(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece) KONU 8 - ÇEKİRDEK DIŞI KALITIM

Transkript

1 KONU 8 - ÇEKİRDEK DIŞI KALITIM 1

2 Başlıklar 1. Çekirdek tipi kalıtım tipleri 2. Organel kalıtımı Mitokondri ve kloroplastlar 3. Mitokondri DNA mutasyonları 4. Enfeksiyon kalıtımı 5. Anasal etki kalıtımları

3 1. Çekirdek Dışı Kalıtım Tipleri Çekirdekten değil, sitoplazmadan aktarılan ve genellikle ebeveynlerin birini içeren kalıtıtm = çekirdek dışı kalıtım. Organel kalıtımı Anasal etki kalıtımları Enfeksiyon tipi kalıtımı 3

4 1. Çekirdek Dışı Kalıtım Tipleri Organel kalıtımı: Bu tip kalıtımda, yavruların bazı fenotipik özelliklerini kloroplast veya mitokondrilerdeki DNA belirler. Yapılan çalışmalarla, bu organellerin anneden yumurta aracılığı ile yavrulara (tek ebeveyn-uni parental) geçtiği kabul edilmiştir. 4

5 1. Çekirdek Dışı Kalıtım Tipleri Anasal etki kalıtımı: Bu etkide çekirdek genlerinin ürünleri yumurtada depolanır. Ooplazmadan yavruya geçirilir. Bu gen ürünleri, gelişen embriyonun hücrelerine dağıtılır ve fenotipini etkiler. 5

6 1. Çekirdek Dışı Kalıtım Tipleri Enfeksiyon tipi kalıtım: Bu kalıtım tipi mikroorganizmalarla olan simbiyotik ve parazitik yaşam sonucunda ortaya çıkar. Bu tip durumlarda, konak hücrelerin sitoplazmasında bulunan mikroorganizmalar fenotipin kalıtımını etkiler. 6

7 2. Organel kalıtımı kloroplast ve mitokondrideki DNA aracılığı ile olur (Kaynak: Genetik Kavramlar, Bu organellerdeki DNA keşfedilmeden önce kalıtımlarının çekirdekteki genlerden ziyade sitoplazmadaki bir şey ile bağlantılı olduğu biliniyordu. Kalıtım, ooplazma (yumurta sitoplazması) yolu ile çoğunlukla annedendir. Bu durum karşılıklı çaprazlamaların sonuçlarının değişken olmasına neden olmaktadır. Bu modele organel kalıtımı denir. 7

8 2. Organel kalıtımı kloroplast ve mitokondrideki DNA aracılığı ile olur Kloroplast ve mitokondri DNA sına ait mutant allellerin kalıtım modelleri analizlerini yapmak oldukça zordur. 2 sebep: 1. Bu organellerin işlevleri, hem çekirdek hem de organel DNA sının gen ürünlerine bağlıdır. Dolayısıyla organelde meydana gelen mutant fenotiplerin çekirdek veya organel DNA sından kaynaklanması söz konusudur 8

9 2. Organel kalıtımı kloroplast ve mitokondrideki DNA aracılığı ile olur (Kaynak: Genetik Kavramlar, 2. Her yavru için çok sayıda organelin geçişinin söz konusudur. Bu gibi durumlarda, organellerden sadece biri ya da çok azı mutant bir gene sahip ise, bu genle ilgili mutant fenotip gözlemlenmeyebilir. Çünkü geçiş yapan ve çoğunluğu oluşturan diğer organeller yabanıl fenotipi üreterek mutant olanların saklı kalmasına sebep olur Bu duruma heteroplazmi adı verilir 9

10 2.1 Akşam sefası bitkisinde renk çeşitliliği Carl Corrnes, 1908 de kloroplast geçişi ile bağlantılı ilk kalıtım modelini tanımlamıştır. Akşam sefası (Mirabilis jalapa) bitkisinin beyaz, yeşil ya da karışık renkli yaprakların bulunduğu dallara sahip bir çeşidini bulmuştur. Beyaz bölgelerinde klorofil bulunmuyordu. Mümkün olan tüm çaprazlama kombinasyonlarında, kalıtım kesinlikle tohum taslağı (ovum) kaynağının fenotipi tarafından tayin edilmektedir. Sitoplazmasını zigota çok az aktaran ya da hiç aktarmayan polenin, oğul dölün fenotipi üzerinde görünen bir etkisi olmadığı için kalıtımın anasal sitoplazma aracılığı ile olduğu sonucuna varmıştır. 10

11 2.1 Akşam sefası bitkisinde renk çeşitliliği 11

12 2.2 Chlamydomonas da kloroplast mutasyonları Bu haploid canlının tek bir kloroplastı bulunur ve aynı dairesel DNA nın 75 kopyasını barındırır. Döllenme sonrasında hemen mayoz olur ve canlı tekrar haploid olarak yaşamını sürdürür Bu sebeplerle organel kalıtımı çalışmaları çok kolaydır. 12

13 2.2 Chlamydomonas da kloroplast mutasyonları (Kaynak: Genetik Kavramlar, Ruth Sager,1954 te streptomisine dirençli (str R ) ilk mutasyonu tespit etmiştir. Her ne kadar Chlamydomonas ın (bir yeşil alg türü) eşleşen iki tipi mt + ve mt - zigota eşit sitoplazmik katkıda bulunuyor gibi görünse de; str R fenotipinin sadece mt + tip ebeveynden aktarımı olduğu gözlenmiştir. 13

14 2.2 Chlamydomonas da kloroplast mutasyonları Sonradan Chlamydomonas mitokondrisinin de tek ebeveynden aktarıldığı tespit edilmiştir Fakat mitokondri mt - zigottan aktarılmaktadır Neden bir organelin bir ebeveynden ve diğerinin de öbür ebeveynden aktarıldığı halen bilinmemektedir.

15 2.3 Mitokondri mutasyonları Neurospora da Poky Örneği Mitokondri mutasyonları da sitoplazma yolu ile aktarılır. Marry B. Mitchell ve Hershell K. Mitchell, 1952 yılında ekmek küfü olan Neurospora crassa üzerinde çalışmalar yapmıştır. Bu araştırmacılar, yavaş büyüyen bir mutantı izole ederek ona Poky adını vermiştir. Yavaş büyüme, özellikle, elektron taşıma için gerekli olan bazı sitokrom proteinlerinin yokluğu sonucunda, mitokondri işlevinin bozulması ile ilgilidir. 15

16 2.3 Neurospora da Poky örneği Sitokromların yokluğunda, ATP sentezini sağlayan oksijenli solunum azalır. Eğer dişi ebeveyn poky (hasta) ve erkek ebeveyn yabanıl tip (sağlıklı) ise tüm yavru koloniler poky (hasta) olmaktadır. Tam tersine çaprazlamalar ise normal yabanıl tip koloniler oluşturur. Bu durum anneden kalıtıma işarettir. 16

17 2.3 Neurospora da Poky örneği 17

18 2.3 Saccharomyces de Petit ler Boris Ephrussi ve arkadaşları tarafından 1956 da tanımlanmış ilk mutasyona, maya kolonilerinin küçük oluşu nedeni ile petit adı verilmiştir. Mutantların ortak özellikleri oksijenli solunum yapamamalarıdır. Bu organizmalar fakültatif anaerob (oksijen varlığında da yokluğunda da yaşabilen) oldukları ve glikoliz ile glukozu fermente ederek çoğalabildikleri için, mitokondri işlevlerini kaybetseler bile anaerobik olarak enerji üretirler. 18

19 2.3 Saccharomyces de Petitler 19

20 2.3 Saccharomyces de Petitler 3 tip mutant tespit edilmiştir: 1. Petit mutasyonlarının çok az bir kısmı çekirdek ile ilgili mutasyonlardan kaynaklanır = ayrışmalı mutantlar 2. Nötral petitler yabanıl tiple çaprazlandığı zaman, sadece yabanıl tip kolonilerin oluşumunu sağlayan mayoz ürünleri ortaya çıkar. Nötral petitlerde mitokondri DNA sı ya hiç yoktur ya da büyük kısmı silinmişitir. Demek ki bu tip mutantlar ebeveynlerin birinden normal DNA içeren mitokondri almaktadır ve bu mitokondri çoğalarak oksijenli solunumu sağlamaktadır 20

21 2.3 Saccharomyces de Petitler 3. Baskılayıcı (suppressive) petit mutant ve yabanıl zigot çaprazları her zaman petit oluşturmaktadır. (Kaynak: Genetik Kavramlar, Her iki ebeveynden de mitokondri alındığı varsayılırsa, mutasyon diğer yabanıl fenotipi baskılar görünmektedir. Baskılayıcılığı açıklamak için organel DNA sı konusunda 2 ana hipotez öne sürülmüştür. 1. hipotez: Mitokondrilerdeki mutant DNA daha hızlı eşlenerek mutant mitokondrinin üstün hale gelmesine ya da fenotipte tek başına baskın olmasına neden olur. 2. hipotez: Mutant ve yabanıl tip mtdna arasında rekombinasyon olur ve sonuçta normal mtdna nın yapısı bozulur. Hangisi olduğu henüz bilinmemektedir 21

22 22

23 4. Organel DNA sı (Kaynak: Genetik Kavramlar, Mitokondri ve kloroplastlardaki DNA ilginç bir şekilde bakterilerdeki DNA ya benzemektedir. Organele özgü transkripsiyon ve translasyon yapabilen özgün genetik sistemin varlığı, Lynn Margulis ve diğerlerini endosimbiyotik teori olarak bilinen teoriyi formüle etmeye götürmüştür. Bu teoriye göre, mitokondriler ve kloroplastlar, birbirlerinden bağımsız olarak 2 milyar yıl önce serbest yaşayan protobakterilerden türemişlerdir. Bu bakteriler, şimdi bu organellerde bulunan aerobik solunum ve fotosentez yapma gibi yeteneklerini, bu yapılara vermiştir. 23

24 4. Organel DNA sı (Kaynak: Genetik Kavramlar, Bu fikir, atasal bakterilerin aerobik olarak solunum yapma veya güneşten enerji tutma yeteneğine sahip olmayan ilkin ökaryotik hücrelerin bünyelerine alındığını ileri sürer. Zamanla hücre için verimli olan simbiyotik ilişki gelişir ve böylece bakteri bağımsız olarak hareket etme yeteneğini kaybeder. Ökaryotik hücre oksijenli solunum veya fotosentez yeteneği kazanır. 24

25 4.1 Kloroplast DNA sının moleküler organizasyonu ve gen ürünleri (Kaynak: Genetik Kavramlar, Fotosentezden sorumlu olan kloroplast, genetik bilgi kaynağı olarak DNA yı ve protein sentez mekanizmasının tamamını içerir. Kloroplast translasyon aygıtının moleküler bileşenleri, hem çekirdek hem de organel genetik bilgilerinden ortaklaşa türemiştir. 25

26 4.1 Kloroplast DNA sının moleküler organizasyonu ve gen ürünleri Kloroplast DNA sı (cpdna), prokaryotlardaki DNA ile birçok benzerliğe sahiptir. Halkasaldır, çift ipliklidir, yarı korunumlu replike olur ve ökaryotik DNA nın tipik özeliğinin aksine proteinlerle ilişkili değildir. Kloroplast DNA sı tarafından kodlanan birçok gen ürünü organeldeki translasyonda görev alır. 26

27 4.2 Mitokondri DNA sını moleküler organizasyonu ve gen ürünleri Ökaryotların çoğunda mitokondri DNA sı (mtdna) çift iplikli, kapalı halkasal şekilde bulunur ve yarı korunumlu replike olur. Ökaryotik DNA nın tipik özelliğinin aksine proteinlerle ilişkili değildir. Büyüklük olarak mtdna, cpdna dan daha küçüktür. Omurgalılarda organel başına 5-10 DNA molekülü varken, bitkilerde organel başına kopya bulunur. 27

28 4.2 Mitokondri DNA sını moleküler organizasyonu ve gen ürünleri (Kaynak: Genetik Kavramlar, 28

29 4.2 Mitokondri DNA sının Moleküler Organizasyonu ve Gen Ürünleri Organellerde bulunan ribozomlar, sitoplazmadan farklıdır. Sedimantasyon katsayısı sadece 80S olan sitoplazmik ribozomlara karşın, sedimentasyon katsayıları 55S ten 80S ye kadar değişen farklı türlerdeki mitokondri ribozomları göstermektedir. İnsan mitokondrisinde bulunan DNA nın tamamının dizi analizi yapılmıştır ve baz çifti uzunluğundadır. Mitokondri gen ürünleri: Oksijenli hücre solunumu için gerekli olan 13 adet protein Translasyon için gerekli olan 22 adet taşıyıcı RNA (trna) Translasyon için gerekli olan 22 adet ribozomal RNA (rrna) 29

30 Mitokondri DNA sını moleküler organizasyonu ve gen ürünleri 30

31 5. Mitokondri DNA sındaki mutasyonlar insanda genetik hastalıklara neden olur Zigot, yumurtadan çok sayıda organel alır. Bu nedenle, sadece bir veya birkaç organel mutasyona sahip olsa da, ortamda mutasyon taşımayan, normal işleve sahip bol miktarda mitokondri bulunduğu için mutant olanın etkisi seyreltilmiş olur. Eğer başlangıçtaki organel grubunda zararlı bir mutasyon varsa yada ortaya çıkarsa, erginler normal ve anormal organellerin çeşitli karışımlarına sahip olur. Bu duruma heteroplazmi denir. 31

32 5. Mitokondri DNA sındaki mutasyonlar insanda genetik hastalıklara neden olur (Kaynak: Genetik Kavramlar, İnsanda görülen bir hastalığın, genetik olarak değişmiş mitokondriler sonucu olduğuna karar verebilmek için birkaç kriter vardır: Kalıtım, Mendel yerine anasal (maternal) kalıtım göstermelidir. Hastalık, organelin biyoenerjik işlevindeki eksikliğini yansıtmalıdır. Mitokondri genlerinden bir veya birden fazlasında özgül bir genetik mutasyon olmalıdır. 32

33 5. Mitokondri DNA sındaki mutasyonlar insanda genetik hastalıklara neden olur İnsanda bu özellikleri gösteren birkaç genetik bozukluk bilinmektedir: Miyoklonik epilepsi (Myoclonic epilepsy) ve düzensiz kırmızı lif hastalığı (Ragged red fiber disease-merrf) Leber kalıtsal optik nöropati (Leber s hereditary optic neuropathy-lhon) Kearns-Sayre sendromu (KSS) 33

34 5.1 Miyoklonik epilepsi ve düzensiz kırmızı lif hastalığı Anasal kalıtıma uyan bir kalıtım modelidir. Sadece hasta annelerin çocuklarında bu hastalık görünür. Hasta babaların çocuklarının hepsi normaldir. Nadir görülen bu hastalığa sahip bireylerde ataksiya (kas kordinasiyon kaybı), sağırlık, bunama ve epileptik nöbetler görünür. Kırmızı lif denmesinin sebebi anormal mitokondrilerin kas lifinde aşırı çoğalmalarıdır. Lizin taşıyan bir mitokondri trna sında mutasyon 34

35 Aşırı çoğalan mitokondri Daha az çoğalan mitokondri

36 5.2 Leber kalıtsal optik nöropati Bu hastalık da, mtdna lezyonları gibi anadan geçen kalıtım özelliğidir. Hastalık, 2 gözün aniden kör olması ile karakterize edilebilir. Görme özelliğini kaybetme yaşı ortalama olarak 27 olmasına rağmen oldukça değişkendir. 4 adet mutasyon saptanmıştır; her biri solunumun oksidatif fosforilasyon basamağı açısından işlevsizdir. 36

37 6. Enfeksiyon kalıtımı: konak organizma-istilacı ilişkisi (simbiyoz) (Kaynak: Genetik Kavramlar, Ökaryotlarda, sitoplazmik olarak aktarılan fenotiplere ait örneklerin birçoğu, bir mikroorganizma yada partikül istilası nedeni iledir. Simbiyotik ilişki içinde bulunan yabancı istilacı, yeni döllere ya da organizmalara genellikle annenin ooplazmasından geçer ve özgül bir fenotip oluşturur. 37

38 6.1 Paramecium da kappa Paramecium aurelia nın belirli suşları katil (killer) olarak adlandırılmıştır. Çünkü bunlar, duyarlı suşlara karşı toksik ve bazen de öldürücü olan paramesin denilen sitoplazmik bir madde salgılar. Bu madde, katil hücrelerin sitoplazmasında bulunan kappa partikülleri tarafından üretilir. 38

39 6.1 Paramecium da kappa Paramecium konjugasyon ile genetik bilginin eşeyli olarak değiş tokuşunu yapabilen diploit tek hücrelilerdir. 39

40 Prof. Dr. Bektaş TEPE Paramecium da kappa 40

41 6.1 Paramecium da kappa Otogami, sadece tek hücreyi ilgilendiren benzer bir işlemdir. İki mikronukleusun mayoz bölünmesinin ardından 7 çekirdek yok olur ve sadece biri yaşamaya devam eder. Bu çekirdek bölünür ve oluşan çekirdekler diploit durumu yeniden oluşturmak üzere birleşir. 41

42 Katil fenotipi hem çekirdekte K baskın allel varlığı ve hem de sitoplazmada kappa partiküllerinin varlığına bağlıdır. K olmadan kappa çoğalamaz ve kappa olmadan K kappayı kendisi üretemez Kappa partikül genomda kodlanmaz KK ve Kk bir birey sitoplazmasında kappa partikülleri yoksa duyarlıdır kk genotipi olup da sitoplazmasında kappa partikülü bulunanlar da katil olamazlar çünkü baskın K olmadan zaman içinde kappa partikülleri kaybedilir

43 Sonradan simbiyotik bir bakteri olduğu anlaşılmıştır Caedibacter taenospiralis Eğer konjugasyon yeterince uzun sürerse sitoplazmik alış-veriş gerçekleşir 43

44 7. Gelişimin erken safhalarında anasal genotipin güçlü etkisi!!! Anasal etki veya anasal tesir, yavruların fenotipindeki belirli bir özelliğin yumurtada mevcut olan çekirdek gen ürünlerinin kontrolü altında olmasıdır. Anasal etki durumunda, dişi gametlerdeki genetik bilgi transkripsiyona uğrar ve genetik ürünler (ya protein şeklinde ya da henüz translasyona uğramamış mrna halinde) yumurta stoplazmasında bulunur. 44

45 7.1 Ephestia da pigmentasyon Ephestia kuehniella da anasal etki baskın A geni nedeni ile yabanıl tip güve larvasının derisi pigmentli ve gözleri kahverengidir. Pigment, triptofan aminoasitine benzer öncül bir molekül olan kinurenin den oluşur. Bir mutasyon, kinurenin sentezini bozar ve homozigot durumda, larvada kırmızı gözler ve daha az pigmentasyon gözlenir a alleli 45

46 7.1 Ephestia da pigmentasyon Aa X aa çaprazı sonucunda oluşan bireylerin fenotipleri baskın geni hangi ebeveynin taşıdığına göre değişir Eğer erkek heterozigotsa oluşan yavrular 1:1 oranında kahverengi:kırmızı gözlüdür Mendel kalıtımına uyar Eğer dişiler heterozigotsa yarısı aa olmasına rağmen tüm yavrular kahverengi gözlüdür Bu larvalar erginliğe geçtiklerinde yarısı kırmızı gözlü olur!!!

47 7.1 Ephestia da pigmentasyon Bu durum heterozigot annede üretilen proteininin yumurta sitoplazmasından tüm yavrulara geçmesiyle açıklanır Sonradan aa bireylerde kahverengi gözün kaybolma sebebi: Birey geliştikçe hücre sayısının artması ve proteinin gittikçe seyrelmesi 47

48 7.2 Limnaea da kıvrılma Bir salyangoz olan Limnae peegrar da kabuk kıvrımı, geçiciden ziyade kalıcı fenotipik değişimine neden olan anasal kalıtımın etkisidir. Bazı salyangoz türleri sola doğru kıvrılmış (sinistral) (dd), bazıları ise sağa doğru kıvrılmış (dekstral) (DD veya Dd) kabuklara sahiptir. Bu hayvanlar hermafrodittir: ya karşı cinsle çiftleşir veya kendi kendini döller. 48

49 Limnaea da kıvrılma 49

50 7.2 Limnaea da kıvrılma Yavruların fenotipi annenin genotipine göre belirlenmektedir. Annenin fenotipinin bir önemi yoktur!!! Üstelik bu fenotip erişkinlikte de devam eder çünkü kabuk yönü gelişimin ilk bölünme evresinde belirlenir ve o şekilde devam eder. 50