Mendelovska teorija nasleđivanja. Mendelovski principi i odnosi. Modifikacije Mendelovih odnosa.

1. Mendelovska teorija nasleđivanja. Mendelovski principi i odnosi. Modifikacije Mendelovih odnosa.

2. OSNOVNI PRINCIPI NASLEĐIVANJA MENDELOVA PRAVILA NASLEĐIVANJA

3. Monah koji je eksperimente izvodio na baštenskom grašku. • Postavio je osnovne zakone i principe nasleđivanja. • U periodu kada je Mendel započeo eksperimente nije bilo saznanja o postojanju hromozoma, niti o značaju i mehanizmima mejoze! • Postulirao je da postoje posebni nasledni činioci partikularne prirode koji kontrolišu razviće osobina. To je bilo potpuno suprotno uvraženom mišljenju toga doba da dolazi do mešanja telesnih tečnosti roditelja pri nastajanju potomaka. Johan Gregor Mendel (1822-1884)

4. Mendelov rad • Prve rezultate svojih eksperimentalnih ukrštanja (koja su sprovedena u periodu od 1856-1863) Mendel je objavio 1866 godine. Rezultati su kasnije poslužili kao osnova za formiranje genetike. • Rad pod naslovom Experiments on Plant Hybrids objavljen je 1866. god. u časopisu The Proceedings of the Brunn Society of Natural History • 1900. Mendelovi rad ponovo otkriven. • Hugo de Vries (Holandija), Carl Correns (Nemačka) i Erich von Tschermak (Austrija)

5. Mendelovi eksperimenti • U serijama eksperimenata na baštenskom grašku, Mendel je pratio 7 osobina, od kojih je svaka predstavljena sa 2 različite forme: • 1. visina (stabla) biljke - visoko ili patuljasto (nisko) stablo • 2. oblik zrna - okruglo ili naborano • 3. boja zrna - žuto ili zeleno • 4. oblik mahune – ’’puna’’ ili naborana • 5. boja mahune - žuta ili zelena • 6. boja cveta - bela ili ljubičasta • 7. raspored cvasti - aksijalan ili terminalan

6. Monohibridno ukrštanje • Najjednostavnija Mendelova ukrštanja uključivala su biljke koje su se razlikovale samo jednoj osobini. Prvo je radio sa biljkama koje su se razlikovale u visini stabla, tj. visokim i patuljastim formama. • Ukrštanje između roditelja koji se razlikuju u jednoj osobini (fenotipu jedne karakteristike) nazivamo monohribridnim. • Roditelji su označeni kao P, ili parentalna generacija, njihovi potomci kao F1 ili prva filijalna generacija, a sledeća je F2 ili druga filijalna generacija. • Kao roditelje Mendel je koristio čiste linije, koje iz generacije u generaciju daju isti fenotip.

7. Monohibridno ukrštanje • Prati se visina stabljike

8. Monohibridno ukrštanje • Kada je Mendel ukrstio visoke sa niskim biljkama, u narednoj, F1 generacije, sve biljke su bile visoke. U ovakvom ukrštanju, osobina “nisko stablo” nestaje u F1 generacija i ponovo se javlja u F2 generaciji. • U F2 generaciji, ¾ biljaka izgleda kao jedna roditeljska biljka dok ¼ biljaka ispoljava drugu formu koja je isčezla u F1 generaciji.

9. Monohibridno ukrštanje Potom je Mendel izvršio slična ukrštanja na grašku za sve preostale pomenute osobine koje se alternativno ispoljavaju. Dobio je slične rezultate. Ishod eksperimenta je bio sličan bez obzira koje biljke su bile izvor polena a koje ovuma. Rezultati nisu bili polno zavisni!

10. Monohibridno ukrštanje • Na osnovu konzistentnih rezultata monohibridnih ukrštanja Mendel je zaključio: • Faktori koji determinišu osobine postoje u parovima. • Kada su dva različita faktora prisutna kod indivudue, jedan je dominantan nad drugim koji označavamo recesivnim.

11. DD genotip daje “visok fenotip”, a dd ”patuljast fenotip”. Prema postulatu dominantnosti - recesivnosti, genotipovi Dd i dD će dati visoke biljke. u F2 generacijiodnos fenotipova će biti 3 : 1(tj. 3/4 visokih biljaka i 1/4 patuljastih). Odnos genotipova će biti: 1DD: 2Dd : 1dd, tj.odnos genotipovaje 1:2:1.

12. Princip segregacije • Zaključci do kojih je Mendel došao nakon eksperimenata monohibridnog ukrštanja formalizovani su u principu segregacije (Mendelovo prvo pravilo nasleđivanja). • Princip segregacije kaže da svaki individualni diploidni organizam poseduje dva alela za bilo koju pojedinačnu osobinu. Ova dva alela se razdvajaju tokom formiranja gameta, i svaki odlazi u zaseban gamet.

13. Princip segregacije • Danas znamo da do razdvajanja alela dolazi prilikom razdvajanja homologih hromozoma tokom formiranja gameta u mejozi I! • Važno je sagledati pravilo segregacije u kontekstu MEJOZE!!! • NE MITOZE!!!

14. Test ukrštanje • Visoke biljke u F1 generaciji mogu da imaju DD i Dd genotip. • Da li postoji način da se razlikuju genotipovi biljaka koje ispoljavaju dominantni fenotip? • Mendel je razvio metod koji se koristi u procedurama ukrštanja kod biljaka i životinja i koji je označen kao test ukrštanje. Princip ukrštanja je sledeći: • Jedinka dominantnog fenotipa (ali nepoznatog genotipa) se ukršta sa recesivnim homozigotom.

16. Test ukrštanje Zadatak Rešenje • Kratkodlakost kod američkih terijera je recesivna osobina u odnosu na dugodlakost. • Pretpostavite da imate terijera duge dlake. Kako bi mogao da se odredi genotip terijera? • Alel za dugodlakost možemo označiti sa H, a za kratkodlakost sa h. • Ukrstiti dugodlakog sa kratkodlakim terijerom (genotipa hh), tj. Test ukrštanje. • Ukoliko terijer ima genotip HH, u potomstvu neće biti kratkodlakih pasa. • Ukoliko je pas heterozigot, tada bi jedna polovina ispoljila kratkodlakost.

17. Zadatak • Jedan oblik patuljastog rasta kod ljudi (Achondroplasia) se nasleđuje monogeno. U jednom cirkusu, u braku dva ahondroplasiona patuljka rođeno je jedno dete patuljastog rasta, dok je durgo dete bilo normalnog rasta. Da li je ova mutacija dominantna ili recesivna?

18. Rešenje • Mutacija je dominantna, jer je u ovom braku rođeno i dete normalne visine. Ukoliko bi mutacija bila recesivna, ahondroplazija bi se javljala kod recesivnih homozigota, tako da ne bi bilo moguće rađanje dece normalne visine. • Roditelji su heterozigoti: genotip Dd • Dete patuljastog rasta genotipa Dd • Dete normalne visine dd

19. Dihibridno ukrštanje • Nakon serija monohibridnih ukrštanja, Mendel je dalje dizajnirao eksperimente u kojima je simultano pratio nasleđivanje 2 osobine. • npr. boju i oblik semena graška

20. Dihibridno ukrštanje • U F1 generaciji potomstvo će imati žuto glatko seme. Žuto je dominantno nad zelenim, a glatko nad naboranim. • U F2 generaciji 9/16 biljaka će imati oba dominantna svojstva, po 3/16 jedno dominantno i drugo recesivno, i samo 1/16 oba recesivna svojstva. 9 : 3 : 3 : 1 P F1 F2

22. Dihibridno ukrštanje • Rezutati dihibridnog ukrštanja se lakše shvataju ukoliko se razmotri šta bi se dogodilo ako bi se svako dihibridno ukrštanje sastojalo od dva monohibridna. • Ukoliko se obe karakteristike nasleđuju nezavisno jedna od druge, to bi značilo da na verovatnoću da bilo koja biljka ima žuto ili zeleno seme, neutiče oblik semena. • Na primer, verovatnoća da biljka ima oba dominantna svojstva, jedanka je proizvodu verovanoća za svako svojstvo pojedinačno. • ¾ za žuto * ¾ za glatko = 9/16 žuto i glatko • ¾ za žuto * ¼ naborano = 3/16 za žuto i naborano • ¼ za zeleno * ¾ za glatko = 3/16 za zeleno i glatko • ¼ za zeleno * ¼ za glatko = 1/16 zs zeleno i glatko

23. Princip nezavisnog raspoređivanja • Na bazi sličnih rezultata dobijenih nakon velikog broja dihibridnih ukrštanja Mendel je postavio postulat nezavisnog raspoređivanja. • Princip nezavisnog raspoređivanja izvorno kaže da se tokom formiranja gameta segregirajući parovi faktora za različite osobine raspoređuju nezavisno jedan u odnosu na drugi. Korišćenjem moderne terminologije kažemo da se geni na različitim hromozomima ponašaju nezavisno u produkciji gameta.

24. Princip nezavisnog raspoređivanja • Danas znamo da je u anafazi mejoze I slučajno koji član homologog para će otići na koji od polove ćelije, odnosno koja kombinacija članova različitih hromozoma će otiću u pojedinačne polne ćelije! • Kao i u slučaju principa segregacije, važno je sagledati pravilo nezavisnog raspoređivanja u kontekstu MEJOZE!!! • NIKAKO MITOZE!!!

27. Trihibridno ukrštanje • Identični procesi segregacije i nezavisnog raspoređivanja uočavaju se i praćenjem 3 para različitih osobina sa alternativnim ispoljavanjem. • P1: AABBCC x aabbcc • Gameti: ABC abc • F1: AaBbCc • Gameti: ABC, ABc, AbC, Abc, aBC, aBc, abC, abc.

28. Matematički ishod nezavisnog raspoređivanja • n= broj heterozigotnih genskih parova • 2n = broj tipova gameta • 3n = broj mogućih genotipova • 2n = broj mogućih fenotipova

29. Moderna genetička terminologija • Hromozomisu strukture u koje je organizovan genetički materijal. Kod eukariota čini molekul DNK i histonske i nehistonske proteine. • Svaka vrsta poseduje specifičan broj hromozoma u nukleusu svake somatske (telesne) ćelije. Kod diploidnih organizama, taj broj je označen kao diploidan brojili 2n. • Tokom formiranja gameta, ovaj broj je prepolovljen na haploidni brojili n. Nakon oplođenja ponovo se uspostavlja diploidni broj.

30. Moderna genetička terminologija • Hromozomi se sastoje od velikog broja gena. • Gen je savremeni termin za Mendelove faktore nasleđivanja i predstavlja osnovnu funkcionalnu jedinicu nasleđivanja koja se nalazi na specifičnom mestu na hromozomu. Predstavlja jedinica skladištenja naslednih informacija, koja može da se replicira, eksprimira, ali i da bude izložena mutacijama. Može biti region koji se transkribuje, može biti regulatorni region ili region koji ima neku drugu funkciju. • Mesto gena na hromozomu se naziva lokus.

31. Moderna genetička terminologija • Različite forme gena, označene su kao aleli i sadrže različitu varijantu genetičke informacije koja determiniše istu osobinu. To su alternativne forme istog gena. • Može postojati veći broj različitih alela za određeni genski lokus.

32. Homologihromozomi… Polni hromozomi

34. Kako označavamo alele • Veliko slovo za dominantne osobine, npr. A, malo slovo za recesivne, npr. a. • Napisani u paru, označavaju genotip • U slučaju nepotpune dominanse i kodominanse, koriste se velika slova i alternativne oznake u superskriptu. • AA dominantni homozigot • Aa heterozigot • aa recesivni homozigot

35. Genotip • Genotip u širem smislu podrazumeva skup svih naslednih činilaca jednog organizma, tj. definiše se kao genetička konstitucija organizma. • U praksi se pod genotipom najčešće podrazmeva samo deo genetičkog materijala, tzv. genotip u užem smislu, koji predstavlja određenu kombinaciju naslednih činilaca pod čijom se kontrolom nalazi neka osobina koja je odabrana kao odlika organizma.

36. Fenotip • Pod fenotipom se podrazumeva fizička ekspresija osobine. • Fenotipske osobine mogu da se registruju na različitim nivoima, mogu biti biohemijske, fiziološke, morfološke ponašajne. • Uglavnom ne predstavlja samo prostu realizaciju genotipa, već uključuje i brojne interakcije gena i varijabilnih sredina kroz koje organizam prolazi u toku razvića.

37. Zašto su neke mutacije dominantne a neke recesivne? • Recesivne mutacije obično podrazumevaju gubitak funkcije gena, kada se usled mutacije više ne formira polipeptid ili je on nefunkcionalan. Kod Drosophila mutacija u genu cinnabar uzrokuje nedostatak enzima koji sintetiše braon pigment u očima, pa su oči svetlo crvene. • Recesivne mutacije mogu da rezultuju u parcijalnom gubitku funkcije. Mutirani produkt zadržava aktivnost u delovima tela koji su topliji. himalayan alel kod kunića daje proteinski produkt koji zadržava aktivnost samo u određenim delovima tela.

38. Zašto su neke mutacije dominantne a neke recesivne? • Dominantna mutacija može da podrazumeva gubitak funkcije, ako fenotip zavisi od količine genskog produkta. U heterozigotnom stanju wild tipe alel ne može da obezbedi dovoljnu količinu genskog produkta da se pređe prag neophodan za ostvarivanje fenotipa. • Produkt dominantnog alela može remetiti, inhibirati, neki biohemijski put u kom slučaju je dovoljan samo u jednoj kopiji kako bi sprečio ostvarivanje recesivnog fenotipa.

39. Genetička determinacija oblika semena graška na molekulskom nivou • Gen koji determiniše oblik semena kodira protein SBEI koji katalizuje formiranje visoko razgranate forme skroba u toku sazrevanja semena. • Homozigot za mutirani alel nema funkcionalni enzim, ne dolazi do bočnog grananja, pa se nagomilava saharoza u semenu. Raste osmotski pritisak i dolazi do gubitka vode u semenu.

40. Modifikacije Mendelovih odnosa • Promenljivost dominanse • Multipli aleli • Letali • Penetrantnost • Ekspresivnost • Plejotropija • Nasleđivanje vezano za polne hromozome, nasleđivanje ograničeno polom, nasleđivanje pod uticajem pola

41. Nekompletna dominansa • Nekompletna dominansa se ispoljava u situacijama kada heterozigot ispoljava fenotip koji se nalazi između dva homozigota. • Fenotip heterozigota može biti između fenotipa dva homozigota, ili bliži jednom od homozigota.

42. Nekompletna dominansa • Odnos genotipova je isti kao u slučaju kompletne dominanse u monohibridnom ukrštanju. • Međutim odnos fenotipova je isti kao odnos genotipova. P: A1A1 A2A2 F1: A1A2 A1A1 A1A2 A1A2 A2A2 F2: 1 : 2 : 1

43. Kodominantnost • Ukoliko su dva alela jednog genskog lokusa odgovorna za produkciju dva različita, a prepoznatljiva genska produkta radi se o kodominansi. • Fenotip heterozigota nije između homozigota, nego ispoljava svojstva oba homozigota, tj. produkti oba alela se prepoznaju u fenotipu.

44. Kodominantnost • Nasleđivanje MN sistema krvnih grupa P: LMLM x LNLN M N F1: LMLN MN F2: ¼ LMLM, ½ LMLN, ¼ LNLN M MNN

45. Razlike između nekompletne dominantnosti i kodominantnosti • Kompletna dominantnost • Nepotpuna dominantnost • Kodominantnost

46. Multipli alelizam • Kada postoje 3 ili više alela istog gena govorimo o multiplim alelima. • U populaciji može postojati i više od 2 alela određenog gena. • Diploidna jedinka može imati samo 2 alela. Bilo koji diploidni organizam poseduje dva homologa genska lokusa koji mogu da imaju različite alele istog gena i samo dve alelske forme istog gena mogu da se nađu kod jedne jedinke. • Između različitih alela mogu postojati različiti odnosi dominantnosti.

47. ABO sistem krvnih grupa • Postoje tri alternativna alela, IA, IB i I0 • IA, IB su dominantni nad I0 alelom, ali su međusobno kodominantni.IA= IB > I0 • Fenotipovi: Genotipovi: A B AB 0 IAIA, IAI0 ; IBIB, IBI0 ; IAIB ; I0I0

48. Letali AYA+ AYA+ • Mutacije koje remete neophodne, vitalne funkcije organizma zovemo letalnim. • Dominantni letali - Dovoljan jedan alel da jedinka ne preživi. Ukoliko se efekat ispoljava rano u razviću gube se nakon jedne generacije. Ukoliko se letalni efekat ispoljava nakon reprodukcij mogu se preneti na potomstvo. Primer Hantingtonova bolest. • Recesivni letali. Potrebna su dva takva alela da uzrokuju smrt. Mogu perzistentno postojati u populacijma jer su skriveni u heterozigotnom stanju. • Remete se Mendelove proporcije sa 3:1 na 2:1kada se ukrštaju heterozigoti! A+A+ AYA+ AYA+ AYAY

49. Plejotropija • Jedan gen može uticati na ispoljavanje većeg broja osobina. • Oboljenje fenilketonurija. Recesivna mutacija u homozigotnom stanju za posledicu ima nemogućnost konverzije tirozina u fenilalanin. Nagomilavanje fenilalanina u organizmu vodi mentalnoj retardaciji. Takođe dovodi do svetle boje kose jer je tirozin prekursor melanina. • Rezultuje iz među povezanosti biohemijskih puteva u kojima učestvuje produkt gena. • Veliki broj mutacija kod Drosophila koji utiče na boju tela utiče i na ponašanje.

50. Penetrabilnost i ekspresivnost Nepotpuna penetrabilnost Varijabilna ekspresivnost • Kada neke individue ne poseduju osobinu iako imaju odgovarajući genotip, govorimo o nekompletnoj penetrabilnosti. • U slučaju polidaktilije dominantna mutacija P koja se kod ljudi ispoljava samo kod nekih nosilaca. • Pojava da određeni genotip ima varijabilno ispoljavanje u fenotipu. Fenotip je različito izražen, nije uniforman među istim genotipovima. • Dominantna mutacija Lobe kod Drosophila izaziva apoptozu očnih faceta. Broj faceta može biti različit. • Polidaktilija