Plan wykładów z genetyki ogólnej

Transkrypt

1 Plan wykładów z genetyki ogólnej 01 Metody genetyki klasycznej 02 Metody analizy DNA 03 Metody analizy genomu 04 Genomy prokariontów 05 Genomy eukariontów 06 Zmienność genomów w populacjach 07 Genomy a cechy ilościowe 08 Transkrypcja i rola RNA w komórce 09 Translacja i proteom komórkowy 10 Replikacja i naprawa DNA 11 Mutacje i rekombinacje DNA 12 Regulacja ekspresji genów 13 Genetyka rozwoju 14 Genetyka nowotworów 15 Wykład uzupełniający

2 Metody genetyki klasycznej 1. Badania dziedziczenia cech przed Mendlem 2. Mendel: istnieją wydzielone jednostki dziedziczenia (geny) 3. Materiał genetyczny znajduje się w chromosomach 4. Crossing-over czyli rekombinacja cech 5. Mapowanie genetyczne 6. Test komplementacji i analiza szlaków metabolicznych 7. Test dziedziczenia cytoplazmatycznego

3 1. Badania dziedziczenia cech przed Mendlem Nawet tak spektakularne przypadki nieciągłości w dziedziczeniu fenotypów nie były interpretowane jako dowód na nieciągłość informacji genetycznej. Najczęściej uważano, że cechy się zlewają a jeśli rozdzielają to tylko przypadkowo i na krótko

4 1. Badania dziedziczenia cech przed Mendlem Darwin nie dostrzegał ilościowych stosunków wśród fenotypów na przykład klasycznego 3:1 po skrzyżowaniu dwóch heterozygot dominujących

5 2. Mendel: istnieją wydzielone jednostki dziedziczenia (geny)

6 Groszek był wyjątkowo udanym (obecnie zarzuconym) organizmem modelowym (ważne cechy kodowane przez pojedyncze loci, różne cechy na różnych chromosomach, łatwość hodowli, liczne potomstwo)

7 Usuwając pręciki i słupki można zapobiegać samozapłodnieniu.

8 Usuwając pręciki i słupki można zapobiegać samozapłodnieniu. Samozapldnienie zapewnia się przez osłanianie przed owadami, co prowadzi do linii czystych...

9 Usuwając pręciki i słupki można zapobiegać samozapłodnieniu. Samozapldnienie zapewnia się przez osłanianie przed owadami, co prowadzi do linii czystych czyli takich, które nie zmieniały fenotypów w kolejnych krzyżówkach (dziś nazywamy je homozygotami)

10 Dlaczego pomarszczone nasiona jednego z rodziców (P) zanikają w pierwszym pokoleniu (F 1 ), a pojawiają się w 25% nasion drugiego pokolenia (F 2 )?

11 Dlaczego pomarszczone nasiona jednego z rodziców (P) zanikają w pierwszym pokoleniu (F 1 ), a pojawiają się w 25% nasion drugiego pokolenia (F 2 )? Można to wyjaśnić gdy: - za cechy odpowiadają osobne czynniki (geny) - są one podwójne (diploidalne) - jeden dominuje nad drugim - rozdzielają się do gamet - a potem znowu łączą

12 Mendel nie znał statystyki, intuicyjnie ignorował losowe odstępstwa od teoretycznych oczekiwań (np. stosunku 3:1)

13 Mendel nie znał statystyki, intuicyjnie ignorował losowe odstępstwa od teoretycznych oczekiwań (np. stosunku 3:1) Jest to jedno z najdonioślejszych osiągnięć w historii nauki uzyskane poprzez zastosowanie prostego modelu ilościowego (matematycznego) do analizy zjawisk (pozornie) złożonych

14 Dzisiaj reguły Mendla interpretujemy jako oczywisty wynik zachowania się chromosomów w czasie podziałów komórki mitoza u haploidów diploidów mejoza u diplodiów 2. Mitoza to powstanie dwóch identycznych kopii kompletu chromosomów

15 Dzisiaj reguły Mendla interpretujemy jako oczywisty wynik zachowania się chromosomów w czasie podziałów komórki mitoza u haploidów diploidów mejoza u diplodiów 2. Mitoza to powstanie dwóch identycznych kopii kompletu chromosomów Mejoza zachodzi w komórkach diploidanych z każdej pary chromosomów diploidalnych pozostaje tylko jeden chromosom w komórce haploidalnej

16 3. Materiał genetyczny znajduje się w chromosomach Wiele par cech nie segregowało niezależnie, tak jak postulował Mendel w swoim II prawie, wykazywały sprzężenie było to zagadnienie badane przez T. H. Morgana.

17 Morgan zasugerował, że cechy będą sprzężone gdy znajdują się na jednym chromosomie Rozwinął technikę krzyżówek testowych, w której podwójną heterozygotę Aa Bb krzyżował z podwójną homozygotą recesywną aa bb Jeśli A i B znajdowały się na różnych chromosomach to segregowały tak jak postulowało drugie prawo Mendla

18 Morgan zasugerował, że cechy będą sprzężone gdy znajdują się na jednym chromosomie Rozwinął technikę krzyżówek testowych, w której podwójną heterozygotę Aa Bb krzyżował z podwójną homozygotą recesywną aa bb

19 Morgan zasugerował, że cechy będą sprzężone gdy znajdują się na jednym chromosomie Rozwinął technikę krzyżówek testowych, w której podwójną heterozygotę Aa Bb krzyżował z podwójną homozygotą recesywną aa bb Jeśli A i B znajdowały się na tym samym chromosomie, to typy rodzicielskie AB i ab przeważały nad zrekombinowanymi

20 Inną zasługą Morgana było zwrócenie uwagi na chromosomy płciowe Fenotypy samców i samic nie były takie same lub wykazywały inną segregację Na przykład, mutant oka bar ma trzy fenotypy u samic i tylko dwa u samców. Da się to wytłumaczyć brakiem heterozygot u samców

21 Układ chromosomów płciowych nie tylko koreluje z płcią ale ją często determinuje a) mechanizm równowagowy: liczba chromosomów X względem autosomalnych, gdy nx:na jest równe lub większe 1 to mamy samicę, gdy mniejsze lub równe ½ to samca b) zwykły mechanizm chromosomowy: obecność Y jest wystarczająca dla powstania samca c) determinacja alleliczna, np. u grzybów: nie ma chromosomów płciowych a płeć zależy od jednego locus (jak inne cechy autosomalne). Mechanizm równowagi u muszki XX AA 1:1 normalna samica XY AA 1:2 normalny samiec XXX AA 3:2 metasamica (bezpł) XXY AA 1:1 samica X AA 1:2 samiec (bezpł) Mechanizm zwykły w człowieka XX normalna kobieta XY normalny mężczyzna X z. Turnera kobieta) XXX Triplo-X kobieta XXXX Tetra-X kobieta XXY z. Klinefeltera mężczyzna XXXY z. Klinefeltera mężczyzna XXYY z. Klinefeltera mężczyzna XYY XYY mężczyzna

22 4. Crossing-over i konwersja genów Fakt, że geny leżące na jednym chromosomie mogą zerwać fizyczne sprzężenie sugeruje, że podstwą obserwowanego crossing over cech jest wymiana odcinków między chromosomami - ale jak to udowodnić?

23 Fizyczne rearanżacje chromosomów udowodniono pokazując, że rekombinacji cech fenotypowych towarzyszy zmiana obrazu chromosomów znakowanych aberracjami kształtów

24 Kiedy zachodzi crossing-over? Odpowiedź znaleziono przy pomocy grzyba Neurospora, jednego z wczesnych organizmów modelowych w genetyce

25 Układ spor w worku jest zawsze taki jak z prawej strony. Czyli, crossing-over zachodzi po replikacji materiału genetycznego.

26 5. Mapy genetyczne Jeżeli geny leżą na chromosomach, a crossing-over może zajść na całej ich długości, to im dalej od siebie geny leżą tym częściej zrekombinują. A. Sturtevant skonstruował w ten sposób pierwszą mapę genetyczną

27 Mapa genetyczna pomidora

28 Sekwencja DNA jest ostateczną mapą fizyczną odległości są liczone w nukleotydach. Mapy genetyczne różnią się zwykle od fizycznych. Różnice są tym większe im bardziej zmienna jest częstość rekombinacji wzdłuż chromosomów

29 6. Test komplementacji i analiza metabolizmu Niekiedy ten sam fenotyp jest spowodowany przez mutacje w różnych genach. Typowym przykładem jest szlak kilku enzymów wiodących do jednego produktu

30 6. Test komplementacji i analiza metabolizmu Niekiedy ten sam fenotyp jest spowodowany przez mutacje w różnych genach. Typowym przykładem jest szlak kilku enzymów wiodących do jednego produktu Test komplementacji pozwala rozróżnić (a także policzyć) geny wchodzące w jeden szlak metaboliczny Systematycznie stosowany, doprowadził do połączenia genetyki z biochemią: jeden gen jeden enzym

31 7. Test dziedziczenia cytoplazmatycznego a) eukarionty miewają plazmidy i wirusy, ale poprzez geny cytoplazmatyczne rozumie się najczęściej geny w DNA mitochondriów lub chloroplastów c) prostym testem czy dana cecha jest dziedziczona cytoplazmatycznie jest test (braku) segregacji czyli większa gameta dyktuje fenotyp

32 Fenotyp powstaje na skutek interakcji genów i środowiska Klasyczna hipoteza: słuchy są ciemne bo są przechłodzone Klasyczny eksperyment : miejscowe ochłodzenie wywołuje plamę i potwierdza hipotezę