Plan wykładów z genetyki ogólnej

01 Metody genetyki klasycznej

02 Metody analizy DNA

03 Metody analizy genomu

04 Genomy prokariontów

05 Genomy eukariontów

06 Zmienność genomów w populacjach

07 Genomy a cechy ilościowe

08 Transkrypcja i rola RNA w komórce

09 Translacja i proteom komórkowy

10 Replikacja i naprawa DNA

11 Mutacje i rekombinacje DNA

12 Regulacja ekspresji genów

13 Genetyka rozwoju

14 Genetyka nowotworów

15 Wykład uzupełniający

Metody genetyki klasycznej

1. Badania dziedziczenia cech przed Mendlem

2. Mendel: istnieją wydzielone jednostki dziedziczenia (geny)

3. Materiał genetyczny znajduje się w chromosomach

4. Crossing-over czyli rekombinacja cech

5. Mapowanie genetyczne

6. Test komplementacji i analiza szlaków metabolicznych

7. Test dziedziczenia cytoplazmatycznego

1. Badania dziedziczenia cech przed Mendlem

Nawet tak spektakularne

przypadki nieciągłości w

dziedziczeniu fenotypów nie były

interpretowane jako dowód na

nieciągłość informacji genetycznej.

Najczęściej uważano, że cechy się

zlewają a jeśli rozdzielają to tylko

przypadkowo i na krótko

1. Badania dziedziczenia cech przed Mendlem

Darwin nie dostrzegał ilościowych

stosunków wśród fenotypów …

… na przykład klasycznego

3:1

po skrzyżowaniu dwóch

heterozygot dominujących

2. Mendel: istnieją wydzielone jednostki dziedziczenia (geny)

Groszek był wyjątkowo udanym (obecnie zarzuconym) organizmem

modelowym (ważne cechy kodowane przez pojedyncze loci, różne cechy

na różnych chromosomach, łatwość hodowli, liczne potomstwo)

Usuwając pręciki i słupki można

zapobiegać samozapłodnieniu.

Usuwając pręciki i słupki można

zapobiegać samozapłodnieniu.

Samozapldnienie zapewnia się

przez osłanianie przed owadami,

co prowadzi do linii czystych ...

Usuwając pręciki i słupki można

zapobiegać samozapłodnieniu.

Samozapldnienie zapewnia się

przez osłanianie przed owadami,

co prowadzi do linii czystych ...

... czyli takich, które nie zmieniały

fenotypów w kolejnych

krzyżówkach (dziś nazywamy je

homozygotami)

Dlaczego pomarszczone nasiona

jednego z rodziców (P) zanikają w

pierwszym pokoleniu (F1), a

pojawiają się w 25% nasion

drugiego pokolenia (F2)?

Dlaczego pomarszczone nasiona

jednego z rodziców (P) zanikają w

pierwszym pokoleniu (F1), a

pojawiają się w 25% nasion

drugiego pokolenia (F2)?

Można to wyjaśnić gdy:

- za cechy odpowiadają osobne

czynniki (geny)

- są one podwójne (diploidalne)

- jeden dominuje nad drugim

- rozdzielają się do gamet

- a potem znowu łączą

Mendel nie znał statystyki, intuicyjnie ignorował losowe

odstępstwa od teoretycznych oczekiwań (np. stosunku 3:1)

Mendel nie znał statystyki, intuicyjnie ignorował losowe

odstępstwa od teoretycznych oczekiwań (np. stosunku 3:1)

Jest to jedno z najdonioślejszych osiągnięć w historii nauki

uzyskane poprzez zastosowanie prostego modelu ilościowego

(matematycznego) do analizy zjawisk (pozornie) złożonych

2. Mitoza to powstanie dwóch

identycznych kopii kompletu

chromosomów

mitoza u

haploidów diploidów

mejoza u

diplodiów Dzisiaj reguły Mendla

interpretujemy jako

oczywisty wynik

zachowania się

chromosomów w

czasie podziałów

komórki

2. Mitoza to powstanie dwóch

identycznych kopii kompletu

chromosomów

Mejoza zachodzi w komórkach

diploidanych

z każdej pary chromosomów

diploidalnych pozostaje tylko

jeden chromosom w komórce

haploidalnej

mitoza u

haploidów diploidów

mejoza u

diplodiów Dzisiaj reguły Mendla

interpretujemy jako

oczywisty wynik

zachowania się

chromosomów w

czasie podziałów

komórki

Wiele par cech nie segregowało niezależnie, tak jak postulował

Mendel w swoim II prawie, wykazywały sprzężenie – było to

zagadnienie badane przez T. H. Morgana.

3. Materiał genetyczny znajduje się w chromosomach

Morgan zasugerował, że cechy

będą sprzężone gdy znajdują

się na jednym chromosomie

Rozwinął technikę krzyżówek

testowych, w której podwójną

heterozygotę Aa Bb krzyżował

z podwójną homozygotą

recesywną aa bb

Jeśli A i B znajdowały się na

różnych chromosomach to

segregowały tak jak

postulowało drugie prawo

Mendla

Morgan zasugerował, że cechy

będą sprzężone gdy znajdują

się na jednym chromosomie

Rozwinął technikę krzyżówek

testowych, w której podwójną

heterozygotę Aa Bb krzyżował

z podwójną homozygotą

recesywną aa bb

Morgan zasugerował, że cechy

będą sprzężone gdy znajdują

się na jednym chromosomie

Rozwinął technikę krzyżówek

testowych, w której podwójną

heterozygotę Aa Bb krzyżował

z podwójną homozygotą

recesywną aa bb

Jeśli A i B znajdowały się na

tym samym chromosomie, to

typy rodzicielskie AB i ab

przeważały nad

zrekombinowanymi

Inną zasługą Morgana było

zwrócenie uwagi na

chromosomy płciowe

Fenotypy samców i samic nie

były takie same lub

wykazywały inną segregację

Na przykład, mutant oka bar

ma trzy fenotypy u samic i tylko

dwa u samców. Da się to

wytłumaczyć brakiem

heterozygot u samców

Układ chromosomów płciowych nie tylko koreluje z płcią ale ją

często determinuje

a) mechanizm równowagowy: liczba chromosomów X względem

autosomalnych, gdy nX:nA jest równe lub większe 1 to mamy samicę, gdy

mniejsze lub równe ½ to samca

b) zwykły mechanizm chromosomowy: obecność Y jest wystarczająca dla

powstania samca

c) determinacja alleliczna, np. u grzybów: nie ma chromosomów płciowych a

płeć zależy od jednego locus (jak inne cechy autosomalne).

Mechanizm równowagi u muszki

XX AA 1:1 normalna samica

XY AA 1:2 normalny samiec

XXX AA 3:2 metasamica (bezpł)

XXY AA 1:1 samica

X AA 1:2 samiec (bezpł)

Mechanizm zwykły w człowieka

XX normalna kobieta

XY normalny mężczyzna

X z. Turnera kobieta)

XXX Triplo-X kobieta

XXXX Tetra-X kobieta

XXY z. Klinefeltera mężczyzna

XXXY z. Klinefeltera mężczyzna

XXYY z. Klinefeltera mężczyzna

XYY XYY mężczyzna

4. Crossing-over i konwersja genów

Fakt, że geny leżące na

jednym chromosomie

mogą zerwać fizyczne

sprzężenie sugeruje, że

podstwą obserwowanego

crossing over cech jest

wymiana odcinków między

chromosomami

- ale jak to udowodnić?

Fizyczne rearanżacje

chromosomów

udowodniono pokazując,

że rekombinacji cech

fenotypowych

towarzyszy zmiana

obrazu chromosomów

znakowanych

aberracjami kształtów

Kiedy zachodzi

crossing-over?

Odpowiedź

znaleziono przy

pomocy grzyba

Neurospora,

jednego z

wczesnych

organizmów

modelowych w

genetyce

Układ spor w worku

jest zawsze taki jak

z prawej strony.

Czyli, crossing-over

zachodzi po

replikacji materiału

genetycznego.

5. Mapy genetyczne

Jeżeli geny leżą na

chromosomach, a

crossing-over może zajść

na całej ich długości, to ...

... im dalej od siebie geny

leżą tym częściej

zrekombinują.

A. Sturtevant

skonstruował w ten

sposób pierwszą mapę

genetyczną

Mapa genetyczna

pomidora

Sekwencja DNA jest

ostateczną mapą fizyczną

– odległości są liczone w

nukleotydach.

Mapy genetyczne różnią

się zwykle od fizycznych.

Różnice są tym większe

im bardziej zmienna jest

częstość rekombinacji

wzdłuż chromosomów

6. Test komplementacji i analiza metabolizmu

Niekiedy ten sam fenotyp

jest spowodowany przez

mutacje w różnych genach.

Typowym przykładem jest

szlak kilku enzymów

wiodących do jednego

produktu

6. Test komplementacji i analiza metabolizmu

Niekiedy ten sam fenotyp

jest spowodowany przez

mutacje w różnych genach.

Typowym przykładem jest

szlak kilku enzymów

wiodących do jednego

produktu

Test komplementacji

pozwala rozróżnić (a także

policzyć) geny wchodzące

w jeden szlak metaboliczny

Systematycznie stosowany,

doprowadził do połączenia

genetyki z biochemią:

„jeden gen – jeden enzym”

7. Test dziedziczenia cytoplazmatycznego

a) eukarionty miewają plazmidy i wirusy, ale poprzez „geny

cytoplazmatyczne” rozumie się najczęściej geny w DNA mitochondriów

lub chloroplastów

c) prostym testem czy dana cecha jest dziedziczona cytoplazmatycznie

jest test (braku) segregacji – czyli większa gameta dyktuje fenotyp

Fenotyp powstaje na skutek

interakcji genów i środowiska

Klasyczna hipoteza:

słuchy są ciemne bo są

przechłodzone

Klasyczny eksperyment :

miejscowe ochłodzenie

wywołuje plamę i potwierdza

hipotezę