GENETİK. Doç.Dr. Ercan ARICAN Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü

Transkript

1 GENETİK Doç.Dr. Ercan ARICAN Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü

2 Genetik (Kalıtım Bilimi): Genetik biliminin ele aldığı başlıca konular; canlının kendilerine özgü tüm karakterlerden sorumlu olan maddenin (genetik materyal=kalıtsal madde) yapı ve işlevinin ne olduğunu ve bireyin karakterlerini nasıl kazandığıdır. Genetiğin üzerinde durduğu bir diğer konuda bireylerin kendi sahip oldukları karakterleri döllerine nasıl aktardıklarıdır. Genetik kısaca; kalıtımı ve çeşitliliği inceleyen bir bilim dalıdır.

3 19. yüzyılda Pasteur ( ) tarafında kesin olarak ortaya konulan her canlı bir canlıdan doğar (omme vivum ex vivo) kavramına ulaşılmadan önce yüzyıllar boyunca özellikle yosun, solucan, salyangoz gibi basit organizmaların organik maddelerin kokuşmasıyla meydana geldiklerine yani kendi kendilerine oluştuklarına (generatio spontanea) inanılmıştır.

4 Hippocrates e (İ.Ö. 400) aittir. Üreme ile ilgili maddenin organizmanın vücudunun çeşitli kısımlarından oluşan bir karışım olduğunu; buna göre de erkek ve kadının tüm karakterlerinin onların tohumlarında (üreme hücrelerinde) toplanarak doğrudan döle geçtiğini ileri sürmüştür (karışım teorisi).

5 Aristotales (İ.Ö. 350) de temelde aynı görüşü kabul etmiş, fakat Hippocrates in teorisinin bazı olayları açıklamadığını görmüş, tohumların vücudun bütün kısımlarını taşımadığını ama bazı özel maddelerden meydana geldiğini ve bunların da vücudun çeşitli kısımlarını oluşturduğunu düşünmüştür. Ayrıca ana ve babanın döle verdiği pay eşit değildir; ana döle sadece madde sağlar, baba ise can verir (spermist görüş).

6 Kalıtım hakkındaki bu görüşler yüzyıllar boyunca değişmeden kalmıştır. Hatta döllenmede sperm ve yumurtanın rolünün anlaşıldığı 17. yüzyılda spermin içinde insanın bütün özelliklerini taşıyan çok ufak bir örneğin bulunduğuna ve Homonculus adı verilen bir minyatür canlının gelişerek yeni bireyi meydana getirdiğine inanılıyordu (ön oluşum teorisi=preformasyonizm)

7 Wolf ( ) un bitki ve hayvanlarda farklı özellikteki bireylerin başlangıçta tekdüze yapı gösteren embriyolardan meydana geldiğini göstermesiyle preformasyonizmin yerini daha modern bir görüş olan epigenesis aldı. Bir organizmanın gelişmesiyle oluşan doku ve organlar onun orijinal yapısında yoktur. Organların yaşamla ilişkili bazı esrarengiz kuvvetlerin etkisiyle tamamen yeniden oluştuğunu düşünmüştür.

8 19. yüzyılda Darwin ( ) ise Hippocrates ve Aristotales gibi düşünmüş ve pangenesis teorisinde (1868) ön oluşum kavramından temelde farklı olmayan görüşlerini ortaya koymuştur Bütün vücuda yayılmış küçük ve çok sayıda tanecikler vardır; gemmul adını verdiği bu birimler kendi kendilerine bölünüp çoğalırlar, vücutta dolaşırlar ve üreme hücrelerinde toplanarak döle geçerler.

9 Vücudun çeşitli hücrelerine ait değişik özellikleri taşıyan bu gemmuların bir kısmı bazı hallerde birkaç döl boyunca uyku halinde kalabilir ve sonra gelişerek kendine özgü karakterin ortaya çıkmasını sağlar. Bu teoriye göre bir organın fazla kullanılması veya kullanılmaması onun gemmullarını değiştirir ve sonuçta kalıtsal değişimlere yol açar. Kazanılmış karakterlerin kalıtımı adı da verilen bu görüş uzun süre benimsenmiştir.

10 Aynı yüzyılda Weismann ( ) yaptığı çalışmalarda pangenesis teorisinin yerine germplasm teorisini önermiştir. Çok hücreli bir organizmada iki tip doku bulunur (somatoplasm ve germplasm). Üreme ile ilgili olan germplasmdır ve ancak bu dokuda meydana gelen değişimler döle geçebilir.

11 Mendel 1866 yılındaki Bitki Melezleri ve Çalışmalar adlı yayınında kalıtsal maddenin bireyin vücut hücrelerinin karışımı olmadığını tersine çok sayıda ve belli koşullarda yapıları değişmeyen birimlerden ibaret olduğunu, bu birimlerin dölden döle bağımsız olarak geçtiklerini ve yeni gruplanmalar yapabildiklerini ileri sürmüştür.

12 Canlılar hücre yapılarında görülen bazı farklılıklara göre 2 büyük gruba ayrılırlar: Bakteriler ve maviyeşil algleri kapsayan prokaryotik organizmalar (prokaryotes) ile gelişmiş hayvan ve bitkiler de dahil diğer tüm canlı gruplarını kapsayan ökaryotik organizmalar (eukaryotes). Prokaryotik organizmalarda hücre basit yapılıdır ve genetik açıdan da önemli bir özellik olarak nukleusları (hücre çekirdeği) bulunmaz. Ayrıca hücrelerde zarla çevrili hiçbir organel bulunmaz. Kalıtsal maddenin sitoplazma içinde bulunduğu bölgeye nukleoid adı verilir.

13 Ökaryotlarda kalıtsal maddenin büyük bir kısmı nukleusta, bir miktar da mitokondri ve kloroplastlarda taşınır.

14 Nukleus ve Kalıtsal Madde Kalıtsal maddenin, bölünme halinde olmayan hücrelerin nukleusunda (interfaz nukleusu) meydana getirdiği yapıya kromatin adı verilir. Kromatin kalıtsal materyal olarak DNA molekülünün özel bazı proteinlerle birlikte oluşturduğu kromatin iplikçiklerininden (kromonema) meydana gelir. Işık mikroskobu altında tanecikli, ağsı bir yapı halinde gözlenen kromatinin koyu renkli boyanmış bölgeleri heterokromatin daha açık renkli boyanmış bölgeleri ökromatin olarak adlandırılır.

15 Kromozomlar Kromatini oluşturan kromatin iplikçikleri hücre bölünmesi başladığında dönümler yapıp boylarını kısaltıp, çaplarını arttırarak kromozomları oluştururlar. Yani kromozom; yoğunlaşmış ve biçimlenmiş kromatin materyalidir. Kromozomlar genellikle sadece hücre bölünmesi sırasında belirgin cisimler olarak görülürler. Kromozom morfolojisinin incelenmesi için hücre bölünmesinde en uygun evreler metefaz ve anafazdır.

16

17 Yüksek yapılı bitki ve hayvanların eşey hücrelerinde her bir kromozom çeşidinden sadece 1 adet bulunur. Buna göre eşey hücrelerindeki kromozomlar o canlının haploid kromozom sayısını oluşturur. Eşey hücrelerindeki kromozom sayısına takım adı da verilir ve kısaca n harfiyle gösterilir. Eşey hücrelerinin dışında kalan vücut hücrelerinde (somatik hücreler) her bir kromozom çeşidinden 2 tane bulunur, bunlara homolog kromozom denir. Döllenme sırasında homolog kromozomlardan biri anadan diğeri ise babadan gelir. Bu hücrelerde taşınan kromozom sayısına diploid kromozom sayısı denir. İki kromozom takımı bulunduğundan kısaca 2n olarak gösterilir.

18 Otozomlar: diploid hücrelerde daima birer çift olarak bulunan ve biçimleri aynı olan kromozomlardır. Gonozomlar (eşey kromozomları): canlının eşeyine bağlı olarak biçimleri aynı veya farklı olabilen kromozomlardır. Örneğin insanda diploid kromozom sayısı olan 2n=46 nın 44 tanesi yani 22 çifti otozomlardır. Geri kalan bir çift ise gonozomdur ve kadınlarda iki tane X kromozomu ( =44+XX) erkeklerde ise bir X ve bir Y kromozomu ( =44+XY) bulunur. Kromozomların biçimi sentromerin bulunduğu yer olan primer boğum tayin eder.

19 Sentromeri ortada olan kromozomlara metasentrik, bir uca daha yakın olanlara submetasentrik, bir uca çok yakın olanlara da akrosentrik kromozomlar isimi verilir. Sentromeri tam uçta olan kromozomlara ise telosentrik adı verilir.

20 Hücre Bölünmeleri Bir hücrede taşınan kalıtsal maddenin oluşan yavru hücrelere düzenli şekilde geçmesi sağlanır. Böyle bir paylaşımın sağlanması için daha hücre bölünmeye başlamadan önce kalıtsal madde miktarı iki katına yükselir. Prokaryotlarda, organizmaların çoğalması basit şekilde ortadan ikiye bölünme ile sağlanır. Bu bölünmeler sırasında, kalıtsal materyal ve diğer hücre kısımları iki yavru hücreye eşit olarak paylaştırılır. Bunun sonucunda meydana gelen iki yavru hücre ana hücrenin özelliklerini aynen korur.

21

22 Mitoz Bölünme Mitoz bir ana hücreden hücreden, onunla ve birbiriyle aynı sayıda kromozom taşıyan (aynı kalıtsal yükü taşıyan) 2 yavru hücre meydana gelmesine yol açan bir hücre bölünmesidir. Mitoz öncelikle bir nukleus bölünmesi biçiminde meydana gelir. Bu bölünmeye karyokinez de denilir. Nukleus bölünmesini sitokinez adı verilen sitoplazma bölünmesi izler. Bölünme halinde olmayan hücrenin bulunduğu durum interfaz olarak kabul edilir. İnrefazdaki hücrede çok yoğun metabolizma olayları meydana geldiği için bu evreye metabolik evre de denilmektedir.

23 Profaz: Bu evrede nukleusun içinde metabolik evrede sadece tanecikli biçimde görülen ağsı kromatin yapısı ince, uzun ve dönümler yapan belirgin iplikler, yani kromozomlar halini alır. Profazın başından itibaren her kromozomun kromatid adı verilen iki kısımdan (kardeş kromatid) ibaret olduğu görülebilir. Her kromatidde tek bir DNA molekülü bulunur.

24 2n=4 kromozomlu bir hücrede mitoz bölünmenin erken profaz fazında kromozomların görünümü. Bu evrenin sonunda nukleoluslar giderek küçülür ve kaybolur. Aynı zamanda nukleus zarı da kaybolur. Kromozomlar hücrenin orta kısmına doğru gidecek biçimde harekete geçer.

25 Metafaz: Hücrede bir iğ aygıtı meydana gelir. Hayvan hücrelerinin çoğunda kutuplarda sentriol adı verilen yapılar vardır (astral mitoz). Bitki hücrelerinde ise genelde bu yapılar bulunmaz (anastral mitoz). Kromozomların hücrenin orta kısmına (ekvator düzlemi, metafaz plağı) ulaşmasıyla metafaz başlar

26 Anafaz: Kardeş kromatidler ayrılıp birinin bir kutuba çekilirken diğerinin de zıt kutuba doğru çekilme fazıdır. Birbirinden ayrılan kromatidlerin her biri artık birer kromozomdur (yavru kromozom) ve her birinde birer tane DNA molekülü bulunur.

27 Telofaz: Kromozom grupları kutuplara gelince anafaz sona erer ve telofaz başlar

28 Sitokinez: Mitoz bölünmede sitoplazmanın bölünmesi olayıdır. Yavru nukleusların yakınında iğ iplikleri kaybolurken ekvator düzleminde pektin birikimiyle hücre plağı (orta lamel) medya gelir ve ana hücrenin sitoplazması iki yavru hücreye bölünür

29 Mitozun Önemi? Mitoz interfazdaki DNA replikasyonu ile iki katına çıkmış olan kalıtsal maddenin yavru hücrelere eşit biçimde paylaştırılmasını sağlayan bölünmedir. Mitoz bölünme, basit yapılı özellikle tek hücreli bazı ökaryotların eşeysiz olarak çoğalmalarını sağlar. Çok hücreli organizmalarda ise, erkek ve dişi eşey hücrelerinin birleşmesiyle (döllenme) meydana gelen zigot adı verilen tek hücreden mitoz bölünmelerle çok hücreli bir birey meydana gelir. Mitoz bölünme sayesinde bireyde (eşey hücreleri hariç) tüm vücut hücreleri birbiriyle ve zigottakiyle aynı sayıda kromozom taşırlar.

30

31 Mayoz Bölünme Mayoz kromozom sayısının yarıya indirgenmesine yol açan bir hücre bölünmesidir. Bu nedenle indirgeyici bölünme (redüksiyon) olarak da adlandırılır. Mayoz bölünme birbirini takip eden iki nukleus bölünmesinden ibarettir. Bölünmelerden birinde (çoğunlukla ilkinde) kromozom sayısı yarıya iner; diğeri ise normal vir mitoz bölünmedir. Bu nedenle birincisine I. Mayoz bölünme ikincisine de II. mayoz bölünme adı verilir

32 Leptoten: Kromozomlar ince uzun iplikler halinde belirir ve kromatidlerin varlığı henüz belirgin biçimde gözlenemez 2n=8 kromozomlu bir hücrede mayoz bölünmenin leptoten evresi

33 Zigoten: Biçim ve yapı bakımından birbirinin benzeri olan kromozomlar (homolog kromozomlar) yan yana gelirler ve birçok noktada çakışacak biçimde birbiri etrafına sarılırlar

34 Pakiten: Kromozomlar kısalıp kalınlaşmaya başlar. Pakitenin en önemli olayı bir bivalentin kromatidleri arasındaki kesişme (kiazma) noktalarında enine kırılmalar olması ve homologların birbirinden kopan parçalarla yer değiştirmesi ve yapışması olayıdır (krossingover)

35 Diploten: Homolog kromozomların bir arada tutmaya çalışan kuvvetler zayıflar bir bivalentteki homolog kromozomlar birbirinden ayrılmaya başlar ve kromozomlar sadece kiazma noktalarında bağlantılarını korurlar

36 Diakinez: Homolog kromozomların birbirini itmesi sonucunda kiazmalar sentromerlerden uçlara doğru kayar (terminalizasyon). Diakinezin sonuna doğru bivalentler ekvator düzlemine gitmek üzere nukleus zarına doğru hareket ederler. Daha sonra da nukleus zarı ve nukleoluslar kaybolur. Metafaz I: Kromozomların ekvator tablasında diziliş düzeni tamamen gelişigüzeldir

37 Anafaz I: Her bir bivalenti oluşturan homolog kromozomlar birbirinden ayrılır biri bir kutuba öbürü diğer kutuba doğru çekilmeye başlar

38 Telofaz I: Nukleus zarının oluşumu ile yavru nukleuslar meydana gelir. Bu yavru nukleuslardan her biri, ana nukleustaki her homolog kromozom çiftinden sadece tek bir kromozom almış olduğu için toplam kromozom sayısı ana hücredekinin yarısı kadardır.

39 İnterkinez: Süresi çeşitli organizmalara göre değişmekle birlikte genellikle çok kısa sürer

40 II. Mayoz Bölünme Bir mitoz bölünmedir. Aynı bir bireyin başka bir hücresinde meydana gelen mitozdan tek farkı burada kromozom sayısı 2n yerine n sayıda olmasıdır. Telofaz II de sitokinez sonucunda 4 yavru hücre (gon) meydana gelir

41

42

43

44

45

46 e.g. 2 chromosomes in haploid 2n = 4; n = 2 2 n = 2 2 = 4 possible combinations

47 In humans e.g. 23 chromosomes in haploid 2n = 46; n = 23 2 n = 2 23 = ~ 8 million possible combinations!

48 Mayozun Önemi: Mayoz bölünme kromozom sayısını yarıya indirgeyerek aslında eşeyli üreme gösteren canlılarda kromozom sayısının döller boyunca sabit kalmasını sağlar. Bu dengenin korunması, diploid sayıda kromozom taşıyan canlılarda eşey hücrelerini verecek olan ana hücrelerde ve eşey hücreleri oluşurken meydana gelen mayoz sonucu eşey hücrelerinin haploid sayıda kromozom taşımasıyla sağlanır.

49 Haploid sayıda kromozom taşıyan bazı basit yapılı organizmalarda ise mayoz bölünme döllenme sonucunda oluşan ve 2n sayıda kromozom içeren zigotta meydana gelir ve böylece bireyde kromozom sayısı haploide indirgenir. Mayoz bölünmenin genetik açıdan bir başka önemi ise, bu bölünme ile genetik rekombinasyon (yeniden düzenlenme) un meydana gelmesi ve bunun da genetik çeşitliliğe yol açmasıdır. Mayozda iki olay genetik rekombinasyona neden olur:

50 1. Krossingover Mayoz bölünmenin I. Profazının pakiten evresinde eşleşme halindeki homolog kromozomların kardeş olmayan kromatidleri arasında parça değişmesi olayıdır. Kardeş olmayan kromatidlerin kiazma adı verilen kesişme yerlerinde kırılmalar olur ve kopan parçalar diğer kromatidin eş parçası ile karşılıklı olarak yer değiştirir

51

52 2. Metafaz I de Bivalentlerin Ekvator Düzleminde Yerleşim Düzenlerinin Bağımsız Olması Mayozun I. metafazında farklı homolog çiftlerinin ekvator düzleminde yerleşim düzenleri tamamen gelişigüzel ve birbirlerine göre bağımsızdır. Bunun sonucunda da birbirinin homoloğu olmayan kromozomların anafaz I de kutuplara çekilmesi ve eşey hücrelerine dağılımı birbirinden bağımsızdır.

53 GENOTİP ve FENOTİP Kalıtsal molekülde bulunan ve organizmanın karakterlerinin tayininde rol oynayan kalıtsal birimlere gen adı verilir. Bir genin kalıtsal molekülde kapladığı fiziksel alan için lokus sözcüğü de kullanılmaktadır. Bir lokusda genin değişik biçimleri bulunabilir ve bunların her biri bir karakterin farklı şekilde belirmesine yol açar. Bir genin değişik biçimlerine allel adı verilir. (bazen gen veya allel deyimleri birbirine karışabilmekte ve gen deyimi çoğu kez allel yerine de kullanılmaktadır).

54 Allelleri göstermek için genetikte genetikte genellikle bazı simgeler kullanılır (A, a, aw, ac veya A, a1, a2, a3 veya A1, A2, A3.. gibi). Bazen kullanılan harfler, söz konusu genin sorumlu olduğu karakterin ilk veya ilk birkaç harfinden oluşur. Örneğin, sarı tohum renginden sorumlu olan allel için S harfinin kullanılması veya bir antibiyotik olan streptomisine karşı direnç sağlayan allelin strr biçiminde gösterilmesi gibi. Allel sayısı kaç olursa olsun diploid sayıda kromozom taşıyan bir organizma her kromozomdan birer çifte sahip olduğundan, bu allellerden sadece iki tanesini taşıyacaktır. Eğer diploid bir bireyin taşıdığı alleller birbirinin aynı ise (örneğin AA, bb, DD vb.) bu birey bir homozigottur.

55 Bazen birbirinin aynı alleller için identik (eş) deyimi de kullanılmaktadır. Buna göre bir homozigot identik genleri taşır. Buna karşılık eğer diploid bir bireyin taşıdığı alleller farklı ise (örneğin Aa, Bb, Dd vb.) bu birey bir heterozigottur. Heterozigot olarak bulunan allel çiftlerinin sayısına göre bireyler ayrı isimler de alırlar. Örneğin, tek bir gen (allel çifti) bakımından heterozigotlara monohibrid iki allel çifti bakımından heterozigotlara dihibrid, üç allel bakımından heterozigotlara trihibrid, daha çok sayıda allel çifti bakımından heterozigotlara genel olarak polihibrid denilmektedir.

56 Genotip ve Fenotip İlişkisi Bir organizmanın sahip olduğu genlerin toplamına genotip adı verilir. Bireyin genotipini oluşturan genler o bireyin kendine özgü karakterlerinin meydana gelmesinden sorumludurlar. Bir organizmayı oluşturan karakterlerin tümüne ise fenotip denir. Fenotip kavramı bir bireyin tüm iç ve dış morfolojik, fizyolojik karakterlerini kapsar.

57 Kalıtsal materyal fenotipik karakterlere ait bilgiyi taşır ve fenotip bu molekülün yönetiminde ortaya çıkar. Bir bireyin genotipi yaşamı boyunca normal olarak değişmediği halde ortam koşulları değişken olduğundan buna bağlı olarak bireyin fenotipi de zaman içersinde ve ortam koşullarına göre değişebilir. Buna göre fenotip genler arasındaki etkileşimler ve genlerle ortam koşulları arasındaki etkileşimler sonucu ortaya çıkar. Bu bakımdan bir bireyin fenotipi her zaman onun genetik yapısını tam olarak yansıtamaz.

58 Ortam Koşullarının Fenotipin Belirmesindeki Etkileri Ortam koşullarının fenotipi etkileme yeteneklerinin özelliği ve ölçüsü iki ayrı yaklaşımla anlaşılabilmektedir. Farklı genotipteki bireyleri aynı ortam koşullarında tutmaktır. Örneğin, bir türün değişik varyetelerine ait bireyler tamamen aynı koşullarda uzun süre bırakılsalar da, farklı genlere sahip olmalarından kaynaklanan farklı karakterlerin devam ettiği gözlenir. Fenotipin ortaya çıkışında temel etken genotiptir.

59 Diğer bir yaklaşım ise genotipleri aynı olan bireyleri (klon veya arı döle ait bireyleri) (bir bireyin eşeysiz üreme ile meydana getirdiği bireylerin topluluğuna klon denir ve klonu oluşturan tüm bireylerin genotipi aynıdır, herhangi bir karakter bakımından homozigot olan bir bireyin kendileşmesi veya kendisi ile aynı genotipte olan bir başak bireyle döllenmesi sonucunda meydana gelen döle arı döl denir) değişik ortam koşullarında tutmaktır. Örneğin, aynı genotipteki bitki tohumları iki gruba ayrılarak bir grup deniz düzeyinde diğer grup ise yüksek bir dağın tepesine ekildiğinde, bu iki bölge arasında nem, ışık, sıcaklık, yükseklik ve toprağın özellikleri bakımından büyük farklar olacaktır.

60 Fenokopi Bazen ortam koşulları etkisiyle bir organizmanın değişen fenotipi bir gen (veya genlerin) etkisiyle ortaya çıkan başka karakter (ler)i taklit eder, ama bu etki kalıtsal değildir. Böyle özelliklere sahip bireylere fenokopi adı verilir..

61 İnsanda Fenotip Üzerine Ortam Koşullarının Etkileri Tek yumurta ikizleri (monozigotik ikizler) üzerinde yapılan gözlemlerden yararlanılır. Bunlar tek bir döllenmiş yumurtanın bölünerek birbirinden ayrılması ve ayrılan hücrelerin gelişmelerini bağımsız olarak sürdürmeleriyle oluşan ikizler (veya ender olarak üçüzler, dördüzler vb.)dir. Böyle kardeşler tamamen aynı genotipe sahiptir ve bir klon oluştururlar Herhangi bir karakter bakımından ikizlerdeki fenokopik benzerliğin (veya farklılığın) ölçülmesinde basit bir yol bu karakterin ikizlerin birinde veya her ikisinde varlığını (veya yokluğunu) araştırmaktır. Eğer belli bir karakter ikizlerin her ikisinde de taşınıyorsa bu karakter bakımından uyumluluk söz konusudur yani fenotipleri aynıdır. Bunlara ek olarak tek yumurta ikizlerinin farklı koşullarda yetiştirilip gözlenmesi de büyük önem taşır.

62

63

64 GENLER ARASINDAKİ ETKİLEŞİMLER Fenotipin ortaya çıkmasında esas etkin rolü genotip oynadığına göre canlılarda karakterlerin belirmesinde genler arasındaki etkileşimler büyük önem taşır Bir karakterin fenotipte kendisini göstermesinde en basit yol, bu karakterin tek bir gen tarafından tayin edilmesidir. Buna karşılık çoğu kez bir karakterin belirmesinde birden fazla gen etkili olmaktadır.

65 Mendel in Çalışmaları ve Mendelizm Gregor Mendel ( ) Avusturya nın Brünn (Çekoslavakya nın Brno) şehrinde doğdu yılından itibaren çeşitli bezelye (Pisum sativum) varyetelerine ait tohumları toplamaya ve onları manastır bahçesinde yetiştirerek aralarındaki farkları incelemeye başladı. Organizmalar arasında yapılan döllenme (hayvanlarda çiftleştirme, bitkilerde tozlaştırma) çalışmalarına genetikte çaprazlama adı verilir. Genotipleri farklı iki bireyin çaprazlanmasına ise melezleme (hibridizasyon) denilir ve bu olay sonucunda meydana gelen birey melez (hibrid) olarak adlandırılır).

66 GENLER ARASINDAKİ ETKİLEŞİMLER Fenotipin ortaya çıkmasında esas etkin rolü genotip oynadığına göre canlılarda karakterlerin belirmesinde genler arasındaki etkileşimler büyük önem taşır. Bir karakterin fenotipte kendisini göstermesinde en basit yol, bu karakterin tek bir gen tarafından tayin edilmesidir. Buna karşılık çoğu kez bir karakterin belirmesinde birden fazla gen etkili olmaktadır.

67 Mendel in Çalışmaları ve Mendelizm Gregor Mendel ( ) Avusturya nın Brünn (Çek Cumhuriyeti Brno) şehrinde doğdu yılından itibaren çeşitli bezelye (Pisum sativum) varyetelerine ait tohumları toplamaya ve onları manastır bahçesinde yetiştirerek aralarındaki farkları incelemeye başladı. Organizmalar arasında yapılan döllenme (hayvanlarda çiftleştirme, bitkilerde tozlaştırma) çalışmalarına genetikte çaprazlama adı verilir. Genotipleri farklı iki bireyin çaprazlanmasına ise melezleme (hibridizasyon) denilir ve bu olay sonucunda meydana gelen birey melez (hibrid) olarak adlandırılır).

68 Çaprazlama denemeleri için Pisum sativum çok uygun bir materyaldir. Hermafrodit olan bu türde, anterler genellikle çiçek tomurcuk halindeyken patlar ve çiçek tam açılmadan önce tozlaşma olur. Bu nedenle Mendel in çalışmalarında kullandığı yöntemlerden biri olan kendileşme (bir bireyin kendi kendini döllemesine veya kendisiyle aynı genotipte olan bir bireyle çaprazlanması) güvenilir şekilde meydana gelir. 1. Mendel in çalıştığı saf soylardaki karakterler; 2. Tohum biçimi (düzgün veya buruşuk) 3. Tohum rengi (yeşil veya sarı) 4. Petal rengi (mor veya beyaz) 5. Meyva kabuğu biçimi (şişkin veya dar) 6. Meyva kabuğu rengi (yeşil veya sarı) 7. Çiçeklenme durumu (aksiyal veya terminal) 8. Gövde boyu (uzun veya kısa)

69

70

71 Çaprazlamadaki saf soylara ait bitkiler için ana-baba kuşağı (parental generation) anlamında kısaca P, bunların çaprazlanmasından meydana gelen birinci kuşak için (first filial generation) F1 simgesini kullanmıştır.

72 Bir Karakterin Döllere Geçiş Özellikleri ve Mendel in I. Yasası Mendel ilk çaprazlamalarında sadece tek bir karakter bakımından fark gösteren varyeteleri kullandı. Örneğin, sarı ve yeşil tohumlu varyeteler arasında karşılıklı (resiprok) çaprazlamalar yaptı. Yani, tohumları sarı ve yeşil olan bezelye bitkilerini dişi ve erkek olarak ayrı ayrı kullandı. Bu çaprazlamalarda sonucun değişmediğini, hangi varyetenin ana veya baba olduğuna bağlı olmaksızın ilk dölün ana ve babadan sadece birine (tohumları sarı olana) benzediğini ve dölün tüm bireylerinin bu karakter bakımından aynı olduğunu (izotip) gözledi.

73 Daha sonra kendileşmeye bıraktığı F1 dölü bitkilerinin dölünde (F2) renk açısından tek çeşitliliğin kaybolduğunu ve hem sarı hem de yeşil tohumlu bitkilerin bulunduğunu gözledi. F2 bireyleri ¾ sarı ¼ yeşil ¼ saf sarı (homozigot) 2/4 saf olmayan sarı (heterozigot) ¼ saf yeşil (homozigot)

74 Bu sonuçlar Mendel e ana veya babaya ait olan ve F1 dölünde gizli kalan bir karakterin F2 dölünde yeniden belirmesinin bu fenotipe ait yeteneğin F1 de taşınmasını gerektirdiğini düşündürmüştür. Mendel F1 de ortaya çıkan karakter için dominant gizli kalan için ise resesif terimini kullanmıştır. Tek gen çifti bakımından heterozigot olan Aa genotipindeki F1 bireylerinde eşey hücreleri oluşurken bu gene ait alleller birbirinden ayrıldığı için iki farklı çeşitte eşey hücresi eşit oranda oluşur.

75 İki homozigot bireyin çaprazlanmasından elde edilen F1 dölü

76 Erkek ve dişi eşey hücrelerinin birleşmesi de rastgele olduğundan F2 dölünün bireylerinin genotipik oranları; ¼ AA: 2/4 Aa: ¼ aa biçiminde olur. AA ve Aa genotipleri aynı fenotipi verdiği için bu oran fenotipte 3:1 biçiminde gözlenir.

77 Mendel in I. Yasası (allellerin ayrışımı prensibi=bağımsız ayrışım prensibi) Bir genin allellerinden her biri eşey hücreleri oluşumu sırasında birbirinden ayrılır; bunun sonucunda meydana gelen eşey hücrelerinin yarısı bu allellerden birini, öbür yarısı ise diğerini taşır.

78 Birden Fazla Karakterin Döllere Geçiş Özellikleri ve Mendel in II. Yasası Mendel daha sonra iki karakter bakımından farklı bezelye bitkileriyle çaprazlamalar yaptı. Örneğin, düzgün ve sarı tohumlu bitkilerle buruşuk ve yeşil tohumlu bitkileri çaprazladığında, F1 dölünde düzgün ve sarı tohumlar elde etti. Böylece düzgünlük ve sarılık karakterlerinin dominant olduğunu bir kere daha doğruladı. F1 tohumlarından bazılarını ertesi yıl ekti, bunlardan meydana gelen bitkileri kendileşmeye bıraktı ve elde ettiği 556 tohumda (F2 dölü) biçim ve renklerine göre dört farklı grubun ortaya çıktığını izledi:

79

80 F1 de gizli kalan karakterlerin F2 de yeniden ortaya çıkmaları ve F2 de ana baba tiplerine ek olarak iki yeni tipin (tohumları yeşil ve düzgün olanlar ile sarı ve buruşuk olanlar) meydana gelmesi Mendel e ana-babada bir arada bulunan farklı karakterlerin birbirinden bağımsız olarak döle geçtiklerini düşündürdü. Mendel iki farklı karakterin bağımsız kalıtımı özelliğinin daha fazla sayıda karakterler içinde geçerli olduğunu saptamıştır. Bu önemli özellik de Mendel in II. yasasının temelini oluşturur.

81

82 Mendelin II. yasası (bağımsız dağılım prensibi): Farklı genlere ait allellerin eşey hücrelerinde bir araya gelmeleri birbirinden bağımsızdır ve rastlantıya bağlıdır.

83 Geri Çaprazlama Farklı karakterlerin birbirlerinden bağımsız davranışını denetlemek üzere melez bitkiler, resesif karakterleri taşıyan homozigotlarla çaprazlanır. Bir melezin (veya genotipi bilinmeyen bir bireyin) ana veya babayla (veya onlarla aynı genotipteki bireyle) çaprazlanmasına geri çaprazlama denir. Eğer melez birey söz konusu karakterleri bakımından bir resesif homozigot bireyle çaprazlanıyorsa, buna test çaprazlaması da denir.

84 Test çaprazlaması genotipi bilinmeyen bireyin özelliklerinin ortaya çıkarılmasına olanak verir. Çünkü böyle bir çaprazlamanın dölünde kendini gösteren karakterler doğrudan doğruya melezi eşey hücrelerinden gelen genlerin tayin ettiği karakterlerdir. Buna göre bir bireyin homozigot mu yoksa heterozigot mu olduğunu anlamak için o birey, taşıdığı karakter bakımından homozigot resesif olan bir bireyle çaprazlanır.

85 Geri çaprazlama (test çaprazlaması) bir bireyin birden fazla karakter bakımından melez olup olmadığının ve heterozigotluk derecesinin saptanmasında da kullanılabilir.

86 Mendel Yasalarının Mayoz Bölünmedeki Olaylarla Açıklanması Mendel in I. yasası olan allellerin birbirinden ayrılması, I. mayoz bölünmede homolog kromozomların ayrı kutuplara gitmesinden, bunun sonucunda her bir eşey hücresinde sadece tek bir allel bulunması yani eşey hücrelerinde her kromozom çeşidinden sadece bir tane bulunmasından kaynaklanır.

87 Allellerin birbirinden ayrılması olayı mayoz bölünmelerin birincisinde veya ikincisinde olabilir. Bir genin bulunduğu yerle sentromeri arasında krossingover olmadığı zaman ayrılma Anafaz I de meydana meydana gelir. Allellerden birini taşıyan iki kromatidden ibaret bir kromozom bir kutuba diğer alleli taşıyan öbür kromozom ise zıt kutuba gider.

88 Bu duruma birinci bölünme ayrışımı adı verilir. Eğer genini bulunduğu yerle sentromeri arasında krossingover meydana gelmişse Anafaz I de kutuplara giden kromozomların iki kromatinde farklı alleller bulunur, allellerin ayrılması ancak Anafaz II de olur. Buna da ikinci bölünme ayrışımı denir.

89 Aynı kromozomda bulunan birden fazla gen bakımından heterozigot bir ana hücreden tek bir mayoz sonucu oluşan dört yavru hücrede birinci veya ikinci bölünme ayrışımı durumlarına göre değişik sayıda genotip çeşitleri meydana gelebilir.

90 Mendel in II. yasasına göre birbirinin alleli olmayan ve farklı kromozomlarda taşınan genlerin eşey hücrelerinde rastgele biçimde ve eşit olasılıkla bir araya gelmeleri ise mayoz bölünmenin I. metafazında farklı homolog kromozomların yerleşim düzenlerinin rastgele ve birbirlerinden bağımsız olmasından kaynaklanır.

91 Karakterlerin Mendel yasalarına göre bir dölden bir sonrakine geçmesine Mendelizm denir. Mendel yasalarının temeli mayoz bölünmeye dayandığından, eşeyli üreme ile çoğalan tüm ökaryotlarda, alleller arasında dominantlık resesiflik ilişkisinin bulunduğu ve farklı karakterlere ait genlerin ayrı kromozomlarda taşındığı durumlarda karakterlerin kalıtımı Mendelizme uygunluk gösterir. Ayrıca bu yasaların gelişmiş organizmaların yanı sıra, yaşam çevrimlerinde daha çok haploid evrenin baskın olduğu veya her iki evrenin de eşit değerde olduğu basit yapılı canlı gruplarında da geçerliliği saptanmıştır.

92 BİR GENİN ALLELLERİ ARASINDAKİ ETKİLEŞİMLER Farklı allellerin birlikte bulundukları durumlardaki (heterozigotlarda) etkileşim biçimleri karakterlerin fenotipte ortaya çıkış ve kalıtım özelliklerini etkiler. Tam Dominantlık (A a) Mendel in çalışmalarında da değindiği gibi iki allel genotipte bir araya geldiğinde fenotipte etkisini gösterene dominant göstermeyene resesif adı verilir. Tam dominantlık ilişkisinin varolduğu örneklerde bir karakterin dölden döle geçişinde Mendel kurallarına uygun bir dağılım oranı gözlenir.

93

94 Tam Olmayan Dominantlık (Ekivalentlik) Bu özellikteki iki farklı allel bir arada bulunduğunda, yani heterozigotlarda fenotipte iki homozigotun arasında bir karakter gözlenir. Örneğin Mirabilis jalapa bitkilerinde çiçek renginden sorumlu olan genin iki alleli (K1 ve K2) arasında böyle biretkileşim söz konusudur. Kırmızı çiçekli (K1K1) bitkiler ile beyaz çiçekli bitkiler (K2K2) çaprazlandığında F1 dölü pembe (K1K2) olmaktadır. F2 dölünde ise ¼ kırmızı, 2/4 pembe ve ¼ beyaz çiçekli bitkiler meydana gelmektedir. Mendel yasalarına uygun kalıtımda gözlenen 3:1 ayrışımı 1:2:1 oranına değişmesinin nedeni K1 ve K2 allelleri arasında ekivalentliğin olmasıdır.

95

96 Kodominantlık (A1=A2) Bu tip etkileşimde allel genlerin fenotipte belirme kuvvetleri eşittir, bu nedenle heterozigot durumlarda her ikisi de etkilerini birlikte gösterirler. Böyle bir etkileşim genellikle, bir genin allellerinin aynı yapı veya fonksiyona ait değişik yapı taşlarının oluşumunu etkilediği durumlarda ortaya çıkar ve heterozigot durumda her iki yapı taşı da meydana gelir.

97 İnsanlarda M-N kan grubu sistemlerinden sorumlu olan genin allelleri arasında kodominantlık ilişkisi bulunur. İnsanda bu sistem bakımından 3 çeşit kan grubu söz konusudur. LMLM homozigotları M, LMLN heterozigotları MN ve LNLN homozigotları ise N kan grubundandır. Kan grupları kandaki alyuvarların (eritrositlerin) yüzeylerindeki özel antijenlerin varlığıyla belirlendiğinden LMLN genotipindeki bireylerde iki çeşit antijen de (M ve N antijenleri) bulunur. İnsanda benzer biçimde etkileşim, A-B-O kan grubu sistemindeki A ve B allelleri arasında da geçerlidir.

98 İnsanda kodominantlığın önemli diğer bir örneği orak hücreli anemi hastalığında bulunur. Dünyadaki insanların büyük bir çoğunluğu alyuvarların yapısında bulunan ve oksijen taşınmasında iş gören hemoglobin molekülünün normal tipine (hemoglobin A) sahiptir. Buna göre insanların çoğunluğunun hemoglobin bakımından genotipleri HbAHbA dır. Afrika daki bazı zenci topluluklarında gözlenen bir anemi olayına yol açan değişik bir hemoglobin tipi (hemoglobin S) saptanmıştır. Genotipleri HbSHbS olan kişilerde alyuvarların çoğu orak biçimini alır.

99 Bu hücreler kılcal damarları tıkayarak kan dolaşımını önemli ölçüde engellerler ve kanda oksijen taşınması işlevi tam olarak yapılamaz. Bunun sonucunda da böyle kişilerde normal oksijen basıncı koşullarında bile ölüme yol açabilen bir kronik anemi ortaya çıkar. Heterozigotlarda (HbAHbS) düşük oksijen basıncı bulunan yerlerde yaşadıkları zaman kanlarında hem normal hem de orak biçiminde alyuvarlar gözlenir.hba ve HbS allelleri arasında kodominantlık ilişkisi vardır.

100 Öldürücülük (Letalite) Bazı allellerin homozigot durumda bulunduğu zaman organizmanın ölümüne yol açmasıdır. Bireyin gelişmesine bir süre izin veren ve daha sonra öldürücü etkisini gösteren genlere yarı öldürücü (semi veya subletal) da denmektedir. İnsanlarda öldürücü etkilerin bazıları doğum öncesi kendini gösterir, bazıları ise daha geç (çocuklukta veya ergin bireyde) ortaya çıkar. Örneğin, kısa parmaklılığa (brakidaktili) neden olan dominant allel homozigot durumda öldürücüdür.

101 Bununla beraber Huntington koresi (kore hastalığı) adı verilen, sinir sisteminde bozulmaya bağlı olarak vücutta istem dışı sıçrama hali, giderek artan fiziksel ve zihinsel bozukluklarla kendini gösteren hastalığın etkileri yarı öldürücü bir dominant alleldir. Bu hastalığın belirtileri orta yaşlarda (35-40) başlar, belirtiler ortaya çıkmadan önce genellikle çocuk sahibi olunduğundan hastalık kuşaklar boyunca devam edebilir. Aynı şekilde retinoblastoma hastalığı da yarı öldürücü etkili bir dominant allel tarafından meydana getirilmektedir. Gözün retina kısmında tümör oluşumu ve görme yeteneğinin kaybolmasıyla kendini gösterir ve bu kişiler genellikle ergenlik çağından önce ölürler.

102 Katallellik (Multipl Allellezim) Aynı türe ait bireylerin oluşturduğu bir populasyonda genlerin çok sayıda alleli (allel serisi) bulunabilir. Bu durum, katallellik olarak tanımlanır. Bununla beraber, diploid bireylerde aynı çeşit kromozomlardan ikişer adet (homolog kromozomlar) bulunduğundan, bir genin allel sayısı kaç olursa olsun, diploid bireyde bunlardan sadece ikisi taşınabilir. Örneğin A geninin A1, A2, A3, An sayıda alleli varsa diploid bir bireyde bunlardan sadece ikisi bir arada bulunabilecektir (A1A2,A1A3,A2A3.vb).

103 İnsanlarda Kan Grubu Sistemleri İlk kez 1901 yılında Landsteiner bir bireyin kanındaki alyuvarlar ile başka bir bireyin kan serumu arasında meydana gelen reaksiyonlara göre, insanların kanları 4 farklı gruba ayrılmıştır. Bunlar; A, B, AB ve O kan gruplarıdır. Bernstein (1925) A-B-O kan grubu sisteminde bir genin üç allelinin (IA, IB, IO) rol oynadığını ve bunların dört farklı fenotipik grup oluşturduğunu gösterdi. A grubu (IAIA veya IAIO), B kan grubu (IBIB veya IBIO), AB kan grubu (IAIB) ve O kan grubu (IO). IA, IB ve IO allelleri bir katallel serisi oluştururlar. IA ve IB arasında kodominantlık ilişkisi söz konusudur; bunların her ikisi de IO alleli üzerinde dominanttır (IA=IB>IO).

104

105 M-N Sistemi M-N kan grubu sisteminde biri M (LM) diğeri N (LN) olmak üzere başlıca iki allel önemlidir. Bu iki allel insanda MM, MN veya NN şeklinde bulunabilir. M-N sisteminde A-B-O sistemindekinin aksine antikorlar insan serumunda doğal olarak bulunmaz. Rh Sistemi Landsteiner ve Wiener Rhesus macacus adı verilen bir maymun türünden aldıkları kanı tavşanlara enjekte ettiler ve onlarda bu maymunun kan hücrelerindeki antijene karşı antikorlar oluştuğunu gördüler. Avrupalıların %85 i Rh allelini, %15 i ise resesif rh allelini taşımaktadır. Rh lokusu için en az 30 farklı allelin bulunduğu bilinmektedir.

106 Rh ve A-B-O Uyuşmazlıkları Serumdaki antikorlar tarafından alyuvarların kümelendirilmesiyle oluşan aglütinasyon reaksiyonu annesinden farklı tipte antijene sahip memeli embriyosunun kanında da meydana gelebilir. A-B-O sisteminde A ve B antikorlarının kanda doğal olarak bulunmasına karşın Rh antijenine karşı antikorlar rh kanda doğal olarak bulunmazlar ancak Rh antijeni rh kan ile bir araya geldiği zaman immünolojik olarak oluşurlar. Eşler arasında Rh uyuşmazlığı olduğu zaman eritroblastosis fetalis denen ve yeni doğmuş veya henüz anne karnındaki bebek (fetus) lerde görülen bir hastalık ortaya çıkmaktadır. Bu hastalık fetusun alyuvarlarının devamlı bozulmasından (hemoliz) ileri gelen kansızlıktır.

107 Rh antijeninin bulunmasından sonra yapılan incelemelerde eritroblastosis fetalis gösteren çocukların %90 dan fazlasının kan grubunun Rh, annelerinin ise rh olduğu görülmüştür. rh grubundan olan bir kadının Rh grubundan bir erkekle evliliğinden doğacak çocuk Rh antijenine sahip olur. Fetusun gelişimi sırasında plesenta yoluyla Rh antijenleri annenin kanına geçer ve rh grubundan olan anne kanında ona karşı antikorlar (anti Rh) oluşur. Anti Rh antikorları tekrar plesenta yoluyla fetusa geçerek onun eritrositlerini bozar ve olay böylece tekrarlanıp durur.

108

109 Doku Uyuşmazlığı Eğer bireyler tek yumurta ikizleri değiller ise veya çok yüksek oranda genetik benzerlik göstermiyorlarsa aktarılan organ reddedilmektedir. Bu reddetme olayından, antikorların oluşumuyla meydana gelen bağışıklık reaksiyonları sorumludur. Genetik açıdan aktarılan dokuların kabul edilmesi veya reddedilmesiyle tanımlanan hücre-yüzey antijenleri üretiminden sorumlu genler doku uyuşmazlığı genleri olarak adlandırılırlar. Örneğin, farede doku uyuşmazlığı ile ilgili sadece 3 gen (A, B ve C) var sayılırsa ve bir fare saf soyunda genotip A1A1B1B1C2C2 ise bu soya ait bir fare aynı genotipteki farenin dokularını kabul eder. Buna karşılık örneğin A2A2B2B2C1C1 genotipindekinin dokularını reddeder

110 Bu iki soyun F1 dölü A1A2B1B2C1C2 ise ana ve babanın dokularını kabul eder ama onun dokuları ana ve baba tarafından reddedilir. İnsanda doku uyuşmazlığı temelde HLA (human lymphocyte antigens=insan lenfosit antijenleri) adı verilen bir sistemle tayin edilir. HLA sistemiyle ilişkili 4 ayrı genin aynı kromozomda (6. kromozom) bulunduğu saptanmıştır. 6. kromozomun sadece birindeki HLA allellerinin 20x40x8x12= den fazla genetik kombinasyon yapabilme olasılığı vardır. Diploid durumda ise bu olasılık milyonlara ulaşmaktadır. Bu polimorfizm başarılı organ ve doku aktarımlarında karşılaşılan zorlukların nedenini açıklayabilir.

111 Farklı Genlerin Allelleri Arasındaki Etkileşimler Canlıların fenotipinin ortaya çıkışı sırasında genlerin tayin ettikleri karakterler arasındaki ilişkiler gerçekte oldukça karmaşıktır. Genellikle, bir karakterin fenotipte ortaya çıkmasından birden fazla gen sorumludur ve bu durumda da farklı genlerin allelleri arasındaki etkileşimler rol oynar. Epistasi Bir karakterin ortaya çıkmasından sorumlu olan farklı genler arasında baskılayıcı etkilerin olmasıdır. Bu durum, bir genin allelleri arasındaki dominantlık-resesiflik ilişkisine benzer ve baskın etkili olan için epistat gen, çekilgen kalan hipostat gen terimleri kullanılır.

112 Epistasi bir gendeki resesif allelin homozigot halde bulunmasının bir başka gendeki dominant alleli baskılamasıyla (örneğin aabb durumunda aa nın B nin etkisini örtmesi gibi) meydana geldiği gibi iki farklı gendeki dominantlardan birinin diğerini örtmesi (örneğin AABB de A nın BB nin etkisini örtmesi gibi) şeklinde de ortaya çıkabilir. Yulaf bitkisinde tohum rengini tayin eden genler arasında epistasi biçiminde etkileşim söz konusudur. Bir dominant gen (S) tohumun siyah, diğer bir dominant gen (G) gri renkli olmasına yol açar. S geni G ye epistattır.

113 Mendel yasalarına göre beklenen 9:3:3:1 oranı 12:3:1 oranına değişmektedir.

114 Tamamlayıcılık (Komplemantasyon) Bir karakterin fenotipte belirmesinde allel olmayan genlerin birbirleri üzerinde etki yapmalarıdır. Böyle genler tek başına bulunduklarında etkilerini gösteremezler. Örneğin, Lathyrus odoratus da çiçeklerin erguvan renkli olmasında iki farklı gen rol oynar. Çiçeklerin renkli olabilmesi için bu genlere ait iki dominant allelin (A ve B) birlikte bulunması gereklidir.

115 Engelleyicilik (Baskılayıcılık) Bazı genlerin allelleri başka genlerin allellerinin fenotipte etkilerini göstermelerini engeller. Örneğin, bitkilerde çiçeklerin renkli olmasına yol açan bir dominant allelin (R) etkisi, bazen başka bir genin alleli (E) tarafından engellenebilir.

116 Eklenme (Addivite) Tek bir karakteri tayin eden fazla sayıda farklı gen çifti arasında tam olmayan dominantlık söz konusu ise, bunlar arasındaki en basit ilişkilerden biri, her allelin karakterin ortaya çıkmasında ölçülebilen bir katılımının olmasıdır (örneğin a=0, A=3, b=0, B=2 gibi). Bu şekildeki kalıtımlara eklemeli etkiler denir.çünkü karakterlerin fenotipte ortaya çıkması gen çiftlerindeki her bir allelin etkisinin birbirine eklenmesiyle tayin edilir. Bitki ve hayvanlarda bir çok karakterin eklemeli etkiye sahip çok sayıda gen tarafından tayin edildiği anlaşılmıştır. Böyle karakterlere kantitatif karakterler de denilmektedir.

117

118 Pleiotropi Bazen bir gen birden fazla karakteri tayin eder. Bir genin birden fazla karakterden sorumlu olması durumuna pleiotropi denir. Etkinlik (Penetrans) ve Etkinlik Derecesi (Ekspresivite) Bir gen hemen hiçbir zaman tek başına fenotipik bir karakteri belirlemez, çoğu kez başka genlerle ve ortam koşullarıyla bağlantılıdır. Bir gene yüklenen bir fenotip aslında başka etkenlere de bağlıdır ve bu etkenlerin bir çoğunun yapısı ve etki biçimi kesin olarak bilinmemektedir. Bu nedenle bir karakterden temelde sorumlu olduğu kabul edilen bir genin etkisi, dominant bile olsa, bulunduğu bireylerin hepsinin fenotipinde ortaya çıkmayabilir ve buna ek olarak ortaya çıktığı bireylerde de etkisinin derecesi farklı olabilir.

119 Etkinlik (Penetrans) Bir genin (veya gen kombinasyonunun) fenotipte kendini gösterme sıklığına etkinlik denir. Etkinlik sahip olduğu genotipi fenotipte gösteren bireylerin populasyondaki oranıyla tanımlanır. Bir genin etkinliği bu genin sorumlu olduğu karaktere sahip bireylerin sayısının populasyondaki o geni taşıyan birey sayısına oranlanmasıyla hesaplanır. Örneğin, bir populasyonda genotiplerinde bir tane A alleli taşıyanların (Aa heterozigotlarının) sayısı 100 ise ve bunların 70 i bu allele ait karakteri fenotiplerinde gösteriyorlar ise A allelinin etkinliği %70 dir. İnsanlardaki çok parmaklılık (polidaktili) özelliği bir genin dominant etkili bile olsa, her zaman fenotipte ortaya çıkmadığına ait iyi bir örnektir.

120 Etkinlik Derecesi (Ekspresivite) Bu kavram bir bireyde belli bir genotipin fenotipik olarak belirme derecesini veya boyutunu tanımlamakta kullanılır. Bir genin etkinlik derecesi etkin bir genin fenotipte meydana getirdiği etkinin derecesidir. Etkinlik derecesini açıklamak için de örnek olarak çok parmaklılık özelliği verilebilir. P geni etkin olsa bile, parmak sayısı beşten fazla olan bireylerde bu anormalliğin boyutu çok değişkenlik gösterebilir. Çok parmaklılık el ve ayakların her ikisinde veya sadece birinde ortaya çıkabilmekte, parmak sayısındaki artış ve fazla parmakların gelişim derecesi farklı olabilmekte, hatta bazen gözle görülemeyen bu fazlalık ancak rontgen çekimiyle anlaşılabilmektedir.

121

122 Eşey Belirlenmesi ve Eşeye Bağlı Kalıtım Eşey Belirlenmesi Erkek ve dişi biçiminde farklı eşey tipindeki bireylerin ortaya çıktığı organizmalarda döllenme olayı sonucunda meydana gelen bireyin eşeyinin ne olacağı temelde bireyin genotipi tarafından tayin edilir (genotipik eşey belirlenmesi). Bununla beraber ender bazı örneklerde eşeyin belirlenmesinde ortam koşullarının etkili olduğu bilinmektedir (fenotipik eşey belirlenmesi)

123 Fenotipik Eşey Belirlenmesi Doğada oldukça ender olarak, ortam koşullarının bir bireyin erkek veya dişi olmasını tayin edebildiği bilinmektedir. Bu tip canlılarda erkek ve dişiliğe yol açan genler birbirleriyle dengelidir ve bunların aktivitelerinin hangi eşey yönünde gelişeceği ortam koşulları tarafından belirlenir. Fenotipik eşey belirlenmesi denen denilen bu mekanizmanın iş gördüğü organizmalarda erkek ve dişi bireyler eşit oranlarda meydana gelmeyebilir. Yani erkek ve dişi eşey eşey oranları arasında dengesizlik bulunur.

124 Genotipik Eşey Belirlenmesi Doğada eşey tayini temel olarak bireyin genotipi tarafından kontrol edilir. Bu mekanizma sayesinde bir türün bireyleri arasında erkek ve dişilerin eşit oranlarda meydana gelmesi yani erkek ve dişi dengesi sağlanır. Eşey tayininde rol oynayan genleri taşıyan kromozomlara eşey kromozomu (gonozom, heterozom) adı verilir. Bazı organizmalarda eşey kromozomlarının biçimi birbirinden farklıdır. Biçimi birbirinin aynı olanlara homomorf gonozom, farklı olanlara ise heteromorf gonozom denir.

125 Diploid organizmalarda, bireylerde birer çift homomorf veya heteromorf gonozom bulunabilir. Buna göre de homomorf gonozomları taşıyan eşey homogametik eşey, heteromorf gonozomları taşıyana ise heterogametik eşey denilmektedir. Gonozomların dışında kalan ve her iki eşeyde de birbirinin aynı olan diğer kromozomlara somatik kromozom (otozom) adı verilir.

126 XX-XY Mekanizması: Bu mekanizmada dişi eşey homogametiktir. XX gonozomlarını taşır. Erkek eşey ise heterogametiktir, XY gonozomlarını taşır. İnsanda 2n=46 (23 çift) kromozom bulunduğuna göre kadında somatik hücrelerde 44 (22 çift) otozom ve XX gonozomları, erkekte ise 44 (22 çift) otozom ve XY gonozomları bulunur.

127 İnsanda Eşey Farklılaşması: Genetik Eşey Farklılaşması: Eşey kromozomlarında bulunan bazı genler tarafından belirlenir. Normal dişilerde iki X, normal erkeklerde de bir x ve bir Y kromozomu bulunur. Gonadal Eşey Farklılaşması: Eşey kromozomlarında bulunan ve eşeyi belirleyici genlerin etkisiyle embriyo gelişiminin belli bir evresinden itibaren erkek veya dişi gonadlar (eşey organları) meydana gelir. XY kromozomu taşıyan embriyolarda 6. haftada erkek gonadlar, XX kromozomu taşıyan embriyolarda ise 7. haftada dişi gonadlar gelişir.

128 Y kromozomunun varlığı veya yokluğunun insanda embriyonun dişi veya erkek biçiminde gelişmesini tayin ettiği anlaşılmıştır. Y kromozomunun bulunmadığı durumda yani XX embriyolarında dokular dişi gonadlar (ovaryum) halinde farklılaşırlar. Dış Genital Eşey Farklılaşması: Embriyonik gonadlar bazı hormonları meydana getirirler; bu hormonlar da dış genital organların gelişimine yol açar. XY embriyolarda, testislerdeki Leydig hücreleri androjen salgılamaya başlar, erkeğe özel dış genital organların ve Wolf kanallarının oluşumunu sağlarlar. XX embriyolarında ise ovaryumların salgıladığı östrojenler dişiye özel dış genital organların ve Müler kanallarının gelişiminde etkili olur.

129 İnsanda Eşey Farklılaşması Anormallikleri: Eşey hücreleri oluşurken mayoz bölünme sırasında bazı hatalar sonucu gonozomların eşey hücrelerine gidişinde olağan dışı durumlar olabilir. Mayoz sırasındaki başlıca hatalardan biri anafazda homologların birbirinden ayrılmaması (non-disjunction) ve birlikte aynı kutba çekilmeleridir. Bunun sonucunda XX taşıyan ve hiç gonozom taşımayan yumurtalar veya XY taşıyan ve hiç gonozom taşımayan spermler meydana gelebilir. Böyle gametlerin normal veya kendileri gibi meydana gelmiş anormal gametlerle döllenmeleri sonucunda çeşitli eşey anormallikleri ortaya çıkmaktadır.

130 Gonozom sayısındaki değişikliklerden kökenlenen ve tıpta çeşitli tipleri saptanan eşey anormalliklerinin başlıcaları şunlardır. 1.Klinefelter Sendromu: Bu bireyler XXY gonozomlarını taşırlar, yani kromozom sayıları 47 (44 otozom+xxy) dir. Genel olarak erkek görünümündedirler fakat testisler iyi gelişmemiştir ve olgun sperm üretemezler. Bu bireylerde kollar normalden uzundur, göğüslerinde kadınlardaki gibi gelişme eğilimi vardır ve çoğunda zeka geriliği görülür. X kromozomunun sayısındaki artışla zeka geriliği derecesi de artmaktadır.

131

132 2. Turner sendromu: Dişi eşeye ait fenotip gösteren bu kişilerde 45 kromozom vardır, eksik olan kromozom X gonozomlarından biridir; yani bu bireyler gonozom bakımından X0 dırlar (44 otozom+x). Bu tip insanların boyları kısa ve boyunları kalındır. Ovaryum ya hiç gelişmemiştir veya oldukça körelmiştir, menstruasyon meydana gelmez, ayrıca dişi eşeye ait sekonder karakterler de (göğüs gelişimi vb) gelişmemiştir.

133 3. Poli-X Dişi (Süper Dişi): Triplo-X yani 3 tane X gonozomu taşıyan dişilerdir. Böyle bireylerin eşey organları genellikle normal gelişmiştir. Somatik gelişimleri de normaldir. Bazılarında ise hafif zeka geriliği veya eşeyle ilgili karakterlerde gelişme bozukluğu gözlenmektedir. Bu bireylerde X sayısındaki artışa paralel olarak zeka düzeyinde gerileme olmaktadır. 4. XYY Erkek (Süper Erkek): İki adet Y kromozomu taşıyan bu erkeklerin bazılarında eşey organlarına air gelişme kusurları saptanmakla birlikte bunlar önemli anormallikler değildir.

134 Hepsi uzun boylu olan bireylerin ergenlik çağında yüzlerinde kuvvetli ergenlik sivilceleri bulunduğu bilinmektedir. XYY taşıyan kişilerle ilgili ilk gözlemlerden çıkan ilginç bir sonuç bunların suç işleme eğilimlerinin fazla olmasıdır. Doğrudan doğruya suçlular arasında yapılan kromozom analizleri ile XYY taşıdıkları belirlenen bireylerin şiddete başvurulan eylemlerden çok hırsızlık, yangın çıkarma, sahtekarlık gibi suçlar işledikleri anlaşılmıştır.

135 İnsanda eşey belirlenmesinde Y gonozomunun aktif rolü olduğu bilinmektedir. X kromozomu sayısı kaç olursa olsun bir tane Y kromozomunun taşınması, bazı gelişme kusurları bulunsa bile, erkek eşeyin meydana gelmesine yol açar. Ayrıca şimdiye kadar sadece Y kromozomu taşıyan bireylere (Y0) rastlanmamıştır. Buradan da dişiliğin meydana gelmesinde kuvvetli etkili olan X kromozomunun, aynı zamanda somatik gelişme için kesinlikle gerekli olan bazı genleri taşıdığı ortaya çıkmaktadır.

136 İnsanda Eşey Belirlenmesi, Eşey Anormallikleri ve Eşeye Bağlı Karakterlerle İlgili Analizler İnsanın eşeyini belirleyen ve eşey anormalliklerine tol açabilen gonozom sayısının saptanmasında basit bir yöntem eşey (seks) kromatini veya Barr cismi denilen yapının araştırılmasıdır. Barr cisminin dişi eşeydeki iki X kromozomundan birinin, yapısını tamamen yoğunlaştırıp, heterokromatin haline geçmesiyle meydana geldiği ve bu nedenle koyu boyandığı anlaşılmıştır.

137 Lyon a göre, memelilerde dişilerin X kromozomlarında bir tanesi embriyonik gelişim sırasında aktivitesini kaybeder, bunun sayesinde erkekte olduğu gibi eşey kromozomları ile otozom sayısı arasında denge sağlanır (Lyon hipotezi). Hangi X kromozomunun aktivitesini kaybedeceği rastlantıya bağlıdır ve bu süreç insan embriyosunun gelişiminde yaklaşık 16. günden sonra olmaktadır. Buna göre, embriyo gelişmesinin bu aşamasından sonra tek bir X kromozomundaki genler etkili olmaktadır.

138 Normal kadında tek bir seks kromatini cismi bulunduğu için, bu yapıdan eğer 2 tane gözleniyorsa o bireyin hücrelerinde 3X kromozomu bulunduğu anlaşılır. Bir erkeğin hücrelerinde seks kromatini cismi varlığının saptanması ise o bireyde eşey kromozomlarının XXY olduğuna işaret eder.

139 X/Otozom Oranı Mekanizması Bazı organizma gruplarında eşey belirlenmesinin X gonozomu sayısı ile otozom sayısı arasındaki oranla ilişkili olduğu anlaşılmıştır. Yani bu tip eşey tayininde Y gonozomunun aktif rolü yoktur, esas etki ve X ve otozomlarda taşınan genler arasındaki etkileşimden kaynaklanır.

140 XX-XO Mekanizması: Bazen bir türün evrimi sırasında Y kromozomu tamamen ortadan kalkmıştır. Bu gruplarda iki XX kromozomu taşıyan birey dişi, tek X kromozomu taşıyan ise erkek olmaktadır. ZZ-ZW Mekanizması: Bazı organizma gruplarında, XX-XY mekanizmasının aksine erkek eşeyin homogametik dişi eşeyin ise heterogametik olduğu bilinmektedir. Bu durumlarda gonozomlar için genellikle X yerine Z, Y yerine ise W harfi kullanılır. Buna göre erkekler ZZ, dişiler ise ZW gonozomlarını taşırlar. Hayvanlar arasında bazı balıklar, kuşlar (kümes hayvanları dahil) ve kelebekler bu mekanizmanın rol oynadığı mekanizmalardır. Bitkilerde ise Fragaria dişinin heterogametik olduğu bir örnektir.