Bölüm 3 Mendel Genetiği

Transkript

1 Anahtar resimler ile ders notlarının PowerPoint Sunumları Concepts of Genetics Sekizinci Baskı Klug, Cummings, Spencer Bölüm 3 Mendel Genetiği Copyright 2006 Pearson Prentice Hall, Inc.

2

3 Bölüm 3 Mendel Genetiği 3.1 Mendel Kalıtım Örneklerini Çalışmak için Deneysel bir Yaklaşım Modeli Kullanmıştır. 3.2 Monohibrit Çaprazı bir Özelliğin bir Nesilden Diğerine Nasıl Aktarıldığını Ortaya Çıkarır. 3.3 Mendel in Dihibrit Çaprazı Dördüncü Önermesinin Oluşumuna Yol Açmıştır: Bağımsız Açılım 3.4 Mendel in Çalışmaları 21.yy Başında Yeniden Keşfedilmiştir. 3.5 Mendel Önermeleri ile Kromozomların Davranışları Arasındaki Korelasyon, Çağdaş Aktarım Genetiğinin Temelini Oluşturmuştur. 3.6 Bağımsız Açılım Çok Fazla Genetik Çeşitliliğe Yol Açar 3.7 Soy Ağaçları İnsanlardaki Kalıtım Şekillerini Gösterir.

4 3.1 Mendel Kalıtım Örneklerini Çalışmak için Deneysel bir Yaklaşım Modeli Kullanmıştır. Johann Mendel -felsefe -Augustinian Manastırı Keşiş Gregor -Fizik ve Botanik Mendel neden başarılı olmuştur? -Deneysel biyoloji için gerekli olan metodoloji anlayışı -Yetiştirilmesi ve hibritleşmesi kolay bir organizma -Seçilen 7 karakter ve her birinin birbirine zıt iki formu -Deneylerinde çok sayıda örnek kullanmıştır

5 3.1 Mendel Kalıtım Örneklerini Çalışmak için Deneysel bir Yaklaşım Modeli Kullanmıştır.

6 3.1 Mendel Kalıtım Örneklerini Çalışmak için Deneysel bir Yaklaşım Modeli Kullanmıştır. Mendel modelinde bezelyeleri kullanmıştır, çünkü: -kolayca yetiştirilebilir, -suni olarak çaprazlanabilir, -tek sezon içerisinde olgunluğa ulaşabilir.

7 3.1 Mendel Kalıtım Örneklerini Çalışmak için Deneysel bir Yaklaşım Modeli Kullanmıştır. Mendel, 7 görülebilen karakter Her biri zıt özelliklere sahip Saf hat suşlar ı kullanarak (Şekil 3-1), ayrı birimlerin kalıtımının var olduğunu ve gamet oluşumu sırasında bu birimlerin davranışlarının tahmin edilebileceğini belirlemiştir.

8

9 3.1 Mendel Kalıtım Örneklerini Çalışmak için Deneysel bir Yaklaşım Modeli Kullanmıştır. Mendel in varsayımları sonunda Mendel ya da aktarım (Transmisyon) genetiğinin temeli olarak kabul edilmiştir.

10 3.2 Monohibrit Çapraz: bir nesilden-diğerine Monohibrit Çapraz: -en basit çapraz; tek bir zıt karakter ile ilgili çapraz P 1 : Orijinal ebeveynler, atasal (parental) nesil F 1 : birinci yavrudöl (filial) nesli F 2 : ikinci yavrudöl (filial) nesli Her bir özellik: Özel birim faktörler -kalıtımın temel birimleri -nesilden nesle değişmeden kalıyor

11 3.2 Monohibrit Çapraz: Mendel in 3 önermesi 1- Birim faktörler (aleller) çiftler halindedir: Genetik karakterler her bir organizmada çiftler halinde bulunan birim faktörler tarafından kontrol edilmektedir (YY, yy). 2-Baskınlık/Çekiniklik: Bir bireydeki tek bir karakterden, birbirinden farklı iki faktör sorumlu olduğundan birim faktörlerden biri diğerine baskındır, ötekisi ise çekiniktir (Y-y). 3-Ayrılma (Segregasyon): Gamet oluşumu sırasında çiftler halinde bulunan birim faktörler rastgele ayrılırlar ve her bir gamet, birini ya da diğerini eşit olasılık ile alır (YY- ½ Y, ½ Y = 1Y) (Yy- ½ Y, ½ y)

12 Mendel in ilk üç önermesi: Çiftler halindeki birim faktörler Baskınlık/ Çekiniklik Ayrıma (segregasyon) 2012 Pearson Education, Inc.

13 3.2 Monohibrit Çapraz: Çağdaş terminoloji Fenotip: bireylerin fiziksel özelliği Allel: genlerin alternatif formları Genotip: bireyin genetik düzeni, belirtilen karakter açısından sahip olduğu allel yapısı. Küçük harf, çekinik özellik (d) Büyük harf, baskın özellik (D) Örneğin: bodur (dwarf), d uzun D Genotipler: DD, Dd ya da dd

14 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 2012 Pearson Education, Inc.

15 3.2 Monohibrit Çapraz: Punnett Karesi Ebeveynlerde gamet ayrılımı ve döllenmenin sonucunda oluşan bireyin fenotipi ve genotipinin daha iyi anlaşılması için kullanılmaktadır.

16 Güvercinler ekose veya düz renkli olabilir. Bir dizi çiftleştirme sonunda aşağıdaki veriler elde edilmiştir. Soru? 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 Pearson Education, Inc.

17 3.2 Monohibrit Çapraz: Test Çapraz-1 karakter Baskın fenotipli, genotipi bilinmeyen bir canlının genotipini ayırt etmenin bir yolu var mıdır? Test çapraz: (Geri Çapraz) Baskın fenotipli fakat genotipi bilinmeyen bir organizma homozigot çekinik bir birey ile çaprazlanır.

18 3.3 Dihibrit Çapraz: 4. önerme-bağımsız açılım İki karakteri, birbirine zıt 2 özelliği içeren bir çapraz, dihibrit çaprazı ya da iki faktörlü çapraz olarak bilinir.

19 3.3 Dihibrit Çapraz: 4. önerme-bağımsız açılım Çarpım kuralı iki bağımsız olayın aynı anda olma olasılığını tahmin etmede kullanılabilir (Şekil 3.6). Bağımsız açılım: Gamet oluşumu sırasında birim faktörlerin birbirinden ayrılan çiftleri birbirlerinden bağımsız olarak dağılırlar. Gametlerin tüm olası kombinasyonları eşit sıklıkta oluşur.

20 3.3 Dihibrit Çapraz: 4. önerme-bağımsız açılım

21 3.4 Mendel in Çalışmaları 21.yy Başında Yeniden Keşfedilmiştir 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.

22 3.5 Çağdaş Aktarım Genetiği-Birim Faktör, Gen ve Homolog Kromozomlar Kalıtımın kromozom teorisi kromozomların mayoz sırasında ayrıldığını, Mendel in ayrılma ve bağımsız açılımının temelini oluşturduğunu söyler. Lokus: herhangi bir genin kromozom üzerinde yerleştiği bölgedir. (Locus, Loci)

23 3.6 Bağımsız Açılım Çok Fazla Genetik Çeşitliliğe Yol Açar Bağımsız açılımın önemli sonuçlarından birisi bir birey tarafından genetik olarak benzer olmayan gametlerin üretilmesidir. Farklı kromozom kompozisyonu=2 n haploid sayı 4 ise = 2 4 = 16 farklı gamet haploid sayı 23 = 2 23 = 8x10 6 farklı gamet Bağımsız açılım sonucu oluşan genetik çeşitlilik bütün organizmaların evriminde çok büyük öneme sahiptir.

24 3.7 Soy Ağaçları İnsanlardaki Kalıtım Şekillerini Gösterir. Soyağacı verilen karaktere göre aile ağacını gösterir. Soyağacı analizi kalıtım şekillerini ortaya koyar.

25 3.7 Soy Ağaçları- Standard soyağacı sembolleri.

26 3.7 Soy Ağaçları

27 3.10 Soy Ağaçları İnsan karakterlerinin soyağacı analizi, insan genetik çalışmaları için son derece değerli bir araçtır

28 3.10 Soy Ağaçları- İnsandaki bazı özellikler

29 Anahtar resimler ile ders notlarının PowerPoint Sunumları Concepts of Genetics Sekizinci Baskı Klug, Cummings, Spencer Bölüm 4 Mendel Genetiğinin Uzantıları Copyright 2006 Pearson Prentice Hall, Inc.

30

31 Bölüm 4 Mendel Genetiğinin Uzantıları 4.1 Alleller fenotipleri farklı yollarla değiştirir. 4.2 Genetikçiler alleller için çeşitli semboller kullanır. 4.3 Eksik baskınlıkta allellerin hiç biri baskın değildir. 4.4 Eş Baskınlık durumunda, bir heterezigottaki her iki allelin etkisi açıkça bellidir. 4.5 Bir populasyonda bir genin çok sayıda aleli bulunabilir. 4.6 Öldürücü alleller esas genleri temsil ederler. 4.7 İki ayrı kalıtım modeli gösteren iki gen çiftinin kombinasyonu 9:3:3:1 oranını değiştirir. 4.8 Fenotipler genellikle birden fazla gen tarafından kontrol edilir. 4.9 Tek genin ifadesi çoklu etkilere sahip olabilir X-bağlantılı terimi X kromozomu üzerindeki genleri ifade eder Eşeyle-sınırlanan ve eşeyle-etkilenen kalıtımda bireyin cinsiyeti fenotipi etkiler Fenotipik ifade her zaman genotipin doğrudan yansıması değildir.

32 4.1 Alleller fenotipleri farklı yollarla değiştirir Genin alternatif şekilleri allel olarak adlandırılır. Allellerin kaynağı mutasyonlardır. Yabanıl tip allel genellikle doğada en fazla sıklıkla görülür, fakat her zaman baskın olmak zorunda değildir. Mutasyonlar: -İşlev kaybı -Boş allel -İşlev kazandıran Bir fenotip, birden fazla gen ve bunların allelleri tarafından etkilenebilir!!

33 4.1 Alleller fenotipleri farklı yollarla değiştirir. Bazen, bir mutasyon yabanıl tip işlevin azalmasına ya da kaybolmasına neden olur. Bu durum işlev kaybı mutasyona bir örnektir. Eğer kayıp tam ise o zaman mutasyon boş allel olarak adlandırılır. Bunların aksine bir mutasyon yabanıl ürünün işlevini arttırabilir. Bu durum sıklıkla gen ürününün miktarının artışı ile sonuçlanır. Bu tür mutasyonlar işlev kazandıran mutasyonlar olarak adlandırılır.

34 4.2 Genetikçiler alleller için çeşitli semboller kullanır Baskın alleller genellikle büyük eğik yazılmış harf ile gösterilir (D) ya da eğik harf ya da harf grubunu takip eden + (Wr + ) ile gösterilir. -Drosophila da siyah vücut rengi (ebony, e) çekinik ve Kırışık kanat (Wrinkled, Wr) baskın mutasyonlardır. e + /e + gri homozigot (yabanıl tip) +/+ e + /e gri heterezigot (yabanıl tip) +/e e/e ebony homozigot (mutant) e/e Wr/Wr Kırışık kanatlar Wr/Wr + Kırışık kanatlar Wr + /Wr + normal kanatlar

35 4.2 Genetikçiler alleller için çeşitli semboller kullanır Çekinik alleller genellikle küçük eğik yazılmış harf ile (d) ya da eğik harf ya da + işareti olmayan harf grubu (Wr) ile gösterilir. Eğer baskınlık söz konusu değil ise, eğik büyük harf ve üstlü sayı ya da harfler kullanılarak alternatif alleller gösterilir (R 1, R 2 ; C W, C R ).

36 4.3 Eksik baskınlıkta allellerin hiç biri baskın değildir. Eksik baskınlıkta hiç bir karakter baskın değildir Zıt karakterlere sahip ebeveynlerin çaprazı sonucu meydana gelen yavrular ara fenotipe sahip olabilirler. Eksik baskınlık durumunda fenotip oranı ve genotip oranı birbirinin aynısıdır. (Şekil 4.1).

37 4.3 Eksik baskınlıkta allellerin hiç biri baskın değildir. R 1 R 1 R 2 R 2 R 1 R 2

38 4.3 Eksik baskınlıkta allellerin hiç biri baskın değildir. Normal fenotipik ifadenin meydana geldiği gen ürününün belirli bir seviyeye ulaştığı yere eşik etki denilir. Bu düzey genellikle %50 ya da daha azdır. Birey heterozigot olsa dahi fenotipte normal olabilir. -Tay-Sachs hastalığı, homozigot çekinik bireylerde lipit-depo bozukluğu söz konusu ve ölümcüldür. Bu bireylerde hekzosaminidaz A aktivitesi yoktur. -Heterozigotlar, mutant allelin sadece bir kopyasını taşırlar, fenotipik olarak normaldirler, ancak enzim aktiviteleri normal bireyin % 50 si kadardır. Ancak % 50 düzeyindeki enzim aktivitesi, normal biyokimyasal işlevi yürütmek için yeterlidir.

39 4.4 Kodominans (Eş baskınlık) durumunda, bir heterezigottaki her iki allelin etkisi açıkça bellidir. Heterozigot bireyde her iki allelin ifadesi de gözlenir. Tek bir genin iki alleli farklı ve saptanabilir iki gen ürünü oluşturursa eksik baskınlıktan ya da baskınlık/çekiniklik durumundan farklı bir olay ortaya çıkar. Böyle bir durumda heterezigotlardaki her iki allelin birlikte ifadesine Kodominans ya da eş baskınlık denir. İnsan LM kan grupları bu duruma bir örnektir.

40 4.5 Bir populasyonda bir genin çok sayıda alleli bulunabilir Çoklu alleller: Aynı gen için üç ya da daha fazla allel bulunması durumudur. Ancak, Çoklu alleller (>2) sadece populasyonlarda çalışılabilir, çünkü, herhangi bir birey en fazla aynı genin iki alleline sahip olacaktır. ABO kan grupları çoklu allelliliğe bir örnektir. Her bir birey I A ve I B allellerinin I O alleline baskınlığı ve I A ve I B allellerinin birbirine karşı kodominansı sonucunda A, B, AB, ya da O fenotipine sahip olabilir. (Tablo 4.1).

41 4.5 Bir populasyonda bir genin çok sayıda alleli bulunabilir

42 4.5 Bir populasyonda bir genin çok sayıda alleli bulunabilir Drosophila da white (beyaz) lokusu: Thomas H. Morgan ve Calvin Bridges- Beyaz göz mutasyonu 100 den fazla allel- Her birinde pigment miktarı yabanıl tipin %20 sinden daha az.

43 4.6 Öldürücü alleller çekinik öldürücü İşlev kaybı mutasyonu bazen heterezigot durumda tolere edilebilir fakat homozigot durumda çekinik öldürücü allel gibi davranabilir, bu durumda homozigot çekinik birey yaşamına devam edemeyecektir. Homozigot durumda öldürücü etkiye sahip allel, heterezigot durumda belirgin bir mutant fenotipin oluşmasına neden olur. Bunun gibi bir allel çekinik öldürücü gibi davranır fakat, fenotipte ise baskındır (Şekil 4.4). Bu tip genler canlının yaşamı için olmazsa olmaz (gerekli) genlerdir

44 4.6 Öldürücü alleller Moleküler analiz sonucu: A Y heterozigot durumda baskın davranıyor (tüy rengi), fakat homozigot durumda çekinik ölümcül oluyor (embriyonik gelişme),

45 4.6 Öldürücü alleller baskın öldürücü Bazı durumlarda, bir mutasyon baskın öldürücü olabilir, bu durumda heterezigot yaşamayacaktır. ÖR: İnsandaki Huntington hastalığı. Baskın öldürücü allellerin varlığını devam ettirebilmesi bu alleli taşıyan bireyin ölmeden önce çoğalması ile gerçekleşir CAG tekrar sayısı Taşıyıcı Hasta

46 4.7 İki ayrı kalıtım modeli gösteren iki gen çiftinin kombinasyonu 9:3:3:1 oranını değiştir. Mendel in monohibrit oranı 3:1 den sapan karakterler başka bir karakter ile birlikte incelendiğinde de dihibrit oranından (9:3:3:1) sapar. Burada bağımsız dağılım ilkesi hala geçerlidir. Tek şart her karakteri kontrol eden genin aynı kromozomda birbirine bağlı olarak kalıtılmamasıdır.

47 4.7 İki ayrı kalıtım modeli gösteren iki gen çiftinin kombinasyonu 9:3:3:1 oranını değiştir. ABO Kan grupları ve Albinizm

48 4.8 Fenotipler genellikle birden fazla gen tarafından kontrol edilir. Belirgin bir fenotip ile tanımlanan karakterlerin çoğu birden fazla gen tarafından etkilenmektedir. Gen etkileşiminde, çok sayıda gen ürününün hücresel işlevi ortak fenotipin gelişmesine katkıda bulunur. Gen ürünleri bir fenotipi oluşturmak için direk etkileşmez - Farklı gen ürünlerinin hücredeki farklı rolleri ortak bir fenotipe katkıda bulunur Epistaz Bir gen başka bir genin etkisini maskeler veya değiştirirse iki genin fenotipe etkisi birbirini tamamlar şekilde de olabilir. ÖR: ABO kan gruplarında Bombay fenotipi bir lokustaki homozigot çekinik durum ikinci lokustaki ifadeyi engellediğinde meydana gelir (Şekil 4.6).

49 4.8 Fenotipler genellikle birden fazla gen tarafından kontrol edilir. Homozigot çekinik bir allelin varlığı (hh) ikinci bir lokusta bulunan diğer allellerin ifadesini önleyebilir ya da onlara üstün gelebilir. İlk lokustaki alleller ikinci lokustakilere karşı epistatiktir

50 4.8 Fenotipler genellikle birden fazla gen tarafından kontrol edilir. ortaya çıkan 3:6:3:4 oranı bize iki ayrı genin varlığına işaret eder. Mendel in 9:3:3:1 dihibrit çaprazından sapma var. Bu da gen etkileşimine işaret ediyor

51 4.8 Fenotipler genellikle birden fazla gen tarafından kontrol edilir. Şekil 4-8 de 8 epistaz tipi açıklanmaktadır. Bunlar çekinik epistaz (durum 1), baskın epistaz (durum 2), ve tamamlayıcı gen etkileşimi (durum 3).

52 4.8 Fenotipler genellikle birden fazla gen tarafından kontrol edilir. 9 : 6 : 1 Yeni fenotip oluşumu

53 4.9 Tek genin ifadesi çoklu etkilere sahip olabilir. Bir genin çoklu fenotipik etkilere sahip olması pleiotropi olarak isimlendirilir. -Marfan Senromu: bağ doku proteini fibrillini şifreleyen gende otozomal baskın bir mutasyon-çok sayıda organı etkilemesi. Örnek, Abraham Lincoln. - İnce vücut yapısı, esnek eklemler, uzun kol/bacak, kalp hastalıkları Karakter 1 Gen Karakter 2 Karakter 3 Kedilerde beyaz tüy - mavi göz ile sağırlığın birlikte görülmesi

54 4.10 X-Bağlantılı terimi X kromozomu üzerindeki genleri ifade eder. X kromozomundaki genler farklı kalıtım şablonları gösterir çünkü erkek bireylerde (çoğu hayvan ve bazı bitkiler) bir tane X kromozomu bulunur Erkekler X-bağlantılı genler için ne homozigot ne de heterezigottur. Bu durum Hemizigot olarak ifade edilir.

55 4.10 X-Bağlantılı terimi X kromozomu üzerindeki genleri ifade eder. İnsanda bir çok gen X-kromozomuna bağlı olarak tanımlanmıştır. Tablo 4-3 çok sayıda insan X-bağlantılı genleri listelemektedir.

56 4.10 X-Bağlantılı terimi X kromozomu üzerindeki genleri ifade eder. İnsanda X-bağlantılı çaprazvari (kriskros) kalıtım gösteren renk körlüğünün incelenmesi Çekinik X e bağlı genler tarafından kontrol edilen karakterler homozigot bir anneden tüm oğullara aktarılır.

57 4.11 Eşeyle-sınırlanan ve Eşeyle-etkilenen kalıtımda bireyin cinsiyeti fenotipi etkiler. Cinsiyetle sınırlı kalıtım bir fenotipin oluşumu tamamen bir cinsiyetle sınırlı olduğu durumlarda görülür. Cinsiyetten etkilenen kalıtım, ise bireyin cinsiyeti bir fenotipi etkiler fakat erkek veya dişi cinsiyetle sınırlı değildir. Her iki durumda da fenotipin oluşumunu kontrol eden gen otozomal gendir fakat cinsiyete bağlı hormonlardan etkilenir. Dolayısıyla, bir fenotip erkeklerde ve diğeri dişilerde ifade olabilir.

58 Cinsiyetle sınırlı kalıtım: Tavuk tüylülük dominant otozomal H alleline bağlıdır. Ama dişilerde hh genotipi de olsa hiçbir zaman Horoz tüyü gözlenmez. Sadece erkeklerde hormonlar sebebiyle görülür. Genotip Fenotip Tavuk tüylü Tavuk tüylü Tavuk tüylü Tavuk tüylü Tavuk tüylü Horoz tüylü Figure 4.15

59 Cinsiyetten etkilenen kalıtım: İnsanlarda kellik. Heterozigot bireylerde cinsiyetlerin biri bir fenotipi diğeri zıt fenotipi gösterir. BB genotipini alan dişilerde kellik çok daha az seviyede ve çok ileri yaşlarda görülür. Genotip Fenotip Kel Kel değil Kel değil Kel Kel Kel değil

60 4.12 Fenotipte çevre etkisi Karakterin fenotipik ifadesi çevre ve genotip tarafından etkilenebilir. Isı ile etkilenen mutasyonlar, şartlı ya da ısı-duyarlı mutasyonlar olarak adlandırılır ve önemli işlemleri etkileyen mutasyonların çalışılması için yararlıdır.