Interakcija gena odstupanja od mendelovih odnosa, Multipli aleli

Interakcija gena - odstupanja od

2. Multipli aleli 4. Letalni geni

mendelovih odnosa

A. Interakcija alelnih gena 1. Intermedijarna naslednost- nepotpuna dominantnost 3. Kodominantna naslednost- Multipli aleli 5. Genetička anticipacija 6. 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.1. Intermedijarna naslednost

njihovi

- nepotpuna dominantnost

• Intermedijarna

naslednost

nastaje ukrštanjem dva homozigotna roditelja koji se razlikuju u jednom paru alela, pri čemu 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-aleličnih 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 zečeva C>c

ch >c h >c agouti (a), činčila (b), himalajski (c) i albino (d).

A.3. Kodominanta 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) O A B AB G e n o t i p o v i Simbol OO AA, AO BB, BO AB Genetički simbol

ii

I A I A , I A

i

I B I B , I B

i

I A I B Krv sadrži Antigeni u eritrocitima Nema A B A, B Antitela u serumu

Anti-A, anti-B

Anti-B Anti-A Nema

A.4. Letalni geni (2:1)

Letalni geni mogu biti dominantni i recesivni

• Primer 1:

Ukrštanje miševa žute boje žut × žut žut 2 : sivi : 1 ŽŽ-letalno Žž-žuti miševi žž-sivi miševi

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

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) F 1 Tt × Tt : TT Tt Tt tt T. major T. minor zdave osobe smrt blaga anemija

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.

Hantingtonova bolest

• Bolest najčešće počinje u četvrtoj ili petoj deceniji, ali je moguća pojava i u detinjstvu. Kod starijih bolest sporije napreduje.

• Bolest je nasledna, po pravilu se dominantno nasleđuje.

• Klinička slika ima dve osnovne komponente- nevoljne pokrete i psihičke promene. Međutim, ove promene se ne moraju javiti istovremeno niti moraju biti istog intenziteta.

A.6. Genomsko utiskivanje

Pojava da ekspresija određenih genskih alela zavisi od roditelja od kog su nasleđeni naziva se Do danas je poznato 36 takvih gena, i još se tačno ne zna mehanizam nasleđivanja, ali se zna da vrši odgovarajuće utiskivanje.

ako se nasledi od majke potomci će oboleti od hiperaktivnost..,), a ukoliko se nasledi od oca naslednici će patiti od Prader- Willi-evog 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 nealelnih gena.

• Epistaza u užem smislu – interakcija nealelnih gena pri ćemu jedan gen utiče na fenotipsku izražajnost drugog ili drugih • Primer: Nasleđivanje boje očiju – 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 .

Interakcije izmedju različitih lokusa – 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

Epistaza u užem smislu može biti

kokošaka

dominantna i recesivna

Dominantna epistaza – dominantni gen jednog alelnog para sprečava dejstvo drugog alelnog para (A>B ili A>b) Primer: Nasleđivanje boje dlake u pasa i perja 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 miševa

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)

funkcionalnim pigment, te imaju belo perje.

Ekspresiju gena C koči dominantan alel heterozigotne jedinke očekuje odnos fenotipova 13 : 3 (bele : crne). U ovom primeru, gen I je 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

Interakcije izmedju različitih lokusa – dominantna epistaza (13:3) Ic iC ic P

Leghorn

I I C C F1 F2 IC IC

Vijandot

I i C c i i c c iC IC ic

Recesivna epistaza-boja dlake (9:3:4)

Primer: Ukrštanjem homozigotnih aguti miševa sa albino miševima u F1 generaciji se dobija heterozigotno potomstvo aguti fenotipa. Daljim ukrštanjem, u F2 generaciji dobiće se odnos fenotipova 9 : 3 : 4 (aguti : crni : albino). Genski lokus A određuje obojenost dlake miševa (A- su crni, a aa albino).

Na taj način genotip A-B- daje aguti obojenost, A-bb crnu i aaB- 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 recesivni genskog gen para koji kontroliše depozit pigmenta u dlaci. Dominantni gen (C) kodira prisustvo pigmenta u dlaci, dok (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.

B- E bb E -- ee BE BE Be bE be Be bE be

B.2. Komplementarnost i suplementarnost

Komplementarnost

ispoljavanje alelnih gena .

određene predstavlja fenotipske osobine uz sadejstvo jednog ili više • 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 kresta).

• Nakon međusobnog ukrštanja orašastom krestom u F krestom.

2 jedinki sa generaciji se javlja brojni odnos fenotipova 9 : 3 : 3 : 1, od čega je 9/16 jedinki sa orašastom, 3/16 sa ružastom, 3/16 sa grašastom i 1/16 sa jednostavnom

Komplementarnost

• Za razliku od klasičnog odnosa 9 : 3 : 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 (rrP-) 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 Rp rP rp

prosta

rr pp

F 1

R- P-

orah

RP Rp

grašaste ružičasta ružasta rr P ×

rP

R- pp

rp

F 2 : 9 orah : 3 ružasta : 3 grašaste : 1 prosta

9 : 3 : 3 : 1

Komplementarnost (9:7)

Komplementarnost gena može da se ilustruje normalnog sluha imaju funkcionalni (dominantn), po jedan alel u oba gena (A-B-), dok se u svim ostalim kombinacijama (A-bb, aaB- 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 aaB-) plod je okruglast, 3. Kod dvostruko recesivnog homozigota (aabb) plod je duguljastog oblika.

Nakon ukrštanja dva dvostruka heterozigota (AaBb ×AaBb) dobiće se tri fenotipa u odnosu 9 : 6 : 1 (okrugle : diskodialne : duguljaste).Fenotip okruglog ploda nastaje interakcijom genskih produkata dominantnih alela A i B lokusa što predstavlja kumulativni efekat gena ili semiepistatičku interakciju gena.

Izoepistaza (15:1)

Još neke genske interakcije

• Primer: Promena u nijansi boje krzna kod šarene boje kod holštajn goveda.

Još neke genske interakcije

• Postoje modifikatori koji deluju na gene koji su promenili strukturu (mutirali su).

Ukoliko mušice) se fenotipsko ispoljavanje mutiranih gena potpuno spreči, u tom slučaju reč je o genima supresorima (primer: maljavost krila kod vinske

Kvalitativne i kvantitativne osobine • Kvalitativne – – – – nemerljive diskontinuelno variraju Na njihovo ispoljavanje uti

č

e mali broj gena (major geni Pr: boja, rogatost/ šutost • Kvantitativne – – – – merljive kontinuelno variraju Na njihovo ispoljavanje uti

č

e veliki broj gena (minor geni) Pr: telesna masa pri ro

đ

enju, prose

č

ni dnevni prirast, iskoriš

ć

avanje 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 genetika.

i mehanizme nasleđivanja kvantitativnih osobina naziva se kvantitativna

Poligensko nasleđivanje

• Varijabilnosti kvantitativnih osobina počiva

na činjenici:

 osobine se nalaze pod uticajem velikog broja gena od kojih svaki ima mali uticaj  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 osoba bele rase genotipa n 1 n 1 n 2 n 2 1 N 1 N 2 N 2 i N 1 n 1 N belci).

2 n 2 i boju kože mulata. Mulati imaju četiri tipa fenotipova za boju kože između dva ekstrema (crnci i • Što je veći broj genskih lokusa za tamnu kožu utoliko je obojenost intenzivnija

1.

2.

3.

4.

5.

Fenotipovi: crnci crnci-mulati mulati belci-mulati belci Odnos fenotipova 1/16 4/16 6/16 4/16 1/16 (1 : 4 : 6 : 4 : 1) 100% crni

Nasleđivanje boje kože kod ljudi

75% crni 50% crni 25% crni 100% beli

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 ) Prag a. Populacija Oboleli

p = 5%

b. Srodnici obolelih

m 1 x i p = 20% -4 -3 -2 -1 x 2

Sklonost

m 2 Trešhold 0 +1 +2

B.4. Penetracija i ekspresija

• Sposobnost jednog gena ili genske kombinacije drugim genima i sredinom.

• Stepen proizvedenog efekta ekspresiju izazvanog . Zavisi od • 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%).