CHROMOSOMOWA
TEORIA DZIEDZICZNOŚCI
CHROMOSOMOWA
TEORIA DZIEDZICZNOŚCI
Pierwsze odkrycie Morgana
X
F1
F2
1
:
1
1
1
2
:
:
Thomas Hunt Morgan (1866-1945)
Drosophila melanogaster
Mutant o niezwykłym wzorze dziedziczenia
w F2 rozkład niby mendlowski, ale białe
oczy mają tylko samce
Chromosomy
Chromosomy - struktury wewnątrzkomórkowe o szczególnie
interesującym zachowaniu
kariotyp człowieka
Mitoza
komórka macierzysta
profaza
przygotowanie chromosomów
metafaza
ułożenie
chromosomów
anafaza
rozdział chromosomów
telofaza
odtworzenie
komórki potomne
Przebieg podziału mitotycznego
Mejoza
Schematyczny przebieg podziału mejotycznego
pierwszy podział
drugi podział
powielenie
chromosomów
Chromosomy
Chromosomy - struktury wewnątrzkomórkowe o szczególnie
interesującym zachowaniu
•podczas podziału komórkowego są powielane
•występują parami
•gamety mają dwa razy mniej chromosomów niż komórki
somatyczne
•pary chromosomów rozdzielają się do gamet
•poszczególne chromosomy segregują niezależnie
Chromosomowa teoria dziedziczenia:
geny są na chromosomach
CHROMOSOMOWA TEORIA DZIEDZICZENIA
WNIOSKI MORGANA
geny znajdują się na chromosomach i ułożone są liniowo
każdy gen ma ściśle określone i stałe miejsce (locus) w chromosomie
geny zlokalizowane na tym samym chromosomie dziedziczą się razem
geny zlokalizowane na różnych chromosomach dziedziczą się niezależnie
DZIEDZICZENIE PŁCI
22 pary chromosomów homologicznych to tzw. autosomy
1 para to chromosomy płci : X i Y
XX – płeć żeńska
XY – płeć męska
Tak więc komórki ciała mężczyzny i kobiety różnią się chromosomami płci.
W czasie powstawania gamet jajniki kobiety produkują komórki jajowe o zredukowanej
do połowy (haploidalnej) liczbie chromosomów, czyli w każdej gamecie (komórce
jajowej) znajduje się jeden X.
Jądra mężczyzn natomiast produkują dwa rodzaje plemników- jedne z chromosomem X,
drugie z chromosomem Y.
Płeć dziecka zależy więc od tego, czy plemnik zapładniający komórkę jajową zawiera
chromosom X, czy Y
gamety
X
X
X
XX
XX
Y
XY
XY
Chromosomy determinują płeć
Chromosomy płciowe (X i Y) określają płeć organizmu
samica
samiec
XX
X
XY
Y
X
komórki
somatyczne
gamety
Dowód teorii chromosomowej
X
F1
F2
1
:
1
1
1
2
:
:
Mutant o niezwykłym wzorze dziedziczenia
•w F2 rozkład niby mendlowski, ale białe oczy mają tylko samce -
mutacja dziedziczy się tak jak jeden z chromosomów (X)
•w krzyżówce wstecznej pojawiają się fenotypy sprzeczne z prawami
Mendla i korelują z zaburzeniami chromosomowymi
X
r
Y
X
R
X
R
X
R
Y
X
r
X
R
X
r
Y
X
R
Y
X
r
X
R
X
R
X
R
X
F1
1
:
1
X
R
Y
X
r
X
r
X
r
Y
X
R
X
r
1/2000 1/2000
? X
R
Y ? ? X
r
X
r
?
X
R
X
r
X
r
Y
fenotypy sprzeczne
z prawami Mendla
Dowód teorii chromosomowej
Determinacja płci u Drosophila
przez liczbę chromosomów X
1 X - samiec (XY, X0, XYY etc.)
2 X - samica (XX, XXY, XXYY etc)
Dlaczego ten eksperyment jest przekonujący?
Bardzo rzadkie zaburzenie rozdziału genów koreluje z bardzo
rzadkim zaburzeniem rozdziału chromosomów.
Geny są na chromosomach.
ZJAWISKO SPRZĘŻENIA
SPRZĘŻENIE
Związek genów między sobą i chromosomem
GENY SPRZĘŻONE
Geny, których loci niesione są
przez ten sam chromosom
GRYPY SPRZĘŻEŃ
Grupa genów sprzężonych, czyli zlokalizowanych na jednym chromosomie
Dziedziczą się one zawsze razem, lecz niezależnie w stosunku do genów na innych chromosomach
Geny sprzężone
(bo leżą na tym samym
chromosomie)
Człowiek ma 24 grupy sprzężeń
22
+
X
+
Y
= 24
AUTOSOMY
CHROMOSOMY
PŁCI
KARIOTYP CZŁOWIEKA
n = 23
22 autosomy
1 chromosom płci (X lub Y)
2n = 46
Cechy sprzężone z płcią
W chromosomach X znajduje się wiele genów ściśle związanych nie tylko z
dziedziczoną płcią.
W chromosomie X znajdują się geny odpowiedzialne za
- daltonizm( nieumiejętność odróżniania barwy czerwonej i zielonej)
- hemofilię (choroba polegająca na braku czynnika krzepliwości krwi)
Daltonizm i hemofilia dziedziczą się według tych samych praw.
Poznanie sposobu przekazywania wadliwych genów wyjaśnia, dlaczego cechy te
występują przeważnie u mężczyzn.
O daltonizmie i hemofilii decyduje gen recesywny
H (D) –brak objawów
h (d) - występują objawy
X
H
X
h
X
H
X
H
X
H
X
H
X
h
Y
X
H
Y
X
h
Y
Mężczyźni częściej chorują na hemofilię niż kobiety i częściej od nich są
daltonistami, ponieważ posiadają tylko jeden chromosom X i wówczas
recesywny (chorobotwórczy) allel genu na hemofilię lub daltonizm od razu
się ujawnia .
Kobieta jest chora tylko wtedy, gdy odziedziczy dwa allele recesywne
danej cechy
X
h
Y to chory mężczyzna
X
h
X
H
to kobieta nosicielka, która sama nie choruje, ale przekazuje tę cechę
potomstwu
Grupy krwi
Przykładem cechy, która ma duże znaczenie dla każdego człowieka jest grupa krwi.
Znajomość grupy krwi jest niezbędna w razie przetaczania krwi osobom chorym
lub poszkodowanym w wypadkach.
Wyróżnia się 4 główne grupy krwi: A, B, AB i 0. Zróżnicowanie to wynika z
obecności lub braku białek A i B na powierzchni erytrocytów.
Grupę A posiadają osoby, których erytrocyty mają białko typu A, grupę B białko B.
Przy grupie AB obecne są oba białka, natomiast przy grupie 0 erytrocyty
pozbawione są wymienionych białek.
O produkcji białek A i B decydują enzymy, a z kolei o ich produkcji- geny,
nazwane również A i B. Allele A i B są dominujące w stosunku do allelu 0, ale
równoważne w stosunku do siebie.
grupa krwi A allele: AA lub A0
B BB B0
AB AB
0 00
Dziedziczenie grup krwi
gamety
A
0
B
AB
B0
B
AB
B0
gamety
A
0
A
AA
A0
B
AB
B0
gamety
A
A
B
AB
AB
0
A0
A0
gamety
A
A
0
A0
A0
0
A0
A0
SPRZĘŻENIE GENÓW
Genetyczne sprzężenie dwóch genów zostało po raz pierwszy odkryte przez Batesona,
Saundersa i Punnetta w 1905 roku – przeprowadzili oni krzyżówkę dwugenową u grochu
cukrowego, badając dziedziczenie barwy kwiatu i kształtu pyłku
Obserwowane liczby fenotypów potomstwa:
Fioletowe kwiaty, podłużny pyłek – 4831
Czerwone kwiaty, okrągły pyłek – 1338
Fioletowe kwiaty, okrągły pyłek – 390
Czerwone kwiaty, podłużny pyłek – 391
Fioletowe kwiaty
Podłużny pyłek
Czerwone kwiaty
Okrągły pyłek
x
F
1
:
F
2
:
P:
Wszystkie osobniki miały:
Fioletowe kwiaty, podłużny pyłek
Wynik świadczy o całkowitej dominacji
barwy fioletowej nad czerwoną i
podłużnego kształtu nad okrągłym
Jeśli geny NIE są
SPRZĘŻONE to w F
2
oczekujemy stosunku
9:3:3:1
Jeśli geny są całkowicie
SPRZĘŻONE to w F
2
oczekujemy stosunku
3:1
WNIOSEK:
Geny wykazują
częściowe sprzężenie
Sprzężenie genów
A
- fioletowe kwiaty
a
- czerwone kwiaty
B
- podłużne ziarna pyłku
b
- okrągłe ziarna pyłku
AA
BB
aa
bb
X
F2
oczekiwane
obserwowane
fioletowe,
podłużne (A_B_)
9
56%
75%
fioletowe,
okrągłe (A_bb)
3
19%
6%
czerwone,
podłużne (aaB_)
3
19%
5%
czerwone,
okrągłe (aabb)
1
6%
14%
Geny czerwonych kwiatów i okrągłych ziaren pyłku są sprzężone
•zaburzenie rozkładu mendlowskiego
•nadreprezentacja fenotypów rodzicielskich w F2
•nie w pełni losowy rozdział alleli do gamet
•sprzeczność z II prawem Mendla
Aa
Bb
Aa
Bb
X
F1
Sprzężenie genów
A
- czerwone oczy
a
- fioletowe oczy
B
- normalne skrzydła
b
- krótkie skrzydła
Geny fioletowych oczu i krótkich skrzydeł są sprzężone
•zaburzenie rozkładu mendlowskiego
•nadreprezentacja fenotypów rodzicielskich
•nie w pełni losowy rozdział alleli do gamet
•sprzeczność z II prawem Mendla
Aa
Bb
aa
bb
X
krzyżówka
testowa
gamety F1
Aa
Bb
25%
47%
Aa
bb
25%
5%
aa
Bb
25%
6%
aa
ab
25%
42%
oczekiwane
obserwowane
A
B
A
b
a
B
a
b
rekombinanty
rodzicielskie
AA
BB
aa
bb
X
Sprzężenie genów
A
- czerwone oczy
a
- fioletowe oczy
B
- normalne skrzydła
b
- krótkie skrzydła
Sprzężone geny leżą na jednym chromosomie
•jest tyle grup sprzężeń co chromosomów
X
krzyżówka
testowa
gamety F1
25%
47%
25%
5%
25%
6%
25%
42%
oczekiwane
obserwowane
A
B
A
b
a
B
a
b
rekombinanty
rodzicielskie
A
B
a
b
a
b
a
b
A
B
A
B
a
b
a
b
X
A
B
a
b
A
b
a
b
a
B
a
b
a
b
a
b
A
B
a
b
A
B
a
b
A
b
a
B
rekombinanty
rodzicielskie
A
a
rekombinanty
rodzicielskie
B
b
A
B
a
b
A
b
a
B
CHIAZMA
Crossing over
Rekombinanty biorą się z wymiany fragmentów chromosomów
•w profazie I mejozy chromosomy łącza i wymieniają fragmentami
•wymianie fragmentów chromosomów odpowiada wymiana genów
A
B
a
b
A
B
a
b
A
b
a
B
rekombinanty
rodzicielskie
mikrofotografia
rekombinujących
chromosomów
Rekombinacja chromosomów
to
crossing over
SPRZĘŻENIE GENÓW
A
B
A
B
a
b
a
b
A
B
A
B
a
b
a
b
A
B
A
b
a
B
a
b
A
B
A
B
a
b
a
b
A
B
A
b
a
B
a
b
Wpływ mejotycznego crossing over na dziedziczenie genów sprzężonych
Bez crossing over
Po crossing over
Powstaną gamety o 2 genotypach:
AB lub ab
Powstaną gamety o 4 genotypach:
rodzicielskich AB i ab,
Zrekombinowanych Aa i aB
Crossing over :
zachodzi losowo między chromosomami homologicznymi
częstość jest proporcjonalna do odległości między genami, tzn. im większa odległość,
tym większe prawdopodobieństwo zajścia crossing over
między parami genów sprzężonych zachodzi z określoną i stałą częstością
Częstość
crossing over jest miarą odległości między genami
1 jednostka mapowa (j.m.)
= 1%
crossing over = 1% rekombinacji = 1 centimorgan (cM)
MAPOWANIE GENÓW
MAPOWANIE GENÓW
Polega na ustaleniu wzajemnego położenia i odległości genów w chromosomie
Mapowanie genów
Częstość rekombinacji odpowiada odległości genów
• im większa odległość tym większe prawdopodobieństwo crossing
over
A
- czerwone oczy
a
- fioletowe oczy
B
- normalne skrzydła
b
- krótkie skrzydła
X
krzyżówka
testowa
gamety F1
25%
47%
25%
5%
25%
6%
25%
42%
oczekiwane
obserwowane
A
B
A
b
a
B
a
b
rekombinanty
rodzicielskie
A
B
a
b
a
b
a
b
A
B
A
B
a
b
a
b
X
A
B
a
b
A
b
a
b
a
B
a
b
a
b
a
b
89%
11%
odległość między genem
fioletowych oczu a
genem krótkich skrzydeł
wynosi 11 cM
A
B
11 cM
Mapowanie genów
Odległości genów w obrębie grupy sprzężeń
• mapa genetyczna
•każdy gen ma swój locus
•grupa sprzężenia może być większa niż 50 cM
•ustalenie kolejności genów wymaga krzyżówki trójgenowej
krzyżówki
dwugenowe
MAPOWANIE GENÓW
KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA
A C B
a c b
A c B
a C b
Analizując trzy geny możemy:
możemy wykryć podwójny crossing over między nimi, ponieważ zmienia on układ alleli
na chromosomie
możemy powiedzieć, które geny są skrajne, a który leży w środku
I przykład
między genami A i B 5% crossing over
między genami A i C 7% crossing over
między genami B i C 12% crossing over
II przykład
między genami A i B 5% crossing over
między genami A i C 7% crossing over
między genami B i C 2% crossing over
C A B
C B
7 jednostek 5 jednostek
12 jednostek
A B C
A C
7 jednostek
5 jednostek 2 jednostki
MAPOWANIE GENÓW
KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA
Analiza wyników krzyżówki trójgenowej na przykładzie krzyżówki testowej pomidora
Purpurowe owoce
Owłosiona łodyga
Liście duże
Potrójna heterozygota
x
F
1
:
P:
Czerwone owoce
Gładka łodyga
Liście małe
Potrójna heterozygota recesywna
Fenotyp potomstwa
Genotyp
gamet
Liczba
osobników
Purpurowe owoce, Owłosiona łodyga, Liście duże
ABC
347
Purpurowe owoce, Owłosiona łodyga, Liście małe
ABc
52
Purpurowe owoce, Gładka łodyga, Liście małe
Abc
6
Purpurowe owoce, Gładka łodyga, Liście duże
AbC
90
Czerwone owoce, Gładka łodyga, Liście małe
abc
357
Czerwone owoce, Gładka łodyga, Liście duże
abC
49
Czerwone owoce, Owłosiona łodyga, Liście małe
aBc
92
Czerwone owoce, Owłosiona łodyga, Liście duże
aBC
7
Ogółem 1000
MAPOWANIE GENÓW
KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA
1. Identyfikacja poszczególnych klas potomstwa
Klasy typu rodzicielskiego mają identyczny jak rodzice układ genów i fenotyp, są najliczniejsze
Klasy po podwójnym crossing over są najmniej liczne bo zjawisko to wymaga zajścia dwóch
niezależnych zdarzeń, co występuje stosunkowo rzadko
Klasy po pojedynczym crossing over na obu odcinkach mają wzajemnie uzupełniające się
układy alleli
Klasy fenotypowe
Genotyp gamet
Liczebność
1
ABC
347
Rodzicielskie
2
abc
357
3
2
3
aBc
92
Rekombinanty po
pojedynczym c.o.
4
AbC
90
5
ABc
52
Rekombinanty po
pojedynczym c.o.
6
abC
49
7
Abc
6
Rekombinanty po
podwójnym c.o.
8
aBC
7
Ogółem 1000
MAPOWANIE GENÓW
KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA
2. Ustalenie kolejności genów w chromosomie
Podwójny crossing over powoduje zmianę w ułożeniu środkowego genu – porównujemy
układ genów w klasach po podwójnym crossing over z układem rodzicielskim i ustalamy,
które geny w wyniku rekombinacji nie zmieniły swojego położenia
a
b c
B C
A
b A c
B a C
3. Ustalenie, między którymi genami zaszedł pojedynczy crossing over
Porównujemy układ rodzicielski z układem klas po pojedynczym crossing over
B A C
b a c
B a c
b A C
B A c
b a C
Układ rodzicielski
(bez rekombinacji)
Układ zrekombinowany w kl. 3 i 4
(po pojed. c.o. na odcinku B – A)
Układ zrekombinowany w kl. 5 i 6
(po pojed. c.o. na odcinku A – C)
MAPOWANIE GENÓW
KRZYŻÓWKA TRÓJGENOWA
3. Obliczenie odległości między genami B – A – C
Aby obliczyć odległość między genem B – A oraz A – C, należy określić częstość
rekombinacji (crossing over) między nimi korzystając ze wzoru:
Suma osobników po
podwójnym c. over
R =
Suma osobników po pojedynczym
c. over na danym odcinku
+
Suma wszystkich osobników
x 100%
R
B-A
=
182 + 13
1000
x 100% = 19,5% rekombinacji lub 19,5 j.m. lub 19,5 cM
R
A-C
=
101 + 13
1000
x 100% = 11,4% rekombinacji lub 11,4 j.m. lub 11,4 cM
B A C
19,5 j.m. 11,4 j.m.
30,9 j.m.
Mapowanie genów
Krzyżówka trójgenowa
• pozwala ustalić kolejność genów
•dokładniejszy wynik mapowania
ABC
/
ABC
abc
/
abc
ABC
/
abc
abc
/
abc
abc
1779
ABC
1654
Abc
252
aBC
241
abC
131
ABc
118
AbC
13
aBc
9
81,8%
11,8%
5,9%
0,5%
krzyżówka
testowa
F1
X
X
A - B
= 11,8% + 0,5% =
12,3 cM
B - C
= 5,9% + 0,5% =
6,4 cM
A - C
= 11,8% + 5,9% + 0,5% + 0,5%
=
17,7 cM
A
B
C
12,3 cM
6,4 cM
17,7 cM
rodzicielskie
A - B
B - C
A - B - C
Mapowanie genów
Jaka będzie częstość występowania poszczególnych klas w
potomstwie krzyżówki testowej?
ABC
/
ABC
abc
/
abc
ABC
/
abc
abc
/
abc
abc
36%
ABC
36%
Abc
9%
aBC
9%
abC
4%
ABc
4%
AbC
1%
aBc
1%
100%-18%-8%-2% = 72%
20% - 2% = 18%
10% - 2% = 8%
20% x 10% = 2%
krzyżówka
testowa
F1
X
X
A
B
C
20 cM
10 cM
Genetyka człowieka
Dziedziczenie hemofilii w brytyjskiej rodzinie królewskiej
•występuje tylko u chłopców
•kobiety są nosicielami
•cecha recesywna sprzężona z płcią
h H
h H
H h
h H
h H
h
Y
h
Y
h
Y
królowa Wiktoria
Genetyka człowieka
Daltonizm
•nieumiejętność rozróżniania koloru zielonego od czerwonego
•cecha recesywna sprzężona z płcią
Genetyka człowieka
Dziedziczenie koloru oczu
•cecha autosomalna
•niebieski kolor - recesywny
•ciemny kolor - dominujący
rodowód
Podsumowanie
1. Geny są na chromosomach.
2. Geny leżące na jednym chromosomie są sprzężone.
3. Rekombinanty powstają w wyniku crossing over
4. Liczenie rekombinantów pozwala na stworzenie mapy
genetycznej
5. Niektóre cechy i choroby człowieka są dziedziczone
zgodnie z zasadami genetyki mendlowskiej
Choroby genetyczne dziedziczone mendlowsko
Defekty w białkach enzymatycznych
•recesywne
•akumulacja substratu lub brak produktu
fenyloketonuria
•brak aktywności hydroksylazy fenyloalaninowej
•1/15000 urodzeń
•nadmiar fenyloalaniny w ustroju
•leczenie przez stosowanie diety
fenyloalanina
tyrozyna
hydroksylaza
fenyloalaninowa
Choroby genetyczne dziedziczone mendlowsko
Defekty w białkach receptorowych
•uszkodzenie białek rozpoznających
inne białka
rodzinna hipercholesterolemia
•uszkodzenie receptora LDL
•niepełna dominacja, heterozygoty
1/500 urodzeń
•nadmiar cholesterolu we krwi
Choroby genetyczne dziedziczone mendlowsko
Defekty w białkach transporterowych
•uszkodzenie białek
odpowiedzialnych za transport
transbłonowy
mukowiscydoza
•uszkodzenie transportera jonów
chlorkowych
•1/2500 urodzeń
•gromadzenie się gęstego śluzu w
płucach
Choroby genetyczne dziedziczone mendlowsko
Defekty w białkach strukturalnych
•uszkodzenie białek
odpowiedzialnych za tworzenie
struktur biologiczych
dystrofia mięśniowa
•uszkodzenie białka cytoszkieletu
komórek mięśniowych
•1/3000 urodzonych chłopców
•powoduje zanik mięśni