Mendelsche Genetik, Kopplung und genetische Kartierung

Mendelsche Genetik, Kopplung
und genetische Kartierung
Gregor Mendel
Thomas Hunt Morgan
Definitionen
Diploide Eukaryonten: Der Genom besteht aus
einem (haploiden) mütterlichen und aus einem
väterlichen Genom
Das Allel: Zustandform eines Genes
Ein Individuum ist hinsichtlich eines Genlocus
homozygot, wenn die Allele dieses Ortes
gleich sind, und heterozygot, wenn die Allele
unterschiedlich sind.
Dominanz: die Durchsetzung/Überdeckung von
Erbfaktoren in der Merkmalsausprägung
Abb. 1
Die von Mendel ausgewählte
Merkmale
Abb. 2
Samen runder-runzlig; Samenfärbung gelb-grün; Blütenfärbung
lila-weiss; Hülse gewölbt-runzlig; Farbe der Hülse grün-gelb;
Blütenstellung achsen-endständig; Achsenlänge kurz-lang
F1 und F2 Generationen der
gezielten Kreuzungen
Die Gartenerbse ist ein Zwitter, mit weiblichen (Eizelle) und männlichen (der
Pollen) Geschlechtsorgane, damit Selbstbefruchtung und gezielte Befruchtung
sind möglich.
1. Gesetz. Das Uniformitäts- und Reziprozitätsgesetz, F1 Generation
2. Gesetz. Das Spaltungsgesetz; phänotypisch 3:1, genotypisch 1:2:1, F2
Generation
Abb. 3
Das Modell der Vererbung der
unterschiedlichen Merkmale
Eltern: Einheitlicher Gamet
F1: Heterozygot
F2: 3:1 phänotypische
Spaltung, 1:2:1 genotypische
Spaltung
Das Kreuzungsquadrat,
Punett-Quadrat
Abb. 4
Genetische Analyse der F2
Generation
Zwitter-Pflanzen: Selbstbefruchtung
Tieren: Test-Kreuzung (testcross),
Kreuzung mit homozygot rezessive
a
a
A
¼ A/a ¼ A/a
A
a
a
¼ A/a ¼ A/a
a
¼ a/a ¼ a/a
A
¼ A/a ¼ A/a
A/a X a/a Kreuzung
Abb. 5
A/A x a/a Kreuzung
Vergleich von Mitose und Meiose
Abb. 5a Die Eigenschaften der Meiose spiegeln die mendelschen Gesetze wieder
Verdopplung der DNA
Abb. 5b
Dihybridkreuzung, das Unabhängigkeitsoder Rekombinationsgesetz
In einer Dihybridkreuzung jedes
Merkmalspaar wird nach dem 2. Gesetz
vererbt, und zwar unabhängig von
anderen Merkmalspaaren
(3. Gesetz)
Zahlenverhältnis von 9:3:3:1
für die vier auftretenden Phänotypen
Abb. 6
Unabhängigkeits- u. Rekombinationsgesetz
Dihybrider Erbgang mit
Allelen zwei Drosophila
Gene
vg: Stummelflügel
e: Schwarzer Körper
Erbgang: Nach dem
Zweiten Gesetz
Drei Allelpaare: 64 Felder
Intrachromosomale
rekombination
Abb. 7
Systematische Anordnung der F2 Genotypen
Abb. 8
Geschlechtsgekoppelte
Vererbung
Autosomen –
Gesclechtschromosomen
X –Y Geschlechtsbestimmung
X w/Y hemizygot Männchen
X/X homozygot Weibchen
Abb. 9
Brachydaktylie: Dominanter
Erbgang
Abb. 10
Polydaktylie: Dominanter
Erbgang
Abb. 11
Die Expressivität (Ausprägung) kann unterschiedlich sein; einige
Mutationsträgeneden Patienten entwickeln 0, einige 4 betroffene
Extremitaten, extra Finger oder Zehe
Rezessiver Erbgang: Zystische
Fibrose (Mukoviszidose)
Die häufigste autosomal rezessive Erkrankung
der Kaukasischen Bevölkerung
1 zu 2500 Neugeborene,
Heterozygotenhäufigkeit 1/25
Obstruktion der Drüsenausführungsgänge
von hochviskösem Sekret
Sekundäre Zystenbildung und Fibrose der
Gewebe
Das Gen: Chlorid-Kanal
Häufigste Mutation: Deletion CTT, Phe 508
Selektionsvorteil während der Pestseuchen
1/25x1/25=1/625, die Häufigkeit der Frau-Mann Beziehung
als Heterozygoten
¼ der Kinder Homozygot
1/625x1/4=1/2500, die Frequenz der betroffenen Neugeborenen
Tay-Sachs Syndrom
(Gangliosidose), autosomal rez.
Häufigkeit 1:3000 bei Aschkenazi-Juden (der Gründer-Effekt)
Die Symptome der Erkarankung sind:
-Makrozephalie
-mentale Retardierung
-Dezerebration
Defekt des Enzyms b-Hexosaminidase A, B
Nachweiss auf DNA-Ebene, Heterozygotentest
Abb. 13
Sichelzellanämie
Mutation in haemoglobin S
(HBS) Gen verändern die
Löslichkeit des Hämoglobins
polymerisiert in Filamente
Faserbündeln Assoziierung
Verformung der
Erythrozytenmembran
Entstehung Sichelzellen
Abb. 14
Geschlechtsgekoppelte Vererbung bei
Menschen (Hämophilie)
Abb. 15
• Hämophilie:klassische X-chromosomal-rezessive
Erkrankung.
• 85 % der Hamophilienfamilien befindet sich einen
Mangel an antihämophilem Globulin A, Faktor VIII
(Hämophilie A), bei etwa 15 % einen Mangel an
antihämophilem Globulin B, Faktor IX (Hämophilie
B).
• Die Gerinnungsstörung Blutungen bei Verletzungen.
Hämatome der Muskulatur und Gelenke.
• Das Faktor VIII Gen ist 200 kb gross und kodiert für
2351 Aminosäuren. Bei der schwer betroffenen
Patienten tritt eine micro-Inversion innerhalb der
Promotorregion und im Intron 22. Der Erbgang ist
typisch X-Chromosom-gekoppelt: Die Frauen sind
Konduktorinnen und weitergeben das Mutationträgende X Chromosom an Hälfte ihrer Söhne, die
hemizygot für X-Chromosom sind.
Stammbaum der europäischen
Herscher-häuser
Abb. 16
Die europäischen Herscherhäuser
Symptome und Erbgang von
Hämophilie
Abb. 18
Vererbung der Kraushaarigkeit
Kreis, gelb: Frau; Quadrat, blau: Mann, beide glatthaarig; rot: Kraushaarig
Kraushaarigkeit: Dominanter Erbgang, ein Elternteil mit Kraushaar ist nötig
Abb. 19
Interchromosomale Rekombination
Die zwei berücksichtige Gene auf zwei Chromosomen lokalisiert sind
Test-Kreuzung: Die Rekombinanten sind gleich häufig wie die
Nicht-Rekombinanten (1:1:1:1 Verhältnis)
Die Gene sind nicht koppelt
Abb. 20
Intrachromosomale Rekombination
Abb. 21
Intrachromosomale Rekombination, genetische Kopplung
Die zwei Gene auf ein Chromosom lokalisiert sind, gehören
Einer Kopplungsgruppe an
Test-Kreuzung: ~60 % Nicht-Rekombinanten, ~40 % Rekombinanten
Abb. 22
Rekombinationenkartierung
Die Anzahl der Rekombinanten (151+154=305)
Dividiert mit der Anzahl der Nachkommenschaft (2839)
Multipliziert mit 100: 305/2839x100=10.7 % ,
10.7 Kartenenheit, 10.7 centiMorgan, cM.
Der Rekombinationswert liegt höchstens
bei 50%
Der RW ist im Mittel nie › 50%, weil:
Mehrfach - C.O.‘s zwischen zwei weit entfernten Genen vorkommen
nur einfache oder andere ungeradzahlige Austauschvorgänge zwischen zwei Genen eines Stranges zu
Rekombination führen
nur zwei Chromatiden an einer Stelle ein C.O. eingehen können
Einfache C.O. zwischen a und b
1 und 2 (3 und 4) sind Schwesterchromatide und somit genetisch identisch
2 und 3 (1 und 4) sind homologe Chromatide und genetisch nicht identisch
C.O. zwischen Schwesterchromatiden sind möglich, verlaufen aber unbemerkt
Weitere Austauschmöglichkeiten: 1/4, 2/3, 2/4. Sie führen jeweils zu max. 50% Rekombination.
Bei einem C.O. hat man maximal 50% Austausch!
Die genetische Karte des Chr. 1
Abb. 23
Teil der Karte des Chr. 11
Abb. 24