BIOLOGY CONCEPTS CONNECTIONS Fourth Edition Neil A Campbell

BIOLOGY CONCEPTS & CONNECTIONS Fourth Edition Neil A. Campbell • Jane B. Reece • Lawrence G. Mitchell • Martha R. Taylor POGLAVJE 9 Načini dedovanja Modules 9. 11 – 9. 23 From Power. Point® Lectures for Biology: Concepts & Connections Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

• Gregor Mendel (1822 -1884) Figure 9. 2 Ax Copyright © 2003 Pearson

9. 2 Eksperimentalna genetika se je začela v samostanskem vrtu • Moderna genetika se je začela z Mendlovimi kvantitativnimi poskusi na grahu (Gregor Mendel 1822 -1884) Prašnik Pestič Figure 9. 2 A, B Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

• Vijoličasti in beli cvetovi pri grahu Figure 9. 3 x Copyright ©

• Mendel je načrtno križal grah z različnimi lastnostmi (7) in ugotovil, kako se le te prenašajo iz roda v rod • Ta slika prikazuje njegovo tehniko načrtnega križanja 1 Bel cvet Odstranjevanje prašnikov iz vijoličastega cveta Prašniki Pestič STARŠI (P) 2 Prenos peloda iz Vijoličasti cvet belega cveta na brazdo pestiča vijoličastega cveta 3 Dozorela semena v stroku 4 POTOMCI (F 1) Figure 9. 2 C Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Rastline graha, zrasla iz semana

• Mendel je proučeval pri grahu 7 lastnosti BARVA CVETA POLOŽAJ CVETA • Predpostavljal je, da obstajajo alternativne oblike genov (čeprav ni uporabljal tega izraza), - enote, ki določajo dednost Figure 9. 2 D Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Vijolična Bela Ob steblu Na vrhu stebla BARVA SEMENA Rumena Zelena OBLIKA SEMENA Gladka Nagubana OBLIKA STROKA Napihnjen Naguban BARVA STROKA ZELEN RUMEN VIŠINA STEBLA VISOK NIZEK

Kromosomi Kariogram vinske mušice Kariogram človeka Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as

9. 4 Homologni kromosomi nosijo dva alela za vsako lastnost • Alternativne lastnosti istega gena (aleli) se nahajajo na istem mestu (lokusu) na homolognih kromosomih LOKUSI 3 GENOV P GENOTIP: a B P a b PP aa Bb HOMOZIGOTNI dominantni alel HOMOZIGOTNI recesivni alel DOMINANTNI alel RECESIVNI alel HETEROZIGOTNI alel Figure 9. 4 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

9. 3 Monohibridno dominatno-recesivno križanje • Barva cveta pri grahu P GENERATION (true-breeding parents) Purple flowers White flowers All plants have purple flowers F 1 generation Fertilization among F 1 plants (F 1 x F 1) F 2 generation Figure 9. 3 A Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings 3/ of plants have purple flowers 4 1/ 4 of plants have white flowers

• Jajčeca in spermiji so haploidni (n) in vsebujejo le en alel – Pari alelov se ločijo pri nastanku gamet (mejoza !!) GENOTIPI (ALLELI) P (starši) Gamete PP pp alel P alel p F 1 1. generacija potomcev (hibridi) Gamete – To je Mendlov zakon segregacije alela Pp 1/ 2 P Jajčeca – Aleli so lahko dominantni ali recesivni F 2 2. generacija potomcev Razmerje genotipov 1 PP : 2 Pp : 1 pp Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings P P PP p Razmerje fenotipov 3 vijoličasti: 1 bel Figure 9. 3 B 1/ Pp p Spermiji p Pp pp 2

Dihibridno dominatno-recesivno križanje P RRYY • Barva semena • Nagubanost lupine semena rryy Gamete ry RY F 1 Rr. Yy Jajčeca 1/ F 2 1/ 1/ 4 4 4 1/ 1/ RRYY Rr. YY RRYy Rr. Yy Mendlov zakon neodvisnega kombiniranja RY r. Y Ry ry 4 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings RY 1/ rr. YY Rr. Yy rr. Yy Spermiji 4 r. Y 1/ Rr. YY Rr. Yy RRyy Rryy 4 Ry 1/ Rr. Yy rr. Yy Rryy rryy Figure 9. 5 A 4 4 ry 9/ 16 3/ 16 1/ 16 Rumen okrogel Zelen okrogel Rumen naguband Zelen naguban

9. 6 Testno-povratno križanje • S testnim križanjem lahko ugotovimo genotip osebka ali je dominatni homozigot ali heterozigot, tako da ga križamo z recesivnim homozogotom TESTNO KRIŽANJE GENOTIP B_ bb Dve možnosti BB b POTOMCI Bb B GAMETE Figure 9. 6 or Bb Vsi črni Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings B b Bb b bb 1 črn : 1 rjav

9. 12 Nepopolna dominanca ima za posledico fenotip potomca z intermediarno lastnostjo P GENERACIJA Intermediarno križanje -nepopolna dominanca pri odolinu Bel rr Rdeč RR Gamete R r Roza Rr F 1 GENERACIJA 1/ 1/ Jajčeca 1/ F 2 GENERACIJA 2 2 2 R 1/ Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings 2 R Rdeč RR r Roza Rr Spermiji 1/ Roza r. R Bel rr Figure 9. 12 A r 2 r

• Nepopolna dominanca pri nageljnih: rdeča, roza, bela Figure 9. 12 Ax Copyright

9. 13 Mnogi geni imajo več kot 3 alele- multipli aleli • Krvne skupine pri človeku imajo 3 alele – IA – IB –i alela A in B sta kodominantna alel i je recesiven Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

• Krvni razmaz Figure 23. 13 x Levkociti Trombociti Copyright © 2003 Pearson

23. 14 Eritrociti prenašajo kisik • Rdeče krvničke vsebujejo hemoglobin – Hemoglobin omogoča prenos O 2 V membrani eritrocitov so tudi antigeni, ki določajo krvno skupino in Rh faktor Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Figure 23. 14

Alela A in B za krvno skupino sta kodominantna in se enako izrazita pri fenotipu Krvna skupina (Fenotip) Genotip Protitelesa prisotna v krvi O ii Anti-A Anti-B A IA IA ali IA i Anti-B B IB IB ali IB i Anti-A AB IA IB Figure 9. 13 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Reakcija, ko se krvne skupine spodaj mešajo s protitelesi v levem stolpcu O A B AB

• ABO krvne skupine Figure 9. 13 x Copyright © 2003 Pearson Education,

Krvne skupine (ABO sistem) Rh faktor Delež Rh faktorja v populaciji Določanje krvnih skupin

• Thomas Hunt Morgan (1866 -1945) 1933 -Nobelova nagrada Vinska mušica (Drosophila melanogaster) Kromosomi vinske mušice Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Figure 9. 20 A

Vezano dedovanje • Geni, ki ležijo na istem kromosomi, se v gameto prenesejo skupaj

Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

9. 22 Spolno vezani geni predstavljajo unikaten način dedovanja • Vsi geni na spolnih kromosomih naj bi bili spolno vezani – Na X kromosomu je mnogo genov, ki ne določajo spola – Barva oči pri vinski mušici je spolno vezana lastnost Figure 9. 22 A Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

– Barva oči pri vinski mišici je vezana le na X kromosom. Na Y kromosomu za to lastnost ni ustreznega alela – Slike ponazarjajo spolno vezano dedovanje za belo barvo oči (r), ki je na vezana na X in je recesivna lastnost Samica X RX R Samec Xr. Y XR Samica X RX r Xr X RX r Samec X RY Xr X RX R Xr. XR X RY Xr Y R = alel za rdeče oči r = alel za bele oči Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Samec X RX r XR XR Y Samica Xr. Y XR Y Xr Xr X RX r Xr. Xr Y X RY Xr Y Figure 9. 22 B-D

SPOLNI KROMOSOMI IN SPOLNO VEZANI GENI 9. 21 Kromosomi določajo spol pri mnogih vrstah • Moški ima en X in en Y kromosom • Ženska ima dva X kromosoma • Spermij vsebuje X ali Y kromosom, ki določata spol potomca Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

• Alfred H. Sturtevant skupaj s T. H. Morganom in študenti. Na vinskih

9. 19 Crossing over omogoča nove kombinacije alelov • Crossing over povzroči nastanek rekombinantnih kromosomov • Na vinski mušici (Drosophila melanogaster) so prvič s poskusi dokazali efekt crossing over-a Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

A B a b a B A B a b Tetrade A b Crossing

Figure 9. 19 C Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

• Del genetske mape vinske mušice Mutiran fenotip Kratke tipalnice Črno telo (g) Cinober oči (c) Zakrnela krila (l) Rjave oči Dolge tipalnice Sivo telo (G) Rdeče oči (C) Normalna krila (L) Rdeče oči Divji fenotip Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Figure 9. 20 C

9. 20 Genetiki uporabljajo podatke crossing-ovra za mapiranje genov • Da pride do Crossing over-a je bolj verjetno med geni, ki so bolj narazen – Rekombinacijske frekvence se lahko uporabljajo za določanje relativne pozicije genov na kromosomih Kromosom g c l 17% 9% Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings 9. 5% Figure 9. 20 B

(moški) (ženska) Starševe diploidne celice X Y Moški Spermij Jajčece Potomec (diploidni) Figure 9.

• Obstajajo tudi drugačni sistemi določanja spola tako pri živalih kot rastlinah – X-O sistem – Z-W sistem – Število kromosomov Figure 9. 21 B-D Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

VARJACIJE MEDLOVIH PRINCIPOV 9. 11 Zveza med genotipom in fenotipom redko enostavna • Mendlovi zakoni (principi) ne veljajo za vse vrste, ki se razmnožujejo spolno – Pogosto genotip ne odraža fenotip na enostaven način • Skupno delovanje genov Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

En gen lahko vpliva na več lastnosti – plejotropno delovanje • Primeri Normalni eritrociti – Anemija srpastih celic – Cistična fibroza – Gen za epilepsijo – Gaucherjeva bolezen 1. lastnost 1 GEN 2. lastnost 3. lastnost 4. lastnost Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Srpasti eritrociti

Recesiven homozigot (aa) za anemijo srpastih celic Mutiran hemoglobin Nenormalen hemoglobin kristalizira, eritrociti postanejo srpaste oblike Srpasti eritrociti Zlepljanje krvnih celic in zamašitev manjših krvnih žil Razpad eritrocitov Anemija Fizična slabokr oslabelost vnost Motene duševne funkcije Kopičenje srpastih eritrocitov v vranici Možgans Srčno Bolečina ke popušča in vročina poškodbe nje Paraliza Pljučnica in druge okužbe Poškodbe ostalih organov Revmatizem Poškodbe vranice Odpoved ledvic Figure 9. 14 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

• Cistična fibroza Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

9. 9 Veliko dednih bolezni pri ljudeh povzroča en sam gen • Večina takih motenj povzročijo avtosomni recesivni aleli – Primeri: cistična fibroza, anemija srpastih celic Normalen Dd Straši Normalen Dd D Jajčeca D DD Normalen Spermiji d Potomci d Dd Normalen (prenašalec) dd Gluh Figure 9. 9 A Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

Več genov vpliva na izražanje ene lastnosti – poligeno delovanje genov • Primeri (učinki genov se seštevajo, več kot je dominantnih genov bolj je izražena lastnost) – Dolžina in gostota dlake pri ovcah – Barva kože – Telesna višina, 1. GEN 2. GEN – Inteligenca – Rak na dojkah (gena: BRCA 1, BRCA 2) – Osteoporoza – Arterioskleroza – Sladkorna bolezen Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings 3. GEN 4. GEN 1 LASTNOST

P GENERATCIJA aabbcc AABBCC (zelo svetel)(zelo temen) F 1 GENERACIJA Jajčeca Spermiji Delež v populaciji Aa. Bb. Cc Pigmentacija kože F 2 GENERACIJA Figure 9. 16 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

HUMANA GENETIKA Ø Proučuje dedovanje pri človeku; npr. : krvne skupine, Rh faktor, genske bolezni… Omejitve pri človeku: • Dolg čas do spolne zrelosti • Manj potomcev • Prepovedani poskusi načrtnega križanja Ø Dve metodi proučevanja: • Proučevanje rodovnikov • Gensko testiranje Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

• Družinski rodovniki se uporabljajo za določanje posameznih genotipov in načinov dedovanja Dd Joshua Lambert Dd Abigail Linnell D_? Abigail Lambert D_? John Eddy dd Jonathan Lambert Dd Dd dd D_? Hepzibah Daggett Dd Elizabeth Eddy Dd Dd Dd dd Ženska Moški Gluh Figure 9. 8 B Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings ni gluh

• Hemofilija se je pogosto pojavljala pri kraljevih družinah v Evropi Kraljica Victoria Albert Alice Louis Alexandra Ruski car Nikolaj II Alexis Zadnja carjeva družina Romanov Figure 9. 23 B Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

9. 8 Dedovanje določenih lastnosti lahko sledimo s preučevanjem družinskih rodovnikov • Nekatere lastnosti se dedujejo po Mendlovih zakonih Figure 9. 8 A Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

9. 10 Dedne bolezni in nepravilnosti lahko odkrijemo s predrojstveno (prenatalno) diagnostiko • Zgodnja analiza kariotipa, biokemični testi in gensko testiranje molekul in celic pri zarodka pomagajo pri odkrivanju dednih bolezni in nepravilnosti – Celice plodu pridobilo z amniocentezo ali odvzemom horionskih resic (celic) Amnionska tekočina Odvzeta amnionska tekočina Centrifugiranje Tekočina Analiza DNADNA fingerprinting Plodove celice Plod (14 -20 tednov) Biokemični testi Placenta Figure 9. 10 A Maternica Cervix Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Celična kultura Nekaj tednov pozneje Kariotipizacija

• Odvzem horionskih resic je drug način za pridemo do celic plodu za testiranje Nekaj ur kasneje Plod (10 -12 tednov) Placenta Odesesanje Plodove celice (iz horionskih resic) Horionske resice Analiza DNA - DNA fingerprinting Kariotipizacija Nekateri biokemični testi Figure 9. 10 B • Analiza proste plodove (fetalne) DNA in RNA iz materine krvi. Ne invazivna metoda ugotavljanja dednih nepravilnost (npr. Downov sindrom) pri plodu v 10. tednu nosečnosti Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

9. 10 Dedne bolezni in nepravilnosti lahko odkrijemo s prenatalno diagnostiko • Z analizo plodove (fetalne) DNA in RNA pridobljene iz krvi nosečnice v 10. tednu nosečnosti. • Fetalna DNA je metilirana in jo je v materini krvi 3 -5 %. Detektirajo jo z monoklonskimi protitelesi • Je neinvazivna metoda ugotavljanja dednih bolezni in nepravilnost – aneuploidije (npr. Downov sindrom…) Figure 9. 10 A Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

• Pregled plodu z ultrazvokom Figure 9. 10 C, D Copyright © 2003

Trisomija 13. kromosoma – Patau sindrom Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as

Trisomija 18. kromosoma – Edwardov sindrom Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as

9. 15 Z genskim testiranjem lahko odkrijemo bolezni, ki so posledica okvare gena • Gensko testiranje se uporablja v primeru, da je v družini določena dedna bolezen, ki se lahko prenese na potomce Figure 9. 15 B • Dr. David Satcher, nekdanji splošni kirurg, je prvi poučil anemijo srpastih celic Figure 9. 15 A Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

http: //www. who. int/genomics/public/geneticdiseases/en/index 2. html, pridobljeno, 27. 4. 2015 (Geni in bolezni pri

• Nekaj nepravilnosti (motenj) povzročajo domonantni aleli – Primeri : ahondroplazija-pritlikavost, Huntingtonova bolezen Figure 9. 9 B Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

9. 23 Spolno vezane nepravilnosti na X kromosom v glavnem prizadenejo moške • Večina spolno vezanih bolezni je na recesivnih alelih – Primeri: hemofilija, barvna slepota, kurja slepota, Duchenova mišična distrofija – Te so najpogosteje pri moških Figure 9. 23 A – Moški dobi na X vezan alel le od matere, na Y kromosomu pa nima ustreznega alela, zato ima nepravilnost, ženska pa mora dobiti alel (gen) od obeh staršev. Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

Table 9. 9 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

KROMOSOMSKA OSNOVA DEDOVANJA 9. 17 Kromosomi se v gamete razporedijo po Mendlovih principih (zakon segregacije) • Geni se nahajajo na kromosomih – Od njihove razporeditev v gamete pri mejozi je odvisen vzorec dedovanja Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

• Razporeditev kromosomov v gamete temelji na Mendlovih principih Figure 9. 17 Copyright

Viri • http: //www. who. int/genomics/public/geneticdiseases/en/index 2. html , pridobljeno, 27. 4. 2015 - (Geni in bolezni pri človeku) • http: //www. socialstyrelsen. se/rarediseases, pridobljeno, 27. 4. 2015 (redke bolezni pri človeku) • Darija Strah: Prosta plodova DNA in klinična uporabnost pri določevanju kromosomskih aneuploidij pri plodu, dostopno na spletni strani: https: //issuu. com/visart. studio/docs/isis 201301_brezoglasov/61? view. Mode=double. Page&e=1001894/2486793, pridobljeno, 5. 9. 2016 • Romana Vranešič, Vito Šuklje, Peter Matek: Razvoj diagnostične metode za določanje Downovega sindroma iz krvi nosečnic, Srednja šola Črnomelj, Zbornik Krkinih nagrad 2015, dostopno na spletni strani: www. krkinenagrade. si/media/bin? bin. id=5877, pridobljeno 5. 9. 2016 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings