Dědičnost pohlaví a znaků souvisejících j sp pohlavím Výběr z přednášky
Reprodukce p organismů g základní vlastnost živých organismů snaha o zachování života, vznik nových jedinců, předávání a kombinace genetického založení
Mnohobuněčné organismy mají - buňky: somatické a zárodečné
Rozmnožování Nepohlavní – AMIXIS : bez zvýšení genotypové proměnlivosti (asexuální rozmnožování - mitóza – nový jedinec geneticky shodný s rodiči) Evolučně starší než pohlavní rozmnožování
Rozmnožování
Pohlavní - AMFIMIXIS - zvýšení ý g genotypové yp proměnlivosti (tvorba pohlavních buněk – gamet – meióza → oplození)
• Hermafrodité – v organismu se tvoří oba typy pohlavních buněk (vajíčka i spermie)
• Gonochoristé – dvě oddělená pohlaví organismus tvoří buď jen spermie nebo jen vajíčka.
Rozmnožování APOMIXIS: bez splynutí pohlavních buněk (bez vzniku zygoty) • Partenogeneze (parthenos = panna, panna genesis - vznik): neoplozená samičí buňka, z níž se vyvíjí genetické kopie, klony – častější u nižších organismů - někdy dochází k heterogonii – (střídání pohlavní a nepohlavní generace)
• Fakultativní partenogeneze: diplo-haploidní organismy – blanokřídlí (např. včely, mravenci) Existují i další varianty - rozmnožování
Mechanismy determinace pohlaví
Genetické mechanismy vzniku pohlaví jsou doprovázeny
.
vznikem (diferenciací) pohlavních chromozómů
Evoluce pohlavnosti Rozmnožování pohlavní Proti gonochorismu stojí hermafroditismus: • Pohlaví nerozlišeno ý jjedinec vytváří y ggamety y obou ppohlavních typů yp nebo jjen • Tentýž pohlavního typu jednoho – izogamety Vývoj gonochorismu: • Mutace:
potlačení jednoho typu orgánů ♂ vzniká ze ♀
♂ ♀
• Translokace: přesun chromoz. hmoty a vznik pohlavních chromozomů
Evoluce pohlavnosti Rozmnožování pohlavní
Přináší evoluční výhody: • Kombinaci genomů odlišných gamet • Rekombinaci genetické informace (při meiotickém crossing overu)
Vzniká pohlavní dimorfismus (gonochorismus): • Vyvinuly se dva typy pohlaví – samčí a samičí • Dva D typy pohlavních hl í h buněk b ěk – spermie i a vajíčka jíčk • Dva odlišné pohlavní fenotypy • Nová N á generace vzniká iká splýváním lý á í gamett • Střídání fází – haploidní, diploidní
Výhody ý y asexuálního ((nepohlavního) p ) rozmnožování: •
netřeba hledat sexuálního partnera (organismus vytváří jen své vlastní kopie)
•
netřeba investovat množství energie a času do namlouvacích rituálů
•
počet potomků je cca 2x větší než u sexuálního chování
•
všichni šichni dospělci plodí potomk potomky
Nevýhoda asexuálního rozmnožování: •
Nevznikají nové kombinace genů a potomci se od rodičů zásadně neliší.
•
Horší přizpůsobivost změnám podmínek prostředí.
•
Někteří tvorové proto střídají nepohlavní a pohlavní rozmnožování (koráli, mšice) které jim dovoluje plození potomstva s pohlavním rozmnožováním mšice), rozmnožováním, jímž generaci potomků zušlechtí.
Základní teorie determinace pohlaví a) Chromozómová teorie determinace pohlaví b) Genotypová teorie determinace pohlaví – (teorie genové rovnováhy)
Základní teorie determinace pohlaví a) Chromozómová teorie determinace pohlaví Rozdílný komplex pohlavních chromozomů u samce i samice člověk má 22 p párů autozomů a 1 pár p g gonozomů = p pohlavních chromozomů
X ;Y
Člověk má v somatických buňkách celkem 46 chromozomů (44 + 2) Sadu autozomů budeme značit A ; dvě sady AA • •
AA XX ……. pohlaví homogametní; AA XY ……. pohlaví heterogametní
Pohlavní typy: • Drosophila (savčí) jeho modifikace PROTENOR • Abraxas (ptačí) • H b Habracon
Chromozomová teorie determinace pohlaví - pohlavní typy: SAVČÍ TYP – (typ Drosophila – dle octomilky Drosophila melanogaster) (např. savci, ryby, dvoukřídlý hmyz, některé dvoudomé rostliny) (A = sada d autozomů, t ů AA = dvě d ě sady d autozomů) t ů) samička – homogametní pohlaví AA XX
(vajíčka jednoho typu AX)
sameček – heterogametní g p pohlaví AA XY ((spermie p dvou typů yp AX; AY)) Chromozóm Y (od samce) předurčuje vývoj zárodku v samce. P: AA XX (samice) x AA XY (samec) ♀; AA XY ((50%)) ♂ F1: AA XX ((50%)) ♀ --------------------------------------------------------------------
PTAČÍ TYP – (typ Abraxas - dle motýla píďalky angreštové Abraxas grossulariata) (např ptáci, (např. ptáci plazi, plazi některé ryby a obojživelníci obojživelníci, motýli) samička je heterogametická AA XY nebo AAZW (vajíčka dvou typů AX; AY) sameček č k jje h homogametický ti ký AA XX nebo b AAZZ
( (spermie i jjednoho d h ttypu AX)
Určujícím nositelem pohlaví zygoty je zde samička. P: AA XY (samice) F1:
x AA XX (samec)
AA XY (50% samic) ♀; AA XX (50% samců) ♂;
Chromozomová teorie determinace pohlaví - pohlavní typy: TYP PROTENOR – (modifikace typu savčího dle ploštice Protenor belfragii) (např. výskyt u některých ploštic, kobylek) v gametě tě chybí h bí zcela l chromozóm h ó Y, samčí pohlaví je určeno přítomností jednoho X samec je …….. AA X0 (hemizygot) spermie AX a spermie A0 (bez pohlavního chromozómu 0 jen s autozómy A) samice je ……. AA XX (homogametická) (vajíčka AX) P: AA XX (samice) x AA X0 (samec) F1: AA XX (samice), AA X0 (samec)
Chromozomová teorie determinace pohlaví - pohlavní typy: TYP HABRACON - (typ haplo-diploidie) (např. fakultativní partenogeneze – u včel, vos, mravenců) Není chromozóm Y pouze X. U samčích buněk při spermatocytogenezi nedochází k meiotickému dělení. Samci mají jednu sadu chromozómů (haploidní počet !!) v somatických buňkách Samice mají dvě sady chromozómů (diploidní počet) v somatických buňkách samci (AX) tvoří ………….. AX (spermie) samice (AA XX) tvoří ………AX (vajíčka) •
Z neoplozených vajíček AX vznikají partenogeneticky jen SAMCI (AX) haploidní počet chromozomů - např. u včel trubci.
•
Oplozením = splynutím vajíčka (AX) a spermie (AX) vznikají pouze samičky (AA XX) (např. u včel královna a dělnice)
Pohlavní typy Typ drosofila (savčí)
P
♂
♀
AAXY
AAXX
AY
AX
F1
J h modifikace Jeho difik „PROTENOR“ PROTENOR“
P
AAXY
♀
♂
Savci, dvoukřídlí, ryby.
♀
AAXO
AAXX
AO
AX
AX X GAMETY
AAXX
♂
F1
AX X
AAXX
AAXO
♀
♂
GAMETY
Ploštice, kobylky.
Pohlavní typy Typ abraxas (ptačí)
P
♀
♂
AAXY
AAXX
AX
AY
F1
Jeho modifikace
P
AAXX
♀
♂
Hmyz, ryby, plazi, ptáci.
♂
AAXO
AAXX
AX
AO
AX X GAMETY
AAXY
♀
F1
AX X
AAXO
AAXX
♀
♂ Moli.
GAMETY
Pohlavní typy Typ habracon - např.včely, mravenci, vosy
GAMETY
Samice vznik oplo ením oplozením
♂
♀
AX
AAXX
n
2n AX
AX
AAXX
♀
♂
AX
AX
Samci vznik partenogenezí z neoplozeného vajíčka
b) Genotypová determinace pohlaví: (teorie genové rovnováhy) Pohlaví je - komplexním fenotypem determinovaným řadou genů, jak z pohlavních chromozómů chromozómů, tak z autozomů, autozomů které se realizují pod vlivem vnitřního a vnějšího prostředí. Každá zygota - potenciálně bisexuální (indiferentní základ pohlavních žláz a jejich diferenciace až v průběhu embryonálního vývoje). Za vznik pohlaví odpovídají pohlavní chromozómy a faktorové – genové komplexy: - samčí (maskulinní) faktory - samičí (feminní) faktory
M F
Uložení jak v pohlavních chromozómech, tak v autozómech. U gonochoristů lze rozeznávat 3 základní typy genotypové determinace pohlaví: 1) Drosophila 2) Lymatria (Abraxas) 3) Habracon
Genotypová determinace pohlaví (zjednodušené schéma): Typ yp DROSOPHILA: ((např. p savci,dvoukřídlí, , , ryby, y y, dvoudomé rostliny) y) F (♀ faktor) výskyt v X chromozómech; M (♂faktor) výskyt v sadě autozómů ; FF > MM; MM >F AAXX ♀ AAXY ♂ MM FF
MMF
Typ ABRAXAS (Lymatria): (např. ptáci, plazi, motýli, některé ryby a obojživelníci) F (♀faktor) výskyt v Y chromozómech; M (♂faktor) výskyt v X chromozómech F>M AAXX ♂ AAXY ♀ MM
MF
Typ HABRACON: (blanokřídlí, (blanokřídlí např. např včely, včely mravenci) F (♀ faktor) výskyt v X chrom. ; M (♂ faktor) výskyt v X chrom. ; FF > MM F<M AAXX ♀ AX ♂ MMFF
MF
Mechanismy determinace pohlaví Environmentální: • Nejčastěji vliv teploty, teploty pohybu, pohybu chemické vlivy, výživa, teploty inkubace vajíčka, aj • Například: aligátoři
♂
♀ • Například: želvy
• Například: krokodýli
♂
♀
♂
♀
♀
Determinace pohlaví
Genetické mechanismy (specifické pohlavní geny a pohlavní chromozómy) (u vyšších živočichů a některých rostlin) TDF gen, SRY gen a další geny
(testes determinující geny)
ODG
(ovaria determinující geny)
Indiferentní základ pohlaví Diferenciace samčího pohlaví
Diferenciace samičího pohlaví
Mechanismy determinace pohlaví Genetické:
• embryonální reprodukční struktury jsou u obou pohlaví stejné (bisexuální) - tvořeny: • kůrou (cortex) a dření (medula) Vývoj
kůra (cortex) ků ( t ) vnější dřeň (medula) vnitřní
Vývojj cortikální Vý tikál í vrstvy t potačení medulární vrstvy
♀
Vývoj medulární vrstvy potačení cortikální vrstvy
♂
Mechanismy determinace pohlaví
U samce: ggen SRY – Sex – determining region Y chromosome (pohlaví určující oblast Y chromozómu)
AAXY je Y chromozóm jje SRY g gen
Pod vlivem TDF faktoru je podporován vývoj meduly a dochází k degeneraci cortexu
vzniká jeho produkt TDF
testis determining faktor
rozvoj meduly (testes)
TDF je produkt genu SRY lokalizovaném na Y chromozómu
produkce d k testosteronu t t t samčí diferenciace
Mechanismy determinace pohlaví
U samice: Při nepřítomnosti Y chromozómu h ó chybí h bí SRY
AAXX
gen i jeho produkt TDF a
chybí SRY
proto dochází k vývoji
nevzniká TDF
cortexu a degeneraci medule
rozvoj cortexu (vaječníků) produkce estrogenu
samičí diferenciace
Müllerův a Wolfův vývod Embryonálně u člověka je současně založen Müllerův a Wolfův vývod. U samce degeneruje Müllerův vývod a z Wolffova vývodu vznikají samčí pohlavní hl í cesty t - chámovody. há d U samic je tomu naopak z Müllerova vývodu – vznik vejcovodů.
Genotypová determinace pohlaví (savci)
Pohlavní indexyy (PI) ( ) PI =
počet X ch. ch počet sad autozomů
tj.
F M
AAXX
1:1
1
normální ♀
AAXY
1:2
0 5 0,5
normální ♂
AAXXX
3:2
1,5
nadsamice
AAXYY
1:2
0,5
nadsamec
AAX
1:2
0 0,5 5
Turnerův syndrom ♀
AAXXY
1:1
1
Klinefelterův syndrom ♂
Anomálie v p počtu,, pohlavních p chromozómů (g (genomové mutace - aneuploidie) - vznik nenormálních pohlavních fenotypů:
• Turnerův syndrom (45 chrom.)( ♀)
……AA X
• Klinefelterův syndrom (47 chr.) (♂) ….. AA XXY
Aneuploidie – monozomie X •
Turnerův syndrom – u žen
•
((45 chrom.)( )( ♀)
•
Monozomie člověka slučitelná se životem
……AAX0
Chybění jednoho ze dvou chromozomů X (monozómie X) – u žen Min. 95 % úmrtnost plodu. Postižená má nápadný sexuální infantilismus, atrofii vaječníků – sterilita. •
Nízký vzrůst (cca 145 – 150 cm), široký krk s kožními řasami, mírná mentální retardace, zvýšené riziko kardiovaskulárních problémů atd. .
• Klinefelterův syndrom (47 chr.) (♂) ….. AAXXY • Nadpočetný X chromozóm v normálním komplexu muže • Jedinec s nevýraznými pohlavními znaky eunuchoidní habitus (vysoký vzrůst, dlouhé končetiny); • hypoplazie gonád, bývají zvětšená prsa, sterilita, častá obezita atd atd. • Formy s více X provází i psychická retardace. • (syndrom pojmenován po doktoru Harrym Klinefelterovi – r. 1942)
Další anomálie v počtu - pohlavních chromozomů (genomové mutace – aneuploidie)
• Syndrom 47,XXX (trizomie X) (nadsamice – superfemale) •
( ♀) (polyzómie X chromozómů) ….AAXXX Nadbytečný chromozom u žen. (četnost 1:1000) Fenotypicky normální žena, poruchy plodnosti, někdy poruchy učení, slabomyslnost roste s počtem X X.
• Syndrom 47,XYY (nadsamec – supermale) (♂) ……….AAXYY Nadbytečný Y chromozóm u mužů. (četnost 1:1000) Syndrom má minimum klinických příznaků, psychosociální poruchy učení, zvýšená agresivita nebyla potvrzena, někdy nadprůměrný vzrůst. vzrůst
Gynandromorfismus – chimérický charakter organismu – nese znaky obou p pohlaví. (častější u nižších živočichů např. hmyzu) Vzniká např. „non – disjunkcí“, poruchou di t ib distribuce chromozomů h ů do d dceřinných d ři ý h buněk, během mitotického dělení.
Vznik gynandromorfismu TYP DROSOPHILA
AX
AX
AAXX
Mitotická NON-DISJUNKCE
AAXX
AAX
1 DĚLENÍ - BLASTOMÉRY 1.
Vznik gynandromorfismu TYP ABRAXAS
AX
AX
DVOJÍ OPLOZENÍ
+ AX
AY
AAXX
AAXY
DVOUJADERNÉ VAJÍČKO
1 DĚLENÍ - BLASTOMÉRY 1.
Vznik gynandromorfismu
TYP HABRACON (např. včely) DVOUJADERNÉ É VAJÍČKO
AX AX AX AAXX
+ NORMÁLNÍ OPLOZENÍ
AX
1 DĚLENÍ - BLASTOMÉRY 1.
Lyonizace (Mary Frances Lyonová 1961) U samic savců jeden ze dvou X chromozomů přetrvává v interfázi ve spiralizovaném stavu a vytváří v jádře specifický útvar X – chromatin - (sex chromatin) - Barrovo tělísko (Murray Barr – 1949) intenzivněji barvitelná hmota přilehlá na vnitřní stranu jaderné membrány. Inaktivace jednoho z chromozómů X (buď od otce či matky - LYONIZACE) proběhne u buněk v časném embryonálním stádiu stádiu, je náhodná a nezávislá na ostatních buňkách, ženy tak mají v těle cca ½ polovinu buněk s neaktivním otcovským a ½ s neaktivním mateřským X. Odchylka od 50 % = zešikmení inaktivace (vliv u gonozomálně vázaných onemocnění) Význam u heterozygotních kombinací alel genu.
S ičí organismus Samičí i je j mozaikou. ik Inaktivace chromozómu X spočívá p v metylaci y cytosinu y (přidání CH3 skupiny) (p p y) na jjeho DNA. Inaktivace je trvalá. Pouze v zárodečné tkáni - inaktivní chromozóm X reaktivován (pro úspěšnou oogenezi).
Barrovo tělísko
Lyonizace – „náhodná“ inaktivace jednoho z páru chromozomů X XX X - původ otcovský X–p původ mateřskýý
XX XX
XX
XX
XX
XX
X Vznik V ik dvou d souborů b ů buněčných klonů,
X X
X
X
X X
Náhodná inaktivace, v časné fázi ebryonálního vývoje (tisíce buněk). Týž chromozóm h ó zůstává inaktivován ve všech buňkách pocházejících z původní buňky tohoto stádia
Lyonizace XAXA = zdravý, d ý XA
Xa
3A > 2a
XA Xa
XA Xa
XA
Xa
XA Xa Xa XA
XA Xa
XA Xa = ?
alela „A“ +, „a -“
Barrovo tělísko
XA Xa
XaXa = nemocný, ý
Xa Xa
2A > 3a
XA
Xa XA XA
3A > 3a
P E N E T R A N C E
E X P R E S I V I T A
Inaktivace chr. X
anhidrotická ektodermální dysplasie (absence potních žláz); gen umístěný na X chromozómu je heterozygotní heterozygotní. Oblasti bez potních žláz jsou vyznačeny zeleně zeleně. Rozsah a umístění oblastí bez potních žláz u jednotlivých žen - náhodný.
Dědičnost znaků – genů souvisejících s pohlavím : I.) VÁZANÝCH na pohlaví : (na HETEROCHROMOZÓMECH) – a) geny úplně na pohlaví vázané na nehomologním (diferenciálním) úseku chromozomu X nebo Y Na nehomologním g úseku X a Y ke crossing–overu g nedochází (geny z této oblasti chromozómu X nepřejdou na Y a naopak; např. geny odpovídající za determinaci pohlaví - gen SRY chr. Y ) b)) g geny y neúplně p na pohlaví p vázané na homologním g úseku (pseudoautosomální oblast) X a Y, mezi chromozómy X a Y crossing–over g v homologních g segmentech g chromozomů (u člověka cca 5 % obsahu chrom.)
•
Pohlavně vázané geny segregují nezávisle na genech autozomálních !
Úplná vazba genu (znaku) na gonózom (pohlavní typ DROSOPHILA) P:
XaXa
XAY
gamety
Xa
XA
F:
XaXA
XAXA Y
XaY
XaY Xa
XA XAXa
Y
VAZBA genu ( A ) na chromozóm X
XAY Dědičnost přímá - holandrická
P
XX
XYA
XX
XYa
VAZBA genu ( A ) na chromozóm Y
F
XX
XYA
XX
XYa
Dědičnost přímá – pouze mezi samci
Úplná vazba genu (znaku) - gen K vázán na gonozóm X (pohlavní typ - abraxas) autosexing – peříčková metoda K – pomalá rychlost opeř. (ocas. pera) k – normální rychlost opeř. opeř Normální rychlost opeřování
Pomalé opeřování ř á í
♀ ♀ XKY
Y XK
x
Xk
XkY
Normální opeřování
Gen K úplně vázán na chromozómu X
bílá plemena kura (nejčastěji)
XkXk
Xk
úplná dominance
XKXk Pomalé opeřování
Dědičnost křížem !!
Úplná vazba na chromozóm X Dědičnost znaku (genu): X - gonozomálně recesivní Např. hemofilie, daltonismus …. Xa
XAXA
XAXa
XAY
XAXA …..zdravá XAXa ….zdravá – skrytý přenašeč postižení XaY ….. postižený
XaY
XAY
XaY
XAXa
XAXa
XAY
XAY
XAXA
Hemofilie - dědičnost X – gonozomálně recesivní (Xa) •
Uh hemofilie fili A jje snížena íž aktivita kti it koagulačního k l č íh faktoru f kt VIII (u varianty B - faktor IX). Snížená krevní srážlivost - spontánní krvácení do tkání a kloubů kloubů, zvýšené krvácení po poranění poranění. Různé formy závažnosti postižení.
•
(např .hemofilik syn Alexander cara Mikuláše II, nejznámější přenašečkou onemocnění anglická královna Viktorie – její syn Leopold zemřel na krvácení do mozku
•
Ženy převážně (skryté) přenašečky XAXa. Léčba podáváním deficitního faktoru.
•
Onemocnění dcery je nepravděpodobné, vždy nemocný muž XaY.
•
Onemocnění ženy - velmi vzácné např. pokud muž hemofilik má dceru s ženou přenašečkou a dcera by dostala od obou rodičů Xa Xa;
•
nebo žena s Turnerovým syndromem s jedním Xa;
•
nebo lyonizace u heterozygotek (zešikmení - neúměrná) inaktivace XA – chromozomů → více aktivních buněk s Xa
Královna Viktorie
Úplná vazba na chromozóm X Dědičnost znaku (genu): X – gonozomálně dominantní např.
vitamin it i D – rezistentní i t t í křivice kři i
…. XA
Dědičnost křížem, Dcery dědí dominantní znak k po otci t i a synové é recesivní znak po matce. (zde v I. a II. generaci)
XaY
XaXa
XAY
XaY
XAXa
XAXa
XaY
XAXa
XAY
XaXa
Nejsou skrytí přenašeči.
XaY
Úplná vazba na chromozóm Y Dědičnost znaku (genu): holandrická (přímá) Např. vzácný gen pro nadměrné ochlupení ušního boltce – (hypertrichosis pinae auris) u mužů (gen je předáván pouze mezi muži – přímá dědičnost)
XX
XX
XX
XYk
XYk
XYk
XYk
XX
XX
XYk
XX
Geny na pohlaví - neúplně vázané (pohlavní typ drosophila) •
rybka Aplocheilus latipes (medaka japonská) gen vlohy pro barvu je lokalizován v homologických segmentech heterochromozomů – (pseudoautozomální oblasti chromozómu X a Y) č červená áb barva ............R R (ú (úplná l ád dominance); i )
• •
bílá b barva
............ r
Příklad: křížíme bílou samici Xr Xr x XrYR možný přechod alel R,r genu mezi X a Y – crossing-overem při meioze
Gametogenezí (meiozou): • gamety samice (rodičovské kombinace): Xr • nebo i (crossing-overové) – rekombinantní: Xr • gamety samce (rodičovské kombinace): Xr , YR • nebo i (crossing-overové) – rekombinantní: XR, Yr
Dědičnost znaků – genů souvisejících s pohlavím : II ) OVLÁDANÝCH pohlavím (sex controled) : geny na II.) AUTOZÓMECH u ♂ i ♀ (fenotypový projev kontrolován nejčastěji pohlavními hormony) - sekundární pohlavní znaky i znaky užitkovosti. Časté u polygenní dědičnosti.
III.) OVLIVNĚNÝCH pohlavím (sex limited): (geny na y ý projev j - expresivita ovlivněna AUTOZÓMECH)) ♂ i ♀ ((fenotypový pohlavím, ale např. jen při heterozygotním založení)
Znaky pohlavím ovládané (geny jen na autozómech u obou pohlaví)
AABbCc..
G ♀ = G♂
AABbCc..
+♂ hormony
+♀ hormony projev j znaku k
O
Geny: A, B, C ... pro dojivost Geny: K, L, M ... pro hustotu ejakulátu
KKLlMm KKLlMm…
+♀ ♀ hormony O
G♀ = G♂
KKLlMm KKLlMm..
+♂ ♂ hormony projev znaku
Znaky pohlavím ovlivněné ( (geny j na autozómech jen t ó h u obou b pohlaví) hl í)
♂♂♂♀♀♀ AA
Aa
aa
Dom.
Dom.
Rec.
Ayrsch. mahagon
♂ ♀
AA
Aa
aa
Dom.
Rec.
Rec.
Ayrsch. červený
Aa
+
♂ hormony
Aa
+
♀ hormony
projev znaku 0
ŘADA MODIFIKACÍ
