Dědičnost mnohobuněčných organismů
Dědičnost mnohobuněčných organismů
J. G. Mendel
• zakladatel genetiky; na základě mnoha pokusů s křížením hrachu, vyhodnotil výsledky
a formuloval zákony dědičnosti, které byly uznány po téměř 40-ti letech
Mendelovy zákony
1. Mendlův zákon (zákon o uniformitě)
• první generace kříženců (hybridů)
• při křížení 2 homozygotních rodičů vznikne potomstvo,
které je svým genotypem i genotypem jednotné
• rodiče = parentální generace (P-generace)
• potomstvo – filiální generace F1, F2, … -generace
2. Mendlův zákon (zákon o segregaci alel a jejich kombinaci ve 2. generaci kříženců)
• vzniká pravidelný genotypový štěpný poměr: 1:2:1 (1AA : 2
Aa : 1 aa)
• 25% – vznikají potomci homozygotně dominantní (AA)
• 25% – vznikají potomci homozygotně recesivní (aa)
• 50% – vznikají heterozygotní potomci (Aa)
• při úplné dominanci mezi alelami (alela A úplně potlačí projev
alely a) je fenotypový štěpný poměr: 3:1 (3 AA : 1 aa)
3. Mendlův zákon (zákon o volné kombinovatelnosti alel různých alelových párů)
• sledujeme několik znaků současně – polyhybridismus
• nejjednodušší je dihybridismus (2 znaky)
• v F2 vznikne 16 genotypových kombinací, celkem 9
rozdílných genotypů ve štěpném poměru:
1:2:1:2:4:2:1:2:1
1AABB : 2AABb : 1AAbb : 2AaBB : 4AaBb : 2Aabb :
: 1aaBB : 2aaBb : 1aabb – genotypový štěpný poměr
Fenotypový štěpný poměr
• při úplné dominanci je 9:3:3:1
Př) Aa ……. barva květu Bb …….. tvar semena
A …….. červená barva B …….. kulatá, hladká semena
a ……… bílá barva b ……… svrasklá semena
červená b., kulatá semena | | | | | | | | | 9
červená b., svrasklá semena | | | 3
bílá b., kulatá semena | | | 3
bílá b., svrasklá semena | 1
Chromozómové určení pohlaví
• u člověka 1 sada chromozomů je 23, z toho 22 je autozomů (somatické) a 1 je
heterochromozom (gonozom)
1) typ savčí (drozophila)
• homogametické pohlaví jsou samice, heterochromozom je vždy X
• heterogametické pohlaví samec, spermie dvojího druhu buď X nebo Y
• potomstvo buď samčího nebo samičího typu (50:50)
• savci, ryby, plazi, většina hmyzu (kromě motýlů)
2) typ ptačí (abraxas)
• homogametické pohlaví je samec (ZZ), heterogametické pohlaví je samice (ZW)
Mutace
• genetická proměnlivost; nemění se počet alel, ale tvoří se jejich nové kombinace
• jsou to náhodné změny, mohou postihovat různě velké úseky DNA
• podle rozsahu poškození se rozdělují na:
1) genové (bodové) mutace
• změna na DNA v rámci 1 genu; jejich fenotypový účinek je malý
• většinou se jedná o změnu 1 nebo více sousedních nukleotidů
• změna pořadí aminokyselin v bílkovinném řetězci
• postižený gen se stane buď neúčinným nebo vznikají recesivní alely
• negativní dopad má genová mutace u regulačního genu (dojde
k nekontrolovatelnému dělení buněk, např. nádorové bujení)
• konkrétní změny: a) substituce – změna mezi nukleotidy, A a T, Ca
G
b) transpozice – změna pořadí nukleotidů
c) inzerce – zařazeni 1 nebo více nových nukleotidů do vlákna
d) delece – ztráta 1 nebo více nukleotidů
e) včlenění chemicky pozměněné báze – značíme jako !
– podobnost thiaminu
2) chromozómové mutace – aberace
• nemění se kvalita genů, ale změní se celá struktura chromozomů
• důsledkem jsou zpravidla poruchy v průběhu meiózy, takže vzniklé gamety jsou
sterilní a vytvářejí životu neschopné zygoty
• konkrétní změny: a) fragmentace – rozpad chromatidy na 2 i více částí
b) dificience – ztráta koncové části chromatidy
c) delece – ztráta vnitřní části chromatidy
d) duplikace – zdvojení (některý z nukleotidů se zdvojí)
e) inverze – je přemístění mezi chromozomy, převrácení
f) translokace – napojení části chromozomu na jiný
části chromozomu o 180°
3) geonomové mutace
• změny v počtu chromozomů, aniž by se změnila kvalita genů nebo chromozomů
• konkrétní změny: a) anauploidie – 1 chromozom chybí, označujeme
2n-1,
b) polyploidie – znásobí se celá sada chromozomů, př.
porucha miózy, vadné gamety
triploidie 3n, tetraploidie 4n
Rozdělení mutací podle způsobu vyvolání
1) spontánní
• vyvolané bez zásahu člověka, vznikají chybami při replikaci a transkripci DNA, jsou
vzácné
• opravné systémy buněk je většinou stačí eliminovat
2) indukované
• vyvolané lidskou činností, jsou často vyvolané tzv. mutageny:
– radiomutageny (různé záření)
– chemomutace (chemické látky, formaldehyd, vinylchlorid, mikotoxiny, arom. uhlov.)
– vyvolávají až 80% nádorových onemocnění
Dědičnost krevních skupin
• krevní systém AB0; znak je podmíněn 3 možnými alelami s tím, že AB jsou
dominantní vůči alele 0
• u heterozygotu s alelami AB se uplatní obě stejnou měrou – kodominance
A → AA nebo A0 B → BB nebo B0 AB → AB 0 → 00
Dědičnost chorob
1) dědičné dispozice
• mají polygenní charakter, vyskytují se familiárně, choroba vznikne jen pod vlivem
určitých podmínek
• lze chorobám předcházet (žaludeční vředy, hypertenze, …)
2) dědičné choroby
• způsobené změnami na DNA v důsledků mutací (většinou genové), vliv prostředí je
minimální
3) Autozomální choroby
• nejsou vázané na pohlaví
Albinismus
• nepřítomnost enzymů pro syntézu melaninu a thyrosinu
• četnost výskytu 1:8 000-10 000
• světloplachost, roztěkané oči
Downův syndrom
• trisomie 21. chromozomu
• zpomalený fyzický i duševní vývoj, zůstávají na úrovni 5.-6. letého dítěte
• znaky: mongoloidní, široký kořen nosu, otevřená ústa, rozbrázděný jazyk, časté
anomálie zubů, krátké neohrabané ruce, na dlani tzv. opičí rýha, neplodní, časté srdeční
vady, leukémie; četnost 1:900
Další choroby
• Rozštěpy patra a rtů; Chudokrevnost (anémie), Srůsty prstů (3. a 4. prst)
• Syndrom kočičího mňoukání – delece na 5. chromozomu
• Polydaktylie – víceprstost; Bradydaktylie – krátkoprstost
Fenylketonúrie
• metabolická porucha, chybí enzym fenylalaninhydroxyláza v játrech, který umožňuje
přeměnu fenylalaninu na thyrosin → ten se hromadí v těle a vzniká z něj kyselina
fenylpyrohroznová, která poškozuje CNS
• projevy: slabomyslnost, křeče, ekzémy, zvláštní zápach moči, světlé vlasy, modré oči
• léčba v počátku → léčitelná; četnost 1:10 000
Galaktosemie
• chybí enzym pro přeměnu galaktózy na glukózu
• léčba: vyloučení galaktózy z potravy; četnost 1:40 000
• projevy: potíže s trávením, nízká hmotnost, žloutenka, poškození ledvin, zvětšená játra,
mentální retardace
Choroby gonozomální (heterochromozomální)
• závisí na pohlaví, defekty na pohlavním chromozomu
Klinefelterův syndrom
• nadbytek chromozomu X, genotyp XXY nebo XXXY
• projevuje se u mužů; eunuchoidní poruchy, chybí mužský typ ochlupení, neplodnost,
prsa ženského typu; četnost 1:1 000
Turnerův syndrom
• chybí chromozom X, genotyp XO, u žen
• projevy: malá postava, na krku kožní řasa, zakrnělé vaječníky, neplodnost, sexuální
infantilismus – na úrovni dětského věku,pokleslé ústní koutky (kapří ústa), postavení
bradavek mužského typu, snížená inteligence
Hemofilie
• genová mutace na chromozomu X, přenašečem je žena, choroba se vyskytuje u mužů;
četnost 1:10 000
Daltonismus
• částečná barvoslepost, neschopnost rozlišovat červenou a zelenou barvu, u mužů
(většinou)
Syndrom XYY – super muž; duševní retardace, fyzická vyspělost
Syndrom XXX(X) – super žena; psychická retardace, neplodnost
Metody výzkumu
a) rodokmenová (genealogická)
b) výzkum dvojčat – hlavně jednovaječných (gemelilogická)
c) výzkum chromozomů (cytogenetická) – zkoumá karyotyp, mapování genomu
d) výzkum populací – zkoumá fenotypové projevy
Rozmnožování v populacích
• populace – jedinci téhož druhu na určitém území;
• genofond – všechny geny (alely) v populaci
• velká populace – 100 – 1 000 jedinců; malá populace – desítky; dochází k příbuzenskému
křížení – inbreeding, dochází ke zvyšování podílu u homozygotních jedinců
• autogamie – samooplození (samosprašné rostliny, hermafrodičtí endoparazité)
• alogamie – splývají různé gamety, panmixie – náhodné párování
• panmiktická populace – udržuje se stálý poměr genotypů (homozygoti dominantní,
homozygoti recesivní, heterozygoti)
• poměr zastoupení genotypů vyjadřuje – Hardyho-Weinbergův zákon p2 + 2pq + q2 = 1
p + q = 1
p … frekvence (poměrné zastoupení) dominantní alely (p2 je podíl jedinců dominantního
typu
q … frekvence recesivní alely (q2 je podíl jedinců recesivního fenotypu)
• četnost podle 2. Mendlova zákona (homozygotní rodiče = homozygotní potomstva)
• heterozygotní rodiče = mají potomstvo v poměru 1:2:1
Vazba genů
• geny homologických chromozomů jsou ve vzájemné vazbě
a nekombinují se
• geny nehomologických chromozomů jsou kombinovatelé
• síla vazby závisí na vzdálenosti mezi geny; čím větší
vzdálenost, tím je pravděpodobnější crossing-over
• síla vazby se stanoví Morganovým číslem p, je to poměr
počtů rekombinovatelných gamet k celkovému počtu gamet
(vyjadřuje se v %)
• stanovením vzdálenosti vazbových genů se tvoří
chromozómová mapa