Mendelsche Genetik, Kopplung und genetische Kartierung Gregor Mendel Thomas Hunt Morgan
Definitionen Diploide Eukaryonten: Das Genom besteht aus einem (haploiden) mütterlichen und aus einem väterlichen Genom Das Allel: Zustandform eines Genes Ein Individuum ist hinsichtlich eines Genlocus homozygot, wenn die Allele dieses Ortes gleich sind, und heterozygot, wenn die Allele unterschiedlich sind. Dominanz: die Durchsetzung/Überdeckung von Erbfaktoren in der Merkmalsausprägung Abb. 1
Die von Mendel ausgewählte Merkmale Abb. 2 Samen runder-runzlig; Samenfärbung gelb-grün; Blütenfärbung lila-weiss; Hülse gewölbt-runzlig; Farbe der Hülse grün-gelb; Blütenstellung achsen-endständig; Achsenlänge kurz-lang
F1 und F2 Generationen der gezielten Kreuzungen Die Gartenerbse ist ein Zwitter, mit weiblichen (Eizelle) und männlichen (der Pollen) Geschlechtsorgane, damit Selbstbefruchtung und gezielte Befruchtung sind möglich. 1. Gesetz. Das Uniformitäts- und Reziprozitätsgesetz, F1 Generation 2. Gesetz. Das Spaltungsgesetz; phänotypisch 3:1, genotypisch 1:2:1, F2 Generation Abb. 3
Das Modell der Vererbung der unterschiedlichen Merkmale Eltern: Einheitlicher Gamet F1: Heterozygot F2: 3:1 phänotypische Spaltung, 1:2:1 genotypische Spaltung Das Kreuzungsquadrat, Punett-Quadrat Abb. 4
Genetische Analyse der F2 Generation Zwitter-Pflanzen: Selbstbefruchtung Tieren: Test-Kreuzung (testcross), Kreuzung mit homozygot rezessive a a a a A ¼ A/a ¼ A/a A ¼ A/a ¼ A/a a ¼ a/a ¼ a/a A ¼ A/a ¼ A/a A/a X a/a Kreuzung A/A x a/a Kreuzung Abb. 5
Vergleich von Mitose und Meiose Abb. 5a Die Eigenschaften der Meiose spiegeln die mendelschen Gesetze wieder
Abb. 5b Verdopplung der DNA
Dihybridkreuzung, das Unabhängigkeitsoder Rekombinationsgesetz In einer Dihybridkreuzung jedes Merkmalspaar wird nach dem 2. Gesetz vererbt, und zwar unabhängig von anderen Merkmalspaaren (3. Gesetz) Zahlenverhältnis von 9:3:3:1 für die vier auftretenden Phänotypen Abb. 6
Unabhängigkeits- u. Rekombinationsgesetz Dihybrider Erbgang mit Allelen zwei Drosophila Gene vg: Stummelflügel e: Schwarzer Körper Erbgang: Nach dem Zweiten Gesetz Drei Allelpaare: 64 Felder Intrachromosomale rekombination Abb. 7
Systematische Anordnung der F2 Genotypen Abb. 8
Geschlechtsgekoppelte Vererbung Autosomen Gesclechtschromosomen X Y Geschlechtsbestimmung X w/y hemizygot Männchen X/X homozygot Weibchen Abb. 9
Brachydaktylie: Dominanter Erbgang Abb. 10
Die Expressivität (Ausprägung) kann unterschiedlich sein; einige Mutationsträgeneden Patienten entwickeln 0, einige 4 betroffene Extremitaten, extra Finger oder Zehe Polydaktylie: Dominanter Erbgang Abb. 11
Rezessiver Erbgang: Zystische Fibrose (Mukoviszidose) Die häufigste autosomal rezessive Erkrankung der Kaukasischen Bevölkerung 1 zu 2500 Neugeborene, Heterozygotenhäufigkeit 1/25 Obstruktion der Drüsenausführungsgänge von hochviskösem Sekret Sekundäre Zystenbildung und Fibrose der Gewebe Das Gen: Chlorid-Kanal Häufigste Mutation: Deletion CTT, Phe 508 Selektionsvorteil während der Pestseuchen 1/25x1/25=1/625, die Häufigkeit der Frau-Mann Beziehung als Heterozygoten ¼ der Kinder Homozygot 1/625x1/4=1/2500, die Frequenz der betroffenen Neugeborenen
Tay-Sachs Syndrom (Gangliosidose), autosomal rez. Häufigkeit 1:3000 bei Aschkenazi-Juden (der Gründer-Effekt) Die Symptome der Erkarankung sind: -Makrozephalie -mentale Retardierung -Dezerebration Defekt des Enzyms b-hexosaminidase A, B Nachweiss auf DNA-Ebene, Heterozygotentest Abb. 13
Sichelzellanämie Mutation in haemoglobin S (HBS) Gen verändern die Löslichkeit des Hämoglobins polymerisiert in Filamente Faserbündeln Assoziierung Verformung der Erythrozytenmembran Entstehung Sichelzellen Abb. 14
Abb. 15 Geschlechtsgekoppelte Vererbung bei Menschen (Hämophilie) Hämophilie:klassische X-chromosomal-rezessive Erkrankung. 85 % der Hamophilienfamilien befindet sich einen Mangel an antihämophilem Globulin A, Faktor VIII (Hämophilie A), bei etwa 15 % einen Mangel an antihämophilem Globulin B, Faktor IX (Hämophilie B). Die Gerinnungsstörung Blutungen bei Verletzungen. Hämatome der Muskulatur und Gelenke. Das Faktor VIII Gen ist 200 kb gross und kodiert für 2351 Aminosäuren. Bei der schwer betroffenen Patienten tritt eine micro-inversion innerhalb der Promotorregion und im Intron 22. Der Erbgang ist typisch X-Chromosom-gekoppelt: Die Frauen sind Konduktorinnen und weitergeben das Mutationträgende X Chromosom an Hälfte ihrer Söhne, die hemizygot für X-Chromosom sind.
Stammbaum der europäischen Herscher-häuser Abb. 16
Die europäischen Herscherhäuser
Symptome und Erbgang von Hämophilie Abb. 18
Vererbung der Kraushaarigkeit Kreis, gelb: Frau; Quadrat, blau: Mann, beide glatthaarig; rot: Kraushaarig Kraushaarigkeit: Dominanter Erbgang, ein Elternteil mit Kraushaar ist nötig Abb. 19
Interchromosomale Rekombination Abb. 20 Die zwei berücksichtige Gene auf zwei Chromosomen lokalisiert sind Test-Kreuzung: Die Rekombinanten sind gleich häufig wie die Nicht-Rekombinanten (1:1:1:1 Verhältnis) Die Gene sind nicht koppelt
Intrachromosomale Rekombination bb. 21 Intrachromosomale Rekombination, genetische Kopplung Die zwei Gene auf ein Chromosom lokalisiert sind, gehören Einer Kopplungsgruppe an Test-Kreuzung: ~60 % Nicht-Rekombinanten, ~40 % Rekombinanten
Rekombinationenkartierung bb. 22 Die Anzahl der Rekombinanten (151+154=305) Dividiert mit der Anzahl der Nachkommenschaft (2839) Multipliziert mit 100: 305/2839x100=10.7 %, 10.7 Kartenenheit, 10.7 centimorgan, cm.
Der Rekombinationswert liegt höchstens bei 50% Der RW ist im Mittel nie 50%, weil: Mehrfach - C.O. s zwischen zwei weit entfernten Genen vorkommen nur einfache oder andere ungeradzahlige Austauschvorgänge zwischen zwei Genen eines Stranges zu Rekombination führen nur zwei Chromatiden an einer Stelle ein C.O. eingehen können Einfache C.O. zwischen a und b 1 und 2 (3 und 4) sind Schwesterchromatide und somit genetisch identisch 2 und 3 (1 und 4) sind homologe Chromatide und genetisch nicht identisch C.O. zwischen Schwesterchromatiden sind möglich, verlaufen aber unbemerkt Weitere Austauschmöglichkeiten: 1/4, 2/3, 2/4. Sie führen jeweils zu max. 50% Rekombination. Bei einem C.O. hat man maximal 50% Austausch!
Die genetische Karte des Chr. 1 Abb. 23
Abb. 24 Teil der Karte des Chr. 11