Bağlantı ve Kromozom Haritaları Prof. Dr. Sacide PEHLİVAN 3. Mart. 2017
Bir kişide DNA nın şifrelediği özelliklerin tümü kalıtsal özelliklerdir. DNA üzerinde nükleotitlerden yapılı en küçük ifade edilebilir kalıtsal birime GEN adı verilir.
Bir canlının sahip olduğu genlerin toplamına genotip denir. Canlının genotipi mutasyon olmadığı sürece değişmez. Bir canlıda genetik yapı ve çevrenin etkisi ile değişebilen gözlenen özelliklere ise fenotip adı verilir. Fenotip zaman içinde değişebilir. Canlılarda karakterlerin oluşmasında kalıtım ve çevre birlikte etkilidir.
Bir bireyin dış görünüşünün belirlenmesinde genlerinin ve çevresel koşullarının etkisi vardır. Örneğin, göz rengi, kan grubu, cinsiyet vb. karakterler genlerin etkisiyle oluşur. Bir bireyde her karakterin oluşumu için iki gen (alel gen) bulunur.
KROMOZOM : Karakterleri şifreleyen DNA ların proteinlerle birleşmesiyle oluşan yapılardır. Hücre çekirdeğinde bulunan iğ ipliklerinin hücre bölünmesi sırasında kısalıp kalınlaşması ile oluşurlar. Gen DNA Kromozom
HOMOLOG KROMOZOM : Biri anneden biri babadan gelen şekil ve boy bakımından birbirine benzeyen en önemlisi karşılıklı parçalarında aynı karakter üzerine etki eden gen çifti taşıyan yapıya homolog kromozom denir. Homolog kromozomlar Alel genler
Bağlantı: Çeşitli genlerin aynı kromozomda bulunmalarına ve bunun sonucu olarak ta döle birlikte geçme eğilimleri.. Bağlantı grubu: Bir kromozom üzerine yerleşmiş tüm genler.
Tam bağlantı: Bir kromozomda bulunan genler dölden döle her zaman birlikte geçiyorlarsa bu genler arasında tam bağlantının olduğu kabul edilir. Yani krossing-over olma riski hemen hemen yok gibidir. Tam olmayan bağlantı ve rekombinasyon: Eşeyli olarak üreyen türlerin büyük çoğunluğunda tam bağlantı çok ender.
Bağlantı kavramı, bir kromozom üzerinde yer alan gen lokuslarına özgüdür. ÖR; AaBb genotipindeki 2 ayrı bireyde bağlantı gösteren alleller AB/ab veya Ab/aB biçiminde olabilir. Drosophila da kanat uzunluğunu belirleyen gen ile göz rengini belirleyen gen bağlantılıdır. ÖR; kanat uzunluğu için normal (vg+) ve körelmiş kanat (vg) allelleri, ÖR; göz rengi için de kırmızı (pr+) ve eflatun göz (pr) allelleri
İki dominant allelin bir kromozomda, iki resesif allelin bir kromozomda bulunmasına cis-durumlu bağlantı (pr+, vg+ / pr, vg) denir. Bir dominant ve bir resesif allelin bir kromozomda, diğerlerinin (bir resesif bir dominant allelin) öbür kromozomda bulunması ise trans-durumlu bağlantı (pr+, vg / pr, vg+) denir.
Thomas Hunt Morgan (1912): Bağlantının aynı kromozom üzerinde sıralanan genler arasındaki bir fiziksel ilişki olduğunu, Bu ilişkinin mayoz sırasında homolog kromozomlardaki genler arasında meydana gelecek fiziksel bir değiş tokuş ile değişebileceğini ve buna göre bağlantının çözülebileceğini ileri sürmüştür (krosing-over/crossing-over). * Bu görüş 1931 yılında Stern tarafından Drosophila da gerçekleştirilen genetik çaprazlamalarla da kanıtlanmıştır.
Bu saptamalar; ilk kez Janssens (1909) tarafından ortaya konulan ve sitolojik olarak gözlenen, kiazmaların homolog kromozomlar arasındaki değiş tokuş yerleri olduğu görüşünü de desteklemiştir. Kiazmalar, krossing-over olayının varlığının mikroskop altında gözlenebilen belirtileridir.
Mayoz bölünmede; eşleşmiş kromozomların kesişme noktaları olan kiazmalarda meydana gelen parça değiştokuşu (crossing-over) sonucunda rekombinasyon ortaya çıkar. Rekombinasyon; bir fiziksel olay olan krossing over sonucunda bağlantılı genlerin ayrılması (bağlantının çözülmesi) ve yeni gen birlikteliklerinin (kombinasyon) oluşumudur.
Mendel'in bağımsız genlerin dağılımı ilkesi oldukça basittir. Aynı kromozom üzerindeki genler bağımsız olarak ayrılabilirler veya ayrılamazlar. Aynı kromozom üzerinde bulunan genlere bağlı genler denir ve bu genler bir bağlantı grubuna dahildir. MENDEL, bu bağlantı gruplarının kalıtımını çalışmıştır; fakat bazı sapmaların açıklamasını bir türlü yapamamıştır.
Bir kromozom üzerinde bütün genler birbirine bağlı olduğu için beraberce katılma eğilimleri vardır. Aynı kromozomda yerleşmiş genler aynı linkaj (bağlantı) grubuna aittir. Genler kromozomlar üzerinde bulunmaktadır ve her gen grubu bir kromozoma karşı gelmektedir. Bir çift allel çapraza katıldığına teorik olarak eşit sayıda 4 çeşit mayotik ürün vereceği görülür. Eğer dört çeşit mayotik ürün eşit sayıda değilse, bağımsız açılım olmamıştır ve bu gen lokusları bağlıdır denir. Bir kromozom üzerinde yerleşmiş bulunan bütün genler bir bağlantı grubu oluşturur. Bu durumda bir canlının sahip olduğu bağlantı gruplarının sayısı onun haploid kromozom sayısına eşittir.
Bağlantı ilk defa 1906 yılında BATESON ve PUNNET tarafından farklı bezelye varyeteleri ile yapılan çaprazlamalar sonunda keşfedilmiştir. Yapılan deneylerde Mendel in dihibritteki beklenen F 2 oranından (9:3:3:1) sapmalar görülmüştür (7:1:1:7 gibi). Büyük gruplar ana-babaya benzer grup iken küçük gruplar rekombinasyonlardı. Bu genlerin aynı kromozom üzerinde olduğunu ve bağlantılı kalıtıldığını göstermektedir. Fakat yeni rekombinasyonlar nasıl oluşmuştu? Sitolojik çalışmalar sonucu bu sorunun cevabı bulundu; Mayozun ilk profaz ve metafaz safhasında çift kromozomların kiazma yaptığı görüldü. Böylece kromozomlar arasında parça değişimi yapılarak genlerin rekombinasyonları sağlanıyordu.
Genler arasında bağlantı olmasına rağmen çaprazlamalar sonucunda rekombinant tiplerin meydana gelmesi gösterir ki; bağlantı mutlak değildir, çözülebilir. Bağlantının derecesi bir bağlantı grubunda, yani bir kromozom üzerinde bulunan genler arasında ki mesafeye bağlıdır. Birbirine yakın olan iki gen kuvvetli, uzak olan iki gen ise daha zayıf bir bağlantı gösterir. Bu durum bağlantının kuvveti ile genler arasında mesafede bir ters orantının olduğuna işaret eder.
Bağlantının çözülmesi ve kombinasyonların meydana gelmesi krossing-over sayesinde meydana gelmektedir. İki gen arasında krossing-over meydana gelmesi ihtimali iki gen birbirinden ne kadar uzaktaysa o kadar fazla, ne kadar yakın ise o kadar azdır. Krossing-over değeri genler arasındaki mesafe ile doğru orantılıdır ve krossing-over oluşum sıklığı genler arasındaki mesafenin bir ölçüsüdür. Bağlantının derecesi; iki gen arası yüzde 1 lik bir krossover frekansına eşittir. Bu da sentimorgan ile ifade edilir. Bu aynı zamanda 1 harita birimidir. Çapraz sonucu oluşan bir oğul döl içinde %1 oranında rekombinasyon sonucu oluşan fenotipik birey varsa iki genin harita mesafesi 1 dir. Herhangi bir test çaprazında yavru döldeki rekombinantların oranı %50 yi geçmez.
Krossing over mayoz dışında somatik hücrelerde de nadiren olabilmektedir. Benzer bir resiprokal mekanizma ile, iki homolog yada homolog olmayan kromatid birbirinin yanına gelerek başlar ve daha sonrada kırılma ve yeniden birleşme olayları izler. Mayozdan farklı olarak, sinaptonemal kompleks oluşmaz. Mitotik kromozomlar normal olarak yanyana gelmediğinden mitotik kross-overin ortaya çıkması göreceli olarak seyrektir. Mayotik rekombinasyon bir sonraki nesillere geçiş gösterirken mitotik olanlar gelecek nesillere aktarılamazlar.
Kromozom haritaları: Bir kromozom üzerinde bulunan genlerin yerlerinin saptanması için krossing over olasılıklarına bakmak yeterlidir. Böylece genlerin göreceli uzaklıkları belirlenmiş olur. Genler birbirlerinden ne kadar uzaksa o kadar kolay krosing over gerçekleşebilir. d-p = % 3.3 d-o= % 17.2 p-o= % 13.9 krossing over yüzdeleri ise genlerin dizilimi : d p o
Genler kromozomlar üzerinde belli bir düzende yerleşmiştir ve bir türdeki genlerin yerleşimi aynıdır.
İki gen farklı kromozomlar üzerinde yer alıyorsa 31
İki gen farklı kromozomlar üzerinde yer alıyorsa Yarısı ebeveynlerden birine benzeyen kromozom setine Yarısı her iki ebeveyne ait kromozom setine Rekombinant. 32
A ve B geni aynı kromozom üzerinde ve birbirine yakınsa. Bu şemada oranları ne olur? 33
34
Gen Haritalama Gen haritalama genlerin sırasını, yerleşimini ve harita birimlerinde (map units) aralarındaki göreli mesafeleri belirler 1 map unit = 1 cm (centimorgan) Gen haritalama yöntemleri; aralarında göreli mesafeleri belirlemek için allel arasında rekombinasyon frekanslarını kullanırlar. Genler arasındaki rekombinasyon sıklığı göreceli olarak birbirlerine olan uzaklığı tanımlar. Mesafe ölçümü: 1 harita birimi (1 map unit) = %1 rekombinasyonu tanımlar (Kısa mesafeler için geçerlidir) 35
Fig. 4.6 36
Genlerin klonlaması 2 farklı şekilde gerçekleştirilir. 1989 a kadar disease phenotype hypothesize function clone the gene chromosomal position Fonksiyonel klonlama 1989 dan sonra disease phenotype chromosomal position clone the gene hypothesize function Pozisyonel klonlama
I II D12S84 2 6 2 6 3 4 5 6 D12S105 3 4 3 4 2 4 3 4 D12S234 3 4 3 4 2 4 1 4 D12S129 - - 3 2 2 3 - - D12S354 1 1 1 1 3 5 1 1 III D12S84 D12S105 D12S234 D12S129 D12S354 6 3 2 4 - - 2 3 - - - - 2 3 - - 6 4 4 2 3 4 4 2 3 2 3 2 3 4 3 2 4 4 4 2 4 2 3 4 4 2 3 2 3 2 - - 3 2 4 4 4 2 2 2 3 3 3 2 3 2 3 2 - - 3 2 2 3 2 2 1 3 1 5 1 3 1 3 1 3 1 5 1 3 1 5 1 3
Netherton Syndrome Haplotypes Chavanas et al., Am J Hum Genet, 66:914-921, 2000