Grundkenntnisse der Genetik. VDH-Akademie am 30. Oktober in Dortmund Helga Eichelberg

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1 Grundkenntnisse der Genetik VDH-Akademie am 30. Oktober in Dortmund Helga Eichelberg

2 Zelle Zellkern Chromosomen Gene Hund: 39 Chromosomenpaare Begriffspaare: dominant rezessiv homozygot - heterozygot

3 Begriffserklärungen Genpool die Gesamtheit der Gene einer Population Genom der gesamte Genbestand einer Art Genotyp der Genbestand des Individuums Phaenotyp das äußere Erscheinungsbild des Individuums Anlageträger ein rezessives Merkmal ist heterozygot vorhanden, aber nicht sichtbar Merkmalsträger ein rezessives Merkmal ist homozygot und somit sichtbar

4 Mutation Veränderung eines Gens Mutationen sind die Voraussetzung für die genetische Vielfalt A Allele: Verschiedene Gene am gleichen Genort a Spontane Mutationen Durch Mutagene ausgelöste Mutationen Strahlen, Chemikalien

5 Zellteilung: Mitose Voraussetzung für Wachstum und Reparatur Die Chromosomern verdoppeln sich. Die nach der Teilung entstandenen Zellen müssen den gleichen Chromosomensatz wie den der Ausgangszelle besitzen

6 Reifung der Geschlechtszellen (Meiose ) Befruchtung neues Individuum

7 Zellteilung: Meiose (Reduktionsteilung) Voraussetzung für die Befruchtung Die nach Teilungen entstandenen reifen Geschlechtszellen besitzen nur je einen Paarling der Chromosomenpaare

8 Reifung der Geschlechtszellen (Meiose ) Befruchtung neues Individuum

9 Erbgänge dominant rezessiv Monogen ein Gen bestimmt intermediär das Merkmal Polygen mehrere Gene sind an der Merkmalsausprägung beteiliegt Multifaktoriell Polygenie + Umwelt

10 Monogener rezessiver Erbgang B B x b b B B b b F1: B b B b x B b B b B b F2: B B B b B b b b Genotyp 1 : 2 : 1 Phänotyp: 3 : 1

11 Neufundländer B? und bb

12 Rückkreuzung B B x b b alle Nachkommen sind schwarz B b x b b B b b b B b B b b b b b schwarz : braun = 1 : 1

13 Progressive Retina-Atrophie (PRA) PRA rezessiver Erbgang mit rassespezifischen Genorten P gesund p erblindet P p X P p P p P p P P P p P p p p! Merkmalsträger treten auf: Beide Eltern sind Anlageträger!

14 Zwei Merkmale auf zwei verschiedenen Chromosomen Dihybride Kreuzung 4 verschiedene Haplotypen: A a B b A B A b a B a b

15 Zwei Merkmale auf zwei verschiedenen Chromosomen Dihybride Kreuzung Haarlänge: A - Kurzhaar a - Langhaar Haarfarbe: B - schwarz b - braun A a B b X A a B b A B A b a B a b A B A b a B a b Je 4 verschiedene Eizellen und Spermien sind möglich Es gibt also 16 verschiedene Kombinationsmöglichkeiten

16 Punnett sches Quadrat A B A b a B a b A B A B A b a B a b 9 Kurzhaar schwarz A B A B A B A B 3 Langhaar schwarz 3 Kurzhaar braun A b A B A b a B a b 1 Langhaar braun A b A b A b A b a B A B A b a B a b a B a B a B a B a b A B A b a B a b a b a b a b a b

17 Intermediäre Vererbung Ko-Dominanz Gemischte Merkmalsausprägung, von beiden Allelen beeinflusst Beispiel: Rote x Weiße japan. Wunderblume F1: Rosa

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19 Intermediäre Vererbung Ko Dominanz Merle-Faktor Kodiert eine typische Weißfärbung M M M M M M M m M m M m voll ausgefärbt gewünschte Färbung Weißling Homozygote Merle-Hunde neigen in vielen Rassen zu Defekten der Sinnesorgane Taubheit, Blindheit, Gleichgewichtsstörung

20 Geschlechtschromosomen X und Y Hündin: X X Rüde: X Y X X x X Y X X X Y X X X X X Y X Y 1 : 1

21 Schema geschlechtsgekoppelte Vererbung X gesund X irgendwie krank Überträgerin Rüde X X x X Y X X X Y X X X X X Y X Y

22 Geschlechtsgekoppelte Vererbung Hündinnen sind Konduktoren (Überträger) Rüden bekommen ihr X-Chromosom stets von der Mutter, somit u.u. auch das kranke Gen Überträgerinnen erzeugen zur Hälfte kranke Söhne und Überträger-Töchter

23 Geschlechtsgekoppelte Vererbung Haemophilie = Bluterkrankheit X H = gesund X h = krank X H X h x X H Y X H X h X H Y X H X H X h X H X H Y X h Y

24 Geschlechtsbegrenzte Vererbung Die Geschlechtsbegrenzung besteht darin, dass Merkmale bei dem einen oder anderen Geschlecht aus anatomischen oder physiologischen Gründen nicht sichtbar werden können, obwohl es sich um Merkmalsträger handelt. Beispiel: Kryptorchismus Fazit: Auch Hündinnen sind an der Vererbung des Kryptorchismus beteiligt

25 Weshalb sind Zuchtergebnisse nicht sicher voraussagbar? 1. Der Genotyp und der Phaenotyp können unterschiedlich sein 2. Das Problem der polygenen Erbgänge 3. Umwelteinflüsse 4. Das genetische Milieu

26 Erbgänge dominant rezessiv Monogen ein Gen bestimmt intermediär das Merkmal Polygen mehrere Gene sind an der Merkmalsausprägung beteiliegt Multifaktoriell Polygenie + Umwelt

27 Polygene Vererbung Ausprägung eines Merkmals durch mehrere Gene komplementär beteiligte Gene ergänzen sich Beispiel: Melaninbildung Tyrosin Dopa Dopachinon additiv beteiligte Gene wirken zusammen Beispiel: HD Typisch: Hauptgene Nebengene Dopachrom Eumelanin Melanin Phaeomelanin

28 Polygene Erbgänge Monogene Erbgänge: Für die Ausprägung eines Merkmals ist ein Gen verantwortlich Polygene Erbgänge : An der Ausprägung eines Merkmals sind mehrere Gene beteiligt Paarungsergebnisse einer skandinavischen Studie (HD) gesund x gesund: gesund x krank: krank x krank: 17 % krank 62 % krank 87 % krank

29 Polygene Erbgänge Beispiel eines polygenen Erbganges: Ein Merkmal wird von 5 Genen kontrolliert. 0 2 Gene = gesund; 3 5 Gene = krank verschiedenen Grades phaenotypisch gesund A B C D E A B C D E a b C D E a b C D E A B c d E A B c d E genotypisch krank

30 Wie wäre es jetzt mit einer Pause?

31 Umweltfaktoren Der Phaenotyp eines Individuums wird nicht allein durch seinen Genotyp, sondern auch durch die Umwelt bestimmt. Dies gilt vor allem für polygene Erbgänge. Der genetische Anteil an der Merkmalsausprägung ist die Heritabilität Eine Heritabilität von 0,8 bedeutet, dass 80% eines Merkmals ausschließlich genetisch beeinflusst sind und 20% Umwelteinflüssen unterliegen Beispiele: Größe HD Wesen

32 Genetisches Milieu Merkmalsausprägungen können durch andere im Genotyp befindliche Gene verstärkt, abgeschwächt oder ganz unterdrückt werden Albino Blaufärbung ( d )

33 Genetisches Milieu Tüpfelung: Die Tiere werden weiß geboren, die Tüpfelung bildet sich erst nach der Geburt aus Ein Hund, der schwarz wäre, könnte keine Tüpfel zeigen

34 Merkmalskopplung Phänomen: Zwei oder mehr Merkmale treten gemeinsam auf Beispiele: Kurze Beine Dackellähme Blaue Fellfarbe Alopezie (Haarverlust) Weiße Fellfarbe Neigung zur Taubheit

35 Merkmalskopplung Zwei Ursachen sind möglich: Genkopplung: Zwei Gene sind so dicht benachbart, dass sie nur gemeinsam weitergegeben werden Pleiotropie: Ein Gen prägt mehrere Merkmale aus

36 Merkmalskopplung Kurze Beine - Dackellähme Chondrodystrophie: Diese Mutante führt zu einer frühen Verkalkung aller Knorpelanteile im Skelett Folge: Die Tiere besitzen kurze Beine

37 Knochenwachstum

38 Oberschenkel Ridgebackwelpe

39 Wie wächst ein Säugetier? Hand eines Erwachsenen Kinderhand

40 Farbaufhellung Zwei Wege führen von schwarz zu blau: G g: G bewirkt frühes Ergrauen Hunde werden schwarz geboren, hellen bei jedem Haarwechsel mehr auf ( BB Gg, Kerry-Blue, Bedlington-Terrier) D - d: dd bewirkt Verklumpung des Pigmentes Hunde werden blau geboren (BB dd, Pinscher, Dobermann, Dogge)

41 Blaufärbung

42 Unterschiedliche Anordnung der Pigmente D D d d DDd

43 Blaufärbung - Alopezie d führt zu einer Verklumpung des Pigmentes im Haar Offenbar hat dies die Brüchigkeit des Haares zur Folge Die Haare fallen nicht aus, sondern brechen direkt über der Haut ab

44 Weißfärbung und Taubheit Die Pigmentzellen werden beim Embryo in der Neuralleiste gebildet Die Neuralleiste ist auch an der Bildung der Sinnesorgane beteiligt Bei der Weißfärbung sind die Pigmentzellen gestört, möglicherweise auch Bereiche der Sinnesorgane

45 Wanderung der Pigmentzellen

46 Was bedeutet eigentlich Epigenetik? EPI = über Epigenetik ist kein mysteriöser Zauber, sondern Naturwissenschaft

47 Der genetische Code Die Merkmale eines Individuums sind in seinen Genen ( DNA ) codiert - Wir sind ein Abbild unserer Gene - Die Gene eines Individuums werden bei der Befruchtung an die Folgegeneration weitergegeben - Nachkommen ähneln ihren Eltern, - - Artgenossen haben artspezifische Merkmale - Gene können sich verändern ( Mutation ) A a

48 Phänomene, die durch Genwirkung allein nicht zu erklären sind Zwei epigenetische Vorgänge, die programmiert. also genetisch reguliert sind - - Zelldifferenzierung - Stammzellen differenzierte Zellen - - Dosiskompensation - Schwarz-rote Katze = weibliche Katze

49 Zelldifferenzierung Alle Körperzellen besitzen den gleichen Genbestand Zygote Stammzellen Leberzelle Lungenzelle Hautzelle Darmzelle

50 Zelldifferenzierung Nach der Befruchtung haben alle Zellen den gleichen Chromosomensatz (Stammzellen ) Zur Differenzierung muss ein System vorhanden sein, das Gene an- und abschaltet, ohne die Gene selbst, also die DNA zu verändern

51 Dosiskompensation Weibliche Säugetiere: X X Männliche Säugetiere: X Y Bei weiblichen Säugetieren wird in der frühen Embryonalentwicklung jeweils ein X-Chromosom ausgeschaltet. Es wird als Barr-Körperchen an den Zellrand abgelegt

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53 Dosis-Kompensation XX XX XX XX XX XX XX X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

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55 Epigenetik Regulationsmechnismus der Gene Chromosomen oder Gene werden aktiviert Chromosomen oder Gene werden abgeschaltet ohne die DNA zu beeinflussen Genom: Hardware Epigenom: Software, Programmierer Schaltmechanismen: Methylierung Veränderung der Histone

56 Epigenetik Das Phänomen ist seit den 30er Jahren bekannt Was ist neu und führt zur Verunsicherung? Auch die Umwelt prägt den epigenetischen Code Ernährung, Temperatur, Verhalten, Traumata usw.

57 Wir sind, was unsere Mutter gegessen hat Randy Jirtl, Robert Waterland ( 2007 ) Gelber Mäusestamm (fettleibig, Krebs anfällig) Wildfarbige Mäuse ( gesund ) Zusatzfutter während der Tragzeit ( u.a. Folsäure ) Gelber Mäusestamm Die Genexpression des Nachwuchses wurde geändert, ohne die Gene selbst zu verändern

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59 Phänomen Bienen Aus gleichen Eiern entstehen Königinnen oder Arbeiterinnen Steuerung: Futter Alle Larven werden nach dem Schlupf gleich gefüttert: Kopfdrüsensekret: Gelee Royal drei Tage Gelee Royal Pollen und Nektar Königin Arbeiterin

60 Phänomen Wüstenheuschrecke Auch Verhaltensmerkmale werden epigenetisch beeinflusst Wüstenheuschrecken geringe Populationsdichte große Populationsdichte grasgrün, Einzelgänger braunschwarz, Schwarmbildung Steuerung wahrscheinlich vermehrte Serotoninbildung

61 Phänomen Geschlechtsbestimmung Bei Reptilien wird das Geschlecht häufig durch die Bebrütungstemperatur der Eier bestimmt Krokodile: Grad Weibchen Grad Männchen Bei einigen Fischen vollzieht sich eine Geschlechtsumwandlung: Jung und klein Älter und groß Männchen Weibchen

62 Phänomen Anzahl der Gene Roggen besitzt ca Gene Das menschliche Genom besitzt weniger als Gen Karpfen besitzen 52 Chromosomenpaare, Menschen haben 23 Chromosomenpaare Offenbar ist der Trend der Evolution nicht, die Anzahl der Gene zu erhöhen, sondern ihre Regulierbarkeit und ihre Wirksamkeit zu erhöhen Das Genom des Schimpansen und des Menschen stimmt zu 98,7% überein

63 Unterschied Genetik - Epigenetik Der genetische Code wird von einer Generation zur anderen weitergegeben Der epigenetische Code verschwindet in den meisten Fällen mit dem Tod des Individuums Mit einem neuen Organismus wird auch ein neues Epigenom aufgebaut, vorwiegend durch Signale aus der Umwelt

64 Momentaner Wissensstand der Epigenetik Stammzellforscher Rudolf Jänisch: Was Sie heute Mittag gegessen haben, hat irgendwie den Weg zu Ihrem Erbgut gefunden. Wir wissen nur noch nicht wie Langfristig wird sich vor allem im medizinischen Bereich für Mensch und Hund durch vermehrte epigenetische Kenntnisse viel ändern

65 Was bedeutet Epigenetik für die Hundezucht? Momentan eigentlich so gut wie nichts. Der jetzige Kenntnisstand gibt keinen Anlass zu grundlegenden Veränderungen in der Hundezucht Experimenteller Nachweis: Zugabe von Folsäure während der frühen Trächtigkeit vermindert das Auftreten von Lippen/Gaumenspalten und Spina bifida Optimale und bedarfsgerechte Haltungsbedingungen werden auch weiterhin genügen, um gesunde und lebensfrohe Hunde zu züchten und zu besitzen