Kromosomska Osnova Nasljeđivanja

Front 1

Koje su prednost vinske mušice (Drosophila melanogaster) kao organizma za genetička istraživanja?

Back 1

Lak uzgoj u laboratoriju, brzo razmnožavanje dajući oko 20-25 generacija godišnje, posjeduje brojne lako prepoznatljive karakteristike (svojstva) kao npr kratka krila ili žuto tijelo, samo 4 para kromosoma koji se međusobno lako razlikuju (tri para autosoma i jedan par spolnih kromosoma), kromosomi žlijezda slinovnica ličinke su najveći poznati u prirodi, najmanje 100 puta veći od bilo kojih u stanicama tijela-gorostasni/politeni kromosomi, diploidni je organizam sa spolnim načinom razmnožavanja kao i čovjek, pa se zakonitosti dobivene na ponašanju njenih kromosoma mogu primijeniti na čovjeka.

Front 2

Što znači divlji tip za neko svojstvo?

Back 2

To je najčešći fenotip u prirodnim populacijama neke vrste. Suprotno je mutant, za kojeg se smatra da ne može preživjeti u prirodi.

Front 3

Kako je Morgan otkrio spolom vezano nasljeđivanje?

Back 3

Nakon što je Morgan dobio mužjaka s bijelim očima, križao ga je s crvenookom ženkom, gdje je ženka bila divlji tip. Svi potomci F1imali su crvene oči, iz čega se moglo zaključiti da je divlji tip bio dominantan. Kada je Morgan križao F1 mušice dobio je klasičan fenotipski omjer 3:1 u F2 generaciji. Ipak, rezultat je bio iznenađujući: bijele su se oči pojavile samo kod mužjaka, točnije sve ženke F2 bile su crvenih očiju, dok je pola mužjaka imalo crvene, a pola bijele oči. Zaključak je bio da je boja očiju kod vinske mušice vezana uz spol. Iz ovog pokusa kao i iz drugih, Morgan je zaključio da su geni za boju očiju smješteni samo na kromosomu X, a kromosom Y nema odgovarajućeg lokusa (nema gen za to svojstvo).

Front 4

Što su to vezani geni?

Back 4

Vezani geni su geni koji se nalaze na istom kromosomu. Kako se nalaze na istom kromosomu, u pravilu se nasljeđuju zajedno. Kada bi bila potpuna vezanost dobili bismo roditeljske genotipove/fenotipove. Mogu se definirati i kao dvije osobine koje se zajedno nasljeđuju. Međutim, vezani geni pokazuju djelomičnu vezanost jer nedostaje makar jedna hijazma u bivalentu što dovodi do rekombinacije između vezanih gena. Morgan je eksperimentima s vinskom mušicom otkrio da vezanost utječe na nasljeđivanje dviju različitih osobina. Morgan je 2300 potomaka takvog parenja svrstao s obzirom na fenotip: omjer fenotipova 1:1:1:1 koji bi očekivali da se dva gena raspodjele neovisno jedan o drugom, stvarni (dobiveni) rezultati-najviše je bilo roditeljskog fenotipa, puno manje rekombinantnih tipova. Dakle, Morgan je najviše dobio roditeljskih fenotipova među potomcima (sivo tijelo, normalna krila; crno tijelo, zakržljala krila), a manje rekombinantnih. Morgan je zaključio da su geni za boju tijela i veličinu krila smješteni na istom kromosomu –što znači, to su vezani geni pa se stoga i nasljeđuju zajedno.

Front 5

Što je to rekombinacija, a što rekombinantni tipovi?

Back 5

Rekombinacija je jedan od načina koji dovodi do genetičke varijabilnosti u populaciji i to je proces za koji je odgovoran crossing over ili nezavisna segregacija alela na različitim kromosomskim parovima. To je proces u kojem se stvaraju nove kombinacije nealelnih gena u svakoj kromatidi koja je zahvaćena promjenom. Rekombinantni tipovi su potomci s novim kombinacijama koje nastaju od roditeljskih svojstava, ali su različite od roditelja.

Front 6

Kako dolazi do rekombinantnih tipova?

Back 6

Kao rezultat crossing overa ili nezavisne raspodjele. Crossing over je izmjena dijelova homolognih kromosoma između ne-sestrinskih kromatida pa tako i rekombinantni proces u kojem se stvaraju nove kombinacije ne-alelnih gena u svakoj kromatidi koja je zahvaćena izmjenom.

Front 7

Koji je utjecaj blizine smještaja gena (vezanosti) na mogućnost crossing overa?

Back 7

Geni koji su blisko vezani na istom kromosomu (vezani geni) obično se nasljeđuju zajedno kada se kromosomi pakiraju u gamete. Dva blisko vezana gena mogu se razdvojiti ako se na tom mjestu dogodi crossing over. Što su geni koji se na kromosomu, to je manja vjerojatnost crossing overa.

Front 8

Koja bi bila učestalost crossing overa, pa time i rekombinacije, dva gena koji se nalaze jedan pored drugoga na istome kromosomu?

Back 8

Učestalost rekombinacije= (broj rekombinantnih potomaka/ukupan broj potomaka) x 100 (%)

Ako je u nekom križanju učestalost rekombinacije (rekombinantnih potomaka) 6%, to znači da je rekombinantnih gameta također 6%, odnosno jačina vezanosti između ta dva gena je 94%. Učestalost rekombinanata za neki par gena ista je u svakom križanju jer geni zauzimaju stalne položaje na kromosomu i stoga je vjerojatnost za krosinover među njima ista u svakom križanju. Učestalost crossing overa je onda 1% jer ovisi o udaljenosti.

Front 9

Na što ukazuje 50% učestalosti rekombinacije?

Back 9

Da se radi o nevezanim genima(geni na različitim kromosomima).

Front 10

Kojim procesom u mejozi možete objasniti to da geni na različitim kromosomima obično ulaze u gamete nezavisno jedan o drugom?

Back 10

Nezavisna segregacija kromosoma. Odnosno razdvajanje homolognih kromosoma u anafazi 1 i sestrinskih kromatida u anafazi 2.

Front 11

Kako su konstruirane genetičke mape? Na što one ukazuju?

Back 11

Genetičke mate predstavljaju linearni slijed gena duž kromosoma, jedna od metoda konstrukcije mape je da se odredi učestalost krosing overa između dva gena. Rezultati istraživanja na vinskoj mušici pokazali su da su geni na kromosomu poredani linearno, dakle jedan iza drugog. Ako je poredak gena takav, onda bi analizom učestalosti rekombinacije između vezanih gena bilo moguće odrediti relativne položaje gena na kromosomu. Kada se neko križanje ponavlja u istim eksperimentalnim uvjetima, učestalost rekombinacije između neka dva gena je uvijek ista. Müller je predložio da postotak novih kombinacija svojstava (% rekombinantnih potomaka) bude mjera za izražavanje udaljenosti između gena - to su tzv. krosingover jedinice ili jedinice rekombinacije. Alfred Sturtevant, jedan od Morganovih suradnika, uočio je da je učestalost rekombinacije odraz udaljenosti gena na kromosomu. To znači da što su geni udaljeniji na kromosomu veća je vjerojatnost da će biti razdvojeni c.o. i obrnuto. Sturtevant je predložio da 1% učestalosti rekombinacije predstavlja relativnu jedinicu udaljenosti između dva gena u kromosomu. Danas u čast Morganu tu relativnu jedinicu udaljenosti izražavamo u cM (cM = centiMorgan). Učestalost krosingovera nije jednaka u cijelom kromosomu, stoga su jedinice karte relativne, a ne apsolutne. Učestalost krosingovera manja je u području centromera nego u ostalim dijelovima kromosoma. Za gene koji su jako udaljeni, učestalost rekombinacija ne odgovara sasvim udaljenostima na mapi, jer višestruki parni broj crossing overa vraća alele na njihove izvorne kromosome. Genetičari izvode udaljenosti na mapi iz učestalosti rekombinacija gena koji su međusobno blizu, rijetko će se dogoditi više od jednog crossing overa unutar tako kratkih razmaka. Mapa se zatim konstruira dodavanjem mapnih udaljenosti između tih kratkih razmaka. Karta vezanosti gena daje stoga redoslijed gena duž kromosoma, ali ne daje točno mjesto gena.

Front 12

Odredite redoslijed gena duž kromosoma s obzirom na sljedeću učestalost rekombinacija: A-B, 8 mapnih jedinica; A-C, 28 mapnih jedinica; A-D, 25 mapnih jedinica; B-C 20 mapnih jedinica; B-D, 33 mapne jedinice. Objasnite odgovor.

Back 12

D-A-B-C

Front 13

U čemu je razlika između mapa vezanosti gena i citoloških mapa kromosoma?

Back 13

Karta vezanosti gena daje redoslijed gena duž kromosoma, ali ne daje točno mjesta gena, dok citološke karte daju precizna mjesta gena, prikazuje relativnu udaljenost koja se temelji na učestalosti rekombinacije. Ako usporedimo genetičku i citološku kartu one će se podudarati u redoslijedu genskih lokusa, ali ne i u međusobnoj udaljenosti gena. Naime, 1% učestalosti crossing overa se ne odnosi na čitavu dužinu kromosoma. Dok citološke karte prikazuju precizna mjesta gena i veličinu kromosoma

Front 14

Kako bi izveli eksperiment u kojem bi odredili da li su dva lokusa smještena na istom kromosomskom paru?

Back 14

Pratili bi učestalost crossing overa između dva gena. Vjerojatnost crossing overa između dva genska lokusa proporcionalna je udaljenosti odvojenih lokusa. Geni se na različitim kromosomima češće rekombiniraju-50%, dok je kod vezanih gena rekombinacija rijeđa-manje od 20%. Učestalost rekombinacije daje podatak o blizini gena.

Front 15

Ako je životinja genotipa RrSsTt stvorila 1020 jaja, od kojih je 127 sa genotipom rSt, 121 sa genotipom rST i 130 sa genotipom RST, da li su ova dva tipa alela na istom kromosomu, na dva različita kromosoma ili na tri različita kromosoma?

Back 15

Ta dva tipa alela su na tri različita kromosoma, jer onda životinja stvara 8 (2^3) gameta, što kod nevezanih gena znači 130 gameta svakog genotipa.

Front 16

Nutritivno defektni soj E. coli raste samo na mediju koji sadrži timin, dok drugi nutritivno defektni soj raste samo na mediju koji sadrži leucin. Kada se ova dva soja uzgajaju zajedno, pojaviti će se manji broj jedinki koje su sposobne preživjeti na minimalnom mediju bez timina i leucina. Kako se to može objasniti?

Back 16

Činjenica da nastaju rekombinantni tipovi kojima ne treba ni jedna podloga, ali učestalost kombinacija je manja jer su geni za ovisnost o timinu i leucinu na jednom kromosomu, to jest vezani su.

Front 17

Objasnite X inaktivaciju.

Back 17

Između spolova postoji genetska neravnoteža: ženke sisavaca, uključujući i ljude, nasljeđuju dva X kromosoma, dok mužjaci samo jedan x kromosom (hemizigoti). Sisavci (i čovjek) imaju regulacijski sistem kompenzaciju doze, kojom se jedan X kromosom isključuje (inaktivira) u ranom embrionalnom razvoju i ostaje genetički inaktivan cijeli život. Sve započinje prepisivanjem gena Xist (X inaktivni stanični transkript) u molekulu RNA koja se veže za X kromosom i dalje upravlja procesom inaktivacije X kromosoma. U inaktiviranom kromatinu dolazi do kemijske modifikacije histona H3 i H4. Inaktivirani kromosom X vidi se u jezgri tjelesnih stanica ženki uz samu jezgrinu ovojnicu kao jače obojano duguljasto tjelešce koje je otkrio 1949. Murrey Barr u jezgrama neurona mozga ženki mačaka. Njemu u čast inaktivirani X nazivamo Barrovo tjelešce. Barrovo tjelešce vidljivo je u tkivima embrija starog 16-20 dana. Kako se embrionalne stanice dijele mitozom, svaka daje populaciju stanica koje imaju jedan X kromosom aktivan a drugi neaktivan. Britanska genetičarka Mary Lyon (1961-62.) je zaključila da se inaktivacija X kromosoma događa nasumce i sasvim slučajno. Prema njenoj hipotezi žensko je tijelo mozaik sačinjen od dvije vrste stanica s obzirom na aktivnost X kromosoma: u ½ tjelesnih stanica inaktiviran je očev X, a u drugoj polovici majčin X kromosom.

Front 18

Što je posljedica X inaktivacije?

Back 18

Ako je ženka heterozigot za spolno-vezano svojstvo to znači da u jednoj polovici tjelesnih stanica dolazi do ekspresije dominantnog alela, a u drugoj polovici stanica do ekspresije recesivnog alela. Npr kaliko mačka na spolnim kromosomima su aleli za boju krzna stoga ukoliko mačka ima mrlje samo jedne boje možemo zaključiti da se radi o mužjaku, a ako ima dvije boje možemo zaključiti da je ženka.

Front 19

Što je genomic imprinting?

Back 19

To je proces 'utišavanja' gena tako da se na DNA veže metilna skupina (metilacija) i tako je gen 'označen' odnosno 'utišan' i ne prepisuje se. Utiskivanje se događa još u jajnoj stanici/spermiju. Taj biljeg se uklanja tijekom formiranja gameta (resetira se). Radi se o somatskim (tjelesnim) kromosomima, homozigotima –na homolognim kromosomima imamo dva alela (forma gena) za jedno svojstvo –“označeni” alel (od ta dva) je “utišan” pa za neko svojstvo imamo samo jedan alel/gen. Samo je mala skupina gena podložna tome! U to su uključeni geni za rast i metabolizam pa se pretpostavlja da je tu došlo do “borbe” roditelja: Otac želi da mu potomci budu što veći i što jači (da pobjeđuju),a majka želi da su manji (da ih je lakše prehraniti).Primjer –inzulin like growth factor 2 –kod ženki “označen”, dok kod mužjaka nije. Zato što je samo jedan gen –sklonost oboljenjima. Također, mogu biti oba “označena” ili pak oba aktivna –razvojni poremećaji, rak.

Front 20

Kako možemo podijeliti kromosomske poremećaje?

Back 20

Na numeričke i strukturne.

Front 21

Koji je rezultat (u gametama) nefunkcionalnog diobenog vretena nakon mejoze I, a koji nakon mejoze II?

Back 21

Radi se o aneuploidiji. Tijekom mejoze I se razdvajaju homologni parovi kromosoma, a tijekom mejoze II sestrinske kromatide. Prilikom nerazdvajanja, u oba slučaja, jedna gameta dobiva dva ista kromosoma, a druga niti jedan. Ostali kromosomi se obično normalno raspoređuju. Proizvode se gamete s nepravilnim brojem kromosoma. Tokom nerazdvajanja u mejozi I nastaju dvije gamete n+1 i dvije n-1, a u nerazdvajanju tokom mejoze II dvije n gamete, jedna n-1 i jedna n+1.

Front 22

Što uzrokuje numeričke poremećaje kromosoma? Što je trisomija, a što monosomija, primjeri.

Back 22

Poliploidija-spontano udvostručavanje kromosoma zbog nefunkcije diobenog vretena u mejozi radi čega nastaju nereducirane gamete te somatsko udvostručavanje kromosoma nakon oplodnje

Aneuploidija-nerazdvajanje kromosoma ili kromatida radi greške u funkciji diobenog vretena (čak i nepravilnom segregacijom kromosoma u mejozi poliploida)

Trisomija je zigota sa 3 kromosoma, a monosomija zigota s jednim kromosomom.

Primjeri sindroma za trisomiju: Klinefelter(XXY), Down(21.), Edward(18.), Patau(13.)

Primjer za monosomiju: Turnerov sindrom(XO)-jedina monosomija koja u čovjeka preživljava

Front 23

Kako se objašnjava nastanak trisomija kod domaćih životinja i čovjeka?

Back 23

Trisomija najčešće nastaje zbog nerazdvajanja u oogenezi na što utječe starost majke. Naime oocite ženskog novorođenčeta su po porodu u profazi I. Budući da prva mejotska dioba ne završava dok folikul ne sazrije, to znači da neka oocita može čekati godinama prije nego što završi mejozu. Prema tome što su oocite duže u profazi I podložnije su nerazdvajanju kromosoma i različitim greškama u mejozi. S druge strane, spermatogonije su stalni izvor spermatocita koje ulaze u mejozu. No, najnovija istraživanja pokazuju da do nerazdvajanja može doći i tijekom spermatogeneze, a na to utječe starost oca i životne navike. Nerazdvajanje 21. kromosoma može se dogoditi i u mitozi (postzigotno); ako se dogodi tijekom prve mitotske diobe zigote nastat će dvije aneuploidne stanice: jedna će biti trisomik, a druga monosomik za 21. kromosom. Budući da stanica bez jednog kromosoma ne može preživjeti, sve se stanice i organizam razvijaju iz stanice koja je trisomik. Ako do nerazdvajanja dođe kasnije, u organizmu će biti i diploidnih stanica i trisomičnih stanica što daje mozaik.

Front 24

Što bi moglo uzrokovati nerazdvajanje kromosoma, kada dvije kopije istog kromosoma završavaju u istoj stanici kćeri? Što bi mogla biti posljedica ovog događaja koji se događa (a) u mitozi i (b) u mejozi?

Back 24

Nepravilna funkcija diobenog vretena ili nepravilna segregacija u mejozi poliploida. Poliploidija. Aneuploidija. Mitoza nema previse posljedica jer je to jedna somatska stanica.

Front 25

Nabrojite strukturne promjene na kromosomima.

Back 25

Delecija, duplikacija, inverzija i translokacija.

Front 26

Što je duplikacija?

Back 26

Strukturni poremećaj kromosoma koji nastaje ako se fragment nastao delecijom prilijepi za homologni kromosom.

Front 27

Objasnite citoplazmatsko nasljeđivanje.

Back 27

Nisu svi geni u eukariotskoj stanici smješteni u jezgrinim kromosomima. Geni izvan jezgre većinom se nalaze u citoplazmatskim organelima kao što su mitohondriji i plastidi, samoreplicirajući organeli. I mitohondriji i kloroplasti se repliciraju i prenose svoje gene (citoplazmatski geni) na organele kćeri. Šaroliko lišće rezultat su gena smještenih u plastidima. Stanice žutog područja sadrže plastide koji se ne mogu razviti u normalne zelene kloroplaste. Kod viših eukariota zigota dobiva glavninu citoplazme od jajne stanice. Prema tome svi geni koji se nalaze u staničnim organelima, tj. citoplazmatski, pokazivati će materinski učinak. Prilikom oplodnje ženski roditelj daje jajnu stanicu –ne samo jezgru već i citoplazmu. Razvoj zigote u citoplazmatskom/majčinom okruženju. (obojenost listova –identično majčinskoj biljci jer su svi plastidi iz citoplazme jajne stanice) Stopa mutacije mtDNA i 10x veća jer nema popravaka.

S mrežnog: Neka svojstva nisu pod kontrolom gena u jezgri. Određeni broj svojstava kontroliraju geni smješteni u staničnim organelima u citoplazmi. To su citoplazmatski geni (geni DNA-organela mitohondrija i kloroplasta) koji čine iznimku u kromosomskoj teoriji nasljeđivanja. Citoplazmatsko nasljeđivanje pokazuju i geni infektivnih čestica i plazmida. Budući da se radi o vankromosomskom nasljeđivanju, takvi geni se ne ponašaju u skladu s Mendelovim zakonima nasljeđivanja – tzv. ne-Mendelovo nasljeđivanje. U citoplazmatsko nasljeđivanje spada majčinski učinak, majčinsko nasljeđivanje te nasljeđivanje infektivnih čestica i plazmida. Učinak majčinskih supstanci (produkti majčinskih gena) na fenotip potomaka je MAJČINSKI UČINAK (učinak majčinog genotipa na fenotip potomaka). Takva majčinska supstanca može biti mRNA koja nastaje transkripcijom gena u primarnoj oociti te se u tom obliku prenosi citoplazmom sve do zigote gdje se očituje kao ekspresija majčinog genotipa. Majčinski učinak može se pratiti kroz nekoliko generacija i potpuno je različit od majčinskog nasljeđivanja. (Primjer: pigmentacija moljaca, zavojitost kućice puža) Citoplazmatski geni prvi su puta opaženi i opisani u biljaka.1909. g. K. Correns je istraživao nasljeđivanje žutih/bijelih mrlja na listovima ukrasne biljke noćurka. Uočio je da je boja listova potomaka bila uvijek identična majčinskoj biljci , a nikada nije bila kao očinska biljka. Kasnija istraživanja pokazala su da je nasljeđivanje šarolikosti listova noćurka pod kontrolom gena u kloroplastima koji kontroliraju obojenost listova. Prilikom oplodnje ženski roditelj putem jajne stanice daje zigoti ne samo jezgru već i citoplazmu s organelima, dok muški roditelj daje samo jezgru. Razvoj zigote odvija se, prema tomu, u majčinskom okruženju, jer majčina citoplazma direktno utječe na razvitak zigote. Zigota u gore navedenom primjeru nasljeđuje sve plastide iz citoplazme jajne stanice, a ništa iz peluda. Stoga je i obojenost listova biljke koja se razvije iz takve zigote identična onoj u majčinskoj biljci. Ovakvo citoplazmatsko nasljeđivanje naziva MAJČINSKO NASLJEĐIVANJE.

Front 28

Ako se neka osobina kod određene vrste životinja nasljeđuje isključivo preko mitohondrijske DNA, da li se to može smatrati materinskim ili izvan kromosomskim nasljeđivanjem i zašto?

Back 28

Sve žive stanice osim bakterija, modrozelenih algi te zrelih eritrocita sadrže mitohondrije. To su organeli koji su centri aerobne respiracije (disanja), a imaju svoju vlastitu DNA. Mitohondrijska (mt) DNA je gola kružna dvolančana DNA koja se replicira neovisno o jezgrinom genomu. Mitohondrijska DNA razlikuje se od jezgrine u sljedećem: kružna je, sastoji se od jedinstvene sekvence DNA, nema repetitivnih sekvenci, ima drugačiji genetički kod, prenosi se preko majke (99,99% u čovjeka; 100% u biljaka). Iznimku u nasljeđivanju predstavljaju kvasci i neki mekušci (dagnje) gdje je nasljeđivanje biparentalno, zatim miš kod kojega je 1/1000 mt očevog porijekla i neke golosjemenjače (sekvoja) u kojih se mt nasljeđuju putem očeve gamete. Prema tome možemo reći da je to majčinsko nasljeđivanje.

Front 29

Kod većine životinja jajna stanica ima znatno veću količinu citoplazme od spermija. Na sličan način, kod biljaka jajna stanica nosi mnogo više citoplazme od polenovog zrna. Kako te razlike mogu utjecati na ekspresiju nasljednih osobina (a) pod kontrolom jezgrinih kromosomskih gena i (b) pod kontrolom izvan jezgrinih gena?

Back 29

Pod kontrolom jezgrinih kromosomskih gena nikakve. A pod kontrolom izvan jezgrinih gena može doći do majčinskog učinka i majčinskog nasljeđivanja.