dotyczy to jednego genu), jeśli dotyczy to dwóch genów - komplementują




cis


AaBb (mutacje)


trans


AaBb (cistrony) - komplementacja (+) - brak efektu




AaBB




aaBB

Komplementacja (-) efekt mutacji - 1 gen (cistron)

Współczesna definicja

Pod względem molekularnym gen jest jednostką transkrypcyjną (ulega transkrypcji i translacji - oprócz genów kodujących RNA), a jego wielkość wynosi od kilkuset (SRY) do kilku milionów (DMD - dystrofia mięśniowa) pz.

• geny Procaryota nie posiadają intronów ani egzonów, tym samym są ciągłe (jądrowe) (taki dopisek w nawiasie jest w notatkach, co jest o tyle dziwne, że przecież u Procaryota nie ma jądra komórkowego-A.M)

• geny Eucaryota posiadają introny i egzony, tym samym są nieciągłe (przynajmniej jądrowe)

DNA: promotor TATA-box introny, egzony koniec 3' - nie ulega translacji




TRANSKRYPCJA

mRNA

(pierwotny transkrypt) introny eksony koniec 5'




SPLICING


dojrzały mRNA: UTR eksony 3' UTR Poli-A

TRANSLACJA

białko

• złożona struktura składająca się z intronów, eksonów, sekwencji regulatorowych

• dopiero dojrzałe mRNA jest bazą do translacji białka

ELEMENTY GENU JAKO JEDNOSTKI EKSPRESYJNEJ

• sekwencje kodujące w eksonach (Eucaryota, nkt Archebacteria)

• introny (wielkość i liczba intronów jest bardzo zróżnicowana)

• sekwencje oskrzydlające sekwencje kodujące

• sekwencje regulatorowe

ELEMENTY STRUKTURALNE GENU

1. promotor - miejsce, do którego przyłącza się polimeraza DNA oraz białka regulatorowe regulujące transkrypcję

• sekwencje haksamerowe:

• TATA-box - 30 nukleotydów na 1 ekson

• TATAAT - 10

• CAAT - 70-90 - inicjator transkrypcji

• wysepki CpG - np. CGCGCG, itd.

• przerywnik

• dyskryminator (one dwa u organizmów niższych, regulacja ekspresji genów bakterii)

• atenuator

• sekwencja ulegająca transkrypcji (jednostka transkrypcji)

• sekwencje stykowe intron - ekson

• sekwencje oskrzydlające UTR (UnTranslatedRegion)

• transkrybowane, ale nie translatorowane

• na końcach 3; i 5' - sekwencje regulatorowe regulujące funkcjonowanie transkryptu

• terminatory transkrypcji (GC)n …. - poliU

• zakończenie transkrypcji genu

• zakończenie transkrypcji operonu

• wewnątrz genomu

• wewnątrz genu - między promotorem i genem (głupio brzmi)

INNE SEKWENCJE W GENOMACH

1. sekwencje wzmacniające - enhancery

2. sekwencje osłabiające - silencery

3. sekwencje powtarzalne (skupiskowe, rozproszone)

1. przykłady - sekwencje regulatorowe:

• MIKROSATELITY

sekwencje tandemowe, które składają się z kilku - kilkunastu motywów o długości 1-10 pz (najczęściej (2-5), rozproszone równomiernie w genomie, czasem w większych skupieniach, występują w genach i obszarach międzygenowych we wszystkich organizmach

• MINISATELITY

sekwencje tandemowe składające się z 5-100 powtórzeń (motywów) nukleotydów 10-60 pz, np.,. minisatelita w chromosomie y człowieka

często są sekwencjami flankującymi, są bardzo unikalne (1 raz w genomie) i niezmienne w czasie ewolucji

4. pseudogeny (kiedyś były genami, potraciły regulatory, mogą się nimi znowu stać)

5. sekwencje (odcinki) międzygenowe (śmieci molekularne)

GEN SRY

- u człowieka 25 pz

- wielkość podobna u wielu zwierząt

- ogromnie ważny dla determinacji płci

• w chromosomie y

• przylega do obszaru pseudoautosomalnego (PAR1)

• PAR1 może koniugować i Cr.-ov. może zajść pomiędzy chromosomami x i y niedokładnie, przez co SRY przejdzie z y na x

• oprócz SRY są inne geny determinujące płeć, ale ten jest najważniejszy , oprócz tego homologiczny PAR2 na drugim końcu

ODWRÓCONA PŁEĆ

chromosomy x i y koniugują w obrębie regionu PAR - jeżeli CO wykroczy poza ten region wówczas SRY przeniesiony z y na x, wówczas powstaje chromosom y bez SRY, a w konsekwencji kobieta o kariotypie xy i mężczyzna o kariotypie xx. Prowadzi to do niepłodności, choć hormony są ok.

RÓŻNICOWANIE PŁCI

u zwierząt różnicowanie gonad

początkowo zarówno przewody Mullera, jak i przewody Wolffa

samiec - zanikają przewody Mullera

samica - zanikają przewody Wolffa

u roślin różnicowanie merystemu kwiatowego

na początku zarówno zawiązki słupka, jak i pręcików

żeński - zanikają pręciki

męski- zanika słupek

GENY PŁCI U KUKURYDZY

1. mutacje genów Ts powodują feminizację kwiatu męskiego

1. TS2 koduje dehydrogenazę hydroksysteroidową

2. mutacje genów AN i DA powodują maskulinizację kwiatu żeńskiego

1. geny D1 i D3 i AN1 kodują enzymy biosyntezy giberelin GA. Mutanty uszkadzają biosyntezę GA

wykład 5 T: Regulacja ekspresji genów

Czy potrzebna?

• adaptacja do nowych warunków środowiska

• rozwój

• względy „ekonomiczne”

• niektóre geny stale ulegają ekspresji (geny gospodarcze)

POZIOMY REGULACJI EKSPRESJI

• transkrypcja

• po transkrypcji

• translacja

• po translacji

REGULACJA EKSPRESJI GENÓW U PROCARYOTA

• operon - geny prokariotyczne jednego ciągu metabolicznego podlegające wspólnej regulacji

• czynniki sigma - podjednostki polimerazy RNA (odporność bakterii na stresy, głównie termiczne)

• enhancery

• tworzenie pętli gwarantujących wysoki poziom transkrypcji

• inhibicja zwrotna

• indukcja/represja

• operon laktozowy - induktywny

• tryptofanowi - represywny

• inne operony bakteryjne:

• induktywne - alaninowy

• represywne - argininowy, treoninowo-izoleucynowy

• geny RPO geny związane z wysokimi temperaturami (stres termiczny)

operon laktozowy:

wszystkie geny 1 operonu są pod jednym promotorem (mają wspólnego promotora)

O.l. to 3 geny struktury, które umożliwiają przekształcenie laktozy do glukozy i galaktozy

• lac Z - permeaza - umożliwia przejście laktozy z podłoża do komórki

• lac Y - beta - galaktozydaza - hydroliza laktozy do glukozy i galaktozy (w obecności laktozy stężenie enzymu wzrasta do ok. 2% masy komórki)

• lac A - transacetylaza - transacylacja glukozy i galaktozy (rola niejasna)

• operator

• promotor

• sekwencja wiążąca białko CAP

• sekwencja regulatorowa

• regulacja negatywna (laktoza wiąże się z represorem, przez co zapobiega jego blokowanie genu operatorowego) => możliwość transkrypcji (transkrypcji brak przy braku laktozy, bo wtedy represor hamuje operator)

Gdy mamy białko represorowe - regulacja negatywna

Gdy są związki wspomagające transkrypcję - r. pozytywna

Poziom cyklazy adenylowej:

wzrasta, gdy mało glukozy

maleje, gdy dużo

REGULACJA POZYTYWNA

• cAMP wiąże się z białkiem CAP (białko aktywujące katabolizm)

• tworzy się aktywna forma CAP

• możliwe jest to wtedy, kiedy niski poziom glukozy, a wysoki laktozy

• operon zablokowany -> glukoza obecna, cAMP niski, laktozy brak

• operon otwarty -> glukoza obecna, cAMP wysoki, laktoza jest

• glukoza (-), cAMP wysoki, laktoza jest - związanie CAP przed promotorem operonu, wyższy poziom transkrypcji

MUTACJE OPERONU LAKTOZOWEGO

• mutacje genów struktury => brak enzymu (ów)

• mutacje operatora -=> brak możliwości wiązania operatora z represorem, mutacja recesywna

• mutacje regulatora

• lac I^- - utrata zdolności wiązania represora z operatorem (konstytucyjnej syntezy enzymów), mutacja recesywna

• lac^s - utrata zdolności wiązania represora z induktorem

• z laktozą, m. dominująca

OPERON TRYPTOFANOWY

trpR - białko represorowe

• geny struktury

• trp E - podjednostka syntetazy antranilowej

• trp D - jw.

• trp C - syntetaza gliderofosforanowa

• trp B - podjednostka syntetazy tryptofanowej

• trp A - jw.

• geny regulatorowe

• trp R - sekwencja białka regresowego

• trp P - sekwencja promotora

• trp O - sekwencja operatora na terenie promotora

• trp L - sekwencja liderowa z czymśtam (ate…torem)

Operator włączany przy niedoborze tryptofanu

jest tryptofan => operon zamknięty (białko represorowe wiąże tryptofan i przyłącza do operatora), brak transkrypcji

przy pewnych niedoborach tryptofanu włącza się operon

atenuator - region pierwszy ma 2-e miejsce kodujące tryptofan

im więcej tryptofanu, tym mniejsza transkrypcja, mimo, że operon jest otwarty

MUTACJE OPERONU TRYPTOFANOWEGO

• mutacje genów struktury - brak enzymów

• mutacja operatorowa - brak wiązania represora (konstytucyjna synteza enzymów)

• mutacja regulatorowa R minus - nieaktywny represor, utarta zdolności wiązania represora z induktorem i operatorem (konstytucyjna synteza enzymów) mutacja recesywna

• mutacje atenuatora - podwyższenie syntezy tryptofanu

WYKLAD 6

Porównanie operonów laktozowego i tryptofanowego

• gdy laktoza jest - białko traci powinowactwo do operonu

• gdy brak tryptofanu - białko traci powinowactwo do operonu, operon otwarty, synteza Trp

Operon argininowy u bacillus subtilis

jedno białko represorowe kontroluje 5 operonów

TRANSFORMACJA ROŚLIN

poprzez Agrobacterium tumafaciens

Geny VIR - związane z wirulencją

organizacja genomów bakterii => operony

grupy genów pod jednym systemem regulacji

REGULACJA EKSPRESJI GENÓW EUCARYOTA

2. na poziomie transkrypcji

1. elementy

• polimerazy RNA (I,II,III)

• czynniki transkrypcyjną

• promotory (sekwencje TATA i CAAT)

• sekwencje wzmacniające (enhancery)

• sekwencje osłabiające (silencery)

2. polimerazy:

• I - synteza 18s, 26s, 58s RNA

• II - większość białek

• III - synteza małych cząstek RNA

• regulator fosforanowy u grzyba Neurospora Grassa

• gdy zabraknie nieorg. źródeł fosforu, musi korzystać ze źródeł org.

• potrzebuje:

1. Pho-2 - alkaliczna fosfataza

2. Pho-3 - kwaśna fosfataza

• nie rozumiem tego schematu

• biosynteza aminokwasów aromatycznych u N.crassa

arom1 arom9 arom5 arom4 arom2

przekształcenie kwasu fosfoenolopirogronowego z erytrozo-4-fosforanem w prekursor aminokwasów aromatycznych (kwas choryzymowy)

jest to jeden gen o wielu aktywnościach

5. budowa czynników transkrypcyjnych

• domeny wiążące DNA

1. helisa - zwrot - helisa

2. palce cynkowe

3. helisa - pętla - helisa

2. domeny odpowiedzialne za dimeryzację

1. kwas leucytowy

2. helisa - pętla - helisa

6. kompleks transkrypcyjny

• szereg białek związanych z DNA, polimerazą, enhancerami

• po transkrypcji

1. dojrzewanie (składanie) transkryptu

• splicing - wycinanie intronów i składanie eksonów

• spliceosom - nukleoproteidy i inne proteiny

• alternatywne składanie transkryptu

• eksony mogą być składane w różnej kolejności (jak klocki)

• wybór miejsca terminacji transkrypcji jednego z kilku możliwych miejsc polioderylacji

• zmiany sekwencji transkryptu (redagowanie, editing)

• występują głównie w mt mRNA i ct mRNA

• mają charakter losowy

• może dotyczyć 0,8% do 5,8% nukleotydów

• dotychczas odnotowano ok. 300 przypadków redagowania transkryptów

• najczęściej dotyczy kodonów dla aminokwasów

• inne zmiany: start kodon => treonina, AUG => ACG i odwrotnie

• nie stwierdzono u strukturalnego RNA np. tRNA czy rRNA

wykład 7 T: Genetyczna regulacja morfogenezy u roślin

1. Mechanizmy morfogenezy

1. u zwierząt

1. podziały komórkowe

2. specjalizacja i wzrost komórek

3. wzajemne oddziaływanie komórek

4. przemieszczanie się komórek

2. u roślin

1. brak przemieszczania się komórek

2. zasadniczy wpływ na morfogenezę ma stałe powiązanie ze środowiskiem, co doprowadziło do adaptacyjnych procesów (nie potrafię doczytać, jakich - A.M)

2. Podział asymetryczny

1. pierwszy podział u większości roślin jest asymetryczny (nierównocenny) (cokolwiek to znaczy - A.M)

3. Różnice w wielokomórkowości

1. procesy rozwojowe u zwierząt opierają się na:

1. komunikacji międzykomórkowej

2. hierarchii działań cząstek transkrypcyjnych

3. regulacji stanu chromatyny

2. najprawdopodobniej wielokomórkowość u roślin i zwierząt wyewoluowała niezależnie, około 1,6 mld lat temu, od momentu rozdzielenia roślin i zwierząt

3. np. różne czynniki transkrypcyjną zaangażowane w podobne procesy, to samo dotyczy także komórek błonowych , białek transportujących, np. segmentacja

1. D.melanogaster - Homeobox

2. kwiat A. Holiara - MADS - box

4. Rozwój kwiatu

1. geny czasu kwitnienia

1. geny biorące udział w różnych procesach reagują na warunki środowiska (długa doba, wernalizacja) oraz na zewnętrzne sygnały

integracja sygnałów z różnych szlaków „czasu kwitnienia” i uruchomienie całej grupy genów tożsamości merystemu (np. m. wegetatywny, kwiatostanowy, kwiatowy)

2. indukcja genów tożsamości organów kwiatowych

3. uruchomienie genów późnodziałających rozwoju organów kwiatowych

4. u rzodkiewnika:

• 1 okółek - 4 działki kielicha

• 2 - 4 płatki korony

• 3 6 pręcików

• 4 słupek z 2 owocolistków

5. MADS

1. Białka z rodziny

1. AGAMOUS (rzodkiewnik)

2. DEFICIENS (Antorhum)

3. SRF (Homo sapiens)

4. MCM1 (Saccaromyces)

2. domena MADS - wiązanie DNA, dimeryzacja, lokalizacja jądrowa

3. domena K - oddziaływanie białko - białko, dimeryzacja

4. u A. thaliana (rzodkiewnika) >100 (większość o znanej frakcji) to typ II, typ I nie ma domeny K

5. domena e - nie u wszystkich, transkrypcyjną aktywacja, specyficzność funkcji, tworzenie bardziej złożonych (brak w notatkach, co jest bardziej złożone - A.M)

6. Geny tożsamości merystemu kwiatowego

1. TERMINAL FLOWER 1 (TF1) - właściwy regulator tożsamości merystemu

2. APETALA 1 (Ap1) - zawiera domenę MADS-box

3. LEAFY (LFY) - indukuje układ kwiatostanowy

4. inne: CAULIFLOWER, FULLFRIUT, AP2

7. Model określania tożsamości organów kwiatowych

1. model ABC

1. funkcja jednego lub kilku genów - funkcja pochodzi z ekspresji 1, 2,3, 4 okółka




A - białka genów frakcji A indukują działki kielicha

B - razem z A - płatki korony

C - tylko: owocolistki, razem z B: pręciki

Funkcja A - apetala 1 i 2 - geny funkcji A

gdy mutacje w tej funkcji =>

1 ok. - coś jak owocolistki (funkcja C)

2 ok. - pręciki (funkcja B i C)

3 ok. - pręciki jw.

4 ok. - słupek (funkcja C)

Funkcja B




działki kielicha owocolistki

Funkcja C - gen AGAMOUS




działki kielicha płatki płatki działki kielicha kwiaty wielokrotne pełne

8. Podwójne mutanty

1. podwójny mutant pi/ag - utarta funkcji B i C

2. mutant ap2/pi - wszystkie organy, przekształcone słupki - utrata a i b

3. mutant ap2/ag - funkcji a i c utrata struktury, liściopodobne

9. Potrójne mutanty

1. wszystkie okółki liściopodobne

2. loss of function ABC (ap, pi, ag)

10. Funkcja E

1. trzy geny odpowiedzialne: SEP1, 2 I 3

2. tylko mutant potrójny sep1, 2,3 umożliwia powstanie okółków od 2 do 4

wykład 8, T: Koncepcje dotyczące regeneracji, roślin in vitro, dziedziczenie.

1. Zdolność do regeneracji roślin może mieć charakter:

1. pokośny, determinowany niewielką liczbą genów

2. ilościowy - cecha mierzalna, wiele genów

3. złożony (komplementacja, addytywność)

4. dominujący

5. recesywny

6. pośredni

2. cecha może być zależna od cząstek jądrowych lub jądrowych i cytoplazmatycznych

3. do zdolności do regeneracji z różnych eksplantorów mogą decydować różne lub też te same cząstki genetyczne (w notatkach jest cz. genetyczne, sądzę, że chodzi o cząstki, ale licho wie - A.M)

OGÓREK

• cecha dominująca

• 3 loci: R1, 2, 3

• komplementacja i sumowanie efektów alleli dominujących

• brak wpływu cytoplazmy

• wysoka odziedziczalność

LUCERNA

• 2 loci A i B

• dominujące

• jak ogórek

KONICZYNA

• recesywna

• 3 loci

ŻYTO

• A - niedojrzałe kwiatostany

• recesywna lub supresja 2 genów

• B - niedojrzałe kwiatostany

• inaczej ( i wszystko jasne - A.M)
  

• Tworzenie kalusa embriogenicznego

1. zależy od genów danej linii, może być reaktyna lub nie

2. pszenica jest alloheksaploidem (3 pary genomów)

• Kalus embriogeniczny

1. Loci cech ilościowych kontrolujących zdolność do regeneracji in vitro

2. nazwa: QTL

3. tu jest masa symboli, których, wybaczcie, ale nie chce mi się przepisywać - A.M

• Somatyczna embriogeneza rzodkiewnika

1. niedojrzały zarodek

2. pierwotnie zarodki somatyczne (SE)

3. kalus embriogeniczny

4. wtóren zarodki

5. kalus embriogeniczny w niskiej kompetencji

6. młoda roślina

• Geny ulegające ekspresji podczas somatycznej embriogenezy

1. SERE - rzodkiewnik, białko receptorowe

2. LEC 1, 2, 3 - rzodkiewnik, regulator transkrypcji

3. CUS - ogórek, regulator transkrypcji

4. WUS - kukurydza, regulator transkrypcji

5. FUS - rzodkiewnik, regulator transkrypcji

6. AB13 - rzodk. (nie wiem, czy chodzi o rzodkiewnika, czy o rzodkiewkę - A.M) - regulator transkrypcji

7. te nie są specyficzne

8. specyficzny tylko jeden : NIR, gen kodujący oksydoreduktazę azotanową, odkryty w ryżu, kodowane białko umożliwia przekształcenie jenów azotanowych przez azotynowe do amonowych

9. mutant bez tego genu po wszczepieniu regeneruje się

10. także u żyta

1. ekspresja w niedojrzałych zarodkach

• Genetyczna regulacja morfogenezy u zwierząt

1. Muszka owocowa

geny	nazwa genu	stadium rozwoju
polaryzacji jaja	biccid (przód) oscar, adam, straufer, vasa, torsa, trauk (tył)	preplastoderma (0)
segmentacji I (ubytku, gap)		syncystialna blastoderma (2)
segmentacji II (reguły parzystej, part-rule)		komórkowa blastoderma (3)
polaryzacji segmentów		gastrula (4)
ho cośtam (nie mogę odczytać)		gastrula (10)

nazw genów nie wpisywałem, bo trudno je przeczytać w notatkach, a poza tym jak da pytanie, jak się nazywa gen warunkujący ułożenie czułek na głowie muszki owocowej, to… grrrr!

Geny polaryzacji jaja

hunchback - tył

nonos (?) - przód - matczyne mRNA, ekspresja

zanikanie i przenikanie białek hunchback i nosos na środku

BITHORAX - Abia-B, obd - A, Libx

Antenopedia - Antp, Scr, Dfd. pb, bb

U myszy - geny homeotyczne w kompleksach HOX (1,2,3,4)

Geny homeotyczne kodują homeoproteiny

wykład 9, T: Regulacja ekspresji genów globinowych

1. Hemoglobiny postembrionalne

1. HbA - 2 alfa i 2 beta plus hem

2. HbA2 - 2 alfa, 2 sigma globiny plus hem

2. Hemoglobiny embrionalne

1. HbE - łańcuch epsilon zamiast beta

2. HbF - łąńcuch sigma zamiast beta (późnoembrionalny, od 6 tyg. ciąży)

• w zależności od budowy łańcuchów różne powinowactwo łańcuchów do tlenu (embrionalne różne od postembrionalnych)

• globiny to apoenzymy, po połączeniu z hemem tworzą hemoglobinę

• łańcuchy sigma i beta - to samo powinowactwo

3. Biosynteza hemu

1. złożony, wieloetapowy proces

2. rozpoczyna się w mitochondriom, gdzie następuje kondensacja sukcyrylo(?) - CoA i glicyny (powstaje kwas 5-amikolewukirowy (?)

3. kwas przemieszczany jest do cytoplazmy

4. produkowany jest porfibilinogen

5. porfibilinogen przekształcany do koprotoporfibilinogenu III

6. produkt wraca do mitochondriom

7. powstaje protoproporfirynogen IX

8. łączenie z żelazem

9. jest hem

4. Rozwojowa regulacja ekspresji

1. na chromosomach 11 i 16 rejony regulatorowe

2. na chromosomie 11 - rejon LCR - regulatorowy, tu białka regulatorowe pośredniczą w wiązaniu 2 rejonów wzmacniającymi lub osłabiającymi lub transkrypcji (ja też nic z tego nie rozumiem - A.M) - wiążą się z HS

3. bo różne białka potrzebne w zarodku, inne u dorosłego

4. nadaje taką, a nie inną konformację białku

5. TATA - box - po tej sekwencji rozpoznajemy promotory na sekwencji enhancery, z którymi wiąże się kilka białek regulatorowych (promotory)

6. struktura „spinki do włosów” - ma znaczenie w regulacji - tu promuje transkrypcję genów Beta globuliny

7. jeśli tylko jeden gen regulatorowy zwiąże się z enhancerem, nie ma ekspresji genów beta globuliny - wtedy powstaje epsilon globulina - tak w embrionalnej

8. regulacja ekspresji zależy od stadium rozwojowego człowieka - inna dostępność tlenu dla płodu

9. inna zależność u dorosłych (poziom translacji) regulacja ekspresji zależy od poziomu żelaza

10. przy niedoborach żelaza - brak hemu (heminy plus)

11. wzrost syntezy kinazy białkowej

12. fosforylacja mniejszej podjednostki białka eIF2 które jest konieczne do zainicjowania kompleksu translacyjnego mRNA genów globulinowych

13. brak TRANSLACJI

14. hemina = hematyna - pochodna hemu

5. choroby powodowane substytucją łańcuchów alfa i beta

1. spadek powinowactwa do hemu

2. np. hemoglobina I Oksford w alfa łańcuchu

3. w beta - Glu/Val => hemoglobina S => anemia sierpowata, znacząco obniża powinowactwo do tlenu

6. ewolucja genów globulinowych

1. początkowo 1 gen

2. mutacja - alfa i beta

3. transpozycja - na różne chromosomy

4. mutacje i duplikacje - rodziny alfa i beta globulin

7. budowa przeciwciała

1. zarówno łańcuchy lekkie jak i ciężkie zawierają regiony zmienne

8. struktura loci przeciwciał u ludzi

1. podczas rozwoju osobniczego muszą zajść rearanżacje, by spełniane były funkcje

2. łańcuch lekki - chromosomy 2 (kappa) i 22 (lambda)

3. łańcuch ciężki - chromosom 14 - rejony V, J, D - z tego „cegiełki” - złożone geny dla przeciwciał, rejony zmienne

9. Składanie genów przeciwciał

1. V,J,C - łańcuchy lekkie, sektory, które są tuż po zapłodnieniu

2. tworzenie limfocytów B

1. 1. etap rearanżacji genów - usunięte regiony między V i J

3. transkrypcja nowoutworzonego genu:

1. usunięcie intronu

2. tworzy się mRNA (V, J i C)

3. translacja

4. białko łańcucha lekkiego - obszar C - fragment niezmienny

10. Struktura locci przeciwciał myszy (darowałem sobie, bo to trzy niewiele mówiące rysunku - A.M)

wykład 10, T: Metody analizy genetycznej (działania zmierzającego do wyjaśnienia sposobu dziedziczenia cech)

1. Analiza genetyczna Procaryota

1. fagi i wirusy - analiza charakteru i częstości łysinek, itp.

2. bakterie

1. podstawą analizy genów bakteryjnych są określone właściwości ich procesów płciowych

2. układ obojga rodziców jest nierównocenny - rekombinanty zachowują większość cech biorcy

3. procesy płciowe u bakterii:

1. transformacja

2. koniugacja (szczepy F plus, minus i Hfr)

3. transdukcja

4. seksdukcja

4. TRANSFORMACJA

1. bakteria pobiera ze środowiska fragment DNA, jeśli homologiczny fragment w DNA bakterii lub plazmidzie, wówczas dochodzi do rekombinacji, czyli włączenia obcego DNA (ale tylko fragmentu homologicznego)

5. KONIUGACJA

1. komponent (+) z plazmidem F dokonują transferu plazmidu do komórki biorcy (komponent -), rzadko również fragment chromosomu F+ - po zreplikowaniu tego fragmentu

2. po koniugacji - F minus stają się F plus

3. plazmid F jest episomem - ma zdolność włączania i wycinania się z chromosomu bakteryjnego

4. jeżeli się wbuduje, to jest to komórka Hfr (high frequent recombiantion)

5. w replikacji pęknięcie plazmidu => pęknięta nić replikowana => fragment chromosomu przy okazji => potem rekombinacja i potomny na crossing over => cały proces trwa 50-60'

6. by przekazać cały chromosom - 80' (a na ćwiczeniach mówili, że 100 - A.M)

7. jeśli mamy różne szczepy Hfr, o potwierdzonej lokalizacji plazmidu F, to można mapować cały chromosom licząc częstotliwość występowania rekombinantów

6. TRANSDUKCJA

1. przeniesienie fragmentu chromosomu bakteryjnego z pomocą bakteriofagów

2. transduktant ma genom bakterii a nie wirusa

3. jeśli fag jest łagodny i wbudowuje się w chromosom bakterii, wówczas jest niegroźny (lizogeniczny). Jednak niektóre fagi potrafią się wyciąć, a wycięcie nie zawsze jest precyzyjne, przez co fag staje się lityczny. Następuje degradacja DNA bakterii, fragment zabrany w procesie tworzenia nowego bakteriofaga

4. TRANSDUKCJA ORGANICZNA - dotyczy genów znajdujących się blisko wbudowanego faga - to, gdzie fag się wbuduje, może być zaprojektowane

7. SEKSDUCJA

1. fragment DNA włączony do chromosomu bakterii nie jest fragmentem DNA faga, tylko plazmidem F

2. Regulacja ekspresji genów eukariotycznych z udziałem zjawiska RNAi (interferencja RNA)

1. charakterystyka

1. proces mający na celu wykrycie i inaktywowanie kwasów nukleinowych, których aktywność może zagrozić komórce

2. cząsteczka ds. RNA powstaje dzięki polimerazie RNA zależnej od DNA lub można ją wytworzyć sztucznie

3. ds. DNA są rozpoznawane i rozcinane przez specyficzną endonukleazę „DICER” na małe dwuniciowe fragmenty (21-25 pz) - siRNA (lub endogenne miRNA) (jak ta endonukleaza to robi, że tnie DNA i wychodzi jej RNA, to nie wiem - A.M)

4. dwuniciowy egzogenny siRNA wiąże się z kompleksem rybonukleaz indukowanych przez RNA w kompleks wyciszający - RISC

5. aktywacja kompleksu RISC wymaga rozwinięcia siRNA

6. aktywny RISC odnajduje komplementarny mRNA i przecina w odległości 12 nukleotydów od końca 3' siRNA

7. pierwotne si/miRNA mogą być starterami do amplifikacji dsRNA przez RdRp (jako matryca służy wyciszacz mRNA lub wprowadzony sztucznie dsRNA), co prowadzi do powstania wtórnych siRNA i rozprzestrzenianie się sygnału

2. biologiczne znaczenie RNAi

1. reakcja odporności na wirusy

2. regulacja procesów wzrostu i rozwoju

3. zaprogramowane eliminowanie DNA

4. represja/depresja genów w heterochromatynie

3. mechanizm wyciszania genów

1. potranskrypcyjny (PTGS) - indukcje degradacji mRNA, blokada translacji

2. w. transkrypcyjne (TGS) - indukcja zmian w strukturze chromatyny

4. wykorzystanie

1. funkcjonalna analiza genomów - wyciszanie ekspresji

2. intensyfikacja ekspresji wybranych genów przez wykorzystanie supresorów RNAi

3. W JAKI SPOSÓB DZIEDZICZONE SĄ CECHY U EUCARYOTA

1. analiza segregacji fenotypów

1. F2: 3:1 - cecha jednogenowa, dominacja całkowita

2. F1: 1:2:1 - cecha jednogenowa, dziedziczenie pośrednie

3. F2: 9:3:3:1 - dwie cechy dziedziczone niezależnie, w obrębie każdej z nich dominacja całkowita

4. 12:3:1, 9:7, 9:6:1 - komplementacja

5. F2: 13:3 - epistaza

6. w F2 liczne klasy fenotypowe - cecha ilościowa, można korzystać z trójkąta Pascala lub przyrządów analizy ilościowej

2. porównanie wyników krzyżowań prostych i odwrotnych

1. wyniki takie same - dziedziczenie jądrowe

2. wyniki różne - determinowane przez czynniki pozajądrowe, inprinting

3. sprzężenie czy niezależne cechy

1. w krzyżówce dwupunktowej (testowej) 1:1:1:1 (udowodnienie statystyczne) - dziedziczenie niezależne

2. różne od powyższego - cechy sprzężone, można mapować

3. czy sprzężenie, czy plejotropia (1 gen o bardzo wielu efektach)

4. mutacje alleliczne czy niealleliczne

1. test komplementacji (1 czy 2 loci)

4. Molekularne metody analizy genetycznej

1. mapy genetyczne markerów molekularnych

2. mapy restrykcyjne

3. mapy ekspresyjne

4. mapy fizyczne - sekwencjonowanie, hybrydyzacja in situ

5. genetyka in silico

wykład 11, T: Markery w mapowaniu genetycznym. Cechy ilośćiowe

1. Rodzaje

• morfologiczne (np. wysokość, kształt, kolor, szybkość wzrostu)

• fizjologiczne (np. wybiórczość pokarmowa, wrażliwość na światło, temperaturę)

• biochemiczne (antygenowe: antygeny grup krwi, antygeny tkankowe, izoenzymy)

• molekularne, generowane w wyniku

• hybrydyzacji (RFLP)

• reakcji PCR (RAPD, VNTR, SSR, ISSR, SAMPL, S-SAP, REMAP< IRAP, SNP, SSCP)

• hybrydyzacji i reakcji PCR (AFLP, DArT)

• dART

• metoda oparta na RFLP i PCR

• odwrotność AFLP, szybkie generowanie mapy w sposób najpewniejszy wykrywa polimorfizm

• metoda hybrydyzacji

• sonda komplementarna do analizowanego genu

• po hybrydyzacji zobaczymy te nukleotydy, gdzie są różnice lub podobieństwa w genie

• patrzymy, czy istnieje polimorfizm, czy nie

• metoda oparta na PCR

• polimorfizm mikrosatelitarny - osobniki różnią się ilością sekwencji mikrosatelitarnych

• markery bazujące na retrotranspozonach

• SAMPL (połaczenie RFLP i SSR)

• Cechy ilościowe i ich analiza genetyczna

• np. plon ziaren, mleczność krowy, zawartość suchej masy w owocach, charakteryzują się zmiennością ciągłą - w badanych populacjach nie można wyróżnić klas osobników wyraźnie przeciwstawnych

• są cechami kontrolowanymi przez liczne loci poligeniczne

• poligeny - to nie to samo, co loci poligeniczne. Poligen to inaczej allel dominujący poligenowego locus.

• działają w jednym kierunku - nasilają lub obniżają wartość danej cechy

• efekt jednostkowy poligenów jest niewielki

• efekty pojedynczych poligenów sumują się

• nasilenie lub obniżenie wartość cechy zależy wprost proporcjonalnie od ilości poligenów

• np. doświadczenie Nilssona- Ehle nad dziedziczeniem barwy ziarniaków pszenicy

• tu jest siedem klas genotypowych, w gamecie maksymalnie trzy loci poligeniczne, więcej loci poligenicznych, histogram => Funkcja ciągła

• przy dwóch loci poligenicznych - 5 klas fenotypowych

• Teoria ewolucji Darwina

• „O powstawaniu gatunków” 1858

3. Bariery krzyżowania gatunków roślin

• prezygotyczne

• mało spokrewnione głównie

• nie dochodzi do zapłodnienia - pyłek nie kiełkuje na znamieniu, łagiewka pyłkowa nie dociera do woreczka zalążkowego lub pęka w kanale stelarnym, gamety nie łączą się

• postzygotyczne

• głównie spokrewnione

• zaburzony rozwój zarodka

• niepłodność mieszańców F1

• zaburzony rozwój pokolenia F2 (ciekawe, jak powstaje F2, skoro F1 się nie rozmnaża - A.M)

• Przezwyciężanie barier krzyżowych

• prezygotyczne

• łączenie komórek somatycznych (protoplasty)

• usuwanie znamion

• skracanie słupka

• zapłodnienie in vitro

• aplikacja immunosupresorów

• metoda „mentor pollen” (martwy pyłek danego gatunku)

• postzygotyczne

• kultura in vitro niedojrzałych zarodków

• podwojenie liczby chromosomów w pokoleniu F1

• użycie mieszańców F1 jako komponentów matecznych w celu uzyskania następnego pokolenia

• Prawo Hardy'ego - Weinberga

• frekwencja homo i heterozygot w populacji jest stała o ile:

• populacja składa się z dużej liczby osobników

• osobniki krzyżują się w sposób losowy i bez ograniczeń

• nie istnieje presja selekcyjna faworyzująca określone allele (genotypy)

• nie występuje migracja

• nie występują mutacje (lub zachodzą i rewertują z taką samą częstotliwością)

• takie populacje nazywamy panmiktycznymi

• p²(AA) + 2pq (Aa) + q²(aa) = 1

• (p²+q²) = 1

• Tabela (czemu w tym miejscu coś takiego wyskakuje, nie wiem - A.M)

typ redagowania	występowanie
insercja i delecja	mt mRNA u pierwotniaków Trypanosoma i Lednnonii
zamiana C => U	mRNA apoliproteiny B u ssaków, mt mRNA u roślin
zamiana A => G	mRNA receptora kwasu glutaminowego w mózgu ssaków
dodanie dodatkowych C	mRNA mitochondrialne genu kodującego podjednostki syntazy ATP u Physorium
dodanie dodatkowych G	niektóre geny paramyksowirusów

po translacji:

• składanie pierwotnych produktów translacji

• różna kolejność protein w białku (dziwne zdanie - A.M)

• u drożdży powstają dwa różne białka z prekursora białkowego kodowanego przez gen TFP1

wykład 12, Temat: Transgresja.

T. to przekroczenie wartości cechy rodziców w pokoleniu F1.

Aby wystąpiła, form rodzicielskie muszą:

• różnić się genotypowo (brak pokrewieństwa)

• być podobne fenotypowo

• charakteryzować się przeciętnym poziomem cechy

AABBCCDD x aabbccdd - nie ma transgresji

AABBCCdd x AABBCCDD - transgresja w stosunku do jednego rodzica

AAbbCCdd x aaBBccDD- transgresja zachodzi

QTL - locus cech ilościowych

• obszary w genomie, w których zlokalizowane są geny warunkujące cechy ilościowe

• ich identyfikację umożliwiają mapy markerów molekularnych

• programy komputerowe są w stanie stwierdzić, jak ważny hest QTL, od którego z rodziców pochodzi, itd.

1. Genetyka populacji - materiały z tego działu powinny być na skrzynce

2. Populacje roślin samopylnych

• składają się z linii czystych

• AaBb - co się stanie w F1, F2 i F3

• rozmnażanie przez samozapłodnienie prowadzi do homozygotacji

• linia czysta - potomstwo roślin homozygotycznych uzyskane w wyniku samozapłodnienia

wykład 13, Genetyka - nauka o dziedziczeniu i zmienności organizmów żywych (Beteson 1905)

Zmienność genetyczna

Zdolność żywych organizmów do wytwarzania nowych form

Rodzaje zmienności genetycznej - ksero

- fluktuacyjna (fenotypowa) - środowisko

- dziedziczna (genotypowa) - rekombinacja plus nowe allele

Niektóre geny nie podlegają zmienności fluktuacyjnej

np. geny kodujące grupy krwi, kolor oczu, globiny, białka histonowe, geny gospodarcze (hausekeeping genes) - kodujące enzymy uczestniczące w różnych procesach życiowych (fotosynteza, oddychanie, podziały komórkowe)

EPIGENETYKA

• nauka badająca dziedziczenie nowo powstałych cech bez udziału zmian na poziomie DNA

• mechanizmy: metylacja DNA (wyciszanie genów), RNAi, acetylacja histonów (zmiany chromatyny)

• mechanizmy ponad poziomem DNA: mRNA, białka

PRZYCZYNY ZMIENNOŚCI GENETYCZNEJ

• rekombinacje

• mutacje

• transpozycje

• rearanżacje

• amplifikacje

REKOMBINACJA GENETYCZNA

• niezależna segregacja - powstają nowe warianty cech w czasie mejozy (II prawo Mendla)

• crossing over - mejotyczny, mitotyczny (mitotyczny crossing over? co to jest? - A.M)

MUTACJE

• genomowe - zmiany liczby chromosomów

• strukturalne - pojedyncze chromosomy (abberacje)

• punktowe - w obrębie chromosomu

MUTACJE GENOMOWE

• w zależności od pochodzenia genomów:

• autopoliploidy (genom jednego gatunku)

• allpoliploidy (2 lub więcej gatunków)

• w zależności d zakresu zmian (pojedyncze chromosomy czy cały genom)

• aneupolidy (pojedyncze chromosomy)

• euploidy (cały genom podzielony)

• w zależności od sposób powstania

• naturalne

• sztuczne

POLIPLOIDY

• euploidy

• autopoliploidy

• monoploid (nie haplo-)

• diploid

• triploid

• tetra-, pentaploid

• aneuploidy

• multisomik

• trisomik

• tatra, penta-somik

• należy określić, którego chromosomu brakuje

• allopoliploid (mieszańce oddalone) - międzygatunkowe

• allodiploid - ile genomów

• allotriploid

• allotetraploid - np. 2 genomy gatunku A, 1 genom gatunku B, 1 genom gatunku C

• powstanie autopoliploidu

• podczas mejozy dwie gamety nie zredukowane

• destrukcja wrzeciona kariokinetycznego

• z przyczyn naturalnych

• traktowane kolchicyną

• euploidy u roślin

• autopoliploidy

• naturalne: ziemniak, niektóre trawy, niektóre buraki cukrowe, rzodkiewki, żyto

• sztuczne: cytrusy, kawon, winorośl, banan, jabłoń, rośliny ozdobne

• allopoliploidy

• naturalne: pszenica uprawna 6x, pszenica twarda 4x, rzepak uprawny 4x, truskawka 8x, tytoń 4x, śliwa węgierska 4x

• sztuczne: pszenżyto (4x, 6x), pszenperz 4x, porzeczoagrest 4x, rapharobrassice 4x

• u poliploidów, szczególnie o nieparzystej liczbie genomów, zaburzenie wytwarzania nasion

• pochodzenie pszenicy - ksero

• stara teoria: sterylny mieszaniec nie ulega mejozie

• przypadkowe zdublowania => rozmnażający się mieszaniec

• pszenica - alloheksaploid

PRZYCZYNY ABERRACJI

• czynniki naturalne

• promieniowanie jonizujące i UV

• wysoka/niska temperatura

• stresy (np. susza)

• czynniki metaboliczne (deficyt jonów Na, Mg)

• zaburzenia mechaniczne - pękanie chromosomów w mitozie i mejozie

• czynniki sztuczne

• jw. ()

• środowisko kultury in vitro (bardzo stresogenne środowisko) - metyzacja, itp.

TRANSLOKACJA ROBERTSONOWSKA

• np. bydło

• dwa akrocentryczne chromosomy (mała i duża chromatyda w każdym)

• wynik (jeden chromosom tylko z małych chromatyd, a drugi tylko z dużych) (bez rysunków ciężko to pokazać)

• translokacje i mutacje strukturalne można odnaleźć metodą barwienia „chromosome painting”

KONSEKWENCJE MUTACJI STRUKTURALNYCH

• pętla inwersyjna

• translokacje w chromosomach homologicznych

MUTACJE PUNKTOWE

• insercje

• delecje

• tranzycja A => T/ C=> G

• transwersja - zmiana zasady purynowej na pirymidynową i na odwrót

• wpływ na powstawanie polipeptydów

• zmiana sensu

• zmiana typu nonsens

• zmiana fazy odczytu

• w zależności od przyczyny

• naturalne

• sztuczne

• przyczyny

• czynniki naturalne (mutageny spontaniczne)

• wewnętrzne (błędy polimerazy - ślizganie się - omija geny mutatory)

• zewnętrzne - promieniowanie, stresy

• czynniki sztuczne

• fizyczne

• promieniowanie x, beta, gamma, promienowanie UV, strumienie protonów i neutronów emitowane podczas rozpadu pierwiastków promieniotwórczych

• chemiczne

• kwas azotowy, hydroksyloamina, związku alkalizujące, analogi zasad, barwniki akrydynowe (proflawina), alkaloidy (kolchicyna), związki interkolujące (brak etydyny)

• środowisko kultury in vitro (opóźniona replikacja, metyzacja, uaktywnienie retrotranspozonów)

DELECJE POKREWIEŃSTW W OBREBIE BRASSICA - ksero

- trójkąt U - ksero

SZTUCZNE ALLOPOLIPLOIDY U ROŚLIN

• banan

• tangelo (grejpfrut +tangerynka) (jadł ktoś w życiu tangerynkę? - A.M)

• liliowce, irysy, chryzantemy - rozmnażanie wegetatywne

EUPLOIDY U ZWIERZĄT

• lew plus tygrys = liger

• klacz plus osioł = muł

• koń plus oślica = oślik

• koń plus zebra = zebroń

ANEUPLOIDY U CZŁOWIEKA

• 45, X - zespół Turnera (kobiety) 46,XX - norma

• 47, XXY - zespół Kinefeltera (mężczyźni) norma: 46, XY

• 47, XYY - syndrom Jacobsa

• 46 XX (XY) - zespół Downa

GENETYCZNE KONSEKWENCJE POLIPLOIDALNOŚCI

• segregacja pojedynczego locus, np. tetraploid powinien być AA/Aa/aa

• AAAA = kwadriplex

• AAAa = triplex

• AAaa = diplex

• aaaa = multiplex (zawsze myślałem, że multiplex to coś innego )

• AAaa self - samozapylenie

gamety: AA 4 Aa aa

potomstwo: 1 AAAA 8 AAAa 18AAaa 8Aaaa 1aaaa

SEGREGACJA DWÓCH LOCI

AAAA bbbb x aaaa BBBB

F1: AAaaBBbb

F2: 1224 A_ _ _B_ _ _

35 A_ _ _ Bbbb

35 aaaa B _ _ _

1 aaaa bbbb

zupełnie inaczej niż u zwykłych diploidów - segregacja

MUTACJE STRUKTURALNE - aberracje chromosomowe

• delecje - utrata segmentu chromosomu, zwykle krótszy

• duplikacja - powielenie pewnego fragmentu

• inwersja - wycięcie fragmentu (np. stres => pękniecie) i wklejenie w odwrotnej kolejności

• translokacja - 1 chromosom coś traci, drugi coś zyskuje - translokacja wzajemna

• 1 chromosom tylko coś traci/coś zyskuje - nie wzajemna

DZIAŁANIE MUTAGENÓW

• kwas azotowy powoduje cytozyna => uracyl

• barwniki akrydynowe deformują helisę

NAPRAWA USZKODZEŃ DNA

• naprawa przez wycinanie (w czasie replikacji, po replikacji)

• naprawa bezpośrednia (fotoreaktywność)

• naprawa źle sparowanych nukleotydów

PROMIENIOWANIE UV

• powstanie dimeru cyklobutyrowego (tymidynowego) z 2 tymin pod wpływem UV

• fotoliza usuwa dimery tymidynowe, polimeraza dobudowuje brakujące tyminy

• gen umu D (nie wiem, czy dobrze przepisałem) - białko bakteryjne lexA i RecA

• gen umu D => operon umu DC, który koduje białko do niwelowania skutków mutacji, blokowany przez białko LexA, jeśli działa UV => ekspresja RecA => proteza RecA niszczy lexA

• produktem operonu białko naprawiające inne uszkodzenia spowodowane UV - umu e i umu D

TRANSPOZONY

i TRANSPOZYCJA

• transpozony - ruchome elementy genomu

• transpozony bakteryjne (np. IS, Tn)

• organizmów wyższych (np. AC, Tc)

• retrotranspozony (jak retrowirusy)

• posiadające LTR

• bez LTR

• wycinanie i integracja transpozonów w genomie w wyniku niehomologicznej rekombinacji

• między transpozonami - rekombinacja homologiczna

• najprostsze transpozony - IS

• IR TRANSPOZAZA IR (transpozaza to kodowany enzym, a IR odwrócone powtórzenia)

• geny gag i pol konieczne do wycięcia transpozonu i znalezienia dla niego miejsca

transpozon w genomie => kopia => mobilny transpozon => wbudowanie => transpozon w genomie w innym miejscu (to jest opis drogi reduktywnej)

droga klasyczna:

transpozon w genomie => wycięcie (ale zostaje ślad 8-9 nukleotydów) => mobilny transpozon => wbudowanie => transpozon w innym miejscu w genomie

RETROTRANSOPOZONY (prawdopodobnie z retrowirusów)

transpozon pierwotny => RNA => RT - odwrotna transkryptaza => mobilny transpozon DNA => transpozon w nowym miejscu

Mechanizm retrotranspozycji - retrowirusy Line

transpozon pierwotny => polimeraza RNA => LINE mRNA => do cytoplazmy => translacja białek koniecznych dla transpozonów => RT i LIME (już nie wiem, czy to LINE czy LIME) mRNA do jądra z powrotem => LIME mRNA => RT => LIME cDNA => wbudowanie w genom

Rearanżacje

• rekombinacje niealleliczne - powstałe w pseudokonugacji i rekombinacji wśród niehomologicznych chromosomów

• konwersje genów (często w grzybach) - niealleliczne segregacje do gamet podczas mejozy i po mejozie, wynik heterodupleksu w crossing over, polimeraza DNA chce to naprawić i niewłaściwie ustawia fragmenty DNA

24

---