KONU 7 - ÇEKİRDEK DIŞI KALITIM

1

1. Çekirdek dışı kalıtım tipleri

2. Organel kalıtımı – Mitokondri ve kloroplastlar

3. Mitokondri DNA mutasyonları

4. Enfeksiyon kalıtımı

5. Anasal etki kalıtımları

1. Çekirdek Dışı Kalıtım Tipleri

3

1. Organel kalıtımı

2. Anasal etki kalıtımları

3. Enfeksiyon tipi kalıtımı

Çekirdekten değil, sitoplazmadan aktarılan ve genellikle

ebeveynlerin birini içeren kalıtım = çekirdek dışı kalıtım.

1. Çekirdek Dışı Kalıtım Tipleri

4

1. Organel kalıtımı: Bu tip kalıtımda, yavruların bazı

fenotipik özelliklerini kloroplast veya

mitokondrilerdeki DNA belirler.

Yapılan çalışmalarla, bu organellerin anneden

yumurta aracılığı ile yavrulara (tek ebeveyn-uni

parental) geçtiği kabul edilmiştir.

1. Çekirdek Dışı Kalıtım Tipleri

5

2. Anasal etki kalıtımı: Bu etkide çekirdek genlerinin

ürünleri yumurtada depolanır.

Ooplazmadan yavruya geçirilir.

Bu gen ürünleri, gelişen embriyonun hücrelerine

dağıtılır ve fenotipini etkiler.

1. Çekirdek Dışı Kalıtım Tipleri

6

3. Enfeksiyon tipi kalıtım: Bu kalıtım tipi

mikroorganizmalarla olan simbiyotik ve parazitik

yaşam sonucunda ortaya çıkar.

Bu tip durumlarda, konak hücrelerin

sitoplazmasında bulunan mikroorganizmalar

fenotipin kalıtımını etkiler.

2. Organel kalıtımı kloroplast ve

mitokondrideki DNA aracılığı ile olur

7

Bu organellerdeki DNA keşfedilmeden öncekalıtımlarının çekirdekteki genlerden değil de

sitoplazmadaki bir şey ile bağlantılı olduğubiliniyordu.

Kalıtım, ooplazma (yumurta sitoplazması) yolu ile

çoğunlukla annedendir.

Bu durum karşılıklı çaprazlamaların sonuçlarının

değişken olmasına neden olmaktadır.

Bu modele organel kalıtımı denir.

2. Organel kalıtımı kloroplast ve

mitokondrideki DNA aracılığı ile olur

8

Kloroplast ve mitokondri DNA‘sına ait mutant

allellerin kalıtım modelleri analizlerini yapmak

oldukça zordur.

2 sebep:

Bu organellerin işlevleri, hem çekirdek hem de

organel DNA’sının gen ürünlerine bağlıdır.

Dolayısıyla organelde meydana gelen mutant

fenotiplerin çekirdek veya organel DNA’sından

kaynaklanması söz konusudur

2. Organel kalıtımı kloroplast ve

mitokondrideki DNA aracılığı ile olur

9

2. Her yavru için çok sayıda organelin geçişi sözkonusudur.

Organellerden sadece biri ya da çok azı mutant

bir gene sahip ise, bu genle ilgili mutant fenotip

gözlemlenmeyebilir.

Çünkü geçiş yapan ve çoğunluğu oluşturan diğer

organeller yabanıl fenotipi üreterek mutant

olanların saklı kalmasına sebep olur

Bu duruma heteroplazmi adı verilir

2.1 Akşam sefası bitkisinde renk çeşitliliği

10

Carl Corrnes, 1908’de kloroplast geçişi ile bağlantılı ilk kalıtım

modelini tanımlamıştır.

Akşam sefası (Mirabilis jalapa) bitkisinin beyaz, yeşil ya da karışık

renkli yaprakların bulunduğu dallara sahip bir çeşidini bulmuştur.

Beyaz bölgelerinde klorofil bulunmuyordu.

Mümkün olan tüm çaprazlama kombinasyonlarında, kalıtım

kesinlikle tohum taslağı (ovum) kaynağının fenotipi tarafından tayin edilmektedir.

Sitoplazmasını zigota çok az aktaran ya da hiç aktarmayan

polenin, oğul dölün fenotipi üzerinde görünen bir etkisi olmadığıiçin kalıtımın anasal sitoplazma aracılığı ile olduğu sonucuna

varmıştır.

2.1 Akşam sefası bitkisinde renk çeşitliliği

11

2.2 Chlamydomonas’da

kloroplast mutasyonları

Bu haploid canlının tek bir kloroplastı

bulunur ve aynı dairesel DNA’nın 75

kopyasını barındırır.

Döllenme sonrasında hemen mayoz olur ve

canlı tekrar haploid olarak yaşamını sürdürür

Bu sebeplerle organel kalıtımı çalışmaları

çok kolaydır.

12

2.2 Chlamydomonas’da kloroplast

mutasyonları

13

Ruth Sager,1954’te streptomisine

dirençli (strR ) ilk mutasyonu tespit

etmiştir.

strR fenotipinin sadece mt+ tip

ebeveynden aktarımı olduğu gözlenmiştir.

2.2 Chlamydomonas’da kloroplast

mutasyonları

Sonradan Chlamydomonas

mitokondrisinin de tek ebeveynden

aktarıldığı tespit edilmiştir

Fakat mitokondri mt- zigottan aktarılmaktadır

Neden bir organelin bir ebeveynden ve diğerinin

de öbür ebeveynden aktarıldığı halen

bilinmemektedir.

2.3 Mitokondri mutasyonları

Neurospora’da Poky Örneği

Mitokondri mutasyonları da sitoplazma yolu ile aktarılır.

Marry B. Mitchell ve Hershell K. Mitchell, 1952 yılında ekmek

küfü olan Neurospora crassa üzerinde çalışmalar yapmıştır.

Bu araştırmacılar, yavaş büyüyen bir mutantı izole ederek ona Poky adını vermiştir.

Yavaş büyüme, özellikle, elektron taşıma için gerekli olan

bazı sitokrom proteinlerinin yokluğu sonucunda,

mitokondri işlevinin bozulması ile ilgilidir.

15

2.3 Neurospora’da Poky örneği

16

Eğer dişi ebeveyn poky (hasta) ve erkek ebeveyn

yabanıl tip (sağlıklı) ise tüm yavru koloniler poky (hasta) olmaktadır.

Tam tersine çaprazlamalar ise normal yabanıl tip

koloniler oluşturur.

Bu durum anneden kalıtıma işarettir.

4. Organel DNA’sı

17

Mitokondri ve kloroplastlardaki DNA bakterilerdeki

DNA’ya benzemektedir.

Organele özgü transkripsiyon ve translasyon yapabilen

özgün genetik sistemin varlığı, Lynn Margulis ve diğerlerini endosimbiyotik teori olarak bilinen teoriyi formüle etmeye

götürmüştür.

Bu teoriye göre, mitokondriler ve kloroplastlar, birbirlerinden

bağımsız olarak 2 milyar yıl önce serbest yaşayan proto-

bakterilerden türemişlerdir.

Bu bakteriler, şimdi bu organellerde bulunan aerobik solunum ve fotosentez yapma gibi yeteneklerini, bu yapılara

vermiştir.

4. Organel DNA’sı

18

Buna göre, atasal bakteriler, aerobik olarak

solunum yapma veya güneşten enerji tutma

yeteneğine sahip olmayan ilkin ökaryotik hücrelerin bünyelerine alınmıştırr.

Zamanla hücre için verimli olan simbiyotik ilişki

gelişir ve böylece bakteri bağımsız olarak hareket

etme yeteneğini kaybeder.

Ökaryotik hücre oksijenli solunum veya

fotosentez yeteneği kazanır.

4.1 Kloroplast DNA’sının moleküler

organizasyonu ve gen ürünleri

19

Fotosentezden sorumlu olan kloroplast, genetik

bilgi kaynağı olarak DNA’yı ve protein sentez mekanizmasının tamamını içerir.

Kloroplast ribozomlarının bileşenleri, hem çekirdek

hem de organel genlerinden ortaklaşa türemiştir.

4.1 Kloroplast DNA’sının moleküler

organizasyonu ve gen ürünleri

20

Kloroplast DNA’sı (cpDNA), prokaryotlardaki

DNA ile birçok benzerliğe sahiptir.

Halkasaldır, çift ipliklidir, yarı korunumlu replike olur

ve ökaryotik DNA’nın tipik özeliğinin aksine proteinlerle paketlenmemiştir.

Kloroplast DNA’sı tarafından kodlanan birçok gen

ürünü organeldeki translasyonda görev alır.

4.2 Mitokondri DNA’sının moleküler

organizasyonu ve gen ürünleri

21

Ökaryotların çoğunda mitokondri DNA’sı (mtDNA) çift iplikli, kapalıhalkasal şekilde bulunur ve yarı korunumlu eşlenir.

Ökaryotik DNA’nın tipik özelliğinin aksine proteinlerle ilişkili değildir.

Büyüklük olarak mtDNA, cpDNA’dan daha küçüktür.

Omurgalılarda organel başına 5-10 DNA

molekülü varken, bitkilerde organel başına 20-40 kopya bulunur.

4.2 Mitokondri DNA’sının moleküler

organizasyonu ve gen ürünleri

22

4.2 Mitokondri DNA’sının Moleküler

Organizasyonu ve Gen Ürünleri

23

Organellerde bulunan ribozomlar, sitoplazmadan

farklıdır.

Sedimantasyon katsayısı sadece 80S olan

sitoplazmik ribozomlara karşın, sedimentasyon

katsayıları 55S’ten 80S’ye kadar değişen farklı türlerdeki mitokondri ribozomları göstermektedir.

Mitokondri gen ürünleri:

Oksijenli hücre solunumu için gerekli olan 13 adet protein

Translasyon için gerekli olan 22 adet tRNA

Translasyon için gerekli olan 2 adet rRNA

24

5. Mitokondri DNA’sındaki mutasyonlar

insanda genetik hastalıklara neden olur

25

Zigot, yumurtadan çok sayıda organel alır.

Sadece bir veya birkaç organel mutasyona sahip olsa

da, ortamda mutasyon taşımayan, normal işleve sahip

bol miktarda mitokondri bulunduğu için mutant olanın

etkisi seyreltilmiş olur.

Eğer başlangıçtaki organel grubunda zararlı bir mutasyon varsa ya da ortaya çıkarsa, erginler normal

ve anormal organellerin çeşitli karışımlarına sahip olur.

Bu duruma heteroplazmi denir.

26

İnsanda görülen bir hastalığın, genetik olarak

değişmiş mitokondriler sonucu olduğuna karar verebilmek için birkaç kriter vardır:

Kalıtım, Mendel yerine anasal (maternal) kalıtım göstermelidir.

Hastalık, organelin biyoenerjik işlevindeki eksikliğini yansıtmalıdır.

Mitokondri genlerinden bir veya birden fazlasında

özgül bir genetik mutasyon olmalıdır.

5. Mitokondri DNA’sındaki mutasyonlar

insanda genetik hastalıklara neden olur

27

İnsanda bu özellikleri gösteren birkaç genetik bozukluk

bilinmektedir:

Miyoklonik epilepsi (Myoclonic epilepsy) ve düzensiz kırmızı lif hastalığı (Ragged red fiber disease-MERRF)

Leber kalıtsal optik nöropati(Leber’s hereditary optic neuropathy-LHON)

Kearns-Sayre sendromu (KSS)

5. Mitokondri DNA’sındaki mutasyonlar

insanda genetik hastalıklara neden olur

5.1 Miyoklonik epilepsi ve

düzensiz kırmızı lif hastalığı

28

Anasal kalıtıma uyan bir kalıtım modelidir.

Sadece hasta annelerin çocuklarında bu hastalık

görünür.

Hasta babaların çocuklarının hepsi normaldir.

Nadir görülen bu hastalığa sahip bireylerde ataksiya (kas

kordinasiyon kaybı), sağırlık, bunama ve epileptik nöbetler görünür.

Aşırı çoğalan mitokondri Daha az çoğalan mitokondri

Kırmızı lif denmesinin sebebi anormal mitokondrilerin kas lifinde

aşırı çoğalmalarıdır.

Lizin taşıyan bir mitokondri tRNA’sında mutasyon

5.2 Leber kalıtsal optik nöropati

30

Bu hastalık da, anadan geçen kalıtım özelliğidir.

Hastalık, 2 gözün aniden kör olması ile karakterize

edilebilir.

Görme özelliğini kaybetme yaşı ortalama olarak 27

olmasına rağmen oldukça değişkendir.

4 adet mutasyon saptanmıştır; her biri hücresel

solunumun oksidatif fosforilasyon basamağı

açısından işlevsizdir.

Adem’den-Havva’ya

6. Enfeksiyon kalıtımı:konak organizma-istilacı ilişkisi(simbiyoz)

33

Ökaryotlarda, sitoplazmik olarak aktarılan

fenotiplere ait örneklerin birçoğu, bir mikroorganizma yada partikül istilası nedeni ile olur.

Simbiyotik ilişki içinde bulunan yabancı istilacı, yeni döllere ya da organizmalara genellikle

annenin ooplazmasından geçer ve özgül bir

fenotip oluşturur.

6.1 Paramecium’da kappa

34

Paramecium aurelia’nın belirli suşları katil (killer)

olarak adlandırılmıştır.

Çünkü bunlar, duyarlı suşlara karşı toksik ve bazen de öldürücü olan paramesin denilen sitoplazmik

bir madde salgılar.

Bu madde, katil hücrelerin sitoplazmasında

bulunan kappa partikülleri tarafından üretilir.

Paramecium konjugasyon ile genetik bilginin

değiş tokuşunu yapabilen diploid bir tek hücrelilerdir.

Katil fenotipi hem çekirdekte K baskın allel varlığı ve hem de sitoplazmada kappa partiküllerinin varlığına bağlıdır.

K olmadan kappa çoğalamaz ve kappa olmadan K kappayı

kendisi üretemez

Kappa partikül genomda kodlanmaz

KK ve Kk bir birey sitoplazmasında kappa partikülleri yoksa

duyarlıdır

kk genotipi olup da sitoplazmasında kappa partikülü bulunanlar

da katil olamazlar çünkü baskın K olmadan zaman içinde kappa

partikülleri kaybedilir

6.1 Paramecium’da kappa

36

Sonradan simbiyotik bir

bakteri olduğu anlaşılmıştır

Caedibacter

taenospiralis

Eğer konjugasyon

yeterince uzun

sürerse sitoplazmik

alış-veriş gerçekleşir

7. Anasal Etki Kalıtımı

37

Anasal etki veya anasal tesir, yavruların

fenotipindeki belirli bir özelliğin yumurtada mevcut olan çekirdek gen ürünlerinin kontrolü altında

olmasıdır.

Dişi gametlerdeki genetik bilgi transkripsiyona

uğrar ve genetik ürünler (ya protein şeklinde ya da

henüz translasyona uğramamış mRNA halinde) yumurta sitoplazmasında bulunur.

7.1 Ephestia’da pigmentasyon

38

Ephestia kuehniella’da anasal etki baskın A geni

nedeni ile yabanıl tip güve larvasının derisi

pigmentli ve gözleri kahverengidir.

Pigment, triptofan aminoasitine benzer bir

molekül olan kinurenin’den oluşur.

Bir mutasyon, kinurenin sentezini bozar ve

homozigot durumda, larvada kırmızı gözler ve

daha az pigmentasyon gözlenir – a alleli

Aa X aa çaprazı sonucunda oluşan bireylerin

fenotipleri baskın geni hangi ebeveynin taşıdığına

göre değişir

Eğer erkek heterozigotsa oluşan yavrular 1:1

oranında kahverengi:kırmızı gözlüdür – Mendel

kalıtımına uyar

Eğer dişiler heterozigotsa yarısı aa olmasına rağmen

tüm yavrular kahverengi gözlüdür

Bu larvalar erginliğe geçtiklerinde yarısı kırmızı gözlü

olur!!!

7.1 Ephestia’da pigmentasyon

7.1 Ephestia’da pigmentasyon

40

Bu durum heterozigot annede üretilen proteininin yumurta

sitoplazmasından tüm yavrulara geçmesiyle açıklanır

Sonradan aa bireylerde kahverengi gözün kaybolma sebebi:Birey geliştikçe hücre sayısının artması ve proteinin gittikçe seyrelmesi

7.2 Limnaea’da kıvrılma

41

Bir salyangoz olan Limnae peegrar’da kabuk

kıvrımı, geçiciden ziyade kalıcı fenotipik

değişimine neden olan anasal kalıtımın etkisidir.

Bazı salyangoz türleri sola doğru kıvrılmış(sinistral) (dd), bazıları ise sağa doğru kıvrılmış (dekstral) (DD veya Dd) kabuklara sahiptir.

Bu hayvanlar hermafrodittir: ya karşı cinsle çiftleşir veya kendi kendini döller.

42

7.2 Limnaea’da kıvrılma

43

Yavruların fenotipiannenin genotipine göre

belirlenmektedir.

Annenin fenotipinin bir

önemi yoktur!!!

Üstelik bu fenotip

erişkinlikte de devam eder

çünkü kabuk yönü gelişimin ilk bölünme

evresinde belirlenir ve o şekilde devam eder.