Biology | Genetics » Az öröklődés alapjai

6. Az öröklődés alapjai GENETIKA Az örökítő anyag szerveződésével és funkciójával, az élőlények tulajdonságinak átöröklődésével foglalkozó tudomány. genesis: születés, teremtés, keletkezés, származás Elméletek az öröklődésről Preformizmus: ivarsejtekben miniatűr emberkék (humunkuluszok) Pángenezis: testi sejtek egy-egy darabka csírát (gemulát) termelnek, ami beépül az ivarsejtbe, biztosítva az illető sejtnek következő nemzedékbe másolását. (Buffon, Ch. Darwin) Gregor Mendel (1822-1884) nem kapcsolt tulajdonságok öröklődésének elmélete –ma is helytálló! 1 A modern genetika ágai „ mendeli (klasszikus) genetika tulajdonságok átörökítése a következő nemzedékre „ molekuláris genetika --->genomika az öröklődés biokémiai háttere „ populációgenetika populációk genetikai összetétele Genetikai alapfogalmak I. „ Gén: a DNS molekula egy szakasza, amely egy tulajdonság meghatározásáért

felelős „ Lókusz: a kr. kr. azon szakasza, amin a gén elhelyezkedik „ Genotípus: egy élőlény génkészlete (egy vagy több gént illetően) „ Fenotípus: a génkészlet (genotípus) működésének eredményeképpen kialakuló tulajdonságok összessége „ Allélok: egy gén alternatív változatai „ Vad allél: egy adott génnek a természetben leggyakrabban előforduló változata „ Letális allél: egy létfontosságú gén olyan változata, amely életképtelenséget vagy ivarérett kor előtti elhalálozást okoz 2 Genetikai alapfogalmak II. „ Homozigóta: a kr. kr. pár azonos helyein azonos allélok „ Heterozigóta: a kr. kr. pár azonos helyein különböző allélok „ Hemizigóta: csak egyetlen kópiában hordozza a gént „ Domináns allél: olyan génváltozat, amely fenotípusosan mindig kialakítja a neki megfelelő tulajdonságot (heterozigótákban (heterozigótákban is) „ Recesszív allél: olyan génváltozat, amely fenotípusosan csak

homohomo- és hemizigótákban manifesztálódik Jelölések: A, a allélek Lehetséges genotípusok: AA, Aa, aa Mendel kísérletei „ Tudományos kísérletezés módszere - alkalmas objektum választása - körültekintő kísérlettervezés - sok adat gyűjtése - matematikai értékelés - következtetések kísérletes ellenőrzése „ Kísérleti növénye a kerti borsó (Pisum sativum) - sok változat - önmegtermékenyítő és könnyen keresztezhető - kis helyigény, rövid tenyészidő 3 Vizsgált tulajdonságok „ virágszín bíbor - fehér „ borsószem alakja kerek - szögletes sárga - zöld „ sziklevél színe felfújt - szemre simuló „ hüvely alakja zöld - sárga „ hüvely színe axiális - terminális „ virágok helyzete hosszú - rövid „ szárhossz Tiszta vonal : utódok tulajdonságai megegyeznek a szülőkével Hibrid: két tiszta vonalú egyed keresztezéséből származó utód 1. Kísérlet Szülői generáció (P) parentes Első

utódgeneráció (F1) generatio filialis Eredmény: csak kerek! 4 Következtetések Uniformitás elve: az első utódnemzedék egyedei egyformák (fenotípusosan és genotípusukat tekintve is) Szegregáció (hasadás) elve: a második utódnemzedékben az eredeti szülői tulajdonságok megjelennek. Magyarázat: Az ivarsejtekben tulajdonságokat hordozó faktorok vannak (gének), egyesülésükkor az egyedbe 22-2 kerül. A heterozigóta egyedek egyforma arányban termelnek mindkét allélt hordozó ivarsejteket. Az első utódnemzedék KEREK ♂ SZÖGLETES ♀ P Meiózis Gaméták Megtermékenyítés F1 Rr Rr Rr Rr 5 A második utódnemzedék ♀ Rr F1 Női gaméták Hím gaméták ♂ Rr RR r RR Rr Rr rr R F2 r Az utódok fenotípusa: 3/4 : 1/4 Az utódok genotípusa: 1/4 RR : 2/4 Rr : 1/4 rr Teszt-keresztezés aa AA A A aa a a Aa Aa Aa Aa Aa A a a a Aa aa Aa aa Domináns fenotípusú egyedet recesszív egyeddel keresztezve egyforma

(heterozigóta (heterozigóta)) egyedeket kapunk, ha a szülő homozigóta volt, ha heterozigóta, heterozigóta, akkor felefelefele arányban kapunk domináns és recesszív fenotípusú utódokat. 6 2. Kísérlet A független kombinálódás elve Kerek, sárga Szögletes, zöld P Meiózis Gaméták Megtermékenyítés F1 Kerek, sárga P Punnett-tábla rryy RRYY RrYy F1 ♀ gaméták RrYy RY Ry rY ry RRYY RRYy RrYY RrYy RRYy RRyy RrYy Rryy RrYY RrYy rrYY rrYy RrYy Rryy rrYy rryy RrYy ♂ gaméták RY Ry F2 rY ry Az utódok fenotípusa 9/16R-Y- : 3/16R-yy : 3/16rrY- :1/16rryy Figure 10.8a 9 3 3 1 7 A független öröklődés magyarázata a kromoszómaelmélet ismeretében szemszín vagy szőrszín barna szem sötét szőr kék szem vörös szőr barna szem vörös szőr kék szem sötét szőr Domináns - recesszív öröklésmenet „ Recesszív rendellenességek: fenilketanuria, fenilketanuria, cisztikus fibrózis, fibrózis,

albinizmus „ Domináns rendellenességek: akondroplázia (törpeség), polydactylia (hatujjúság), brachidactylia (rövidujjúság), rövidujjúság), HuntingtonHuntington-kór (vitustánc) „ Egyéb tulajdonságok: Rh+ > Rh-, barna szem > kék szem, lenőtt fülcimpa > nem lenőtt 8 Nemhez kötött öröklődés Kromoszómák: autoszómák (emberben 22 pár) „ ivari kromoszómák (emlősökben XX ♀, XY ♂) „ Nem-meghatározás XY XX X X X XX XX Y XY XY Nemhez kötött öröklődés Drosophila melanogaster Reciprok keresztezés Anya Apa Xw+Xw+ XwY T. H Morgan 1910 P Anya Apa XwXw Xw+Y Hím gaméták Hím gaméták Női gaméták Xw+ X X X Y ♀ ♂ w+ w w+ F1 Női gaméták Y Xw Xw Xw+ Y Xw+Xw XwY ♀ ♂ Xw+: piros szemszín allélt tartalmazó X kromoszóma A w+ allél domináns w felett. 9 Példák ivari kromoszómákhoz kötött génekre X „ vérzékenység (hemofília) „ vörös-zöld színtévesztés „

D-vitamin rezisztens angolkór Y „ fülcimpa-szőrösség Intermedier öröklődés piros és fehér virágú csodatölcsérek keresztezése (Carl Correns 1900) „ P X RR rr „ F1 Rr Önmegtermékenyítés Az F1 nemzedék színe egyik szülőére sem hasonlít köztes (intermedier) öröklődés „ Az F2 nemzedékben a fenotípusok megoszlása 1:2:1 „ F2 1/4 RR 1/4 Rr 1/4 Rr A genotípus fenotípusosan megjelenik 1/4 rr 10 Kodominancia Egy gén több allélja is domináns „ Heterozigótákban az allélok egymás mellett, egymástól függetlenül megnyilvánulnak „ Pl. ABO vércsoportrendszer „ IA, IB : antigént kódoló allélek Genotípus Antigén i: nem kódol antigént A IAIA 6-féle genotípus 4-féle fenotípus Véradás olyan csoportnak lehetséges, amelyik nem támadja az adott vér antigénjét/antigénjeit. Fenotípus A IAi A IBIB B B I i B IAIB A, B AB - O i i B Vércsoport-meghatározás „ Vérminta két cseppjébe AB A

kétféle ellenanyagot cseppentenek „ Idegen ellenanyag kicsapja a vért (fehérjekoaguláció) Öröklődés IAIB B 0 IAi IA IB IA IA IA IA IB i i IA i IB 11 Kapcsoltság AB ab A B „ Két gén együtt öröklődik – egy kr-n „ F1 gamétái csak kétfélék „ ha a gének közel vannak egymáshoz a kr-n a b P A B x a b AaBb F1 meiózis , ivarsejtképzés 50% ab 50% AB A B a b Rekombináció (Crossing over) „ Kis mennyiségben keletkeznek kevert ivarsejtek a meiózis során végbement crossing over (átkereszteződés) miatt . c.o valószínűsége ~ gének távolságával AC A C A c x C ac a P a c AaCc F1 meiózis, ivarsejtképzés A C c a c A C a Rekombináns 12 Crossing over Meiózis I Meiózis II Rekombináns gaméták Mennyiség jellegek „Heterozygotes have an intermediate phenotype because of a phenomenon known as incomplete dominance.” „ mértékegységgel kifejezhető, folytonos jellegű tulajdonságok „

Pl. tojáshozam, tejhozam, testmagasság „ nagy elemszámú vizsgálat esetén az értékek normál eloszlást mutatnak 13 Mennyiségi jellegek öröklődése sok gén vesz részt a jelleg kialakításában „ a környezeti hatások szerepe szintén jelentős „ F1 gyakoriság P Magasság F2 Dohánynövény magassága P AABB X aabb 180 cm 60 cm F1 AaBb F2 AB Ab aB ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb aB AaBB AaBb aaBB aaBb ab AaBb Aabb aaBb aabb X AaBb 14 Mutációk Mutáció: Az örökítőanyagban létrejövő, öröklődő változás. „ Sejttípus szerint - testi sejti változá ltozás egyeden belü belül - ivarsejti utó utódban megjelenhet „ Kiváltó ok alapján - spontán termé természetes mutá mutáció ciós rá ráta: 10-4 – 10-10 - indukált (mesterségesen kiváltott – mutagének ) „ Típusai - génmutáció - kromoszómamutáció Génmutációk -ACGGGT-TGCCCA- „ néma új triplett ua. AS

vagy intronban „ csendes ASAS-csere fenotípusváltozás nélkül „ tévesztéses más AS funkció funkcióveszté vesztés „ értelmetlen AS STOP „ lánchosszabbító STOP STOP AS „ frameshift – olvasási keret elcsúszása 15 Kromoszómamutációk 1. Számbeli Fajra jellemző kr. alapkészlet (n) kétszerese helyett több vagy kevesebb kerül az utódba. 2n 8n „ Poliploidia az alapszám 2-nél nagyobb egész számú többszöröse „ Aneuploidia nem a teljes genomból van több, csak bizonyos kromoszómá(k)ból Aneuploidia „ kevesebb általában letális „ triszómia: egy kr.-ból 3 van autoszómális 21 Down-, 13 Patau-, 18 Edwards-szindróma ivari kromoszóma XXY, XYY, X0 16 Down-szindróma „ 21 kr. triszómiája „ 1:700 születés „ értelmi fogyatékos, alacsonyabb átlagéletkor Turner-szindróma (X0) Kleinefelter (XXY) 1:2000 1:5000 ♀ „ „ „ alacsony termetű steril nő jellegzetes rövid nyak ♂ „ meddő férfi, nőies vonások

17 Metanő (XXX) „ 1/2000 születés „ majdnem mindig meddő „ normális szaporodóképesség „ nagyobb bűnözési hajlam (?) „ 1/2000 születés Szuperférfi (XYY) Kromoszómamutációk 2. Szerkezeti deléció duplikáció inverzió transzlokáció 18 Bepillantás a molekuláris genetikába 1944 Avery et al. DNS az örökítőanyag 1953 Watson & Crick a DNS szerkezete 1958 Meselson & Stahl szemikonzervatív DNS replikáció 1966 Nirenberg & Khorana genetikai kód megfejtése Térképezés „ KromoszómaKromoszóma-térképezés - gének elhelyezkedése a krkr-n - keresztezési kísérletek „ Géntérképezés - fizikai térkép - gének távolsága „ Szekvenálás - bázissorrend meghatározása 19 Génklónozás restrikciós endonukleázok „ genetikailag egyforma DNS darabok előállítása 1. DNS bejuttatása egy baktériumba - plazmid segítségével 2. Baktérium elszaporítása 3. DNS kinyerés PCR (Polimerase Chain Reaction)

polimeráz láncreakció „ kétszálú DNS láncainak szétválasztása „ primerek hozzáadása „ DNSDNS-polimeráz komplementer DNS szálakat hoz szintetizál „ újra szétválasztás 20 PCR polimeráz láncreakció „ kétszálú DNS láncainak szétválasztása „ primerek hozzáadása „ DNSDNS-polimeráz komplementer DNS szálakat hoz szintetizál „ újra szétválasztás A centrális dogma, kivételek DNS RNS fehérje DNS mRNS Sejtmag Citoplazma mRNS Riboszóma Fehérje „ reverz transzkripció RNSRNS-függő DNSDNS-polimeráz RNS DNS retroví retrovírusok szaporodá szaporodása „ cDNS (kópia) mRNSmRNS-ről készült DNSDNS-másolat 21 Egyed szintű klónozás természetes szerv szövet mesterséges bimbózás (némely galandféreg, előgerinch.) dugványozás sarjadzás (szivacsok, csalánozók, mohaállat, zsákállat, növények) oltás szemzés embriófelezés ikresedés (giliszta, övesállatok, egypetéjű ikrek) sejt

szűznemzés (ászkák, levéltetvek, kabócák, halak, hüllők, madarak) sejtosztódás (baktériumok, élesztők, penészgombák) kallusz (ochidea, dohány, sárgarépa) ikresítés (szarvasmarha) embrionális ősivarsejtek teratóma sejtmagátültetés (Xenopus, sejtmag Dolly bárány, egér, szarvasmarha) Egyedek klónozása 22