Andrzej Wierzbicki

Genetyka ogólna

Konspekt wykładu 1. Genetyka mendlowska

Co to jest genetyka

-nauka o zjawisku dziedziczności

-co to jest dziedziczność?

-organizm powstaje tylko z innego organizmu (spory w 17 - 19 w, Pasteur w 1859 roku rozstrzygnął)

-potomny zawsze w dużej mierze podobny do macierzystego

-zakres cech nie dziedziczonych

-zakres cech dziedziczonych

-cechy muszą być ukryte w komórkach

-organizm powstaje w wyniku rozwoju

-cechy mają swoje zalążki – geny

-znaczenie zrozumienia dziedziczenia

-jedno z kilku najciekawszych pytań w biologii (biogeneza, fizjologia, filogeneza, ontogeneza)

-badania nad dziedziczeniem doprowadziły do przełomu

-abstrakcyjne geny, genetyka mendlowska, DNA, ekspresja genów -> rewolucja w medycynie i biotechnologii

-zrozumienie etiologii wielu chorób, terapia genowa, skokowy rozwój innych dziedzin biomedycyny (poziom medycyny 50 lat temu)

-organizmy modyfikowane genetycznie

Zrozumienie głównych cech dziedziczności

-w 19w. tylko abstrakcyjne pojęcie genu

-geny – zalążki cech

-pytania dotyczące dziedziczności

-co jest nośnikiem dziedziczności? (mleko matki (Rzym), krew, gamety)

-czy materia dziedziczna jest osobna od organizmu? (tak, bo jak przejść przez kom. płciowe)

-teoria pangenezy (od Arystotelesa do Darwina) i jej następstwa – dziedziczenie cech nabytych

-czy rodzice mają równy wkład?

-czy informacja dziedziczna się miesza?

-jaka jest biochemiczna natura genów? – to pytanie było poza zasięgiem – uważano, że komórki są atomami życia

-czy informacja dziedziczna się miesza?

-natura ciągła i uśrednianie, czy dyskretna i losowanie?

-doświadczenie Kolreutera (1840)

-wysokie łodygi x niskie łodygi -> F1 wszystkie wysokie łodygi -> F2 część wysokie łodygi, część niskie łodygi

-nie ma roślin o łodygach średniej wysokości

-jedna z cech rodzicielskich znika i potem pojawia się spowrotem

-to można wyjaśnić tylko przyjmując dyskretną naturę genów

-punkt wyjścia dla Mendla

-prace Mendla

-krzyżówki groszku -> zrozumienie zachowania genów

-1822 - 1884

-podstawa genetyki do dziś

-Mendel wiedział: praca Kolreutera

-Mendel zastosował do problemów biologicznych podejście używane przez fizyków

-ograniczył liczbę zmiennych: wyizolował czyste linie groszku różniące się względem 7 różnych cech

-gładkie lub pomarszczone nasiona

-żółte lub zielone nasiona

-grube lub cienkie strączki

-zielone lub żółte strączki

-kwiaty wyrastające wzdłuż całego pędu lub tylko na końcu pędu

-długie lub krótkie łodygi

-wszystkie wyniki przedstawiał liczbowo

-krzyżował rośliny różniące się jedną cechą

-liczył proporcje cechy w kolejnych pokoleniach

-w F1 wszystkie żółte

-w F2 proporcja żółtych do zielonych 3:1 (proporcja = rozkład)

-w F3 potomstwo 1/3 żółtych same żółte, potomstwo 2/3 żółtych 3:1 żółte i zielone, potomstwo zielonych same zielone

-zaproponował model wyjaśniający uzyskane wyniki

-jednostki dziedziczności (geny) mają naturę dyskretną

-każda roślina groszku ma dwie determinanty (allele) dla każdej cechy

-jedna determinanta ma przewagę nad drugą, dominuje

-w gametach jest tylko po jednej determinancie danej cechy (oparcie teorii o wiedze biologiczną)

-determinanty są rozdzielane do gamet po równo i losowo

-łączenie gamet zachodzi losowo względem determinant

-krzyżówki jednogenowe

-wyjaśnienie rozkładu 3:1 w F2

-rośliny rodzicielskie (F1) obie heterozygoty (pojęcie homo- i heterozygoty)

-w gametach 50%A i 50%a

-łączenie gamet losowe -> 1/4AA, 1/2Aa, 1/4aa

-żółty – dominujący -> rozkład 1:3

-wyjaśnienie rozkładów w F3

-powtórzenie zdarzeń w F1 i F2

-żółte AA -> 4/4AA (wszystkie żółte)

-żółte Aa -> 1/4AA, 1/2Aa, 1/4aa (3:1)

-zielone aa -> 4/4aa (wszystkie zielone)

-wyjaśnienie pojęć związanych z prawami Mendla

-gen, fenotyp, genotyp, allel, homozygota, heterozygota, allel dominujący, allel recesywny

-uniwersalny charakter tych obserwacji

-krzyżówki dwucechowe

-dwie dobrze zdefiniowane cechy, dwa geny

-nasiona żółte-zielone, gładkie-pomarszczone

-w F1 oba fenotypy dominujące

-w F2 cztery różne fenotypy, rozkład 9:3:3:1

-allele segregują do gamet losowo - > takie genotypy gamet i równe proporcje

-gamety łączą się losowo względem alleli, które niosą -> takia proporcja fenotypów

-krzyżówka testowa dwucechowa

-prawa Mendla

-to, co nowe w jego obserwacjach -> dwa prawa

- jeden z fundamentów biologii, punkt wyjścia dla genetyki i biologii molekularnej i biotechnologii

-pierwsze prawo Mendla

-w gametach jest po jednym allelu danego genu

-allele rozdzielają się podczas powstawania gamet i potem łączą się losowo podczas zapłodnienia

-wyjaśnia stosunek 3:1 w F2

-drugie prawo Mendla

-allele różnych genów przechodzą do gamet niezależnie od siebie

-każda kombinacja alleli występuje z równym prawdopodobieństwem

-wyjaśnia stosunek 9:3:3:1 w F2 krzyżówki dwucechowej

-oparcie na wiedzy biologicznej: komórki płciowe i zapłodnienie

-na podstawie krzyżówek odgadnięcie dwóch bardzo istotnych zjawisk

-mają podłoże cytologiczne

-nieznajomość potencjalnego podłoża cytologicznego -> nieuznanie odkryć Mendla

-odkrycie chromosomów -> ponowne odkrycie praw i uznanie Mendla

-szczególne przypadki dziedziczenia

-niepełna dominacja

-barwa kwiatów lwiej paszczy – białe i czerwone

-żaden nie jest dominujący – F1 różowe

-F2 rozkład 1:2:1

-fenotyp dokładnie oddaje genotyp

-nie oznacza mieszania genów

-jeden allel nie wystarcza do pełnej produkcji barwnika

-kodominacja

-barwne plamy na liściu koniczyny – na końcach i w środku

-żaden nie jest dominujący – F1 ma plamy na końcach i w środku

-każdy allel odpowiada za inną funkcję

-allele wielokrotne

-jeden gen ma więcej niż dwa allele

-sytuacja najczęstsza

-grupy krwi – 6 genotypów, 4 fenotypy

-jednocześnie kodominacja A i B

-allele pleiotropowe i letalne

-myszy żółte i szare

-heterozygota x heterozygota -> rozkład 2:1

-odstępstwo, bo homozygota AA umiera

-allel pleiotropowy – dominujący wobec barwy, recesywny wobec żywotności

-anemia sierpowata – choroba dziedziczna w Afryce

-wariant hemoglobiny ze skłonnością do agregacji -> zmiana kształtu

-homozygota – ciężka choroba, heterozygota – choruje tylko na wysokości

-obecność allelu uszkodzonego nadaje odporność na malarię

-zysk z odporności większy niż ryzyko ciężkiej choroby

-różne relacje alleli względem różnych cech

-addytywność

-krzyżówka jasnobrązowych nasion z szarymi -> 9:7 ciemnobrązowych

-rozkład fenotypów 9:3:3:1

-w F2 cztery klasy fenotypów

-działanie alleli dwóch genów się sumuje – tu dwa barwniki się mieszają

-efekt synergistyczny – efekt podwójne jest dużo silniejszy od sumy efektów pojedynczych

-dwa geny spełniające tę samą funkcję

-zabarwienie płatków Antirrhinum

-rozkład fenotypów 15:1

-wystarcza obecność dominującego allelu dla dowolnego genu dla ujawnienia cechy

-dwa geny kodują enzymy tworzący ten sam barwnik

-geny komplementarne

-zabarwienie kwiatów groszku

-rozkład fenotypów 9:7

-allel dominujący obu genów jest niezbędny do powstania fenotypu

-oba geny biorą udział w jednej ścieżce – oba są niezbędne do powstania fenotypu

-test komplementacji – sprawdzenie, czy dwie mutacje są w tym samym genie, test na alleliczność

-epistatyczność recesywna

-ubarwienie futra myszy

-rozkład fenotypów 9:3:4

-jeden gen reguluje barwę żółtą/brązową

-drugi gen gdy homozygota, powoduje albinotyzm

-homozygota recesywna w jednym genie maskuje działanie drugiego genu

-mogą być dwa enzymy na jednym szlaku metabolicznym

-epistatyczność dominująca

-ubarwienie owoców kabaczka

-rozkład fenotypów 12:3:1

-jeden gen reguluje barwę zieloną/żółtą

-drugi gen gdy ma allel dominujący, powoduje barwę białą

-obecność allelu dominującego jednego genu maskuje działanie drugiego

-gen maskujący może kodować białko degradujące

-penetracja i wyrażanie fenotypu

-penetracja - % osobników z określonym genotypem, który wyraża pewien fenotyp

-wyrażanie – intensywność z którą zaznacza się dany fenotyp w poszczególnych osobnikach

-wpływ innych genów, warunków środowiska, czynników rozwojowych

-przykład: ludzie z mutacją w genie Rb – nowotwór u 75% i albo w jednym oku albo w obu oczach

-kolor futra kotów syjamskich zależny od temperatury (enzym stabilny tylko w niższej temperaturze)

-cechy determinowane wielogenowo, cechy ilościowe

-na jedną cechę wpływa większa liczba genów

-oddziaływania addytywne, dominujące i epistatyczne

-barwa nasion pszenicy: 3 addytywne geny odpowiedzialne za czerwony barwnik

-kolor skóry, wzrost, podatność na choroby, parametry roślin i zwierząt użytkowych, IQ

-interpretacja wyników krzyżówek

-wykonano dwie niezależne krzyżówki świnek morskich: czarnej i białej. W pierwszej uzyskano 12 czarnych, w drugiej 6 czarnych i 5 białych. Jakie były najprawdopodobniejsze genotypy rodziców?

-pierwsza: wszystkie w potomstwie czarne

-druga: pół na pół czarne i białe

-pierwsza: gomozygota AA x homozygota aa

-druga: geterozygota Aa x homozygota aa

-alternatywne, mniej prawdopodobne wyjaśnienia

-skrzyżowano czyste linie kukurydzy o żółtych liściach i kukurydzy o krótkich korzeniach. W F1 wszystkie rośliny były normalne. W F2 otrzymano 609 normalnych, 194 o żółtych liściach, 197 o krótkich korzeniach. Jakie zachodzą relacje między genotypem a fenotypem?

-czyste linie – zakładamy, że są homozygotami

-w F1 wszystkie normalne, więc są homozygotami recesywnymi w dwóch różnych genach

-w F2 rozkład 609:194:197

-rozkład 9:3:3

-9 dzikich A_ B_, 3 żółte aa B_, 3 krótkie A_ bb

-żółte i krótkie się nie pojawiły – zdechły jako zarodki

-efekt letalny

-Skrzyżowano dwie normalne rośliny kukurydzy. W F1 otrzymano 747 normalnych i 253 o krótkich korzeniach. Jakie były genotypy roślin macierzystych?

-to już nie były czyste linie i nie możemy założyć, że są homozygotami

-rozrzut w F1 – na pewno nie są homozygotami AABB

-rozrzut nie dotyczy koloru liści – przynajmniej jedna roślina jest AA, druga AA lub Aa

-długość korzeni: rozkład 3:1

-obie rośliny były heterozygotami Bb

-jak sprawdzić, jaki genotyp względem A miały rośliny macierzyste?

-przynajmniej jedna jest AA, druga AA lub Aa

-jak ustalić genotypy

-krzyżówka testowa z czystą linią o żółtych liściach

-jeżeli AA – wszystkie zielone

-jeżeli Aa – pół na pół zielone i żółte