TYPY DĚDIČNOSTI GONOSOMÁLNÍ DĚDIČNOST

Transkript

1 TYPY DĚDIČNOSTI GONOSOMÁLNÍ DĚDIČNOST

2 DĚDIČNOST POHLAVNĚ VÁZANÁ geny lokalizované na pohlavních chromozomech X nebo Y řídí vznik nejen primárních pohlavních znaků přenos genů na potomky je vázán na přenos pohlavních chromozomů - syn XY, dcera XX chromozomy X a Y se liší tvarem i velikostí aby mohla probíhat meióza, jsou v malém terminálním úseku krátkých ramen vzájemně homologní - zde tvoří bivalenty a může nastat crossing-over

3 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 (na Y chr. asi jen 13 genů) 3) geny na heterologní části X chromosomu = tzv. gonosomální dědičnost (přes 300 genů) u mužů se gen vždy projeví ve fenotypu (u recesivních znaků dochází k pseudodominanci); má jen 1 X chr. - tzv. hemizygot - genotypy: XY, xy

4 GONOSOMÁLNÍ DĚDIČNOST u ženy XX - geny se chovají jako na autosomech (genotypy XX, Xx, xx) muži (genotypy XY, xy) - hemizygoti, gen se projeví vždy ve fenotypu - pseudodominance rodiče XX x XY Xx x XY xx x XY XX x xy Xx x xy xx x xy dcery synové XX Xx xx XY xy 1 1 0,5 0,5 0,5 0, ,5 0,5 0,5 0,5 1 1 znak domin. znak reces. znak domin. znak reces. 3 : 1 1 : 1

5 Reciproké křížení má-li se odlišit autosomální dědičnost od dědičnosti gonosomální - provede se reciproké křížení v případě autosomální dědič. výsledky jsou stejné v případě gonosomální dědič. jsou rozdíly - např. barva oka drosofily: červená barva - dominantní znak, bílá barva - recesivní znak P XX x xy P xx x XY dědičnost křížem F1 Xx x XY F1 Xx x xy F2 XX Xx XY xy F2 Xx xx XY xy

6 Gonosomální recesivní dědičnost znak může přeskočit i více generací, není souvislý generač. sled recesivní znak u všech mužů s recesivní alelou v populaci převažují postižení muži (choroba je častější u mužů než u žen) všechny děti nemocného muže jsou zdravé dcery jsou přenašečky znak se nikdy nepřenáší přímo z otce na syna, přenáší se přes sérii přenašeček recesivní znak u žen je velice vzácný žena heterozygot (Xx) je zdravá = tzv. přenašečka recesivní alelu předává polovině svých synů polovina dcer je zdravých, polovina jsou přenašečky I. II. III. IV. XY Xx XY XX xy Xx XX xy

7 Gonosomální dominantní dědičnost XD dědičné choroby nejsou tak časté jako XR dědičné choroby nemocní všichni muži s patol. dominantní alelou (XY) v populaci převažují nemocné ženy (XX i Xx) nemoc u Xx žen je mírnější než u hemizygotních mužů (nemoc je u mužů často letální) ženy Xx mají nemocnou polovinu dětí (synů i dcer) dominantní znak se nepřenáší přímo z otce na syna nemocný muž má všechny syny zdravé a všechny dcery nemocné Rozdíly mezi autozomální a gonozomální dědičností dědičnost lze určit podle potomstva nemocného muže AD - nemocný muž znak přenáší na syny i dcery GD - nemocný muž má všechny syny zdravé a všechny dcery nemocné GR - všechny děti nemocného muže jsou zdravé (dcery jsou přenašečky)

8 Gonosomální dominantní dědičnost (např. krevní skupina Xg) v Evropě antigen Xg(a+) u 67 % mužů, ale u 89 % žen XY xx xy Xx xy Xx

9 AD obě pohlaví (otec dcery i syny nemocné) GR jen muži GD obě pohl., otec jen dcery nem. GR příbuzen. sňatek

10 GENETIKA POPULACÍ HARDY-WEINBERGŮV ZÁKON

11 DEFINICE POPULACE soubor jedinců téhož druhu, kteří žijí v určitém čase, na určitém místě a mohou se vzájemně mezi sebou křížit genofond = soubor všech alel na všech genových lokusech v gametách všech členů populace konkrétní gen je v populaci obvykle zastoupen 2 či více alelami, které jsou v genofondu přítomny v určitém poměru frekvence každé alely v populaci ovlivňuje frekvenci genotypů i fenotypů genetika populací - zkoumá genofond populace a faktory, které ho mohou ovlivňovat během střídání generací

12 AUTOGAMIE samooplození (jen samosprašné rostliny) podobný efekt má příbuzenské křížení (inbreeding) heterozygoti tvoří potomky různých genotypů v poměru 1:2:1 (AA : Aa : aa) v každé generaci se snižuje počet heterozygotů populace se homozygotizuje, tj. je tvořena 2 čistými liniemi homozygotů AA, aa, heterozygotů Aa je velmi málo alelová frekvence se nemění, mění se jen genotypové frekvence

13 PANMIXIE zcela náhodné párování jedinců jedné populace (gonochoristé, cizosprašné rostliny) jsou-li splněny podmínky ideální panmixie, alelové frekvence a jim odpovídající genotypové frekvence jsou stálé, neměnné ideální panmiktická populace: dostatečně velká - v malé populaci se uplatní genetický drift, který časem změní genotypové frekvence nejsou mutace - mutace mění A a a tím mění genofond neprobíhá selekce - odlišné rozmnožovací úspěchy alel by rovněž porušily rovnováhu žádná migrace - genový tok (=přenos alel z jiné populace) může zvýšit či snížit frekvenci dané alely náhodné párování a úplné střídání generací

14 HARDY-WEINBERGŮV ZÁKON je pojmenovaný podle dvou vědců, kteří uskutečnili nezávisle na sobě stejný objev v r frekvence alely A = p frekvence alely a = q p + q = 1 Godfrey Harold Hardy ( ) britský matematik Wilhelm Weinberg ( ) německý lékař pro genotypové složení panmiktické populace platí: p 2 + 2pq + q 2 = 1 AA = p 2 Aa = 2pq aa = q 2 genotypová rovnováha se ustálí hned po první generaci a zůstává zachována, pokud se v populaci nemění alelové frekvence - taková populace evolučně stagnuje zákon platí i pro alely na gonozomech: muž je hemizygot, proto rozložení genotypů je p + q = 1; u žen jsou alely dvě, proto tvoří 3 genotypy s rozložením p 2 + 2pq + q 2 = 1

15 Využití HW zákona Hardy-Weinbergovy rovnice se využívá pro výpočet alelových frekvencí genetických chorob 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 : (tj. 0,0001) ženy xx q 2 = 1 : (tj. 0, = ) ženy Xx 2pq = ,0001 = 0,0002 (tj. 0,02%)

16 Důsledky Hardy-Weinbergova zákona do H-W rovnováhy, se populace dostane hned po první panmiktické generaci u autozomálních alel a alelové ani genotypové frekvence se nebudou v dalších generacích měnit, pokud se zachovají podmínky rovnováhy u gonozomálních X-vázaných alel se v populaci dosahuje rovnovážného stavu až za více generací genová vazba zpomaluje dosažení genetické rovnováhy čím je vazba těsnější, tím se dosahuje pomaleji v ideální panmiktické populaci stagnuje evoluce čím má alela v populaci nižší frekv., tím častěji se vyskytuje u heterozygotů Tabulka q 2pq q 2 2pq : q 2 0,5 0,5 0,25 2 : 1 0,1 0,18 0,01 18 : 1 0,01 0,0198 0, : 1

17 Vlivy narušující HW rovnováhu v přírodě skutečná panmixie neexistuje, je narušována: nenáhodné párování - tzv. homogamie (důsledky jsou podobné jako u autogamie či inbreedingu - pokud se partneři vybírají podle podobných znaků) mutace mění četnost alel v genofondu, tomu odpovídá změna genotypového složení populace, ustaví se nové alelové frekvence selekce - každý genotyp má v určitých podmínkách určitou adaptivní hodnotu f (tj. jaká je jeho reprodukční schopnost, zdatnost), vyplývá z působení selekčního tlaku letální geny: s = 1, f = 0 (genetická smrt) selekční a mutační tlak ovlivňují výrazně složení genofondu populace, protože mění frekvence alel migrace vnáší do genofondu nové alely z jiné populace rozšíření nové alely závisí na její adaptivní hodnotě v nových podmínkách, tj. na selekčním tlaku

18 velikost populace - v malé populaci dochází náhodně k velkým změnám četnosti alel v genofondu populace - tzv. genetický posun (drift) v malé populaci se do další generace náhodně přenášejí jen některé alely při omezeném počtu potomků mění se alelová i genotypová frekvence kterákoliv alela v další generaci je s pravděpodobností 1/4 zdvojena nebo ztracena ab x cd Vlivy narušující HW rovnováhu ac, ad, bc, bd ac, ad, bc, bd - alela c se zdvojila, d zmizela malé populace jsou homogennější s malou genotypovou i alelovou variabilitou (vznikají tak izoláty)

19 MIMOJADERNÁ DĚDIČNOST (DĚDIČNOST MATROKLINNÍ)

20 MIMOJADERNÉ GENY EUKARYONT malé kruhové DNA se nacházejí v mitochondriích a plastidech (semiautonomní organely) mimojaderná DNA je cirkulární, nahá bez histonů, replikuje se nezávisle na replikaci jaderné DNA mimojaderné geny se neřídí Mendlovými zákony kódují znaky spjaté s funkcí dané organely - u mitochondrií syntéza ATP, u rostlin tvorba chlorofylu a fotosyntéza

21 Mitochondriální DNA (mtdna) chromozom prokar. typu, ve více kopiích (u člověka 5 10, tj. asi 1% z celkové DNA savčí buňky) molekula dlouhá pb (sekven. známa od r. 1981) nese informaci: pro některé enzymy dýchacího řetězce (cytochrom b, cytochromoxidáza) pro některé podjednotky dehydrogenázy NADH pro ATP syntetázu (komplex F 0 +F 1 ) pro 2 rrna pro 22 trna ostatní proteiny mitochondrií jsou kódovány jadernými geny

22 MATROKLINITA mimojaderné geny se dědí po matce vajíčko přináší do zygoty hodně cytoplazmy (včetně mitochondrií), ze spermie se do jádra nedostane žádná mitoch. při mitóze se rozcházejí mitochondrie do buněk náhodně u heterozygotů nejsou žádné charakteristické štěpné poměry heteroplazmie - buňka obsahuje organely s normální a mutovanou mtdna (např. pro tvorbu cytochromu) homoplazmie - buňka má všechny mitochondrie jen s normální nebo jen mutovanou mtdna obr.12-33; Thompson & Thompson: Klinická genetika, W.B. Saunders Comp., 1991, překlad: P. Goetz, Triton, 2004

23 MITOCHONDRIÁLNÍ CHOROBY první choroby u člověka popsány v 90. letech 20. stol. - matroklinní dědičnost, jsou multifaktoriální postihují tkáně citlivé na nedostatek energie (zrakový nerv, CNS, svaly, játra, kostní dřeň, ale i diabetes, hluchota aj.) stupeň heteroplazmie přispívá k pleiotropii a variabilní expresivitě např. Leberova hereditární optická neuropatie = rychlá oboustranná slepota z atrofie zrak. nervu u mladých dospělých (výskyt 1 : , vyšší penetrance u mužů) jde o 2 bodové mutace v genu pro podjednotku NADH dehydrogenázy je aktivita transportu elektronů, vázne oxidativní fosforylace

24 Mimojaderná dědičnost u baktérií PLAZMIDY - malé kruhové mol. DNA v cytopl. baktérií nejsou životně nezbytné, pouze zvýhodňují životnost baktérie nesou řadu genů: R plazmidy - sdružená resistence bakt. vůči antibiotikům Col plazmidy - produkce bakteriocinů (proteiny s antibiotickým účinkem, zabíjí baktérie bez tohoto plazmidu) F plazmidy - pro konjugaci baktérií - přítomnost F plazmidu umožní vytvořit pilus, kterým se F + bakt. přichytí k F - bakt. cytoplazmatickým můstkem se F plazmid přenese ve směru F + F - obr. 70; V. Kubišta: Buněčné základy životních dějů, Scientia, Praha 1998

25 KONJUGACE BAKTÉRIÍ - pokrač. F plazmid se může včlenit do bakteriálního chromozomu při konjugaci bude můstkem přecházet vedle plazmidu i část kopie bakteriálního chromozomu - vzniká nová bakteriální rekombinanta (rekombinace je dosaženo bez sexuálního procesu, nejde o skutečné pohlavní rozmnožování = parasexuální rekombinace obr. 71; V. Kubišta: Buněčné základy životních dějů, Scientia, Praha 1998

26 PLAZMIDY JAKO VEKTORY do DNA plazmidů lze včlenit cizorodé geny takto rekombinovaný plazmid slouží jako vektor pro přenos cizorodé DNA do jiných buněk využívá se toho v genových manipulacích k vytvoření rekombinovaného plazmidu jsou nutné restrikční endodonukleázy (= bakteriální enzymy štěpící DNA) Espero Publishing, s.r.o.

27 Restrikční endonukleázy Eco RI Escherichia coli 5 GAATTC 3 3 CTTAAG 5 Hind III Haemophilus 5 AAGCTT 3 influenzae 3 TTCGAA 5 Hind II 5 CAG CTG 3 3 GTC GAC 5

28 TRANSDUKCE jako vektory cizích genů lze využít BAKTERIOFÁGY podmínkou rekombinace bakteriofágem - tzv. mírný (lyzogenní) bakteriofág = po napadení hostitelské buňky se fág zabuduje do DNA hostitele, množí se s ní a buňku nezničí fág prodělává lyzogenní cyklus při uvolnění fága z DNA hostitele může vzít s sebou část molekuly DNA a přenese ji do jiného hostitele (opět musí být lyzogenní cyklus) Espero Publishing, s.r.o.

29 Lytický a lyzogenní cyklus fága Espero Publishing, s.r.o.

30 TRANSFORMACE jedna z možností tzv. parasexuální rekombinace u baktérií (rekombinace není spojena s rozmnož.) genetická informace se horizontálně přenáší volnými molekulami DNA (asi jen 1-2 donorové geny) tímto způsobem baktérie mohou znovu získat vlastnosti, které mutací dříve ztratily - např. nevirulentní kmeny baktérií opět získají virulenci 1928 Frederick Griffith hledal lék proti baktériím (Streptococcus pneumoniae), způsobujícím zápal plic (kmen virulentní S a nevirulentní R): 1944 Oswald Avery a kol. zjistili, že Griffithův transformační faktor je DNA