Interakcija gena odstupanja od mendelovih odnosa Multipli aleli

Interakcija gena odstupanja od mendelovih odnosa, Multipli aleli

Interakcija gena - odstupanja od mendelovih odnosa A. Interakcija alelnih gena 1. 2. 3. 4. 5. 6. Intermedijarna naslednost- nepotpuna dominantnost Multipli aleli Kodominantna naslednost- Multipli aleli Letalni geni Genetička anticipacija Genomsko utiskivanje B. Interakcija nealelnih gena - epistaza 1. Epistaza, hipostaza i inhibicija 2. Komplementarnost, suplementarnost, semiepistaza i izoepistaza 3. Poligenska naslednost 4. Penetracija i ekspresija C. Polno vezani geni D. Korelativno nasleđivanje 1. Vezani geni 2. Plejotropni efekat gena

A. Interakcija alelnih gena A. 1. Intermedijarna naslednost - nepotpuna dominantnost • Intermedijarna naslednost nastaje ukrštanjem dva homozigotna roditelja koji se razlikuju u jednom paru alela, pri čemu njihovi heterozigotni potomci u F 1 generaciji, usled zajedničkog delovanja oba gena, iskazuju novu fenotipsku osobinu, koja u većini slučajeva čini srednju vrednost između osobina roditelja.

Intermedijarna naslednost • Primer: Nasleđivanje boja perja andaluzijske kokoši F 1 svi modri F 2 1: 2: 1

A. 2. Multipli aleli Ukoliko postoji više od dva alternativna alela koji zauzimaju jedan isti lokus na homologim hromozomima i između njih nema rekombinacija, radi se o multiplim alelima. A 1 A 3 A 2 A 6

Geni i njihovi aleli • Oko 30% gena ljudi su di-alelni, (imaju dva alela) • Oko 70% su mono-alelni, oni se pojavljuju u jednoj formi i ne pokazuju varijacije • Postoji samo nekoliko poli-alelnih gena koji imaju više od dve forme

Kombinacije • Di-alelni geni mogu dati 3 genotipa • Geni sa 3 alela mogu dati 6 genotipova (3+2+1) • Geni sa 4 alela mogu dati 10 genotipova • Geni sa 8 alela mogu dati 36 genotipova

Boja krzna kod kunića C>cch>ch>c Agouti, tamno siva (a), činčila (b), himalajski (c) i albino (d).

A. 3. Kodominantna naslednost • Kodominantnost – način interakcije alelnih gena istog genskog lokusa pri čemu se proizvodi oba alela istovremeno i jasno ispoljavaju u fenotipu heterozigotnih individua. • Primer: MN sistem krvnih grupa, na osnovu prisustva antigena u eritrocitima i antitela u krvnom serumu.

Kodominanta naslednost - Multipli aleli. Primer: (Landsteiner) ABO sistem krvnih grupa, na osnovu prisustva antigena u eritrocitima i antitela u krvnom serumu.

Nasleđivanje krvnih grupa kod ljudi ABO sistem

Tabela: Osobine krvnih grupa u ABO sistemu Krvna grupa (fenotip) G e n o t i p o v i Simbol Krv sadrži Genetički Antigeni u eritrocitima simbol Antitela u serumu O OO ii Nema Anti-A, anti-B A AA, AO A Anti-B B BB, BO B Anti-A AB AB IA IA , I Ai I BI B , I Bi I AI B A, B Nema

A. 4. Letalni geni (2: 1) Letalni geni mogu biti dominantni i recesivni • Primer 1: Ukrštanje miševa žute boje žut × žut : sivi 2 : 1 žut ŽŽ-letalno Žž-žuti miševi žž-sivi miševi

Roditelji žut × sivi POTOMCI žuti sivi 2378 2398 (1: 1) žut × žut 2396 (2: 1) 1235 ¼ mrtvorođeni miševi letalni gen-homozigot Žž × Žž ŽŽ Žž žž ¼ žut (let. ) ½ žut ¼ sivi

Letalni geni u humanoj populaciji • Mladalačka forma idiotizma - fenilketonurija (deca umiru pre 18 god. - recesivni homozigoti) • Tej-Saksova bolest (smrt u prvim danima života) • Mediteranska anemija (talasemia major i talasemia minor) Tt F 1 : TT T. major smrt × Tt Tt Tt T. minor blaga anemija tt zdave osobe

Letalni geni u populaciji domaćih životinja -Ahondroplazija goveda – dominantni i recesivni -Kratkonožnost kokoši - dominantni i recesivni -Hidrocefalus svnja - recesivni -Agnatia teladi i jagnjadi – recesivni -Torticolis – savijnost vrata kod konja - recesivni

A. 5. Genetička anticipacija Pojava da se tokom generacija određena nasledna pojava manifestuje ranije u sve oštrijem vidu naziva se genetička anticipacija. • Primer: Hantingtonova bolest – nasleđuje se dominantno ali intenzitet bolesti zavisi od broja ponavljanja CAG u jednom genu na hromozomu 4 koji izaziva ovu bolest. Kod normalnih osoba ovaj triplet javlja se između 11 i 34 puta. Sa oko 39 ponavljanja osoba će najverovatnije oboleti posle 75 -e god. , a sa 41 ponovljenim tripletom bolest se javlja oko 54 godine.

A. 6. Genomsko utiskivanje Pojava da ekspresija određenih genskih alela zavisi od roditelja od kog su nasleđeni naziva se genomsko ili gametsko utiskivanje. Do danas je poznato 36 takvih gena, i još se tačno ne zna mehanizam nasleđivanja, ali se zna da je ova pojava povremena. • Primer: Nedostatak dela hromozoma 15 kod ljudi ako se nasledi od majke potomci će oboleti od Angelhmanovog sindroma (mentalna zaostalost, hiperaktivnost. . , ), a ukoliko se nasledi od oca naslednici će patiti od Prader- Willi-evog sindroma (retardiranost, depresija, povećan apetit)

B. Interakcija nealelnih gena. EPISTAZA Delovanje dva ili više gena koji doprinose razvoju jednog svojstva, i pri tome se geni koji nisu aleli nalaze na različitim parovima hromozoma.

B. 1. Epistaza i hipostaza, • Epistaza u širem smislu – interakcija nealelnih gena pri ćemu jedan gen utiče na fenotipsku izražajnost drugog ili drugih nealelnih gena. • Epistaza u užem smislu – jedan nealelni gen sprečava dejstvo drugog gena. Geni čije se dejstvo ispoljava u obliku određene osobine nazivaju se epistatički. Geni koji ostaju prikriveni su hipostatički, a pojava hipostaza.

Epistaza u užem smislu može biti dominantna i recesivna Dominantna epistaza – dominantni gen jednog alelnog para sprečava dejstvo drugog alelnog para (A>B ili A>b) Primer: Nasleđivanje boje očiju, dlake u pasa i perja kokošaka Recesivna epistaza – tip interakcije kad recesivni aleli jednog u homozigotnom stanju onemogućavaju da se fenotipski izraze dominantni ili recesivni aleli drugih gena ( aa> B- ili aa> bb) Primer: Nasleđivanje boje dlake kod

Interakcije izmedju različitih lokusa – dominantna epistaza (12: 3: 1) 12: 3: 1 B- smeđa boja b- plava boja G- zelena boja g- plava boja hromozom 15 hromozom 19 B>G>b=g

Interakcije izmedju različitih lokusa – dominantna epistaza (12: 3: 1) Primer: nasljeđivanje boje dlake u pasa. Za boju dlake odgovorna su 2 lokusa: B za boju (B-crno; b-smeđe) i lokus I (inhibitor) čiji dominantni alel inhibira ekspresiju B lokusa te je bez obzira na genotip B lokusa boja dlake bela

Interakcije izmedju različitih lokusa – dominantna epistaza (13: 3) Epistaza postoji u determinaciji boje perja kod kokoši. Obojeno perje javlja se kod jedinki sa funkcionalnim lokusom C, dok recesivni homozigoti (cc) ne mogu da sintetišu odgovarajući pigment, te imaju belo perje. Ekspresiju gena C koči dominantan alel inhibitornog gena I, tako da se pri ukrštanju dve heterozigotne jedinke očekuje odnos fenotipova 13 : 3 (bele : crne). U ovom primeru, gen I je epistatičan za C i c, dok je genotip cc epistatičan za I i i. Geni inhibitori u slučaju pojave obojenosti perja kod živine se ponašaju kao modifikatori onih gena koji kontrolišu razviće normalne obojenosti (bela boja).

Interakcije izmedju različitih lokusa – dominantna epistaza (13: 3) P F 1 Leghorn F 2 IC IICC Ic Ii. Cc Vijandot i. C iicc ic IC Ic i. C ic

Recesivna epistaza-boja dlake (9: 3: 4) aa>B>A Primer: Ukrštanjem homozigotnih aguti miševa sa albino miševima u F 1 generaciji se dobija heterozigotno potomstvo aguti fenotipa. Daljim ukrštanjem, u F 2 generaciji dobiće se odnos fenotipova 9 : 3 : 4 (aguti : crni : albino). Genski lokus A određuje crnu obojenost dlake, genski lokus B određuje aguti obojenost dlake, a aa su albino. Na taj način genotip A-B- daje aguti obojenost, A-bb crnu i aa. B- albino obojenost, što rezultira brojnim odnosom 9 : 3 : 4.

Kod konja je braon boja dlake (B) dominantna nad žutom (b). Ekspresija gena zavisi i od drugog genskog para koji kontroliše depozit pigmenta u dlaci. Dominantni gen (C) kodira prisustvo pigmenta u dlaci, dok recesivni gen (c) kodira odsustvo pigmenta. Ako je konj homozigotno recesivan za drugi gen (cc), imaće belu boju bez obzira na genotip za boju (B) jer nema depozita pigmenta u dlaci.

BE B- E- BE Be bb Eb. E -- ee be Be b. E be

B. 2. Komplementarnost i suplementarnost Komplementarnost predstavlja ispoljavanje određene fenotipske osobine uz sadejstvo jednog ili više alelnih gena. • Osobina će se pojaviti u fenotipu jedinke samo ako su svi komplementarni geni za određenu osobinu prisutni u genotipu u homozigotnom ili heterozigotnom stanju. Suplementarni geni su oni čije samo prisustvo nije dovoljno za ispoljavanje osobine

Komplementarnost (9: 3: 3: 1) • Ukrštanjem jedinki sa ružastom i onih sa grašastom krestom dobija se F 1 hibridno potomstvo sa drugačijim fenotipom (orašasta kresta). • Nakon međusobnog ukrštanja jedinki sa orašastom krestom u F 2 generaciji se javlja brojni odnos fenotipova 9 : 3 : 1, od čega je 9/16 jedinki sa orašastom, 3/16 sa ružastom, 3/16 sa grašastom i 1/16 sa jednostavnom krestom.

Komplementarnost • Za razliku od klasičnog odnosa 9 : 3 : 1 pri Mendelovom dihibridnom ukrštanju, ovde se u F 2 generaciji pojavljuju dva fenotipa (orašasta i jednostavna kresta) koji nisu postojali u P generaciji. Pojavljivanje ova dva fenotipa objašnjava se interakcijama nealelnih gena. • Orašasta kresta razvija se kod jedinki sa oba funkcionalna genska alela (R-P-), ukoliko je funkcionalan samo R lokus javiće se ružasta kresta (R-pp), a kada je funkcionalan samo P lokus (rr. P-) razvija se grašasta kresta. Recesivni homozigoti za oba lokusa (rrpp) imaju jednostavnu krestu.

Nasleđivanje oblika kreste kod domaće kokoši. Izgled kresti kod kokoši: a) ružasta, b)grašasta, c) orašasta i d) prosta

RP rr pp Rp r. P rp RP prosta F 1 R- P- Rp rr P- r. P orah grašaste ružičasta ružasta × R- pp rp F 2 : 9 orah : 3 ružasta : 3 grašaste : 1 prosta

Komplementarnost (9: 7) Komplementarnost gena može da se ilustruje primerom nasleđivanja sluha kod sisara. Jedinke normalnog sluha imaju funkcionalni (dominantn), po jedan alel u oba gena (A-B-), dok se u svim ostalim kombinacijama (A-bb, aa. B- ili aabb) javlja gluvoća. Prema tome, za normalan sluh neophodna je aktivnost kako jednog dominantnog (A) genskog alela zaduženog za nastanak elemenata unutrašnjeg uha, tako i jednog dominantnog genskog alela B genskog lokusa zaduženog za nastanak akustičkog nerva (Nervus acusticus). Komplementarnost gena ogleda se neophodnošću da se kako na A, tako i na B lokusu nalazi najmanje jedan funkcionalan alel, koji se nadopunjavaju u svom delovanju, sadejstvuju. Ukoliko je bar jedan od ovih lokusa recesivno homozigotan onemogućeno je razviće normalnog sluha. Očekivan fenotipski odnos u potomstvu heterozigotnih osoba iznosiće 9 : 7 (normalni : gluvi).

Semiepistaza –recesivna komplementarnost (9: 6: 1) Primećeno je da je kod bundeve (Cucurbita pepo) oblik ploda pod kontrolom dva genska lokusa. 1. Ukoliko oba genska lokusa sadrže bar jedan dominantan alel (genotip A-B-)plod bundeve je diskoidalan, 2. Ako je samo jedan od lokusa sa dominantnim alelom, a drugi lokus recesivno homozigotan (A-bbili aa. B-) plod je okruglast, 3. Kod dvostruko recesivnog homozigota (aabb) plod je duguljastog oblika. Nakon ukrštanja dvostruka heterozigota (Aa. Bb ×Aa. Bb) dobiće se tri fenotipa u odnosu 9 : 6 : 1 (okrugle : diskodialne : duguljaste). Fenotip okruglog ploda nastaje interakcijom genskih

Izoepistaza (15: 1) Rusomača, hoću-neću, pastirska torbica

Još neke genske interakcije Čitave grupe gena imaju samo jednu ulogu, da izvrše promenu u fenotipskom delovanju drugih gena. Takve gene nazivamo modifikatorima. • Primer: Promena u nijansi boje krzna kod zamorca (svetliji ili tamniji od uobičajene boje) i šarene boje kod holštajn goveda.

Još neke genske interakcije • Postoje modifikatori koji deluju na gene koji su promenili strukturu (mutirali su). Ukoliko se fenotipsko ispoljavanje mutiranih gena potpuno spreči, u tom slučaju reč je o genima supresorima (primer: maljavost krila kod vinske mušice)

Kvalitativne i kvantitativne osobine • Kvalitativne – nemerljive – diskontinuelno variraju – Na njihovo ispoljavanje utiče mali broj gena (major geni – Pr: boja, rogatost/šutost • Kvantitativne – merljive – kontinuelno variraju – Na njihovo ispoljavanje utiče veliki broj gena (minor geni) – Pr: telesna masa pri rođenju, prosečni dnevni prirast, iskorišćavanje hrane itd.

B. 3. Poligensko nasleđivanje • Veliki broj fenotipskih karakteristika (visina, telesna masa, fertilitet, dužina života, prinosi mleka, mesa, jaja, vune ) nalazi se pod kontrolom većeg broja genskih lokusa (poligene ili kvantitativne osobine). • Posebna disciplina genetike koja proučava determinaciju i mehanizme nasleđivanja kvantitativnih osobina naziva se kvantitativna genetika.

Poligensko nasleđivanje • Varijabilnosti kvantitativnih osobina počiva na činjenici: vosobine se nalaze pod uticajem velikog broja gena od kojih svaki ima mali uticaj v. Negenetski uticaji (faktori okoline) imaju velik značaj na ispoljavanje ovih osobina.

Ronald Fisher (1890 -1962)

Poligensko nasleđivanje • Slobodno se može reći da se najveći broj fenotipskih osobina razvija pod uticajem većeg broja gena. Ovako složen oblik genetičke determinacije podrazumeva veći broj fenotipskih klasa i u slučaju velikog broja jedinica posmatranja spoljavaju tzv. normalnu raspodelu. • Ukoliko se na apscisi nanese intenzitet ispoljavanja osobine (npr. telesne mase ), a na ordinati učestalost u populaciji, zapaža se karakterističan zvonast oblik krive, odnosno srednja vrednost svojstva javlja se kod najvećeg broja jedinki, a kako se udaljavamo ka jednom i drugom ekstremu učestalost u populaciji je sve manja.

Poligensko nasleđivanje

Poligensko nasleđivanje • Boju kože kod ljudi odrećuje veći broj gena, ali će se radi lakše analize posmatrati dva genska lokusa na kojima se nalaze po dva alela. Velikim slovom predstaviće se genski alel koji doprinosi ispoljavanju tamnije boje kože, a malim slovom alel koji nema takav efekat. • Ukoliko u brak stupe osoba (crnac) genotipa N 1 N 1 N 2 N 2 i osoba bele rase genotipa n 1 n 1 n 2 n 2, potomci će imati genotip N 1 n 1 N 2 n 2 i boju kože mulata. Mulati imaju četiri tipa gameta i u njihovom potomstvu javiće se veći broj fenotipova za boju kože između dva ekstrema (crnci i belci). • Što je veći broj genskih lokusa za tamnu kožu utoliko je obojenost intenzivnija

Fenotipovi: 1) O dnos fenotipova ( 1 : 4 : 6 : 4 : 1. 2. 3. 4. 5. crnci 1/16 100% crni crnci-mulati 4/16 75% crni mulati 6/16 50% crni belci-mulati 4/16 25% crni belci 1/16 100% beli Nasleđivanje boje kože kod ljudi

TRHESHOLD OSOBINE (osobine sa pragom ispoljavanja) • Postoji mnogo osobina biološkog i ekonomskog značaja koje variraju na diskontinuiran način (pojava bolesti, pri čemu postoje dve fenotipske klase » bolestan « ili » nije bolestan « , veličina legla kod sisara itd. )

TRHESHOLD OSOBINE (osobine sa pragom ispoljavanja) • Varijabilnost rizika od pojave bolesti može biti genetska i negenetska (ishrana, temperatura. . . ) • Genetska osnova poremećaja danas se objašnjava preko jedne teorijske konstrukcije koja se naziva model praga –treshold model. Prema ovom modelu individua će oboleti samo ukoliko pređe određeni prag sklonosti.

TRHESHOLD OSOBINE (osobine sa pragom ispoljavanja) a. Populacija Prag Oboleli b. Srodnici obolelih Sklonost

B. 4. Penetracija i ekspresija • Sposobnost jednog gena ili genske kombinacije da se pojavi u fenotipu u bilo kom stepenu naziva penetracija. Ona zavisi od interakcije sa drugim genima i sredinom. • Stepen proizvedenog efekta izazvanog penetracijom predstavlja ekspresiju. Zavisi od interakcije sa drugim genima i sredinom. • Norma reakcije

Primer 1: Polidaktilija – dominantno svojstvo; kod jedinki koje su heterozigoti to se svojstvo može, ali i ne mora ispoljiti; alel za polidaktiliju je reducirane penetrabilnosti (penetrabilnost 90%), a varira u načinu ekspresije (polidaktilija se javlja na svim udovima, samo na rukama, samo na nogama, asimetrično…).

Primer 2: Osteogenesis imperfecta – bolest krhkih kostiju; simptomi poput krhkih kostiju, boje beonjače (od svetlo-plave do crne boje) i gluvoće javljaju se u 9 od 10 osoba heterozigota, ali te osobe ne moraju imati sve simptome već barem jedan navedeni, što znači da je alel smanjeno penetrabilan (penetrabilnost 90%).