Chapter Konu 3 3 Lecture Konu 3Mendel Concepts of Genetics Tenth Edition Mendel Genetiği
Konular 3.1 Mendel kalıtım şekillerini incelemek için bir deneysel yaklaşım modeli kullanmıştır 3.2 Monohibrit çaprazlama 3.3 Dihibrit çaprazlama 3.4 Trihibrit çaprazlama 3.5 Mendel in çalışmaları 20.yy da yeniden keşfedildi 3.6 Bağımsız dağılım genetik çeşitliliği sağlar 3.7 Olasılık kuralları genetik olayların açıklanmasına yardımcı olur 3.8 Ki-kare analizi genetik verilerde şansın rolünü araştırır. 3.9 Soy ağacı analizi insan karakterlerinin kalıtımını açıklar
Mendel ve bezelyeleri Gregor Johan Mendel genetik biliminin temel ilkelerini 1866 da oluşturdu. Bezelye (pisum sativum) ile yaptığı çalışmalar zamanında kromozomlar, genler veya mayoz bilinmiyordu. Ama Mendel kalıtımın ayrı birimlerinin var olduğunu gösterdi ve bunların gametlerdeki ayrılış ilkelerini tahmin edebildi
3.1 İyi deney tasarımı ve analizin önemi Seçtiği canlı büyütülmesi ve yapay olarak melezlemesi kolay Üretilmesi kolay ve bir mevsimde olgunluğa erişir Mendel in başarılı olma sebebi deneylerini akıllıca tasarlaması ve analiz yöntemleriydi.
Bölüm 3.1 Bitkinin 7 adet görünür özelliğini takip etti - karakter Her karakterde 2 zıt özellik (form) bulunuyordu Gövde uzunluğu için; uzun ve kısa formlar. Diğer karakterler: tohum şekli ve rengi, kabuk şekli ve rengi, çiçek rengi ve yeri. Çiçek pozisyonu Çiçek rengi Bitki boyu Bezelye şekli Bezelye rengi Kabuk şekli Kabuk rengi Yanda Beyaz Uzun Yuvarlak Sarı Şişik Sarı Uçta Mor Kısa Kırışık Yeşil Daralmış Yeşil
Bölüm 3.1 Başarısının diğer sebebi: Her deneyde gözlemlerini bir veya birkaç karaktere odakladı Her zaman sayısal kayıt tuttu. Verilerinin analizi sonucunda belirli önermelerde bulundu ve bu önermeler aktarım (transmisyon) genetiğinin temel ilkelerini oluşturdu.
Karakter Zıt formlar oranı Tohum şekli Tohum rengi Yuvarlak/buruşuk Sarı/yeşil Tümü yuvarlak Tümü sarı yuvarlak buruşuk sarı yeşil Kabuk şekli Şişkin/daralmış Tümü şişkin şişkin daralmış Kabuk rengi Yeşil/sarı Tümü Yeşil yeşil sarı Çiçek rengi Mor/beyaz Tümü mor mor beyaz Çiçek pozisyonu Yanda/uçta Tümü yanda yanda uçta Gövde boyu Uzun/kısa Tümü uzun Uzun kısa
Bölüm 3.2 Monohibrit çaprazlama Kendine döllenme: Erkek yapılardaki polen, dişi yapıdaki yumurtaya aktarılır. Bezelye bitkisinin çiçeği Üreme yapılarının gösterilmesi için çiçeğin kesiti alınmıştır Karpel (dişicik tepesi) - dişi, yumurtayı oluşturur Stamen (başçık) - erkek, polen oluşturur
Bölüm 3.2 Çapraz döllenme: Ayrı bitkinin erkek üreme organından (başçık) tozların (polen) alınarak diğer bitkinin dişicik tepesine aktarılması Polen Polen Atasal nesil (parental) P1 Çapraz döllenme Mor çiçekli Beyaz çiçekli Birinci nesil F1 nesli Tamamı mor çiçekli
Bölüm 3.2 Monohibrit çaprazlama Mendel in en basit çaprazlamaları BİR zıt form çifti arasındadır monohibrit çaprazlama Seçilen zıt formların birini gösteren iki bitki kullanılır: Bu bitkiler kendi içinde çaprazlandığında her zaman aynı formu gösterir. Genetikte; P1 : Orjinal ebeveynler ya da atasal (parental) nesil F1 : Bunların yavruları yada birinci yavru birey (Filial) nesil F2 : F1 neslinin bireyleri kendi aralarında döllenirse ikinci yavru birey nesli
Ör: çiçek rengi zıt formlar mor/beyaz Atasal nesil Çapraz döllenme Birinci nesil İkinci nesil F2 nesli F1 neslinin kendine çaprazlanması 3 mor : 1 beyaz
Karakter Zıt formlar oranı Tohum şekli Tohum rengi düz/buruşuk Sarı/yeşil Tümü düz Tümü sarı düz buruşuk sarı yeşil Kabuk şekli Düzgün/boğumlu Tümü düzgün düzgün boğumlu Kabuk rengi Yeşil/sarı Tümü Yeşil yeşil sarı Çiçek rengi Mor/beyaz Tümü mor mor beyaz Çiçek pozisyonu Yanda/uçta Tümü yanda yanda uçta Gövde boyu Uzun/bodur Tümü uzun Uzun bodur
Bölüm 3.2 Bu sonuçlar cinsiyete bağlı değildir: Mor çiçekli bitkinin poleni, beyaz çiçekli bitkiye verildiğinde veya Beyaz çiçekli bitkinin poleni mor çiçekli bitkiye verildiğinde sonuç değişmemektedir.
Bölüm 3.2.1 Mendel in ilk üç önermesi: Çiftler halinde birim faktörler Canlılarda genetik karakterler çiftler halinde bulunan birim faktörler tarafından kontrol edilir. Baskınlık/Çekiniklik Bir bireyde tek bir karakter için bulunan çift birim faktörlerden biri baskın, diğeri ise çekiniktir. Ayrılma (Segregasyon) : Gamet oluşumu sırasında çiftler halinde bulunan birim faktörler rastgele ayrılırlar ve her bir gamet bunlardan birini ya da diğerini eşit olasılıkla alır.
Bölüm 3.2.2 Çağdaş Genetik Terimleri Bir özelliğin fiziksel ifadesine fenotip denir. Birim faktörler gen olarak isimlendirilir. Fenotiptik özellik, genin alternatif formları allel tarafından saptanır. Çekinik özelliği belirten ilk harf söz konusu karakteri sembolize etmek için kullanılır. d : dwarf=bodur (çekinik özellik) D : baskın özellik w : wrinkled=buruşuk W : baskın özellik İki faktörün bulunduğunu DD, Dd ve dd gibi semboller genotip olarak ifade edilir. Genotipi aynı alleler oluşturduklarında (DD veya dd) homozigot Farklı alleller oluşturduğunda ise (Dd) heterozigot
Mendel in ilk üç önermesi: Çiftler halindeki birim faktörler Baskınlık/ Çekiniklik Ayrıma (segregasyon)
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
Fenotip P 1 çaprazı Uzun X kısa Genotip Gamet oluşumu F 1 nesli Döllenme Hepsi uzun F 1 çaprazı F 1 gametleri F 2 nesli F 1 gametleri Rastgele döllenme F 2 genotipleri F 2 fenotipleri Homozigot heterozigot heterozigot homozigot
Bölüm 3.2.3 Punnet kareleri (Reginald C. Punnet) Döllenme sırasında, gametlerin kombinasyonları sonucu oluşan genotip ve fenotipler, Punnet karesi oluşturularak kolayca göz önünde canlandırılabilir. Olası gametlerin her biri tek bir sütuna yazılır. Dikey sütun dişi ebeveynin gametlerini yatay sütun ise erkek ebeveynin gametlerini göstermektedir. Her kombinasyon için erkek ve dişi gametlere ait bilgiler birleştirilerek oluşan genotip kutu içine yazılmaktadır.
Bölüm 3.2.3 Punnet kareleri
Soru? Güvercinler ekose veya düz renkli olabilir. Bir dizi çiftleştirme sonunda aşağıdaki veriler elde edilmiştir. 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.
Bölüm 3.2.4 Test çaprazı bir karakterli F2 neslinde oluşturulan uzun bitkilerin ya DD ya da Dd genotipinde olması beklenir. Test çaprazı baskın fenotipli bir organizmanın genotipinin homozigot veya heterozigot olduğunun bulunmasıdır.
Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama Birbirine zıt iki çift özelliği içeren çaprazlama dihibrit çaprazı yada iki faktörlü çapraz olarak adlandırılır. Teorik olarak iki monohibritin ayrı şekilde yürümesidir. Tohumları sarı ve aynı zamanda düz olan bezelyeler, yeşil ve buruşuk tohumlu bezelyeler ile döllendiklerinde:
Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama
Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama Çarpma kuralı: İki bağımsız olayın aynı anda olma olasılığı çarpma kuralıyla belirlenir. Dihibrit çaprazları aslında iki monohibrit çaprazlamanın ayrı ayrı uygulanması olarak düşünülebilir.
F 1 sarı, düz X sarı, düz Tüm bireylerin Tüm bireylerin Birleşik olasılıkları ü sarı ü yeşil ü düz Ve ü buruşuk ü düz Ve ü buruşuk sarı, düz sarı, buruşuk yeşil, düz yeşil, buruşuk Figure 3.6
Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama
Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama
Bölüm 3.3 Dihibrit çaprazlama F 2 deki genotip ve fenotip oranları genotip fenotip
Mendel in dördüncü önermesi: Bağımsız dağılım: Gamet oluşumu sırasında birim faktörlerin birbirinden ayrılan çiftleri birbirinden bağımsız olarak dağılırlar. Gametlerin tüm olası kombinasyonları eşit sıklıkta oluşur. Bunun sebebi homolog kromozom çiftlerinin mayoz sırasında bağımsız bir şekilde ayrılmasıdır.
Soru Yuvarlak/buruşuk tohum ve Sarı/yeşil tohum dihibrit çaprazlarında yandaki sonuçlar alınmıştır. P1 (ata) bitkilerin genotiplerini belirleyiniz. Round: yuvarlak Wrinkled: buruşuk Yellow: sarı Green: yeşil
Bölüm 3.3.1 Test çaprazı - ikili Dihibrit çaprazlamalarda da test çaprazı ile baskın karakterleri gösteren bir bireyin homozigot veya heterozigot olduğu anlaşılabilir. G?W? X ggww (G=sarı; g=yeşil; W=düz; w=buruşuk) Yukarıdaki test çaprazı için beklenilen fenotip oranları ne olacaktır?
Bölüm 3.3.1 Test çaprazı - ikili Olasılıklar Fenotip oranları ½ sarı, düz ½ sarı, buruşuk Fenotip oranları ¼ sarı, düz ¼ sarı, buruşuk ¼ yeşil, düz ¼ yeşil, buruşuk Fenotip oranları ½ sarı, düz ½ yeşil, düz
Bölüm 3.4 Trihibrit Çaprazlama Trihibrit çapraz, Mendel in ilkelerinin çoklu karakter kalıtımında da geçerli olduğunu gösterir. Üç bağımsız karakterin çaprazlanmasını içerir
Bölüm 3.4 Trihibrit Çaprazlama Trihibrit çaprazında P1 ve F1 gametlerinin oluşumu
Bölüm 3.4 Trihibrit Çaprazlama Çoklu genlerle çalışırken çatal yöntemi, Punnet karesine göre daha kolaydır
Genetik problemlerinde kullanışlı basit matematik kuralları Bağımsız Ayrılma Gösteren Heterozigot Genlere Sahip Canlılar Arasında Çaprazlamalar Heterozigot gen çifti sayısı Oluşan farklı tip gametlerin sayısı Oluşan farklı genotip sayısı Oluşan farklı fenotip sayısı* * 4. Sütun her gen çifti arasında basit baskın-çekinik ilişkisi olduğunu varsayar Table 3.1
Bölüm 3.5 Mendel in 20. yy da yeniden keşfi Walter Fleming 1887 yılında kromozomları keşfetti ve bu noktadan sonra Mendel in bulguları tekrar incelenmeye başlandı. 1902 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.
Bölüm 3.6 Bağımsız ayrılma ve genetik çeşitlilik Bu matematik hesaplarına göre haploid sayısı 4 olan bir canlının 16 farklı gamet kombinasyonu olur. İnsan n=23 2 23 = 8 milyon üzerinde gamet kombinasyonu olasılığı Bu sadece bir ebeveyn için
Bölüm 3.7 Olasılık kuralları genetik olayları açıklamaya yardım eder Olasılık 0.0 ile 1.0 arasında değişir. 0.0: bir olayın olmayacağı kesin 1.0: bir olayın olacağı kesin Çarpma kuralı: Olasılığı bilinen birden fazla olay birbirinden bağımsız fakat aynı anda gerçekleştiğinde Bağımsız: Bir olayın doğurduğu sonuç diğerlerini etkilemiyorsa Önemli not: Hesaplamalar büyük örnek grupları için daha doğrudur. Dihibrit çaprazda F2 nin 9/16 sı her iki baskın karakteri gösterir Fakat küçük bir grupta bu çok mümkün değildir
Çarpma kuralı Uzunluk lokusu için heterozigot olan iki bezelye bitkisi arasında çaprazlama Tt x Tt Her bitki tarafından ½ T ve ½ t gamet üretilir TT ½ x ½ uzun =1/4 Tt ½ x ½ uzun =1/4 tt ½ x ½ uzun =1/4 tt ½ x ½ bodur =1/4 Uzun olma olasılığı = ¼+ ¼+ ¼= 3/4
Bölüm 3.8 Ki-kare analizi Ki-kare analizi genetik verinin şans eseri elde edilip edilmediğini değerlendirmek için kullanılır. Mendel in 3.1 monohibrit ve 9:3:3:1 dihibrit oranları aslında şu varsayımlara dayanan hipotezlerdir: Her allel baskın veya çekiniktir. Ayrılma engellenmemiştir Bağımsız dağılım gerçekleşmektedir Döllenme rastgeledir Son iki madde şansa bağlı olarak değişebilir.
Bölüm 3.8 Ki-kare analizi Tesadüfi sapma Beklenilen bir sonuçtan şans eseri gerçekleşen sapmalar büyük örnek sayısı ile azaltılır. Ör: Madeni paranın atılması Yazı/tura gelme olasılığı 1000 defa atma ile 4 defa atma karşılaştır
Bölüm 3.8.1 Ki-kare hesapları ve sıfır hipotezi Bir verinin beklediğimiz bir orana uyacağını varsaydığımızda sıfır hipotezini oluşturmuş oluruz Bu şekilde adlandırılmasının sebebi beklenilen değerlerle ölçülen değerler arasında fark olmadığını varsaymasıdır. Eğer belirgin bir fark görülürse elde edilen sonucun tamamen şans eseri olduğu sonucuna varılır.
Bölüm 3.8.1 Ki-kare hesapları ve sıfır hipotezi Ki-kare ( 2 ) analizi verinin sıfır hipotezine ne kadar iyi uyduğunu test eder. Х 2 =Ʃ (g-b) 2 = Ʃ s 2 b g: gözlenen b: beklenen S: sapma b Tablo 3.3 Bir monohibrit çaprazlamada F 2 neslinin 2 hesaplamalarında izlenilen yolu göstermektedir.
Ki-kare Analizi Monohibrit Beklenilen oran Gözlenen (g) Beklenilen (b) Sapma (g b) Sapma (s 2 ) s 2 /b Dihibrit Beklenilen oran Gözlenen (g) Beklenilen (b) Sapma (g b) Sapma (s 2 ) s 2 /b Table 3.3
Bölüm 3.8.1 Ki-kare hesapları ve sıfır hipotezi Elde edilen 2 değerini yorumlayabilmek için serbestlik derecesi (degrees of freedom, df) denilen bir değerin hesaplanması gerekir df = n 1 n: sonuçları içine alan kategori sayısı 3:1 oranı için n = 2, df = 2-1 = 1 9:3:3:1 oranı için n = 4, df = 4-1 = 3 df hesaplandıktan sonra 2 değerine o df için karşılık gelen olasılık (p) değeri tablodan bulunur
Figure 3.11
Bölüm 3.8.2 p değerini yorumlamak P=0.26 %26 gibi düşünülebilir Eğer deneyi pekçok kez tekrar etseydik, bu tekrarların %26 sı ilk deney kadar veya daha fazla tesadüfi sapma gösterecekti. P değeri için bir standart belirlenir (genelde 0.05) ve buna göre sıfır hipotezi reddedilir veya kabul edilir. 0.05 ten küçük bir p değeri, tekrarlanan deneylerde gözlenen sapmanın %5 ten daha az defa şansa bağlı olacağını gösterir. Beklenen ve gözlenen sonuçlar arasındaki fark şansa bağlı olamayacak kadar büyük Sıfır hipotezi reddedilir. 0.05 ten büyük p değerleri, tekrarlanan deneylerde gözlenen sapmanın %5 veya daha fazla defa şansa bağlı olacağını gösterir Sıfır hipotezi doğru kabul edilir.
Bölüm 3.9 Genetik Soyağaçları (Pedigri) Genetik soyağaçları insan karakterlerinin kalıtım yapılarını ortaya çıkarır. Bir genetik soyağacı bir aile soyağacını belirli bir karaktere göre verir. Bu ağaçların analizi belirli karakterlerin nasıl aktarıldığının anlaşılmasını sağlar.
Dişi Erkek Cinsiyet bilinmiyor Etkilenmiş bireyler Ebeveynler Akraba ebeveynler (kan bağı var) Doğum sırasıyla çocuklar Ayrı yumurta ikizleri (cinsiyet aynı veya farklı olabilir) Aynı yumurta ikizleri (cinsiyet aynı) Birden fazla kişi (etkilenmemiş) Ailede hastalık veya anomaliyle dikkati çeken ilk kişi Ölmüş kişi Heterozigot taşıyıcılar Ardarda gelen nesiller Figure 3.12
Otozomal çekinik karakter I-3 veya I-4 heterozigot olmalı Çekinik karakterlerin tipik özelliği nesil atlamasıdır Çekinik otozomal karakterler her iki cisiyette de eşit olasılıkla görülür Otozomal baskın karakter I-1 baskın allel için heterozigottur Baskın karakterler neredeyse her zaman her nesilde görülür Etkilenen her bireyin, etkilenmemiş bir ebeveyni var. Baskın otozomal karakterler her cinsiyette eşit gözlenir. Figure 3.13