Interakcija gena - o dstupanja od mendelovih odnosa, Multipli aleli

1. Interakcijagena- odstupanja od mendelovihodnosa, Multiplialeli

2. Interakcija gena - odstupanja od mendelovihodnosa • Interakcija alelnih gena • Intermedijarna naslednost- nepotpuna dominantnost • Multipli aleli • Kodominantna naslednost- Multipli aleli • Letalni geni • Genetička anticipacija • Genomsko utiskivanje B.Interakcija nealelnih gena - epistaza 1. Epistaza, hipostaza i inhibicija 2. Komplementarnost, suplementarnost, semiepistaza i izoepistaza 3. Poligenska naslednost 4. Penetracija i ekspresija C. Polno vezani geni D. Korelativno nasleđivanje 1. Vezani geni 2. Plejotropni efekat gena

3. Interakcija alelnih gena A.1. Intermedijarna naslednost- nepotpuna dominantnost • Intermedijarna naslednost nastaje ukrštanjem dva homozigotna roditelja koji se razlikuju u jednom paru alela, pri čemu njihovi heterozigotni potomci u F1 generaciji,usled zajedničkog delovanja oba gena, iskazuju novu fenotipsku osobinu, koja u većini slučajeva čini srednju vrednost između osobina roditelja.

4. Intermedijarna naslednost • Primer: Nasleđivanje boja perja andaluzijske kokoši F1 svi modri F2 1:2:1

5. A.2. Multipli aleli Ukoliko postoji više od dva alternativna alela koji zauzimaju jedan isti lokus na homologim hromozomima i između njih nema rekombinacija, radi se o multiplim alelima. A3 A1 A2 A6

6. Geniinjihovialeli • Oko 30% genaljudisudi-alelni, (imajudvaalela) • Oko 70% sumono-alelni, oni se pojavljuju u jednojformii ne pokazujuvarijacije • Postojisamonekolikopoli-alelnih genakoji imaju više od dve forme

7. Kombinacije • Di-alelni geni mogu dati 3 genotipa • Geni sa 3 alelamogu dati 6 genotipova (3+2+1) • Geni sa 4 alelamogu dati 10genotipova • Geni sa 8 alelamogu dati 36genotipova

8. Boja krzna kod kunića C>cch>ch>c Agouti, tamno siva (a), činčila (b), himalajski (c) i albino (d).

9. A.3. Kodominantna naslednost • Kodominantnost – način interakcijealelnih gena istog genskog lokusa pri čemu se proizvodi oba alela istovremeno i jasno ispoljavaju u fenotipu heterozigotnih individua. • Primer: MN sistem krvnih grupa, na osnovu prisustva antigena u eritrocitima i antitela u krvnom serumu.

10. Kodominanta naslednost - Multipli aleli- Primer: (Landsteiner) ABO sistem krvnih grupa, na osnovu prisustva antigena u eritrocitima i antitela u krvnom serumu.

11. Nasleđivanje krvnih grupa kod ljudiABO sistem

12. Tabela: Osobine krvnih grupa u ABO sistemu

13. A.4. Letalni geni (2:1) • Primer 1: Ukrštanje miševa žute boje žut מut Letalni geni mogu biti dominantni i recesivni žut : sivi 2 : 1 ŽŽ-letalno Žž-žuti miševi žž-sivi miševi

14. (1:1) (2:1) ¼ mrtvorođeni miševi letalni gen-homozigot Žž ׎ž ŽŽ Žž Žž žž ¼ žut (let.) ½ žut ¼ sivi

15. Letalni geni u humanoj populaciji • Mladalačka forma idiotizma - fenilketonurija (deca umiru pre 18 god.- recesivni homozigoti) • Tej-Saksova bolest (smrt u prvim danima života) • Mediteranska anemija (talasemia major i talasemia minor) Tt × Tt F1 : TT Tt Tt tt T. major T. minor zdave osobe smrt blaga anemija

16. Letalni geni u populaciji domaćih životinja • Ahondroplazija goveda – dominantni i recesivni • Kratkonožnost kokoši - dominantni i recesivni • Hidrocefalus svnja - recesivni • Agnatia teladi i jagnjadi – recesivni • Torticolis – savijnost vrata kod konja - recesivni

17. A.5. Genetička anticipacija Pojava da se tokom generacija određena nasledna pojava manifestuje ranije u sve oštrijem vidu naziva se genetička anticipacija. • Primer: Hantingtonova bolest – nasleđuje se dominantno ali intenzitet bolesti zavisi od broja ponavljanjaCAG u jednom genu na hromozomu 4 koji izaziva ovu bolest. Kod normalnih osoba ovaj triplet javlja se između 11 i 34 puta. Sa oko 39 ponavljanja osoba će najverovatnije oboleti posle 75-e god., a sa 41 ponovljenim tripletom bolest se javlja oko 54 godine.

18. A.6. Genomsko utiskivanje Pojava da ekspresija određenih genskih alela zavisi od roditelja od kog su nasleđeni naziva se genomsko ili gametsko utiskivanje. Do danas je poznato 36 takvih gena, i još se tačno ne zna mehanizam nasleđivanja, ali se zna da je ova pojava povremena. • Primer: Nedostatak dela hromozoma 15 kod ljudi ako se nasledi od majke potomci će oboleti od Angelhmanovog sindroma (mentalna zaostalost, hiperaktivnost..,), a ukoliko se nasledi od oca naslednici će patiti od Prader- Willi-evog sindroma (retardiranost, depresija, povećan apetit)

19. B. Interakcija nealelnih gena-EPISTAZA Delovanje dva ili više gena koji doprinose razvoju jednog svojstva, i pri tome se geni koji nisu aleli nalaze na različitim parovima hromozoma.

20. B.1. Epistaza i hipostaza, • Epistaza u širem smislu– interakcija nealelnih gena pri ćemu jedan gen utiče na fenotipsku izražajnost drugog ili drugih nealelnih gena. • Epistaza u užem smislu– jedan nealelni gen sprečava dejstvo drugog gena. Geni čije se dejstvo ispoljava u obliku određene osobine nazivaju se epistatički. Geni koji ostaju prikriveni su hipostatički, a pojava hipostaza.

21. Epistaza u užem smislu može biti dominantna i recesivna Dominantna epistaza – dominantni gen jednog alelnog para sprečava dejstvo drugog alelnog para (A>B ili A>b) Primer: Nasleđivanje boje očiju, dlake u pasa i perja kokošaka Recesivna epistaza– tip interakcije kad recesivni aleli jednog u homozigotnom stanju onemogućavaju da se fenotipski izraze dominantni ili recesivni aleli drugih gena ( aa> B- ili aa> bb) Primer: Nasleđivanje boje dlake kod miševa

22. Interakcije izmedju različitih lokusa – dominantna epistaza (12:3:1) 12:3:1 B- smeđa boja b- plava boja G- zelena boja g- plava boja hromozom 15 hromozom 19 B>G>b=g

23. Interakcije izmedju različitih lokusa – dominantna epistaza (12:3:1) Primer: nasljeđivanje boje dlake u pasa. Za boju dlake odgovorna su 2 lokusa: B za boju (B-crno; b-smeđe) i lokus I (inhibitor) čiji dominantni alel inhibira ekspresiju B lokusa te je bez obzira na genotip B lokusa boja dlake bela

24. Interakcije izmedju različitih lokusa – dominantna epistaza (13:3) Epistazapostoji u determinaciji boje perja kod kokoši. Obojeno perje javlja se kod jedinki sa funkcionalnim lokusom C, dok recesivni homozigoti (cc) ne mogu da sintetišu odgovarajući pigment, te imaju belo perje. Ekspresiju gena Ckoči dominantan alel inhibitornog gena I, tako da se pri ukrštanju dve heterozigotne jedinke očekuje odnos fenotipova 13 : 3 (bele : crne). U ovom primeru, gen I je epistatičan za Ci c, dok je genotip cc epistatičan za I i i. Geni inhibitori u slučaju pojave obojenosti perja kod živine se ponašaju kao modifikatori onih gena koji kontrolišu razviće normalne obojenosti (bela boja) .

25. Interakcije izmedju različitih lokusa – dominantna epistaza (13:3) P F2 F1 IC Ic iC ic Leghorn I I C C IC Ic I i C c Vijandot i i c c iC ic

26. Recesivna epistaza-boja dlake (9:3:4) aa>B>A Primer: Ukrštanjem homozigotnih aguti miševa sa albino miševima u F1 generaciji se dobija heterozigotno potomstvo aguti fenotipa. Daljim ukrštanjem, u F2 generaciji dobiće se odnos fenotipova 9 : 3 : 4 (aguti : crni : albino). Genski lokus A određuje crnu obojenost dlake, genski lokus B određuje aguti obojenost dlake,a aa su albino. Na taj način genotip A-B- daje aguti obojenost, A-bb crnu i aaB- albino obojenost, što rezultira brojnim odnosom 9 : 3 : 4.

27. Kod konja je braon boja dlake (B) dominantna nad žutom (b). Ekspresija gena zavisi i od drugog genskog para koji kontroliše depozit pigmenta u dlaci. Dominantni gen (C) kodira prisustvo pigmenta u dlaci,dok recesivni gen (c) kodira odsustvo pigmenta.Ako je konj homozigotno recesivan za drugi gen (cc), imaće belu boju bez obzira na genotip za boju (B) jer nema depozita pigmenta u dlaci.

28. BE Be bE be B- E- BE Be bb E- bE -- ee be

29. B.2. Komplementarnost i suplementarnost Komplementarnost predstavlja ispoljavanje određene fenotipske osobine uz sadejstvo jednog ili više alelnih gena. • Osobina će se pojaviti u fenotipu jedinke samo ako su svi komplementarni geni za određenu osobinu prisutni u genotipu u homozigotnom ili heterozigotnom stanju. Suplementarni geni su oni čije samo prisustvo nije dovoljno za ispoljavanje osobine

30. Komplementarnost (9:3:3:1) • Ukrštanjem jedinki sa ružastom i onih sa grašastom krestom dobija se F1 hibridno potomstvo sa drugačijim fenotipom (orašasta kresta). • Nakon međusobnog ukrštanja jedinki sa orašastom krestom u F2 generaciji se javlja brojni odnos fenotipova 9 : 3 : 3 : 1, od čega je 9/16 jedinki sa orašastom, 3/16 sa ružastom, 3/16 sa grašastom i 1/16 sa jednostavnom krestom.

31. Komplementarnost • Za razliku od klasičnog odnosa 9 : 3 : 3 : 1 pri Mendelovom dihibridnom ukrštanju, ovde se u F2 generaciji pojavljuju dva fenotipa (orašasta i jednostavna kresta) koji nisu postojali u P generaciji. Pojavljivanje ova dva fenotipa objašnjava se interakcijama nealelnih gena. • Orašasta krestarazvija se kod jedinki sa oba funkcionalna genska alela (R-P-),ukoliko je funkcionalan samoR lokus javiće se ružasta kresta (R-pp), a kada je funkcionalan samo P lokus (rrP-) razvija se grašasta kresta. Recesivni homozigoti za oba lokusa (rrpp) imaju jednostavnu krestu.

32. Nasleđivanje oblika kreste kod domaće kokoši. Izgled kresti kod kokoši: a) ružasta, b)grašasta, c) orašasta i d) prosta

33. RP Rp rP rp rr pp RP prosta F1 R- P- Rp orah rP rr P- grašaste × R- pp rp ružičasta F2 : 9 orah : 3 ružasta : 3 grašaste : 1 prosta ružasta

34. 9 : 3 : 3 : 1

35. Komplementarnost (9:7) Komplementarnost gena može da se ilustruje primerom nasleđivanja sluha kod sisara. Jedinke normalnog sluha imaju funkcionalni (dominantn), po jedan alel u oba gena (A-B-), dok se u svim ostalim kombinacijama (A-bb, aaB- ili aabb) javlja gluvoća. Prema tome, za normalan sluh neophodna je aktivnost kako jednog dominantnog (A) genskog alela zaduženog za nastanak elemenata unutrašnjeg uha, tako i jednog dominantnog genskog alela B genskog lokusa zaduženog za nastanak akustičkog nerva (Nervus acusticus). Komplementarnost gena ogleda se neophodnošću da se kako na A, tako i na B lokusu nalazi najmanje jedan funkcionalan alel, koji se nadopunjavaju u svom delovanju, sadejstvuju. Ukoliko je bar jedan od ovih lokusa recesivno homozigotan onemogućeno je razviće normalnog sluha. Očekivan fenotipski odnos u potomstvu heterozigotnih osoba iznosiće 9 : 7 (normalni : gluvi).

36. Semiepistaza –recesivna komplementarnost (9:6:1) • Primećeno jeda jekod bundeve (Cucurbita pepo)oblik ploda pod kontrolom dva genska lokusa. • Ukoliko oba genska lokusa sadrže bar jedan dominantan alel(genotip A-B-)plod bundeve je diskoidalan, • Ako je samo jedan od lokusa sa dominantnim alelom, a drugi lokus recesivno homozigotan (A-bbili aaB-)plod je okruglast, • Kod dvostruko recesivnog homozigota (aabb)plod jeduguljastogoblika. • Nakon ukrštanja dva dvostruka heterozigota (AaBb ×AaBb)dobiće se tri fenotipa u odnosu 9 : 6 : 1(okrugle : diskodialne : duguljaste).Fenotip okruglog plodanastaje interakcijom genskih produkata dominantnih alela Ai Blokusa štopredstavlja kumulativni efekat gena ilisemiepistatičku interakciju gena.

37. Izoepistaza (15:1) Rusomača, hoću-neću, pastirska torbica

38. Još neke genske interakcije Čitave grupe gena imaju samo jednu ulogu, da izvrše promenu u fenotipskom delovanju drugih gena. Takve gene nazivamo modifikatorima. • Primer: Promena u nijansi boje krzna kod zamorca (svetliji ili tamniji od uobičajene boje) i šarene boje kod holštajn goveda.

39. Još neke genske interakcije • Postoje modifikatori koji deluju na gene koji su promenili strukturu (mutirali su). Ukoliko se fenotipsko ispoljavanje mutiranih gena potpuno spreči, u tom slučaju reč je o genima supresorima (primer: maljavost krila kod vinske mušice)

40. Kvalitativne nemerljive diskontinuelno variraju Na njihovo ispoljavanje utiče mali broj gena (major geni Pr: boja,rogatost/šutost Kvantitativne merljive kontinuelno variraju Na njihovo ispoljavanje utiče veliki broj gena (minor geni) Pr: telesna masa pri rođenju, prosečni dnevni prirast, iskorišćavanje hrane itd. Kvalitativne i kvantitativne osobine

41. B. 3. Poligensko nasleđivanje • Veliki broj fenotipskih karakteristika (visina, telesna masa, fertilitet, dužina života, prinosi mleka, mesa, jaja, vune ) nalazi se pod kontrolom većeg broja genskih lokusa (poligene ili kvantitativne osobine). • Posebna disciplina genetike koja proučava determinaciju i mehanizme nasleđivanja kvantitativnih osobina naziva se kvantitativna genetika.

42. Poligensko nasleđivanje • Varijabilnosti kvantitativnih osobina počiva na činjenici: • osobine se nalaze pod uticajem velikog broja gena od kojih svaki ima mali uticaj • Negenetski uticaji (faktori okoline) imaju velik značaj na ispoljavanje ovih osobina.

43. Ronald Fisher (1890-1962)

44. Poligensko nasleđivanje • Slobodno se može reći da se najveći broj fenotipskih osobina razvija pod uticajem većeg broja gena. Ovako složen oblik genetičke determinacije podrazumeva veći broj fenotipskih klasa i u slučaju velikog broja jedinica posmatranja spoljavaju tzv. normalnu raspodelu. • Ukoliko se na apscisi nanese intenzitet ispoljavanja osobine (npr. telesne mase ), a na ordinati učestalost u populaciji, zapaža se karakterističan zvonast oblik krive, odnosno srednja vrednost svojstva javlja se kod najvećeg broja jedinki, a kako se udaljavamo ka jednom i drugom ekstremu učestalost u populaciji je sve manja.

45. Poligensko nasleđivanje

46. Poligensko nasleđivanje • Boju kože kod ljudi odrećuje veći broj gena, ali će se radi lakše analize posmatrati dva genska lokusa na kojima se nalaze po dva alela. Velikim slovom predstaviće se genski alel koji doprinosi ispoljavanju tamnije boje kože, a malim slovom alel koji nema takav efekat. • Ukoliko u brak stupe osoba (crnac) genotipa N1N1N2N2 i osoba bele rase genotipa n1n1n2n2, potomci će imati genotip N1n1N2n2 i boju kože mulata. Mulati imaju četiri tipa gameta i u njihovom potomstvu javiće se veći broj fenotipova za boju kože između dva ekstrema (crnci i belci). • Što je veći broj genskih lokusa za tamnu kožu utoliko je obojenost intenzivnija

47. Fenotipovi:Odnos fenotipova (1 : 4 : 6 : 4 : 1) 1. crnci 1/16 100% crni 2. crnci-mulati 4/16 75% crni 3. mulati 6/16 50% crni 4. belci-mulati 4/16 25% crni 5. belci 1/16 100% beli Nasleđivanje boje kože kod ljudi

48. TRHESHOLD OSOBINE (osobine sa pragom ispoljavanja) • Postoji mnogo osobina biološkog i ekonomskog značaja koje variraju na diskontinuiran način (pojava bolesti, pri čemu postoje dve fenotipske klase »bolestan« ili »nije bolestan« , veličina legla kod sisara itd.)

49. TRHESHOLD OSOBINE (osobine sa pragom ispoljavanja) • Varijabilnost rizika od pojave bolesti može biti genetska i negenetska (ishrana, temperatura...) • Genetska osnova poremećaja danas se objašnjava preko jedne teorijske konstrukcije koja se naziva model praga –treshold model. Prema ovom modelu individua će oboleti samo ukoliko pređe određeni prag sklonosti.

50. TRHESHOLD OSOBINE (osobine sa pragom ispoljavanja) Prag a. Populacija Oboleli b. Srodnici obolelih Sklonost