CARACTERISTICILE GENELOR NEALELE

1. CARACTERISTICILE GENELOR NEALELE Inlantuirea genica (lincaj) harti genetice dezechilibrul lincajului Transpozoni

2. Inlantuirea genica “ Segregareaindependenta a caracterelor” “PRINCIPIUL ASORTARII INDEPENDENTE” a genelornealele (situate pe loci diferiti) este: • totdeauna ADEVARAT pt. gene situate pecz. diferiti • uneoriadevarat pt. gene situate peacelasicz. Gene sintenice (= avandlociipeacelasicromozom) se pot transmite: • independent, candsuntseparteprincrossing- over • inlantuite (lincate), cand au lociiapropiatipecromozom

3. Segregareaindependenta a caracterelor in F2 Om de stiinta Calugaraugustin

4. Musculita de otet (Drosophila melanogaster), incavedeta a cercetariigenetice*, a reprezentat la inceputulsecolului 20 obiectul de studiu la Universitatea Columbia (NY). * http://www.brain.riken.jp/bsi-news/bsinews30/no30/networke.html Thomas Hunt Morgan • Morgan a utilizatD.m. deoarece: • se reproduce prolific • in doar 2 saptamaniaparenouageneratie • esteusorsiieftin de crescutsianalizat (lupasi/saumicroscop) • are doar 8 cromozomi • InThe Theory of the Gene (1926) varecunoaste ca dorea initial satestezeteoriilelui Mendel, darrezultatelecelor 15 ani de cercetaripeD.m. l-au facutsaconfirmeteoriilepredecesorului. • Dupa un an Morgan vaobservaoD.m. cu ochialbi. • Impreuna cu colaboratorulsau Alfred Henry Sturtevant vacrea prima harta a unuicromozom. • Pentrucontributiaadusa la fundamentareageneticiiclasice, Morgan a primitPremiul Nobel (1933)

5. In 1913, in Journal of Experimental Zoology Sturtevant propune ca genele au o pozitiefixapecromozomfiinddispuse linear. El a creatastfel prima hartacromozomiala, cevaasemanatorimaginii de maijos.

6. Cartografierea cromozomiala consta din atribuirea unei gene un loc specific pe cromozom (locus). Din analiza datelor obtinute in urma incrusisarilor experimentale la D.m. s-a obtinut harta cromozomiala. Harta cromozomiala este o diagrama, care prezinta ordinea lineara a genelor pe cromozom. Sturtevant a comparat frecventa crossing- overului pentru numeroase gene. Procentul de astfel de recombinari pentru doua caractere este proportional cu distanta dintre genele care determina acelecaractere. Astaziexistanoitehniciutilizate in cartografiere. Alaturateste o hartacromozomialaumana, unde s-au investigatlipoproteinesitrigliceride.

7. Segregarea independenta Conform legilorlui Mendel, celedouacaracterecodificate de alelele: A,asirespectivB,bsegrega independent (A, B) In gametisansele de intalnire a geneloresteaceeasi(25%). Chiardacaperechile de gene se gasescpeacelasicromozom, dacaelesunt la distantauna de alta, atuncisansele ca elesa se transmita independent suntaceleasi ca si in cazulgenelor situate pecromozomidiferiti.

8. Prima hartageneticapebazalincajului Pentruanaliza se incruciseaza un heterozigotsi un homozigotrecesiv (“back-cross”). Se observanumarul mare al descendentiloridenticifenotipic cu genitoriisinumarulmic al celor care dovedesc crossing-overul in meiozaparentala.

9. Inlantuirea genica (lincajul genic) recombinanti

10. Conceptul de inlantuire Are la bazaposibilitatea ca 2 loci sa se aflepeacelasicromozom la distanta mica unul de altula.i. celmaiprobabil se transmit impreuna (co-segrega) in timpulmeiozei ↓ Recombinarileintrecei 2 loci sunt cu atatmai rare cu cat sunt situate maiapropiateperechile de gene

11. Distanta fizica (in pb) intre 2 loci conteaza in cartografierea fizica; dar distanta fizica # distanta genetica utilizata in hartile genetice! Nr. mare de recombinari (crossing – over) A B Recombinari putine sau absente (valori scazute ale fractiei de recombinare) A B Hartagenetica= o reprezentare a pozitiei relative a genelorpecz., bazatapefrecventa/fractia de recombinaremeioticaintre 2 segmente de ADN o harta de inlantuire ( nu este o localizarefizica a genelor!)

12. Proportiadescendentilorrecombinanti in raport cu nr.total de descendentiestedenumitafractie de recombinare (θ) Non - recombinanti In acestcaz, cat esteθ? Θ= 2/4=> 50%

13. θ reflecta distanta dintre 2 loci(si nu gene!) Ceamai mare valoarePOSIBILA a θ 0,5, adica 50%  NU EXISTA INLANTUIRE corespundefrecventei de segregare a geneloravand loci pecz. diferiti! Dacaθ< 0,5  EXISTA INLANTUIRE Ex. Dacaθ = 0,05, inseamna ca in mediealelelesintenicevorsegregaimpreuna de 19 ori din 20 segregariposibile o recombinare (c-o) vaavea loc intreele in mediedoarintr-o meioza din 20*

14. Frecventa de recombinare • θestedeciraportuldintrenumarul de descendentirecombinantisinumarul total de descendenti • Unitatea de masura a distanteigeneticeeste denumita Morgan 1 centiMorgan (cM) = distantagenetica in care se producrecombinari cu o frecventa de 1% 1cM ~ 1.000.000 pb (1.000kb)

15. Inlantuirea genica • loci foarte apropiati, inlantuiti, “lincati”, care nu sunt niciodata separati prin crossing-over: distanta genetica este de 0 cM (θminim = 0/totalul descendentilor = 0)  fara recombinare • loci neinlantuiti, “nelincati”, mereu separati: distanta genetica este egala cu 50 cM (adica: fiecare alela a unui locus are o probabilitate de 50% de a fi co-transmisa cu orice alela de pe celalalt locus, iar atunci θmaxim = 0,5) asortare independenta

16. FAZE DE INLANTUIRE • Intre 2 perechi de gene alele (A/a si B/b) avand loci situati pe acelasi cz. exista 2 posibilitati de dispunere, numite faze de inlantuire: • cuplare sau cis ( A si b, respectiv a si B) • repulsie sau trans (A si B, respectiv a si b) A b a B Suntaceste gene alelesintenice? Lociisuntpeacelasicz, decisuntsinteniceceledouaperechi de gene alele.

17. Retinita pigmentara co-segrega cu locusul 1 si 2. Boala se transmite autozomal dominant si doar contributia materna este aratata la descendenti, deoarece aceasta are gena bolii, D. De asemenea pe acelasi cz. II 1 prezinta genele A si B pentru cei doi markeri. Tatal este sanatos si homozigot (dd) pentru RP9, cat si pentru markeri (AA si BB). Pentru a detectarecombinariledintre loci estenecesar ca: Un parintesa fie heterozigotpentruacei loci (parinteinformativ) Faza de inlantuiresa fie cunoscuta In exemplulalaturat mama I 1 esteinformativafiindheterozigotpentruceidoi loci marker (1 si 2), cat sipentrulocusulbolii. Daca ea arfifosthomozigotbb, totidescendentiiarfimostenit o alelab, indiferent de ceeacemosteneaupelocusulboliifacandimposibiladetectareaprezenteisauabsenteirecombinarii. Daca nu se stia exact faza de cuplare, nu se puteadetermina care copiisuntrecombinanti (II 1, II 3, II 5) si care nu (II 2, II 4, II 6). Retinitapigmentaraeste o boaladegenerativa care conduce la cecitate (orbire)

18. Recombinarea creeaza noi haplotipuri Haplotip: combinatie specifica de loci, unul continand deseori o gena marker pentru o boala ( = markerul se transmite lincat cu gena bolii) Haplotipul nou ab poate fi rezultatul recombinarii sau mutatiei (recombinarea actioneaza mai rapid) A b A B a B A b a b a B

19. HLA sunt antigene umane leucocitare; genele care le codifica sunt CODOMINANTE, deci o persoana are doua haplotipuri fiecare fiind exprimat in fenotip.Deoarece locii sunt situati suficient de aproape unul de altul pe cromozomul 6, intr-o familie intregul haplotip va fi transmis in bloc la descendenti.Un eveniment rar, o recombinare a avut totusi loc in aceasta familie la I 2 in timpul gametogenezi, astfel II 5 prezinta un haplotip recombinant.Intre populatii exista diferente in ceea ce priveste frecventele alelelor si haplotipurilor HLA: intr-o populatie anumite haplotipuri sunt mai frecvente decat este de asteptat, in timp ce altele sunt foarte rare sau chiar inexistente.Majoritatea combinatiilor alelice, care pot aparea teoretic pentru a realiza un haplotip nu au fost niciodata observate in populatii. Aceasta restrictie in ceea ce priveste diversitatea haplotipurilor posibile intr-o populatie apare datorita unui dezechilibru al inlantuirii

20. Complexul major de histocompatibiltate (MHC) este format din gene localizate la nivel 6p. Acestea sunt clasificate pe criterii structurale si functionale in 3 clase. Clasa I si II corespund cu genele sistemului HLA. Acestea codifica proteine cu rol in initierea raspunsului imun. Pentru transplantul de maduva osoasa si de organe este necesara compatibilitatea HLA si AB0. kb

21. Dezechilibrul de inlantuire Frecventa teoretica cu care se gasesc anumite haplotipuri intr-o populatie se calculeaza prin produsul frecventelor individuale ale genelor alele ce il alcatuiesc. Daca se compara frecv. teoretica cu cea reala (din acea populatie) se pot gasi 2 situatii: • frecv. reala nu difera semnificativ de cea teoretica (genele haplotipului sunt in echilibru de inlantuire) • frecv. reala > frecv. teoretica ( asociere alelica preferentiala, dezechilibru de inlantuire)

22. Echilibru de linkage In conditii de echilibru (recombinari multiple), in haplotipuri alelele apar independent una de alta. Examplu: Daca alela A are o frecventa de 0,3 si alele b o frecventa de 0,4 → frecventa haplotipului Ab: 0,3 x 0,4 = 0,12. .

23. Cum aflam daca 2 gene sunt situate pe acelasi cromozom? Cromozomi diferiti θ = 0.5 Acelasi cromozom θ≤ 0.5* Cu cat θeste mai mic ca valoare decat0,5 cu atat distanta genetica dintre cele 2 gene este mai mica. * egal cand genele sunt pe acelasi cz, dar nu sunt inlantuite

24. Segregareindependenta • Inlantuire • Dezechilibrulinlantuirii

25. Harti ale genomului Genetic maps (hartile genetice) masoara in centimorgani distanta dintre 2 markeri situati pe acelasi cromozom. Physical maps (hartile fizice) masoara in perechi de baze distanta fizica dintre cei 2 markeri (secventierea intregului genom: ~3,3 miliarde pb).

26. In imagineaalaturata: - prima estehartafizica - in rosuestehartagenetica la femei, iar in albastrucea de la barbat

28. Analiza asocierii si dezechilibrul inlantuirii • Atunci cand intr-o familie o alela marker segrega cu un FENOTIP ANORMAL (boala) inseamna ca exista inlantuire (linkage) intre markerul respectiv si locusul genei bolii. • Ex. In acest arbore genealogic alela marker A este dominanta • Ex. Alela marker A segrega cu boala

29. Daca in imagine se adauga cromozomii (barele verticale) avand gena bolii, se observa inlantuirea fizica intre locusul marker si cel al bolii (D); respectiv alela A marker segrega cu boala in aceasta familie, deoarece locusul sau este suficient de apropiat de locusul alelei ce provoaca boala, a.i. nu a mai avut loc nici o recombinare (c-o) Modelul de transmitere a markeruluiesteautozomal dominant

30. Lincaj si recombinare • Daca consideram 2 loci (nu obligatoriu unul al alelei bolii si celalalt marker) ei sunt: • Lincati / inlantuiti daca proportia de gameti recombinanti este < ½ • Nelincati / neinlantuit atunci cand fiecare tip de gamet se formeaza cu aceeasi probabilitate (frecvente egale de aparitie in gameti a combinatiilor posibile in caz de dihibridare respectiv: 25% AB, 25% ab, 25% Ab, 25% aB)

31. Lincajsirecombinare

32. Caracteristicileinlantuiriigenice • Inlantuirea este o proprietate a doi loci. • Inlantuirea nu variaza intre populatii • Inlantuirea nu depinde de frecventele alelice, dar capacitatea de a detecta prezenta inlantuirii depinde de acestea. • Inlantuirea necesita observarea transmiterii gametilor de la parinti la descendenti (imaginea precedenta)

33. Asocierea alelica

34. Asocierea alelica • Asocierea se refera la populatia formata din gameti si prin urmare nu necesita observarea transmiterii de la generatia parentala la cea filiala. • Doua alele sunt asociate, daca evenimentul ca un gamet sa poarte alela Anu este independent de evenimentul ca acel gamet sa contina alela B. • Adica, cu alte cuvinte, A si B se vor intalni in acelasi gamet ori mai frecvent (=asociere alelica prezenta) ori mai putin frecvent (=asociere alelica absenta) decat este asteptat pe baza de sansa. • Asocierea alelica este utilizata in genetica populatiei.

35. Asocierea alelica • In ex. anterior, in prima populatie de gameti genele A si B apar exclusiv impreuna, adica sunt total, complet asociate. • In a doua populatie de gameti nu apare o asociere, caci alelele se cupleaza intre ele la intamplare: A si B se amesteca cu a si b. • Este important de retinut ca spre deosebire de inlantuire, asocierea este populational-specifica. Ea depinde de frecventele alelice si de dinamica din interiorul populatiei studiate, adica este diferita de la o populatie la alta.

36. Lincaj fara asociere: un anumit marker alelic va segrega cu boala, dar alela specifica poate sa apara in diferite – alte - combinatii in alte familiile analizate

37. In acest caz o alela marker A este cuplata cu alela bolii la unfondator si este transmisa in prima familie pe cz. ‘bolii’; dar deoarece nu exista nici o asociere, cuplarea aleleirespective cu cea a bolii este intamplatoare(a douafamilie)

38. Poate varia de la o familie la alta, care alela marker segrega cu boala; in exemplele urmatoare alela A apoi a segrega cu fenotipul bolii

39. DEZECHILIBRUL LINCAJULUI Dar oare ce se intampla atunci cand exista inlantuire si asociere alelica!?

41. DEZECHILIBRUL LINCAJULUI • Alela A segrega cu fenotipul bolii in ambele pedigree-uri, adica o alela particulara este cuplata cu alela bolii la fondatori si transmisa ca urmare a inlantuirii. • Datorita asocierii alelice din cadrul populatiei exista tendinta ca aceeasi alela marker sa fie cuplata cu alela bolii in ambele familii studiate. • Deci dezechilibrul lincajului apare atunci cand alelele sunt mai frecvent impreuna decat s-ar datora sansei/intamplarii, ele fiind fizic apropiate pe catena ADN-ului. Multipli arbori genealogici demonstreaza excesul transmiterii aceleasi alele la indivizii afectati. Lincajul si asocierea sunt proprietati genetice diferite

42. CAUZELE ASOCIERII ALELICE • MUTATIA • MIGRATIA • EFECTUL DE FONDATOR • DRIFTUL GENETIC • SELECTIA

43. MUTATIA Cel mai cunoscut este modelul noii (de novo) mutatii: • O alela noua, aparuta pe un singur cz. ancestral poate conduce la asocieri intre ea si alele de pe diversi loci din genom • initial exista un marker polimorf (alelele A si a) si alela normala, salbatica (N); apoi apare noua mutatie pe un singur cz. si creeaza asocierea intre alelele A si D (alela mutanta ce provoaca boala)

44. Boli cauzate de mutatii produse intr-o singura gena • 1. Mucoviscidoza (fibroza chistica) este o b. autozomal recesiva cauzata de mutatii la nivelul genei CFTR*. 7q31 Simptomul major este mucusul cu vascozitate crescuta din plamani, ce conduce la infectii. • 2. Anemia falciforma este o b. autoz. rec. cauzata de o mutatie punctiforma in gena ß-globinei. Hematiile in forma de secera impiedica microcirculatia normala si priveaza organele de O2. • 3. Coreea Huntington o b. autoz.dom. cauzata de mutatii ale genei de la 4p16.3. Simptomele incep la varsta adulta si constau din tulburari psihice si neurologice, cu miscari necontrolate si dementa progresiva. *CFTR= cystic fibrosis transmembrane conduction regulatorgene

45. MIGRATIA (INTRARI SI IESIRI) • Asocierile apar cand se amesteca doua sau mai multe populatii. • Frecventele alelice vor fi diferite in populatiile care se amesteca. Frecv. alelica/genica = frecv. cu care o alela este prezenta pe un locus genic dat intr-o populatie • Pt. a gasi gene ale unor boli, studiind populatiile noi, ce apar in urma acestor migrari, este foarte util cand populatiile initiale aveau boli a caror prevalenta era diferita Prevalenta = nr. de bolnavi dintr-o populatie intr-un anumit moment temporal

46. Efectul de fondator Initial exista o populatie ‘ancestrala’, cu multi indivizi, unde nu existaasociereintrealela marker sicea a bolii. Apoi un grup de indivizi se desprinde, acestiaavandrolul de fondatori: eipoartanumai o parte din totalul de cromozomiaipopulatiei ”mama” (genofondul initial). Pebaza de sansa, pot saaparaasocieri!

47. Ex. pt efectul fondatorului In Vechiul Ordin AMISH din Pennsylvania* apare frecvent displazia condroectodermala, a carei simptomatologie include si polidactilia. Fie mutarea unei parti a populatiei in alta zona, fie reducerea indivizilor ca urmare a schimbarilor de mediu, determina o frecventa disproportionata a genelor fondatorilor in noua populatie. * Bolile transmise genetic sunt mai frecvente in populatiile inchise, casatoriile consanguine previn variatia genetica, fiind pastrate caracterele populatiei initiale. Bolile recesive sunt mai frecvente decat in alte populatii.

48. DRIFTUL GENETIC Se refera la schimbarile de la parinti la descendenti a frecventelorgenice; acesteschimbariapar in populatiilemiciprinimperechereaintamplatoare a gametilor, ceeace conduce la asocierialelicepebaza de sansa. O frecventa alelica poate creste sau diminua pe baza de sansa; nu fiecare individ va avea urmasi si nici nr. acestora nu este acelasi la diferiti genitori, apoi doar ½ din gene sunt transmise. Efectul, numit drift genetic intamplator, este f. intens: 1.In populatiile mici (100 de indivizi reproducatori sau mai putini) 2. Cand gena este neutra (nici avantajoasa, nici dezavantajoasa)

49. DRIFTUL GENETIC • Eventual intreaga populatie poate deveni homozigota pt. o alela sau - la fel de probabil – alela poate sa dispara! • Inainte ca aceste lucruri sa se intample, alela reprezinta unpolimorfism (poli = multe; morph = forma),adica un fragment de ADN, care are mai mult de o forma (alele), fiecare dintre acestea aparand cu o frecventa de cel putin 1% • Polimorfismele contribuie la variabilitate: polimorfismele unei gene pot avea/ nu functii diferite • Polimorfismele pot fi avantajoase, neutre sau dezavantajoase

50. Un ex. de drift genetic sunt gheparzii, care au cel mai redus nivel de variatie printre mamifere: daca de obicei indivizii inruditi au aprox 80% din gene in comun, la gheparzi se ridica la aprox. 99%! Consanguinizarea a dus la o rata scazuta a supravietuirii, la o calitate redusa a spermiilor si o mai mare susceptibilitate la imbolnaviri. Acestea fiind urmari ale lipsei diversitatii genetice.