1. Die Grenzen der mendelischen Genetik Die Grenzen der mendelischen Genetik 1 Folie 1-3 Typen der Vererbung: Mendelische Vererbung (2) Nicht-Mendelische Vererbung (3) Polygenetische Vererbung (4) Epigenetische Vererbung. Die ersten drei Typen werden genetische Vererbung genannt, da die Allelvarianten voneinander in der Reihenfolge der Nukleotiden der DNA unterscheiden. Folie 4 Mendelische Vererbung. Im weiten Sinne gehören zwei Typen zu dieser Art von Vererbung: (1) Autosomale, (2)Geschlechtsgebundene (gonosomale) Vererbung. Autosomale und X-gebundene Allele können dominant, rezessiv oder kodominant vererbt werden. Merkmale, die auf dem Y oder bei den Männern auf dem X kodiert werden (da sie haploid sind), werden ausgeprägt als wären sie dominant. Bei den Frauen wird das eine X Chromosom zufälligerweise inaktiviert, so wird der Körper der Frauen ein Mosaik. (In manchen Zellen ist das väterliche, in anderen Zellen ist das mütterliche X-Chromosom inaktiv.) Das Phänotyp, was durch eine fehlerhafte Genvariante verursacht wird, wird in den Frauen nicht unbedingt ausgeprägt, weil die mosaische Exprimierung des Gens zur Ausprägung des normalen Phänotyps ausreicht. Einige Gene bleiben in beiden X-Chromosomen aktiv (in den so genannten Pseudo-autosomalen Regionen) Folie 5 Wiederentdeckung von Mendel. Mendel hat seine Experimente 1865 veröffentlicht, hatte aber kein Aufsehen erregt. Darwin kennte Mendels Entdeckungen über die Vererbung nicht. Darwin hatte Probleme mit der Theorie der Vermischung der Merkmale. Laut dieser Theorie vermischen sich die elterlichen Eigenschaften in den Nachfolgern, und ein durchschnittlicher Wert der elterlichen Eigenschaften entsteht. Wäre das der Fall, dann wurden die selten erscheinenden nützlichen Eigenschaften verschwinden, und wäre keine natürliche Selektion möglich. Um 1900 wurden Mendels Ergebnisse wiederentdeckt, und mit der Evolutionstheorie in Einklang gebracht. Folie 6 Die Grenzen der mendelischen Genetik. Die mendelische Vererbung hat Grenzen. Wir beschäftigen uns hier mit dem Problem der Ausprägung des Phänotyps und mit dem Problem der monogenischen Merkmale. Folie 7 Ausprägung des Phenotyps (1) In der mendelischen Genetik wird der Phänotyp (oder das Erscheinungsbild) immer ausgeprägt. Bei vielen Merkmalen ist aber die Ausprägung des Phenotyps nur eine Chance, das Phenotyp wird nicht bei allen Individuen ausgeprägt (Penetranz). Bei solchen Merkmalen - die sogar Krankheiten sein können bestimmen im Allgemeinen Umweltfaktoren, ob ein Phenotyp ausgeprägt wird. Auf der Abbildung wird ein autosomal dominantes Merkmal nicht in jedem Individuum ausgeprägt. (2) Andererseits, bei den einzelnen Individuen erscheint der Phänotyp in verschiedener Grade. (Expressivität). Folie 9 Monogenetische Merkmale. Ein Merkmal ist monogenetisch, wenn es durch ein einziges Gen bestimmt wird. Monogenetische Merkmale sind selten. Typisches Beispiel ist: AB0 Blutgruppen. Eine Erkrankung ist monogenetisch, wenn es durch ein Defekt in einem einzigen Gen verursacht wird. Die monogenetischen Krankheiten haben meistens mehrere Symptome. Typisches EXTRA ANFORDERUNG Vorlesung 9. Boldogkői Zsolt © 1. Die Grenzen der mendelischen Genetik Beispiel ist Albinismus, Phenylketonurie, Sichelzellanemie. Nur etwa 2% der menschlichen Krankheiten sind monogenisch. 2 Folie 10 Weisse Haut. Albinismus ist der Mangel an einem Farbstoff (Melanin) in der Haut, und wird meistens durch eine Mutation im Thyrosinase Gen verursacht. Es gibt aber mutante Allele anderer Gene, die auch Albinismus verursachen. Es besteht also der Fall „mehrere Gene-- ein Phänotyp”. Mutation des Thyrosinase Gens verursacht weitere Komplikationen, (z.B. Nystagmus), es besteht also dar Fall „ein Gen-- mehrere Phänotypen”. Folie 11 Ein Gen – ein Komplexmerkmal Komplexe Merkmale (z.B. Verhalten) werden gleichzeitig durch Gene und durch Umweltfaktoren bestimmt. Folie 12 Mendels Entdeckung. Mendel hat das „ein Gen- ein Phenotyp” Zusammenhang zur Entschlüsselung der Regeln der Vererbung benutzt. Er hatte Glück, da er unabhängige, monogenetisch vererbte Merkmale untersuchte. Das „ein Gen- ein Phenotyp”- Prinzip ist aber nicht allgemeingültig. Je höher wir in der Hierarchie der Organisationsstufen eine Organismus den Genotyp-Phänotyp Zusammenhang untersuchen, trifft dieses Paradigma immer weniger zu. Folie 13 Mendels Radio Ein Beispiel: als Experiment wird der Transistor aus dem Radio entfernt. Die Musik verschwindet, man hört nur Geräusch. Die Funktion des Transistor scheint die Herstellung von Musik zu sein. Offensichtlich kann die Funktion des Transistors (und die der Gene) nur in einer entsprechender Kontext erörtert werden. Anders gesagt, der Transistor übt seine Funktion nur mithilfe anderer Bestandteile des Radios im bestimmten Aufbau aus. In den genetischen Experimenten ( z.B. bei knock-out Mäusen) wird der oben genannte Fehler oft begangen. Folie 14 Fazit Der 1 Gen, 1 Phänotyp Ansatz ist reduktionistisch; der Effekt eines Gens kann nur im zellulären und genetischen Zusammenhang bewertet. Es existieren nur wenige monogenetische Merkmale und Verhalten in der Natur. Der Begriff „monogenetische Krankheit” wird in einem anderen Kontext verstanden, als monogenetisches Merkmal: eine Krankheit (nicht notwendigerweise mit einem einzelnen Symptom) verursacht durch Mutation in einem einzelnen Gen spezielle Begriffe: Phänotyp: die erkennbare Struktur, Funktion oder Verhalten eines Individuums Nystagmus: eine schnelle, sich wiederholende unwillkürliche Augenbewegung Paradigm: ein allgemein akzeptierte System eines wissenschaftlichen Feldes Reduktionistische Idee: eine zu simpel Idee, das so schlecht ist Meine Notizen: EXTRA ANFORDERUNG Vorlesung 9. Boldogkői Zsolt ©