UYGULAMALI GENETİK Yrd. Doç. Dr. Hüseyin UYSAL ADNAN MENDERES ÜNİVERSİTESİ I. Ders
Genetik Nedir?* Bir bireyin morfolojik ve anatomik özelliklerini nasıl kazandığını, neden kendi türüne ait bireylere diğerlerinden daha fazla benzediğini, bu özelliklerini yavru döllerine nasıl aktardığını, bu özelliklerin aktarılışındaki kuralları, doğadaki biyolojik çeşitlenmenin ve dolayısıyla bu gün mevcut olan yaklaşık üç milyon türün nasıl meydana geldiğini inceleyen bilim dalına genetik denir. *Genetik (569 örnek problem ile). M. KURU, S.E. GÖZÜKARA, Palme Yayıncılık 2
Genetik Bilimi Açısından; *Varyasyonlar (özellikle zıt varyasyonlar) Büyük önem arz etmektedir. 3
Genetik Bilimi Tarihçesi Mendel genetiği öncesi Diğer bilim dalları ile paralel Arkeolojik bulgular birçok bitki ve hayvanın binlerce yıl önce ıslah edildiğini göstermiştir. 4
İlk genetik çalışmalar bitki ve hayvanların ıslahı ile başlamış daha sonra deneylerde sinekler, virüsler, bakteriler, mayalar, küf mantarları, bir hücreliler, solucanlar, fareler, insanlar gibi organizmalardan yararlanılmıştır. 5
M.Ö. 8000-1000 yılları arasında at, deve, sığır evcilleştirilmiş, ayrıca M.Ö. 5000 yıllarında mısır, buğday, pirinç ve hurma gibi bitkiler kültüre alınmıştır. Özellikle Suriye de, Asur ve Babiller döneminde ayrı eşeyli olan hurma bitkilerinin yapay olarak tozlandığına dair figürlere rastlanmıştır. 6
Diğer bilim dallarına benzer olarak genetik konusunda ilk bilimsel çalışmalara Hipokrat (M.Ö. 500-400) ve Aristo (M.Ö. 384-322) dönemlerinde rastlanmaktadır. Bu dönemde ilkel organizasyonlu canlıların kokuşmakta olan organik maddelerden kendiliğinden meydana geldiği savunulmuş ancak bu fikir daha sonraları bazı araştırıcılar (F.Radi, L. Spallazani, L. Pasteur ve J.Tundall) tarafından çürütülmüş ve bir canlının mutlak surette kendine benzer başka bir canlıdan meydana geldiği ispatlanmıştır. 7
Hipokrata göre, vücutta bulunan tüm hücrelerden meydana gelen ve vücut kısımlarını içeren bir öz erkek ve dişi bireyleri oluşturacak tohumlara (gametlere) toplanır. Bu şekilde oluşan tohum da vücudun tüm kısımlarının yeniden oluşmasını sağlar (Pangenezis). 8
Aristo ise insan spermasının her bir hücreden gelen öz yerine kandan oluştuğunu ve uterusun sıcaklığına bağlı olarak erkek veya kız çocuğunun meydana geldiğini savunmaktaydı. 9
Döller üzerinde babanın rolünün daha fazla olduğunu savunan bilim adamlarına spermist, ananın rolünün daha fazla olduğunu savunan bilim adamlarına ovist adı verilmektedir. 1717 de Thomas Fairchild iki karanfil türü arasında yaptığı çaprazlamadan kısır bir melez elde etmiştir. 1760 da Carolus Linnaeus iki yemlik türü arasında yaptığı tozlaştırmadan bir melez bitki elde etmiştir. 10
Josef Gottlibed Kölreuter 1760 da bitkiler arasında modern melezleme çalışmalarını başaran bilim adamı olmuştur. 1772-1850 tarihleri arasında çeşitli araştırıcılar melezlemenin biyolojik çeşitliliği arttırdığını ispatlamışlardır. Bu görüşler 18. yüzyılın sonlarına kadar devam etmiş ve sperma ve yumurta hücrelerinin keşfinden sonra birçok bilim adamı yumurta veya sperm içerisinde homunculus adı verilen bir organizmanın bulunduğuna inanmaya başlamışlardır. 11
Mikroskop geliştikten sonra ise sperma ve yumurta hücrelerinin incelenmesi sonucu bu düşüncelerde büyük değişiklikler olmuştur. 12
Ondokuzuncu yüzyılın başlarında bitkilerde yapılan melezleme çalışmalarına hız verilmiştir. Bu sırada T.A. Knight, A. Seton ve J. Goss (1820) farklı tohum rengine sahip bezelyelerde yaptıkları çaprazlamalarda F1 de yalnız bir tip tohum renginin görüldüğünü F2 de ise gizli kalan tohum renklerinin de açığa çıktığını saptamışlar fakat bu fenotiplerin ayrışım oranını belirleyememişlerdir. 13
1831, bitki hücrelerinde nukleus görülmüştür (Robert Brown) 1855 bir çok tatlı su yosununda spermanın yumurtayı döllemesinin izlenmesi 1875 deniz kestanelerinde döllenme izlenmiştir (Oskar Hertwing) 1840 Hofmeister kromozomu keşfetmiş ve daha sonra bu kromozomlardan yarısının bir yavru hücreye diğer yarısının diğer yavru hücreye aktarıldığı keşfedilmiştir. 14
Charles Darwin (1859) M.Ö. 4. asırda Hipokrat tarafından atılan Pangenezisi savunmuş, bu görüşe göre üreme hücrelerinde toplanarak dölden döle geçen öze Gemmul adını vermiştir. Ayrıca Darwin türlerin sabit olmadığını, sürekli değiştiklerini ve bu değişimde doğal seçilimin çok önemli rol oynadığını savunmuştur. Darwin bitki ve hayvanlarda meydana gelen ani değişimlere tek varyasyon yada sport adını vermiştir. 15
1800 lü yılların ortalarına gelindiğinde Francis Galton ilk kez eşey hücreleri ile vücut hücreleri arasındaki farkı ortaya koymuştur. 16
Çalışmalarını deneysel olarak yürüten bir biyolog olan Gregor Johan Mendel Çekoslovakya da bezelyelerde yaptığı çaprazlama deneylerinde kalıtsal maddenin bir çok bağımsız ve belli koşullarda değişmeyen birimlerden oluştuğunu, bu birimlerin dölden döle geçişi sırasında gruplanarak yeni kombinasyonlar meydana getirdiğini ve böylece biyolojik çeşitliliğin oluştuğunu ortaya koymuştur. 17
Mendel bu buluşlarıyla genetiğin temelini teşkil eden ama o dönemde önemi kavranamayan sonuçlara ulaşmıştır. Mendel bu çalışmalarının sonuçlarını «Bitki Melezleri ile Çaprazlamalar» adlı makalesinde yayınlamıştır. Ancak yeterli ilgiyi göremeyen Mendel çalışmalarına son vermiştir. 18
1872 de Fredrich Mischer, bugün nükleik asit olarak bilinen nükleini hücre çekirdeğinden izole etmiştir. 1881 de çekirdekteki kromatinin nükleik asitlerden meydana geldiği kanıtlanmıştır. 1882-1885 yılarında hücre çekirdeğinde kromozomların bulunduğu tespit edilmiştir. 1887 de canlı organizmaların stoplazma ve germplazma olmaz üzere iki farklı materyalden meydana geldiği tespit edilmiştir. 19
Ayrıca gametlerin oluşumu sırasında kromozomların sayılarının yarıya indiği (n) döllenme ile kromozomların tekrardan normal sayısına ulaştıkları (2n) böylece eşeyli üremenin yeni döllerde rekombinasyonlara sebebiyet verdiği açıklanmıştır. Bu görüşe Kromozom Teorisi adı verilmektedir. 20
Hugo De Vries 1889 da bu günkü kalıtım sistemine benzeyen Intrasellüler Pangenezis Teorisi ni ortaya atmıştır. Modern genetiğin de başlangıcı sayılan bu teoriye göre, Pangen olarak adlandırılan kalıtım birimleri gruplanarak genleri, genler de linear tarzda yan yana dizilerek kromozomları meydana getirmektedirler. 21
20. yüzyıla girerken biyolojinin anlaşılmasına neden olan şu bilgilere ulaşılmıştır. 1. Madde atomlardan meydana gelmiştir 2. Canlı organizmaların gerek yapı ve gerekse işlevsel bakımdan en küçük birimi hücredir. 3. Hücrelerin çekirdeklerinde iplik benzeri yapıda olan kromozomlar bulunur. 4. Kromozomlar gerek sayı ve gerekse taşıdıkları özellikler bakımından her bir tür için sabittir. 22
Ayrıca 1900 lü yılların başlarında Hugo De Vries ile eş zamanlı olarak Tübingen de Carl Correns ve Viyana da Erich Von Tschermark tarafından yapılan çalışmalarla Mendel in daha önce elde ettiği sonuçlar doğrulanmış ve Mendel in hatırasına elde edilen sonuçlar Mendel Kanunları özelliklerin bu kurala göre dölden döle geçişi de Mendelizm olarak isimlendirilmiştir. Bu yüzden 1900 yılı genetik biliminin başlangıcı Mendel ise babası olarak isimlendirilir. 23
1910 yılında T. H. Morgan tarafından Drosophila (Sirke sineği) nin genetik araştırmalar için çok uygun bir organizma olduğu belirlenmiştir. Bu aşamadan sonra kromozom teorisi, eşeye bağlı kalıtım, ilk kromozom haritasının çıkarılması gibi bir çok çalışma peş peşe gerçekleştirilmiştir. 1928 de Frederick genetik transformasyon olayını keşfetmiştir. 24
1931 yılında E. A. F. Ruska tarafından elektron mikroskobu keşfedilmiştir. 1937 yılında kolchisinin etkisinin belirlenmesiyle poliploidi çalışmaları başlamıştır. George Beadle ve Edward Tatum 1941 dev küf mantarı ile yaptıkları çalışmalar neticesinde «bir gen - bir enzim» hipotezini ortaya atmışlardır. 25
James Watsonb ve Francis Crick 1953 yılında DNA nın üç boyutlu yapısal modelini oluşturmuşlar ve aynı yıl Maurice Wilkins X ışınları ile DNA molekülünün fotoğraflarını çekerek bu molekülün çift sarmal yapıda olduğunu kanıtlamıştır. 26
1957 Tütün mozaik virüsünde kalıtım materyalinin RNA olduğunun keşfi 1958 DNA materyalinin kendisin eşlediğinin keşfi ve E. coli bakterilerinden DNA polimeraz enziminin izole edilmesi 1959 RNA polimeraz enzimi ve mrna nın keşfedilmesi 1972 in-vitro ile DNA molekülünün eldesi 1977 DNA nın sekanslanabilirliğinin tespiti 1990 insan gonom projesinin başlangıcı 27
Genetik çok hızlı gelişen bir bilim dalıdır. Diğer bilim dalları bilgilerini her 10 yılda bir ikiye katlarken genetik bilimi her 5 yılda bir bilgilerini ikiye katlamaktadır. 28
Günümüzde genetik çalışmalar 4 temel amaç için gerçekleştirilmektedir. 1. Genetik materyalin oğul döllere naklediliş şeklini açıklamak ve pedigri soy ağaçları çıkarmak 2. Mitoz ve mayoz bölünme sırasında, kromozomlar üzerindeki değişimleri gözlemek 3. Moleküler ve biyokimyasal analizler, Rekombinant DNA tekniklerinin geliştirilmesi 4. Populasyonların genetik yapılarının açıklanması 29
Genetik tıp ve ziraat alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ziraat alanındaki kullanım amaçları; 1. Bitkilerin verimlerini arttırmak 2. Hastalık ve zararlılara karşı dayanıklılık geliştirmek 3. Farklı türlerden üstün özellikli bireyleri aynı bireyde toplamak 4. Protein değeri yüksek olan yada insan beslenmesinde gerekli olan aminoasitleri yüksek oranda içeren formların seleksiyonunu yapmak 30
Ayrıca son yıllarda gelişen Rekombinant DNA teknolojisi ile bu gün transgenik bitki, hayvan, insan yapılabilmektedir (balık kokulu pirinç vb. örneği) 31
ALLEL GEN: Anneden ve babadan gelen, aynı karaktere etki eden genlerdir. 32
BASKIN (DOMİNANT) GEN: Her ne olursa olsun kendini gösteren genlerdir. Büyük harf ile gösterilir. Örneğin: A-B-C-D 33
ÇEKİNİK (RESESİF) GEN Etkisini anca homozigot genler de gösterebilen gendir. Gizli kalır. Küçük harf ile gösterilir. Örneğin: a-b-c-d 34
İNSAN BEZELYE BASKIN ÇEKİNİK BASKIN ÇEKİNİK Kahve göz Mavi göz Sarı Yeşil Siyah saç Sarı saç Düz Buruşuk Kıvırcık saç Düz saç Eflatun Çiçekli Beyaz Çiçekli 35
HOMOZİGOT DÖL: Saf döl ve arıdöl olarak da bilinir. Aynı harfler ile ifade edilir. Örneğin: AA-aa, BB-bb, CCcc, DD-dd 36
HETEROZİGOT DÖL: Melez döl olarak da bilinir. Yapısında iki farklı alel gen bulunur. Yapısında DNA ve RNA bulunur. Farklı harfler ile ifade edilir. Örneğin: Aa-Bb-Cc-Dd 37
Hemizigot: Bir genin veya genlerin tek kopyasını taşıyan organizmaya verilen isim. Örneğin x kromozomuna bağlı bir gen bakımından dişi birey homozigot veya heterozigot olabilirken, erkek birey ise hemizigot olabilir. Y kromozomundaki bir gen sadece erkek bireyde ve daima hemizigot olarak taşınır. 38
-- Genotip-İdiotip -- Organizmanın kalıtsal olarak ana ve babasından aldığı yetenekler toplamını oluşturan içsel karakterlerin tümüne o canlının genotipi veya idotipi denir. Bunlardan bir bölümü kendi varlığını belli ederken (dominant genler), bir bölümünün etkisi gizli kalır (resesif genler) 39
-- fenotip -- Yumuşakçalar türünün (Donax variabilis) üyeleri, farklı renkleri ve motifleri içeren fenotiplere sahip olabilirler. Bir organizmanın dış görünüşünü kapsayan özelliklerin tümü o organizmanın fenotipini oluşturur. genetik (genotip) ve çevresel etkenlerin yarattığı özelliklerin canlının dış görünüşündeki yansıması. 40
Fenotip ve Genotip 41
Dil yuvarlayabilme 42
43
44