Chapter Konu 3 3 Lecture. Konu 3Mendel. Concepts of Genetics Tenth Edition. Mendel Genetiği

Transkript

1 Chapter Konu 3 3 Lecture Konu 3Mendel Concepts of Genetics Tenth Edition Mendel Genetiği

2 Konular 3.1 Mendel kalıtım şekillerini incelemek için bir deneysel yaklaşım modeli kullanmıştır 3.2 Monohibrit çaprazlama 3.3 Dihibrit çaprazlama 3.4 Trihibrit çaprazlama 3.5 Mendel in çalışmaları 20.yy da yeniden keşfedildi 3.6 Bağımsız dağılım genetik çeşitliliği sağlar 3.7 Olasılık kuralları genetik olayların açıklanmasına yardımcı olur 3.8 Ki-kare analizi genetik verilerde şansın rolünü araştırır. 3.9 Soy ağacı analizi insan karakterlerinin kalıtımını açıklar

3 Mendel ve bezelyeleri Gregor Johan Mendel genetik biliminin temel ilkelerini 1866 da oluşturdu. Bezelye (pisum sativum) ile yaptığı çalışmalar zamanında, kromozomlar, genler veya mayoz bilinmiyordu. Ama Mendel kalıtımın ayrı birimlerinin var olduğunu gösterdi ve bunların gametlerdeki ayrılış ilkelerini tahmin edebildi

4 3.1 İyi deney tasarımı ve analizin önemi Seçtiği canlı büyütülmesi ve yapay olarak melezlemesi kolay Üretilmesi kolay ve bir mevsimde olgunluğa erişir Mendel in başarılı olma sebebi deneylerini akıllıca tasarlaması ve analiz yöntemleriydi.

5 Bölüm 3.1 Bitkinin 7 adet görünür özelliğini takip etti - karakter Her karakterde 2 zıt özellik (form) bulunuyordu Gövde uzunluğu için; uzun ve kısa formlar. Diğer karakterler: tohum şekli ve rengi, kabuk şekli ve rengi, çiçek rengi ve yeri. Çiçek durumu Çiçek rengi Bitki boyu Tohum şekli Tohum rengi Tohum zarfı şekli Tohum zarfı rengi Eksensel Beyaz Uzun Düz Sarı Düzgün Sarı Terminal Mor Bodur Buruşuk Yeşil Boğumlu Yeşil

6 Bölüm 3.1 Başarısının diğer sebebi: Her deneyde gözlemlerini bir veya birkaç karaktere odakladı Her zaman sayısal kayıt tuttu. Verilerinin analizi sonucunda belirli önermelerde bulundu ve bu önermeler aktarım (transmisyon) genetiğinin temel ilkelerini oluşturdu.

7

8 Bölüm 3.2 Monohibrit çaprazlama Kendine döllenme: Erkek yapılardaki polen, dişi yapıdaki yumurtaya aktarılır. Bezelye bitkisinin çiçeği Üreme yapılarının gösterilmesi için çiçeğin kesiti alınmıştır Karpel (dişicik tepesi) - dişi, yumurtayı oluşturur Stamen (başçık) - erkek, polen oluşturur

9 Bölüm 3.2 Çapraz döllenme: Ayrı bitkinin erkek üreme organından (başçık) tozların (polen) alınarak diğer bitkinin dişicik tepesine aktarılması Polen Polen Atasal nesil (parental) P1 Çapraz döllenme Mor çiçekli Beyaz çiçekli Birinci nesil F1 nesli Tamamı mor çiçekli

10 Bölüm 3.2 Monohibrid çaprazlama Mendel in en basit çaprazlamaları BİR zıt form çifti arasındadır monohibrid çaprazlama Seçilen zıt formların birini gösteren iki bitki kullanılır: Bu bitkiler kendi içinde çaprazlandığında her zaman aynı formu gösterir. Genetikte; P1 : Orjinal ebeveynler ya da atasal (parental) nesil F1 : Bunların yavruları yada birinci yavrudöl (filial) nesil F2 : F1 neslinin bireyleri kendi aralarında döllenirse ikinci yavrudöl nesli

11 Ör: çiçek rengi zıt formlar mor/beyaz Atasal nesil Çapraz döllenme Birinci nesil İkinci nesil F2 nesli F1 neslinin kendine çaprazlanması 3 mor : 1 beyaz

12

13 Bölüm Mendel in ilk üç önermesi: Birim faktörler (aleller) çiftler halindedir Canlılarda genetik karakterler çiftler halinde bulunan birim faktörler tarafından kontrol edilir (YY, yy). Baskınlık/Çekiniklik Bir bireydeki tek bir karakterden, birbirinden farklı iki faktör sorumlu olduğundan birim faktörlerden biri diğerine baskındır, diğeri ise çekiniktir (Y-y). Ayrılma (Segregasyon) : Gamet oluşumu sırasında çiftler halinde bulunan birim faktörler rastgele ayrılırlar ve her bir gamet bunlardan birini ya da diğerini eşit olasılıkla alır (YY- ½ Y, ½ Y = 1Y) (Yy- ½ Y, ½ y).

14 Bölüm Çağdaş Genetik Terimleri Bir özelliğin fiziksel ifadesine fenotip denir (tohum rengi). Birim faktörler gen olarak isimlendirilir (tohum rengi geni). Fenotiptik özellik, genin alternatif formları allel tarafından saptanır (Y-yeşil, y-sarı). Çekinik özelliği belirten ilk harf söz konusu karakteri sembolize etmek için kullanılır. d : dwarf=bodur (çekinik özellik) D : baskın özellik w : wrinkled=buruşuk W : baskın özellik İki faktörün bulunduğunu DD, Dd ve dd gibi semboller genotip olarak ifade edilir. Genotipi aynı alleler oluşturduklarında (DD veya dd) homozigot Farklı alleller oluşturduğunda ise (Dd) heterozigot

15 Mendel in ilk üç önermesi: Çiftler halindeki birim faktörler = gen Baskınlık/ Çekiniklik Bağımsız ayrılma (segregasyon)

16 Önemli genetik terimler Terim Gen Alel Lokus Genotip Heterozigot Homozigot Fenotip (özellik) Tanım DNA nın belirli bir karakteri belirleyen bölümü Bir genin iki veya daha fazla değişken formlarından biri Kromozom üzerinde bir alel tarafından kaplanan belirli bölüm Bir canlıda bulunan alel seti Bir lokusta iki farklı alele sahip canlı Bir lokusta iki aynı alele sahip canlı Bir özelliğin fiziksel görünüşü

17 Monohibrid çaprazlama

18 Bölüm Punnet kareleri (Reginald C. Punnet) Döllenme sırasında, gametlerin kombinasyonları sonucu oluşan genotip ve fenotipler, Punnet karesi oluşturularak kolayca göz önünde canlandırılabilir. Olası gametlerin her biri tek bir sütuna yazılır. Dikey sütun dişi ebeveynin gametlerini yatay sütun ise erkek ebeveynin gametlerini göstermektedir. Her kombinasyon için erkek ve dişi gametlere ait bilgiler birleştirilerek oluşan genotip kutu içine yazılmaktadır.

19 Bölüm Punnet kareleri

20 Soru? Güvercinler ekose veya düz renkli olabilir. Bir dizi çiftleştirme sonunda aşağıdaki veriler elde edilmiştir. Checkered: Ekose Plain: düz Sonra F1 yavruları seçilerek ayrı ayrı çiftleştirilmiştir. (F1 yavrularına yol açan P1 çaprazları parantezde verilmiştir) Ekose ve düz renkler nasıl kalıtılmaktadır? İlgili genler için semboller seçin ve her çaprazdaki P1 ve yavruların genotiplerini belirleyin İpucu: Öncelikle bu karakteri etkileyen birden fazla gen olup olmadığını anlayın. Bunun için sayıları oranlara çevirin ve Mendel in 3:1 monohibrid oranına uyup uymadığına bakın.

21 Bölüm Test çaprazı bir karakterli F2 neslinde oluşturulan uzun bitkilerin ya DD ya da Dd genotipinde olması beklenir. Test çaprazı (geri çapraz) baskın fenotipli bir organizmanın genotipinin homozigot veya heterozigot olduğunun bulunmasıdır. Baskın fenotipli fakat genotipi bilinmeyen bir organizma homozigot çekinik bir birey ile çaprazlanır.

22 Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama Birbirine zıt iki çift özelliği içeren çaprazlama dihibrit çaprazı yada iki faktörlü çapraz olarak adlandırılır. Teorik olarak iki monohibritin ayrı şekilde yürümesidir. Tohumları sarı ve aynı zamanda düz olan bezelyeler, yeşil ve buruşuk tohumlu bezelyeler ile döllendiklerinde:

23 Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama 4. önerme-bağımsız açılım 4. önerme-bağımsız açılım

24 Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama Çarpım kuralı: İki bağımsız olayın aynı anda olma olasılığı çarpım kuralıyla belirlenir. Dihibrit çaprazları aslında iki monohibrit çaprazlamanın ayrı ayrı uygulanması olarak düşünülebilir.

25

26 Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama Bağımsız açılım: Gamet oluşumu sırasında birim faktörlerin birbirinden ayrılan çiftleri birbirlerinden bağımsız olarak dağılırlar.

27 Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama F 2 deki genotip ve fenotip oranları genotip fenotip

28 Mendel in dördüncü önermesi: Bağımsız dağılım: Gamet oluşumu sırasında birim faktörlerin birbirinden ayrılan çiftleri birbirinden bağımsız olarak dağılırlar. Gametlerin tüm olası kombinasyonları eşit sıklıkta oluşur. Bunun sebebi homolog kromozom çiftlerinin mayoz sırasında bağımsız bir şekilde ayrılmasıdır.

29 Soru Düz/buruşuk tohum ve Sarı/yeşil tohum dihibrit çaprazlarında yandaki sonuçlar alınmıştır. P1 (ata) bitkilerin genotiplerini belirleyiniz. Round: düz Wrinkled: buruşuk Yellow: sarı Green: yeşil

30 Bölüm Test çaprazı - ikili Dihibrit çaprazlamalarda da test çaprazı ile baskın karakterleri gösteren bir bireyin homozigot veya heterozigot olduğu anlaşılabilir. G?W? X ggww (G=sarı; g=yeşil; W=düz; w=buruşuk) Yukarıdaki test çaprazı için beklenilen fenotip oranları ne olacaktır?

31 Bölüm Test çaprazı - ikili Olasılıklar Fenotip oranları ½ sarı, düz ½ sarı, buruşuk Fenotip oranları ¼ sarı, düz ¼ sarı, buruşuk ¼ yeşil, düz ¼ yeşil, buruşuk Fenotip oranları ½ sarı, düz ½ yeşil, düz

32 Bölüm 3.4 Trihibrit Çaprazlama Trihibrit çapraz, Mendel in ilkelerinin çoklu karakter kalıtımında da geçerli olduğunu gösterir. Üç bağımsız karakterin çaprazlanmasını içerir

33 Bölüm 3.4 Trihibrit Çaprazlama Trihibrit çaprazında P1 ve F1 gametlerinin oluşumu

34 Bölüm 3.4 Trihibrit Çaprazlama Çoklu genlerle çalışırken çatal yöntemi, Punnet karesine göre daha kolaydır

35

36 Bölüm 3.5 Mendel in 20. yy da yeniden keşfi Walter Fleming 1887 yılında kromozomları keşfetti ve bu noktadan sonra Mendel in bulguları tekrar incelenmeye başlandı yılında Walter Sutton ve Theodor Boveri mayoz sırasında kromozomların davranışlarını Mendel in bağımsızlık kanunu ile ilişkilendirerek yayınladılar. Birim Faktörler Genler ve kromozomlar Her tür kendi somatik (otozomal) hücre çekirdeğinde belirli sayıda kromozom içerir. Diploit organizmalarda bu sayı 2n olarak isimlendirilir. Gamet oluşumu sırasında bu sayı tam olarak yarılanır ve döllenme sırasında iki gamet birleştiğinde diploit sayı tekrar oluşur.

37 Lokus: herhangi bir genin kromozom üzerinde yerleştiği bölgedir. (Locus, Loci)

38 Bölüm 3.6 Bağımsız ayrılma ve genetik çeşitlilik Bu matematik hesaplarına göre haploid sayısı 4 olan bir canlının 16 farklı gamet kombinasyonu olur. İnsan n= = 8 milyon üzerinde gamet kombinasyonu olasılığı Bu sadece bir ebeveyn için

39 Bölüm 3.7 Olasılık kuralları genetik olayları açıklamaya yardım eder Olasılık 0.0 ile 1.0 arasında değişir. 0.0: bir olayın olmayacağı kesin 1.0: bir olayın olacağı kesin Çarpım kuralı: Olasılığı bilinen birden fazla olay birbirinden bağımsız fakat aynı anda gerçekleştiğinde Bağımsız: Bir olayın doğurduğu sonuç diğerlerini etkilemiyorsa Önemli not: Hesaplamalar büyük örnek grupları için daha doğrudur. Dihibrit çaprazda F2 nin 9/16 sı her iki baskın karakteri gösterir Fakat küçük bir grupta bu çok mümkün değildir

40 Çarpma kuralı Uzunluk lokusu için heterozigot olan iki bezelye bitkisi arasında çaprazlama Tt x Tt Her bitki tarafından ½ T ve ½ t gamet üretilir TT ½ x ½ uzun =1/4 Tt ½ x ½ uzun =1/4 tt ½ x ½ uzun =1/4 tt ½ x ½ bodur =1/4 Uzun olma olasılığı = ¼+ ¼+ ¼= 3/4

41 Bölüm 3.8 Ki-kare analizi Ki-kare analizi genetik verinin şans eseri elde edilip edilmediğini değerlendirmek için kullanılır. Mendel in 3:1 monohibrit ve 9:3:3:1 dihibrit oranları aslında şu varsayımlara dayanan hipotezlerdir: Her allel baskın veya çekiniktir. Ayrılma engellenmemiştir Bağımsız dağılım gerçekleşmektedir Döllenme rastgeledir Son iki madde şansa bağlı olarak değişebilir.

42 Bölüm 3.8 Ki-kare analizi Tesadüfi sapma Beklenilen bir sonuçtan şans eseri gerçekleşen sapmalar büyük örnek sayısı ile azaltılır. Ör: Madeni paranın atılması Yazı/tura gelme olasılığı 1000 defa atma ile 4 defa atma karşılaştır

43 Bölüm Ki-kare hesapları ve sıfır hipotezi Bir verinin beklediğimiz bir orana uyacağını varsaydığımızda sıfır hipotezini oluşturmuş oluruz Bu şekilde adlandırılmasının sebebi beklenilen değerlerle ölçülen değerler arasında fark olmadığını varsaymasıdır. Eğer belirgin bir fark görülürse elde edilen sonucun tamamen şans eseri olduğu sonucuna varılır.

44 Bölüm Ki-kare hesapları ve sıfır hipotezi Ki-kare ( 2 ) analizi verinin sıfır hipotezine ne kadar iyi uyduğunu test eder. Х 2 =Ʃ (g-b) 2 = Ʃ s 2 b g: gözlenen b: beklenen S: sapma b Tablo 3.3 Bir monohibrit çaprazlamada F 2 neslinin 2 hesaplamalarında izlenilen yolu göstermektedir.

45 Ki-kare Analizi Monohibrit Beklenilen oran Gözlenen (g) Beklenilen (b) Sapma (g b) Sapma (s 2 ) s 2 /b Dihibrit Beklenilen oran Gözlenen (g) Beklenilen (b) Sapma (g b) Sapma (s 2 ) s 2 /b Table 3.3

46 Bölüm Ki-kare hesapları ve sıfır hipotezi Elde edilen 2 değerini yorumlayabilmek için serbestlik derecesi (degrees of freedom, df) denilen bir değerin hesaplanması gerekir df = n 1 n: sonuçları içine alan kategori sayısı 3:1 oranı için n = 2, df = 2-1 = 1 9:3:3:1 oranı için n = 4, df = 4-1 = 3 df hesaplandıktan sonra 2 değerine o df için karşılık gelen olasılık (p) değeri tablodan bulunur

47 Figure 3.11

48 Bölüm p değerini yorumlamak P=0.26 %26 gibi düşünülebilir Eğer deneyi pek çok kez tekrar etseydik, bu tekrarların %26 sı ilk deney kadar veya daha fazla tesadüfi sapma gösterecekti. P değeri için bir standart belirlenir (genelde 0.05) ve buna göre sıfır hipotezi reddedilir veya kabul edilir ten küçük bir p değeri, tekrarlanan deneylerde gözlenen sapmanın %5 ten daha az defa şansa bağlı olacağını gösterir. Beklenen ve gözlenen sonuçlar arasındaki fark şansa bağlı olamayacak kadar büyük Sıfır hipotezi reddedilir ten büyük p değerleri, tekrarlanan deneylerde gözlenen sapmanın %5 veya daha fazla defa şansa bağlı olacağını gösterir Sıfır hipotezi doğru kabul edilir.

49 Bölüm 3.9 Genetik Soyağaçları (Pedigri) Genetik soyağaçları insan karakterlerinin kalıtım yapılarını ortaya çıkarır. Bir genetik soyağacı bir aile soyağacını belirli bir karaktere göre verir. Bu ağaçların analizi belirli karakterlerin nasıl aktarıldığının anlaşılmasını sağlar.

50 Dişi Erkek Cinsiyet bilinmiyor Etkilenmiş bireyler Ebeveynler Akraba ebeveynler (kan bağı var) Doğum sırasıyla çocuklar Ayrı yumurta ikizleri (cinsiyet aynı veya farklı olabilir) Aynı yumurta ikizleri (cinsiyet aynı) Birden fazla kişi (etkilenmemiş) Ailede hastalık veya anomaliyle dikkati çeken ilk kişi Ölmüş kişi Heterozigot taşıyıcılar Ardarda gelen nesiller Figure 3.12

51 Otozomal çekinik karakter I-3 veya I-4 heterozigot olmalı Çekinik karakterlerin tipik özelliği nesil atlamasıdır Çekinik otozomal karakterler her iki cisiyette de eşit olasılıkla görülür Otozomal baskın karakter I-1 baskın allel için heterozigottur Baskın karakterler neredeyse her zaman her nesilde görülür Etkilenen her bireyin, etkilenmemiş bir ebeveyni var. Baskın otozomal karakterler her cinsiyette eşit gözlenir. Figure 3.13

52 3.9 Soy Ağaçları- İnsandaki bazı özellikler

53