MENDELOVSKÁ DĚDIČNOST
Gen • Část molekuly DNA nesoucí genetickou informaci pro syntézu specifického proteinu (strukturní gen) nebo pro syntézu RNA • Různě dlouhá sekvence nukleotidů • Jednotka funkce Genotyp • Genetická výbava jedince, soubor všech alel jedince
Znak • Z genetického hlediska každá definovatelná vlastnost organismu (např. krevní skupina, barva očí, výška, hmotnost atp.) Fenotyp • Soubor všech znaků jedince; v užším smyslu - konkrétní forma znaku • Určován genotypem a může být modifikován vnějším prostředím
• Penetrance Pravděpodobnost, s jakou se varianta genu projeví ve fenotypu • Expresivita Míra s jakou se určitý genotyp projevuje ve fenotypu (tentýž genotyp se u různých jedinců žijících v různých prostředích může do fenotypu promítnout různě silně)
ZÁKLADNÍ POJMY POČET CHROMOSOMŮ Somatické buňky - diploidní – 2n dvě sady chromosomů – maternální / paternální původ autosomy, heterochromosomy člověk – 46 chromosomů: 46,XX nebo 46,XY
Pohlavní buňky (gamety) - haploidní – n obsahují jednu sadu chromosomů, náhodná segregace chromosomů (genů) do gamet
• • • •
Monogenní dědičnost Znak je určován jedním genem (párem alel) Dědičnost odpovídá Mendelovým zákonům Vnější prostředí - jen malý nebo žádný vliv na expresi monogenně podmíněných znaků
• Multifaktoriální dědičnost (polygenní dědičnost) • Dědičnost je kontrolována mnoha geny • Na expresi znaku se podílí jak genetická predisposice, tak faktory vnějšího prostředí • Fenotypové projevy mají kontinuální charakter
Mendelovy pokusy 1865
www2.edc.org/weblabs/WeblabDirectory1.html
Mendelovy závěry • • • •
Každý znak je kontrolován dvěma faktory Faktory pro odlišné znaky se dědí nezávisle Faktory se nemísí, jsou buď dominantní nebo recesivní Distribuce faktorů v samčí a samičí pohlavní buňce se řídí základními statistickými zákony • Výsledky křížení jsou stejné, když dominantní charakter náleží samčímu pohlaví a recesivní samičímu a naopak
Dominantní alela A Recesivní alela a Homozygot – AA nebo aa Heterozygot Aa
Mendelovy zákony platí pro dědičnost monogenně podmíněných znaků
1. MENDELŮV ZÁKON
Uniformita F1 generace Parentální generace (P) – čisté linie První filiální generace (F1) – uniformní Druhá filiální generace (F2) A
fenotyp
3 : 1
genotyp poměr
a
A AA Aa
1 :
2
: 1
a Aa aa
Dihybridismus Parentální generace (genotyp) Gamety
AABB x aabb AB ab
F1 generace (genotyp) Gamety Fenotyp i genotyp uniformní
F2 generace
gamety
Fenotypový štěpný poměr 9:3:3:1
AB
AAbb x aaBB Ab aB
AaBb AB, Ab, aB, ab
AB
Ab
aB
ab
Ab
AABB AABb AaBB AaBb AABb AAbb AaBb Aabb
aB
AaBB AaBb aaBB aaBb
ab
AaBb Aabb
aaBb
aabb
2. MENDELŮV ZÁKON Náhodná segregace genů do gamet Diploidní buňka (2n)
Haploidní gamety (1n)
3. MENDELŮV ZÁKON Zpětné křížení ( F1 x recesivní homozygot parentální generace) – fenotypový štěpný poměr 1:1
F1
Aa
x
aa
P
a
a
A Aa Aa gamety
A
a
a
a
a
aa aa
Aa : aa 1 : 1
• Zpětné křížení - křížení heterozygota s homozygotem • Testovací zpětné křížení (backcross – Bc) je křížení heterozygota s recesivním homozygotem.
Napište fenotypové a genotypové štěpné poměry dihybridismus při úplné dominanci
Typ křížení
Fenotypové štěpné poměry
Genotypové štěpné poměry
AABB x aabb
uniformní
uniformní
AaBb x AaBb
9:3:3:1
9 různých genotypů
AABB x AaBb aabb x AaBb
Genotypový štěpný poměr křížení AaBb x AaBb
gamety
AB
AB
Ab
aB
ab
Ab
AABB AABb AaBB AaBb AABb AAbb AaBb Aabb
aB
AaBB AaBb aaBB aaBb
ab
AaBb Aabb
aaBb
aabb
AABB AABb AAbb AaBB AaBb Aabb aaBB aaBb aabb 1 : 2 : 1 : 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1
Napište fenotypové a genotypové štěpné poměry dihybridismus při úplné dominanci
Typ křížení
Fenotypové štěpné poměry
Genotypové štěpné poměry
AABB x aabb
uniformní
uniformní
AaBb x AaBb
9:3:3:1
9 různých genotypů
AABB x AaBb
uniformní
1:1:1:1
aabb x AaBb
1:1:1:1
1:1:1:1
VZTAHY MEZI ALELAMI • Alely téhož genu mohou mít vůči sobě vztah: • a) úplné dominance a recesivity - fenotyp jedince určuje dominantní alela již v jedné dávce. • Fenotyp odpovídající recesivní alele - recesivní homozygoti • U mužů u genů lokalizovaných na heterochromosomu X hemizygotní stav (pseudodominance) • b) neúplné dominance - fenotyp heterozygota není shodný s fenotypem homozygotů • c) kodominance - genový produkt obou alel se rovnocenně projeví ve fenotypu (např. krevní skupiny AB nebo MN, alely HLA komplexu)
Vztahy mezi alelami
AA
Aa
• úplná dominance
• neúplná dominance • kodominance
aa
Krevně skupinové antigeny: ABO systém alely A, B, 0 - mnohotná alelie Alelní vztahy: A k B – kodominance A k 0 a B k 0 - dominance 0 - recesivní Krevní skupiny (fenotyp): A B
AB
0
Genotypy:
AB;
00
AA, A0; BB, B0;
DĚDIČNOST KREVNĚ SKUPINOVÝCH SYSTÉMŮ • MN systém Vztah alel M a N – kodominance Krevní skupiny (fenotyp): M
MN
N
Genotypy:
MN
NN
• Rh systém Alela D dominantní, d recesivní Krevní skupiny (fenotyp): Genotypy:
MM
Rh+ DD, Dd;
Rhdd
ABO systém - příklady matka
dítě
možný otec
vyloučený muž
O O O O A A A A B B B B AB AB AB AB
A B O AB A B O AB A B O AB A B O AB
A,AB B,AB O,A,B
O,B O,A AB --
matka vyloučena
ABO - výsledek matka
dítě
možný otec
vyloučený muž
O O O O A A A A B B B B AB AB AB AB
A B O AB A B O AB A B O AB A B O AB
A,AB B,AB O,A,B
O,B O,A AB --A,O AB O,A O,B -AB B,O ---
matka vyloučena
A,B,AB,O B,AB A,B,O B,AB A,AB A,B,AB,O A,B,O A,AB A,B,AB,O A,B,AB,O matka vyloučena
A,B,AB
O
Příklad: Rh systém • Matka má krevní skupinu RH+, otec RHZapište genotypy rodičů! Jakou krevní skupinu může mít jejich dítě? otec Rh-: genotyp dd, matka Rh+: DD nebo Dd Dítě:
Rh+ (matka DD nebo Dd) Rh- (matka Dd)
Příklad: Barva očí • Zjednodušený model dědičnosti barvy očí zahrnuje jeden gen s dvěma alelami řídícími se Mendelovými zákony. Hnědá barva je dominantní nad modrou. • Hnědooký muž, jehož otec má modré oči, se oženil s modrookou ženou. Jaká je pravděpodobnost, že jejich dítě bude mít hnědé oči?
Barva očí muž Hh H h
Gamety
žena hh h h
h
h
H
Hh
Hh
h
hh
hh
Pravděpodobnost, že dítě bude mít hnědé oči je ½.
Rříklad: Hledík Antirrhinum majus Křížením červenokvětých rostlin hledíku s bělokvětými získáme F1 generaci s růžovou barvou květu.
P:
AA
aa
F1:
Aa
Jaký je vztah mezi alelami A a a? Jaký bude fenotypový štěpný poměr v F2 generaci?
• V lidské populaci se vyskytuje znak, kterým je schopnost srolování jazyka do tzv. korýtka. Tento znak je podmíněn dominantní alelou (označme jako B), naopak jedinci bb tuto schopnost nemají. Vyzkoušejte sami na sobě. • Zjistěte co nejvíce o dědičnosti tohoto znaku v následujících rodinách.
RNDr. Pavel Lízal, Ph.D. | Ústav experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta MU
Děti muže, který umí dát jazyk do korýtka a ženy, která tuto schopnost nemá, jsou všechny schopny jazyk srolovat. Jaké jsou genotypy všech členů rodiny?
P: F1:
BB
x Bb
bb
• Muž se schopností srolovat svůj jazyk do korýtka, jehož oba rodiče to umějí také, se oženil s ženou, která také umí jazyk srolovat, avšak tuto schopnost má pouze její otec, matka to nedokáže. Měli jedno dítě, které neumí dát jazyk do korýtka. Jaké byly nejpravděpodobnější genotypy všech těchto jedinců?
BP: F1:
BBb
Bx bb
bb Bb
Jaká je pravděpodobnost, že první dítě dvou heterozygotních rodičů se schopností srolování jazyka toto nebude umět? Umí-li první dítě dát jazyk do korýtka, jaká bude pravděpodobnost, že druhé dítě to nebude umět?
ODCHYLKY OD MENDELOVÝCH ZÁKONŮ
• Mitochondriální dědičnost – matroklinní • Vazba genů • Genomický imprinting - ovlivnění transkripce - DNA methylace - modifikace
DNA, která je děděna dceřinými buňkami bez změny sekvence DNA. Počet a uspořádání methylovaných cytosinů ovlivňuje funkci genů; nízká methylace vede k vysoké aktivitě a naopak. Enzymy skupiny DNAmethyltransferas udržují po replikace DNA identický typ methylace jaký byl před replikací.
• Zárodečný mosaicismus
