ÜNİTE 10: KALITIM Mendel,Pisum sativum((bezelye) ile kalıtım çalışmalarına başladığında kromozomların ya da mayozun rolü ve mekanizması hakkında hiçbir bilgi yoktu.olduğunu varsaydığı kalıtım birimleri üzerine açıklamalar getirirken belli kurallar geliştirdi.önce yetiştirilmesi ve yapay olarak hibridleştirilmesi kolay olan bir organizma seçmiştir.bezelye doğada kendi kendini dölleyebilir fakat deneysel olarak da çapraz üretimi kolaydır.mendel izlemek üzere yedi görülür karakteri seçmiştir.bunlar birbirlerine zıt özellikler gösterir.örneğin tohum şekli karakteri için bezelyeler düz ya da buruşuk özellik,çiçek rengi için mor yada beyaz özellik gösteriyorlardı. Monohibrit Çaprazlama Tek bir karakterin incelenmesi monohibrit çaprazlamanın özelliğidir.mendel deneylerine önce saf (arı) ırkları elde etmeyle başlamıştır.örneğin mor renkli çiçeklere sahip bitkileri kendi kendilerini döllemelerini yapay döllenmeyle sağlamıştır.elde ettiği tohumları ürettiğinde onlarda beyaz çiçeklere sahip olanları eledikten sonra tekrar üretmeye devam etmiştir.birkaç kuşak sonra elindeki bezelye bitkileri hep mor çiçek rengine sahiptir.aynı yöntemi beyaz çiçekli bezelyeler için uyguladığında çiçek rengi açısında saf ırklara ulaşmıştır.şimdi sıra bu iki saf ırktan hangisinin özelliğinin döllere geçeceğini bulmaya gelmiştir. Mendel mor ve beyaz çiçekli bezelye bitkilerini birbirleriyle çaprazlamaya geçerek monohibrit kalıtımı incelemeye başlamıştır.genetik bir çaprazlamada orijinal ebeveynler P atasal (Parental) nesil olarak bunların yavruları ise F 1 yada birinci yavru birey olarak adlandırılır.f 1 ler den üretilen F 2 ise ikinci yavru nesil olarak bilinir.saf döl Mor ve Beyaz çiçeklere sahip bezelyeler birbirleriyle döllendiklerinde (bir bitkiden alınan polen tozunun diğer bitkinin dişi organ tepeciğine konması) oluşan tohumdan gelişen bitkinin mor çiçekli olduğu görülmüştür. Buna göre Mor özellik beyaz özellik üzerine dominant dır(baskın) Bu kalıtımda cinsiyetin yani polen tozunun hangi bitkiden alındığını önemi yoktur.birinci döl hep mordur.mendel iki mor çiçekli bezelye bitkilerini defalarca çaprazladığında elde ettiği tohumlardan ürettiği bitkilerin 705 tanesi mor 224 tanesi ise beyaz çiçekli bitkilerdir.arada 3:1 lik bir oran vardır.f 2 de böyle bir oranın oluşabilmesi için çaprazlanan bireylerin melez döl olması gerekir. Mor özellik dominantken beyaz özellik resesiftir. Günümüzdeki bilgilere göre her karakter için bir canlıda iki gen bulunduğunu biliyoruz bu genler homolog kromozomlar üzerinde bulunurlar. İki gen birbirinin aynısı ise homozigot(arı=saf) farklı ise heterozigot(melez) döl adını alır.bu çaprazlamayı aşağıdaki gibi gösterebiliriz.
Genler homolog kromozom çiftleri üzerinde bulunurlar.aynı karaktere etki eden bu genler birbirlerinin alleleridir. Çaprazlamaların şematik gösterimlerinde dominant gen büyük harfle resesif gen ise küçük harfle gösterilir.bir canlının içerdiği genler toplamına genotip bu genler sayesinde ortaya çıkan dış görünüşüne ise fenotip denir.mor ve beyaz çiçekli bezelyelerin çaprazlanmasından ortaya çıkan genotip ayrışım oranı 1:2:1 iken fenotip ayrışımı 3:1 dir. Bezelyelerde çiçek rengi üzerine etki eden iki gen vardır.mor çiçek oluşumunu sağlayan genin alelli (yani diğeri) beyaz çiçekli oluşumu sağlayan gendir. Saf döller çaprazlandığında oluşan Melez Mor çiçekli bitkilerin döllerinde az da olsa beyaz çiçekli bitkiler görülebilir. Mendel bu sonuçlara bakarak bazı çıkarımlar yapmıştır. 1.Genetik karakterler her bir canlıda çiftler halinde bulunan birim faktörler tarafından kontrol edilmektedirler. 2.Bu faktörlerden biri diğerine baskındır diğeri çekiniktir. 3.Gamet oluşumu sırasında birim faktörler rast gele ayrılırlar ve her bir gamet bunlardan birini ya da diğerini eşit olasılıkla alır. İki melez mor çiçekli bitki çaprazlanırken oluşan üreme hücrelerine sadece bir gen geçer bunlardan hangilerinin dölleneceği şansa bağımlıdır.f 2 gösterimi sadece bir olasılık dağılımının göstergesidir. Genotip olasılık dağılımı 1 tane homozigot dominant Mor 2 tane heterozigot dominant Mor 1 tane homozigot resesif beyaz.fenotip olasılık dağılımı ise 3 tane mor çiçekli 1 tanede beyaz çiçek renkli bezelyeler. Kontrol çaprazlaması
Elimizde bulunan mor çiçekli bezelye tohumlarının hangisinin arı döl hangisinin melez döl olduğunu anlamak için yapılan çaprazlamaya kontrol çaprazlaması denir.dominant karakterler gösteren fenotiplerin genotipleri dışarıdan anlaşılamaz çünkü arı döl olabilecekleri gibi melez döl de olabilirler.bu karakterler resesif özellik gösteren bireyle çaprazlanırlar yani beyaz. Oluşan döl % 50 mor % 50 beyaz ise genotipini bilmediğimiz birey Pp dir.eğer döl % 100 hep Mor olursa bireyin genotipi PP dir.bu çaprazlama aşağıdaki gibi ifade edilebilir. Dihibrit Kalıtım Mendel ilk deneylerinde sadece bir karakterin kalıtımını incelemiştir.daha sonra deneylerine iki karakterin birlikte kalıtlanmasını inceleyerek devam etmiştir.tohumun rengi ve şekli üzerine yaptığı monohibrit deneylerde sarı tohumluluk yeşil tohum rengi üzerine yuvarlak tohumluluk da buruşuk tohumluluk üzerine dominant olduğunu görmüştür.ilk deneyinde sarı yuvarlak tohumlu arı döl bezelye bitkisi ile buruşuk yeşil bezelye bitkilerini çaprazlamıştır.oluşan bütün tohumların sarı yuvarlak olduğunu görmüştür. F 1 dölü %100 melez YyRr dir.iki Melez sarı yuvarlak tohumlu bezelye bitkisini çaprazladığında değişik sonuçlar elde etmiştir. Önce bu melez döller gamet üretmişlerdir.melez sarı yuvarlak bir bezelyeden YyRr üretilen bir bitki ister dişi organ ister erkek organ olsun her zaman 2 n formülüyle ifade olunacak çeşitte gamet üretir.bur dan (n=melezlik derecesidir) 2 n =2 2 =4 çeşit gamet ortaya çıkar.bunlar YR,Yr,yR ve yr dir.erkek ve dişide oluşabilecek 4 ayrı çeşit gametin birbirleriyle birleşebilme olasılığı 16 dır.bu Punnet karesiyle yukarıdaki gibi gösterilebilir.f 2 nin olasılık dağılımı içinde 9 tane sarı yuvarlak, 3 tane yeşil yuvarlak,3 tane sarı buruşuk, 1 tane yeşil buruşuk bezelye tohumu oluşabileceği görülür. Fenotipik ayrışım oranı 9:3:3:1 dir.bur dan çıkacak sonuç her bir karakter birbirinden bağımsız olarak kalıtlanmıştır.tuhum rengi ve şekli üzerine etkili olan genler aynı kromozom üzerinde olmayıp birbirinden bağımsız dırlar. Gamet oluşumu sırasında her bir gen diğerinden bağımsız olarak üreme hücrelerine geçme şansı vardır.f 2 de anne babada görülmeyen bir özelliğin yani yeşil buruşuk özelliğin ortaya çıkabileceğini görmüş olması sonucunu Mendel karakterlerin ayrılması olarak ifade etmiştir.
Olasılık Kanunlarının Genetiğe uygulanması Olasılık kanunları genetik olayların açıklanmasında yardımcı olur.bunlardan birincisi şansa bağlı bir olayın bir defa denenmesinden elde edilen sonuçlar aynı olayın daha sonraki deneme sonuçlarını etkilemez.çünkü bağımsız olayların sonuçları da bağımsızdır.örneğin Aa genotipine sahip bir dişinin canlının ilk yumurta hücresinin A geni ni alma olasılığı % 50 ise ikinci yumurta hücresinin tekrar A genini alma olasılığı aynıdır. Birinci olayın sonucu ikinci olayı etkilemez. İkinci olasılık kanunu şansa bağlı iki bağımsız olayın aynı anda birlikte olma olasılığı bunların ayrı ayrı olma olasılıklarının çarpımına eşittir.örneğin AaDd * aadd genotiplerine sahip bireylerin çaprazlanmasından aadd genotipine sahip bir bireyin oluşma olasılığı karakterlerin ayrı ayrı olama olasılıklarının çarpımına eşittir. Buna göre Aa*aa çaprazlamasından aa olma olasılığı ½ dır.dd *Dd çaprazlamasından DD ola olasılığı ¼ ise ikisinin birlikte ola olasılığı aadd=1/2*1/4=1/8 dir. Bir başka olasılık örneği binom teoreminin kullanılmasıdır.bu teorem birkaç denemenin her biri sırasında,iki alternatif sonuçtan birinin mümkün olduğu durumları içermektedir. Binom (iki terimli) teoremi uygulayarak çok sayıdaki potansiyel sonucun arasından herhangi bir özgül gruba ait sonuçların olasılığını daha çabuk hesaplayabiliriz.örneğin hangi büyüklükteki ailelerde olursa olsun kız ve erkek çocukların herhangi bir kombinasyonunun olasılığını hesaplayabiliriz. (a+b) n =1 Burada a ve b iki alternatif sonucun beklenen olasılıklarına ve n ise deneme sayısına eşittir.n in her değeri için binom açılmalıdır. Mendel genetiğinin uzantıları Günümüzde genetik mendelin keşiflerinden daha ötelere taşınmıştır.onun incelediği karakterlere etki eden genlerden biri dominant diğeri resesif dir.fakat günümüzde bütün kalıtsal özelliklere etki eden sadece bir gen çifti bulunmadığı ve mendel oranlarında değişiklikler meydana geldiği bilinmektedir. Eksik,kısmi Baskınlık Eksik yada kısmi dominantlıkta allel genlerden hiçbiri baskın değildir.mendel bezelyelerinde özelliklerinden biri diğerine baskındı fakat bazı gen allel çiftleri birbirleri üzerine baskınlık çekiniklik durumu kuramazlar ve yeni bir fenotipik özellik ortaya çıkarırlar.buna eksik baskınlık denir..örneğin kırmızı aslanağzı bitkisi ile beyaz aslanağzı bitkileri çaprazlanırsa birinci döl pembe çiçek renkli olur.iki tane melez pembe çiçekli aslanağzı bitkisinin çaprazlanmasında ise normal monohibrit fenotipik açılımı olan 3:1 yerine 1:2:1 görülür.yani bir tane kırmızı,2 tane pembe ve bir tane beyaz renkli aslanağzı bitkisinin oluşma olasılığı vardır. Örnek Dört çocuklu bir ailede çocuklardan ikisinin kız ikisinin erkek olma olasılığı nedir? (a+b) 4 = a 4 +4a 3 b+6a 2 b 2 +4ab 3 +b 3 Her bir terim de a nın üssü erkek sayısını,b nin üssü ise kızların sayısını ifade eder. 6a 2 b 2 =6(1/2) 2 *(1/2) 2 =6/16=3/8 Binom teoreminin kullanıldığı hesaplamaların genetikte,çok genli (poligenik) özelliklerin analizini ve populasyon denge çalışmalarını içeren çeşitli uygulama alanları vardır.
Kodominans Eğer tek bir özelliğin iki alleli farklı ve saptanabilir iki gen ürünü oluşturuyorsa eksik baskınlıktan yada baskınlık/çekiniklik durumundan farklı bir durum ortaya çıkar.bir heterozigotta her iki allelin ifadesi belirgin olarak görülürse bu şeklide kalıtım kodominans(eş-baskın) olarak ifade edilir.örneğim MN kan gruplarında,l M ve L N genleri 4.kromozom üzerinde bulunurlar. Genotip Fenotip L M L M M L M L N MN L N L N N MN kan grubuna sahip bireylerde M ve N genlerinin ikisi de eş baskındır ve fenotipte kendilerini belli ederler.her iki gen ürünü de fenotipte saptanabilir. Oysa eksik baskınlıkta fenotipte kendini belli etme yoktur.pembe renkli aslanağzı bitkilerinde kırmız ve beyaz renk genleri kendilerini belli etmezler. Pleitropi Şimdiye kadar incelenen kalıtım örneklerinde bir özelliğin ortaya çıkmasında ya bir gen çiftinin ya da allel olmayan birçok gen çiftinin etkili olduğunu açıkladık.pleitropi de ise bir gen çifti birden fazla özelliğin ortaya çıkmasından sorumludur.çünkü bazı genler birden fazla biyokimyasal reaksiyonun meydana gelmesini sağlayabilmektedir.örneğin insanda kolların bacakların ve parmakların uzun olmasını sağlayan bir gen aynı zamanda göz merceğinin tam yerinde olmamasına neden olur.belli kan gruplarına sahip insanların belli hastalıklara karşı diğer kan gruplarına sahip insanlardan daha çok yatkın olduklarını bulmuşlardır.insanlarda görülen orak hücreli anemi hastalığını meydana getiren resesif gen de pleitropik etkiye sahiptir.bu gen anemi yanında dalağın çok büyük olmasına,deri lezyonlarına,kalp,böbrek ve beyin hasarlarına yol açar. Çok Allelik Birçok genin bir populasyon içinde bir çok allel geni olabilir.abo kan grupları genleri insanlar da buna bir örnektir.bu karakter açısından böylece dört fenotipik durum söz konusudur.bu genlerden A ile B geni O geni üzerine dominanttır birbirlerine ise eş baskındırlar. Fenotip(Gruplar) Genotip Serumlardaki antikorlar A AA,AO antib B BB,BO antia AB AB --- O OO antia,antib Her insan kan grupları ile ilgili iki gen taşıyacağından dolayı 6 çeşit genotip olacağı görülebilir.o geni hariç diğer genler alyuvar zarları üzerinde özel maddeler sentezinden sorumludurlar. A kan grubu bir insan B kan grubu bir insan kan verirse B nin serumunda bulunan antia ile vericinin alyuvarları birleşip çökeleceğinden dolayı kan aktarımı faydalı olamaz alyuvar ve serum antikorları arasında çökelme olmaması kan aktarımının esasıdır Epistazi
Mendel den sonra yapıla dihibrit çalışmalarında bazen 9:3:3:1 lik orantının ortaya çıkmadığı görülmüştür.bu durum genelde iki gen çiftinin birbiri üzerine etki etmesi sonucunda görülür ve fenotipik oranlarda sapmalar meydana çıkarır.köpeklerde vücut renginin ortaya çıkmasında dominant epistazi görülür.köpeklerde B ve b genleri vücut renginin meydana gelmesinde,i ve i genleri ise pigment teşekkülünde rol oynamaktadır.b siyah b kahverengi bir fenotipin ortaya çıkmasını sağlar.eğer bu genlerle birlikte İ geni bulunursa pigment oluşumu önlenir ve beyaz(albino) bir fenotipin ortaya çıkmasına neden olur.bu sebeple genotipinde ii genleri bulunanlarda renk oluşumu sağlanmış olur. Buna göre homozigot kahverengi bir köpek ile homozigot beyaz bir köpeğin çiftleştirilmesi sonucunda oluşan yavruların tümü beyaz olur.f 1 dölleri kendi arasında çaprazlandırılır sa 12 beyaz:3 siyah:1 kahverengi oranını sağlayacak sayıda bireyin oluşumu sağlanır. P bbii * BBİİ (kahverengi) (beyaz) Mendelin incelediği karakterler örneğin tohum şekli rengi gibi birbirlerinden kesin olarak ayrılan zıt yönde çalışan genlerin etkisiyle ortaya çıkıyordu,birbirlerinden kesin olarak ayrılabilen özelliklere kalitatif özellikler denir. Örneğin tohum rengi sarı ve yeşil. Fakat insanlarda boy uzunluğu,deri rengi,zeka düzeyi gibi bir çok özellik en yüksek ve endüşük değerler arasında bir açılım gösterir.örneğin boy uzunluğu kısadan çok uzuna doğru kesin aralıklarla değil derece derece uzanır. İşte bu tip özelliklere geçişli ya da kademeli özellikler denir.bu özelliklerin kalıtımı da kantitatif kalıtım adını alır.kantitatif kalıtımda birbirinin alleli olmayan birden fazla gen çifti rol oynar.bu genler arasında dominantlık olmayıp farklı allel gen çiftlerinin dominantları aynı özelliğin meydana gelmesinde birbirlerine eşit şiddette,aynı yönde ve eklenerek etki yaparlar.kantitatif kalıtıma bu nedenle poligenik kalıtımda(çok genli kalıtım) denir.örneğin aşağıdaki şekilde deri rengine ait bir örnek bulunmaktadır.üç dominant gen deri rengine etki eder. Gametler bi Bİ F 1 Bbİi (beyaz) P Beyaz Beyaz (Bbİi) * (Bbİi) F 2 G Bİ Bi bi bi Bİ BBİİ BBİi Bbİİ Bbİi Beyaz beyaz beyaz beyaz Bi BBİi BBii Bbİi Bbii Beyaz siyah beyaz siyah bi Bbİİ Bbİi bbii bbii beyaz beyaz beyaz beyaz bi Bbİi Bbii bbii bbii beyaz siyah beyaz kahverengi 12 beyaz, 3siyah, 1 kahverengi Beyaz Melez Siyah Populasyonda beyaz ve siyah deri rengi az orta değer daha çok oranda bulunmaktadır.beyaz derili kişiler hiçbir dominant gen içermezken siyah derili kişilerin bütün genleri dominanttır. Poligenik kalıtım Çevrenin Fenotip üzerine etkisi
Bir canlının dış görünüşü üzerine genotipi kadar çevre şartları da etkilidir.bir ağacın gövde uzunluğu,yaprak sayısı ve yaprakların yeşilliği,bir insanın boy uzunluğu çevresel faktörlere bağlı olarak değişir.örneğin ABO genleri insanın kan grubunu belirler ama,insanın yaşadığı yükseklik, aktiviteleri ve diğer faktörler kan hücre sayısı,bağışıklık gibi özellikleri üzerine oldukça etkilidir.bazı aynı genotipe sahip bitkilerin bile çiçek renkleri torak asiditesine bağlı olarak değişir. Tüm bu olaylar bize çevrenin fenotip üzerinde genotip kadar etkili olduğunu göstermektedir. İnsanda bir çok hastalık oluşumu mendel genetiği çerçevesinde açıklanabilir.bazı hastalık genleri resesif arı döl oldukları zaman etkilidir.örneğin sistik fibrosis,tay-sachs ve orak hücreli anemi gibi hastalıklara resesif homozogot genotip nedendir.fakat huntington hastalığına ise dominant gen sebep olur.heterozigotlarda hastalığın başlangıcı 40 yaş civarlarıdır.sinirsel tahribat ve ölümle hastalık sonlanır. Genetik testler Genetik hastalıkların tanısı doğum öncesi tanısı İNSANDA MENDEL KALITIMI Kalıtım bilimin ilk yıllarında daha çok bilgiler diğer canlılardan sağlanıyordu teknolojinin ve biyoloji bilim dalının gelişmesiyle birlikte insandaki özeliklerde mendel kurallarının içinde değerlendirilmeye başlandı.pedigri analizi insanda mendel kalıtımının sergilenmesini sağlamaktadır.bu sayede büyük anne ve babadan torunlara kadar bütün bireyler gösterilebilmektedir. Örneğin alında saç ucunu oluşturan gen dominant bir gendir W ile sembolize edilir.homozigot resesif bireylerde (ww) bu özellik ortaya çıkmaz.üç generasyon boyunca bu gen akışı pedigri analizi sayesinde gösterilebilir.böylece mendel genetiğinin insandaki uzantıları sergilenebilir.aynı şekilde resesif gen akışı da bu sayede temsil edilir.örneğin yapışık kulak memesi özelliği f ile gösterilen bir gen tarafından ortaya çıkarılır.homozigot resesif bireyler ister erkek ister kadın olsun yapışık kulak memesi fenotipine sahiptirler. için amniyosentez ve koryonik vili örneklemesi (CVS) kullanılır.amniyosentezde bir iğne ile amniyotik sıvı çekilir ve sıvının içindeki hücreler kromozom bozukluğu veya tek gen bozukluğu açısından analiz edilir.cvs tekniğinde ise uterusa bir katater sokulur ve fetal koryona ait küçük bir doku örneği alınır.bu örnek sitogenetik,biyokimya veya rekombinant DNA teknikleri ile incelenir.
Kromozomlar Mikroskop teknikleri kullanılarak 1875 de mitoz 1890 da ise mayoz bölünme incelenebilmiştir.böylece 1900 lü yıllarda sitoloji ve genetik çalışmaları birleşmeye başlamıştır. Bilim adamları genlerle kromozomlar arasındaki ilişkiyi kavradıkça mendel karakter kalıtımının kromozomlar üzerinde belli yerlerde oldukları açıklığa kavuşmuş kromozomları bölünmelerdeki hareketlerine paralel olarak genlerinde döllere geçtiği kesinli kazanmıştır.aşağıdaki şekilde dihibrit mendel kalıtımının kromozomlar üzerindeki yerleri ve döllere geçişi gösterilmiştir. sineklerinde bu çeşitliliği gözlemekte zorlandı. Fakat bir süre sonra örneğin göz rengi açısından farklı bireyler yani mutasyon geçirmiş döller elde etmeyi başardı.sirke sineğinde orijinal göz rengi kırmızıdır ama onun döllerinden bazıları mutant fenotipler beyaz göz rengine sahiptir. Göz rengine etki eden genlerin izini bulması kromozomlar üzerindeki bu genlerin hareketini açıklaması kalıtımın kromozomal temelinin olduğunu ispatlamıştır. Gonozomlara bağlı kalıtım Morgan beyaz gözlü sirke Sineklerinin hep erkek olduğunu gözlemiştir.bütün dişiler ise kırmızı gözlüydüler.bunu açıklamak için bu karakterin X kromozomu üzerinde bulunduğunu varsaydı ve bir dizi deneye girişti.önceden tahmin ettiği gibi kırmızı gözlülük beyaz göz rengi üzerine dominanttı ve sadece X kromozomu üzerinde bulunuyordu Y krmozomu bu karakteri taşımıyordu. Thomas Hunt Morgan genlerin kromozomlar üzerindeki izlerini sürmüş bir bilim adamıdır.morgan sirke sineği(drosophila melanogaster) üzerinde deneylerini sürdürmüştür. Üretilmesi beslenmesi kolay olan bu hayvan genetik çalışmalarında kullanılan en önemli canlılardan biridir.dört çift kromozoma sahiptir.üç çift otozom ve bir çift gonozom içerir.dişi sinek XX şeklinde gonozoma sahipken erkek sinek XY gonozomuna sahiptir.mendel kolaylıkla bezelyeler deki değişik karakterleri inceleyebilirken Morgan sirke F 2 dölleri için 2 tane kırmızı gözlü birey çaprazla
nır.dişi birey heterozigot olduğundan F 2 dölleri içinde beyaz gözlü erkeğin oluşma şansı ¼ dür.bu karakterler eşeye bağlıdır. Bağlı genlerin kalıtımı Bir kromozom üzerinde birçok gen vardır.böylece bu genler arasında bir bağlantı grubu oluşur ve bağlı genler adını alırlar.morgan bağlı genlerin kalıtımını bir örnekle açıklamıştır.sirke sineğinin orijinal formu gri ve normal kanattır. Her iki karakter açısından mutant formu ise siyah ve vestigal kanattır.b + =gri,b=siyah, vg + = normal,vg+=vestigal kanattır.gri siyah üzerine normal de vestigal kanat üzerine dominanttır. Arı döller çaprazlanırsa F 1 gri ve normal heterozigot olarak çıkar.bu melez birey her iki karakter bakımından resesif bireyle çaprazlanırsa normal açılımın yani beklenen açılım da bireylerin birbirlerine eşit olması gerekirdi oysa aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi gözlenen açılım farklıdır. Rekombinant bireyler daha az orjinal genotipler ise daha çok ortaya çıkmıştır.bu da bize bu iki gen arasında bağlantının olduğunu ve bu bağlantının krossing-over ile bozulduğunu göstermektedir. Eşeyli üreyen canlılarda çeşitliliğin sağlanması mayoz bölünme ve döllenme ile sağlanır.bağlı genler arasındaki bağlantı mayoz sırasında gerçekleşen krossing over le ortadan kalkar böylece anne baba da bulunan gen diziliminden farklı bireyler oluşur ve bunlar rekombinant bireyler olarak adlandırılır. Dihibrit kalıtımda incelendiği gibi örneğin bezelyelerde sarı yuvarlak melez (YyRr) bir bezelye ile yeşil buruşuk bir bezelye(yyrr) bitkisini çaprazlarsak açılım oranı, Sarı yuvarlak yeşil buruşuk YyRr * yyrr YR Yr yr yr yr Gametler YyRr Yyrr yyrr yyrr Sarı sarı yeşil yeşil Yuvarlak buruşuk yuvarlak buruşuk ¼ ¼ ¼ ¼ Rekombinant bireyler şeklinde olur.bur da her bir fenotipin gözlenme oranı ¼ olarak birbirine eşittir. Rekombinant bireyler olan sarı buruşuk ile yeşil yuvarlak anne ve baba da gözlenmeyen bu özelliklerin dölde görülme oranı % 50 dir.dolayısıyla bu genler arasında bir bağlantı yoktur. Genler ayrı kromozomlar üzerinde bulunurlar.eğer genler aynı kromozom üzerinde bulunurlarsa Mayoz 1 de gerçekleşen crossing over la genler arasındaki bağlantı bozulur ve aşağıdaki örnekte görüldüğü gibi ana canlıda olmayan bir gen dizilişi ortaya çıkar. vg + ile vg genleri arasıda CO gerçekleşmiş ve gametlerdeki gen dizilişi de 2 gamet de değişmiştir.bu gametlerin döllenmesi sonucu rekombinant genotipler oluşur. Bağlantının bozulması (Crossing over) Sirke sineklerinde daha evvel söylendiği gibi gri ve normal kanat çift mutantlı olan siyah vestigal kanat üzerine dominantdır.melez gri normal kanat
ile arı döl siyah vestigal kanat çaprazlanırsa bezelyelerde olduğu gibi 1:1:1:1 lik bir açılım ortaya çıkmaz orijinal bireyler daha çok gözlenirken rekombinant bireyler daha az ortaya çıkar bu da bize yukarıda açıkladığımız gibi mayoz da CO ile bağlantının bozulduğunu ve rekombinant gametlerin döllendiğini gösterir eğer CO gerçekleşmeseydi rekombinant bireyler bu çaprazlama sonucu oluşamazdı. çaprazlamada görüldüğü gibi genler aynı kromozom üzerinde bulunurlar ve CO ile aralarındaki bağlantı kopar bu bağlantının kopma olasılığı daha azdır dolayısıyla rekombinant döllerin oluşma olasılığı da azdır oysa gametler ayrı kromozomlar üzerinde olsalardı frekansları orijinal dölle aynı olurdu. Gen haritaları Morgan ın öğrencisi Alfred Sturtevant bağlı genlerdeki rekombinasyon yüzdelerine göre genetik haritalar hazırlamıştır.bu bilim adamının hipotezi deneylere bağlı olarak hesaplanan rekombinasyon frekansları aynı zamanda genlerin kromozom üzerindeki yerlerini de ortaya çıkarır. İki gen birbirinden ne kadar uzaksa CO la birbirlerinden ayrılma olasılığı yani rekombinasyon yüzdeleri o kadar fazladır.genler birbirlerine yaklaştıkça rekombinasyon yüzdeleri azalır. Aşağıdaki şekilde 3 gen arasındaki bağlantı frekansları gösterilmektedir.buna göre b ile vg genleri arasındaki CO olasılığı cn ile b genine göre daha yüksektir.gen harita birimi SM(SentiMorgan) olup 0,01 lik bir CO frekansına,ya da bir gen haritası ünitesine (MU) eşittir. Rekombinant frekansı tüm döller içinde rekombinant döllerin toplam döl sayısına bölünüp 100 ile çarpılması sonucu bulunur.alttaki
Eşey kromozomları Bir canlının eşey karakterleri eşey kromozomları tarafından belirlenir.insan da ve diğer canlılarda bir çift eşey kromozomu(gonozom) bulunur.erkekte XY kadında ise XX kromozomları vardır.bir sonraki canlının insanda kız ya da erkek çocuk olma olasılığı % 50 olarak birbirine eşittir. Anneden mayozla yumurtalıkta meydana gelen yumurta hücresi sadece X kromozomu taşır oysa babadan testislerden gelen sperm hücreleri iki çeşit olabilir.x kromozomu taşıyan sperm yumurta ile birleşirse kız çocuk Y kromozomu taşıyan sperm yumurta ile birleşirse erkek çocuk meydana gelir. Çekirge ve bazı böceklerde ise erkekte sadece tek X kromozomu varken dişide XX kromozomu bulunur.kuşlarda bazı balıklarda kelebekte ise erkekte ZZ olarak adlandırılan eşey kromozomları varken dişide ZW kromozomları vardır. Karınca ve arılarda eşey kromozomları yoktur.erkek arılar döllenmemiş yumurtalardan gelişir dolayısıyla babaları yoktur dişi veya kraliçe arılar döllenmiş diploit yumurtalardan gelişir. Eşeye bağlı kalıtım Eşey kromozomları eşeysel karakterlerin dışında eşeyle bağlantısı olmayan karakterlerinde kalıtımını sağlarlar.morgan beyaz gözlülük karakterinin eşeysel olarak nasıl kalıtlandığını izlemiştir.erkekte olan bu karakterler kız çocuklarına geçer (Resesif karakterler)annede olan özellik ise hem erkek hem de kız çocuğa geçer.eşey kromozomları üzerinde hem anne de hem de baba da resesif bir gen varsa kız çocuklarına tam olarak geçerken erkek çocukları %50 si bu resesif karaktere sahip olur.örneğin kırmızı yeşil renk körlüğü ve hemofili X kromozomları üzerinde bulunan bir resesif gen tarafından meydana gelir ve şimdiye kadar açıklanan kalıtım aktarımına uygun,döllere geçer. Eşeye bağlı resesif genlerle ortaya çıkan kalıtım dişi bireyde etkili olabilmesi için dişi birey de bulunan XX kromozomları X a X a şeklinde olmalıdır.oysa erkek bireyde tek bir resesfi gen X kromozomu üzerinde bulunursa erkek birey hasta olur.çünkü Y kromozomu üzerinde dominant hastalık meydana getirmeyen gen bulunmaz onun için dişiler taşıyıcı olabilirken erkeklerin böyle bir şansı bulunmaz.
İnsanlarda eşeye bağlı hastalıklar Renk körlüğünden başka eşeye bağlı birçok önemli rahatsızlık vardır.bunlardan biri Duchenne kas distrofisi dir ve Amerika da ki her 3500 erkekten biri üzerinde etkilidir.kaslarda zayıflık ve koordinasyon kaybı 20 yaşlardan önce genellikle ölümle sonuçlanır.bu bireylerde distrofin proteini eksiktir ve hastalık X kromozomuna bağlı çekinik gen tarafından oluşturulur.hemofili hastalığı da X kromozomu üzerinde bulunan resesif bir gen tarafından oluşturulan ciddi bir hastalıktır. Memelilerde X kromozomunun inaktivasyonu Dişi memelilerde iki X kromozomunun bulunmasına rağmen erken embriyonik dönemlerde bu X kromozomlarından biri inaktive hale gelir.bu kromozom yoğunlaşarak çekirdek içinde koyu bir halde görünen Barr cisimciği adını alır.bu kromozom üzerindeki genlerde ifade edilmez.ingiliz genetikçi Mary Lyon gelişim sırasında bazı kedilerde farklı X kromozomunu inaktive edilmesinden kaynaklanan alacalı bir kürk oluşumu mekanizmasını açıklamıştır.portakal ve siyah bir kürk rengine sahip bir melez kedi embriyosunda gelişim sırasında iki farklı embriyonik hücre orjininde farklı X kromozomlarının inaktive olması hayvanın alacalı bir kürk rengine sahip olmasını sağlamıştır. Embriyonun bu gelişimi mozayik hücre gelişimi olarak adlandırılır.örneğin insanlarda da resesif X kromozomuna bağlı bir mutasyon geçirmiş gen ter bezlerin gelişmemesinden sorumludur.heterozigot kadınlarda derinin bir bölümünde ter bezleri bulunurken bazı bölümlerde ter bezleri yoktur. X kromozomun inaktivasyonu sitozin nükleotidlerinin metillenmesiyle gerçekleştirilir. Hangi X kromozomunun inaktif hale geleceği ise aktif X kromozomunda keşfedilen XIST olarak adlandırılan bir gen tarafından gerçekleştirilir. Kromozom hataları ve kalıtımı Fiziksel ve kimyasal karışıklıklar sonucu mayoz bölünmede çeşitli hatalar oluşur.bunlar kromozom sayılarnı değiştirerek canlıda hastalıkların ortaya çıkmasına neden olur.kromozom sayısındaki değişiklikler aneuploidi ve poliploidi olarak genelde ikiye ayrılır.aneuploidi mayoz bölünme sırasında kromozomların ayrılmaması sonucu oluşur. Ayrılmama sonucu üreme hücrelerinden biri kromozom sayısı bakımından n+1 olurken diğeri ise n-1 halindedir.bu gametler döllenirse bir birey 2n+1 (Trisomik) olurken diğeri 2n-1 (Monosomik) şeklinde bir zigot oluşturur.ayrılmama olayı mitoz bölünme sırasındada oluşabilir.erken embriyonik bir devirde gerçekleşen bu olay o hücreden kök alan bütün hücreleri etkileyebilir. Bazı canlılarda kromozom sayısı üç veya daha fazla katlar şeklinde 3n,4n artar.sebepleri, mayoz bölünmede kromozom sayısının yarıya inmesinin önlenmesiyle somatik hücrelerdeki kadar genoma sahip gametlerin oluşumu ya da zigotun ilk bölünmeleri esnasında enine çeperin veya iğ ipliklerinin meydana gelmesini önleyerek
kromozom sayısının iki katına yükseltilmesi sonucunda oluşan gametlerin birbirlerini döllemesiyle ortaya çıkan zigotların gelişmesiyle meydana gelirler.buna poliploidi denir. Kromozom yapısı değişmeleri Kromozom yapısı değişmeleri kendiliğinden oluşabildiği gibi X ışınları,ultraviyole ışınları,gamma ışınları,çeşitli kimyasal maddeler sonucuda oluşabilir.kromozom kopmaları genelde 4 değişik biçimde gerçekleşir.delesyon bir kromozom parçasının kopmasıdır.duplikasyon bir segmenti iki veya daha fazla sayıda ihtiva etmektir.delesyonun aksine burada parça çoğalması vardır.bir kromozom içinden kopan bir parçanın 180 0 dönerek koptuğu yere yapışmasına inversiyon denir. Homolog olmayan kromozomlarda kromozom parçalarının yer değiştirmesi olayına translokasyon adı verilir. İnsanlarda 21.kromozomun trisomik durumda bulunması sonucunda Down sendromu ortaya çıkar. Yaşlı annelerde bu hastalığın çocuklarında görülme olasılığı yüksektir.ayrılamayan kromozom anneden gelmektedir.genellikle zeka geriliği ve hastalıklara karşı az direnç olması en sık rastlanan özelliklerdir. İnsanlarda görülen Patau sendromu 13, Edward sendromu ise 18.kromozomun trisomisinden meydana gelmektedir. Eşey kromozomların ayrılmamasıyla çeşitli hastalık tabloları ortaya çıkar. Klinefelter sendromunda bireyin genomu XXY şeklindedir.birey testislere sahip olmasına karşın birey kısırdır.sadece tek X kromozomuna sahip bireyler ise Turner sendromu hastalığına sahiptirler. Kadın görünümüne sahip olmalarına karşın olgun üreme hücreleri oluşturamazlar.
Gelişmeinin genetik temeli Birçok çok hücreli canlıda gelişme döllenmiş yumurta ile başlar.bu hücre bölünmelerle devamlı yeni hücreler oluştururken aynı zamanda hücrelerarası farklılaşma oluşur. Hücreler arası sinyaller bu farklılaşma ve hücre göçlerinin temelini meydana getirir. Embriyolojik gelişme hücre bölünmesi, farklılaşma ve büyüme olaylarını kapsar. Büyüme ve gelişme olayları bitki ve hayvanlar arasında bazı farklılıklar içerir. Birincisi hayvanlarda gelişme sırasında hücre hareketi vardır bitkilerde ise yoktur.bitkilerde hücre bölünme ve farklılaşma yeteneğini kaybetmezken hayvan hücreleri belli bir zamana kadar bu özelliklere sahiptir. Gelişme sırasında insanda meydana gelen bozukluklar yarık damak gibi çeşitli hastalıkların ortaya çıkmasına neden olur. Model organizmalarda gelişme Bilim adamları gelişmenin basamaklarını bazı canlılar da daha detaylı olarak izlemişler ve açıklamışlardır.örneğin kurbağa embriyosunun gelişmesini incelemek diğer omurgalılara göre daha kolaydır.gelişme basamaklarını kolay izlemek kısa sürede döl vermek küçük genom model organizmaların özelliğidir.bunlar Drosophila,nematod C.elegans,fare,balık zebrafish ve bitki arabidopsis dir. Genlerin kromozom üzerindeki yerleri ve daha bir çok çalışma Drosophila üzerinde ilk olarak Morgan tarafından yapılmıştır.genomu ise 2000 yılında tamamen belirlenmiştir.nematod olan Caenorhabditis elegans ise normalde toprakta yaşar fakat laboratuarda da kolaylıkla yetiştirilebilir.onunda genomu belirlenmiştir. Ayrıca hermafrodittir.959 somatik hücreden meydana gelmiş saydam yapıda bir canlıdır. Döllenmiş yumurtadan ergin birey oluşumuna kadar giden yol haritalanmıştır. Fare omurgalılar arasında genetik ve gelişim çalışmalarında en çok kullanılan canlıdır.fare genleri değiştirilerek çeşitli transgenik türler ortaya çıkartılmıştır.fakat genomunun büyük ve karışık olması karşılaşılan büyük bir zorluktur.zebrabalığı olan Danio rerio 2-4cm boyunda küçük bir balıktır.embriyo ana canlının dışında gelişir.bu canlınına genomu belirlenmiştir.bitkilerden ise hardal bitki ailesine dahil olan Arabidopsis thaliana üzerinde çalışılmıştır.bu canlının genom içine yabancı DNA sokularak gelişim çalışmaları yapılmıştır. 100 milyon nükleotid çiftinden oluşan küçük genomu tamamen belirlenmiştir. Yukarıdaki şekilde nematod C.elegansın saydam hücrelerinin hangi kök hücrelerinden geliştiği gösterilmektedir.bağırsak hücrelerinin zigotun
bölünmelerinden oluşan dört hücreden birinin farklılaşmasıyla oluştuğu anlaşılmıştır. GEN İFADESİNDE FARKLILIKLAR Farklı hücre tipleri aynı genetik bilgiye sahiptir.böyle olmasına rağmen neden hücre farklılaşmasının meydana geldiğini ise anlamak zordur.fakat olası cevap, farklılaşma sırasında genlerin belli bir sıra içinde aktivasyonunda yatmaktadır. Bitkilerde çok potansiyellik(totipotent) Birçok bitkide bütün organizma vücut hücrelerinden oluşur.araştırıcılar bir havuç köklerinden elde ettikleri hücreleri normal kültür ortamına bıraktıklarında somatik hücreler bölünerek çoğalmaya başladılar.çeşitli bitki hormonlarının da bulunduğu uygun ortamlarda bu hücre kütlesi olgun bitkiye farklılaşır.bu totipotent özelliğin birçok bitkide varlığı gösterilebilir.bitkiler organizmanın bütün bir yaşam boyu bu özelliği kullanmasına izin vermelerine rağmen hayvanlarda embriyogenez sonunda bu özellik kaybolur.bu çalışma farklılaşmış ergin hücrelerin zigotta var olan genetik bilginin herhangi birini kaybetmediğini kesin olarak göstermiştir. Hayvanlarda çekirdek transferi Farklılaşmış bir hücreye ait bir çekirdekten yen bir canlı meydana gelebilir mi? Bu soruya cevap bulmak için bazı araştırıcılar çekirdeği çıkarılmış bir kurbağa yumurtasına farklılaşmış bir hücrenin çekirdeğini aşılamışlardır. Eğer aşılanan çekirdek çok erken embriyonik dönemlere ait bir hücreden alınmışsa yeni bir kurbağa embriyosu oluşurken,yumurtaya aşılanan çekirdek çok farklılaşmış bir hücreye aitse bazen bir kurbağa embriyosu oluşturamamaktadır.her iki durumda da farklılaşan hücreler genomun tam bir kopyasını taşımaktadır ve normal gelişim sırasında gelişim ilerledikçe ortaya çıkan ve totipotentliğin ifadesini önleyen sınırlamalar farklılaşan çekirdek üzerinde yer alır. Gelişmenin temel sorusu hücreler arası farklılaşmanın nasıl olduğudur.bütün hücrelerde aynı genom olduğu halde ve hücre bölünmelerinde DNA baz sırası değişmediğine göre hücre farklılaşmaları nasıl olur?bugünkü bilgilerimize göre kromatin yapı çeşitli şekillerde değişmekte hücre farklılaşmaları sırasında, genomun farklı bölümleri ifade olmaktadır. Memeli hücreleri ile çalışan araştırmacılar hücre çekirdeği veya erken embriyon hücrelerinde klonlar oluşturmayı başarmışlardır. Ergin birey hücre çekirdeğinden klonlamaya 1997 yılında gerçekleştirilen dolly bir örnek olarak verilebilir. Koyun meme hücrelerinden alınan örnekler besi ortamında kültürü yapılmış ve G 0 evresinde durdurulmuşlardır.başka bir koyundan alınan yumurta hücrelerinin çekirdekleri uzaklaştırılmış ve kültürü yapılan hücrelerle yumurta hücreleri birleştirilmiş suni şartlar ve uyarıcılar altında bölünme teşvik edilmiştir.embriyo oluştuktan sonra başka bir koynun uterusuna bu embriyo yerleştirilmiş ve büyümüştür.meydana gelen yavrunun genetik yapısı meme hücresi alınan koyunla aynıdır. Bu çalışma bize farklılaşmış hücre çekirdeklerinden de yeni klonların oluşturulabileceğini göstermiştir.
embriyodan alıp diğer hücrelere farklılaştırmak daha kolay uygulanan bir yoldur.kök hücreler laboratuar şartlarında farklılaşmaya uğratılarak istenen hücreler dönüştürülebilirler. Hayvanlardaki kök hücreler Bir diğer araştırma alanı gelişme sırasında farklılaşma potansiyellerini yitirmeyen kök hücreleridir.bu hücrelerin iki önemli özellikleri vardır.devamlı çoğalarak farklılaşırlar ve özelleşmiş hücreleri oluştururlar.ergin bir canlı vücudunda birçok kök hücre vardır örneğin kemik iliği Hücre farklılaşmasının moleküler temeli Kas hücrelerin saptanması ve farklılaşması bu konuyu açıklamada örnek olarak kullanılacaktır.kas hücreleri embriyonik öncü hücrelerden saptanır ve miyoblast hücresi haline gelir.daha sonrada bu hücreler olgun kas hücreleri haline dönüşür bu saptanma ve farklılaşma nasıl gerçekleşir.öncelikle ana düzenleyici gen olan myod ve onun ürünü olan MyoD proteini çeşitli kas proteinlerini üretmek için aktivatör rolünü oynaması gerekir.bu gen ürünü MyoD ve diğer transkript ürünleri çeşitli genleri uyararak kas hücreleri için gerekli proteinlerin sentezlenmesi sağlanır.myod proteini güçlü bir protein olup farklılaşmış hücreler üzerinde bile yapay yolla eklenirse kas hücrelerine dönüştürülmesi olayları başlatılabilir. Bu protein kas hücrelerine dönüşümde tek başına yeterli olmayıp diğer kas proteinlerinin de varlığına ihtiyaç vardır. Alt sayfada gösterilen şekilde açıklandığı gibi MyoD proteini farklılaşmadan sonra hücre bölünmelerini durdurur.aktin ve Miyozin gibi proteinlerin üretimi sağlanır miyoblastların hücre zarları kaybolur birleşerek çok çekirdekli olgun kas hücrelerine dönüşürler ve kas fibrilleri olarak adlandırılırlar. farklılaşmamış kök hücreleri içerir.kök hücreleri
Bir embriyo da hücreler arasındaki farklılaşmayı üreten nedir?gelişme sırasında şekil oluşumlarını ve hücre farklılaşmalarını hangi sistem kontrol eder?bu sorulara iki kaynaktan cevap verilebilir. Birincisi döllenmemiş yumurta hücresindeki sitoplazmada bulunan çeşitli proteinler ve RNA farklılaşmanın birinci kaynağıdır.yumurta hücresinin sitoplazması homojen bir dağılma göstermez.mrna,proteinler,organeller döllenmemiş bir yumurtada eşit olmayan bir biçimde dağılmışlardır.bu heterojenlik ilerde embriyonun gelişmesi için bir öncülük eder. Bu maddeler sitoplazmik belirleyiciler olarak adlandırılırlar.döllenme ve hücre bölünmesinden sonra zigot da ki farklı dağılımları hücrelerde farklı genlerin çalışmasına neden olur. Diğer farklılaşma kaynağı hücreler arası etkileşimlerdir.embriyonun erken dönemine ait hücrelerin salgıladığı salgılar diğer hücrelerin gen ifadelerinde çeşitli değişimlere neden olurlar. İndüksiyon rolü oynayan bu salgılar hedef hücrenin gen ifadesinde dolayısıyla hücresel şeklinde değişikliklere neden olur.böylece farklı hücreler gelişmeye başlar. Hücrelerarası etkileşimler bu maddelerin difüzyonlarıyla yada hücreler arası yüzey birleşmelerinin olduğu alanlardan gerçekleşir. Bu etkileşimlerin nasıl olduğunu ve gelişmeyi nasıl sağladığını,genetik ve sitoplazmik faktörleri üç model canlı olan Drosophila,C.elegans ve Arabidopsis de inceleyeceğiz.
MORFOLOJİK GELİŞİMİN GENETİK VE HÜCRESEL MEKANİZMASI Canlılarda şekilsel oluşum embriyonun erken dönemlerinde başlar.organlar ve dokular şekillenmeden evvel hayvan embriyolarında baş ve kuyruk bölgeleri belirgin hale geçer.şekilsel gelişme en çok meyve sineğin (D.melanogaster) de incelenmiştir.gelişmeyi kontrol eden genler ve onların sentezledikleri proteinler bize insanı da içine alan canlı grubunda gelişmenin ve farklılaşmanın nasıl olduğu konusunda ışık tutmuştur. Drosophila da hayat devri Meyve sineği ve artropodlar da segment sırasından meydana gelen bir modüler yapım söz konusu dur.bu segmentler vücudu baş,thorax ve abdomen adı veren üç bölüme ayırır. Diğer iki taraflı simetriye sahip olan hayvanlar gibi bunlarda da anteriyör-posteriyör yön ve dorsalventral yön vardır.döllenmeden önce yumurtada bulunan sitoplazmik belirleyiciler canlının iki yönlü simetrisinin belirlenmesini sağlarlar.döllenmeden sonra ise pozisyonel oluşum şekillenmeye segmentleri oluşturmaya ve sonuçta ergin bireyde ana bölümlerin oluşması sağlanır. Yumurta hücresi dişi canlının yumurtalığı içinde yardımcı ve folikül hücreleri ile çevrili bir ortamda başlar.döllenmeden sonra mitoz bölünmeler başlar.bur da iki önemli olay vardır.birincisi sitoplazma miktarı değişmez.s ve M fazları çok hızlı meydan gelir ilk on bölünme sonucunda yumurta büyümez.ikincisi bu bölünmeler sırasında sitokinez yani sitoplazma bölünmesi gerçekleşmez ve genç embriyo çok çekirdekli bir hücre şeklini alır.onuncu nükleus bölünmesi sonucunda oluşan çekirdekler embriyonun çevresine giderler.13. bölünme sonunda çekirdeklerin çevrelerinde plazma zarı oluşmaya başlar.temel vücut planları bu zamanda belirlenmeye başlar.daha sonra embriyo çeşitli segmentlerden oluşan bir yapı halini alır ve görülebilir hale geçer.hücreler göç ederek yeni konumlar alırlar,kurtçuk benzeri larva üç aşamalı bir gelişme dönemine girer,ilerde de bir pupa halini alarak kapalı bir durumda metamorfoza başlar.bu başkalaşım sonucu ergin birey oluşur ve vücudu üç ana bölümden meydana gelir. Morfolojik gelişmenin nasıl gerçekleştiği konusunda 1970 ler de yapılan çalışmalar sonucunda 13000 genden hangisinin bundan sorumlu olduklarını bulmak büyük bir çaba gerektiriyordu.ayrıca mutant bireylerin ölmesi çoğalamaması gibi sorunlar büyük zorluklardı. Embriyo gelişimini kontrol eden genler ya maternal etkili genler(anneden gelen genler) ya da zigotik genlerdir.maternal etkili genler ürünleri (mrna ve proteinler) oogenez sırasında gelişmekte olan yumurta içinde depolanan genlerdir.bu ürünler yumurta sitoplazmasına düzgün bir şekilde dağılmış olmasına rağmen bazen katmanlar halinde ve bazende yumurtanın belirli bölgesinde yoğunlaşırlar.bu genlerde mutasyon taşıyan sineklerin fenotipi kısır dişiler şeklinde olması beklenir,çünkü çekinik bir mutasyon için homozigot olan dişilerin embriyolarının hiçbiri annelerinden yabanıl tip gen ürününü alamaz ve bu nedenle normal gelişemez.bu gen ürünleri zigot genlerini geçicic veya kalıcı şekilde aktive etmek ya da baskılamak üzere çalışır. Zigotik genler zigotun kendi gelişimini sağlayan genlerdir ve bu nedenle döllenmeden sonra transkripsiyona uğrarlar.bu sınıftaki mutasyonlar embriyonun ölmesine neden
olur, çekinik zigot mutasyonu için heterozigot olan iki sineğin çaprazlaması sonucu embriyoların dörtte biri (homozigot) gelişemez. Maternal ve zigotik etkili genler Araştırıcılar embriyonik gelişimin maternal etkili gen ürünlerinin oluşturduğu moleküler katman bir bölge tarafından başlatıldığını öngören bir model ileri sürdüler ayrıca dış anatomik yapılarda bozukluklara neden olan çekinik embriyonik öldürücü mutasyonlara uğratılmış sineklerin binlerce ölü F 2 döllerini incelemişlerdir.ebeveynler ise taşıyıcıdır ve boşluk(gap),çift-kural(pair-rule) ve segment polarite:segment kutupsallığı adı verilen üç gruba ayrılırlar.embriyonun ön-arka ekseni boyunca oluşan moleküler tabakalanma iki zigotik gen seti tarafından kesintiye uğratılır. sınırlarını belirler ve daha sonra çift kural genleri,segmentleri ön ve arka bölgelere ayıran segment polarite genlerini aktive eder.(3)ön ve arka ekseni oluşturan maternal genlerle segmentasyon genlerinin birlikte hareketi her bir segmentin özgüllüğünü belirleyen seçici(selektör) homeotik genlerin hareket sınırını tayin eder. Maternal etki genleri Anteriör Posteriör Terminal (ön)grubu (arka)grubu (uç)grubu Zigotik genler Boşluk genler Çift kural genleri Segment kutupsallığı genleri Seçici genler (selektör) 1.Görüntü taramasında ortaya çıkan ve embriyoyu birçok şeritte veya segmente bölen,her segmentin polaritesini,büyüklüğünü ve sayısını tayin eden ve genlikle segmentasyon genleri olarak isimlendirilen boşluk,çift kural ve segment polarite genleri, 2.Her bir segmentin özelliğini ve gelişimini kaderini belirleyen seçici genler. Gelişim oogenez sırasında yer alan ön ve arka eksenin oluşumundan sorumlu maternal etkili gen ürünlerinin döllenmeden hemen sonra aktif hale geçmesi ile başlar.bu genlerin aktivitesi ön ya da arka yapının oluşması için hücreyi sınırlandırır.bu moleküler tabakadaki gen ürünleri boşluk :gap genlerinin taranskripsiyonuna neden olur ve embriyonun sınırlı sayıda geniş bölgelere bölünmesini sağlar.(1)boşluk (gap) proteinleri ise transkripsiyon faktörleridir ve bunlar ürünleri embriyoyu iki segment büyüklüğündeki bölgelere ayıran çift-kural genlerini(2) aktive eder. Tüm gap genlerinin birleşik hareketi segment Drosophila embriyosunun oluşumu için gerekli ilk genler maternal etkili genlerdir.oogenez sırasında maternal genomdan transkrribe olurlar ve ürünleri mrna olarak veya protein olarak olgunlaşmamış yumurta hücresinde depolanır.bu transkriptler ve proteinler gelişen embriyonun tüm bileteral simetrisinin oluşacağı ilk gelişim basamağında kullanılırlar ve birlikte yumurtayı ön-arka ve sırtkarın ekseni olan embriyoya dönüştürürler.ayrıca maternal etkili genler,zigotik genlerin ilk grubunun ifadesini tetikler ve böylece gelişim işleminin tamamlanması için gerekli olan gen ifadelerinin bir dizi işlemler serisi başlatılır.
Homeotik genler Drosophila da segmentlerin sınırları,segmentasyon genlerinin etkisiyle oluşturulurken seçici genler (homeotik genler) aktive olur.bu genlerin etkisi ile anten,ağız kısmı,bacaklar,kanatlar göğüs ve karın gibi her bir vücut segmentinin oluşacağı yapı belirlenir.tüm memelilerde seçici gen yapıları Hox gen kümeleri olarak isimlendirilir.bu genlerde mutasyonlar organların yanlış yerlerde oluşmasına sebep olur. Drosophila da gen çalışma sırası Maternal etkili genler Boşluk genleri Çift kural genleri Segment kutupsallığı genleri Embriodaki seçici genler (Homeotik genler) Diğer genler Sonuç olarak Hox genlerinin ürünleri belirli bir yapıyı belirlemek yerine,embriyodaki pozisyonları belirlemektedir.yani bir Hox proteini kanadı oluştur sinyalini vermek yerine bu 2.göğüs segmentidir demektedir.hox genleri ne zaman ve nerede olduklarını belirleyerek hücrelerin kaderlerini belirlemektedirler. Homeobox genlerinin evrimsel önemi Homeotik genler 180 nükleotid uzunluğunda ve 60 amino asitten meydana gelen protein sentezinden sorumlu genlerdir.birçok hayvanda bu genlerin benzerlerinin görülmesi hayatın erken bir döneminde milyonlarca yıl evvel bu genlerin ortaya çıkıp evrimleştiğini göstermektedir.hatta drosophila ve fare arasındaki homeotik genlerin kromozom üzerindeki yerleri bile birbirine benzerdir.drosophila da bütün genler bir kromozom üzerinde bulunurken homeotik genler 4 kromozom üzerine yerleşmiştir.kromozom üzerindeki renkli bölgeler ergin bireyde hangi bölümlerde gen ifadesinin olduğunu göstermektedir.bu genlerin proteinlerinin rolleri nedir sorusu ise hala tam olarak cevaplandırılamamıştır.bu polipeptidler DNA nın değişik bölümlerine bağlanarak protein sentezlerini yönlendirirler.diğer genlerin gen ifadelerini belli bir koordinasyon içersinde yönlendirerek doku ve organ oluşmasına temel hazırlarlar. Hücrelerarası sinyallerle farklılaşma ve gelişme Bir nematod olan C.elegans hücre sinyalinin ve gelişmedeki indüksiyonun önemini açıklamada bir örnek oluşturur.çok hücreli organizmaların gelişme süresince,hücreler komşu hücrelerdeki transkripsiyon profilini ve gelişim yolunu etkiler, bu etkileşmeler sinyal moleküllerinin üretimi ve alınmasını içerir.ergin C.elegans yaklaşık 1 mm uzunluğundadır ve döllenen yumurtadan 2 gün içinde gelişir.hayat döngüsü bir embriyonik aşama(yaklaşık 16 saat) dört larva aşaması (L1 den L4) ve ergin aşaması gibi dönemleri içerir.diploit kromozom sayısı 12 dir ve haploit genomda yaklaşık 15.000 adet gen olduğu tahmin edilmektedir.erginler çift cinsiyetlidir;xx kendi kendini dölleyebilen hermafroditler ve XO genotipli erkekler.ergin bir hermafrodit 959 somatik hücreden ve yaklaşık 2000 eşey hücresinden oluşur.
Ergin hermafroditler vulva adı verilen gövdenin ortasında yer alan bir açıklıktan yumurtlarlar.vulva larva gelişimi aşamasında oluşur ve bu oluşumda pek çok hücre-hücre etkileşim olayları yer alır. C.elegans gelişiminde iki komşu hücre olan Z1.ppp ve Z4.aaa birbirleri ile öyle etkileşirler ki,biri gonat oluşturacak hücre(vulva=anchor=öncül) oluşurken,diğeri ventral dölyatağı öncülü(uterin) olur.hangisinin ne olacağı ikinci larva aşamasında belirlenir ve bir hücre yüzeyi reseptör proteinini kodlayan lin-12 geni ile kontrol edilir.vulval öncül hücreler 3 kaderle karşı karşıyadır.iç vulva,dış vulva yada epidermis hücrelerini oluşturacaklardır. Öncül hücrelerinin salgıladığı epidermal büyüme faktörü gibi maddeler hücreleri farklılaşması ve bölünmesi için uyarır.öncül hücrelerden birinci uyarıcı maddeyi alıp farklılaşan hücreler içi vulvayı ve bunların salgıladığı uyarıcı maddeleri alıp bölünerek farklılaşan hücreler dış vulvayı öncül hücrelerden uzak bir yerde bulunan hücreler ise epidermisi oluşturur. Programlanmış hücre ölümü Kromozom yoğunlaşması ve hücreyi ölüme götüren hücre membranının şişmesi gibi çok tipik bir seri olayların gerçekleştiği hücrelerde programlanmış hücre ölümü veya apopitoz normal bir olaydır.gelişim sırasında bu programlanmış hücre intiharı,doku ve organların şeklini ve özelliğini almasına yardım eder ; örneğin omurgalılarda ayak ve el parmaklarının oluşması için parmaklar arasındaki hücrelerin ölmesi gibi.c elegans ta gelişme sırasında hermafroditlerde 1090 hücreden 131 inde,erkeklerde 1178 hücreden 147 sinde hücre ölümü gerçekleşir. Programlanmış hücre ölümünün farklı kökenlerden gelişen hücrelerde olmasına rağmen,ölen bütün hücrelerin aynı genetik yolu kullandıklarını göstermiştir. Ced-3 ve Ced-4 genlerinin ifadesi hücre ölümü için gereklidir. Ayrıca bu genler Ced-9 tarafından kontrol edilir.yaşayan hücrelerde Ced-9 geni diğer iki genin ifadesini engeller eğer hücre ölüm sinyalini alırsa Ced-9 inaktif olur ve diğer iki genin ifadesini engellemez ve genlerin ifadesi ile hücre ölümü gerçekleşir.
Bitkilerin gelişiminde hücre sinyalleri Çevre sinyalleri,örneğin gün uzunluğu,sıcaklık gibi kök meristeminden gövde meristemine kadar sıradan değişikliklere yol açan uyarıları tetikler.çiçekli bitkilerde bulunan bir meristem şişkinliği üç tabaka hücreden oluşmuştur. Bütün tabakalar çiçek oluşumuna katılarak dört organ çeşidini oluşturur.bunlar; 1.Karpel=Yumurta hücrelerini içerir. 2.Petal=Taç yapraklar 3.Stamen=Polen tozlarını içerir. 4.Sepal=Çanak yaprakları. Normal çiçek gelişiminde üç tane organ gelişimini sağlayan gen çalışır ve bunlar iki bağlı sarmal dizilişli sıra oluşumunu sağlarlar.a geni sadece sepallerin oluşumunu sağlarken A ve B genleri Petallerin B ve C genleri stamenlerin ve C geni ise sadece Karpellerin oluşumunu sağlar.