GENETIKA

- otkrića u genetici ujedinila su teme u cijeloj biologiji → glavna tematska veza je DNA- nauka o nasljednosti- riječ dolazi od riječi gen (nosilac nasljednih svojstava)- razvoj kreće nakon 1860. i G Mendela → radio pokuse sa križanjem graška- osnovna pitanja genetike uključuju: fenomen nasljeđa, molekularnu prirodu genskog materijala,

načine na koji geni kontroliraju metabolizam i razvoj, distribucija i ponašanje gena u populacijama- istraživanja → osnovna: provode se za razumijevanje osnovnog fenomena koji će biti kasnije

primjenjeni → primjenjena: pr. u poljoprivredi, u medicini...

- glavne grane genetike: 1. KLASIČNA (transmisijska) genetika – proučava prijenos i rekombinaciju gena iz generacije u

generaciju (kod životinja, čovjeka, biljaka)2. MOLEKULARNA genetika – proučava strukturu i funkciju gena na molekularnoj razini3. POPULACIJSKA genetika – proučava ponašanje gena u populaciji4. CITOGENETIKA – proučava nasljednost na nivou kromosoma i ostalih staničnih organela5. KVANTITATIVNA genetika – proučava efekte gena na nivou svojstava fenotipa i zakonitosti

koje se u tome pokazuju

- razlike među organizmima su rezultat razlike u genima, a razlike su posljedica evolucijskih procesa: mutacija – promjene u genetskom materijalurekombinacija – promjene genetskog materijala između kromosomaselekcije

Gregor Mendel, otac genetike → eksperiment s graškomCharles Darwin → teorija evolucijeHugo Vries, 1900. & Carl Correns Sutton & Boreri → kromosomska teorija nasljeđivanjaWilliam Bateson, 1905. → naziv genetikaG. A. Hardy, 1908.W. Johansen, 1909. → genMorgan, 1911. → prvi gen lociran u spolnom kromosomu (boja očiju), crossing overWatson & Crick, 1953. → struktura molekule DNAMeselson & Stahl, 1958. Severo Ochoa, 1959. → prva RNA polimeraza- genetika je važna komponenta medicine- genetske bolesti → 3 grupe: nasljedne; somatske; kromosomske aberacije

(Downov sindrom, mačji plač)

MATERIJALNI ČINIOCI NASLJEĐA

GENI - nosioci nasljednih svojstava - dio molekule DNA u smjeru 3’-5’ - nasljedni materijal koji se prenosi od generacije na generaciju - smješteni u kromosomima u tzv. GEN-LOKUSIMA - u početku se mislilo da su po kem. sastavu proteini, jer se odlikuju određenim enzimima, te svojom specifičnošću - kontroliraju strukturu enzima

1

- svojstva nasljedne tvari: 1. Samoreprodukcija ili udvostručenje 2. Prijenos nasljednih svojstava3. Promjena strukture i funkcije

NUKLEINSKE KISELINE - makromolekule → razlikuju se po smještaju u stanici, po svojoj strukturi

1. DNA - sastoji se od 2 polinukleotidna komplementarna lanca koja se uvijaju u vidu spirale, a međusobno su

lanci povezani vodikovim vezamaNUKLEOTID - sastoji se od:

(A) DUŠIČNE BAZE → purinske (adenin, guanin - 2 prstena) → pirimidinske (timin, citozin - 1 prsten)

(B) ŠEĆER - DEOKSIRIBOZA

(C) FOSFATNA SKUPINA

Primarna struktura DNA

- osnovu svakog lanca čine fosfatna skupina, šećer deoksiriboza koji je diesterskim vezama povezan - lanci suprotnog smjera (3’-5’, 5’-3’) → za vezu između -PO4

-3 i šećera- u lancu 3’-5’ -PO4

-3 skupina je vezana na 3C šećera - u lancu 5’-3’ -PO4

-3 skupina je vezana na 5C šećera- na šećer deoksiriboze vezane su N-baze:

na 1. C šećera (C1) PURINSKE BAZE (A, G) vezane su na deveti N atom (N9) pirimidinske baze (T, C) na C1 vezan je na N1

N baze između sebe su vezane H vezama komplementarne baze A i T su vezane dvostrukom, a G i

C trostrukom H vezom- purins. + purins. baza = preširoka veza; pirimidin. + pirimidin. baza = preuska veza → zato se veže 1

purinska i 1 pirimidinska baza

Sekundarna struktura DNA - E. Chergeff:

1) Molarni odnos pirimidinskih N baza (T+C) jednak je molarnom odnosu purinskih baza (A+G)

2) Molarni odnosi A i T, te G i C su jednaki (kod komplementarnih baza)3) Molarni odnos komplementarnih parova A i T, te G i C je različit u različitim organizmima

Samoreprodukcija ( udvostručenje) molek. DNA 1. SEMIKONZERVATIVAN NAČIN OBJAŠNJENJA → u novonastalim molek. DNA 1 lanac je roditeljski, a

drugi je novosintetizirani na osnovi komplementarnosti → dokazan je i po njemu se tumači udvostručenje

2. KONZERVATIVNI NAČIN OBJAŠNJENJA → proces gdje molekula DNA ima oba roditeljska lanca, a druga molekula ima oba lanca novosintetizirana

3. DISPERZIVNI NAČIN OBJAŠNJENJA → svaki lanac u novonastalim kćerinskim molekulama sastoji se od dijela koji je roditeljski i dijela koji je novosintetiziran

- proces udvostručenja odvija se na tzv. replicirajućoj viljušci uz sudjelovanje enzima (DNA i RNA polimeraze, DNA ligaza, egzonukleaza), proteina (helikaza, SSB proteini)

- oba lanca sudjeluju u duplikaciji → uz pomoć enzima helikaze kidaju se H veze između N baza → odmotavanje lanca pomoću SSB proteina koji lance drže odmotanima → RNA polimeraza stvara RNA-primere (kratki segmenti od 30 baznih parova koji su komplementarni specifičnim regijama kromosoma; stvaraju se jer DNA polimeraze mogu djelovati samo uz njihovo prisustvo) → u oba

2

roditeljska lanca sintetiziraju se RNA primere → roditeljski lanac koji ima smjer 3’-5’ je primarni lanac nove molekule na osnovi kojeg se sintetizira novi lanac, odn. vodeći lanac 2. roditeljski lanac smjera 5’-3’ služi za sintezu kratkih dijelova DNA koji se zovu OKAZAKI FRAGMENTI (njih enzim DNA ligaza spaja i stvara tzv. zaostajući lanac) → na kraju ovog procesa stvorene su 2 molekule DNA koje su potpuno identične polaznoj roditeljskoj molekuli (poredak N baza je identičan)

- GEN → nosilac nasljednih svojstava; odsječak molekule lanca DNA i to lanca koji ima smjer 3’-5’

2. RIBONUKLEINSKE KISELINE - razlike u strukturi u odnosu na DNA:

1) RNA su jednostruke (1 lanac)2) RNA imaju šećer ribozu3) Umjesto baze T (timin) imaju U (uracil)4) Znatno su kraće

- vrste RNA : rRNA; tRNA; mRNA, iRNA, gRNA- RNA → sastavni su dio ribosoma; imaju multimolekularnu strukturu, sudjeluju u sintezi proteinarRNA - sastoje se od veće i manje podjedinice- u sastavu ribosoma

→ S = jedinica sedimentacije (svedberg)- RNA imaju enzimatsku fjutRNA- čitaju sekvence na mRNA i pretvaraju ih u sekvence aminokiselina (ak)- tRNA vežu slobodne ak. u citoplazmi i prenose ih do ribosoma gdje se one vežu u proteinski lanacSTRUKTURA tRNA → relativno su male (74-95 nukleotida)

→ u obliku su trolisne djeteline → pored uobičajenih N baza mogu imati i neuobičajene (uridin, pseudouridin, inozin,

dihidrouridin i čitavi niz metiliranih N baza)- 4 važna mjesta u strukturi:1. CCAOH na koje se vežu ak.2. Mjesto vezivanja sa ribosomima3. Mjesto vezivanja s enzimom aminoacil tRNA sintetazom4. Antikodon → vrši dekodiranje biološke informacije koju nosi mRNA

- ANTIKODON → sastoji se od 3 N-baze na tRNA koje su komplementarne N-bazama na mRNA; 3. mjesto je nestabilno (tzv. wobble pozicija) zbog nedovoljne centriranosti; taj izvanlinijski nukleotid može stvarati H veze s neuobičajenim i razl. nukleotidima u toj poziciji (Crick je ustanovio nestabilne pozicije)

PRIMJER: UUU → mRNA (kodon) AAA → tRNA (antikodon)

(tRNA) 5’ kraj antikodona 3’ kraj kodona C G

A Uako se nađe ← G C ili Una 3. mjestu može prepoznatii U zbog zakrivljenosti

U A ili GI (inozin) C, U ili A

→ svi oni kodiraju za istu kiselinu IZOLEUCIN

3

tRNA u stanici - svaka stanica ima 31-40 tRNA- svaka ak. ima svoje tRNA, tj. tRNA se razlikuju jer svaka nosi svoju ak.- 1 ak. može imati više tipova tRNA s obzirom da većinu ak. kodira više od 1 kodona

Vezanje ak. i tRNA → aktivacija procesa vezanja ak. i tRNA - ak. se veže na COOH i 3’ OH grupom na završnom nukleotidu tRNA koji je uvijek A umjesto COOH- u većini st. za sve ak. postoji 1 enzim amino-acil-tRNA sintetaza koja kontrolira vezanje ak.

mRNA - geni se nalaze u kromosomima u jezgri stanice → sinteza se odvija na ribosomima u citoplazmi- ta fizička odvojenost znači da postoji poruka koja može nositi biološku informaciju iz jezgre u

citoplazmu- mRNA čini vezu između DNA i proteina, te prenosi gensku informaciju → prenose podatke o BROJU i

PORETKU ak. u proteinskom lancu → direktna je kopija gena (lanca molekule DNA smjera 3’-5’) → prepisuje uvijek 1 gen bez obzira koliko N baza ima taj gen → ima jednostruki lanac smjera 5’-3’

Svojstva mRNA molekula 1. Polinukleotidi2. Svaka mRNA je komplementarna sa 3’-5’ lancem molek. DNA3. Heterogene su po veličini, jer se i geni razlikuju po veličini4. Sposobnost privremenog udruživanja s ribosomima (mjesto sinteze proteina)5. Mogućnost brze sinteze i razgradnje

Sinteza mRNA (transkripcija mRNA) - transkripciju mRNA kod eukariota katalizira enzim KATALAZA - DNA se uvije u dužini 1 gena prije početka prepisivanja koja se vrši na osnovi komplementarnosti N-

baza → enzim RNK polimeraza odmata molekulu DNA i po predlošku lanca 3’-5’ sintetizira se mRNA koja ima smjer 5’-3’

- lanac DNA sastoji se od EGZONA (kodirajuće sekvence) i INTRONA (nekodirajuće sekvence) → egzoni i introni prepisuju se na hnRNA (heterogena nuklearna RNA) iz koje se kasnije stvara mRNA koja ima samo egzone kodirajuće sekvence

DNA egzon intron egzon 3’ TAC GCA TAA AAA 5’hnRNA 5’ AUG CGU AUU UUU 3’mRNA 5’ AUG CGU UUU 3’

- transkripcija gena počinje u području PROMOTORA (specifično mjesto na DNA koji se sastoji od razl. kombinacija N baza ovisno o genu) → mjesta na kojima dolazi do interakcije s transkriptornim faktorima specifični proteini odgovorni za početak transkripcije i interakcije s regulatornim proteinima (proteini uključeni u početak i kraj transkripcije gena)

- elementi promotora važni su za određivanje momenta prepisivanja- početno mjesto transkripcije sastoji se od elemenata promotora tkz. “kutija” koje imaju različiti sastav

N baza “TATA”, “CAAT”, “GC”, kod razl. promotora razlikuju se kombinacije elem. 5’ TATAAA 3’- molek. DNA ima i signale za završetak transkripcije (to su mjesta bogata s G i C, a iza je dio bogat A-

T parovima)Stvaranje i modifikacija mRNA

- kod bakterija mRNA se odmah prevode u proteinski lanac kao kopije gena- u eukariota svaka mRNA prolazi MODIFIKACIJU → isjecanje introna

→ kem. modifikacija oba kraja molekule- pretpostavke o modifikaciji i oblikovanju mRNA pojavila se i usporedila s RNA u jezgri i citoplazmi- ako je mRNA nastala iz hnRNA → znači da je došlo do redukcije duljine koja se morala dogoditi

prije nego je mRNA napustila jezgru→ ISJECANJE INTRONA

4

- isjecaju se stvaranjem petlje uz pomoć specifičnih parova N baza GU i AG, a egzoni se povežu i stvori se mRNA smjera 5’-3’ → proces je složen i razlikuje se kod različitih organizama

- način isjecanja GU - AG introna:1) Cijepanje se dogodi na 5’ kraju2) Slobodni 5’ stvara petlju3) Na 3’ kraju se spajaju 2 egzona zajedno → složen proces; sudjeluju enzimi i

proteini

Kemijska modifikacija krajeva eukariota mRNA - posttranskripcijsku modifikaciju kataliziraju brojni enzimi- na 5’ kraju stvara se tzv. kapa → svaka mRNA ima kem. strukturu pppNpN (p - fosf. skupine, N - N

baza i šećer) → modificirana zrela mRNA kod eukariota ima mnogo složeniju strukturu opisanu kao mPpppNpN, mPG nukleotid s modificiranom bazom 7-metil guanin (- taj dio mRNA pomaže pri vezi s ribosomom)

- na 3-ćem kraju molekule mRNA dodano je 250 A nukleotida tzv. poli A uz pomoć poly-A-polimeraze- poly A ne zna se točno čemu služi, ali se pretpostavlja da određuje vrijeme života mRNA u

citoplazmi i za stabilnost

GENSKI KOD, KODON, ANTIKODON

GENSKI KOD → triplet na molekuli DNA, smjer 3’-5’KODON → triplet N baza u molekuli mRNAANTIKODON → triplet N baza na tRNA

- 20-tak ak. u prirodi- u nukleinske kis. → 4 N baze→ 43 = 64 moguće kombinacije tripleta- UAA, UAG, UGA → stop-kodoni

Priroda i svojstva genskog koda 1) Gen. informacija zapisana je u 3 uzastopno povezana nukleotida2) Kod je kontinuiran → između 2 tripleta ne postoji nukleotidi koji ne nose gensku informaciju

(TAG A CAG)3) Kod se ne preklapa → članovi jednog tripleta u isto vrijeme ne mogu biti članovi drugog koda

(tripleta)4) Kod je univerzalan → u svim organizmima je (npr.) ak.lizin kodirana u mRNA sa AAA AAG5) Kod se može izroditi → jednu ak. može kodirati (odrediti) više kodova6) Postoji početni kodon (AUG - metionin) i završni (nonsense) stop kodoni (UAG - amber; UGA -

opal; UAA - ochre)

SINTEZA PROTEINA

- proteini se od drugih spojeva razlikuju po strukturi, načinu sinteze i funkciji koju imaju u organizmu→ osnovne građe čine ak. vezane peptidnim vezama u proteinski lanac

3 ak. → 6 kombinacija4 ak. → 24 kombinacija

- kod svih proteina redoslijed ak. je određen, specifičan i konstantan- sastav mioglobina → 57 ak; hemoglobin → α-lanac 141 ak.; β-lanac 146 ak.- kod hemoglobina su N baze vezane određenim redom → drukčiji poredak tripleta može uzrokovati

bolesti, npr. srpasta anemija kod eritrocita nemogućnost prenošenja dovoljne količine O2 - zato jer je na 6 mjestu ak. umjesto glutamina vezana ak. valin

- sinteza proteina se odvija u citoplazmi u ribosomima

5

A) TRANSKRIPCIJA

- u jezgri stanice- prepisuju se informacije sa DNA (3’-5’ lanca) na mRNA lanac 5’-3’ na osnovi komplementarnosti N

baza- kod eukariota mRNA prepiše 1 gen- kod prokariota mRNA prepiše 1 gen, ali i skupinu gena- uz pomoć enzima RNA-polimeraza razbija se DNA i na lancu 3’-5’ se stvara mRNA 5’-3’B) TRANSLACIJA - u citoplazmi stanice u ribosomima- prevođenje šifre u proteinski lanac

a) Aktivacija - aktiviraju se ak. i vežu na tRNA uz korištenje energije (ATP) i enzima aminoacil-tRNA-sintetaze- za tRNA vežu se na specifično mjesto (CAAOH) ak.- ak.1 (uz pomoć ATP i sintetaze)

B) Inicijacija- počinje prevođenje genske šifre u proteinski lanac- započinje kada se mRNA veže sa ribosomom i to s manjom ribosomskom jedinicom- translacija (inicijacijski dio) počinje na određenom mjestu mRNA (ribosom se veže na određene

sekvence mRNA koje se sastoje od 3-10 nukleotida)- inicijalni kodon je AUG kodon kod gotovo svih eukariota i prokariota- faktori inicijacije (IF1, IF2, IF3) su odgovorni za vezanje ak. → IF1 veže manju podjedinicu na veću;

IF2 služi za vezanje G-3-fosfata za f-metionin tRNA; IF3 služi za vezanje guanin 3-P (GTP) sa komplementarnim f-metil tRNAc) Elongacija

- u peptidilnom mjestu (P) nalazi se kompleks f-met-tRNA- aminoacilno mjesto (A) je slobodno i u njega ulazi drugi kodon → dolazi do vezanja met. i ak.

peptidilno mjesto odlazi na P i A ostaje slobodno, te ulazi 3. kodon- EF-Tu, EF-Ts, EF-G → ovi proteinski faktori pomažu u elongaciji

d) Terminacija - završetak sinteze proteinskog lanca i njegovo odvajanje od ribosoma događa se kada u ribosom na

amino-acilno mjesto uđe 1 od nonsense (stop) kodona (UAA, UAG, UGA) - tada na A mjesto uđe jedan od kis. proteina ili završnih faktora RF1 ili RF2

- ako u A uđe: UAG vezat će se RF1 UAA vezat će se RF1 ili RF2 UGA vezat će se RF2

STRUKTURALNI I REGULATORNI GENI

- STRUKTURALNI GENI → dijelovi molekule DNA lanca 3’-5’ po kojima se vrši transkripcija mRNA- REGULATORNI GENI → reguliraju i modificiraju aktivnost gena (npr. translaciju)- KONSTITUIVNI GENI → geni čiji su produkti važni za normalnu funkciju i diobu stanice, bez obzira na

okolinu (geni koji nas štite od vanjskih utjecaja → dim, radijacija)

Genska ekspresija i regulacija - u stanici se nalaze neki geni koji se nam potrebni tijekom čitavog života- geni sa svojim specifičnim ulogama djeluju u određenim situacijama; geni koji se nalaze u

"specifičnim stanicama" → npr. u očima imamo 66 gena, u jetri su geni koji vrše detoksifikaciju- različite stanice i tkiva imaju različite proteine- kod bakterija imamo uključivanje i isključivanje gena što ovisi o šećeru

Razine na kojima može biti regulirana ekspresija gena kod eukariota

6

- kontrola ekspresije gena moguća je na razinama:1) transkripcija gena → sekvenca N baza DNA koje kodiraju protein moraju biti prepisane na mRNA 2) prometa - transporta mRNA 3) stvaranja mRNA → stvaranje svih sekvenca hnRNA, zatim isjecanje introna nastajanje mRNA4) translacije mRNA5) modifikacije proteina nakon translacije

Razine ekspresije gena- transkripcija gena preko RNA-polimeraze za većinu gena je primarna razina regulacije- u molek. DNA postoji nekoliko važnih mjesta u procesu regulacije transkripc. gena- REGULATOR gen koji može proizvesti REPRESOR (protein) koji se može vezati sa INDUKTOROM

(supstrat, npr. laktoza, triptofan) i s OPERATOROM (mjesto na molek. DNA)- OPERATOR → mjesto u molekuli DNA na koje se veže REPRESOR (kod prokariota)- PROMOTOR → specifična regija u molekuli DNA u kojoj počinje transkripcija- STRUKTURALNI GENI → geni koji kodiraju za enzime, ak., šećere...- OPERON → jedinica u molekuli DNA koja se sastoji od strukturalnih gena i dijela (promotor, operator)

koji kontrolira njihovu transkripciju

- kontrola transkripcije preko operona ovisi o interakciji:a) represora s operatorom ilib) regulatora s promotorom- 3 različita puta kontrole transkripcije gena preko operona: 1) Interakcija operator-represor kontrola koja potiče transkripciju → LAC OPERON (negativna kontrola

transkripcije)2) Operator-represor kontrola koja spriječava transkripciju → TRIPTOFAN OPERON (negativna kontrola

transkripc.)3) Kontrola preko povećane učinkovitosti promotora tj. tzv. pozitivna kontrola transkripcije

Kontrola ekspresije gena kod bakterija (negativna) OPERATOR-REPRESOR KONTROLA - potiče transkripciju

Lac-operon kontrola - bakt. žive u razl. okolinama, za energiju trebaju različite šećere → ovisno o šećeru u mediju

transkribiraju mRNA za razl. enzime- Jacob i Monod (1961) → regulatorni mehanizam E. coli- ako se u mediju nalazi laktoza → bakterija je ne koristi direktno, energija se razloži u jednostavnije

šećere: galaktoza i glukoza- 3 enzima: 1) ß-galaktozidaza → katalizira cijepanje laktoze na glukozu i galaktozu2) permeaza → stanici služi za aktivni transport laktoze iz medija u E. coli (bakterija)3) transacetilaza → ne zna se točno funkcija- kad u stanici nema laktoze → nema potrebe za stvaranjem ovih 3 enzima gen REGULATOR će

proizvesti REPRESOR koji će doticati OPERATOR tako da se enzim RNA-polimeraza neće moći spojiti sa strukturalnim genima i njihova transkripcija se neće odvijati

- ako je u stanici prisutna laktoza postoji potreba za stvaranjem enzima → tada će se tzv. LAC-REPRESOR vezati se laktozom i taj kompleks represor-laktoza neće blokirati operator, a enzim RNA-polimeraza bit ce u mogućnosti početi transkripciju strukturalnih gena

Triptofan-operon kontrola - ona kontrola koja sprečava transkripciju- sinteza ak. počinje kad ak. nema u toj stanici- kad u stanici nema ak. Trp (triptofana) postoji potreba za stvaranjem enzima potrebnih za stvaranje

Trp → represor će biti neaktivan i neće doticati operator, tako da će enzim RNA-polimeraza moći vršiti transkripciju strukturalnih gena

7

- ako u stanici ima ak. Trp, ne postoji potreba za tom ak. ni enzimima za stvaranje, tada će represor vezati ak. Trp u tzv. Trp-represor kompleks koji će blokirati operator i enzim RNA-polimeraza neće početi transkripciju strukturalnih gena

Kontrola preko povećane učinkovitosti promotora - pozitivna kontrola transkripcije- ako kod bakterije nema glukoze mogu se aktivirati mehanizmi za njenu sintezu- ako u stanici postoji neki nivo glukoze tada će represor-protein (CRP) i CAMP faktor stvarati

kompleks koji će se vezati za PROMOTOR, aktivirat će promotor i tako će početi transkripcija strukturalnih gena koji kodiraju enzime za sintezu glukoze

- aktivirani promotor će početi transkripciju strukturalnih gena- ako u stanici ima glukoze tada je količina onog kompleksa (CRP+CAMP) mala, strukturalni geni neće

se transkriptirati i neće se stvoriti enzimi koji stvaraju glukozu- !!!Kod prokariota!!!

Kontrola ekspresije gena kod eukariota (pozitivna) - kod eukariota postaje 3 razl. polimeraze:1. polimeraza 1 → odgovorna za prepisivanje gena koji kodiraju rRNA2. polimeraza 2 → prepisuje one gene koji kodiraju proteine u citoplazmi (mRNA)3. polimeraza 3 → prepisuje gene koji kodiraju tRNA- polimeraza 2 kod eukariota je odgovorna za prepisivanje većine strukturalnih gena- RNK polimeraza se veže sa tzv. transkripcijskim faktorima i tako potiče sintezu proteina- eukariotski organizmi nemaju operona nego je svaki gen reguliran vlastitim promotorom → svaki gen

ima specifični represor i aktivator- kod pozitivne regulacije genske transkripcije potrebno je vezanje represora sa supstratom (može biti

hormon) → taj kompleks će aktivirati transkripcijski faktor koji će potaknuti RNA-polimerazu na transkripciju gena

Razlike u ekspresiji gena prokariota i eukariota Prokarioti:

1) sve vrste RNA sintetizira 1 RNA-polimeraza2) mRNA odmah nakon transkripcije se prevode u proteinske lance3) geni su kontinuirani segment DNA i kolinearni su sa mRNA koja se prevodi u proteine

Eukarioti: 1) različite RNA-polimeraze odgovorne su za sintezu različitih vrsta molekula RNA2) mRNA prije nego što ode u citoplazmu veže N baze prije 5' početka (kao metilirani GTP) i nakon 3'

završetka (poly A kraj), ona se još formira3) geni kod eukariota su odvojeni; nisu kontinuirani; nemaju sekvence N-baza u nizu

KROMOSOMSKA OSNOVA NASLJEÐA

- rezultat izučavanja citologa koji su proučavali kromosome i genetičara (proučavali gene) → nauka: CITOGENETIKA hibridna nauka; koristi se znanjima iz citologije (nauka o stanicama i organelama) i iz genetike (nauka o nasljeđivanju)

- citogenetika proučava stanice, te promjene koje se dešavaju u kromosomima u toku diobe st., proučava porijeklo kromosoma i značaj kromosoma za prenošenje i kombiniranje nasljednih svojstava

STANICA I STANIČNE TEORIJE - st. teorije → čine ih 2 postavke:

1) svi organizmi se sastoje od stanica2) sve stanice nastaju od 1 početne stanice

- stanica je najmanja jedinica života → otkrio ju je R. Hook (1665.) promatrajući stanice pluta pod običnim mikroskopom

8

- saznanje o stanici povećala su se s tehničkim dostignućima (npr. električni mikroskop)- stanice su različite veličine (od 1 do 1000 nm)- BAKTERIJE → najjednostavniji živući oblici; jednostanični i prokarioti; veličina od 0,3 do 2 nm- KLOROPLASTI → veličina od 4 do 8 nm- organizmi mogu biti sastavljeni od 1 ili više stanica → jednostanični i višestanični - ljudsko tijelo >100 trilijuna stanica (1014 stanica)- stanice višestaničnih organizama su diferencirane s obzirom na specifične funkcije koje obnašaju u

organizmu (npr. neuron → specijalizirana stanica za provođenje živčanih impulsa....)- svaka stanica organizma sadrži cijeli set informacija u obliku nukleinskih kiselina

STRUKTURA STANICE I NJENIH ORGANELA 1) svaka stanica ima staničnu membranu2) u stanici se nalazi citoplazma i organele (mitohondriji, ribosomi, vakuole...)3) jezgra s kromosomima

St. membrana - kod životinjskih i ljudskih stanica stanične membrane su sastavljene od lipida i proteina i čine tzv.

lipoproteinski kompleks - kod biljnih stanica stanična membrana je građena od celuloze i lignina- membrane su propusne i kontroliraju difuziju iona i molekula između stanica

Citoplazma - sastoji se od 85 % vode, 10 % globularnih proteina (rastvoreni u vodi), ATP-a, ADP-a, enzima,

biokatalizatora, masti, ugljikohidrata- materijal između jezgre i st. membrane uključuje tzv. CITOSOL → predstavlja tekući dio citoplazme,

organele u citoplazmi i razl. membrane-

Stanične organele

Mitohondriji - mogu biti nitasti, okrugli, štapićasti- izvana obavijeni membranom, unutra sistem membrana → criste - organela u kojoj se odvija Krebsov ciklus → odvija se oksidacija tvari do CO2 i H2O (stanično

disanje)- u staničnom disanju sudjeluje čak 60 enzima- jetra → tisuće mitohondrija- događa se fosforilizacija (fosforizacija fosforilacije) ADP-a u ATP- prokarioti nemaju mitohondrije- eukarioti imaju mitohondrije → svojstva ovise o staničnoj aktivnosti npr. mišići srca imaju puno

mitohondrija- imaju vlastitu DNA i mogu se samoreproducirati → kad postoji potreba u stanici za njima- imaju i vlastite ribosome- kod životinja i čovjeka mitohondriji se nasljeđuju po majci jer spermiji nemaju mitohondrija

Endoplazmatski retikulum - predstavlja komunikacijski sistem između jezgre stanice i citoplazme- 2 tipa ER:

1) GRANULIRANI → vrši se sinteza proteina → na njemu se nalaze ribosomi

2) NEGRANULIRANI ili GLATKI → vrši se sinteza hormona i lipida- brzina sinteze proteina u stanici ovisi o razgranatosti ER (ima više ribosoma)- stanice imunološkog sustava imaju jako razgranati ER

9

Golgijev aparat - 1898. g. talijanski znanstvenik Golgi ga je otkrio - uočio je da se kod jezgre nalazi sistem membrana → paralelni spljošteni nizovi poredani u ravne ili

savijene snopove sa brojnim malim mjehurićima DIKTIOSOMI - sudjeluje u metabolizmu masti, stvaranju i izlučivanju ugljikohidrata i transportu proteina izvan

stanice

Lizosomi - nalaze se samo u živoj stanici- oblik mjehurića ili vakuole, nalaze se u leukocitima → zaštitna funkcija u organizmu- u svom sastavu → enzimi hidrolize vrše razgradnju virusa, bakterija i dr. stranih tijela- loša strana: ako su membrane propusne enzimi izlaze van zdrav čovjek ima kapsulu koja

sprečava enzime da izlaze iz lizosoma

Ribosomi - organele u kojima se vrši sinteza proteina- 2 podjedinice → veća i manja- eukarioti → 60 S i 40 S- prokarioti → 40 S i 30 S- nalaze se na ER ili slobodno u citoplazmi

Plastidi - organele koje se nalaze samo u biljnoj stanici- najvažniji: KLOROPLASTI → odvija se fotosinteza pretvaranje kem. svjetla u kem. energiju koju

stanice koriste za vlastite potrebe- izvor energije u velikom dijelu živućeg svijeta- KROMOPLASTI → plastidi s bojom (crvena, žuta...)- LEUKOPLASTI → plastidi bez boje

Jezgra - kontrolni centar ili “mozak” stanice- kontrolira sve metaboličke procese u stanici- 1833. R. Brown je otkrio jezgru u lišću orhideje- najveća organela u stanici, okružena membranom kroz čije pore mogu prolaziti RNA (rRNA i

mRNA) i sve molekule topive u vodi- nalaze se kromosomi → smještena DNA koja je upakirana zajedno sa proteinima u kompleks koji se

zove KROMATIN → kompleks koji se mijenja u toku staničnih dioba- DNA nosi genetsku informaciju za rast stanice, stanične diobe i ostale aktivnosti stanice- proteini → tzv. histoni organiziraju kromosome fizički (izgled) i reguliraju aktivnost DNA- tu se nalazi i JEZGRICA ili NUCLEOLUS → nalazi se rRNA koja odlazi u citoplazmu i ulazi u sastav

ribosoma - s obzirom na postojanje ili ne postojanje jezgre organizme dijelimo na :

1. PROKARIOTE → nemaju organiziranu jezgru - genetski materijal je u citoplazmi → najčešće jednostanične bakterije ili su stanice vezane u lance → organizmi na kojima se vršilo puno pokusa (E. coli - smatra se da njena

stanica sadrži 24 mil. nukleotida; jednostavna je; brzo se razmnožava) → Struktura prokariota - imaju membranu → štiti ih i regulira prolazni materijal- u sastavu prokariota ulazi DNA - u obliku kružne molekule→ citoplazma (voda + proteini), ribosomi (za sintezu proteina)- prokariotski kromosomi → jednostavne, duge, gole molekule, dvolančane DNA

- TAKSONOMSKE GRUPE → bakterije i modrozelene alge

10

- VELIČINA → najveća je manja od 5 milimikrona- JEZGRA → nema jezgrine membrane- GEN. MATERIJAL → 1 kružna molekula DNA i malo proteina- MITOZA I MEJOZA → nisu prisutne, ne odvijaju se

2. EUKARIOTI → stanice imaju jezgru s kromosomima, okrunjena je membranom imaju organiziranu jezgru

→ unutar jezgre se nalaze kromosomi u kojima se nalazi DNA kao nosioc genetskih informacija

- TAKSONOMSKE GRUPE → sve biljke, gljive, životinje- VELIČINA → najmanja je veća od 5 milimikrona- GEN. MATERIJAL → DNA linearni histoni koji imaju nukleoproteine ili kromatin (DNA +

proteini)- MITOZA I MEJOZA → prisutne, odvijaju se

KROMOSOMI - svaka živuća vrsta ima određen i konstantan broj kromosoma koji se prenosi iz generacije u

generaciju → PRIMJER: pšenica 2n = 42; kukuruz 2n = 20; duhan i krumpir 2n = 48; rajčica 2n = 24; čovjek 2n = 46; majmun 2n = 42; pas 2n = 72; vinska mušica 2n = 8; muha 2n = 12; itd... → ništa ne govori o svojstvima organizma

- gen. materijal u eukariota je smješten u multiplom broju kromosoma - svaki organizam sadrži 2 seta kromosoma u svojim tjelesnim stanicama → 1 set naslijeđen po majci,

jedan set po ocu- organizmi su uglavnom diploidni (2n)- diploid nastaje spajanjem dviju gameta (1 od oca, 1 od majke) → nastaje zigota → ima 2n

kromosoma → ulazi u embrionski razvoj- kod diploida članovi kromosomskog para sadrže iste gene i sparuju se u mejozi → tzv. homologni

kromosomi → morfološki su isti (po smještaju centromere i omjeru krakova, nose gene za ista svojstva); porijeklom su 1 od oca, 1 od majke

- nehomologni kromosomi nose razl. gene i ne mogu se pariti u mejozi- broj kromosoma u gametama je haploidan (n)

- KARIOTIP → skup kromosoma u 1 stanici- KARIOGRAM → nastaje kada sve kromosome fotografiramo, isječemo i poredamo po veličini- kod biljaka broj kromosoma može se povećati → kod nekih biljaka poboljšava svojstva (triploidna

lubenica - nema koštice, i sl.)- kod čovjeka → velike posljedice (Downov sindrom)- GENOM → set kromosoma koji odgovara haploidnom setu speciesa ili skup određenog br. kromosoma

koji imaju zajedničko filogenetsko porijeklo → PRIMJER: pšenica – 3 genoma: A, B i D

A → nasljedila iz Triticum monoscocumaB → nasljedila iz Egilob speltoides-aC → nasljedila iz Egilob skvaroza

Morfologija kromosoma - svaki kromosom iz genoma razlikuje se od drugih po nekoliko parametara:

1) Položaj centromere → kromosome dijelimo u dvije grupe: jednokrake i dvokrake → jednokraki – telocentrični (1:0) → dvokraki – metacentrični (1: 1)

submetacentrični (1:1.3) subtelocentričan (1:3) akrocentričan (1:7)

2) Veličina kromosoma → kromosomi u genomu su različiti; npr. kod čovjeka → 3-4 grupe, 1. kromosom najveći, 21. najmanji

11

3) Posjeduje li i položaj satelita ili nuklearnog organizatora u kromosomu → sadrže gene za rRNA i položaj i smještaj satelita u kromosomu važni su za citološka istraživanja

Uloga kromosoma u st. diobama 1) Nose gene i pojavljuju se u parovima2) Pojavljuju se u parovima kao očinski i majčinski i prenose se na potomke3) U gametama se prenosi po 1 kromosom iz homolognog kromosomskog para → rezultat: polovičan

broj kromosoma u gameti4) Svaka gameta može imati različitu kombinaciju majčinskih i očinskih kromosoma jer je raspodjela

slučajna s obzirom na roditeljsku pripadnost5) Homologni kromosomi su genetički različiti (nose različite alele) i gamete sadrže različite

kombinacije kromosoma6) Svaki kromosom ima više od 1 gena → geni u 1 kromosomu prenose se zajedno tzv. VEZANI GENI

RAZMNOŽAVANJE

- osnovno svojstvo života- proces stvaranja organizama sličnih ili jednakih početnom organizmu- može biti nespolno i spolno- NESPOLNO ILI VEGETATIVNO RAZMNOŽAVANJE → zasniva se na mitotskoj diobi – proizvode se

genetski isti organizmi na taj način dobivamo KLONOVE - KLON → skup organizama (uglavnom biljaka) proizvedenih od 1 biljke

→ svi organizmi u klonu su genetski isti → tako se razmnožavaju sve ruže, voćke, vrbe… → možemo stvoriti vrlo adaptabilan klon, ako se promijeni okolina ako klon nije stabilan

pitanje je da li će opstati- nespolni način razmnožavanja → i više- i jednostanični organizmi- SPOLNO RAZMNOŽAVANJE → nastaje organizam u kojem su ujedinjene genske kombinacije iz 2

odvojene stanice koje su nastale u odvojenim organizmima (spolne stanice ili gamete) → za spolni način razmn. najvažnija je genenetska rekombinacija → tjelesne st. mogu biti haploidne i diploidne, a eukarioti se mogu razmn. i

spolno i nespolno

Dioba stanica

- kod bakterija stanična dioba i razmnožavanje je isto, kod viših organizama je reprodukcija složeniji proces

- stanica može nastati iz polazne stanice- mogu biti:

1) mitotske2) mejotske

MITOZA - lat. ekvalis – ekvacijska dioba- u svim tjel. stanicama koje nisu prešle u trajna tkiva i izgubile sposobnost diobe - kod biljaka u meristemskim tkivima → u vrhovima korijenčića, vrhovima rasta i u kambiju- značajne za sve organizme koji se razmnožavaju vegetativno gomolji, izdanci, grančice, lukovica

→ dovoljni da se reproducira novi organizam → vjerne kopije roditelja tako nastaje klon (→ skup organizama koji nastaju od 1 biljke vegetativnim razmnožavanjem)

- kod životinja i čovjeka mitotska dioba se odvija u st. tkivima embrija koji raste i razvija se, u tkivima mladih organizama kao i u nekim tkivima odraslog organizma: stanice kože, krvne stanice, jetrene stanice

- mitoza se susreće svugdje gdje se odvija rast i obnova tkiva i organa- loša strana → karcinomi podivljala dioba

12

- odvija se u nekoliko faza:1. Interfaza

- neki je ne uvrštavaju u mitozu, već kažu da je priprema stanice za diobu- karakterizira ju 3 perioda: G1, S, G2 - G1 → predsintetski period – period u kojem dolazi do sinteze različitih vrsta RNA i sintetiziraju se

proteini i enzimi potrebni za sintezu DNA, nakupljaju se ATP-i i drugi visokoenergetski spojevi- duljina trajanja interfaze razlikuje se od vrste do vrste- ovisi o organizmu i uvjetima- većinom traje duže nego sve ostale faze

- S → sintetski period → udvostručenje DNA → svaki kromosom u S periodu sastoji se od 2 sestrinske kromatide povezane

centromerom → u S periodu se udvostručuju kraci kromosoma

- G2 → postsintetski period nastavlja se sinteza proteina potrebnih u kasnijim fazama diobe2. Profaza

- kromosomi postaju vidljivi, vide se kao dugačke niti – uzdužno podijeljene u 2 kromatide- kromosomi su znatno kraći i započinje kretanje preko ekvatorijalne ravnine, počinje se stvarati

diobeno vreteno3. Metafaza

- kromosomi su u ekvatorijalnoj ravnini, postigli su maksimalnu debljinu i dužinu, potpuno su uobličeni, imaju tipične razmjere, mogu se brojati i pojedinačno promatrati

4. Anafaza - dolazi do udvostručenja centromere → sestrinske kromatide postaju kromosomi, rezultat: iz svakog su nastala 2 kvantitativno i kvalitativno identična kromosoma – raspoređuju se u stanici kćeri

5. Telofaza - kromosomi se despiriliziraju i stvara se stanična membrana → nastale su 2 stanice kćeri koje imaju

diploidan broj kromosoma kao i st. majka- završena je kariokineza (dioba kromosoma)

- CITOKINEZA → dioba citoplazme i organela počinje krajem mitoze, završava u telofazi

Značaj mitotske diobe u životnom ciklusu - MITOZA → dioba i eukariotskih i prokariotskih stanica- rezultat → stanice kćeri imaju jednak broj kromosoma i geni su jednaki stanici majci- sve stanice kod višestaničnih organizama su potomci 1 stanice (zigote)

Funkcija mitotske diobe - stvara stvarnu kopiju svakog kromosoma i prenosi je preko diobe majčinske stanice u stanice kćeri- mitoza omogućava konstantnu količinu genetskog materijala i mitotska dioba može se događati i u

haploidnim i u diploidnim stanicama- nakon duplikacije molekule DNA u kromosomima isti genetski materijal se rasporedi u 2 stanice kćeri

(nakon 1 mitotske diobe)- pojava tzv. ENDOCITOZE → pojava kada je uobičajeni tok mitoze poremećen

→ 2 slučaja: endopoliplodija & politeni kromosmi 1) ENDOPOLIPLODIJA → kada se produkti udvostručenja podijele, ali ostaju u istoj

stanici; mitoza se zaustavi u ranoj anafazi i do 16 puta se može povećati broj kromosoma (stanice koštane srži)

2) POLITENI KROMOSOMI → kromosomi se djelomično udvostruče (samo kraci kromosoma), centromera ostane neudvostručena i takvi ostaju u stanici (imaju zajedničku centromeru) završava u metafazi => mogu se i više puta udvostručiti - tzv. gorostasni kromosomi (stanice sluznice nekih kukaca)

13

MEJOZA - redukcijska dioba- odvija se kod svih organizama koji se spolno razmnožavaju - proces mejotske diobe prolazi kroz 2 uzastopne diobe jezgre, ali samo jednom se udvostručuje DNA- dioba kod koje se stvara genetska varijabilnost preko procesa u kojima se majčinski i očinski

kromosomi slučajno raspoređuju u jezgri i preko crossing over-a između homolognih kromosoma nesestrinskih kromatida

- kao proces odvija se u posebnim organima nakon spolne zrelosti u toku životnih procesa organizma koji se spolno razmnožavaju

- u mejozi I dolazi do redukcije broja kromosoma, a u mejozi II odvajaju se sestrinske kromatide- složena od mejoze I i mejoze II

→ Mejoza I 1. Interfaza

- G1, S, G2 periodi → isto kao i mitoza2. Profaza I

- počinje poslije udvostručenja kromosoma → postaju kraći, deblji, stvara se diobeno vreteno- dijeli se u nekoliko podfaza:

1) LEPTOTEN - kromosomi su vidljivi kao jednostruke niti; genetski materijal je dupliciran (zna se po njegovoj

količini)- kromosomi se spiraliziraju i počinje parenje homolognih kromosoma → počinje priprema za izmjenu

homolognih regija kromosoma, vide se sestrinske kromatide koje imaju zajedničku centromeru2) ZIGOTEN

- počinje parenje ili SINAPSIS → definirano kao oblik prisno vezanih homolognih kromosoma duž kromatida

- sparivanje homolognih kromosoma vrlo je precizno, dijelovi homologa se zbližuju čvrstim vezama- u zigotenu se pojavljuju BIVALENTI → djelomično udvostručeni homologni kromosomski parovi 2

centromere i 4 kromatide ponekad se nazivaju i TETRADE 3) P AHITEN

- homologni kromosomi se nalaze u sinapsisu (vezani su) i ulaze u proces CROSSING OVER-a recipročna izmjena homolognih dijelova homolognih kromosoma nesestrinskih kromatida

→ omogućuje genetsku rekombinaciju svojstava → pojava HIJAZMI mjesto crossing over-a; ima mehaničku ulogu značajna

za združivanje 2 homologna kromosoma i omogućuje uredno odvajanje u slijedećim fazama4) DIPLOTEN

- homologni kromosomi se odvajaju jedan od drugoga u području centromere, popusti snaga koja je držala kromosome

- još se vide bivalenti sa kromatidama; moguće je još vidjeti i hijazme5) DIJAKINEZA

- kromosomi se skraćuju, zadebljavaju i nastupa njihov maksimalni stupanj koncentracije3. Metafaza I

- kromosomi su u ekvatorijalnoj ravnini, stvoreno je diobeno vreteno; za diobeno vreteno se prihvaćaju bivalenti sa svojim centromerama

4. Anafaza I - iz svakog homolognog kromosomskog para odlazi po jedan djelomično udvostručen kromosom na

svaki pol - broj kromosoma smanjuje se sa diploidnog na haploidan

5. Telofaza I - kromosomi se odmotavaju i postaju raspršeni po stanici i stvaraju se stanične membrane

- nakon toga imamo 2 stanice s haploidnim brojem kromosoma koji ulaze u mejozu II

14

→ Mejoza II - kod nekih organizama se pojavljuje interfaza II, ali ju većinom stanica preskače

1. Profaza II - kromosomi se skraćuju, ponovno postaju vidljivi, razlikuje se od mitotske profaze po tome što su

kromatide udaljene i ne leže paralelno jedna uz drugu

2. Metafaza II - kromosomi su u ekvatorijalnoj ravnini, još su sestrinske kromatide povezane centromerom- sestrinske kromatide nisu iste → zbog crossing over-a

3. Anafaza II - podijeli se centromera, svaka kromatida postaje kromosom koji se kreće prema polovima

4. Telofaza II - stvaraju se 4 haploidne jezgre sa osnovnim (haploidnim) brojem kromosoma (n) i svaka od njih ima

svoju staničnu membranu

G AMETOGENEZA KOD ŽIVOTINJA - proces nastanka gamete kod životinja- GAMETE → muške ili ženske sp. stanica s haploidnim brojem kromosoma sposobne za oplodnju

→ stvaraju se u specijalnim organima nakon spolne zrelosti → kod životinja i čovjeka → spermatogeneza odn. oogeneza Spermatogeneza

- proces nastanka spermija → muške gamete- odvija se u testisima gdje se stvaraju posebne stanice spermatogonije (2n) koje kroz nekoliko

mitotskih dioba daju primarne spermatocite (2n)- primarni spermatociti ulaze u obje mejotičke diobe i daju 4 haploidne stanice → spermatide- od spermatida se daljnjim rastom stvaraju spermatozoidi koji se sastoje od glave i repa → u glavi se

nalazi jezgra sa vrlo malo citoplazme, a rep služi za pokretanjeOogeneza

- proces stvaranja jajne stanice- u jajnicima se nalaze oogonije (2n) koje kroz nekoliko mitoza daju primarne oocite (2n) - primarna oocita prolazi kroz 1. mejotičku diobu i daje 1 sekundarnu oocitu (n) i 1 polarno tijelo- sekundarna oocita prolazi kroz 2 mejotičku diobu i daje ootidu (n) i sekundarno polarno tijelo- ootida diferencijacijom prelazi u jajnu stanicu (n) koja je sposobna za oplodnju- prvo polarno tijelo se može dijeliti pri čemu daje 2 polarna tijela

GAMETOGENEZA KOD BILJAKA - u specijalnim organima → u tučku i prašnicima

Makrosporogeneza - proces nastanka jajne stanice i sekundarne jezgre kod biljaka- u tučku se nalazi embrionalna vreća u kojoj se nalazi tzv. majčinska stanica (2n)- majčinska stanica prolazi kroz mejozu I i daje 2 haploidne stanice koje drugom mejotičkom diobom

daju 4 haploidne stanice, makrospore - kod većine dikotiledona samo jedna makrospora se razvija dalje, a ostale 3 odumiru- makrospora koja ostaje se dalje dijeli mitozom, ali nema kariokineze pa se samo jezgre dijele najčešće

dok ih ne bude 8 → 1 jajna stanica, sekundarna jezgra (dvije jezgre su kopulirale), 3 antipode, 3 sinergide

Mikrosporogeneza - proces nastanka polenovog zrna → ima 2 generativne jezgre- u prašnicima se nalaze 4 polenove vreće u kojima se nalazi majčinska stanica (2n) koja mejozom daje prvo tetrade (n) koje rastu i daju mikrospore- mikrospore prolaze mitozu čiji su rezultat 2 jezgre → 1 generativna i 1 vegetativna

15

- generativna stanica se još jednom podijeli tako da na kraju imamo polenovo zrnce sa 2 generativne i 1 vegetativnom jezgrom (sve su haploidne)

MUTACIJE

- iznenadne i trajne promjene nasljedne tvari (genetskog materijala) koje se prenose na potomstvo- podjela:

1) Mutacija gena → point mutacije u molekuli DNA; u proteinskom lancu2) Mutacija kromosoma → u strukturi kromosoma; u broju kromosoma

- zahvaćaju tjelesne stanice i gamete (spolne stanice)- ako se mutacija dogodila ranije onda će mutirani dio tijelesnih stanica biti veći i obrnuto

Ekspresija mutacija na fenotipskoj razini

1. BIOKEMIJSKE MUTACIJE → nasljedne promjene u mehanizmu ak., enzima (kod ljudi se očituju kao urođene mane)

→ proučavaju se na mikroorganizmima (mko.)2. KONDICIJSKE MUTACIJE → sprečavaju razvoj organizma u jednoj, a omogućuju ga u drugoj okolini

(pr. otpornost na zimu, bolesti, pH, salinitet)3. MORFOLOŠKE MUTACIJE → vidljive promjene oblika, veličina, boje4. LETALNE MUTACIJE → posljedica promjene gena koje dovodi do smrti organizama (albinizam kod

biljaka)5. ŠTETNE MUTACIJE → uzrokuju štetna svojstva koja smanjuju šansu preživljavanja (albinizam kod

ljudi, srpasta anemija, tromboza)6. KORISNE MUTACIJE → rezultiraju poboljšanjem svojstava (otpornosti na bolesti, veći sadržaj proteina)

Mutacijski obroci, frekvencija mutacija

MUTACIJSKI OBROK = broj mutacija u određenom genu po jedinici vremena → mjeri se staničnim diobama često se ne može ustanoviti broj dioba u populaciji staniceFREKVENCIJA MUTACIJE = učestalost mutacija koja se izražava kao broj mutacija na milijun gameta- broj mutacija varira od kod viših organizama- frekvencija kod bakterija

- mutacija se lakše zapaža kad na recesivni gen mutira dominantni (→ to se odmah vidi u potomstvu), ali je obrnuto češće i teže se uočava → vjerojatnost uočavanja je 25 %

Čimbenici koji uječu na obrok ili učestalost mutacija

1. VELIČINA GENA → u standardnim uvjetima različiti geni mutiraju u drugačijim obrocima (veći geni veća mogućnost mutiranja)

2. GENOTIP → gen R (dom) r (rec) sorta Lorel 3 puta veća učestalost mutacija nego sorta Columbija

3. POKRETNI ELEMENTI → transpozni, vrlo kratke sekvence DNA kreću se iz jednog dijela kromosoma u drugi, ugrađuju u gen i izazivaju mutacije

4. TEMPERATURA → visoke temperature povećavaju mutacijsku učestalost5. MUTAGENSI → agensi okoliša (kemikalije, radijacija)- danas mutacije ne izazivaju pozitivne pomake- mutacije mogu biti spontane ili izazvane - na mutacijama je radio Miller (1927.) → X-zrakama je ozračio mušicu i dobio povećane frekvencije

svojstava

16

- Stadler → 1929. napravio 1. mutaciju kod biljaka → 1940. razradio metodu otkrivanja mutacija kod kukuruza

Uzročnici mutacija

1. ELEKTROMAGNETSKO ZRAČENJE → zrake sa manjom λ uzrokuju veće mutacije jer sadrže puno energije

a) ionizirajuće x i γ zrakeb) neionizirajuće UV zrake

2. KORPUSKULARNO ZRAČENJE a) α i β zrakeb) neutroni

3. KEMIJSKI MUTAGENSI a) HNO2

b) hidroksilamin (NH2OH)c) alkilni agensi (EMS, DMS, NG)d) bazni analozi (5 BV → veže se umjesto T, 2 AP → veže se umjesto C, T)e) akridini, antibiotici, kolhicin→ b), c), d), e) ulaze u reakcije sa N bazama pretvarajući jednu N bazu u drugu ili se veže drugi element

4. DRUGI UZROČNICI → pušenje, temperature, virusi

- glavni izvor mutacija u prirodi je kozmičko zračenje- frekvencija induciranih mutacija proporcionalna je dozi zračenja i mehanički oštećenog zračenja- DOZA MUTACIJE → vjerojatnost da 1 gen koji je zračen 1 rentgenom mutira je 10 -8, tj. jedna mutacija

na 100 milijuna- najznačajnije su letalne doze zračenja → ubija 50 % ozračenih organizama u roku od 30 dana- na zračenje su osjetljiviji organizmi na višem stupnju razvoja (čovjek i životinje) u odnosu na biljke

letalne doze kod biljaka → 600 – 75 tisuća rentgena- osjetljivost na zračenje ovisi o proječnom broju V kromosoma u interfazi → organizmi s većim

brojem kromosoma su osjetljiviji

Mutacije gena

- mogu se dogoditi u molekuli DNA uključujući greške u replikaciji ili spontani gubitak i dodatak djela molekule, te na nivou proteina

I. MUTACIJE GENA U MOLEKULI DNA 1. TRANZICIJE:

a) purin se zamijeni drugim purinom (A sa G i G sa A)b) pirimidin se zamijeni drugim pirimidinom (C sa T)

2. TRANSVERZIJE: a) purin zamijenjen pirimidinom (A sa C ili A sa T; G sa T ili G sa C)b) pirimidin zamijenjen purinom (T sa G ili A; C sa G ili A)

17

II. MUTACIJE GENA NA RAZINI PROTEINA 1. SILENT MUTACIJE → promjena u kodonu, ali tako da taj kodon kodira istu ak.

gen 5’ ATG GGA GCT CTA TTA ACC 3’ met---gly---ala---leu---leu---thr

TTG ACC leu nema kobnih posljedica

2. SMISLENE MUTACIJE → promijeni se kod u drugi koji određuje drugu ak. u proteinskom lancu3. BESMISLENE MUTACIJE (non-sense mutacije) → mijenja se kodon za neku ak. u stop kodonu4. FRIENDSHIP MUTACIJE → rezultat su adicije ili delecije jednog ili više nukleotida s time da

dodatak ili gubitak može biti 1 ili 2, a nikada 3 nukleotida tako da mutacija uvjetuje “pogrešno” čitanje čitavog gena

→ u tom slučaju nastaje potpuno novi redoslijed kodona od kojih neki mogu biti besmisleni ili stop kodoni koji onda završavaju sintezu proteina ranije ovakve mutacije izazivaju drugačiji poredak ak. u proteinskom lancu

→ može se dogoditi ponavljanje N baza za neke bolesti ljudi (pr. kod muskularne distrofije povećanje CAG)

Biološki mehanizam popravka DNA oštećenja

1. FOTOREAKTIVNI ENZIM PRE → popravlja oštećenja koja uzrokuju UV zrake (rastvara TT dimere)2. ALKILTRANSFERAZE → enzimi koji popravljaju oštećenja uzrokovana kemikalijama EMS i NG

prijenosom alkilnih grupa koje su dodane na 0 i 6 mjesto G3. AP REPARACIJSKI SISTEM → sve stanice imaju endonukleaze koje popravljaju mjesto gubitka purinske

ili pirimidinske baze (apurinska i apirimidinska mjesta)

Popravci poslije udvostručenja DNA

1. MISMATCH REPARACIJA → prepoznaje mjesto pograške pri duplikaciji DNA, odredi koja je baza pogrešno uključena izreže tu bazu

2. SOS REPARACIJSKI SISTEM → premošćuje greške i omogućuje daljnje udvostručenje DNA

Mutacije u strukturi kromosoma

KROMOSOMSKE ABERACIJE → sudjelovale su u evoluciji vrsta1) DELECIJE → izgubi se jedan segment kromosoma

→ omogućuje razdvajanje unutar vrste ili se stvara specifični fenotip2) INVERZIJE → dio kromosoma se odlomi, okrene se za 180˚ i reintegrira u isti kromosom

→ POSLJEDICA:a) dijelovi kromosoma imaju drugačije odnose zbog drugačijeg poretka genab) novi poredak i organizacija lokusac) izvor genetskog polimorfizma vrste → izvor novih genotipova PARACENTRIČNA INVERZIJA nije uključena centromera u inverzivni dio kromosoma

½ gameta su normalne, ½ gameta imat će kromosome sa inverzijom PERICENTRIČNA uključena je centromera u inverzijski dio kromosoma

½ gameta su normalne, ½ gameta će imati kromosome sa inverzijom3) DUPLIKACIJE → kromosomski dio (segment) pojavljuje se više puta

→ POSLJEDICE: a) prekid i drukčije spajanje kromosoma → uspostava novih odnosa, s drugim

lokusomb) mogućnost interakcije unutar organizama te između organizama i vanjske

okoline

18

4) TRANSLOKACIJE → promjene u smještaju dijela kromosoma (dio kromosoma se premjesti u drugo mjesto istog ili drugog kromosoma)

→ kromosomski materijal ostao je isti, ali je drugačije raspoređenA) INTRAKROMOSOMSKE TRANSLOKACIJE → premještanje dijela kromosoma u drugu

poziciju istog kromosomaB) INTERKROMOSOMSKE TRANSLOKACIJE → dio 1 kromosoma se premješta se u drugi

kromosom → GENETSKE POSLJEDICE:

1. povećana udaljenost 2 gena koji su sada razdvojeni ubačenim segmentom

2. stvoreni su drugačiji odnosi između vezanih gena zbog ubačenog dijela

→ najpoznatija translokacija u ljudskom organizmu je premještanje dijela kromosoma sa 21. kromosomskog para na 5. kromosomski par posljedica: Downov sindrom

→ Važnost translokacija u ljudskom djelovanju - mogućnost translokacije u divlju populaciju štetnika → svi sa tanslokacijom izumru (pr. skakavci,

gubar)- translokacija dijelova kromosoma primjerice u pšenicu iz raži (Secale) → dobija se sorta Transec

otporna na lisnu rđu i pepelnicu- TRANSLOKACIJA KOD LJUDI – SINDROMI:

1. mačji plač (duplikacija 11 q, delecija 5 p kromos. 5)2. neuroblastama kromos. 13. tumor testisa kromos. 124. melanoma kromos. 1

- translokacija između različitih kromosoma (pozicijski učinak)- molekularni genetičari upotrebljavaju translokaciju za lokacije i izolacije gena

Mutacije u broju kromosoma

- EUPLOIDI → monoploidan broj kromosoma povećan x puta- ANEUPLOIDI → smanjen ili povećan broj pojedinih kromosoma iz genoma- monoploidni broj kromosoma → broj kromosoma u kromosomskom setu x- haploidni broj kromosoma → n x = n- 2n → diploidan (zigotni) broj kromosoma

- haploid → n; diploid → 2n; triploid → 3n; autotetraploid → 4n; alotetraploid → 5n, 4nEUPLOIDI

1) HAPLOIDI (MONOPLOIDI) → n ili x genetska formula homozigoti (AB organizmi koji imaju gametni broj kromosoma)

- razvijaju se bez oplodnje iz jajne stanice, spermija ili polenovog zrna- metoda za dobivanje haploidnih biljaka:

A) KULTURA ANTERA → razvoj haploidnih organizama iz polenovog zrna u medijuB) BULBOSUM MELODA → križanjem 2 vrsta s ciljem eliminacije genoma jedne od

njih zbog nehomolognosti (pr. Hordeum vulgare x H. bulbosum)- koriste se za:

a) stvaranje novih biljnih genotipova koji su homozigotni (diplodizacijom kromosoma uz pomoć kolhicina)

b) otkrivanje recesivnih alelac) fundamentalno istraživanje stanične biologije → fiksiranje gena za kvantitativna i

kvalitativna svojstva

19

2) DIHAPLOID → n x 2 = 2n, AABB organizmi- nastali udvostručenjem kromosoma haploidnih organizama (AB x kolhicin)- koriste se za:

a) izdvajanje genotipova iz jako heterozigotnih hisridnih populacijab) dobivanje homozigota za gen lokuse i kod samosterilnih vrstac) istraživanje strukture i promjene u strukturi kromosoma

3) DIPLOIDI → n + n = 2n AABB (heterozigoti)- nastaju kopulacijom ženske i muške gamete (AB) + (AB)- najveći broj danas živućih organizama je diploidan- svaki kromosom u stanici diploidnih organizama je zastupljen u paru (homologni kromosomski par)

→ porijeklom su jedan od majke i jedan od oca- kromosomi imaju istu morfologiju i nose gene za ista svojstva4) POLIPLOIDI → povećan broj monoploidnih kromosoma različiti broj puta- povećanje broja kromosoma ima pozitivni učinak samo do jedne granice (Phileum pratense → mačji

repak) → povećan (prevelik broj kromosoma može imati depresivan učinak)A) AUTOPOLIPLOIDI → povećan broj kromosoma istog genoma

Beta vulgaris (šećerna repa) 2n = 3x = 27 → triploidan jabuka 2n = 3x = 51 (mladica)

raž 2n = 4x = 28 → tetraploidan (sjeme)krumpir 2n = 4x = 48 (gomolj)luk 2n = 4x = 32 (lukovica)

B) ALOPOLIPLOIDI → povećan broj kromosoma različitog genomaRaphano - brassica (repe) 2n = 4x = 36Brassica napus 2n = 4x =38Nicotiana tabacum 2n = 4x = 48pšenica: heksapoliploid

→ ima 3 genoma (ABD) AA BB DD5) TRIPLOIDI → 2n + n = 3n AAA BBB- imaju 3 puta zastupljen isti genom- obično su autopoliploidi- nastaju križanjem tetraploida 4n (AAAA BBBB) s diploidom 2n (AA BB)- gamete tetraploida (AA BB) x gamete diploida (AB) → kopulacijom triploid (AAA BBB)- primjeri uporabljivih triploida: šećerna repa (4n x 2n) = 3n = 27

lubenica bez koštica 3n = 33- triploidni organizmi su sterilni zbog nepravilnog parenja kromosoma u mejozi (skup način dobivanja

sjemena)6) TETRAPLOIDI → 2n x 2 = 4n (AAAA BBBB)- nastao udvostručenjem kromosoma diploidnih organizama- autotetraploidi → organizmi sa podvostručenim diploidnim brojem kromosoma

AA BB x kolhicin- prednost: stanice su veće, a time i plodovi, cvijetovi, listovi- primjer upotrebljivih tetraploida: raž 4n =28 (2% više proteina, poboljšana pekarska svojstva)- nedostatak : veća sterilnost, stvori se manji broj zrna- primjer: crvena djetelina → veća bujnost, koristi se za zelenu krmu; sterilna zbog povećanog broja V

stanica, kukci nisu u stanju vršiti oprašivanje7) HEKSAPLOIDI Triticale → križanje pšenice i raži

→ 6x = 42 heksaploidni triticale AA BB RR- križanjem pšenice AA BB i raži RR; gamete pšenice AB, raži R → udvostručenjem AA BB RR- jake stabljike, širokih listova, velikih klasova; slaba razvijenost endosperma, manji urod, slabija

kvaliteta

20

8) OKTAPLOIDI Oktaploidni triticale → 8x = 56 AA BB DD RR- križanje Triticum vulgare AABBDD i raži RR → gamete pšenice ABD, i raž R kopulacijom i

udvostručenjem AABBDDRR- cilj križanja : hibrid koji ima sposobnost prilagodbe koju raž ima s urodom i kvalitetom koju ima

pšenica- niži urod

ANEUPLOIDI - smanjen ili povećan broj pojedinih kromosoma iz genoma1) MONOSOMIK → genska formula (2n - 1)- nedostaje 1 kromosom- kod čovjeka uzrokuje razl. sindrome → pr. 2n = 45 - Turnerov sindrom (nedostaje x) → kod žena:

sterilnost2) NULSOMIK → 2n - 2- oba kromosoma jednog kromosomskog para nedostaju- pr. pšenica (postoji čitava serija nulsomika)3) TRISOMIK → 2n + 1- 1 kromosom viška- rezultat je nerazdvajanja pojedinih kromosoma u staničnim diobama gameta- kod biljaka (slabo razvijene, a višak se različito odražava na karakter)- kod ljudi → Downov sindrom (3 kromosoma na 21 kromosomskom paru)

→ Kiefferov sindrom (44 autosoma i višak x kromosoma kod spolnih kromosoma xxy)- dvostruki trisomik → 2n + 1 (+1) → na 2 kromosomska para 1 višak kromosoma (pr. na 21. i 20.)4) TETRASOMIK → 2n + 2- 2 kromosoma viškaRazvoj aneuploida → kromosomi se ne razdvoje pravilno u gamete (u mejozi I ili II)

TRANSPOZONI - genetski elementi (dijelovi molekula DNA) koji mogu mijenjati mjesto unutar genoma (kod

prokariota i eukariota) - nekoliko stotina do 1000 genskih parova → čine 10 % DNA- “kontrolni element” u “jumping genes”, transpozni- 2 tipa premještanja transpozona

1) premještanje bez replikacije → enzimi transpasaze jednostavno kidaju DNA lanac na kraju i tada ubacuju transpozon na drugu lokaciju unutar DNA

2) premještanje poslije replikacije (u drugu regiju kromosoma) → na taj način da se uz pomoć enzima udvostruče i taj novonastali transpozon ugrađuje se na novo mjesto u DNA (kromosom), a “stari” transpozon ostaje na istom mjestu unutar genoma

Transpozoni unutar biljaka - pronađeni kod raznih biljaka- AC - kod kukuruza, AC-aktivator, samostalan dem.?

- Ds → kod kukuruza, Dt → nesamostalan element čije premještanje ovisi o prisutnosti Ac elemenata- Mu-Mu1 → samostalan element kod kukuruza, velika frakvencija spontanih mutacija- Tam → transpozoni elem. kod zijevalice Antirrhinum majus- Tgm → transpozoni elem. kod soje Glycine max

Transpozoni i mutacije - načini insercije - ubacivanja:1) Ubacivanjem u regiju gena koja kodira protein (strukturalnu regiju gena) → kontrolira normalnu

ekspresiju gena2) Insercijom u regulatornu regiju gena - može utjecati na gensku ekspresiju → tok i jačinu

21

- 2 tipa transpozona u svakoj porodici:1. SAMOSTALAN (autonomni) → premještaju se samostalno2. NESAMOSTALNI (neautonomni) → ne mogu se ispremještati samostalno, trabaju

gene za premještaj

Otkriće transpozona kod kukuruza - Barbara MacCilntoch 1940.-1950., a 1983. Nobelova nagrada- u biljkama kukuruza postoji tzv. “divlji tip” (dominantni) C alel gena koji kontrolira ljubičastu boju

zrna- recesivni c alel blokira pojavu boje, zrno je bezbojno- nakon povratne mutacije C__c pojavljuje se fenotip → zrno bezbojno sa ljubičastim točkama- kod uobičajene mutacije zrno bi bilo bezbojno- postoji mogućnost mutacije c__C, rezultat bi tada bio pojava ljubičastog aleureona zrnaOtkud zrna sa ljubičastim točkama? →→ TRANSPOZONI Ac i Ds

NASLJEĐIVANJE KVALITATIVNIH ALTERNATIVNIH SVOJSTAVA

1) KVALITATIVNA (ALTERNATIVNA) SVOJSTVA

- pod kontrolom su malog broja gena- na njihov razvoj vanjska okolina nema utjecaja- PRIMJER: boja sjemenke, boja cvijeta- pojmovi: GAMETA → muška ili ženska spolna stanica sposobna za oplodnju

→ svaka ima n broj kromosoma ZIGOTA → oplođena jajna stanica GEN → odsječak DNA smjera 3’-5’ ALEL → jedan mogući oblik (forma) gena; PRIMJER: 1 gen za visinu stabljike = 2 alela (1N

i 1V) PAR ALELA → kombinacija 2 alela nekog gena

→ kod 2n organizama uvijek se nalaze 2 alela nekog gena → u gameti se uvijek nalazi samo 1 alel, a u zigoti 2 alela (par alela)

LOKUS → mjesto na kromosomu gdje se nalazi gen FENOTIP → vanjski (fizički) izgled organizma

→ produkt je interakcije gena i okoline2) KVANTITATIVNA SVOJSTVA - svojstva na koja je izražen veliki utjecaj okoline (pr. sadržaj šećera, proteina)- GENOTIP → genetska konstitucija organizma

→ specifična kombinacija alela → organizmi mogu biti i homozigoti i heterozigoti → homozigoti istoimeni aleli u gen lokusima (DD); čiste linije za sve gene → heterozigoti sadrže raznoimene alele u gen lokusima (Dd)

- ČISTA LINIJA → potomstvo jedne homozigotne linije dobivene samooplodnjom tijekom nekoliko generacija

→ svi geni su u homozigotnom stanju- KRIŽANJE → parenje genetski različitih individua iste ili različite vrste- POVRATNO KRIŽANJE → križanje F1 generacije često sa recesivnim roditeljem- POVRATNO TEST KRIŽANJE → jesu li individue homozigoti ili heterozigoti

→ F1 sa recesivnim roditeljem

Gregor Johann Mendel (1822. - 1884.) - 1847. austrijski svećenik- ’51.-’53.→ studirao matematiku i fiziku

22

- ’54. započinje istraživanja na grašku- ’65. izložio saznanja- osnova moderne genetike- nasljedna svojstva → Mendelova svojstva- svojstva s 2 lako uočljiva fenotipa- 7 svojstava (boja sjemenke i cvijeta, oblik, boja mahune, oblik i veličina mahune, tip graška)- omjer fenotipova u F2 generaciji 3:1 → svojstva su bila nevezana (na razl. kromosomima)- F1 → svi su uniformni → svojstva 1 roditelja

F2 → 3 x veća frekvencia → rezultati recipročnih križanja su isti

- sva alternativna svojstva imaju 2 alela (oblika)

MENDELOVA PRAVILA 1) → a) postoji uvijek F1 koja je uniformna (i fenotip i genotip)

→ b) cijepanje u F2 maksimalna rekombinacija alela2) → postoji slobodno kombiniranje gena

→ sve gamete imaju šansu biti oplođeneMonohibridno križanje

- križanje roditelja koji se razlikuju u 1 paru alela (AA x bb)- MONOHIBRID → heterozigotan u 1 paru alela- pratimo 1 gen (2 alela)- 3 odnosa između 2 alela: → dominantno-recesivni

→ intermedijaran → kodominantan

1) DOMINANTNO-RECESIVAN - dominantan alel → u svojoj ekspresiji je jači i prekriva djelovanje drugog alela→ može sintetizirati genske produkte- recesivan alel → slabiji u ekspresiji od drugog alela istog gena- dominantni može sintetizirati genske produkte koje ne može recesivni

PRIMJER: grašak → boja mahune (zelena, žuta) P1 ZZ x žžG1 Z žF1 Zž (uniformna, heterozigotna, zelena mahuna)F2 F1 x F1 Zž x Zž→ u F2 generaciji: 1/2 s dominantnim alelom i 1/2 s recesivnim alelom

→ omjer genotipova u F2 1/4 homozig. dom. : 1/2 heterozig. : 1/4 homozig. rec→ omjer fenotipova u F2 3/4 zeleni : 1/4 žuti

- Povratno test križanje = F1 s recesivnim roditeljem; oznaka Bc (B1)Zž x žž

→ omjer genotipova: 1/2 heterozigota : 1/2 homozigota rec.→ omjer fenotipova: 1/2 heterozigota : 1/2 homozigota rec.

2) INTERMEDIJARNI ODNOS - oba alela imaju jednak doprinos za razvoj nekog svojstva

PRIMJER: zijevalica → boja cvijeta (crvena, bijela, roza)P1 AcAc x AbAb G1 Ac Ab F1 Ac Ab

F2 = F1 x F1 AcAb x AcAb

23

→ omjer genotipova u F2 1/4 : 1/2 : 1/4→ omjer fenotipova u F2 1/4 crveni : 1/2 rozi : 1/4 bijeli

Povratno križanje: F1 x jedan od roditeljaAcAb x AcAc

3) KODOMINANTNI ODNOS - između 2 alela istog gena → oba alela imaju doprinos razvoju svojstvaVRSTA: čovjek

krvne grupe1 gen: LMLN

fenotipovi: MM, MN, NNgenotipovi: LMLM, LMLN, LNLN

P1 LMLM x LNLN G1 LM LN F1 LMLN LMLN

→ MULTIPLIALELMORFIZAM - mutantni oblici jednog gena- gen ima više od 2 alela- 1 gen → jedno svojstvo → više od 2 alela- odnosi između alela mogu biti različiti- između sebe su kodominantni

krvne grupe: A → homo- i heterozigotni B → homo- i heterozigotni AB → kodominantni

0 → homozigotni

Kukuruz (boja perikarpa) → 6 različitih oblikaBR crveniBC bijeliBM mozaikBW bezbojni, itd.

- odnosi između 6 alela je dominantno-recesivan- zadnji alel je recesivan nad svima iznad sebe- u gameti je SAMO 1 OD NJIH, a u zigoti BILO KOJA DVA !!!

Kunić (boja dlake) → 1 gen sa 4 oblikaCc, Ch, Ca i još jedan C

Cc → dominantan nad svim alelimaCh → dominantan nad Ca Ch → kodominantan sa Ca i s Ccka

Dihibridno križanje

→ uz dominantno-recesivni odnos alela- DIHIBRIDNO KRIŽANJE → križanje između roditelja koji se razlikuju u 2 alelna para (AABB x aabb)- dihibrid → organizam koji je heterozigotan u 2 para alela (AaBb)

24

PRIMJER: grašak- svojstva → oblik sjemenke: okrugla R_

naborana rr → boja sjemenke: žuta Y_

zelena yyP1 RRYY x rryy (okrugla, žuta x naborana, zelena)G1 RY ry F1 RrYy → dihibridna, uniformna, heterozigotna, okrugla, žuta

→ heterozigotni org. u 2 alelna para dat će 4 vrste gameta u F2

RrYy x RrYy

- u F2 generaciji dobili smo 4 x 4 različitih gameta

Fenotip Genotip Genotip FenotipR_Y_ (okrugle, žute) RRYY 1/16

RRYy 2/16 RrYY 2/16

RrYy 4/16 9/16 . R_yy (okrugle zelene) RRyy 1/16 Rryy 2/16 3/16 . rrY_ (naborane, žute) rrYY 1/16 rrYy 2/16 3/16 . rryy (naborane, zelene) rryy 1/16 1/16 .

- u F2 generaciji imamo 9 različitih genotipova u različitim frekvencijama, 4 različite vrste gameta, 4 različita fenotipa

Povratno test križanje za dihibrid Bc RrYy x rryy→ omjer genotipova: 1/4 RrYy (dihibrid), 1/4 Rryy (monoh. u 1. al. paru), 1/4 rrYy (monoh. u 2. al. paru), 1/4 rryy (homozigot recesivan)→ omjer fenotipova: 1/4 o. i ž., 1/4 o. i z., 1/4 n. i ž., 1/4 n. i z.- omjer genotipova i fenotipova kod dihibrida je 1/4 : 1/4 : 1/4 : 1/4 sa dom.-rec. odnosom- PRIMJERI: biljke → pšenica, ječam, grašak; životinje → kokoš, kunić, govedo

Trihibrid

→ uz dominantno recesivan odnos alela- TRIHIBRIDNO KRIŽANJE → križanje između roditelja koji se razlikuju u 3 alelna para (pr. AAbbcc x

aaBBcc) i sve ostale kombinacije- trihibrid → organizam koji je heterozigotan u 3 alelna para (AaBbCc)

PRIMJER: ječam → crno, obuveno zrno, dvoredac, CCDDNN x žuto, golozno, šesteroredac ccddnn

VRSTA: grašak 1. oblik sjemenke: okrugla R_; naborana rr2. boja sjemenke: žuta Y_; zelena yy3. visina stabljike: visoka H_; niska hh

P1 rrYYHH x RRyyhh (naborana, žuta, visoka x okrugla, niska, zelena)G1 rYH RyhF1 RrYyHh → trihibrid, uniformni oblik (okrugla, žuta visoka)

- svaki trihibrid daje 8 različitih gameta

25

- F2 generaciju daje F1 x F1 → u F2 generaciji dobili bi 8 x 8 različitih gameta- omjer genotipova u F2 generaciji kod dominantno-recesivnog odnosa alela kod trihibrida dobijamo

preko monohibrida 1/4 HH 1/4 HH 1/4 YY 2/4 Hh 1/4 YY 2/4 Hh 1/4 hh 1/4 hh 1/4 HH 1/4 HH1/4 RR 2/4 Yy 2/4 Hh 2/4 Rr 2/4 Yy 2/4 Hh 1/4 hh 1/4 hh 1/4 HH 1/4 HH 1/4 yy 2/4 Hh 1/4 yy 2/4 Hh 1/4 hh 1/4 hh 1/4 HH 1/4 YY 2/4 Hh 1/4 hh 1/4 HH → dobijemo 27 različitih genotipova u F2

1/4 rr 2/4 Yy 2/4 Hh generaciji kod trihibrida sa dominantno-rec. 1/4 hh alelima 1/4 HH 1/4 yy 2/4 Hh 1/4 hh

Povratno križanje kod trihibridnog križanja- križanje F1 generacije koja je trihibridna i to:

Bc RrYyHh x rryyhh

1 ryh H 1/8 RYH 1/8 RrYyHh Y h 1/8 RYh 1/8 RrYyhh

R H 1/8 RyH 1/8 RryyHh y h 1/8 Ryh 1/8 Rryyhh

H 1/8 rYH 1/8 rrYyHh Y h 1/8 rYh 1/8 rrYyhhr H 1/8 ryH 1/8 rryyHh y h 1/8 ryh 1/8 rryyhh

- javlja se 8 različitih genotipova i 8 različitih fenotipova nakon Bc križanja trihibrida uz dominantno recesivni odnos alela, a frekvencija je po 8 svakog

26

- broj fenotipskih i genotipskih klasa kod samooplodnih heterozigota u F2, kod kojih geni pokazuju kompletnu dominantnost:

br. cijepajućih genskih parova br. fenotipskih klasa br. genotipskih klasa 1 (kod monohibrida) 2 (3/4 i 1/4) 3 (1/4:2/4:1/4) 2 (kod dihibrida) 4 9 3 (kod trihibrida) 8 27 4 16 81 n 2n 3n

→→ do sada smo promatrali 1 gen sa 2 alela i odnose između 2 alela i 1 gena2 alela → 1 gen → 1 svojstvo INTERALELNA INTERAKCIJA

GENSKE INTERAKCIJE I MODIFICIRANI MENDELOVI ODNOSI(INTERALELNE INTERAKCIJE)

- FENOTIP (obilježje) je rezultat složenih biokem. procesa koji su pod direktnom kontrolom gena → više od 1 gena kontrolira jedno svojstvo

- tipovi interakcija:1) Interakcije između nealelnih gena koji proizvedu novi fenotip2) Interakcije između nealelnih gena od kojih 1 gen maskira ekspresiju drugog alela →

epistaze

Interakcije između različitih gena (interalelne interakcije)

- interakcije između nealelnih gena (2 ili više) koji kontroliraju 1 svojstvo- Mendelovi principi neovisne raspodjele (geni na razl. kromosomima ponašaju se slobodno u stvaranju

gameta)- 2 nevezana gena s po 2 alela (Aa; Bb) svaki gen kontrolira 1 svojstvo- križanjem 2 heterozigota u 2 alelna para (dihibrida) → 9 različitih genotipova

1/16 AABB 4/16 AaBb 1/16 aaBB2/16 AABb 1/16 AAbb 2/16 aaBb2/16 AaBB 2/16 Aabb 1/16 aabb

- 4 različita fenotipa u omjeru: 9/16 (A_B_) individue s oba dominantna svojstva3/16 (A_bb) individue s prvim dominantim, a drugim recesivnim svojstvom3/16 (aaB_) prvi je recesivni, a drugi dominantno svojstvo1/16 (aabb) recesivni u oba svojstva→ ovo vrijedi samo kod dominantno-recesivnih odnosa alela

1. Interakcije nealelnih gena koje proizvode novi fenotip - kod dihibridnih križanja, dva nevezana i nealelna gena- 2 alelna para utječu na razvoj 1 svojstva- genski interakcijski produkt će stvoriti novi fenotip, rezultat interakcije će biti modificirani fenotipski

omjerPRIMJER:vrsta: peradsvojstvo: kresta → grašasta (rrP_), orašasta (R_P_), jednostavne (rrpp), ružasta (R_pp)- interakcijom 2 dominantna gena (alela) (R i P) dobije se novi fenotip → orašasta kresta- svaki od njih pojedinačno u dominantnom obliku pojavljuju se posebni fenotipovi

R_pp → ružastarrP_ → grašasta

27

- jednostavna kresta se pojavila kada su oba alela (r i p) recesivniI. križanje: ružaste i jednostavne kreste (ružasta je dominantna nad jednostavnom)

P1 RRpp x rrppG1 Rp rpF1 Rrpp → ružastaF2 = F1 x F1 Rrpp x Rrpp

ženske → 1/2 Rp 1/2 rpmuške → 1/2 Rp 1/4 RRpp 1/4 Rrpp 1/2 rp 1/4 Rrpp 1/4 rrpp→ F2 generacija: 3/4 ružasta : 1/4 jednostavna→ frekvencija fenotipova → ista kao kod monohibrida sa dominantno-recesivnim svojstvima

II. grašasta kresta x jednostavna kresta (grašasta je dominantna)P1 rrPP x rrppG1 rP rp F1 rrPpF2 = F1 x F1

rrPp x rrPp (monohibridne su)ženske → 1/2 rP 1/2 rpmuške → 1/2 rP 1/4 rrPP 1/4 rrPp 1/2 rp 1/4 rrPp 1/4 rrpp→ F2 gen. omjer fenotipova: 3/4 grašasta : 1/4 jednostavna kresta

III. ružasta x grašasta kresta → rezultat je bio novi i interesantanP1 RRpp x rrPP G1 Rp rPF1 RrPp (orašasta → novi fenotip)F2 = F1 x F1 RrPp x RrPp → individue su heterozigotne u 2 alelna para

F2 fenotipski odnos za Rr x Rr

F2 fenotipski odnos za Pp x Pp

Kombinirajući F2

odnos 3/4 P_ 9/16 R_P_

3/4 R_ 1/4 pp 3/16 R_pp

3/4 P_ 3/16 rrP_ 1/4 rr

1/4 pp 1/16 rrpp→ ovo je kao i kod monohibrida, ali ovdje oba para alela kontroliraju 1 svojstvoOčekivani F2 fenotipski udio: 9/16 orašasta → NOVI FENOTIP 3/16 ružasta

3/16 grašasta1/16 jednostavna

- F1 je imala orašasti oblik kreste- križanjem smo dobili 4 fenotipa u omjeru: 9/16 : 3/16 : 3/16 : 1/16- ružasta i grašasta kresta dominantne su nad jednostavnom krestom što smo vidjeli iz F1 generacije- svaki dominantni alel sam za sebe stvara različiti fenotip (R_pp ružasti, rrP_ grašasti)- 2 dominantna alela zajedno stvaraju novi fenotip (R_P_ orašast)- 2 recesivna alela u homozigotnom stanju stvaraju poseban oblik kreste (rrP_ grašasti)- 2 dominantna alela zajedno stvaraju novi fenotip (R_P_ orašast)

28

- 2 recesivna alela u homozigotnom stanju stvaraju poseban oblik kreste (rrpp - jednostavna)- ZAKLJUČAK : dobili smo novi fenotip iako je u F1 generaciji izgledalo da imamo monohibride - 2 gena

(alelna para) kontroliraju 1 svojstvo

- generacija nakon Bc križanja - 4 genotipa i 4 fenotipa (1/4 orašasti, 1/4 ružasti, 1/4 grašasti, 1/4 jednostavni)

2. Interalelna interakcija za oblik ploda bundeve (modificirani omjer) - 2 gena locirana na različitim kromosomimavrsta: Cucucurbita peposvojstvo: oblik bundeve: A_B_ spljošteni

A_bb okrugli 3 svojstva, a 4 odnosa aaB_ okrugli

aabb duguljasti - interakcijom između 2 nealelna dominantna gena (A_B_) stvara se novi fenotip (spljošteni)- svaki dominantni alel (A_bb, aaB_) sam stvara isti fenotip (okrugli)- recesivni oblik gena (aabb) stvara duguljasti oblik bundeve

P1 AAbb x aaBB (okrugli x okrugli)G1 Ab aBF1 AaBb (spljošteni)F2 = F1 x F1

AaBb x AaBb- u F2 generaciji: 9/16 spljoštenih : 6/16 okruglih (2 različita genotipa potpala su pod isti fenotip) : 1/16

duguljastih → MODIFICIRAN MENDELOV OMJER

- F1 ne nalikuje niti jednom roditelju; u F2 generaciji se pojavljuje novi oblik (duguljasti), a 2 različita genotipa pripadaju istom fenotipu

Bc AaBb x aabb (spljošteni x duguljasti)

→ generacije nakon Bc testa: 4 različita genotipa → 1/4 AaBb : 1/4 aaBb : 1/4 Aabb : 1/4 aabb3 različita fenotipa → 1/4 spljošteni : 2/4 okrugli : 1/4 duguljasti

3. Interakcija nealelnih gena → 1 alel prekriva ekspanziju 2. alela - EPISTAZE - EPISTAZE → genske interakcije u kojoj jedan gen sprečava fenotipsku izražajnost (ekspresiju) drugog

nealelnog gena- gen koji maskira (priječi) 2. gen u njegovoj ekspresiji je epistatski, a gen čija je ekspresija maskirana

nealelnim genom je hipostatski gen - vrste epistaza:

1) homozigotni rec. par alela aa maskira učinak drugog domin. B alela2) domin. alel gena A može maskirati učinak domin. alela gena B3) epistaza može istovremeno biti u oba smjera aa_B ili A__B, sve te kombinacije stvaraju brojne

mogućnosti modifikacija uobičajenog dihibridnog fenotipskog omjera 9 : 3 : 3 : 1

1) Recesivna epistaza (suplementarni geni, 9 : 3 : 4)- recesivni alel 1 gena (cc) u homozigotnom stanju priječi djelovanje domin. i recesivnog alela 2. gena

(A, a)- ovaj tip recesivne epistaze sa genotipom A_cc i aacc daju individue istog fenotipa → omjer u F 2

generaciji 9 : 3 : 4

29

PRIMJER: vrsta: mišsvojstvo: boja dlake A_C_ divlja

aaC_ crna A_cc albino

aacc albino

2) Dupla recesivna epistaza (komplementarna genska akcija 9 : 7)- 2 dominantna alela zajedno u zigoti tvore drugačiji fenotip, a ako je svaki taj domin. alel s recesivnim

alelima drugog gena tada je fenotip isti kao i recesivni genotip (obično je to divlji tip)PRIMJER:

vrsta: graškolika mirisnasvojstvo: boja cvijeta C_P_ ljubičasta

ccP_ bijela C_pp bijela

ccpp bijelaBc CcPp x ccpp

- 4 različita genotipa: 1/4 CcPp : 1/4 Ccpp : 1/4 ccPp : 1/4 ccpp- 2 različita fenotipa: 1/4 ljubičastih : 3/4 bijelihZAKLJUČAK: - bijeli cvijetovi su različite čiste linije (genotipski su različiti)- križanjem između 2 različite čiste linije bijele boje cvijeta obično daju bijelu boju cvijeta- u nekim slučajevima u F1 generaciji dobijemo ljubičaste cvijetove- kada se samooplode u F2 generaciji 9/16 ljubičastih i 7/16 bijelih → rezultat se može objasniti

interakcijom između 2 nealelna gena → 2 neovisna dominantna alela prisutna su zajedno, rezultat njihove interakcije je ljubičaste boje

- bijela boja bit će kada je jedan od gena u dominantnom obliku odsutan → gen C odgovoran je za obojenost latica, a gen P, p za ljubičastu boju

3) Dominantna epistaza gena A nad B i b alelom- epistatično-hipostatična interakcija nealelnih gena (stari naziv); 12 : 3 : 1 omjer fenotipova u F 2

generaciji- EPISTATIČNI GEN → dominantni gen koji je u svojoj ekspresiji jači od drugog dominantnog gena kada

su zajedno- HIPOSTATIČNI GEN → dominantni gen koji je u svojoj ekspresiji slabiji od drugog dominantnog gena

(epistatičnog)PRIMJER: svojstvo: boja ploda bundeve → bijela

žuta kontroliraju ih 2 gena (w, y) zelena

- bijela se pojavljuje kada gen blokira gen za žutu i zelenu boju (gen B je epistatičan u odnosu na druga 2)

- ako nema dominantnog bijelog gena (recesivni oblik 1 gena) a imamo dominantni oblik drugog gena → žuta boja ploda

- ako su bijeli i žuti u recesivnom stanju, zeleni je dominantan i pojavljuje se zelena boja plodaPRIMJER 2: svojstvo: boja pljevica C_S_ - crna (C je epistatičan)

C_ss - crna ccS_ - smeđa

ccss - žuta- boju pljevice kontroliraju 2 gena (C i S)

P1 ccSS x CCss (smeđa i crna)G1 cS CsF1 CcSs

30

F2 CcSs x CcSsPovratno križanje → daje nam informaciju o genotipu roditelja CcSs x ccss- dobili smo 4 različita genotipa: 1/4 dihibrida (CcSs) : 1/4 monohibrida u 1. alelnom paru

(Ccss) : 1/4 monohibrida u 2. alelnom paru (CCSs) : 1/4 homozigota (ccss)3 različita fenotipa: 2/4 crni : 1/4 smeđi : 1/4 žuti

4) Dominantna supresija (inhibicija) gena A nad dominantnim alelom gena B (inhibitorni gen) 13 : 3

- supresija (kočenje) 1 gena od strane drugog gena- dominantni oblik jednog gena u homo- i heterozigotnom stanju priječi ekspresiju 2. gena i stvara se

fenotip koji je jednak onom fenotipu koji stvara recesivni oblik drugog gena u homozigotnom stanjuPRIMJER 1: vrsta: Primula (jaglac)

svojstvo: proizvodnja maldivina (kemikalija koja ili je ili nije prisutna)→ maldivin kontrolira 1dominantan gen K i akcija tog gena može biti kočena inhibitorom preko

drugog gena D (inhibitor, supresor → gen koji uklanja fenotipsku ekspresiju specifičnog alela drugog gena)

P1 KKdd x kkDD (maldivin x bez maldivina)G1 Kd kDF1 KkDd (uniformna, dihibridna, bez maldivina zbog gena D koji je supresor)F2 KkDd x KkDd

→ genotipski omjer: 9/16 K_D_ → bez maldivina 3/16 K_dd → sa maldivinom 3/16 kkD_ → bez maldivina 1/16 kkdd → bez maldivina

→ fenotipski omjer: 13/16 bez maldivina : 3/16 sa maldivinomPovratno križanje: dihibrid sa 4 vrste gameta

Bc KkDd x kkdd→ dobijemo: 4 različita genotipa 1/4 KkDd : 1/4 Kkdd : 1/4 kkDd : 1/4 kkdd

2 različita fenotipa 1/4 sa maldivinom : 3/4 bez maldivina- postoji i pojava gdje 1 svojstvo kontrolira 5, 6 para gena → dominantni gen inhibira djelovanje više

dominantnih ili recesivnih gena koji kontroliraju samo 1 svojstvo

Duplikatni geni → aditivno djelovanje gena

- na razvoj nekog svojstva utječe više gena, a njihov učinak se zbraja i fenotip je rezultat kumulativnog djelovanja gena koji kontroliraju svojstvoPRIMJER: gen x i y imaju mogućnost proizvodnje pigmenta

a) xxyy → nema pigmenta, bijela bojab) Xxyy

xxYy → svijetlo crvena bojac) XXyy

xxYY → crvena bojaXxYy

d) XXYyXxYY → tamno crvena

e) XXYY → još jače tamnocrvena boja- izražajnost fenotipa je jača što ima više dominantnih alela u zigoti

PRIMJER 2: 2 različite linije imaju različiti oblik ploda → okrugli i naborani kontrolira li 1 gen ta 2 fenotipska oblika?

vrsta: Capsella bursa pastoris - pastirska torbicasvojstvo: oblik ploda: A1_A2_ okrugli

31

A1_a1a2 okruglia1a2A2_ okruglia1a2a1a2 naborani

P1 A1A1A2A2 x a1a1a2a2 G1 A1A2 a1a2 F1 A1a1A2a2 (okrugli) → da bi smo odgovorili na pitanje moramo ići u drugu (F2)

generaciju iz ovoga bismo zaključili da se radi o jednom genu koji kontrolira oblik ploda→ u F2 generaciji: omjer fenotipova: 15/16 okrugli : 1/16 naborani modificiran Mendelov odnos za diploid→ zaključujemo da kontrolu oblika ploda vrše 2 gena tzv. duplikatni geni - nastaju 4 različita genotipa: 1/4 dihibrida (A1a1A2a2) : 1/4 monohibrida za 1. gen (A1a1a2a2) : 1/4

monohibrida za 2. gen (a1a1A2a2) : 1/4 homozigota recesivna (a1a1a2a2) 2 različita fenotipa: 3/4 okruglih : 1/4 naboranih

Osnovni i letalni geni

- OSNOVNI GENI → geni koji mutacijom mogu prijeći u letalni gen- LETALNI GENI → nastaju mutacijom osnovnog gena- nekoliko godina po otkriću Mendelovih zakona genetičari su vjerovali da mutacije mijenjaju samo

vanjski izgled organizma, no otkriveno je da mutantni oblici gena mogu prouzročiti smrt gena- ako je gen mutirao u dominantni letalni alel, taj alel će pokazati letalni fenotip- ako je mutirao u recesivni letalni alel tada će samo homozigot za taj alel biti smrtonosan

PRIMJER: Anthirus majalis (zjevalica)svojstvo: boja lista: C1C1 zelena

C1C2 svijetlo-zelena C2C2 albino

P1 C1C1 x C2C2 G1 C1 C2 F1 C1C2 (svijetlo-zeleni)F2 C1C2 x C1C2

→ F2 genotip 1/4 C1C1 : 2/4 C1C2 : 1/4 C2C2 → F2 fenotip 1/4 zeleni : 2/4 svijetlo-zeleni : 1/4 albino - bez klorofila (umiru)

Penetrantnost i ekspresivnost gena

- geni ne mogu djelovati izolirani i ne mogu odrediti fenotip sami nego povezani s drugim genima i okolinom

- kada se genotip ne može isključivo pripisati djelovanju gena već i drugim faktorima koje ne možemo utvrditi za opis takvih slučajeva koriste se pojmovi: PENETRANTNOST i EKSPRESIJA GENA

Penetrantnost - postotak individua čiji je fenotip rezultat određenog genotipa → osoba može imati genotip koji se

neće ekspresirati u fenotipu zbog epistatskih gena ili zbog supresora u ostatku genoma ili će biti modificiran pod utjecajem okoline

- frekvencija u kojoj se pojavljuje dominantni ili homozigotni recesivan fenotip u potomstvu- učestalost ekspresije nekog gena na razini individualnog fenotipa, kada taj gen postoji u

individualnom fenotipu, a izražava se kao % biljaka istog genotipa u čijem se fenotipu izražava određena osobina

- ona je kompletna ako svi homozigoti recesivni pokazuju 1 fenotip, kada svi homozigoti-dominanti pokazuju drugi fenotip i kad su heterozigoti isti

- to može biti mjera učinka u slučajevima kada je nepoznat uzrok modifikacije

32

Ekspresivnost - izražajnost; opisuje stupanj u kojem je dati genotip ekspresiran u fenotipu individue (potpuna

ekspresija može biti rezultat alelne konstitucije genoma ili okolinskih faktora)- način fenotipskog izražavanja djelovanja određenog gena- mora biti opisana i kvalitativno i kvantitativno, može biti potpuna, intermedijarna ili slaba

Pleotropija - 1 gen utječe na izražajnost (ekspresivnost) većeg broja svojstava- mnogi fenotipski učinci rezultat su 1 mutantnog gena

NASLJEĐIVANJE SPOLA I SPOLNO VEZANIH SVOJSTAVA

Promjene u broju spolnih kromosoma

- organizam: tjelesni kromosomi → AUTOSOMI

spolni kromosomi → ALOSOMI - TURNEROV SINDROM (xo) → posljedica nedostatka jednog x kromosoma kod ženskih organizama (44

A + x); ženske osobe sa nizom tjelesnih malformacija; sterilne su; učestalost pojavljivanja je 1 : 3500 ženskih organizama

- KLINEFELDOV SINDROM (xxy) → posljedica viška x kromosoma (44 A + xxy); osoba je muško; ima niz malformacija; učestalost pojavljivanja je 1 : 500 muškaraca

Spol – fenotip Fertilnost Broj Barovih tijela Spolni kromosomiNormalna žena ženski + 1 xx

Normalni muškarac

muški + 0 xy

Turnerov sindrom ženski - 0 x0Klinefeldov

sindrommuški - 0 xxy

xyy muški + 0 xyyTripl x sindrom ženski +/- 2 xxx

Tripl x-y sindrom muški - 2 xxxyTetra x ženski ? 3 xxxx

Tetra x-y muški - 3 xxxxyPenta x ženski ? 4 xxxxx

TABLICA: odnos autosoma i sp. kromosoma kod vinske mušice 6 A + 1 x muški6 A + 2 x ženski6 A + 3 x superženka9 A + 1 x supermužjak9 A + 2 x interseks9 A + 3 x triploidna ženka9 A + 4 x superženka12 A + 2 x mužjak12 A + 3 x interseks12 A + 4 x superženka

- povećanje broja tjelesnih i spolnih kromosoma ima utjecaj na pojavu spola- povećan broj autosoma → broj spolnih kromosoma ostao isti, također dođe do poremećaja spola- ako se kod Dorsephile broj autosoma poveća 1 put - triploidi; a od spolnih kromosoma prisutni su xy

kromosomi, razvijaju se organizmi 9 A + xy; izražene muške osobine supermužjak

33

Mehanizmi određivanja spola

- različiti mehanizmi koji sudjeluju u određivanju spola→ Morski crv u ranoj fazi razvoja stvara spermije, u kasnijoj jajne stanice - STAROST organizma utječe na spol- kod većine organizama osnova za određivanje spola je GENETSKA OSNOVA - T. Cline, B. Baker → spol kontrolira glavne regulatorne gene i nekoliko specifičnih gena 1

različita RNA proizvodi drugačije transkripcijske faktore za žene, a drugačije za muškarce- odnos A : X → važan za koncentraciju specifičnih transkripcijskih faktora - koncentracija je važna za aktivaciju ili “kočenje” gena regulatora

Geni na y kromosomu koji određuju muški spol: - y kromosom nosi gen ili gene koji kodiraju produkte koji određuju mušku seksualnost; nazvani su

TDF (testis determinacijski faktori) → TDF određuju razvoj testisa- druge razlike između spolova su sekundarnog učinka; rezultat su hormonske akcije

- HERMAFRODITI → organizmi koji imaju oba spolna organa ovarije i testise → stvaraju spermu kada su u stadiju larve i čuvaju je u razvojnom

procesu. Kad odrastu u ovariju se stvaraju jajne stanice koje se oplođuju očuvanom spermom- samooplodnja stvara mnogo hermafrodita

Određivanje spola kod biljaka - MONOECIJSKE BILJKE (JEDNODOMNE) → na istoj biljci muški i ženski organi, ali su cvijetovi odvojeni- DIECIJSKE BILJKE (DVODOMNE) → posebno čisto ženske biljke, a posebno muške biljke- HERMAFRODITI → imaju muške i ženske spolne organe u jednom cvijetu (dvospolne biljke)

Određivanje spola kod nižih organizama - kod gljiva, algi i bakterija postoji seksualna diferencijacija; ne postoje vanjske razlike, ali postoje

fiziološke

Na razvoj spola mogu utjecati: 1) ČINIOCI OKOLINE - usjev konoplje sijan u svibnju će imat 50 % muških i 50 % ženskih biljaka, ako je sjetva kasnija

povećava se broj ženskih biljaka, a sjetvom u studenom u stakleniku razviju se samo muške biljke- kod leptira razvije se više muških ako su izloženi visokim temperaturama, a više ženskih ako su

temperature od 6˚C (z kromosom na višim temperaturama ostaje u jajnoj stanici, a w odlazi u polarno tijelo; na nižim temperaturama je obrnuto)

2) UTJECAJ HORMONA - kod dvojajčanih blizanaca se može desiti da hormoni iz muškog embrija kroz krvne žile dođu do

ženskih embrija i izazovu pojavu nekih osobina muškog spola, pa čak izazovu i pobačaj- “Kokoš se pretvorila u pijetla” Crew 1958. → kokoš ima jedan ovarij, do njega se nalaze rudimenti

zakržljalih testisa zbog tuberkuloze je ovarij uništen, a razvili su se testisi

GINANDOMORFIZAM - organizmi koji imaju jedan dio tijela ženski, a drugi dio muški → pronađeni su kod vinske mušice,

svilene bube, kod leptira i nekih drugih insekata- nakon diobe tjelesnih stanica može se dogoditi da se razviju stanice koje uz autosome imaju x - dio

tijela koji se razvije iz tih stanica imat će muške osobine; stanica koje uz autosome imaju 2x ili 3x → dio tijela koji se razvije iz tih stanica imat će ženske osobine

34

- ginandomorfizam je interesantna pojava ako se dogodi kod hibridnog organizma koji je nastao od roditelja s različitim osobinama

Spolni kromosomi - alosomi

- Menking, 1881. → proučavajući muške kukce uočio je da se u mejotskoj jezgri nalazi 11 parova kromosoma i 1 neparni element koji se premjestio na jedan pol u I. mejotičkoj diobi; nazvao ga je x tijelo → mislio je da je to nukleolus, ali je kasnije utvrđeno da je to kromosom

- slični elementi su pronađeni i kod drugih speciesa- Edmond Wilson, 1905. → pronašao je kod 2 kukca 6 pari kromosoma kod muških organizama pet

pari i jedna neparni x kromosom, ženke ustvari imaju par x kromosoma- Nettie Stevens, 1905. → pronašla je da mužjaci i ženke kod kornjaša kukca Tenebuo imaju isti broj

kromosoma, ali jedan kromosom u muškom paru je morfološki drugačiji (2 kromosoma, ali različite veličine)

- sličnu situaciju pronašla je kod Dorsophile - 4 para kromosoma - 1 par kod mužjaka je heterotrofan- Morgan → kod Dorsophila x i y kromosomi određuju spol (ženke imaju 4 para kromosoma, mužjaci 3

para i 1 koji je heteromorfan)- Richard Goldschmidt uočio je da muški organizmi imaju par kromosoma istih, a ženski različite

(kod peradi)- kod peradi i kukaca z i w kromosomi određuju spol zz = muški; zw = ženski

Barovo tijelo - u tjelesnim stanicama ženskih organizama uz jezgrinu membranu nalazi se tamno tijelo kojeg nema u

tjelesnim stanicama muških organizama- postojanje ovog tijela dovedeno je u vezu sa spolnim kromosomima i nazvano je “seksualni kromatin”- inaktivan x kromosom nazvan je Barovo tijelo - Murray Barr uočio je da jezgra stanice normalne žene ima veliku količinu kromatina što nije našao u

normalnog muškarca- tjelesne stanice xx individua imaju jedno barovo tijelo, dok u tjelesnim stanicama xy individua nema

barovog tijela- 1961. ovu hipotezu objašnjavaju Mary Lyon i Lilian Russel

Lyon hipoteza: 1) Barovo tijelo je visoko kondenziran i većinom genetski neaktivan x kromosom2) Inaktivacija x kromosoma događa se oko 16 dana nakon oplodnje3) Inaktivacija x kromosoma je slučajna; može biti majčinski ili očinski neovisno od stanice do stanice,

kada se inaktivira očinski ili majčinski kromosom x u stanici, sve stanice nasljeđuju inaktivirani uzorak

- zbog inaktivacije x kromosoma ženski organizmi heterozigotni su za svojstva vezana na x kromosom pokazali genetski mozaicizam (neke stanice pokazuju fenotip 1 x kromosoma, dok druge stanice pokazuju fenotip drugog x kromosoma)

- u ranom razvoju ženke sisavaca jedan od x kromosoma u svakoj stanici je inaktivan inaktivacijski proces je slučajan, rezultat su mozaik stanice koje imaju 2 genotipa ovisno o inaktivacijskoj alternativi

Nasljeđivanje spola

Razlike između spola mogu biti uzrokovane:1) Razlikom u morfologiji spolnih kromosoma

a) Dorsophila tip- ženski organizmi imaju spolni kromosom xx, muški imaju xy (čovjek, vinska mušica)- odlučujuću ulogu u određivanju spola imaju muški organizmib) Abraksas tip

35

- ženski organizmi zy, muški zz- odlučujuću ulogu u određivanju spola imaju ženski organizmi (perad, ptice, leptiri)HOMOGAMETNI ORGANIZMI stvara 1 vrstu gameta s obzirom na spolne kromosome

HETEROGAMETAN ORGANIZAM stvara 2 vrste gameta s obzirom na spolne kromosome

HEMIZIGOTAN ORGANIZAM za neko svojstvo ima samo 1 alel (A ili a) kod Dorsophila tipa ženke, a kod Abraksas mužjaci

2) Razlikom u broju a) Spolnih kromosoma

Anasa-tustis tip - ženski organizmi xx, muški xo; manjak 1 kromosoma određuje muški spol, a diploidan organizam je

ženskib) Kromosoma- razlike u spolu proizlaze iz broja kromosoma → pčele, ose, mravi i još neke vrste iz reda

Hymenoptera- pčele - ženke diploidne 2n = 32; mužjaci haploidni n =16 razviju se partenogenetski iz

neoplođenog jajašca (trutovi)

3) Razlikom u genima koji određuju spol → smješteni na autosomima (tjelesni kromosomi)- kod konoplje nisu uočene razlike niti u broju ni u morfologiji kromosoma stoga se pretpostavlja da

spol određuju geni koji su smješteni na autosomima

NASLJEĐIVANJE SVOJSTAVA VEZANIH ZA SPOLNE KROMOSOME

- oko 100 ljudskih osobina kontroliraju geni koji se nalaze na x kromosomu

Recesivna svojstva vezana na x kromosom

- možemo zaključiti po pedigreu1) Mnogo češće recesivno svojstvo pokazuje muško potomstvo (imaju samo majčinski x kromosom koji

nosi alel)- ako je taj alel recesivan svi muški potomci će imati recesivno svojstvo- kćeri imaju uvijek 1 x kromosom od majke, a drugi x kromosom od oca

2) Majke koje nose alele prikrivene u heterozigotnom stanju rađaju 1/2 sinova s recesivim svojstvom3) Nema sinova koji pokazuju muške - očeve alele x kromosoma (očevi ne mogu prenijeti svojstva čiji

su geni locirani u x kromosomu na muške potomke)4) Svi sinovi homozigotnih recesivnih majki pokazuju recesivno svojstvo (x kromosom nasljeđuju samo

od majke)5) Heterozigotne majke prenose svojstvo na sinove u približnom omjeru 1 : 1 (dominantno i recesivno

svojstvo), npr. roditelji a+/a x a+y sinovi 1/2 a+/y 1/2 a/y6) Od dominantnih očeva sve kćeri su dominantne

a+/a x a+/y kćeri 1/2 a+/a + a+/a sinovi 1/2 a/y → recesivni “ženski alel” 1/2 a+/y → imati će dominantno svojstvo

36

Neka recesivna svojstva vezana na x kromosom

1) Sljepoća za boje- ljudi ne raspoznaju zelenu i crvenu → te dvije boje su im iste- geni za crvenu i zelenu boju locirani su na x kromosomu → ako su recesivni dio muškog potomstva

će biti daltonisti2) Hemofilija- nemogućnost zgrušavanja krvi → osobe nemaju globulin A koji utječe na aktivaciju drugih faktora

zgrušavanja krvi- različiti tipovi hemofilije uzrokovani odsutnošću funkcije nekih od tih proteina → tzv. faktor XIII

muškarci boluju, žene prenose3) Duchem’s muskularna distrofija- smrtonosna bolest čiji je gen lociran na x kromosomu- fenotip osobe → slabljenje i odumiranje mišića- gen je izoliran, proučava se fiziologija u nadi da će se moći izvršiti genska terapija4) Testikularno feminizirani sindrom- pojavljuje se 1 : 65000 kod muškaraca- osoba sa ovim sindromom je muško, ima 44 A i xy sp. kromosome, ali se razvije fenotip žene- sindrom se ne može ispraviti muškim hormonom androgenom

Dominantna svojstva vezana na x kromosom

- mogu biti otkrivena u pedigreu1. Važan je pokazatelj da sve kćeri imaju svojstva oca, a da to svojstvo nije preneseno na sinove2. Žena heterozigot udana za recesivnog muškarca prenosi svojstvo na 1/2 sinova i 1/2 kćeri- dominantno svojstvo čiji je gen smješten u x kromosomu → nedostatak zubne cakline i mrlje na

zubima- sve kćeri, ali ne i sinovi pokazuju očevo svojstvo, a heterozigotne majke prenose svojstvo na 1/2

sinova i 1/2 kćeri

Svojstva vezana na y kromosom - y vezani geni

- geni koji se nalaze na y kromosomu i prenose se samo na sinove- npr. “dlakavost uške” → specifična za mušku populaciju u studiji

Geni smješteni u spolnim kromosomima

- Thomas M. Morgan, 1909. → proučavao nasljeđivanje boje očiju kod mušice (Dorsophila melanopaster) 1934. Nobelova nagrada

- Morgan → aleli za bijelu ili crvenu boju nalaze se u x kromosomu, nema lokusa u y kromosomuKRIŽANJE 1.

P1 xcxc x xby G1 1 xc 1/2 xb 1/2 yF1 1/2 xcxb 1/2 xcy crvene crvene

Rezultat: → cijepanje po spolu 1/2 ž. 1/2 m. → nema cijepanja po svojstvu

KRIŽANJE 2. P1 xbxb x xbyG1 1 xb 1/2 xb 1/2 yF1 1/2 xbxb 1/2 xby

bijele bijele

37

Rezultat: → cijepanje po spolu → fenotip: svi imaju bijele oči

KRIŽANJE 3. P1 xcxb x xcyG1 1/2 xc 1/2 xb 1/2 xc 1/2 y

1/2 xc 1/2 y1/2 xc 1/4 xcxc 1/4 xcy 1/2 xb 1/4 xcxb 1/4 xbyRezultat: → cijepanje po spolu i po svojstvu

Omjer fenotipa: za svojstvo: 3/4 crvenih i 1/4 bijelih za spol: 1/2 ženskih i 1/2 muških po svojstvu i spolu: 3/4 crvenih → 2/4 ženskih i 1/4 muških

1/4 bijelih → 1/4 muških

L. Doncaster i G.H. Raynor, 1906. g. - proučavali su boju krila kod leptira, upotrebom 2 različite linije, svijetlih i tamnih krila- kada su križali ženke svijetlih krila sa mužjacima tamnih krila, svi potomci su imali tamna krila,

pokazujući da su aleli za boju krila recesivni- kada su križali ženke tamnih krila sa mužjacima svijetlih krila sve žensko potomstvo je imalo svijetla

krila, a svo muško potomstvo tamna krila- ova recipročna križanja nisu imala isti rezultat → fenotipovi potomstva u drugom križanju podijelili

su se po spolu- uočeno je da je žensko potomstvo u zadnjem križanju imalo fenotip oca, a muško majke

William Batesom - proučavao je nasljeđe boje perja kod peradi → jedna linija ima šareno, a druga svijetlo perje- križanjem šarenog pjetla i svijetle koke → svi potomci šareni- križanjem šarene koke i svijetlog pijetla → šareni pijetlovi i svijetle koke- kokoši su imali fenotip očeva, a pijetlovi majke

Geni smješteni u autosomima, a njihova ekspresija ovisi o spolu

- malo drugačija situacija je pronađena u svojstvima koja ovise o spolu, slično svojstvima vezanim na spolnim kromosomima, geni za svojstvo, često su kontrolirani genima smještenim u autosomima- pojavljuje se u oba svojstva- frekvencija događanja kod 2 spola su različiti odnosi između fenotipa i genotipa- 1 par alela u tjelesnim kromosomima je uključen u kontrolu svojstva čelavosti (b+ i b)- b+/b+ → gen kod oba spola kontrolira normalnu kosu- b/b → gen kod oba spola kontrolira čelavost- b+/b → kod muškarca čelavost, kod žena normalna kosa- fenotipska razlika za izražajnost svojstva se pojavljuje kod heterozigota- alel b pokazuje dominantnost kod muškaraca, ali recesivnost kod žena- ekspresija b alela je uključena preko spolnih hormona → muški hormon testosteron je odgovoran

za ekspresiju alela b kada je prisutan u 1 dozi

- kod mikroorganizama dobiva se fenotipski različito potomstvo kao da se radi o potomstvu

- kad se roditelji razlikuju u tri svojstva nakon test križanja razvit će se:- genotipovi koji su rezultat jednostrukog c.o. između ACB gena

38

- manji broj organizama kao posljedica dvostrukog c.o. između ACB

VEZANI GENI I CROSSING OVER

Vezani geni

- to su geni koji su smješteni u istom kromosomu - svaki organizam ima veći broj svojstava nego što ima kromosoma, veći broj gen-lokusa za vezana

svojstva- vezani gen i grupe → geni smješteni u istom kromosomu pripadaju istoj grupi vezanih gena

Crossing over

- Morgan i Cattel, 1912. uvode pojam crossing-over opisujući proces kromosomske razmjene u kojem se stvaraju nove rekombinacije između veznih gena

- P-F1 5,6 g mehanizam crossing-overa pojednostavljen dijagramom c.o. između nesestrinskih kromatida u profazi mejoze daje rekombinaciju → neroditeljske kombinacije vezanih gena

- terminologija se odnosi na fizičku zamjenu homolognih kromosomskih dijelova:1) HIJAZMA → mjesto na homolognom kromosomskom paru u kojem se događa fizička razmjena

mjesto c.o.2) CROSSING-OVER → proces recipročne razmjene kromosomskih dijelova korespodentnih

pozicija između homolognih kromosoma → proces uključuje simetrični prekid i povezivanje

3) CROSSING-OVER → definiran je kao događaj koji omogućuje genetsku rekombinaciju između vezanih gena kod eukariota i prokariota

- Morgan je utvrdio da u profazi mejoze I dolazi do izmjene homolognih dijelova kromosoma nesestrinskih kromatida. Rezultat ove izmjene (crossing-over-a) je taj da svaki kromosom ima jednu svoju kromatidu i jednu kromatidu koja ima jedan dio drugog kromosoma

- u mejozi II, nakon diobe centromere i odlaska “kromatida” (kromosoma) na polove, nastaju 2 vrste gameta koje imaju normalne kromosome i 2 vrste koje imaju kromosome u kojima se dogodio c.o.

- 2 gena u istom kromosomu- organizmi mogu biti dvojakog genotipa ABab i AbaB- ABab: crossing-over gamete = Ab i aB

normalne gamete = AB i ab- AbaB: crossing-over gamete = AB i ab

normalne gamete = Ab i aB- Crossing over između 3 gena:

- između gena A i B nalazi se gen C- u tom slučaju se događaju 2 jednostavna i jedan složeni c.o.

- kod viših organizama c.o. izmjena se može dogoditi i u mitozi

Izračunavanje postotka crossing-overa

- POSTOTAK C.O. IZMJENA → broj koji kaže koliko ima c.o. gameta na ukupno 100 gameta- najlakše i najtočnije se izračuna iz eksperimentalne fenotipske frekvencije povratnog test križanja- može se izračunati i iz frekvencije fenotipa F2 generacije pomoću Emersonovih formula (u F2

generaciji ima organizama koji su po fenotipu isti, a produkti su spajanja normalnih i c.o. gameta, ali zbog dominacije svojstava fenotipi se ne razlikuju)

39

Interferencija i koincidencija

- INTERFERENCIJA → pojava smanjene mogućnosti pojave c.o. izmjene u jednoj regiji ako se izmjena desila u drugoj regiji

- jačina interferencije mjeri se KOEFICIJENTOM KOINCIDENCIJE → broj koji se izračuna tako da se eksperimentalna frekvencija dvostrukog c.o. podijeli s očekivanom frekvencijom dvostrukog c.o.

Rekombinacija

- GENETSKA REKOMBINACIJA → proces u kojem se stvaraju nove genske ili kromosomske kombinacije koje nisu nađene kod roditelja

Fizički dokaz rekombinacije uključen u izmjenu kromosomske materije Eksperiment H. Creighton i B. Mellintoe, 1931. - upotreba kombinacije genetskih i citogenetskih oznaka- kromosom kukuruza broj 9

- genetska oznaka c - gen za bezbojno zrno wx - gen za voštani endosperm

- citogenetska oznaka → na oba kraja kromosoma (“kvrga”, translocirani dio drugog kromosoma

- izvršeno je test križanje sa testerom cwx/cwx- c.o. uključio je fizičku izmjenu kromosomskog materijala- rekombinantni fenotipovi su imali jednu od citoloških oznaka

1) INTERKROMOSOMSKA REKOMBINACIJA → Mendelov zakon nasljeđivanja- uvijek stvara 50 % rekombinantnih gameta2) INTRAKROMOSOMSKA REKOMBINACIJA → Morganovi zakoni nasljeđivanja- u mejozi stvara u istoj frekvenciji 2 vrste rekombinantnih gameta kojih je uvijek manje od 50 %

- u klasičnoj genetskoj analizi potomstva iz križanja između roditelja različitih svojstava analizirana i određena je frekvencija s alelima u kojima su roditeljske kombinacije alela raspoređene u novim kombinacijama

- potomstvo kod kojeg su uočene roditeljske kombinacije alela nazivamo roditeljsko- potomstvo kod kojeg nema roditeljskih kombinacija alela nazivamo rekombinantno

PRIMJER: roditelj ABab → roditeljsko potomstvo je AB i abrekombinantno potomstvo je Ab i aB

roditelj AbaB → roditeljsko potomstvo je Ab i aBrekombinantno potomstvo je AB i ab

- kada fenotipska analiza pokaže manje od 50 % rekombinantnih potomaka → 2 gena su vezana- rekombinantnih gameta ima znatno manje nego normalnih gameta (roditeljskih)- c.o. gamete ne stvaraju se u podjednakom broju kao i normalne gamete- u kojem postotku će se pojaviti c.o. gamete ovisi o udaljenosti gen-lokusa na kromosomu → ako je

veća udaljenost između genskih lokusa veća je vjerojatnost za pojavu c.o. (na više mjesta može doći do prekrižanja i izmjene - c.o.)

- kada su 2 gena vezana stvaraju se 2 vrste c.o. gameta, a u gametama u kojima se c.o. ne dogodi stvore se 2 vrste roditeljskih ili normalnih gameta

- rekombinantne gamete imaju manju frekvenciju zbog smanjene mogućnosti rekombinacije između gena koji su smješteni u istom kromosomu

- frekvencija ili postotak rekombinantnih fenotipova ovisi o serijama- kod serije spajanja imat ćemo veću frekvenciju gameta s oba dominantna (AB) i oba

recesivna (ab) alela

40

- kod serije razdvajanja bit će više gameta s jednim dominantnim i jednim recesivnim alelom te jednim recesivnim i jednim dominantnim alelom (Ab, aB)

Konstrukcija genetskih karata

- GENETSKO KARTIRANJE → prikaz smještaja i pozicija gena u odnosu na druge gene u kromosomu- prikazuje vezanost gena i ukazuje da se takvi geni neće moći neovisno raspodijeliti u gamete- razmak između 2 gena je osnova za izračunavanje frekvencije novih rekombinacija između 2 gena- kartiranje gena daje korisne informacije o poznavanju smještaja gena na kromosomu što ima važnost

za istraživanja rekombinantne DNA, za razumijevanje DNA sekvence i okolnih gena- kartiranje gena je danas važno za stvaranje karte genoma, upotrebe ne samo gen markera nego i DNA

markera → regija DNA u genomu koja pokazuje alelnu razliku i može biti izučavana upotrebom rekombinantne DNA tehnike

- karte kromosoma se koriste za istraživanje gena i njihovih funkcija u organizmu

Određivanje udaljenosti između gena

- analiza povratnog križanja za 2 vezana gena- SERIJA SPAJANJA → frekvencija fenotipova potomstva povratnog test križanja

→ ukupno 2839 organizma : 305 rekombinatna fenotipa

(cM → % rekombinantih fenotipova)

→ podijeli se broj rekombinantnih gameta s ukupnim brojem i pomnoži sa 100- SERIJA RAZDVAJANJA → frekvencija fenotipova

→ ukupno 2335 organizama : 303 rekombinantna fenotipa

Koja je prava udaljenost ? 10 cM ili 13 cM- prava udaljenost je prosjek između 2 vrijednosti

Položaj gena u kromosomu

- prvo se utvrdi udaljenost između gena- Ako su tri gena pjr koji je poredak tih gena u kromosomu ?- Koji je gen u sredini ?

Frekvencija c.o. (genetskih rekombinacija) je izračunata između 2 gena:- udaljenost za p-j → 20,8 %- udaljenost za j-r → 10 %- udaljenost za p-r → 20,8 + 10 = 30,8 %

Nasljeđivanje vezanih svojstava

- SERIJA SPAJANJA → vezana svojstva se nalaze oba u dominantnom obliku u jednom roditelju OSOS, a recesivna u drugom roditelju osos

- SERIJA RAZDVAJANJA → u jednom roditelju se nalazi jedan dominantan i jedan recesivan alel, a u drugom jedan recesivn, drugi dominantan alel (OsOs, oSoS)

Serija spajanja - Bakson i Punnet → praškolika mirisna, dihibridno križanje između 2 linije:

2 svojstva: boja cvijeta → ljubičasta P

41

crvena p oblik polena → dugi L

okrugli lljubičasti, dugi (PL) x crveni, okrugli (pl) cvijet polen cvijet polen

P1 PLPL x plplG1 PL plF1 PLpl → ljubičasti cvijet, dugi polen

- u F2 generaciji očekivan je omjer 9:3:3:1, međutim dobiveni omjeri su:eksperimentalno očekivano

ljubičasti, dugi PL 284 215ljubičasti, okrugli Pl 21 71crveni, dugi pL 21 71crveni, okrugli pl 55 24 381 381

- objašnjenje : aleli gena su vezani i geni se ne mogu neovisno rasporediti u gamete kao što je to u slučaju Mendelovih zakona

Bc PLpl x plplSerija razdvajanja

→ križanjem sorti rajčice2 svojstva: oblik ploda - okrugli O

duguljasti o oblik cvata - jednostavan S

složen sduguljasti, jednostavan (oSoS) x okrugli, složen (OsOs)

P1 oSoS x OsOsG1 oS OsF1 OsoS → okrugli plod, jedostavan cvat

- u F2 generaciji razvilo se:126 okrugli plod, jednostavan cvat (OsoS)66 duguljasti plod, jednostavan cvat (oSoS)63 okrugli plod, složeni cvat (OsOs)4 duguljasti plod, složeni cvat (osos)

- pomislilo bi se da se radi o dihibridnom načinu nasljeđivanja kod nevezanih svojstava gdje je omjer fenotipova u F2 generaciji 9:3:3:1, međutim nakon provedenog Hi testa odstupanja eksperimentalnih podataka od teoretskih su prevelika za taj odnos fenotipova

Bc OsoS x osos23 okrugli plod, jednostavan cvat (OsoS)83 duguljasti plod, jednostavan cvat (oSoS)85 okrugli plod, složeni cvat (OsOs)19 duguljasti plod, složeni cvat (osos)

- uočljivo je da to nije omjer 1:1:1:1, koji se dobije kod povratnog test križanja nevezanog dihibridnog naslijeđivanja

- ako se svako svojstvo promatra posebno:oblik ploda 108 okruglih

42

102 duguljastihoblik cvata 106 jednostavan

104 složen- pokazuje da odstupanja od omjera za nevezani dihibrid ne proizlazi iz ponašanja svakog svojstva,

nego iz međusobnog odnosa ova dva svojstva- nakon provedenog Bc očekivali bi biljke duguljastog ploda i jednostavnog cvata & biljke okruglog

ploda i složenog cvata 1:1, a ne bi očekivali biljke okruglog ploda i jednostavnog cvata, niti biljke duguljastog ploda i složenog cvata → došlo je do pojave izmjene dijelova homolognih kromosoma, a time i rekombinacija alela i novih fenotipova

Razlike u nasljeđivanju vezanog i nevezanog dihibrida

Nevezani dihibrid Vezani dihibridserija spajanja serija razdvajanja

Gamete: 1/4 AB r AB normalne gamete r AB c.o. 1/4 Ab s Ab crossing over gamete s Ab n.g. 1/4 aB s aB c.o. s aB n.g. 1/4 ab r ab n.g. r ab c.o.

2 r > 2 s 2 s > 2 r

r → frekvencija gameta koje imaju oba dominantna ili recesivna genas → frekvencija gameta koje imaju 1 dominantan i 1 recesivan gen

Nevezani dihibrid- frekvencije fenotipa i genotipa u F2 generaciji

Fenotip Genotip Frekvencija fenotipa Omjer fenotipaA_B_ AABB 1/16

AaBB 2/16 9/16AABb 2/16AaBb 4/16

A_bb AAbb 1/16 3/16Aabb 2/16

aaB_ aaBB 1/16 3/16aaBb 2/16

aabb aabb 1/16 1/16

- 4 različita fenotipa → 9/16 => oba dominantna svojstva → 3/16 => 1. dominantno, 2. recesivno → 3/16 => 1. recesivno, 2. dominantno → 1/16 => oba recesivna svojstva

- 9 različitih genotipovaPovratno test križanje

Bc AaBb x aabb- 4 različita genotipa- 4 različita fenotipa

43

Vezani dihibrid- frekvencija genotipova i fenotipova u F2 generaciji

Fenotip Genotip Frekvencija genotipa Omjer genotipa AB ABAB r2

ABAb 2rsABaB 2rs 3 r2 + 4 rs + 2 s2 ABab 2r2 AbaB 2s2

Ab AbAb s2 s2 + 2rsAbab 2rs

aB aBaB s2 s2 + 2rsaBab 2rs

ab abab r2 r2

- 4 različita fenotipa → 3 r2 + 4 rs + 2 s2 => oba svojstva dominantnas2 + 2rs => 1. dominantno, 2. recesivnos2 + 2rs => 1.recesivno, 2. dominantno r2 => oba svojstva recesivna

- 10 različitih genotipovaPovratno test križanje

Serija spajanja Serija razdvajanja ABab x abab AbaB x abab

- 4 različita genotipa - 4 različita genotipa- 4 različita fenotipa - 4 različita fenotipa

Mehanizam crossing-overa u mitozi

- MITOZNI CROSSING-OVER → mitotska rekombinacija može se studirati samo u diploidnim stanicama- proces u kojem se stvaraju stanice s kombinacijom gena koja se razlikuje od diploidne roditeljske

stanice koja je ušla u mitotsku diobu- događa se u fazi mitoze koja je slična 4-kromatidnoj fazi mejoze (bivalenti)- svaki par homolognih kromosoma udvostruči kromatide koje se nalaze u metafaznoj ekvatorijalnoj

ravnini- kada se kromatide odvajaju svaka buduća stanica ima kopiju svakog homologa tako da svaka stanica

ima istu genetsku konstituciju- SEGREGACIJA → razdvajanje gena za heterozigotnu stanicu za sve gene u 1 paru homolognih

kromosoma

NASLJEĐIVANJE KVANTITATIVNIH SVOJSTAVA

- KVANTITATIVNA SVOJSTVA → pod kontrolom su velikog broja gena (minor i major učinka), okolinski uvjeti utječu na njihovu ekspresiju

- POLIGENI → geni malog učinka- 2 glavna obilježja kvantitativnih svojstava po kojima se ona izrazito razlikuju od kvalitativnih:

1) Kvantitativna svojstva se uvijek izražavaju u jedinicama mjere (masa, veličina), a pojedinačna mjerenja čine niz između 2 ekstremne (krajnje) vrijednosti

2) Na fenotipsku izražajnost kvantitativnih svojstava uvijek u većoj ili manjoj mjeri djeluju činoci okoline, a taj utjecaj ovisi o genotipu organizma u cjelini, te o intenzitetu i interakciji okolinskih činitelja

44

Kvalitativna genetika Kvantitativna genetika

1. Svojstva po vrsti 1. Svojstva po stupnju2. Diskontinuirana varijabilnost, 2. Kontinuirana varijabilnost,odvojene fenotipske klase spektar fenotipskih mjerenja3. Jednogenski učinci različiti 3. Poligenska kontrola – učinci

pojedinih gena preslabi i ne mogu seotkriti

4. Bavi se individualnim organizmima i 4. Bavi se populacijom organizamanjihovim potomcima koju čine sve moguće vrste individua5. Analiza se sastoji od zbroja i odnosa 5. Statističkim analizama daje procjene (frekvencija) populacijskih parametara kao što su

prosjek i standardno odstupanje

Odnos između genotipa i fenotipa

- kada svako svojstvo ima jasno odijeljene fenotipske skupine (oblik sjemenke kod graška, boja mahuna) takva svojstva nazivamo DISKONTINUIRANA (kvalitativna) SVOJSTVA

- fenotipski diskontinuirana svojstva mogu se opisati u kvalitativnim terminima → sve individue mogu se razmjestiti u nekoliko jasno odjeljenih fenotipskih kategorija

- za diskontinuirana svojstva, važno je da postoji jednostavan odnos između genotipa i fenotipa postojećih grupa → u većini slučajeva genotip proizvodi samo jedan fenotip, tj. svaki fenotip je rezultat jednog genotipa

- kod slučaja epistaze ili dominacije tada isti fenotip može biti proizvod nekoliko različitih genotipa, ali odnos svojstvo i gen ostaje jednostavan

- mnoga svojstva (masa zrna, urod, visina) imaju veliki niz fenotipova → KONTINUIRANA (kvantitativna) SVOJSTVA

- fenotipovi kvantitativnih svojstava opisuju se kvantitativnim terminima koje proučava kvantitativna genetika

Zašto neka svojstva imaju kontinuirani fenotip?1. Zbog toga što ih kontrolira veliki broj gena (poligena)2. Zbog utjecaja okoline na njihovu izražajnost

1. UTJECAJ BROJA GENA NA KONTINUIRANOST FENOTIPOVA - KVANTITATIVNA SVOJSTVA → po definiciji imaju kontinuirani niz genotipova- mnogo genotipova nekog svojstva pojavljuje se iz razloga što na razvoj kvantitativnih svojstava utječe

veliki broj lokusa i stvara se veliki broj fenotipova koji daju obilježja individui u grupiPrimjer: - ako pratimo 1 gen sa 2 alela koji određuju kvantitativno svojstvo u populaciji su prisutna tri genotipa

AA, Aa, aa i tri fenotipa → sa 2 gena => 9 genotipa i 5 fenotipa → sa 3 gena => 27 genotipa i 7 fenotipa

Broj alelnih Broj cijepajućih Udio u populaciji koji Genotip Fenotip parova alela pokazuje ekspresivna

svojstva 1 2 1/4 3 3 2 4 1/16 9 5 3 6 1/64 27 7 4 8 1/256 81 9 n 2n (1/4)n 3n 2n-1

45

- svojstva kontrolirana s mnogo gena (lokusa) su POLIGENA → to su tzv. minor geni ili POLIGENI

- kod takvih svojstava koja su poligeno kontrolirana uočeno je da se u svakom genotipu može proizvesti više fenotipova, a razlike između njih su male i svojstvo se čini kontinuirano

- u mnogim slučajevima se događa da nekoliko različitih genotipova stvara isti fenotip kao kod alternativno-kvalitativnih svojstava

Primjer:Ako je prisutna dominacija

1 gen → 2 gen lokusa → 2 fenotipa iz 3 genotipa AA Aa aa

dom. svojstvo rec. svojstvo2 gena → 4 gen lokusa → 4 fenotipa, 9 genotipa3 gena → 6 gen lokusa → 8 fenotipa, 27 genotipa

Intermedijarnost kada je prisutnaAA Aa aa → 3 genotipa, 3 fenotipa

- kada je prisutna linearna interakcija (interakcija između alela različitih gena) tzv. EPISTAZA nekoliko genotipova stvara isti fenotip → kod epistatičnih odnosa između 2 gena susrećemo odnose 19:3:4, 9:7, 13:3, 12:3:1

2. UTJECAJ OKOLINE NA FENOTIPSKU KONTINUIRANOST - okolinski činioci utječu na fenotipska obilježja- svaki genotip je u mogućnosti stvoriti niz fenotipova u slučaju kada su okolinski činioci izuzeti

(kontrolirani)- kakav će biti fenotip ovisi o genotipu i okolini u kojoj se genotip nalazi u interakciji genotipa i

okoline- za većinu kontinuiranih svojstava oboje i genotip i okolina i interakcija utječu na fenotip- kod kvantitativnih svojstava nema jednostavnog odnosa između genotipa i fenotipa kao što je slučaj

kod diskontinuiranih svojstava (kvalitativnih, alternativnih)- odnos između genotipa i fenotipa kod kvantitativnih svojstava je složen → 1 gen može dati čitav niz

fenotipova, a isto tako više gena može dati isti fenotip- kod kontinuiranih kvantitativnih svojstava prisutni su brojni fenotipovi zato što je svojstvo

kontrolirano s mnogo lokusa pa se stvara mnogo genotipova i stoga što okolinski činioci mogu prouzročiti da isti genotip stvara cijeli niz fenotipova

Kvantitativna genetika pokušava dati odgovore na slijedeća pitanja:1) Koliki dio razlike koja postoji u fenotipu između individua je rezultat različitog genotipa, a

koliki je utjecaj okoline?2) Koliko gena kontrolira svojstvo?3) Da li je udio svakog gena isti na ekspresiju svojstva? Ili nekoliko gena ima major učinke, a

drugi minor ili ih samo modificiraju?4) Koji je stupanj učinka alela različitih gena u međusobnim interakcijama? Da li su učinci svih

alela aditivni?Statistički alat

- da bi mogli odgovoriti na postavljena pitanja i razumijeti nasljeđivanja kvantitativnih svojstava moramo znati što je distribucija, srednja vrijednost, varijanca, standardna devijacija i koeficijent varijabilnosti

- kvantitativna svojstva se raspoređuju fenotipski prateći krivulju normalne distribucije gdje je najviše individua sa srednje izraženim fenotipom, a najmanje + i – varijanti.

Parametri koji karakteriziraju kvantitativna svojstva 1) Srednja vrijednost (prosjek), najčešće aritmetička sredina

46

- daje nam informaciju gdje se nalazi centar distribucije fenotipova2) Standardna devijacija → mjera raspršivanja rezultata

- prosječno kvadratno odstupanje varijanata od uzorka- standardna devijacija je izražena u istim mjernim jedinicama kao originalne izmjere svojstva3) Koeficijent varijacije

- pokazatelj je relativne varijabilnosti

4) Varijanca

- mjerilo koliko pojedine individue odstupaju od populacije

Izračunavanje broja gena koji kontroliraju svojstvo:

D → razlika između s2

FF2 → varijanca u F2 generacijis2

FF1 → varijanca u F1 generaciji

Primjer:AA x aa u F2 AA (visoki) Aa (srednji) aa (niski) → uzimamo da je odnos između 2 alela

(intermedijarno) aditivan- populacija biljaka sastojati će se od 3 genotipova svaki sa svojim fenotipskim obilježjem → 3

fenotipova- svaki od ovih genotipova stvorit će fenotipsku distribuciju sa i standardnom devijacijom ovisno o

genotipskom i okolinskom učinku- populacija se sastoji od sva 3 genotipa, ali u različitim omjerima

Primjer: POLIGENO NASLJEĐIVANJE - POLIGEN → alelni par malog učinka- R. Emerson i E. East

- duljina klipa kukuruza- križali su 2 čiste linije kukuruza, razlikovale su se u duljini klipa i svaka od njih je imala malo

variranje u duljini klipaGeneracija /cm Standardna devijacija /cm

Tom Thunrb P1 16,8 0,816 pucavac, kokičar Black Mexican P2 6,63 1,887

šećerac F1 12,12 1,519

F2 12,89 2,252

47

- križanjem P1 i P2 → heterozigot za sve gene u svim biljkama

- izmjeren je niz duljine klipa u F1 što je uzrokovala okolina, jer je F2 približno isti kao i u F1, ali je variranje oko veće nego u F1 što je uočljivo po standardnoj devijaciji

- variranje u F2 rezultat je ne samo variranja uzrokovanim okolinom, nego je rezultat prisutnosti veće genetske varijabilnosti u F2

- iz iznesenih podataka može se iščitati slijedeće:1. kvantitativnih svojstava u F1 je intermedijaran između srednje vrijednosti roditeljskih vrijednosti

P1 i P2 2. za svojstvo u F2 približno je isto u F1 3. F2 pokazuje veću varijabilnost oko nego F1

sF2 > sF1

Način djelovanja poligena

- POLIGENI → minor, geni malog učinka- dominantno, epistatično, aditivno

Dominantno djelovanje poligena - rezultat je interakcije između alela istog gena → INTERALELNA INTERAKCIJA

- ako je djelovanje poligena dominantno, srednja vrijednost F1 generacije bit će bliža vrijednosti dominantnog roditelja, a u F2 generaciji distribucija fenotipova pokazivat će asimetričnu kontinuiranu varijabilnost i to u pravcu dominantnog roditelja

Primjer: ako A1 ne doprinosi razvoju fenotipa (nulti alel), dok A2 alel sudjeluje s jedinicom u razvoju fenotipa (aktivni alel)

A1

1 genA2

1) DJELOMIČNA DOMINACIJA - skala fenotipske vrijednosti za genotip- heterozigot je bliže dominantnom homozigotu (A2A2)

2) KOMPLETNA DOMINACIJA - kod koje heterozigot A1A2 proizvodi isti fenotip kao A2A2 homozigot

3) SUPER DOMINACIJA - heterozigot (A1A2) ima veću fenotipsku vrijednost od homozigota

Epistatično djelovanje poligena - rezultat je interakcije između alela različitih gena → INTERLOKUSNE ili INTERGENSKE REAKCIJE - ako se nakon križanja 2 roditelja različitih svojstava u potomstvu pojave individue koje su izvan

distribucije frekvencije oba roditelja (niži od nižeg ili viši od višeg) → TRANSGRESIVNA VARIJABILNOST

P1 AAbbCCdd P2 aaBBccDDF1 AaBbCcDdF2 AABBCCDD aabbccdd

dominantna transgresija recesivna transgresija

48

- transgresivna varijabilnost je rezultat interakcije između gena s epistatičkim djelovanjem → jedna od značajnih mogućnosti za dobivanje novih svojstava koje nije imao niti jedan roditelj

Aditivno djelovanje poligena

- dobiveni fenotip predstavlja zbroj negativnih i pozitivnih učinaka pojedinačnih gena (alela) → učinak pojedinog gena se zbraja u određeni fenotip

- F1 kod aditivnog djelovanja gena stvara kontinuiranu distribuciju čija je prosječna vrijednost jednaka roditeljskom prosjeku

- frekvencija distribucije u F2 generaciji je simetrična, ali razvučenija Aditivno djelovanje gena

- Nilson Elite → boja perikarpa kod pšenice može biti kontrolirana sa 1, 2 ili 3 gena sa po 2 alela → djelovanje tih gena je aditivno, tj. učinak aditivnih alela R se zbraja i daje kumulativni

fenotip uz pretpostavku da aditivni aleli R1, R2 i R3 doprinose podjednako razvoju intenziteta smeđe boje perikarpa obične pšenice

1) Monomerno nasljeđivanje R1

1 genr2

P1 R1R1 x r1r1 (smeđi x bijeli)F1 R1r1 → heterozigotan, uniforman, po fenotipu intermedijarniF2 1/4 R1R1 2/4 R1r1 1/4 r1r1 - frekvencija fenotipova u F2 → 1/4 : 2/4 : 1/4 - broj aditivnih alela R koji doprinose razvoju smeđe boje → 2R : 1R : 0R- F2 → 3 klase boje 2 smeđe i 1 bijela

2) Dimerno nasljeđivanje P1 R1R1R2R2 x r1r1r2r2 (smeđi i bijeli)F1 R1r1R2r2 F2 → 5 klasa boja → 4 smeđe i 1 bijela intenzitet smeđe boje ovisi o broju aditivnih alela R

Frekvencija fenotipa i genotipa u dimernom nasljeđivanju boje perikarpa pšenice (aditivno djelovanje gena)

Broj alela koji doprinoserazvoju smeđe boje

Pripadajućigenotip

Pojedinačna frekvencijagenotipa

Udio fenotipskefrekvencije u F2

4 R1R1R2R2 1/16 1/163 R1r1R2R2

R1R1R2r2

2/162/16 4/16

2 R1R1r2r2

r1r1R2R2

R1r1R2r2

2/162/162/16

6/16

1 R1r1r2r2

r1r1R2r2

2/162/16 4/16

0 r1r1r2r2 1/16 1/16

Frekvencija fenotipa u F2 → 1/16 : 4/16 : 6/16 : 4/16 : 1/16Broj aditivnih alela → 4R 3R 2R 1R 0RFrekvencija fenotipova u Bc → 1/4 : 2/4 : 1/4Broj aditivnih alela R → 2R 1R 0R

3) Trimerno nasljeđivanje P1 R1R1r2r2R3R3 x r1r1R2R2r3r3

49

F1 R1r1R2r2R3r3 F2 → 7 klasa boje → 6 smeđe i 1 bijela

Broj alela koji doprinose razvoju smeđe boje

Pripadajućigenotip

Pojedin.frekv genotipa

Udio fenotip. frekv. u F2

6 R1R1R2R2R3R3 1/64 1/645 R1R1R2R2R3r3

R1R1R2r2R3R3

R1r1R2R2R3R3

2/642/642/64

6/64

4 R1R1R2R2 r3r3 R1R1r2r2R3R3 r1r1R2R2R3R3 R1R1R2r2R3r3 R1r1R2r2R3R3 R1r1R2R2R3r3

1/641/641/642/642/642/64

15/64

3 R1R1R2r2r3r3 R1R1r2r2R3r3 R1r1r2r2R3R3 r1r1R2r2R3R3 R1r1R2r2R3r3 r1r1R2R2R3r3

R1r1R2R2r3r3

2/642/642/642/642/642/642/64

20/64

2 R1R1r2r2r3r3 R1r1r2r2R3r3

r1r1r2r2R3R3

r1r1R2r2R3r3

r1r1R2R2r3r3

R1r1R2r2r3r3

1/641/641/644/644/644/64

15/64

1 R1r1r2r2r3r3 r1r1R2r2r3r3 r1r1r2r2R3r3

2/642/642/64

6/64

0 r1r1r2r2r2r3r3 1/64 1/64

Hipoteza za poligeno nasljeđivanje kvantitativnih svojstava

Primjer 1. - kada je N. Elite križao čistu liniju pšenice smeđe boje s drugom linijom bijele boje dobio je F1

generaciju po nijansi između opisanih roditelja → intermedijarno- s obzirom na fenotip F1 generacije moglo se zaključiti da je to možda intermedijarni odnos alela- kada je uzgojio F2 generaciju nakon analize dobio je 15/16 smeđe : 1/16 bijele boje perikarpa → nije

omjer fenotipova u F2 generaciji kod intermedijarnog nasljeđivanja- odnos 15/16 : 1/16 govorio je da ovo svojstvo kontroliraju 2 gena → svaki gen istom dozom

kontrolira stvaranje pigmenta intenzitet boje ovisi o broju aditivnih poligena R postoje 4 klase smeđe boje i 1 klasa bijele boje: 1/16 : 4/16 : 6/16 : 4/16 : 1/16

- po 1/16 u F2 generaciji ima fenotip smeđeg roditelja i 1/16 fenotip bijelog roditelja

Primjer 2. - kod križanja linije tamnosmeđe boje perikarpa i linije bijele boje perikarpa → F 1 gen. je

intermedijarna po intenzitetu smeđe boje između 2 roditelja- u F2 pojavio se omjer 63/64 smeđe : 1/64 bijele → svojstvo je kontrolirano sa 3 para alela koji imaju

aditivni ili kumulativni učinak- detaljnom analizom F2 generacije ustanovljeno je 6 klasa smeđe i 1 klasa bijele boje u omjeru →

1/64 : 6/64 : 15/64 : 20/64 : 15/64 : 6/64 : 1/64

50

- 1/64 u F2 je imala genotip tamnosmeđe boje jednog roditelja i 1/64 fenotip bijelog roditelja

- broj gena moguće je odrediti u slučajevima gdje smo u mogućnosti identificirati fenotipske klase- što se više povećava broj gena koji kontroliraju svojstvo udio ekstremnih fenotipova se smanjuje

1 gen kontrolira svojstvo kada je u F2 generaciji 1/4 smeđih : 1/4 bijelih2 gena 1/16 smeđih : 1/16 bijelih3 gena 1/64 smeđih : 1/64 bijelih4 gena 1/1024 smeđih : 1/1024 bijelih

- što se više povećava broj gena povećava se i broj genotipskih klasa u F2 generaciji1 par 3 genotipova2 para 9 genotipova3 para 27 genotipova4 para 243 genotipova5 para 59049 genotipova

Komponente fenotipske varijance

- fenotip organizma je ono što mi vidimo, možemo izmjeriti, izvagati- kod kvantitativnih svojstava fenotip se opisuje s Vf → mjera varijabilnosti svojstva

Vf = Vg + Ve + Vg+e Vf → fenotipska varijanca; Vg → genotipska varijanca; Ve → okolinska varijanca - razlike u svojstvu između organizama (fenotip) mogu se pojaviti iz nekoliko razloga:

1) Fenotipske razlike mogu se pojaviti zbog genetske razlike između individua (različiti genotipovi unutar grupe)

2) Fenotipske razlike mogu se pojaviti zbog okoline (uključuju se negenetski izvori varijabilnosti → temperatura, hrana, osvjetljenje)

3) Fenotipske razlike mogu se pojaviti zbog interakcije gena i okoline- Vg → dijeli se u komponente nastale iz različitih interakcija gena (između gena – interalelnih, unutar

gena – intraalelnih)Vg = Va + Vd + Vi epistaza

- Va → ako geni imaju aditivni učinak, genetska varijanca se naziva ADITIVNA GENETSKA VARIJANCA → rezultat je prosječnog učinka različitih alela na fenotip

- Vd → ako je u nekoj interakciji prisutna dominacija tada heterozigot zbog prisutnosti dominantnog alela ima istu fenotipsku vrijednost kao dominantni homozigot

- Vi → epistatska interakcija može se dogoditi između alela različitih gena → aleli različitih lokusa određuju fenotip

NASLJEDNOST – HERITABILNOST

- povezanost između fenotipa i genotipa važna je kod izbora roditelja u oplemenjivanju biljaka i životinja

- genetičare i oplemenjivače interesira koliki je udio Vg u ukupnoj fenotipskoj varijanci, a još više ih zanima koliki je udio Va u ukupnoj fenotipskoj varijanci

- NASLJEDNOST → mjera koja kaže koliko su geni utjecali na razvoj nekog svojstva u određenoj populaciji

SVOJSTVO HERITABILNOST - kod ljudi

Fertilnost 10 – 20Sklonost upotrebi desne ruke 30IQ vrijednost 90

51

Izgled i veličina zubi 60 – 90Ukupan broj šara na prstima 90Masa tijela 30 – 70

- kod govedaMasa tijela 65Masnoća % 40

- kod svinjaDebljina leđne slanine 70Veličina legla 05

- kod peradiMasa tijela 55Masa jaja 50

1. Nasljednost u širem smislu - udio genotipske varijance u ukupnoj fenotipskoj varijanci

(0-1, 1-100%)

- nš2 = 0 → razlike koje su se pojavile u fenotipu nisu rezultat genetske razlike između individua

- nš2 = 0,5 → 50 % fenotipskih razlika je rezultat genetskih razlika između individua

- nš2 = 1 → sve fenotipske razlike su rezultat genetskih razlika

- kod izračunavanja nasljednosti u širem smislu Vg sadrži sve načine djelovanja poligena (aditivno Va, dominantno Vg, epistaze Vi)

- oplemenjivače i genetičare najviše zanima aditivni učinak gena, zato što će potomstvo iz križanja odabranih roditelja uz aditivni učinak gena biti slično roditeljima

2. Nasljednost u užem smislu

- predstavlja udio aditivne varijance u ukupnoj fenotipskoj varijanci

- daje informaciju o tome koliko će proizvedeno potomstvo biti slično roditeljima- učinci selekcije ovise o iznosu aditivne genske varijance- nasljednost u užem smislu primjenjiva je za predskazivanje odgovora na selekciju

Procjena nasljednosti iz hibridnih populacija

- u oplemenjivanju se najčešće za križanje koriste roditelji izabrani na osnovu fenotipa, a da se ne znaju genotipske vrijednosti

- izračunavanje nasljednosti u tom slučaju iz generacije razdvajanja dati će nam korisnu informaciju za daljnju selekciju svojstva

- za izračunavnje nasljednosti u užem i širem smislu potrebne su nam slijedeće generacije: P1, P2, F1, F2, BcP1, BcP2

- iz varijanci VP1, VP2, VF1 izračunata je Ve VP1 = Ve → sve individue homozigotne, uniformne (AA)VP2 = Ve → sve individue homozigotne, uniformne (aa)VF1 = Ve → sve individue heterozigotne, uniformne (Aa)

- razlike u fenotipu koje su nastale u P1, P2 i F1 moraju se pripisati utjecaju okoline- VF2, VBcP1, VBcP2 → sadrže genetske varijance (Va, Vd, Vi) i okolinsku varijancu Ve

52

- nasljednost u užem smislu izračunava se prema predloženoj formuli

GENETIKA POPULACIJE

- POPULACIJA → grupa individua (ne manja od 100) koja se nalazi na određenom području u određenom vremenu i slobodno se razmnaža

- kolektivna genetska konstitucija u populaciji je definirana kao “GENETSKI POOL” ili skup gena populacije

- svrha populacijske genetike je razumijevanje genetske strukture populacije - genetska struktura populacije je ključ razumijevanja genskih izvora i važnih gena za očuvanje

bioraznolikosti specijesa- proučava nasljednost u grupi individua za svojstva koja su kontrolirana s jednim ili nekoliko gena- izučava uzrok genetske varijabilnosti (različitosti) nađene između individua unutar grupa- genetska struktura populacije je SUMA SVIH ALELA (“gen pool” → skup gena populacije)- osnovna mjera u populaciji je FREKVENCIJA - genetska struktura populacije opisuje se frekvencijom alela i frekvencijom fenotipa i genotipa- populacijski genetičari razvijaju matematičke modele za opis događanja u “genetskom poolu”

populacije u prostoru i vremenu

Genetska struktura populacije

Frekvencija genotipa - izračunava se genotipska frekvencija unutar populacije- frekvencija ili udio uvijek je između vrijednosti 0-1 (oko 43 % individua ima crvenu kosu →

frekvencija fenotipa crvene kose je 0,43)- izračunavanje frekvencija genotipa specifičnog lokusa → izbrojimo individue s jednim određenim

genotipom i podijelimo s ukupnim brojem individua u populacijiPRIMJER: Točke na krilima noćnog leptira

- Ford je skupio 497 noćnih leptira u Engleskoj, od toga 425 s puno točaka (homozigoti BB), 43 sa manje točaka (Bb), s dvije točke (bb)Frekvencija genotipa: fBB 452 / 497 = 0,909

fBb 43 / 497 = 0,087fbb 2 / 497 = 0,004

1,000

Frekvencija alela u populaciji - u opisu skupa gena u populaciji → upotreba alela ima prednost pred frekvencijom genotipa- kod organizama koji se spolno razmnožavaju geni u slijedećoj generaciji nastali su od gameta koje

prenose alele iz roditeljske generacije, a ne od genotipa roditeljske generacije

53

- samo aleli imaju vremenski kontinuitet i “genski pool” evoluira → mijenja se promjenom frekvencije alela

- frekvencija alela može se izračunati na nekoliko načina iz opaženog broja različitih genotipova nekog lokusa

frekvencija alela =

- frekvencija alela jednog gena je 1 → p + q = 1p = A_q = a_

Hardy – Weimbergov zakon ravnoteže ili ekvilibrija

- HW zakon objašnjava što se događa s frekvencijom alela i genotipova u populaciji sa alelima koji se prenose iz generacije u generaciju u odsutnosti evolucijskih procesa (mutacije, migracije)

- UČESTALOST → frekvencija genotipa određenog svojstva ovisna je o frekvenciji alela za to svojstvo- populacija mora zadovoljavati slijedeće uvjete kako bi bila u ravnoteži i za koju će vrijediti HW

zakon1. Mora biti dovoljno velika2. Parenje unutar populacije mora biti slobodno3. Ne smije biti ni prirodne ni umjetne selekcije4. Mutacije koje se dogode moraju biti istog iznosa:

A-a = u i a-A = v ; u = v5. Svi genotipovi moraju biti iste vitalnosti i plodnosti

→ HW zakon- frekvencija genotipa određene generacije ovisi o frekvenciji gena (alela) u prethodnoj generaciji, a ne

o frekvenciji genotipa prethodne generacije- populacija je u ravnoteži ako se ne mijenja frekvencija gena-alela i frekvencija genotipa iz generacije

u generaciju→ Tvrdnja HW zakona - ako je populacija u ravnoteži očekuju se 2 rezultata:

1. Frekvencija alela neće se mijenjati u slijedećoj generaciji2. Frekvencija genotipova bit će u odnosu AA : Aa : aa = p2 + 2pq + q2

- poslije prve generacije slučajne oplodnje uspostavi se ravnoteža koja se neće dugo mijenjati → ako su uvjeti zadovoljeni vrijedit će HW zakon

- svaki diploidni organizam ima u svom genotipu 2 alela- frekvencija alela:

Frekvencija dominantnog alela A = pFrekvencija recesivnog alela a = q

Aa x Aa p qA a

p A AA p2 Aa pqq a Aa pq aa q2

Frekvencija genotipa: frekvencija AA - p2 frekvencija Aa - pq frekvencija aa - q2

- suma frekvencija genotipova → AA : Aa : aa = p2 + 2pq + q2 = 1- suma frekvencija fenotipova → (AA : Aa) : aa = (p2 + pq) + q2 = 1→ Primjena HW zakona kada lokus ima više od 2 alela - kada su prisutna 3 alela IA, IB i IO njihova frekvencija je jednaka p, q i r

54

- frekvencija genotipova dobije se (p + q + r)2 iz frekvencije alela

TABLICA: Fenotipske i genotipske frekvencije ABO krvnih grupaFENOTIP GENOTIP FREKVENCIJA FENOTIPA FREKVENCIJA GENOTIPA

0 0/0 r2 r2

A A/A + A/0 p2 + 2pr p2 , 2prB B/B + B/0 q2 + 2qr q2 , 2qr

AB A/B 2qr 2qr

- frekvencija fenotipova krvnih grupa A, B, 0, AB- izračunati frekvenciju alela IA = p, IB = q, I0 = r

Primjena HW zakona za spolno vezane lokuse

- ako su aleli vezani na x kromosomu: ženke mogu biti homo ili heterozigotne, muški nose samo 1 alel za svaki x lokus → heterogametni

- kod žena za x vezane alele frekvencija genotipova jednaka je: p2(XAXA), 2pq(XAXa), q2(XaXa)- kod muškaraca frekvencija genotipova i alela bit će ista i iznosit će p(XAY) i q(XaY)- frekvencija recesivnih alela onih svojstava koja su vezana na x kromosom je mnogo češća kod

muškaraca- sljepilo za boje je recesivno svojstvo, gen lokus u X-kromosomu, frekvencija fenotipova-genotipova

kod afričkih amerikanaca → muškaraca => q = 0,039 , ali frekvencija recesivnih alela je ista (0,039) jer su muškarci homozigotni imaju samo 1 alel za to svojstvo

- kod žena je frekvencija fenotipova-genotipova q2 = 0,039 , ali frekvencija recesivnih alela je korijen iz q = 0,0015

- ravnoteža se kod vezanih alela postigne kroz nekoliko generacija zato što su muški recesivni na x kromosomu samo od majke, dok su na x kromosomu kod žena recesivni od majke i oca

- frekvencija alela na X kromosomu u sinova bit će ista kao frekvencija alela njihovih majki dok je frekvencija kod kćeri prosjek majki i očeva

Genotipska varijabilnost u prostoru i vremenu

- genetska struktura populacije može varirati u prostoru i vremenu- frekvencija i distribucija alela može se razlikovati za uzorke istih specijesa u različitim područjima, a

razlike se mogu pojaviti ako je analiza vršena u različitim vremenskim periodima- mnoge populacije biljaka i životinja imaju široku zemljopisnu rasprostranjenost- genetska struktura populacije se mijenja → koji su procesi tome uzrok pomoći će nam razumijeti kako

vrednovati i kako najbolje sačuvati veliku raznolikost genetskih resursa koji postoje

Gentske razlike u prirodnoj populaciji

- kakva i kolika je genetska varijabilnost u prirodnoj populaciji jedno je od opravdanih pitanja koje se postavlja u populacijskoj genetici jer određuje mogućnosti za evolucijske promjene i prilagodbe

- činioci koji utječu na frekvenciju gena i genetsku varijabilnost:1) MUTACIJE

- geni postoje u različitim oblicima zato što imaju sposobnost mutacija- postojanje različitih alela istog gena definirana je kao POLIMORFIZAM - genetska varijabilnost se pojavljuje kada različiti aleli povećavaju ili smanjuju frekvenciju kao

odgovor na evolucijske procese

55

- izvor svih novih genetskih varijabilnosti → nove kombinacije alela mogu se dogoditi i rekombinacijom, ali novi aleli su rezultat samo mutacija

- u prirodi se javlja dosta mutacija, međutim one u populaciji bivaju eliminirane ako se ne mogu prilagoditi okolinskim uvjetima

- mogu opstati samo neke mutacije koje predstavljaju prednost u specifičnim okolinskim uvjetima- mutacije sudjeluju u evolucijskim procesima promjene frekvencije alela unutar populacije

2) SPOLNO RAZMNOŽAVANJE I REKOMBINACIJE - postojanje različitih alela u populaciji određuje gensku varijabilnost u toj populaciji- spolno razmnožavanje organizma dovodi do slučajne raspodjele gena u gamete u mejozi, a to je

popraćeno i fenomenom nazvanim REKOMBINACIJA - genetska varijabilnost u gametama kod organizama koji se spolno razmnožavaju posljedica je češće

rekombinacije između kromosoma nego mutacija3) UZGOJ U SRODSTVU ILI INBREEDING

- slučajna raspodjela alela u gametama izvor je varijabilnosti- uzgoj u srodstvu dovodi do smanjenja genetske varijabilnosti i povećanja homozigotnosti- učinak samooplodnje ako krenemo od populacije i 4096 individua heterozigotnih, u samooplodnji

ili uzgoju u srodstvu nakon 10 generacija većina individua bit će homozigotna za jedan ili drugi alel- druga posljedica samooplodnje je povećanje ekspresije recesivnih alela u inbred populaciji- inbreeding može dovesti do ekspresije nepoželjnih recesivnih svojstava koji su maskirani kod

heterozigotnih organizama- u oplemenjivanju biljaka i životinja inbreedingom se dobivaju poželjna svojstva- suprotno od inbreedinga je slučajni obor i križanje genetski različitih individua (stranooplodnja)

fenotip potomaka može biti rezultat HETEROZISA ili hibridnog vigora- hibridi imaju veću opću vrijednost i u ranim generacijama zbog heterozigotnosti

4) MIGRACIJE - utjecaj na frekvanciju gena u nekoj populaciji ulaskom individua u tu populaciju iz druge populacije- većina populacija nije izolirana i izmjenjuje gene s drugim populacijama istih specijesa- individue koje uđu u populaciju mogu uvesti druge alele u gen pool i djelomično promijeniti

postojeću frekvenciju alela- migracija u populacijskoj genetici znači premještanje gena koje se mogu, a i ne moraju dogoditi

migracijom organizama- premještanje gena daje 2 učinka na populaciju:

- unose nove alele u populaciju- 2 populacije imaju različitu frekvenciju alela ulaskom alela u populaciju

recipijenata → frekvencija u populaciji se mijenja- migracijom se smanjuje genetska divergentnost između populacija- rezultat migracije između populacija ovisi kolika je različitost između populacija istih specijesa

5) SLUČAJNO RAZILAŽENJE - može utjecati na frekvenciju gena i ekvilibrij (ravnoteža populacije)- razilaženje je slučajna promjena frekvencije gena iz jedne generacije u drugu- par alela iz heterozigota u jednakim iznosima će se prenijeti u potomstvo, međutim u nekim

slučajevima 1 alel može imati veću frekvenciju prijenosa u potomstvo- jedan od uvjeta da populacija ostane u ravnoteži je taj da populacija mora biti dovoljno velika zato što

promjena faktora u maloj grupi uzrokuje veliku promjenu u alelnoj frekvenciji- fenotipski duft donosi gubitak genetske varijabilnosti unutar populacije, genetske razlike između

populacije i slučajnu frekvenciju u frekvenciji alela populacije kroz vrijeme

6) SELEKCIJA - POZITIVNA SELEKCIJA → populacija Afrikanaca srpasta anemija, selekcija se vrši protiv

homozigota koji pokazuju srpastu anemiju (individue koje se heterozigotne su otpornije na malariju od homozigota)

56

- rezultat je selekcija oba homozigota, recesivnih zbog srpaste anemije, a dominantnih zbog neotpornosti na malariju

- heterozigoti prenose u narednu generaciju isti broj dominantnih i recesivnih alela i tako se frekvencija ne smanjuje

- NEGATIVNA SELEKCIJA → kada se iz populacije gube aleli gena koji kontroliraju otpornost na neku bolest i slična pozitivna svojstva

- PRIRODNA SELEKCIJA → selekcija koja se događa u prirodi, rezultat je razlika u populaciji, različitosti koje imaju individue daju im prednost pred drugima u populaciji

- veliki postotak takvih individua preživljava, stvara potomstvo i prenosi na njega poželjnu varijabilnost- uključuje različitu reprodukciju genotipova, a mjeri se adaptabilnošću (prilagodbom); relativni udio

genotipova- učinici selekcije ovise o relativnoj adaptabilnosti različitih genotipova- UMJETNA SELEKCIJA → selekcija koju provodi čovjek ciljano prema svojstvu koje želi kod potomstva- razvijena je u oplemenjivanju biljaka i životinja

- selekcija protiv recesivnih alela (a)...........aa, Aa- selekcija protiv dominantnih alela (A)..........AA, Aa

Heterozis

- rad na oplemenjivanju bilja počeo je odmah poslije otkrića spolova kod biljaka (Camerans, 1694.); vršeći križanja uočeno je da je samooplodnja štetna, a stranooplodnja korisna

- Kolrenter (1761.) → zapazio da F1 generacija nekih križanaca ima bujniji rast- Mendel (1866.) → zabilježio povećanu bujnost za visinu graška kada je križao linije s velikom

razlikom u visini struka- INBREEDING → depresija smanjivanje vrijednosti svojstva

→ pojavljuje se zbog “genetskog opterećenja” veliki broj recesivnih alela koji se nalaze u homozigotnom stanju u populaciji → događa se zbog cijepanja i demaskiranja štetnih recesivnih alela

- HETEROZIS → pojava luksuriranja (pseudoheterozigot), pojačana vitalnost F1 generacije→ povećanje vrijednosti svojstva u F1 generaciji križanjem roditelja koji se genetski razlikuju (heterozigoti) → zabilježen kod autogamnog i alogamnog bilja te kod biljaka koje se vegetativno razmnožavaju

- učinci heterozisa se smanjuju u F2, F3 i daljnjim generacijama- F1 generacija ne pokazuje heterotičan učinak u svakoj kombinaciji križanja- heterozis u F1 generaciji pojavit će se samo kada se križaju roditelji koji imaju dobru kombinacijsku

sposobnost- praktična primjena teorije heterozisa iskorištena je u razvoju hibrida kukuruza, suncokreta, sirka i

riže, a pokušava se i s hibridnom pšenicom- Beal (USA) → istraživanja heterozisa kod međusortnih hibrida- Tavčar → sortni hibridi- Kvakan i Bohntinsky → linijski hibridi- Fedin (1982.), Stuber (1994.)

Klasifikacija heterozisa a) LUKSURIRANJE (pseudoheterozigot) → brz rast i pretjerani vegetativni razvoj koji ne mora biti rezultat

maskiranja štetnih gena (nema adaptabilnosti)b) HETEROZIS (enker) → ima oplemenjivačku vrijednost (adaptabilnost)

57

Procjena heterozisa 1) RELATIVNI HETEROZIS → u odnosu na roditelje

a) Heterozis → razlika između hibrida i roditeljskog prosjekab) Heterobeltiozis → razlike između hibrida i boljeg roditelja

2) APSOLUTNI HETEROZIS → u odnosu na hibrid, sortu, populaciju koja je standard u proizvodnji (standard jednake namjene)

Genetska osnova heterozisa - genetski mehanizam heterozisa pokušava objasniti nekoliko teorija (hipoteza):

1) HIPOTEZA DOMINACIJE - Davenport (1908.) → heterozis je posljedica akcije i interakcije poželjnih dominantnih gena koji su

zajedno u hibridu- heterozis prema teoriji dominacije može biti uzrokovan:

a) Djelomičnom dominacijomP1 AAbbCC x AABBccG1 AbC ABcF1 AABbCcalel A = 10 B = 12 b = 6 C = 8 c = 4- vrijednost roditeljskih → majčinskih AAbbCC = 24 (20/2) + (12/2) + (16/2)

→ očinskih AABBcc = 26 (20/2) + (24/2) + (8/2)- ako je djelomična dominacija, ona uzrokuje da srednja vrijednost genotipova bude:

Bb = 9 Cc = 6,5 F1 = AABbCc = 10 + 9 + 6,5 = 25,5

b) Potpunom dominacijom- ako je potpuna dominacija :

Bb = 10 Cc = 6 F1 AABbCc = 10 + 10 + 6 = 26→ NEDOSTACI TEORIJE:

a) Morale bi se dobiti linije homozigotne dominantne za sve gen-lokuse- linija koja ima heterozis kao F1 ali da je dobivena samooplodnjom (inhibicijom)- homozigotne dominantne linije → nisu do danas pronađene

b) U F2 generaciji morala bi se pojaviti asimetrična distribucija - dominantni i recesivni fenotipovi trebaju se distribuirati prema binomu (3/4 + 1/4)n; n broj gena koji

kontrolira svojstvo- u F2 pojavljuje se simetrična distribucija

c) Teorija dominacije ne može objasniti heterobeltiozis→ ZAKLJUČAK: Glavna zamjerka teoriji dominacije je nemogućnost praktičnog izoliranja teoretski mogućih homozigota koji imaju većinu alela u dominantnom stanju, posebno za kvantitativna svojstva

2) HIPOTEZA HETEROZIGOTNOSTI - heterozis je posljedica interakcije između različitih alela → heterozigotno stanje što većeg broja alela- East & Mayes (1912.) → heterozis je rezultat heterozigotnosti- teorija heterozigota je dopunjena teorijom superdominacije koja pretpostavlja da je heterozigotno

stanje alela (Bb) u pojedinačnim gen-lokusima superiornije od oba homozigota- produkti oba alela B i b imaju različiti učinak → suma njihovih učinaka veća je od produkata

proizvedenog od alela u homozigotnom stanjuPRIMJER: U lokusima koji sudjeluju u kontroli kvantitativnih svojstava recesivni genotip sudjeluje s 1 u fenotipu, heterozigot s 2, dominantni homozigot s 1,5

P1 aabbCCDD x AABBccddfenotipske vrijednosti : 1 + 1 + 1,5 + 1,5 = 5 , 1,5 + 1,5 + 1 + 1 = 5

F1 AaBbCcDd2 + 2 + 2 + 2 = 83) TEORIJA EPISTAZA

58

P1 AABBCCdd x aabbccDDF1 AaBbCcDd

dominantni alel = 6 recesivni alel = 2- vrijednost svojstava pri aditivnom djelovanju gena genotipske vrijednostiP1 AABBCCdd = 2 ; aabbccDD = 12 Aa = 6 + 2/2 = 4 Bb = 4 Cc = 4 Dd = 4 => F1 = 1

59