Biológia | Genetika » 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 borsószem alakja sziklevél színe hüvely alakja hüvely színe virágok helyzete szárhossz bíbor - fehér kerek - szögletes sárga - zöld felfújt - szemre simuló zöld - sárga axiális - terminális hosszú - rövid 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 IAi A IBIB B B Véradás olyan csoportnak lehetséges, amelyik nem támadja az adott vér antigénjét/antigénjeit. I i IAIB i i Fenotípus A B B A, B AB - O Vércsoport-meghatározás „ AB „ A Vérminta két cseppjébe

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 AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb aB AaBB AaBb aaBB aaBb ab AaBb Aabb aaBb aabb X Ab AaBb aB ab 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 inverzió duplikáció 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 „ RNSRNS-függő DNSDNS-polimeráz RNS DNS retroví retrovírusok szaporodá szaporodása Riboszóma Fehérje reverz transzkripció „ 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