Dziedziczenie mendlowskie

Terminologia genetyczna

Gen – odcinek DNA o określonej sekwencji nukleotydowej odpowiedzialny za wytworzenie danego polipeptydu; zajmuje określone miejsce „ locus” w chromosomie

i jest najmniejszą jednostką dziedziczności.

Allel – alternatywna forma danego genu zajmująca to samo „locus” w chromosomie homologicznym. Allele danej pary wzajemnie wykluczają się w gametach (zgodnie z I prawem Mendla.

Allele wielokrotne – alternatywne formy danego genu zajmujące to samo „locus” w chromosomie, wzajemnie wykluczające się w gametach iwystępujące w danej populacji w liczbie wiekszej niż 2 (np. geny wyznaczające antygeny układu grupowego krwi AB0).

Geny nie alleliczne – geny zajmujące różne miejsca – „locji” w chromosomie

Homozygota – osobnik, u którego dana cecha wyznaczona jest parą idetycznych alleli

(aa lub AA).

Heterozygota – osobnik, u którego dana cecha wyznaczona  jest parą różnych alleli (Aa).

Hemizygota – osobnik, u którego dana cecha wyznaczona jest tylko jednym allelem (dotyczy wszystkich genów zlokalizowanych na chromosomach płciowych X lub Y w układzie XY).

Fenotyp – zespół cech ujawniających się na zewnątrz (np. kolor oczu, kształt nosa itp.)

Genotyp – zespół genów określający dane cechy (np. Aa, Bb).

Geny letalne – geny które w układzie homozygotycznym wywołują Śmierć układu, a w układzie hemizygotycznym ograniczają jego żywotność (efekt subletalny ) Przykładem takiego genu jest gen hemofilii, który w układzie homozygoty recesywnej wywołuje śmierć zarodka.

Plejotropia – dany gen warunkuje więcej niż jedną cechę np. gen L determinuje dwa układy grupowe krwi MN i Ss.

Poligenia – dana cecha warunkowana jest kilkoma parami genów nieallelicznych np. cechy ilościowe organizmu takie jak wzrost, kolor skóry, inteligencja, u zwierząt nośność kur, dojność krów.

Proband – osoba obarczona chorobą genetyczną

Prawa Mendla

Grzegorz Mendel sformułował dwa prawa, które w współczesnej wersji są następujące:

I  prawo czystości gamet :

Geny wyznaczające daną cechę w gametach występują pojedynczo, czyli geny alleliczne wzajemnie wykluczają się w gametach  np.

                                                                 Aa

                                           A                     a

II  prawo niezależnej segregacji czyli niezależnego dziedziczenia cech

Geny wyznaczające daną cechę dziedziczą się niezależnie od genów wyznaczających inną cechę, czyli geny niealleliczne dziedziczą się niezależnie.

Obecnie wiele cech dziedziczy się zgodnie z prawem Mendla. Należy jednak pamiętać o występujących odstępstwach od tych praw np. dziedziczenie sprzężone (różne pary genów nieallelicznych na tej samej parze chromosomów dziedziczą się razem)

                                          Dziedziczenie monogenowe

Dziedziczenie alternatywne (nierównocenne)

Dziedziczenie alternatywne to dziedziczenie, w którym w heterozygocie (Aa) jeden z alleli dominuje nad drugim i ujawnia się fenotypowo (A). Drugi allel recesywny (a) może ujawnić fenotypowo tylko w homozygocie recesywnej (aa).

Przykład :Kolor czerwony (A) jest dominujący w stosunku do białego (a) w kwiatach groszku pachnącego. Skrzyżowano dwie homozygotyczne odmiany groszku o kwiatach białych i czerwonych. Jest to pierwsze pokolenie rodzicielskie (P)

P:               AA           x               aa        zgodnie  z  I prawem Mendla

G:                 A          A                                  a        a

F1:       Aa,    Aa,    Aa,    Aa,  

Wszystkie osobniki pokolenia F1 są jednorodne fenotypowo i genotypowo – wszystkie są czerwone, heterozygotyczne. Krzyżujemy osobniki pokolenia F1 między sobą.

F1:                     Aa           x                           Aa        zgodnie  z  I prawem Mendla                                         

G:                 A          a                               A       a

F2:      AA,    Aa,    Aa,      aa,  

             1   :        2        :    1              Stosunek genotypowy

                       3          :         1              Stosunek fenotypowy           

W pokoleniu  F2 nastąpiło rozszczepienie cechy w stosunku genotypowym w stosunku 1:2:1 (jedna homozygota dominująca, dwie heterozygoty, jedna homozygota recesywna). Fenotypowo trzy osobniki o fenotypie dominującym czerwonym, jeden o fenotypie recesywnym biały.

Krzyżowanie testowe

W dziedziczeniu alternatywnym fenotyp domninujący determinowany jest dwoma genotypami: homozygotą dominującą (AA) i heterozygotą (Aa). W celu określenia genotypu osobnika o fenotypie dominującym przeprowadza się tzw. krzyżowanie testowe. Badanego osobnika o fenotypie dominującym krzyżuje się z homozygotą recesywną. W przypadku roślin i zwierząt krzyżówkę taką przeprowadza się doświadczalnie. Możliwe są dwa warianty

I wariant: zakładamy, że badany osobnik jest homozygotą dominującą. Krzyżując go z homozygotą recesywną otrzymujemy następujący wynik krzyżówki:

                           AA           x                           aa       

                     A          A                               a       a

            Aa,    Aa,    Aa,    Aa,  

                    4               :              0

Wszystkie osobniki potomne mają fenotyp dominujący, brak osobników z fenotypem recesywnym.

II  wariant: badany osobnik jest heterozygotą. Krzyżując go z homozygotą recesywną otrzymujemy: 

                            Aa           x                           aa       

                     A          a                                  a       a

                  Aa,    Aa,           aa,    aa,  

                         2         :        2

                          1         :        1

Połowa osobników potomnych ma fenotyp dominujący, połowa recesywny.

Przy rozpatrywaniu dziedziczenia cech u ludzi przeprowadzamy tzw. krzyżówkę wsteczną polegającą na ustaleniu rodowodu danej cechy w rodzinie (jak dana cecha prezentowała się u rodziców i dziadków).

Dziedziczenie równocenne – kodominacja

Kodominacja to dziedziczenie, w którym w heterozygocie oba allele podlegają ekspresji fenotypowej  (ujawnieniu się)

Przykład:

W układzie grupowym MN gen na antygen M i gen na antygen N dziedziczą się równocennie. Osobnicy heterozygotyczni mają zatem grupę krwi MN.

Fenotyp krwi M warunkowany jest genotypem LM   LM   , podobnie fenotyp N jest warunkowany

genotypem  LN  LN.

Krzyżując osobniki homozygotyczne w pokoleniu F1 otrzymujemy heterozygoty o fenotypie mieszanym MN.

Krzyżując osobniki pokolenia F1 o fenotypie MN otrzymujemy w pokoleniu F2 rozszczepienie cechy w stosunku fenotypowym i genotypowym 1:2:1.

W dziedziczeniu kodominacyjnym fenotyp jest jednoznaczny z genotypem i nie zachodzi potrzeba wykonywania testowego.

Allele wielokrotne

W populacji dany gen może mieć więcej niż dwie odmiany alleliczne zwane allelami wielokrotnymi. Allele te wzajemnie wykluczją się w gametach zgodnie z I prawem Mendla.

U danego osobnika występują tylko dwa  spośród dowolnej liczby alleli. Przykładem alleli wielokrotnych są geny warunkujące antygeny grupowe krwi w układzie AB0. Wyróżniamy trzy podstawowe odmiany alleliczne genu I:

IA       -  allel warunkujący anygen A 

IB          -  allel warunkujący antygen B    

i         -  allel warunkujący antygen 0             

Allele IA i IB są względem siebie równocenne ( kodominacja ) i są dominujące w stosunku do allelu na antygen 0 – i .

Fenotypy i genotypy grup krwi w układzie AB0. Są następujące

A       -  IA IA       lub        IAi

B       -  IB IB       lub        IBi

AB    -  IA IB

0       -  i i

Przykład:

Jakich grup krwi można oczekiwać u potomstwa rodziców z grupami krwi:

matka grupa krwi A, ojciec B

Fenotyp A lub B może być warunkowany dwoma genotypami: homozygotycznym lub heterozygotycznym. W celu uzyskania wszystkich możliwości fenotypowych u potomstwa zakłada się, że fenotyp dominujący jest heterozygotyczny ( jeśli nie wynika inaczej z danych rodowodowych – krzyżówka wsteczna). Pokolenie rodzicielskie traktujemy jako F1 ponieważ jest heterozygotyczne.

Dziedziczenie innych układów grupowych krwi

Układ Rh

Układ Rh składa się z 13 antygenów, z których najsilniejszy jest antygen D. Jego obecność określana jest jako Rh(+) a jego brak jako Rh(-) (jest to pewne uproszczenie dla celów dydaktycznych, dokładniejsze dane uzyska student na zajęciach z krwiodawstwa).

Fenotyp Rh(+) jest dominujący i warunkowany jest dwoma genotypami: homozygotycznym (RR) lub heterozygotycznym (Rr)

Fenotyp Rh(-) jest recesywny i determinowany homozygotą recesywną (rr)

Układ MN

Układ grupowy MN został opisany jako przykład dziedziczenia kodominacyjnego w paragrafie 1.5

Układ Ss

Gen L warunkujący układ grupowy MN jest genem plejotropowym i oprócz antygenów MN determinuje antygeny układu Ss, które dziedziczą się alternatywnie.

Uwzględniając działanie plejotropowe tego genu fenotypy i genotypy tych układów grupowych są następujące:

MS       -  LMSLMS     lub   LMSLMs

NS        -  LNSLNS      lub   LNSLNs

MNS    -  LMSLNS      lub   LMSLNs     lub   LMsLNS

Ms       -   LMsLMs

Ns       -    LNsLNs

MNs   -    LMsLNs 

                                  Dziedziczenie kilku cech

Wyróżniamy dwie możliwości dziedziczenia kilku cech:

1.      Dziedziczenie niezależne zgodne z II prawem Mendla

2.      Dziedziczenie sprzężone – odstępstwa od II prawa Mendla

Dziedziczenie niezależne

Dziedziczenie niezależne kilku cech występuje wówczas gdy geny na dane cechy zlokalizowane są w różnych parach chromosomów homologicznych

Przykład:

Kolor włosów człowieka uwarunkowany jest przez dwie pary genów dziedziczących się niezależnie. Jedna para determinuje włosy ciemne lub jasne, druga para, rude lub nie rude

A - gen na barwę ciemną włosów

a – gen na barwę jasną

B – gen na włosy nie rude

b – gen na włosy rude

Jakich potomków mogą oczekiwać rodzice o ciemnych nie rudych włosach?

W zapisie krzyżówkowym dominujące cechy rodziców uznajemy za heterozygotyczne w celu uzyskania wszystkich możliwych fenotypów w potomstwie.

Zapis krzyżówkowy prowadzimy od pokolenia F1, które jest pokoleniem heterozygotycznym

F1 :                Aa  Bb                   x                    Aa  Bb

Zgodnie z I prawem Mendla do każdej gamety ...