GENETYKA WYKŁAD 2

Podstawowe terminy genetyczne:

GEN

definicja wg. Mendla - podstawowa jednostka dziedziczenia odpowiedzialna za daną cechę organizmu

definicja wg. Johansena [1909 r.] - jednostka materiału genetycznego zlokalizowana w chromosomie

definicja biochemiczna [wg. Tatum - 1941 r.] - gen to odcinek DNA o określonej sekwencji nukleotydów, który koduje pierwszorzędową strukturę białka

czyli: 1 gen ---------- 1 enzym

to się jednak nie potwierdziło; niektóre enzymy mają więcej niż 1 gen, przez który są kodowane [jak np. hemoglobina - składa się z 4 podjednostek - polipeptydów dwóch rodzajów (2α i 2β)]

więc lepszą definicją byłoby:

1 gen ----------- 1 łańcuch polipeptydowi

definicja wg. Sharp'a i Robertsa [naukowcy, którzy odkryli istnienie genów mozaikowych] - przed odkryciem przez nich genów mozaikowych [posiadających introny i egzony] uważano, że: „gen to ciągły (zwarty) odcinek DNA, który koduje polipeptyd”. Ale wg. Sharpa i Robertsa: Roberta DNA obecne są introny [sekwencje niekodujące*] oraz egzony [sekwencje kodujące]. Taki podzielony [mozaikowy] gen może mieć nawet 100.000 - 150.000 nukleotydow.

*wiele lat później okazało się, że introny mogą jednak kodować pewne białka [o czym mowa w skrypcie nr II]

definicja genetyczna - gen jako cistron - to pojęcie funkcjonalne genu wyprowadzone w oparciu o test komplementacji cis-trans [test ten pozwala określić, czy dwie mutacje zaszły w tej samej jednostce funkcjonalnej oraz pozwala ustalić granice [długość] cistronu. W teście komplementacji stosuje się porównanie heterozygot, w którym badane mutacje są na tym samym chromosomie [=pozycja cis] lub na różnych [=pozycja trans]

TEST KOMPLEMENTACJI CIS-TRANS

Test ten wykonuje się na układach o 2 mutacjach recesywnych. Jeśli obydwie mutacje występują na tym samym cistronie, to otrzymamy fenotyp dziki [N]. Konfiguracja trans daje mutanta.

Jest to test na alleliczność - jeśli są na tym samym cistronie, geny są alleliczne

Rekombinacja - zachodzi na poziomie DNA

Ważne, żeby nie mylić komplementacji z rekombinacją!

Komplementacja to zmienianie [lub nie] w wyniku mutacji.

Wyjątek od reguły: może dochodzić do wewnątrzcitstronowej komplementacji - kiedy jedna mutacja naprawia drugą mutację [kiedy mutacja druga zmienia konformację białka i np. dany enzym powraca do aktywności; możliwe jest to w przypadku enzymów złożonych z kilku łańcuchów peptydowych]

[tu test komplementacji cis-trans, kropka w kropkę jak test z ćw. Nr 2]

możliwe wyznaczanie granic cistronu dzięki ukierunkowanej, punktowej metagenezie

UJEMNY wynik testu komplementacji występuje tylko 1 raz na 4 przypadki; możliwy, gdy cistrony leżą w różnych chromosomach, ale w tym samym genie => powstanie organizm heterotroficzny

Komplementacja - powstawanie fenotypu, który jest charakterystyczny dla danej zygoty; zachodzi na poziomie enzymatycznym; jest to podstawowy test genetyczny, w którym badamy mutacje recesywne [dominujących nie moglibyśmy dostrzec]

Pytanie: czy test komplementacji moglibyśmy wykonać na Eucaryota? [pomijamy problemy etyczne]

Gamety są 1n, zygota 2n, więc niby można, przy użyciu zapłodnienia In-vitro.. ALE!: ALE wyższych Eucaryota dana jedna cecha kodowana jest przeważnie przez wiele genów [=cechy wielogenowe], więc przy np. ssakach taki test byłby w praktyce niemożliwy do przeprowadzenia

Ciekawostka: 85% populacji ludzi ma zdolność do zwijania języka w trąbkę [mają gen unerwiający mięsnie podjęzykowe]; to cecha jednogenowa u człowieka; 15% populacji nie ma tego genu.

• ważne jest wyposażenie genetyczne człowieka - nie można się czegoś nauczyć, jeśli nie ma się ku temu dobrych genetycznych podstaw 

cecha fenotypowa - seria zjawisk, które decydują o powstaniu danego genotypu; Watson porównał cechę fenotypową do samochodu; żeby jeździł potrzeba wielu elementów, jeśli coś się psuje, to i cały samochód się psuje; wiele cząstkowych cech jest ważnych:

działające enzymy

a b c

A  B  C  D  E  Z

Cechy mają charakter wielogenowy, dlatego nie można wyjść od jednego genu do jednej cechy. Cecha jednogenowa zdarza się bardzo rzadko.

Test komplementacji ci-trans został opracowany przez Lewis'a i Benzer'a w latach 1951 - 1957

Genom - haploidalna [1n] liczba chromosomów danego organizmu

- u człowieka: 2n = 46, czyli 23 chromosomy w gamecie [1n]. genom człowieka: 23 [XX] lub 24 [XY]! [dwa warianty - u płci żeńskiej tylko 23, bo są dwa chromosomy X, czyli ten sam gen w dwóch kopiach; u płci męskiej są dwie odmiany genów płciowych, dlatego genom=24]

- u Drosophila sp.: 2n = 8; genom: 4

- kukurydza: 2n = 4; genom: 2

- S. cerevisiae: 2n = 32; genom: 16

liczba nukleotydów:

[pnt - par nukleotydów; bp - base pair: 1kbp = 1000 bp]

gatunek	pnt	kbp
Homo sapiens	3 mld	3 mln
D. melanogaster	400 mln	400.000
S. cerevisiae	15 mln	15.000
E. coli	4 mln	4.000
Wirusy [średnio]	0,5 mln	500

Wniosek: im wyżej uorganizowany gatunek [organizm], tym ma więcej pnt.

Ale nijak się to ma do liczby genów:

gatunek	liczba genów
Homo sapiens	30.000
S. cerevisiae	5.000

Wniosek: człowiek ma 6x więcej genów niż drożdże, i aż 200x więcej par zasad!

Pytanie: dlaczego ewolucja produkuje tyle organizmów diploidalnych?

bakterie - 1n

glony, grzyby - 2n [okazjonalnie 1n - jak np. workowce]

wyższe Eucaryota - 2n jako cykl życiowy; 1n produkuje tylko jako gamety

w trakcie ewolucji życia następowało przejście od 1n do 2n, bo 1n gamety, łącząc się w 2n zygotę, dawały możliwość wymieszania materiału genetycznego, crossing-over, co prowadzi do powstania nowych genotypowych kombinacji; poza tym diploidalność jest bardziej korzystna, gdyż lepiej mieć 2 kopie genu w razie np. mutacji [jak w teście cis-trans]; „lepiej być heterozygota niż homozygotą”

rozmnażanie generatywne [sex;)] daje możliwość krzyżowania, powstania heterozygot; nawet mtDNA ma płeć [Ω⁺ i Ω^-] co daje jakąś możliwość rekombinacji

wszystkie krzyżówki genetyczne rozpisuje się w oparciu o procesy płciowe 

genotyp, fenotyp, allel - pojęcia wprowadzone przez Johansena w 1909 r.

genotyp - suma informacji genetycznej genów zawartych w układach sprzężonych [chromosomach]

kariotyp - obraz chromosomu; liczba chromosomów chromosomów ich skład; morfologiczny obraz 1n zespołu chromosomów danego gatunku

fenotyp - dające się stwierdzić strukturalne lub funkcjonalne właściwości ukształtowane w wyniku współdziałania genotypu danego organizmu i środowiska, w którym ten organizm się znajduje

allel - jedna z 2 lub większej liczby wzajemnie wykluczających się form genu, zajmujących ten sam locus w danym chromosomie lub grupie sprzężeniowej [1 chromosom = 1 grupa sprzężeniowa]

krzyżówka testowa - krzyżówka heterozygoty [lub homozygoty] z homozygotą recesywną; pozwala ustalić czy mamy do czynienia z homozygotą recesywną; jej sensem jest stwierdzenie czy fenotyp N [dziki] jest wynikiem heterozygotyczności czy homozygoty dominującej

krzyżówka wsteczna - jednego z potomków z jednym z rodziców [rodziców krzyżówki testowej]

dominacja:

1. pełna - kiedy ranga allelu A ma taką siłę jak AA, tzn Aa = AA

2. niepełna - kiedy Aa nie dominuje, ale bierze współudział [np. barwa kwiatów mendlowskiego groszku: kwiaty białe + kwiaty czerwone dały kwiaty różowe]

allel recesywny - nie ujawnia się w heterozygocie

PRAWA MENDLA

Grzegorz Mendel, ojciec genetyki, ur. w 1822 r. na Morawach; w 1866 sformułował swoje prawa

I i II prawo Mendla to efekt badań nad groszkiem; badał cechy jednogenowe, niesprzężone i przeciwstawne [groszek wysoki T_(180 cm) i niski tt(30 cm); nasiona gładkie S_ i pomarszczone ss; kolor zielony i… itp.]

linie czyste = linie homozygotyczne

groch jest samopylny, ale można go sztucznie zapylać i krzyżować

I PRAWO MENDLA - prawo czystości gamet (gamety nie są mieszańcami, mają po 1 allelu z każdej pary)

~nawet gamety mieszańców są czyste

np.

T - allel groszku wysokiego

t - allel groszku niskiego

S - allel gładkości

s - allel pomarszczonego groszku

P: ♂ TT x ♀tt

G: ♂ TT , ♀ t

F₁: Tt, Tt, Tt, Tt - całe F₁ to wysokie rośliny

P: ♂ Tt x ♀ Tt

G: ♂T; t ♀ T, t

F₂: TT, Tt, Tt, tt

   

wysokie niskie

stosunek fenotypowy: 3:1

stosunek genotypowy: 1:2:1

II PRAWO MENDLA - prawo niezależnej segregacji cech ( 2 lub więcej cech dziedziczą się niezależnie od siebie)

(!! w genach sprzężonych ze sobą prawo to nie działa)

np.

P: TTSS x ttss

G: T, S , t, s

F₁: TtSs - wszystkie wysokie gładkie

P: TtSs x TtSs

G: TS, Ts, tS, ts, TS, Ts, tS, ts

F₂:

	TS	Ts	tS	ts
TS	TTSS	TTSs	TtSS	TtSs
Ts	TTSs	TTss	TtSs	Ttss
tS	TtSS	TtSs	ttSS	ttSs
ts	TsSs	Ttss	ttSs	ttss

stosunek fenotypowy: 9:3:3:1 - typowy dla 2 podwójnych heterozygot

1

---