GENETIKA Monogenní dědičnost (Mendelovská) Polygenní dědičnost Multifaktoriální dědičnost

Transkript

1 GENETIKA vědecké studium dědičnosti a jejich variant studium kontinuity života ve vztahu ke konečné délce života individuálních organismů Monogenní dědičnost (Mendelovská) Polygenní dědičnost Multifaktoriální dědičnost

2 Johanus Gregor MENDEL 22. července 1822 Hynčice u Nového Jičína gymnázium v Opavě filosofie v Olomouci, ve Vídni 1843 augustin. klášter v Brně 1868 opat kláštera 6. ledna 1884, Brno

3 Terminologie Gen, lokus, alela Homozygot, heterozygot Dominance, recesivita Genotyp, fenotyp

4

5 Příčiny úspěchu G. Mendla vhodný modelový objekt - hrách setý sledoval 7 monogenních znaků: tvar semen, barva děloh, barva květů, tvar a barva lusků, postavení květů, délka stonku

6 Příčiny úspěchu G. Mendla pracoval s čistými rodičovskými liniemi (dominantní a recesivní homozygoti) aplikoval matematiku a statistiku monohybridismus dihybridismus až polyhybridismus

7 Mendlova pravidla a zákony Pravidlo o uniformitě hybridů F1 Pravidlo o zákonitém štěpení v potomstvu hybridů Zákon o samostatnosti vloh (alel) Zákon o čistotě gamet (o štěpení vloh) Zákon o volné kombinovatelnosti alel různých alelových párů

8 UNIFORMITA HYBRIDŮ P AA x aa F 1 Aa x Aa A a A a F 2 AA Aa Aa aa v F 1 generaci fenotyp a genotyp v F 2 generaci fenotyp a genotyp

9 SEGREGACE ALEL heterozygoti dávají gamety s alelou A nebo a - ty se mohou kombinovat do 3 různých genotypů A a A AA Aa a Aa aa Mendelovský rekombinační čtverec genotypový štěpný poměr: 1 : 2 : 1 fenotypový štěpný poměr: 3 : 1 - úplná dominance 1 : 2 : 1 - neúplná dominance

10 DIHYBRIDISMUS P AABB x aabb F 1 AaBb x AaBb Gamety AB ab Ab ab F 2 AB Ab ab ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb ab AaBB AaBb aabb aabb ab AaBb Aabb aabb aabb Genotypový štěpný poměr: 1:2:1:2:4:2:1:2:1 Fenotypový štěpný poměr: 9 : 3 : 3 : 1

11 Neúplná dominance

12 Kodominance dvě alely heterozygota heterozygot = zvláštní kombinace dědičnost krevních skupin A,B a AB. AB není průměrem mezi A a B - vyjádří se jen obě alely nezávisle na sobě.

13 Pleiotropie jeden gen = mnoho projevů

14 Epistáze = gen na jednom lokusu ovlivní expresi jiného genu na jiném lokusu (epistáze = řecky zastavení )

15 Thomas Hunt Morgan Drosophila melanogaster potomstvo chov generační čas pozorování chromosomy Drosophila s bílýma očima

16 Drosophila melanogaster 3 páry autosomů a 1 pár gonosomů Určení pohlaví stejné jako u člověka: samec XY samice XX

17 Morganův experiment - samec XY - samice XX Podobné Mendelovi F2 generace 3:1 Bílé oči pouze samci!

18 Morganovy závěry Gen pro bílé oči chromosom X Alela je recesivní samice s bílýma očima jsou. A samci..

19 Genová vazba 1 chromosom mnoho genů Lokusy v těsné vazbě nízká pravděpodobnost separace Oba geny- jedna gameta Genová segregace není náhodná (vzdálenost)

20 1. MORGANŮV ZÁKON všechny geny lokalizované na jednom chromozomu tvoří vazbovou skupinu (tyto geny jsou ve vazbě) počet vazbových skupin je charakteristický pro každý druh (u člověka v 1 sadě je 23 vazbových skupin) Morgan opravil 3. Mendelův zákon: volně kombinovatelné jsou geny různých vazbových skupin

21 2. MORGANŮV ZÁKON geny vazbové skupiny jsou uspořádány za sebou v určitých lokusech mezi geny jedné vazbové skupiny nenastává segregace změna alelické sestavy v rámci vazbové skupiny - tzv. rekombinace - je možná jenom při crossing-overu

22 VAZBA GENŮ A A a a B B b b A A a a B B b b 2 AB bez crossing-overu 2 ab A a A B B b A a A B B b AB ab Ab crossing-over rekombinanty a b a b ab

23 VAZBA GENŮ sílu vazby MORGANOVO ČÍSLO (hodnoty 0-50): procentuální zastoupení rekombinantních potomků v souboru všech jedinců zpětného křížení čím je větší podíl rekombinant (= vyšší Morganovo číslo), tím je síla vazby slabší

24 MORGANOVO ČÍSLO relativní vzdálenost mezi geny v chromozomové mapě jednotkou této vzdálenosti (tj. síly vazby) - 1 cm pravděpodobnost 1 %, že mezi sledovanými geny nastane crossing-over, respektive je to 1 % četnosti rekombinant v potomstvu zpětného křížení s rostoucí vzdáleností genových lokusů roste pravděpodobnost vícenásobného crossing-overu

25 Rekombinační frekvence genetická mapa genetická mapa = lineární sekvence genů na chromosomu (Alfred Sturtevant)

26 Genetická mapa 50% - pravděpodobnost rekombinace (=volné) Nezávislá segregace probíhá když Geny na oddělených chromosomech Jsou geny syntenní, ale daleko od sebe

27 Genetická mapa chromosom II

28 Fyzická mapa 1 cm = 1 Mb DNA

29 Cytogenetická mapa Pozice genů selektivní barvení Sekvence a pozice genů location

30 GENY A CHROMOSOMY geny na chromosomech A. autosomální dědičnost B. gonosomální dědičnost X-vázaná Y-vázaná (holandrická)

31 Počet chromosomů v buňce Druhy Druhy Octomilka 8 Kukuřice 20 Ploštěnka 16 Řasa 20 Žába 26 Brambora 48 Kočka 38 Myš 40 Makak 42 Kvasinka 32 Člověk 46 Plíseň 4 Pes 78

32 Polyploidie relativně častá u rostlin; spontánní polyploidie řada hospodářských druhů rostlin (pšenice, kukuřice) u živočichů velmi vzácná, i když je známa u některých ryb a obojživelníků

33 Polyploidie u savců Chile - viskača Tympanoctomys barrerae (tetraploidní?)

34 Panašování u rostlin Euonymus fortunei - dva typy chloroplastové DNA

35 CHROMOZOMOVÉ URČENÍ POHLAVÍ TYP DROSOPHILA TYP ABRAXAS

36 URČENÍ POHLAVÍ u gonochoristů - podle heterochromozomů párový heterochromozom - X nepárový heterochromozom - Y rozlišují se základní 2 typy chromozomového určení pohlaví - typ savčí a typ ptačí

37 TYPY DĚDIČNOSTI AUTOSOMÁLNÍ DĚDIČNOST GONOSOMÁLNÍ DĚDIČNOST

38 Symboly rodokmenů

39 Charakteristiky autosomální dědičnosti znak se vyskytuje stejně často u jedinců obou pohlaví při dominantní dědičnosti se znak vyskytuje v souvislém generačním sledu při recesivní dědičnosti znak může přeskočit i více generací, vyskytuje se u více jedinců jedné generace frekvenci výskytu recesivního znaku zvyšují příbuzenské sňatky

40 Autosomální dominantní dědičnost I. II. III.

41 Autosomální recesivní dědičnost I. II. III.

42 DĚDIČNOST POHLAVNĚ VÁZANÁ geny na pohlavních chromozomech řídí vznik primárních pohlavních znaků přenos genů na potomky je vázán na přenos pohlavních chromozomů chromozomy X a Y se liší tvarem i velikostí v malém úseku krátkých ramen jsou vzájemně homologní

43 1) geny na homologním úseku X a Y chromosomu - dědí se podobně jako geny na autosomech = tzv. pseudoautosomální dědičnost 2) geny na heterologní části Y chromosomu - předávají se pouze z otců na syny, nemohou být předány dcerám = tzv. holandrická dědičnost 3) geny na heterologní části X chromosomu = tzv. gonosomální dědičnost u mužů se vždy projeví ve fenotypu - tzv. hemi-zygot - XY, xy (u recesivních znaků dochází k pseudodominanci)

44 Gonosomální recesivní dědičnost recesivní znak u žen je velice vzácný žena heterozygot = tzv. přenašečka - recesivní alelu předává svým synům znak se častěji vyskytuje u mužů exprimující muž nemůže znak předat svým synům I. II. III. IV.

45 Dědičnost pohlavně ovládaná geny jsou na autosomech - jejich exprese je ovlivněna pohlavními hormony např. všechny sekundární pohlavní znaky

46 Dědičnost pohlavně ovlivněná geny jsou na autosomech u heterozygotů: u jednoho pohlaví se znak jeví jako dominantně děděný u druhého pohlaví jako recesivně děděný např. předčasná plešatost u člověka - častější je u mužů:

47 Polygenní dědičnost Znaky ne diskrétní, ale kvantitativní Kontinuum Geny malého účinku

48 Gausovské rozdělení

49 Multifaktoriální dědičnost Genetické pozadí + vlivy prostředí

50 GENETICKÉ ZÁKONITOSTI V POPULACI HARDY-WEINBERGŮV ZÁKON

51 DEFINICE POPULACE soubor jedinců téhož druhu žijí v určitém čase, na určitém místě mohou se vzájemně mezi sebou křížit

52 Genetika populací Cíl genetiky populací: poznat genetickou strukturu populace a hledat příčiny její proměnlivosti či stálosti během generací.

53 Genetická struktura populace závisí na: 1. způsobu výběru a párování gamet při oplození, tj. způsobu rozmnožování 2. evolučních faktorech ( např. mutace, selekce, migrace, genetický drift)

54 G.H.Hardy Britský matematik W. Weinberg Německý lékař Hardy-Weinbergův zákon Vyjadřuje vztah mezi četnostmi alel a četnostmi genotypů v dané populaci.

55 Podmínky platnosti HW zákona populace musí být panmiktická nepůsobí v ní selekce nedochází k mutacím nedochází k migraci jedinců mezi různými populacemi je dostatečně velká (min.1000 jedinců)

56 HARDY-WEINBERGŮV ZÁKON frekvence alely A = p p+q = 1 frekvence alely a = q pro genotypové složení panmiktické populace platí: p 2 + 2pq + q 2 = 1 evolučně stagnuje zákon platí i pro alely na gonosomech

57 Využití HW zákona frekvence cystické fibrózy (AR) v populaci 1 : q 2 = 1:2500 = 0,0004 = 0,04 % q = 0,0004 = 0,02 p = 1- q = 1-0,02 = 0,98 2pq = 2. 0,98. 0,02 = 0,0392 = 0,04 = 4 % p 2 = 0,98 2 = 0,96 = 96 % frekvence hemofilie A (GR) 1 : mužů muži xy q = 1 : ženy xx q 2 = 1 :

58 Vlivy narušující HW rovnováhu nenáhodné párování (důsledky podobné jako autogamie či inbreeding) mutace mění četnost alel v genofondu, tomu odpovídá změna genotypového složení populace adaptivní hodnota F (tj. jaká je jeho reprodukční schopnost), vyplývá z působení selekčního tlaku letální geny: s = 1, F = 0 (genetická smrt) selekce a mutace ovlivňují složení genofondu populace