ZRAAT FAKLTES TARIMSAL BYOTEKNOLOJ BLM ZMT 202 GENETK
ZİRAAT FAKÜLTESİ TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİ BÖLÜMÜ ZMT 202 -GENETİK DOÇ. DR. LEVENT MERCAN
Genetiğin Gelişimi ve Tarihçesi ZMT 202 -GENETİK Hafta-3
Tarihçe • İnsanlar kalıtımın çok uzun zamandır farkındadır; • Çocuklar ebeveynlerine benzer • Çiftlik hayvanlarının evcilleştirilmesi, bitkilerin kültüre alınması ve yüksek verim veren bireylerin seçimi • Sümerlerin at ıslahı ile ilgili kayıtları • Mısırlıların palmiye ıslahı ile ilgili verileri
Eski fikirler • Kalıtım hakkındaki genel bilgiye rağmen modern genetik gelişene kadar çok sayıda yanlış fikir üretilmiştir.
19. yy’ın II. yarısı Üç önemli olay modern genetiğin gelişimine öncülük etmiştir. • 1859: Charles Darwin The Origin of Species (türlerin Orijini) kitabını yazmıştır. Bu kitap evrim teorisini doğal seleksiyonla açıklamıştır. Bu teori kalıtımla ilgili bazı temel varsayımlara dayanmaktadır. • 1866: Gregor Mendel bitkilerin kontrollü melezlenmesi ile ilgili çalışmalarını yayınlamıştır. Bu genetiğin temel yasasını oluşturmuş, ancak 1900 yılınan kadar göz ardı edilmiştir. • 1871: Friedrich Miescher “nükleikasiti” pus hücrelerinden izole etmiştir.
• Antik Yunanlılar “pangenesis”e yani eşeysel üreme sırasında vücudun tüm parçalarının minyatür halde anneye geçişine inanmaktaydılar. • Darwin, evrim teorilerine rağmen pangenezin değişik bir şekli olan canlı gemmüllere inanmaktaydı. Gregor Mendel–bezelye bitkisinde 7 özellik; • Dominantlık ve resesiflik • Ayrılma (Segregasyon) • Birim faktörler gametlere rastgele ve eşit olarak dağılır • Benzer amaçlı ancak ayrı olarak kalıtılabilir faktörler ebeveynlerin herbirinden ayrı gelir. • Bunlar daha sonra gen olarak isimlendirilmişlerdir.
Ayrım (segregasyon) yasası
1869 – Friedrich Meiser beyaz kan hücrelerini incelediği çalışmalaromda nüklein’i gözlemlemiş ve bu materyalin kalıtsal bilgiyi taşıdığını düşünmüştür. 1884 – Optik biliminin ilerlemesi ve mikroskopların daha hassas incelemelere imkan vermesiyle «hücre çekirdeğindeki cisimler» ; «kromozom» olarak isimlendirilmiştir.
20. yy. Önemli olaylar 1900 – Mendel’in çalışmalarının yayınlanmasından 34 yıl sonra üç Alman Botanikçi (Vries, Correns ve Tsernak) yayınlarında bu çalışmaya dikkat çekmişlerdir. 1902 - Walter Sutton ilk kez çekirgelerin üremesi ve hücre bölünmesi ile ilgili çalışmasını Mendel yasalarıyla yorumlamış ve kalıtılabilir faktörlerin kromozomlar üzerinde olabileceğini bildirmiştir. 1907 – T. H. Morgan meyve sinekleri ile yaptığı çalışmalarında gen lokasyonlarını belirlemeye başlamıştır. 1909 - William Bateson ilk kez «fizyolojinin yeni ve hızlı gelişen bir kolunun şekillendiğini ifade etmek üzere» Genetik ifadesini kullanmıştır. «Gen» terimi 1909’da Wilhelm Johannsen tarafından kullanılmıştır.
1910: Thomas Hunt Morgan genlerin kromozomlar üzerinde bulunduğunu bildirdi 1918: R. A. Fisher, fenotipik varyansın genetik ve çevresel etkiyle ortaya çıktığını bildirerek kantitatif genetik çalışmalarına başladı. 1926: Hermann J. Muller X-ışınlarının mutasyona neden olduğunu belirledi. 1944: Oswald Avery, Colin Mac. Leod ve Maclyn Mc. Carty DNA’nın bakteriye transformasyonunu belirleyerek DNA’nın kalıtsal materyal olduğunu kanıtladı. 1953: James Watson ve Francis Crick DNA molekülünün yapısını keşfettiler. DNA Replikasyonun nasıl olduğu konusunda bilgi edinildi. 1961: m. RNA keşfi; Brenner, Jacob ve Meseleson 1966: Marshall Nirenberg genetik kodu çözdü ve 3 nükleotidin 1 amino asidi kodladığını belirtti. 2001: İnsan genomu dizilişi açıklandı.
• 1970 - Hamilton Smith ilk restriksiyon enziminin saflaştırılması. • 1972 - Cohen ve Boyer iki farklı türden in vitro DNA üretimi, ilk DNA kopyalama (Rekombinant DNA yapılması) • 1977 - DNA dizileme yöntemi Fred Sanger. • 1986 - PCR Kary Mullis. 1990’lar- Genom projelerinin başlaması. Maya 1996 ve C. Elegans 1998 tamamlanması. • 1990’lar- DNA mikroarray Pat Brown ve ark. DNA parmakizi, gen terapi, ve GMO 1995 - Otomatik dizileme. • 1996 -7 - Memeli klonlaması (Dolly) Wilmut ve ark 2000 - Drosophila genomu ve Arabidopsis genomu • 2001 - İnsan genomu dizileme tamamlandı.
T. H. Morgan’ın Meyve Sinekleri 1907 -1930’lar Drosophila melanogaster’de; Beyaz göz – Cinsiyet ilişkisi Tüm erkekler kırmızı, dişilerin yarısı beyaz gözlü
Griffith, 1928 Bakterilerin Transformasyonu Transformasyona neden olan neydi?
DNA Yapısının Aydınlatılması 1940 -1953 Erwin Chargaff, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin, Linus Pauling, Francis Crick, James Watson arasında yarış 1953 yılında Nature- “The Double Helix” yayını ile sona ermiştir. Watson- Crick için yapıyı aydınlatmadaki en önemli kaynaklar; • Hidrolize edilmiş DNA’nın baz kompozisyon analizleri • DNA’nın X ışını kırınımı çalışmalarıdır.
1950’lerin başında iki deney hattının bulguları DNA’nın yapısına ilişkin ipuçlarını ortaya çıkarmıştır. Avusturya kökenli Amerikalı biyokimyacı Erwin Chargaff birçok türdeki DNA’nın eşit miktarda adenin (A) ve timin (T) ve eşit miktarda guanin (G) ve sitozin (C) bazları içerdiğini göstermiştir. Daha sonra İngiliz fizikçi Maurice Wilkins ve İngiliz kimyacı Rosalind Franklin X-ışını difraksiyon tekniğini kullanarak DNA’yı X-ışınları ile bombalamışlar ve sonra da X-ışınlarının kırılma ve yansımalarına göre molekülün yapısı hakkında fikir sahibi olmuşlardır.
Rosalind Franklin, Watson ve Crick’in DNA yapısını ortaya çıkarmalarında hayati öneme sahip bulgular elde etmiştir. Franklin, DNA’nın iyi çalışılmış kuru kristal “A” formunu ve hücrelerde görülen “B” formu olarak adlandırılan ıslak tipini birbirinden ayırt etmiştir. Mayıs 1952’de çektiği B formunun “ 51 no’lu fotoğrafı” elde edebilmek için 100 saat uğraşmıştır. Fotoğraftaki belirgin simetri Franklin’e molekülün kusursuz sarmal yapısında olduğunu ve fosfatların pozisyonunu göstermiştir. Franklin uzun zamandan beri DNA’nın genetik materyal için aday olduğunu düşünmektedir. 1939’daki kolej günlerinde tuttuğu lab defterinde bir nükleik asit şeklini yanına “Kalıtıma geometrik temel? ” şeklinde not düşmüştür. 1953’ün başında tüm yapının ortaya çıkarılmasına çok yaklaşmıştır. 30 Ocakta Wilkins, Watson’a Franklin’in 51 no’lu fotoğrafını göstermiştir.
Biyokimyacı Linus Pauling DNA için üçlü sarmal yapı önermiştir. Bu sırada Watson ve Crick 51 nolu fotoğraf nedeniyle şeker fosfat iskeletinden emindirler ve dikkatlerini bazlar üzerine çevirmişlerdir. İronik olarak evreka anı sofistike kimya ya da kristalografi ile uğraşırken değil de cardboard kırpıntıları (kesik parçalar) ile uğraşırken gelmiştir. 28 Şubat cumartesi sabahı Watson, Crick ile toplantısına erken gelmiştir. Beklerken dört DNA bazının kesilmiş parçaları ile oynayıp A’yı A ile daha sonra G ile eşleştirmekle meşgul olmuştur. A’yı T’nin G’yi de C’nin yanına getirdiğinde benzer yapılar görmüş ve aniden bütün parçalar yerine oturmuştur. Crick 40 dakika sonra geldiğinde ikili bulmacayı çözdüklerini anlamıştır. Sonunda Watson, Crick ve Wilkins Nobel ödülü’nü kazanmıştır. 1958’de Franklin 37 yaşında yumurtalık (ovarian) kanserinden öldüğü için Nobel ödülünü alamamıştır. Çünkü Nobel sadece yaşayan kişilere verilmektedir.
Baz Kompozisyonu Çalışmaları 1949 -1953 Erwin Chargaff ve ark.
Chargaff kuralı • Herhangi bir türe ait DNA nın nükleotidlerine parçalandığında serbest kalan nukleotidlerde adenin miktarının timine, guanin miktarının da sitozine daima eşit olduğunun saptanmasıdır. • Yani Chargaff kuralı‘na göre doğal DNA moleküllerinde adeninin timine veya guaninin sitozine oranı daima 1’e eşittir. (A/T=1 ve G/C=1) • Pürinler= pirimidinler (A+G=T+C) • İşte Watson ve Crick bu bulguları değerlendirerek böyle özelliklere sahip DNA makro molekülünün sekonder yapısına ait bir model geliştirdiler.
X-Işını Kırınımı • DNA zincirleri X-ışını bombardımanına tutulur ve molekülün atomik yapısına göre saçtığı ışınlar belirlenir. Buna göre; • 1947 - William Astbury DNA’da 3. 4 A aralıklarla tekrarlayan yapıların varlığını doğrulamış ve DNA’nın bir çeşit sarmal yapıda olduğunu ileri sürmüştür. • 1950 -1953 - Rosalind Franklin 3. 4 A aralıklarla tekrarlayan yapıların varlığını doğrulamış ve DNA’nın bir çeşit sarmal yapıda olduğunu tespit etti.
DNA
Pürinler ve Primidinler Riboz ve Deoksiriboz Şekeri
DNA zincirlerinin antiparalel yerleşimi
• (Neredeyse) kalıtım tamamen DNA’ya dayanır: ACGT nükleotidlerinin dizilişi organizmanın tüm ihtiyaçları için gerekli direktifleri içerir. • Kromozomlar destek ve okuma için gerekli olan RNA ve proteinlerle birlikte tek bir DNA molekülüdür. • Bir gen tek bir polipeptidi (aminoaistlerin doğrusal zincirlerini içeren) kodlayan özgün kromozom bölgesidir. • Proteinler bir ya da daha fazla polipeptid zincirinden ve diğer yardımcı birimlerden oluşan moleküllerdir.
Gen Ekspresyonu İki adım: • Bir genin RNA kopyasının oluşturulması (transkripsiyon). • m. RNA’nın kopyalanıp bundan translasyonla polipeptidlerin üretilmesi Genetik kod 3 bazlık DNA ya da RNA sekansının (kodon) hangi amino asiti kodlayacağının bilinmesidir. Aynı genetik kodlama neredeyse tüm organizmalarda geçerlidir. Tüm hücreler aynı DNA’ya sahiptirler ancak farklı hücrelerde farklı koşullarda genlerin ifadesi farklıdır.
Gen Farklılıkları Genler çoğunlukla birden fazla allele sahiptir. Aynı kromozomal bölge üzerinde bulunan aynı genler de farklı nükleotid dizilişinde olabilirler. Sonuç: Farklı proteinlerin/polipeptidlerin ya da m. RNA’ların üretimi
- Slides: 32