Genetica Hoofdstuk 0: Inleiding

Transcriptie

1 Genetica Hoofdstuk 0: Inleiding Erfelijkheid Wat? Het verschijnsel dat eigenschappen v. ouders overgaan op hun nakomelingen Erfelijkheidsleer Overdracht v. genetische eigenschappen Chemise aard v. genetisch materiaal Verspreiding en expressie v. genen in populatie transmission genetics moleculaire genetica populatie genetica Belangrijkheid v. genetica is groot, omdat Genetische eigenschappen controleren fysiologische processen op celniveau Expressie: heeft invloed op cytologie, fysiologie, morfologie, ontwikkeling Overdracht: taxonomie, ecologie, evolutieleer Genetica vormt basis v. verschillende disciplines Toepassingen Geneeskunde; diverse ziekten hebben genetische oorzaak (bv kanker) Oncogenen: genproducten regelen celdeling Tumor suppressor genen: slecht functioneren kan leiden tot ongecontroleerde celdeling Landbouw Plantenveredeling Ziekteresistentie Transformatie v. planten Dierenveredeling Vingerafdruk uit haren Vingerprint wordt gerelateerd met sanitelkaart Men kan op elk moment teruggrijpen naar stalenbank Transgene dieren Dieren krijgen vreemd gen (bv menselijk gen) Vb: Polly (schaap) produceert menselijk eiwit in melk Genetica ~ DNA DNA neemt sleutelpositie in Legt genetische informatie vast Functionele zones v. DNA = genen (kernchromosomen vormen het genoom plasmoon) Genoom: aanwezige DNA in de celkern Opgebouwd uit chromosomen Plasmoon:omvat het DNA dat te vinden is binnen de mitochondria en plastiden OPM: toch bevat het belangrijke fragmentaire info over fysiologische processen als FS Menselijk genoom = 46 chromosomen iedere chromosom = ca. 50 mm DNA per diploide celkern 2m DNA! DNA bezit 2 unieke eigenschappen Kan repliceren Kan informatie stockeren: code is universeel; verschillen in volgorte v. A,G,C en T bepalen de eigenschappen Mijlpalen in de genetica Domesticatie planten en dieren: 7000 v Chr (intresse in genetische eigenschappen start) Mendel ( ) 1866 Wetten v. Mendel Suton en boveri 1900 Chromosomen Watson en Crick 1953 DNA-structuur Stijn Vandelanotte -1- Theorie

2 Hoofdstuk 1: Mendeliaanse overerving Erfelijkheid en variatie $: Tegenstrijdigheid ivm erfelijkheid: Genetica: Theorie - nakomelingen gelijken sterk op hun ouders, maar nooit zijn ze er identisch mee o bv: honden kruisen, blijft een dier, een hond, en men zal dit na vele kruisingen nog altijd zien - nakomelingen gelijken sterk op elkaar, maar verschillen in details $: Het genotype - is de erfelijke aanleg (= aanwezige genetische eigenschappen of erfelijke factoren) - = alle eigenschappen die overerfbaar zijn $: Het fenotype - verschijningsvorm (gevolg v. interactie tussen omgeving en genotype - = op alle aspecten vd morfologie, fysiologie en gedragingen v/e individu OPM: # Geen enkele individu (uitz: asexuelen voortplanting uit zelfbestuivende ontstane planten, eeneiigeweelingen) bezit hetzelfde genotype/fenotype; wel kunnen partiele genotypes/fenotypes gelijk zijn # Soms is de ontwikkeling v/e nieuw individu heel erg afhankelijk vd omstandigheden soms minder Wel: bv gewasopbrengste, grootte vd zaden Niet: bv bloedgroep, bloemkleur, geslacht # Soms kenmerken die niet bepaald worden door de genen v. beide ouders Bv Trisomie v. chromosoom 21 (Down Syndroom), 1/2000 bij ouders v en 1/50 v. ouders ouder dan 45 Bv hoeveelheid eierdooier bepaalt de latere lichaamsgrootte vd nakomelingen en wordt enkel door moeder bepaald Andere benadering tot erfelijkheid: Erfelijkheid is het vermogen v. organismen en hun nakomelingen om op uitwendige omstandigheden identiek te reageren Reactienorm Wat? o Range v. fenotypen die kan ontstaan uit een genotype, in verschillende omgevingen o Fenotypisch variantie die men bekomt met een gegeven genotype is weerspiegeling vd milieuvariantie Vb? o Experimenten v. Mendel: intensiteit v. kleur v. erwtenzaden kan verschillen milieuomstandigheden o Plantenhoogte in functie vd hoogteligging De spreiding vd fenotypes horend bij een bepaald genotype overlappen onmogelijk om de lengte v/e plant op een bepaalde hoogteligging te associeren met een genotype o 3 genotypes wordt het aantal faccetten vh complexoogbepaald ifv de ontwikkelingstemperatuur Geen of slechts een geringe overlapping het is wel mogelijk om bij een bepaalde temperatuur de 3 genotypeste onderkennen Stijn Vandelanotte -2- Theorie

3 Mendel: zijn experimenten en wetten Voor mendel Gewoon eens lezen, niet zo belangrijk randinformatie Experimenten v. mendel Concept: Erfelijke deeltjes gaan v. ouders over naar nakomelingen tijdens reproductie processen Werking vd experimenten Zelfbestuiving Mendel kruiste kunstmatig een aantal cultivars die onderling slechts verschilden voor een heel beperkt aantal eigenschappen (deze eigenschappen waren erfelijk stabiel en onveranderd overingen naar het nakomelingschap (controle)) F1 werd nauwkeurig de kenmerken vastgesteld F2 of F1 kruisen met 1 vd ouders, binnen de F2 en de volgende generaties werd het aantal v. iedere fenotype nauwkeurig genoteerd Eigenschappen: Zaadvorm: Kleur vd zaadlobben Bloemkleur Peultype Bloeiwijze Planthoogte Resultaten: rond of gerimpeld geel of groen mauve of witte bloemen effen of ingesnoerd eindstandig of bladoksels hoog of kort Wetten Dominantie of uniformiteitsregel # Mendel: Besluiten: F1 hybride bezit altijd het fenotype v/e v. beide ouders In de F2 populatie zijn beide fenotypes vd ouders aanwezig De ratio vd in de F2 voorkomende fenotypes bedraagt steeds ongeveer 3:1 Wetten Dominatie, segregatie en onafhankelijkheidsregel Elke ouder levert voor de nakomeling één erfelijk deeltje via gameten, het samenspel vd deeltjes bepaalt de latere eigenschap Elke ouder levert voor de nakomeling één erfelijk deeltje via gameten, het gen vertoont 2 verschijningsvormen (dominant en recessief); de dominante eigenschap komt tot uiting Voor elk kenmerk heeft een organisme 2 allellen, elk afkomstig v. één ouder (Aa) Homozygoot (AA, aa) en heterozygoot (Aa, aa) Bij heterozygoot komt slechts 1 allel tot uiting (de dominerende) Segregatie of splitsingsweg Starten bij P HH x hh Hoog laag Gameten H x h F1 Hh + Hh F2 HH + Hh + Hh + hh De afzonderlijke eigenschappen splitsen in volgende generatie uit volgens de welbepaalde verhouding 3:1 Onafhankelijkheidsregel Starten bij P YYRR x yyrr Gameten YR x yr F1 YyRr + YyRr F2 16 delige table opstellen met resultaten (9,3,3,1) De overerving v/e kenmerk gebeurt onafhankelijk vd overerving v/e ander kenmerk (onafhankelijke segregatie) Stijn Vandelanotte -3- Theorie

4 Dominantie Dominantie: expressie v. het gen Er ontstaat een genproduct Recessief: geen expresie v. het gen Recessiviteit = onvermogen om een specifiek enzym te produceren Geen genproducten Garrod: alkaptonurie Aa en AA: enzym (oxidase) breekt alkapton af Aa: wel alkapton Melanine bij knaagdieren: CC en Cc: genotypen zwart cc: wit Door enzym C kan tyrosine omgezet worden tot melanine, het C enzym is tyrosinase, bij dieren die dit niet hebben kan de tyrosine niet omgezet worden in melanine Hieruit blijkt dat 1 allel die dominant is, is ook al voldoende het 2 e allel is niet meer nodig Mendeliaanse overerving en probabiliteit Optelregel o De waarschijnlijk heid, waarmee een willekeurige gebeurtenis v/e serie elkaar wederzijds uitsluitende gebeurtenissen optreedt, is gelijk aan de som vd waarschijnlijkheden vd afzonderlijke gebeurtenissen v. die serie Productregel o Wanneer 2 of meer gebeurtenissen onafhankelijk v. elkaar kunnen optreden dan is de kans dat beiden samen optreden gelijk aan het product vd individuele waarschijnlijkheden Chi-kwadraat test o De toetsingsgrootheid gebruikt bij de chi-kwadraat test is: χ ² ber = ( O E)² / E Met 0: aantal waargenomen fenotypes in een bepaalde klasse Met E: het aantal volgens de wetten v. mendel voorspelde fenotypes H 0 : er is geen verschil H 1 : er is een verschil o Wanneer is volgens de statistiek iets uitzonderlijk? Als de kans op voorkomen niet groter is dan 5% Hierbij is χ ² = 7,82 en bepaalde via het aantal vrijheidsgraden (n-1, aantal klassen 1) th Als χ ² ber groter is dan χ ² th te grote afwijkingen, niet meer door toeval Als χ² ber kleiner is dan χ ² th kleine afwijkingen; onderhevig aan wetten v. mendel Stambomen en uitsplitsing Stamboomanalyse o Omdat sommige kruisingsexperimenten op negatieve eigenschappen soms economisch niet haalbaar zijn maakt men gebruik gemaakt vd zgn. stamboomanalyse. Hierbij wordt het uitmendelen v. allelen bestudeerd adv een reeds bestaande verwantschappen binnen een populatie Sib o Een nakomelingschap in volgorde v. geboorte v. links naar rechts weergeven wordt een sib genoemd Stijn Vandelanotte -4- Theorie

5 Hoofstuk 2: Chromosomen en erfelijkheid Historiek o Mendel steunde op hypothetische erfelijke deeltjes o Eind 19 e eeuw kreeg men een eerste kennis v. chromosomen en mitose, meiose o Sutton en Boveri (1902) vonden een relatie tussen chromosomen en erfelijke factoren Sperma draagt ongeveer evenveel bij aan de erfstof als de eicel Enkel de kern vd spermacel dringt door tot de eicel Vd kernbestanddelen worden enkel de chromosomen nauwkeurig over de dochtercellen verdeeld Chromosomen komen in paren voor, zoals de factoren v. mendel Verdeling chromosomen tijdens meiose verklaart de wetten v. mendel Chromosomenparen segreren onafhankelijk Organisatie v. chromosomen in eukaryotische cellen $* Ivm de chromosomen in de kern zijn volgende wetmatigheden v. toepassing De kern v/e somatische cel bevat een vast aantal chromosomen dat soort specifiek is De chromosomen in een somatische cel komen voor in paren (diploid of 2n); elk paar bestaat uit 2 homologe chromosomen (één vd moeder en één vd vader) Gameten of geslachtcellen bevatten een haploid aantal chromosomen o D.w.z. dat ze slechts de helft v. het normale aantal chromosomen bevatten $* Morfologie vd chromosomen - in normaal functionerende cellen komen ze voor als draadvormig netwerk - tijdens delingsprocessen zijn ze sterk gecondenseerd waardoor ze verkorten en in diameter uitzetten - tijdens delingsprocessen hebben ze een insnoering, het centromeer - tijdens delingsprocessen verkrijgen ze een typische vorm waardoor ze morfologisch identificeerbaar zijn in functie vd ligging vh centromeer $* Genen en chromosomen - behoud v. diploid aantal chromosomen en de vorming v. haploide gameten gevolg v. 2 delingsprocessen o deling waarbij aantal chromosomen gelijk blijft = mitose o deling waarbij aantal chromosomen deelt in 2 = meiose - Mitose is een conservatief proces, d.w.z. diploid blijft diploid, en nieuwe cellen behouden dezelfde genetische status. Deling v. somatische cellen duid op groei - Meiose: aantal chromosomen wordt gehalveerd; genen worden door elkaar geschut door onafhankelijke overerving en crossing over o Genetische variabiliteit neemt toe Mitose Groei en delingsfase: Afhankelijk van soort tot soort en van weefsel tot weefsel Groeifase Vroeger noemde men dit de rustfase of interfase Nu: uitermate actieve fase. De fout van vroeger was te wijten aan onnauwkeurige apparaten 3 periodes o G1 fase: Delingsfase o o tijd na celdeling en is de langste groeifase Hernemen van functies vd organellen en aanmaak van nucleotiden S fase DNA Replicatie (DNA wordt verdubbeld) Overlangse splitsing chromosomen in chromatiden G2 fase Tijd voor de celdeling Aanmaak van microtubili door synthese van eiwitten Enzymen aanmaak die de celdeling op gang trekken deling van de kern: karyokinese o mitose (voor somatische cellen), meiose (geslachtscellen) => zie later deling van de cytoplasma: cytokinese Cytokinese Bij verdeling vh cytoplasma ontvangt iedere dochtercel minstens 1 exemplaar van iedere celorganel. (De verdeling is niet evenredig). Als de celstructuren verdeeld zijn over de dochtercellen begint de opbouw vd fragmoplast en de celplaat en zodoende wordt ook de middenlamella gevord en de volledige celwand en dergelijke;.. Stijn Vandelanotte -5- Theorie

6 Mitose (kerndeling bij somatische cellen) profase: o o Genetica: Theorie De chromosomen, nu al chromatiden, zullen zich spiraalvormig oprollen waardoor ze korter worden. Deze spiralisering zal doorgaan tot de chromatiden 2µm-5µm lang zijn. Zonder deze spiralisering meten sommige chromosomen meer dan 1 cm. Hierdoor worrden chromosomen gemakkelkijker getransporteerd binnen de cel Op het einde van de profase lost de kernmembraan op en verdwijnen de nucleoli. Microtubili staat in voor de vorming van de spoelfiguur. (Trek en glij draden).. Deze draden ontstaan doordat microtubili over elkaar schuift Trekdraden: Contractiele eiwitten: vd ene pool naar de andere via het centromeer Glijdraden: lopen van pool tot pool Metafase: o De chromosomen bewegen naar het centrum vd cel en zijn gebonden aan de centromeer. Het centrum wordt aangeduid door een kernplaat o Opm: in deze fase zijn de chromosomen het best bestudeerbaar Anafase: o De centromeren worden gesplitst o Door verhouting vd trekdraden worden chromatiden naar de polen getrokken waarbij het centromeer naar de polen is gericht o De chromatiden ontwikkelen zich tot chromosomen Dit proces vraag veel energie, men schat zo n 20 ATP moleculen Telofase: o Bij beide polen vormen de chromosomen terug een ongeordend chromatine netwerk. Het ER vormt vervolgens een nieuwe kernmembraan rond beide dochterkernen, waarin de nieuwe nucleoli terug verschijnen Meiose Interfase - meiose I - interkinese / tussenfase - meiose II Meiose I Profase I = langdurig proces Leptoteen: We starten met lange dunne draden, draadvormige chromosomen. Hier begint het condensatieproces waardoor er chromomeren ontstaan. Dit zijn korrelvormige structuren gevormd op onregelmatige plaatsen langs de chromosomen. Hun aantal en positie is specifiek voor het chromosoom waarop ze voorkomen Zygoteen: Hier gaan homologe chromosomen opzoek naar elkaar. Deze paren. Deze paring of synapsis begint op bepaalde punten en strekt zich daarna uit over de hele chromosoom. De gepaarde homologe chromosomen noemt men bivalenten Pachyteen: door verdere condensatie komen chromatiden zichtbaar. Zo ziet men dat elke bivalent is opgebouwd uit een tetrade v. chromatiden. Diploteen: de bivalenten komen los v. elkaar, maar blijven nog op bepaalde plaatsen verstrikt. Zo n verstrikking noemt men een chiasma(ta). Dit zijn de plaatsen waar crossing over heeft plaats gevonden. Crossing over = uitwisselen v. overeenkomstige delen v. niet zuster chromatiden vd homologestructuren. Bij normale meiotische delingsprocessen bezit ieder bivalent tenminste 1 chiasma, langere chromosomen vaak 2 Diakinese: chromatiden bezitten max. condensatie. Worden samen gehouden bij de chiasmata. De chromosomen komen los v. het kernmembraan, die samen met de nucleoli verdwijnt en de spoelfiguur wordt gevormd. Metafase I Kernmembraan is volledig verdwenen Bivalenten bevinden zich in het middenvlak (ad random verdeling v. homologen over 2 celhelften) Anafase I Scheiding v. homologen De bivalenten worden uit elkaar getrokken: feitelijke halvering wordt dit genoemd. De chromosomen, elk bestaande uit 2 chromatiden, worden naar hun respectievelijke polen getrokken Telofase I Chromosomen komen aan bij de polen en gaan decondenseren. Er wordt een kernmembraam en celmembraan gevormd, al of niet vergezeld met een celwand Er zijn nu 2 cellen met een haploïd aantal chromosomen Interkinese start Meiose II Vertoont veel overeenkomsten met mitose, dus een mitotisch delingsproces, die loodrecht staat op de eerste meïotische deling Stijn Vandelanotte -6- Theorie

7 Genetische betekenis v. meïose Genetica: Theorie Vorming v. haploïde cellen maakt dat na geslachtelijke vermenigvuldiging de diploïde toestand kan behouden blijven Toeval bepaalt welk chromosoom (paternaal of maternaal) in de bovenste of onderste helft vd chromosoom zal terecht komen Aantal combinaties: 2 n (mens: 2 23 of > 8miljoen combinaties Crossing over zorgt voor extra genetische variatie. Gekoppelde genen kunnen op deze wijze ontkoppeld worden. Dit gebeurt bij elke meïose, maar plaats waar chiasmata voorkomt is altijd verschillend wat aanleiding geeft tot nog meer nieuwe genetische combinaties Chromosomenverlies en non-disjunctie meïose is een ingewikkeld proces, daarom is het niet verwonderlijk dat er ook fouten optreden. Soms is er bij de anafase I een homoloog paar die niet goed uit elkaar wordt getrokken. 1 dochtercel met een chromosoom teveel (non disjunctie) + 1 met één te weinig (chromosoom verlies) Individuen met één chromosoom te weinig hebben grote afwijkingen en zijn vaak niet levensvatbaar, aangezien alle chromosomen nodig zijn om een normale ontwikkeling te hebben Het extra chromosoom (trisomie) geeft iets vaker een leefbaar milieu. Dit individu vertoon wel afwijkingen. Syndroom v. Down te wijten aan trisomie v. chromosoom 21. Mongolen non disjunctie. Trisomie v. chromosoom 13 - Patausyndroom - Mentaal en fysieke achterstand - Gespleten boven lip - Misvormde voeten - Levensverwachting 2 à 3 maanden Trisomie v. chromosoom 13 en 18 geeft aanleiding tot kortere levensduur. In de andere gevallen embryogonale sterfte. Vrouwen v. boven de 35 zijn gevoeliger voor Trisomie v. chromosoom 18 - Edwardssyndroom - Fysieke en mentale achterstand - Kleine laagstaande oren - Afwijkende vuist - Levensverwachting 2 à 3 maanden Ook tijdens mitose kan het voorkomen. Gebeurt dit tijdens de embryogonale ontwikkeling, dan ontstaat er een individu bestaande uit meerdere celtypen. Mozaieken. Monosomie komt vooral voor bij dierlijke organismen Non-disjunctie als bewijs voor de relatie gen en chromosoom 1. Witogig vrouwtje (X w X w ) kruisen met roodogig mannetje (X w+ Y ) Hierbij wijs w+ op het wild type allele (dus het meest verspreid) Hier bij is w de afwijkende vorm (hier dus witte ogen) rood is dominant over wit 2. Af te leiden bij kruising: F1 mannetjes witogig en vrouwtjes roodogig OPM: Op 2000 nakomelingen waren toch een roodogig mannetje en een witogig vrouwtje 3. Bridge kruiste de mannelijke uitzonderingen terug met witogige vrouwtjes. Resultaat: % aantal afwijkingen nam toe 4. Brigde verklaarde dit fenomeen adhv non disjunctie daardoor ontstonden eicellen met 2 X chromosomen en eicellen zonder X chromosoom Besluit: Door dit aan te tonen, gaf hij een bewijs dat er een verband bestaat tussen overerving v. genen en de expressie v. eigenschapppen en de veredeling vd x chromosomen Stijn Vandelanotte -7- Theorie

8 Chromosomen en overerving Genetica: Theorie Genen liggen op chromosomen (bewijs werd geleverd dmv. Geslachtschromosomen) o Genen komen net als chromosomen voor in paren o Genen worden nauwkeurig verdeeld over de gameten o Genen overerving onafhankelijk over (indien niet gelegen op hetzelfde chromosoom) Geslachtschromosomen Normaal: chromosomen komen in diploïd organisme voor als morfologische gelijke homologe paren o = autosomen of A-chromosomen Geslachtschromosomen (afwijking): bij dieren en de meeste 2huizige planten komt een kleiner Y-chromosoom voor (niet gepaard in het ene geslacht en afwezig in het andere) en het grotere X chromosoom (ongepaard in het ene geslacht en gepaard in het andere) X-chromosoom reeds in 1891 beschreven door Henking o Het werd aanvankelijk gezien als een nucleolus (X-body) Combinatie mogelijkheden o XX (homogametisch geslacht) o XY (heterogametisch geslacht) o XO (Y-chromosoom is verdwenen) X en Y gameten komen in gelijke hoeveelheden voor o P: XX * XY o F1: XX XX XY XY (geslachtsratio is 1:1) Het X-Chromosoom X chromosoom is een normaal chromosoom Bevat 100en genen, waarvan slechts beperkt deel iets te maken hebben met geslachtsbepaling Genen vinden maar gedeeltelijk of niet hun homologen terug overerving niet mendeliaans, maar volgens geslachts gekoppelde overerving D.w.z.: elk gen, zelfs als het recessief voorkomt, komt tot expresssie in de XY constellatie X-chromosoom bepalend voor bv Bloedstollingsfactor, kleurenzicht Worden XY-cellen benadeeld op het vlak v. hoeveelheid genproducten? Nee tijdens de ontwikkeling wordt 1 X-chromosoom geneutraliseerd Tijdens interfase wordt bij XX cellen een X chromosoom omgebouwd tot een Barrlichaampje, daardoor is het genetische niet meer actief. Toeval beslist of het paternale of het maternale X chromosoom actief blijft. Voor cellen vd embryogonale membramen wordt echter steeds het paternale X-chromosoom geïnactiveerd Bij katten wordt de pelskleur en vlekkenpatroon bepaald door genen gelegen op het X chromosoom. Een lapjes kat is een gevolg v. heterozygotie bij de moeder Toeval beslist of paternaal of het maternale chromosoom wordt uitgeschakeld Gevolg: X a leidt tot vlekkenpatroon en X A leidt tot een egale kleur Het gen O op het X chromosoom bezit 2 allelen: O: ros en o: blauwgrijs Gevolg: X O X O / X O Y is rossig Vorming v. het bar lichaampje Dit vereist een XIST-gen (dt ligt op het bewust X chromosoom dat geïnactiveerd wordt) XIST Gen codeert voor een RNA molecule XIST-RNA nestelt zich rond het X-chromosoom en sluit op deze wijze het X-chromosoom af Opm: een 18-tal genen ontsnappen aan de inactivering XIST-gen op actieve X-chromosoom is aanvankelijk ook actief doch wordt snel uitgeschakeld door methylering Het Y-chromosoom Het Y chromosoom bevat weinig genen (grote stukken zijn sterk heterochromatisch) In de pseudo-autosomale zone zijn er 9 gelokaliseerd die overerven zoals gewone autosomen en dus ook op het X-chromosoom te vinden zijn 80 genen buiten Pseudo-autosomale zone Sommige genen coderen voor eiwitten die actief zijn in alle cellen, andere genen coderen voor eiwitten die enkel actief zijn in de mannelijke geslachtsorganen SRY (sex determination region Y): spelt een sleutel rol en noemt men het mastergen zorgt voor cascade v. events zodanig dat een embryo evolueert naar het mannelijk geslacht Zonder SRY verschijnen mannelijke kenmerken niet XX eicellen v. muizen + SRY DNA: mannelijke organismen Bij mens XX: mannelijk door translocatie v. SRY of XY vrouweljk door mutatie terhoogte v. SRY Soms volwaardig chromosoom oa. Bij vissen en 2huizige planten Stijn Vandelanotte -8- Theorie

9 Geslachtsbepalingen Genetica: Theorie Zoogdieren Normale configuratie: XX Vrouwtje (2AXX) XY mannetje (2AXY) Besluit: Dit noemt men mannelijke heterogamie, waarbij het Y chromosoom geslachtsbepalend is Uitzonderingen: 2A/XXY: man met: verminderde intelligentie, versterkte lichamelijke groei, vetzucht 2A/(XXXY,,XXYY): steriele zwakzinnige mannen met beperkt vrouwelijke kenmerken 2A/XXX: vrouw zonder afwijkingen: slechts 1 X chromsoom is actief Barr lichaampje++ 2A/X0 Turner syndroom dwerg groei, zwelling v. handen en voeten, hart en nier problemen, geen spontane puberteit Vrouwelijke heterogamie Vrouwelijke individuen hebben XY: bij vogels, sommige vlinders, sommige vissen, enkele planten Bijzondere gevallen Hymenoptera Onbevruchte eicellen: mannetjes (haploïd) Bevruchte eicellen: vrouwtjes Koningin: voeding Drosophila melagonaster Geslachtsindex: aantal X-chromosomen/aantal autosomen Gynadromorfen (XX: vrouwtjes of X0 mannetjes) Individuen met deel vh lichaam mannelijk en een ander Vrouwelijk. Genetisch zijn de cellen in het vrouwelijk Gedeelte XX en in het mannelijk gedeelte X0 Geslachtsbepalingen bij tweehuizige Angiospermae Chromosoomstellen Geslachtsindex Geslacht 2A + 3X 1.5 Superwijfje 2A + 2X 1.0 Wijfje 2A + 2X + 2Y 1.0 Wijfje 3A + 3X 1.0 Wijfje 4A + 4X 1.0 Wijfje 4A + 3X 0.75 Intersex 3A + 2X 0.67 Intersex 2A + 1X + 1Y 0.5 Mannetje 2A + 1X 0.5 Mannetje 2A + 1X + 2Y 0.5 Mannetje 4A + 2X 0.5 Mannetje 3A + 1X + 1Y 0.33 Super mannet (Geslachtsindex) Slechts 2% vd flora is tweehuizig en is op chromasomaal vlak niet zo sterk ontwikkeld als bij dieren Groep 1: Tweehuizigheid zonder chromosoomheteromorfisme (Carica papaya) Geslachtsgenen dragen zich iets anders tijdens de meïose Crossing over tussen geslachtsgenen is mogelijk Invloed v. milieu en bijkomende genen op het ontstaan v. 2 slachtige of vrouwelijke bloemen op genetische mannelijke planten Groep 2: Genen voor stamper en meeldraden ontwikkeling liggen in zgn. MADS box Conservatieve genen, deze coderen voor transcriptie eiwitten Geslachtsbepalingen door andere aanwezige genen Alle planten vormen meeldraden en stamper primordia Andere genen verstoren ofwel stamper ofwel meeldraden ontwikkeling Uitzonderingen: spinazie, hennep, bingelkruid. Deze hebben al verschillen vanaf begin ontwikkeling OPM: Komkommers - MMFF: enkel vrouwelijke bloemen (gynoecious) - mmff: hermafrodiete bloemen - Mmff: mannelijke + vrouwelijke bloemen - mmff: mannelijke + hermafrodiete bloemen aa: enkel mannelijke bloemen (androecious) Invloed v. hormonen op geslachtskenmerken Vogels: enkel linker ovarium is ontwikkeld; wanneer linker ovarium wordt vernietigd en rechter groeit uit tot testis: verandering v. geslacht Augurk Auxine op mannelijke bloemen: vrouwelijke bloemen Gibberelline op vrouwelijke bloemen: mannelijke bloemen Maïs Gibberellinen op pluim: er ontstaan vrouwelijke structuren Stijn Vandelanotte -9- Theorie

10 Geslachtsgekoppelde erfelijkheid (sex-linkage) = genetische eigenschappen die zich verschillend manifisteren in mannelijk en vrouwelijk geslacht (gevolg vh feit dat het X chromosoom diverse eigenschappen bezit die het Y chromosoom niet bezit) X gekoppelde erfelijkheid de meeste genen vh X chromosoom hebben hun homologen niet op het Y chromosoom o uitz: de genen in de pseudoautosomale zone o gevolg: X chromosomen komen altijd tot expressie, ook al zijn ze recessief VB 1: Oogkleur bij Drosophila basis voor geslachtsgekoppelde overerving o De normale oogkleur vd Drosophila is rood, maar Morgan vond een witogig mannetje (mutant o Hij kruiste en verkreeg in de F1 populatie: Roodogige mannetjes en vrouwtjes (geen witogige) o Hij kruiste en verkreeg in de F2 populatie: 2459 roodogige vrouwtjes, 1011 roodogige mannetjes en 782 witogige mannetjes (opvallend is dat enkel mannetjes witogig zijn) o Bij verdere kruising vanuit F2 kregen we v. alles witogige en roodogige dieren o Ook reciproke kruising gaf een verschillend resultaat Besluiten: oogkleur is geslachtsgebonden. Verklaring: de eigenschap oogkleur is gelokaliseerd op het X chromosoom. Doordat de eigenschap roodogig en witogig aanwezig is op het X chromosoom en witogig recessief tav roodogig kan de F1 populatie enkel roodogig zijn. De witogige mannetjes geven echter de eigenschap door aan hun dochters zodat in de F2 generatie terug witogige mannetjes terug te vinden zijn VB2: Bij de mens (Hemofolie A en Kleurenblindheid) o Dit zijn voorbeelden waarbij het gaat om recessieve factoren o de symptomen komen niet tot uiting bij een heterozygote vrouw, aangezien een vrouw 2 X chromosomen bezit zullen er 50 % vd cellen normaal kunnen zien en dat is genoeg om niet kleurenblind te zijn o Zelfde redenering bij hemofolie o Wanneer een heterozygote vrouw nakomelingen krijgt v/e normaal ziende man zal de helft v. haar zonen de afwijking dragen en de helft vd dochters. Toch zal de afwijking slechts tot expressie komen bij de zonen o Als een kleurenblinde man, kinderen maakt zullen de zonen nooit de afwijking dragen tenzij de moeder heterozygoot was (aangezien de zonen de X chromosoom steeds vd moeder ontvangen) Y gekoppelde erfelijkheid Y gekoppelde genen komen zeldzaam voor Bij mens: beharing vd oorrand o Vooral verspreid in Z azie Bij vissoort Lebestes spp o Y gen drager v. maculatus gen gekleurde vlek aan basis vd dorsale vin o Overerving v. vader op zoon o Vrouwelijke individuen in de populatie kunnen nooit drager zijn v. deze Y gekoppelde genen X en Y gekoppelde genen Homologe zones bij het X en Y chromosoom VB: Drosophila Melagonaster: normale beharing en kortere en fijnere beharing o Gevolgen v. X en Y gekoppelde genen # Heterozygoot homogametisch organisme zal recessief gen doorgeven aan de helft v. haar dochters en de helft v. haar zonen. Enkel bij de heterogametische nakomelingen zal het recessieve kenmerk tot uiting komen # Y gekoppeld gen zal enkel doorgegeven worden aan de heterogametische nakomelingen # Reciproke kruisingen gevengeen identieke resultaten. De heterogametische nakomelingen erft zijn enig X chromosoom steeds vd homogametische ouder Stijn Vandelanotte -10- Theorie

11 Hoofstuk 3: Uitbreidingen vd wetten v. Mendel Multiple allelen Een gen bezit meer dan 2 verschijningsvormen (recessief en dominant). Diploïde individuen kunnen echter maar 2 vormen v. het gen tegelijkertijd dragen Voorbeelden hiervan zijn: Bloedgroepen Pelskleur CC, Cc ch, Cc h, Cc donkergrijs c ch c ch, c ch c h, c ch c chinchilla c h c h, c h c himalayan cc albino incompatibiliteitsallelen D.W.Z.: Het onvermogen dat bij een aantal kruisbestuivende planten aanwezig is om zygoten te vormen na zelfbestuiving. Kort samengevat komt het erop neer dat een stuifmeelkorrel met een bepaald allelle (bv S1) in zijn kieming sterk geremd wordt door de stempels en stijlen v. iedere plant die S1 in zijn genotype bezit bv. S1S2, S1S3. Daar tegen over staat de kruising v. S1S2 met S3S4 zal in beide reciproke kruisingen 4 genotypen opleveren in de verhouding 1:1:1:1 OPM bij sporofyten: dus in geval v. sporofytische incompatibliteit is interactie tussen S allellen mogelijk: de S- allelen kunnen in pollen en stamper dominantie vertonen of individueel werken. De interacties pollen en stamper kunnen verschillend zijn Weefselafstoting bij de mens Komt voor bij organen of weefsel transplantaties Systeem wordt beheerst door 2 genen: HLA-A en HLA-B waarbij beide genen 8 allelen bezitten (A1,A2,A3, A9,A10,A11 en B5, B7, B8,B13,B14, B18 en B27) Afstoting gebeurt wanneer in het donorweefsel een allele voorkomt die niet aanwezig is bij de patient Bv: A1A2 B5B5 (patient) A1A1 B5B7 (donor) afstoting door B7 Afwezigheid v. dominantie Voorbeeld: Mirabilis jalopa P: witte bloem (rr) x rode bloem (RR) F1 : Roze (Rr) F2: rode bloem (RR) en 2x roze bloem (Rr) en Witte bloem (rr) Partiele overerving Partiele dominantie: C cr C cr x CC = CC cr Verklaring: Het noodzakelijke enzym wordt gecodeerd als het allele I. Allele i daarentegen is niet in staat het gewenste enzym te laten aanmaken. Het genotype II geeft het fenotype Rood, terwijl ii het fenotype wit veroorzaakt. De heterozygote vorm Ii is dus blijkbaar niet instaat om voldoende rode pigmentstof aan te maken roze kleur Co dominantie Dit is het verschijnsel waarbij de in heterozygote toestand aanwezige allelen beiden tot expressie komen Bloedgroepen Functie: deze coderen voor polysacchariden die vastzitten aan het oppervlak vd rode bloedcellen Types: Er bestaan 2 types nl Polysachariden A en Polysachariden B De allelen I A en I B staan in voor de codering. Beiden gedragen zich dominant Het allel I 0 kan noch polysacharide A noch polysacharide B laten produceren en is recessief Resultaat: I 0 I 0 : geen polysachariden bloedgroep 0 I A I A en I A I 0 : polysacharide A bloedgroep A I B I B en I B I 0 : polysacharide B bloedgroep B I A I B : polysacharide A en B bloedgroep AB Bloed produceert anti lichamen tegen glycoproteinen van andere bloedgroep Fenotype Genotype Antilichamen in Klontering wanneer in contact komen met serum v. serum O A B AB 0 I 0 I 0 Anti A en Anti B Nee Ja Ja Ja A I A I A en I A I 0 Anti B Nee nee Ja Ja B I B I B en I B I 0 Anti A Nee Ja Nee Ja AB I A I B geen Nee Nee Nee Nee Sikkelanemie Hb A Hb A : normale rode bloedcellen Hb S Hb S : enkel sikkelvormige rode bloedcellen Hb A Hb S : normale en sikkelvormige rode bloedcellen problemen met zuurstof aanvoer problemen bij lage 02 condities Stijn Vandelanotte -11- Theorie

12 Onderlinge beïnvloeding v. genen Levende organismen zijn echter complexe biochemische systemen waarbij eigenschappen vaak het resultaat zijnvan een reeks op elkaar inspelende chemische reacties. Het is dan ook logisch dat genen en hun allelen elkaar gaan beïnvloeden Casestudie I: pelskleur v. knaagdieren 5 genen worden betrokken bij de pelskleur v. knaagdieren A, B, C, D en S A-gen: Wild type. Grijze pels met streep motief (aa: meer uniform grijs; A y letaal: gele pels en A t : crème kleurige pels met zwarte pigmentatie) B-gen: Agouti in combinatie met A Egaal zwart in combinatie met aa; A-bb is gestreept bruin; aabb = egaal bruin 1 e P: AABB (agouti) x aabb (bruin) F1: AaBb (agouti) F2: 9 A-B- (agouti), 3 A-bb (cinnamon), 3 aab- (zwart), 1aabb (bruin) C-gen: laat toe dat de pelskleur tot expressie komen; cc verhindert dit = epistasis: een niet allelisch gen maskeert het effect v/e ander 2e P: BBcc (albino) x bbcc(bruin) F1: BbCc (zwart) F2: 9 B-C- (zwart), 3 bbc- (bruin), 3 B-cc (albino), 1 bbcc (albino) D-gen: modificerend gen, d.w.z. DD en Dd laten volledige expressie toe terwijl dd een afgezwakte vorm geeft 3 e P: BBdd (zwart ) x bbdd (bruin) F1: BbDd (zwart) F2: 9 B-D- (zwart), 3 B-dd (zwart ), 3 bbd- (bruin), 1 bbdd (bruin ) S gen: leid tot vlekken S- egaal Ss vlekken Casestudie II: bloemkleur bij erwten We starten met de kruising v. twee witbloemige genetisch zuivere erwtencultivars P: AAbb (wit) x aabb (wit) F1: AaBb (paars) F2: 9 A-B- (paars), 3 A-bb (wit), 3 aab- (wit), 1 aabb (wit) Besluit: A en B zijn complementaire genen We noemen de hierboven complementaire genen, dominant complimentaire genen. V. beiden heeft men een dominant allel nodig (A-B- is genoeg) Daarnaast bestaat ook recessief complementaire genen. V. beiden heeft men 2 recessieve allelen ndg (aabb nodig) Lees pagina 49 bovenaan ook eens! Casestudie III: productie v. malvidine bij primula We starten met de kruising v/e producerende en een niet producerende plant P: KKdd (productie) x kkdd (geen productie) F1: KkDd (geen productie) F2: 9 K-D- (geen productie), 3 kkd- (geen productie), 1 kkdd (geen productie), 3 K-dd (productie) Besluit: D is een supressor gen Er is pas productie bij aanwezigheid v/e K (dominant over k) en dd (het suppresorgen) Lethale factoren Door mutatie kan een genetische code verandert worden waardoor mogelijks levensbelangrijke functies worden verstoord en het individu niet meer levensvatbaar is of jong sterft. Dergelijke gemuteerde genen noemt men lethale factoren of lethale allelen Het kan in een populatie in heterozygote toestand overleven Inteelt brengt lethale factoren tot expressie Lethaal equivalent: lethale factor is niet dodelijk maar vitaliteit vermindert (genetic load) VB P:?? mutatie treedt op F1: A Y A x A Y A F2: ¼ AA (normaal) ½ A Y A (verkeerd) ¼ A Y A Y (niet levensvatbaar) gevolg: 1/3 normaal en 2/3 verkeerd Stijn Vandelanotte -12- Theorie

13 Inteelt en heterosis Genetica: Theorie Inteelt? o Indien de graad v. verwantschap vd ouders groter is dan het gemiddelde vd populatie inteelt Bv: Kruisbestuivende planten die noodgedwongen aan zelfbestuiving doen o Gevolg: Inteeltdepressie Afname vitaliteit en vruchtbaarheid Heterosis? o Kruisen v. homozygote lijnen (inteeltlijnen) o Heterosiseffect: herstel v. heterozygotie Gevolg: oorspronkelijke groeikracht wordt hersteld en vaak zelf overtroffen o Ontstaan v. hybride rassen Door: kruising v. inteeltlijnen met de beste combinatie geschiktheid Bv: Maisrassen (zie bottelaere) o Verklaring: Dominantie: heterozygotie wordt hersteld AA x aa Aa bb x BB Bb CC x cc Cc Overdominantie: nakomeling is beter dan beide ouders: mogelijk door gunstige combinatie v. dominante allelen (bv. Regulatiegenen worden gunstig beïnvloed) Dominante allelen moeten in dezelfde richting werken: directionele dominantie Pleiotropie Één gen is verantwoordelijk voor meerdere kenmerken Bv: Laciniata mutant bij erwt: één gen beïnvloedt 20 kenmerken Het gelijktijdig optreden v. deze eigenschappen noemt men een syndroom Bij pleiotropie zal de dominantie voor alle kenmerken meestal liggen bij dezelfde allele, maar er zijn ook pleiotrope allelen die dominantie vertonen voor één kenmerk en recessiviteit voor andere Bv: Gekleurde bloemen geven aanleiding tot gekleurde zaden die tannine rijk zijn. Wit bloeiende planten daarentegen geven witte zaden die tannine arm zijn. Dit maakt het mogelijk visueel te selecteren naar tannine arme genotypes Gevolg: belangrijk voor de veredeling en selectie wordt uiteraard veel gemakkelijker Verklaring voor pleiotropie Een bepaald enzym (gevormd door bepaald gen) beïnvloedt de ontogenese v. verschillende celgroepen of verandert een bepaald fysiologisch evenwicht dat gelijktijdig meerdere gevolgen heeft, zoals het geval is met fytohormonen Soms kan er gelijktijdig een wijziging gebeurd zijn bij naast elkaar liggende paren: bv wegvallen of omkeren v/e stukje DNA Polygenie Wat? Meerdere genen bepalen 1 kenmerk Isofene polygenie: het beschouwde kenmerk is het resultaat v/e achtereenvolgende gecombineerde werking v. meerdere genen: één gen defect geen eindresultaat Bv Chlorofylvorming: A B C D Eindresultaat Anisofene polygenie: genen werken samen voor de realisatie van één kenmerk (kwantitatieve kenmerken als opbrengst, groeisnelheid) Hoe meer dominante allelen, hoe roder korrel kleur Dit verschijnsel wordt additiviteit genoemd OPM: bij anisofene polygenie kunnen genen elkaar ook tegenwerken Stijn Vandelanotte -13- Theorie

14 Expressiviteit v/e gen Wat? Graad v. uiting v/e kenmerk (op het niveau v/e individu) VB. Dubbele bloemen bij sierplanten Enkele meeldraden en vruchtbladen zijn verandert in kroonbladeren meer bloembladeren Oorzaak? Een recessief gen Op dezelfde plant of andere planten die drager zijn vh recessief gen komen echter vaak bloemen voor met een verschillende graad v. vulling. (vroege of late bloemen ; top en basisbloemen). Voor de gehele plant is het kenmerk gevulde bloemen wel herkenbaar, maar is de expressiviteit verschilt. In andere gevallen kunnen aanvankelijk dominante genen, hun dominantie verliezen in de loop vd ontwikkeling of kan hun expressiviteit verandert worden door aanwezigheid v. modifiers Beinvloeding v/e gen door de omgeving (temperatuursverschillen) Bv: Himalayan Konijn (c h c h en c h c) pag 55 wit, normaal, zwarte plekken Beinvloeding door voeding Penetrantie Wat? Het % individuen met een bepaald genotype die het fenotype tot uiting brengt binnen een zuiver lijn of kloon (op het niveau v/e populatie in tegenstelling tot expressiviteit) Bv: 40% Penetrantie d.w.z.: slechts 40% vd individuen in een populatie,, die homozygoot zijn voor het kenmerk, brengt het kenmerk tot expressie. De andere 60% bezitten dit gen wel het komt niet tot uiting. (tgv: epistatische effecten, modifiers, suppresor genen OPM: Het is evident dat Penetrantie afh. is vd omstandigheden Vb bij de mens: Brachydactylis : % Penetrantie Autosomaal dominant kenmerk dat korte vingers en tenen veroorzaakt Vb bij de mens: Neurofibromatosis: % Penetrantie Veroorzaakt tumoren over ganse lichaam. Expressiviteit ervan kan wel enorm verschillen. V. gewone donkere vlekken tot tumoren over het ganse lichaam Imprinting Wat? Gameet bepaalt welke allele tot uiting komt: maternaal of paternaal Of? Genen bij de nakomelingen worden onderdrukt in functie vd ouder die ze geleverd heeft Volgt de wetten v. Mendel niet genen bij zoogdieren zijn beschreven waarbij imprinting voorkomt Bv. Ifg2, Igfr2 Gevolg? Indien verstoring? ernstige gevolgen Slechte celfuncties Kanker: slechte celdeling Beide allelen v. Igf2 komen tot expressie: onregelmatig deelpatroon en kanker Sluit parthenogenesis uit bij zoogdieren: Ifg2 werkt paternaal 2 vrouwelijke genomen zijn niet instaat om een levensvatbare nakomeling te baren Door imprinting wordt de maternale allel buiten werking gesteld Werking? Het start tijdens de vorming vd gameten. Genen zouden worden uitgeschakeld door methylering v. cytosine in de upstream promotor zone vh gen. Daardoor kunnen transcriptie factoren zich niet meer binden en wordt geen functioneel mrna gevormd. Deze Methylering gebeurt in de zgn. CG zones Duplicaat genen 2 genen kunnen eenzelfde expressie geven Aabb aabb Aabb zelfde resultaat aabb AABB - aabb wijkt af Fenotypische verhouding: 15 : 1 Een voorbeeld hiervan is de hauwtjes v. herderstasje Stijn Vandelanotte -14- Theorie

15 Hoofdstuk 4: Genkoppeling (linkage), crossing over en gen lokalisatie (gen mapping) Genen v. eenzelfde chromosoom worden als gekoppelde identiteiten overgeerfd Gevolg: afwijkend resultaat v. wetten v. Mendel Principe van genkoppeling 2 genen paren P bloemkleur: P = purper en p = rood L pollenvorm: L = langgerekt en l = rond F2: ratio s 69,5% P-L- 5,6% P-ll 5,6% ppl- 19,3% ppll verschillend met 9:3:3:1 of 56,25% : 18,75% : 18,75%: 6,25 % Verklaring v. het verschil werd beschreven door Morgan steunend op kruisingswerk met D. Melagonaster 2 autosome genenparen: Oogkleur: rood (pr + ) of wit (pr) Vleugellengte: normaal (vg + ) of kort (vg) P: prprvgvg x pr + pr + vg + vg + F1 : pr + prvg + vg (vrouwtjes) x prprvgvg (testkruising) F2: pr + pr vg + vg: 1339 prprvgvg: 1195 pr + prvgvg: 151 prprvg + vg : 154 Conclusie Sterke verschillen met verwachte 1 :1 :1 :1 Oudertypes zijn het omvangrijkst aanwezig 1 :1 verhouding tussen ouderlijke types en recombinanten Verklaring Morgan: Genen liggen op hetzelfde chromosoom. Volgens Morgan gebeurt er een chromosomale uitwisseling (crossing over) tijdens de meïose op het ogenblik dat de homologe chromosomen gepaard gaan liggen. Daarnaast stelde hij dat het gebeurde bij de vorming vd chiasmata A en B zijn onafhankelijk genen H en I zijn gekoppelde genen AABB x aabb F1: AaBb Gameten: Ab, AB, ab,ab HHII x hhii F1: HI/hi Gameten: HI en hi Twee soorten schikkingen zijn mogelijk Cis configuratie of koppelingsfase Als de recessief of resp. de dominante allelen op een zelfde chromosoom liggen Trans configuratie of repulsieve fase Als de recessieve allele gekoppeld wordt met de dominante allele Mechanisme v. crossing over Treedt op tijdens profase I: 2 nietzusterchromatiden wisselen homologe chromosoomstukjes uit ter hoogte vd chiasmata Uitwisselingsproces bestaat er dus in v. 1st breken en dan opnieuw verenigen v. chromatiden. Resulterend in een reciproke uitwisseling v. gelijke en corresponderende segmenten. Bij crossing over steeds dezelfde genen betrokken. Crossing over gebeurt adrandom langsheen een chromosoompaar. De probabiliteit v. optreden v/e crossing over tussen 2 loci neemt toe naarmate de afstand tussen de beschouwde loci groter wordt. Crossing over is een nauwkeurig proces. Al de stukken die afbreken worden terug opgevist. Crossing over wordt slechts opgemerkt wanneer er zgn. merkers bij de uitwisseling betrokken zijn. Merkers zijn genen die de uitwisseling fenotypisch duidelijk maken. Ze laten toe in de F1 fase crossing over waar te nemen, gezien er genproducten in koppelingsfase en in repulsieve fase worden waargenomen. Als 2 loci dicht bij elkaar liggen, is de kans op crossing over miniem. Dan krijgt men uitsluitend parentale gameten. En spreekt men v. absolute koppeling Stijn Vandelanotte -15- Theorie

16 Testkruisingen Veronderstel a en b zijn recessieve mutanten vd genen A en B en genen a en b liggen gekoppeld. 1. homozygote mutant ab/ab wordt gekruist met homozygote wild type AB/AB 2. F1 = AB/ab 3. kruisen v. F1 met homozygote mutant 4. Nakomelingschap: Parentaal: AB/ab ab/ab deze komen beiden ongeveer evenveel voor Recombinant: Ab/ab ab/ab komen ook beiden ongeveer evenveel voor Het aantal recombinanten kan berekend worden met volgende formule: % recombinanten = aantal recombinante fenotypes / totaal aantal nakomeling in nakomelingschap testkruising Bij absolute koppeling zal bij het maken vd testkruising F1 met homozygoot recessief steeds de parentale fenotypes worden teruggevonden. En gebeurt wanneer genen dicht bij elkaar liggen en crossing over dus niet meer mogelijk is Absolute koppeling Onafhankelijk overerving Ouderlijk AaBb Recombinanten A-bb aab- ½ 0 0 ½ ¼ ¼ ¼ ¼ Onafhankelijke overerving leidt tot interchromosale Intrachromosomale > ¼ < ¼ < ¼ > ¼ recombinantie variatie Absolute koppeling leidt tot geen recombinanten, dit gebeurt als de genen zeer dicht bij elkaar liggen Crossing over leidt tot intrachromosale recombinatie Max 50% recombinanten zonder crossing over 100% ouderlijke gameten na testkruising <50% recombinanten Mbv. De chi kwadraat test kan nagegaan worden of de gevonden verhoudingen voldoen aan onafhankelijke overerving. Dubbele crossing over Aangezien recombinatie ad random gebeurt, is het ook mogelijk dat meer dan 1 crossing over gebeurt. Waarbij de verschillende crossing overs onafhankelijk v. elkaar gebeuren Multiple crossing over. Stel de kans dat er crossing over gebeurt tussen gen A en B = 20 % en tussen B en C = 30% dan is de kans dat er crossing over gebeurt tussen A en B en B en C = 20% * 30% = 6% Dubbele crossing over kan tevens enkel worden waargenomen bij aanwezigheid v. 3 merkers. Crossing over grijpt plaats in diploteen v. profase I vd meïose. Op dat moment liggen de 4 chromatiden vd 2 homologe chromosomen naast elkaar. Bij een dubbele crossing over kuunen ofwel 2 ofwel 3 ofwel alle 4 de chromatiden betrokken zijn. Het resultaat is wel verschillend: two strand crossing over resulteert in 2 chromosomen die een uitwisseling hebben ondergaan en 2 chromosomen die volledig parentaal zijn. Tree strand crossing over geeft 3 chromosomen die een uitwisseling hebben ondergaan en 1 niet. Four strand crossing over geeft 4 chromosomen die een uitwisseling hebben ondergaan. Om na te gaan of 2 chromosomen al dan niet gekoppeld liggen dienen we ze te linken aan andere genen. We dienen maw. Een zgn. linkage groep te construeren. Gen locatie / gen mapping Map unit en linkage groups Wat we al weten Crossing over gebeurt min of meer willekeurig Frequentie crossing over ~ afstand tussen 2 genen Zeer ver uit elkaar gelegen 100% crossing over 50% vd gameten zijn recombinant Dicht bij elkaar gelegen 0% crossing over absolute koppeling Gevolg: Recombinantie Frequentie tussen 2 gekoppelde genen, is een maat voor de afstand tussen die 2 genen (dit werd voor het 1st ingezien door Sturtevant, student v. Morgan) hij stelde dat het mogelijk was om: De lineaire volgorde vd genen te bepalen op een chromosoom; er kan m.a.w. een koppelingskaart of linkage map gemaakt worden De relatieve afstand tussen 2 genen te bepalen en uit te drukken in genetische units of map units (=mu) mu = centi Morgan waarbij 1 cm = 1% recombinatie 1 mu 1000 kbasen Ouderlijk aabb Stijn Vandelanotte -16- Theorie

17 Map unit In hoeverre is map unit gelijk aan fysische afstand tussen genen? Crossing overs gebeuren niet met dezelfde frequentie in alle chromosomale delen: bv. heterochromatine veel minder Fysische toestand wordt onderschat Minder crossing over bij mannen dan bij vrouwen Bij Drosophila geen CO bij mannetjes mu = 0 Wanneer genen ver uiteen liggen meer kans op dubbele CO (wordt echter moelijk gedetecteerd Grote verschillen gevonden tussen recombinanties en werkelijke crossing overs Wanneer genen dichter liggen enkel Singuliere crossing over CO circa gelijk met aantal gevonden recombinanten Absolute koppeling vanaf: 10 cm : bij de mens basenparen Soortafhankelijk Genenafhankelijk Genlocatie mbv een drie factorenkruising We beschouwen: 3 genen bij mais gelegen op een chromosoom. Mutante recessieve allelen: lz (dwerggroei), gl (glanzende bladeren), su (suikerrijk endosperm) Kruising: LzGlSu/lzglsu x lzglsu/lzglsu (= de tester) Resultaat: Omschrijving fenotype Genotype gameten (heterozygote ouder) Aantal die voorkomt Wildtype Dwerg,glanzend, suikerrijk Dwerggroei Glanzend, suikerrijk Glanzende bladeren Dwerg, suikerrijk Suikerrijk endosperm Dwerg, glanzend LzGlSu lzglsu lzglsu Lzglsu LzglSu lzglsu LzGlsu lzglsu Minst aantal keer voorkomend is lzglsu en LzGlsu. Wetende dat dubbele crossing over minst voorkomt kunnen we ook stellen dat dit de dubbele crossing over is. Ouderlijke types komen hier meest voor wat ook het voorgaande bevestigd 2 types enkelvoudige crossing over Tussen lz en su: Lzsugl: 40 en lzsugl: 33 Tussen su en gl: LzSugl: 59 en lzsugl: 44 Totaal aantal crossing overs tussen su en lz = = 79 Totaal aantal crossing overs tussen su en gl = = 109 Controle: totaal aantal CO s tussen gl en lz = * (2+4) = 188 Gevolg: Crossing over frequentie su en gl: 109/740 = 14,8 % 14,8 mu Crossing over frequentie su en lz: 79/ 740 = 10,7% 10,7 mu Controle: CO frequentie lz en gl: 188/740 = 25,4% = 14,8% + 10,7% Interferentie Probleem onze productregel uit voorgaande paragraaf: P(DCO) = P(SCO, su en gl) * P(SCO, su en lz) = 1,5% 0,8 % Het verschil met het reële aantal DCO is niet enkel te wijten aan experimentele fouten, maar ook aan het beschermen v/e chromosale regio tegen een 2 e CO. Maw. Het optreden v/e CO in een zone remt het optreden v/e 2 e CO af in diezelfde zone. Dit verschijnsel wordt chiasma of chromosoom interferentie genoemd. De interferentie is moeilijk te voorspellen en varieert per soort en zelfs per chromosoomsegment. Om een goede mapping uit te voeren is het echter nodig om een idee vd grootte vd interferentie te berekenen. Algemeen wordt deze ingeschat via het berekenen v/e toevalscoefficient = aantal waargenomen dubbele crossing overs / aantal verwachte crossing overs I = 1 toevalscoefficient (tussen 0 (geen vd verwachte C0 s zijn gebeurt) en 1 (alle verwachte CO s zijn ook gebeurt)) Stijn Vandelanotte -17- Theorie

18 Hoofstuk 5: De chemische structuur en moleculaire organisatie v. het genetische materiaal Inleiding Structuureiwitten De onmiskenbare bouwstenen in membraamstructuren, bindweefsel De georganiseerde productie v. eiwitten (met enzymatische werking) en metabolieten leidt tot differentie v. celtypes en de specifieke kenmerken v. het celmetabolisme: bladcel chloroplast FS Eiwitten: eigenschappen worden bepaald door aard, frequentie v. voorkomen en volgorde vd aminozuren Deze informatie bevind zich op het DNA Het gecontroleerd tot expressie komen vd genen bepaald de ontwikkeling en de kenmerken v/e organisme DNA mrna ribosomen eiwitten De expressie v. genen gebeurt op celniveau (tijdens differentiatie v. cellen zullen bepaalde genen uitdoven en andere geactiveerd worden De chemische structuur v. DNA en RNA Stapsgewijze ontrafeling 1869: Miesher o Fosfor bevattende materie in de kern v. witte bloedcellen: het nucleine o De inhoud vd kern is zuur: nucleine zuur 1910: 2 types nucleïnezuren op basis v. suikermolecule o Met desoxyribose: DNA DeoxyriboNucleid Acid of desoxyribosenucleinezuur o Met ribose: RNA RiboNucleid Acid of ribosenucleinezuur 1924: o Chromosomen = DNA + Eiwitten o DNA: hoeveelheid is constant o RNA: hoeveelheid is variabel o Eiwitten zijn drager v. genetische informatie : DNA is drager v. genetische informatie 1953: Watson en Crick o DNA kan zich repliceren onder invloed vd in de cel aanwezige enzymen werd vrij snel bevestigd Chemische samenstelling DNA is een polymeer v. 2 desoxyribose + fosforzuur + 4 verschillende N-bazen N basen: o Cyclisch, kunnen H+ opnemen o Types: Purinebasen (grote) en pyrimidinebasen (kleine) Nucleoside o De N basen zitten vast met één v. hun N-atomen aan het 1 e C-atoom v. desoxyribose = nucleoside Nucleotide o Nucleoside + fosforzuur o 4 nucleotiden zijn gekend, gezien DNA 4 basen telt kunnen 4 verschillende nucleotiden voorkomen Desoxyadenosine monofosfaat, desoxyguanosine monofosfaat Desoxycytidine monofosfaat, dexoxythymidine monofosfaat In de DNA polymeer zijn de nucleotiden aan elkaar gebonden tot een polynucleotideketen, waarbij 5-C-atoom v. desoxyribose vastzit aan de fosfaatgroep, die op zijn beurt gebonden is aan het 3 C atoom v. het volgende suiker. o Bindingspatroon: wordt het fosfodiesterbinding genoemd Volgende bevindingen kunnen worden afgeleid uit moleculair onderzoek v. DNA o De totale concentratie aan purinebasen is steeds gelijk aan deze v. pyrimidebasen o De totale concentratie v. thymine is gelijk aan deze v. adenine en deze v. cytosine aan guanine RNA is opgebouwd uit ribose, fosforzuur en een N-base o Adenine en guanine zijn weer de purinebasen o Cytosine en uracil de pyrimidebasen (uracil is vergelijkbaar met thymine) Uracil vervangt thymine structuur: uridine 5 monofosfaat In trna komt ook wel thymine voor Besluit: DNA en RNA zijn chemisch verschillend opgebouwd o Aanwezigheid v. extra OH groep en uracil ipv thymine Gevolg: DNA en RNA verschillende chemische en biologische karakteristieken bezitten o RNA: door extra hydroxyl groep minder stabiel o RNA en DNA hebben verschillende polymerase enzymen o Uracil kost minder energie om te produceren dan thymine, maar is minder stabiel o RNA is voordeliger om mee te werken o DNA is genetische bib v/e cel cel heeft er voordeel bij om thymine in te bouwen in DNA Stijn Vandelanotte -18- Theorie

19 Fysische en ruimtelijke structuur v. DNA (beschreven door Watson en Crick) DNA = 2 polynucleotideketens die spiraalsgewijs rond elkaar zijn gedraaid (= dubbele helix structuur) Diameter = 2 mm De 2 ketens zijn antiparallel d.w.z. ze zijn in de tegenovergestelde richting georiënteerd Fosfaten en desoxyribose vormen het skelet N-basen zijn naar binnen gericht De basen zijn vlakke structuren die tussen de gespiraliseerde suikerfosfaat strengen liggen De basenparen staan loodrecht op de helix as Complementaire basenparen: de basen worden in de dubbele helix samengehouden door waterstofbruggen en vanderwaalskrachten. Adenine met cytosine en guanine met thymine Er ligt dus een grote purine base gekoppeld aan een kleine pyrimidinebasen Gevolg v. deze complementariteit: de basenvolgorde vd ene streng bepaalt de volgorde vd andere basenstreng Iedere keten maakt een volledige omwenteling v. 360 om de 3,4 nm 10 basenparen perwenteling (basenpaar op 0,34 nm v. elkaar) Door de specifieke wijze waarop de N basen met elkaar verbinden, varieert de afstand tot de helix as vd suikerfosfaat strengen Gevolg: groeven met verschillende afmetingen Major groef en minor groef : beide zijn breedt genoeg om eiwitten te binden met de N-basen Lussen in DNA DNA is een tamelijk flexibele molecule: ondergaat vormveranderingen (vormen v. lussen) Vooral bij sequenties CAAAAAT (zeker wanneer de sequentie 4 tot 5 maal herhaald wordt) Vormen palingdromen Herkenningspunten voor eiwitten Endonuclease enzymen Regulatie eiwitten: hormonen receptor complexen Diversiteit in DNA structuur Na meer gedetailleerd X stralen onderzoek werd duidelijk dat DNA meer vormen kan aannemen In waterrijke omgeving: B vorm In uitgedroogde toestand: A vorm, waarbij de basen een hoek met 70 vormen met de helix as Deze 2 zijn rechtsdraaiend A: 11 basenpren per wending De Z vorm bestaat uit G-C frequenties, linksdraaiend. Waarbij de suiker fosfaatgroepen een zigzagstructuur vertonen 12 basen paren per wending Komt in levende cellen voor: B en Z A vorm komt enkel voor als het DNA sterk gehydrateerd is Z DNA eiwit komt voor in Drosophila,mens, tarwe Rol v. Z DNA? Hierover wordt ng gediscusieerd, maar over het algemeen wordt aangenomen dat het een rol speelt bij het ontwikkelen v. B-DNA bij replicatie en transcriptie. Het Z-DNA zou instaat zijn het rechtsdraaiend B-DNA te strekken DNA Replicatie Principe Tijdens een replicatie komen de 2 DNA strengen los door verbreking vd waterstofbruggen (enzymatisch) Elk v. beide strengen fungeert als matrijs waarop een nieuwe complementaire keten wordt gevormd Het proces vereist de herkenning v. ieder individueel nucleotide op het DNA door een vrij complementair nucleotide Het is een semi-conservatief proces nucleotiden per seconde Bv 500 nucleotiden / s en 10 basenparen per 360 helix moet zich 50x roteren Stijn Vandelanotte -19- Theorie

20 Replicatie proces bij prokaryoten DNA-polymerasen # Spelen centrale rol bij DNA replicatie # Ze zijn instaat desoxyribonucleotiden te koppelen aan het 3 uiteinde vd bestaande keten # De in te bouwen nucleotiden worden aangevoerd als 5 triofosfaten: datp, dgtp, dctp en dttp De synthese verloop v. 5 P 3 OH, gezien DNA polymerase de bestaande streng alleen in de 3 5 kan aflezen Aan het uiteinde vh 3 OH zorgt het DNA polymerase voor de katalysering v/e fosfodiesterbinding tussen de 3 OH groep vd desoxyribose vd laatste nucleotide vd groeiende DNA keten en v. het 5 P v. het aangevoerde desoxyribonucleosidetrifosfaat afsplitsing v. anorganische pyrofosfaat (PPi) Het polymerase schuift voer de bestaande DNA streng v. 3 OH naar 5 P # Replicatie kan niet doorgaan als Geen groeiende DNA streng aanwezig is 1 vd 4 triofosfaten desoxynucleotiden afwezig is Geen Mg2+ aanwezig Geen polymerasen aanwezig zijn # Verschillende DNA polymerasen zijn aanwezig I: vervvanging v. RNA primers codering door gen pol A (één eiwitketen) polymerisatie: 5 3 Exonuclease: 3 5 ; 5 3 III plaatsen v. nucleotiden Codering verschillende genen: bestaat uit meerdere eiwitten Polymeratie: 5 3 Exonuclease: 3 5 II: herstelfunctie Codering door gen pol B Polymerisatie: 5 3 Exonuclease: 3 5 Initiatie Start vereist dat de 2 strengen worden gescheiden Dit gebeurt bij bepaalde nucleotde sequentie. Initiatie eiwit bindt zich op het initiatiepunt. De 2 strengen worden op dit punt afgewikkeld en uitelkaar geduwd Katalysatie door helixase die eerst gebonden wordt aan het initiatie eiwit en daarna aan het DNA Primase bind zich op het helixase en het reeds afgewikkelde DNA en brengt de eigenlijke replicatie opgang OPM: de hierboven beschreven enzymen is instaat een nieuwe DNA keten te starten RNA stukje daarvoor: RNA primer Wordt aangemaakt wanneer primase geactiveerd is door helixase Het start met 2 purine nucleotiden en fungeert als substraat voor verdere DNA replicatie De RNA nucleotiden blijven geen deel uitmaken vh DNA maaar worden later verwijdert OPM: het complex v. primase, helixase en andere eiwitten neomt men primosoom Stijn Vandelanotte -20- Theorie