Upload
others
View
18
Download
8
Embed Size (px)
Citation preview
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
PowerPoint® Lecture Presentation for
Concepts of GeneticsNinth Edition
Klug, Cummings, Spencer, Palladino
Konu 4
Ökaryotlarda Kromozom Haritalaması
Aslı Sade Memişoğlu
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
Lectures by David Kass with contributions from
John C. Osterman.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
Konular
• 1 Aynı kromozomdaki bağlı genler birlikte kalıtılır
• 2 Parça değişimi ve gen mesafeleri
• 3 Gen sıralanışı çoklu parça değişimleri ile anlaşılır
• 4 İki gen arasındaki uzaklık arttıkça haritadaki kesinlik
azalır
• 5 Drosophila gen haritası
• 6 Lod skor analizi ve somatik hücre hibridizasyonu
• 7 Günümüzde gen haritaları
• 8 Parça değişimi ve mitoz
• 9 Kardeş kromatitler arasında parça değişimi
• 10 Mendel bağlı genlerle karşılaşmış mıydı?
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
1 Aynı kromozomdaki bağlı genler birlikte kalıtılır
• 1900’lü yılların başında genetikçiler, belirli genlerin
Mendel’in bağımsız açılım kuralına göre aktarılmadığını,
bu genlerin sanki birbirine bağlıymışçasına ayrıldığını
ortaya koymuştur.
• Ayrıntılı çalışmalarla, bu genlerin, aynı kromozomların
bölümleri olduğu, bunların gerçekte tek bir birim olarak
aktarıldığı gösterilmiştir.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Kromozomlar üzerinde çok sayıda genin
bulunduğunu artık biliyoruz.
• Aynı kromozom üzerinde bulunan genler
bağlı (link) genlerdir.
• Bu genler genetik çaprazlarda bağlantı
(linkaj) gösterirler.
1
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
1
• Mayoz sırasında aktarım birimi genler değil
kromozomlardır.
• Bu nedenle bağlantılı genler, bağımsız açılım
konusunda özgür değildir.
• Birinci mayotik profaz sırasında homologlar
eşleştiğinde kromozom bölümlerinin karşılıklı
değiş-tokuşu gerçekleşir = Parça değişimi =
rekombinasyon
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
1
• Bir kromozom üzerindeki herhangi iki bölge arasındaki
parça değişimi oranı, aralarındaki uzaklık ile doğru
orantılıdır.
• Buna bölgeler arası uzaklık (inter locus distance) adı
verilir.
• İki gen bölgesi arasındaki uzaklık ne kadar fazla ise,
krossing-over ile birbirlerinden ayrı düşme olasılıkları o
kadar fazladır.
• Bu ilişki, genlerin kromozom üzerindeki göreceli
yerleşimlerini belirten kromozom haritalarının
oluşturulmasına temel teşkil eder.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
1.1 Parça değişimi
• Mayoz ile genlerin gametlere dağılımı
konusunda üç farklı ihtimal söz konusudur:
1. Bağımsız açılım: İki gen, iki farklı homolog
kromozom çifti üzerindedir.
2. Bağlılık: İki gen, tek bir homolog kromozom
üzerindedir - Krossing-over yoktur.
3. Linkaj+Krossing-over: İki gen, tek bir
homolog kromozom üzerindedir - Kardeş
olmayan kromatitler arasında değiş-tokuş
gerçekleşir.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
1.1.a Bağımsız açılım
• Her biri bir gen çifti içeren iki çift
kromozomun bağımsız açılım
sonuçları.
• Burada bağlılık görülmemektedir.
• Genetik olarak dört farklı gamet
eşit oranda oluşur.
• Bunların her biri, iki genin
allellerinin farklı bir
kombinasyonunu içerir.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Yandaki şekilde genler aynı
homolog kromozom üzerinde
bulunmaktadır (bağlı).
• Eğer iki gen arasında parça
değişimi olmaz ise sadece iki
farklı gamet oluşur.
• Her bir gamet, homologların
birinde ya da diğerinde
bulunan allelleri alır.
1.1.b Bağlılık
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
1.1.c Bağlılık + parça değişimi
• Bağlı iki gen arasındaki parça
değişimi.
• Bu değişim, tetratta bulunan
dört kromatitin, kardeş
olmayan iki kromatiti
arasındadır.
• Bu değiş-tokuş, rekombinant
ya da parça değişimli
gametler denilen iki yeni allel
kombinasyonu oluşturur.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Bağlı iki gen arasında oluşan parça değişimi frekansı, bu
iki genin kromozom üzerindeki uzaklıklarıyla doğru
orantılıdır.
• Rastgele seçilmiş iki gen birbirine ne kadar yakın ise,
parça değişimi ile ayrılma ihtimali o kadar düşüktür.
• Bu durumda oluşacak atasal gametlerin oranı daha yüksek,
rekombinant gametlerin oranı daha düşük olacaktır.
• Bu iki gen birbirine ne kadar uzak ise, ayrılma ihtimali o
kadar yüksektir.
• Bu durumda oluşacak atasal gametlerin oranı daha düşük,
rekombinant gametlerin oranı daha yüksek olacaktır.
• Bağlı iki gen arasındaki uzaklık çok fazla olduğunda,
rekombinant gametlerin sayısı % 50’ye ulaşır.
• Ama bu oranı geçemez!!!
1.2 Bağlantı oranı
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
1.2
• Eğer % 50 oranında rekombinant oluşmuş ise dört tipin
(ikisi atasal, ikisi rekombinant) 1:1:1:1 oranı ile
sonuçlanır.
• Bu durumda bağlantılı iki genin aktarımı, bağlantılı
olmayan genlerin aktarımından ayırt edilemeyecektir.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
1.2 Bağlantı oranı
• Bağlantı oranına bağlı olarak meydana gelen bireylerin
fenotipine göz atmak için aşağıdaki çaprazlamayı birlikte
yapalım.
• Bunun için Drosophila melanogaster’de birbirine
yakından bağlı çekinik mutant allellerden kahverengi
(brown, bw) göz ve kalın (heavy, hv) kanat damarları
arasındaki çaprazı göz önüne alalım.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• F1 neslini oluşturan
sineklerin tümü her iki
gen çifti için de
heterozigottur ve kırmızı
göz ve ince damarın
baskın özelliklerini
gösterir (bw+bw/hv+hv).
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• İki gen için 1:2:1 oranı tam bağlantı durumlarında görülür
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• 1:1 oranında kahverengi-
ince ve kırmızı-kalın
sinekler oluşur.
• Bu özellikleri kontrol eden
genler tam bağlı olmasa ya
da ayrı kromozomlar
üzerinde bulunsaydı test
çaprazı sonucunda dört
fenotip oluşacaktı.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
2 Parça değişimi ve gen mesafeleri
• X-bağlantısını ilk bulan araştırmacı Morgan’dır.
• A çaprazında mutant sarı vücutlu (yellow, y) ve beyaz
gözlü (white, w) dişilerle yabanıl tip erkekleri (gri vücutlu
ve kırmızı gözlü) çaprazlamıştır.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
2.1 Morgan
• F1 dişileri yabanıl tip iken, F1
erkekleri her iki mutant özelliği
de ifade etmekteydi.
• F2’de toplam yavru bireylerin
% 98.7’si atasal, % 1.3’ü ise
rekombinant tipler idi.
• Genler F1 sineklerinde gamet
oluşumu sırasında sanki
birbirinden ayrılıyor gibiydi.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
2.1 Morgan ve parça değişimi
• B çaprazında Morgan,
beyaz göz (w) ve minyatür
kanat (m) mutasyonlarını
kullanmıştır.
• Morgan ww/mm dişi bireyler
ile w+/m+ erkek bireyleri
çaprazladığında F2
bireylerinin % 62.8’i atasal
iken, % 37.2’si rekombinant
fenotipe sahip idi.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Morgan bu sonuçlar ile birlikte iki soru ile
karşılaştı:
• Gen ayrılmasının kaynağı neydi?
• Görünüşteki ayrılmanın frekansı niçin çalışılan
genlere bağlı olarak değişti?
2.1 Morgan ve parça değişimi
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
1. soruya yanıt:
• Homolog kromozomların mayozda karşılıklı dizilerek
kiyazmalar oluşturdukları biliniyordu.
• Morgan, bu kiyazmaların genetik değiş-tokuş açısından
önemli olduğunu öne sürdü.
• Bağlantılı genlerin kromozom boyunca doğrusal olarak
var oldukları taktirde, herhangi iki gen arasında,
değişebilen bir oranda parça alışverişi olabileceği
sonucuna vardı.
2.1 Morgan ve parça değişimi
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
2. Soruya yanıt:
• Kromozomda birbirine yakın iki gen arasında kiyazma
oluşması nispeten zordur.
• İki gen birbirine ne kadar yakın ise aralarında oluşacak
genetik alış-veriş o oranda azalır.
2.1 Morgan ve parça değişimi
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Alfred H. Sturtevant, Morgan’ın öğrencisidir.
• Hocasının önermesine bağlı olarak genlerin kromozom
üzerindeki dizisinin saptanabileceği fikrini ilk kavrayan
kişidir.
2.2 Sturtevant ve haritalama
Thomas H. Morgan. http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/articles/lewis/
Alfred H. Sturtevant. http://eands.caltech.edu/articles/LXVII2/bomb.html
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Sturtevant önce Morgan tarafından çalışılan sarı, beyaz ve
minyatür mutant genleri arasındaki rekombinasyon verilerini
topladı.
• Bu üç genin her bir çifti arasındaki parça değişimi
frekanslarının aşağıdaki gibi olduğunu hesapladı:
• 1) sarı-beyaz % 0.5
• 2) beyaz-minyatür % 34.5
• 3) sarı-minyatür % 35.4
2.2 Sturtevant ve haritalama
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Buna bağlı olarak Sturtevant bu genlerin kromozom
üzerindeki sırasının sarı-beyaz-minyatür şeklinde
olabileceğini öne sürdü.
• Parça değişimi frekansı = iki gen arasındaki uzaklığın
göstergesi
• 1 harita birimi = %1 parça değişimi = 1 santiMorgan (cM)
• Göreceli bir birim: kesin uzaklıklar değil!!!
2.2 Sturtevant ve haritalama
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• İki lokus, kromozom boyunca ne kadar yakınsa,
aralarında tek parça değişimi gerçekleşme olasılığı o
kadar azdır.
• Bağlantılı iki lokus arasındaki uzaklık ne kadar fazla ise,
aralarında oluşacak rastgele bir parça değişimi olayının
olasılığı o kadar yüksektir.
2.3 Tek parça değişimi
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Figure 5.5
…ve oluşan 4 gametin
2’sinde allellerde
rekombinasyon oluşur
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Figure 5.6
• Rekombinasyon frekansı neden maksimum % 50’dir?
• Homolog kromozomlar arasında parça değişimi
olasılığı %100 ise
• Parça değişimi olduğunda, tetradın diğer iki kromatiti
bu değiş-tokuşa katılmayacaktır.
• Böylece oluşan gametler en fazla %50 rekombinant
olabilir
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
3 Çoklu parça değişimi
• Tek bir tetradda, kardeş
olmayan kromatitler
arasında iki, üç ya da daha
çok değiş-tokuş
mümkündür.
• A-B ya da B-C genleri
arasında gerçekleşen bir
değiş-tokuş olasılığı, bunları
ayıran fiziksel uzaklıklarla
ilgilidir.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
3
• Iki bağımsız olayın birlikte olmasının matematiksel
olasılığı, her bir olasılığın çarpımına eşittir.
• A-B arasında parça değişimi gerçekleşme olasılığının %
20 (p=0.20) ve B-C arasında % 30 (p=0.30) olduğunu
varsayalım.
• Bu iki olayın aynı anda gerçekleşme olasılığı 0.20 x 0.30
= 0.06 veya % 6’dır.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Tek parça değişimleri iki bağlantılı gen
arasındaki uzaklığı belirlemek için kullanılır
• Çift parça değişimi ise 3 bağlantılı genin
kromozom üzerindeki sıralanışını ve
bunlar arasındaki uzaklığı belirlemek için
kullanılır
3 Çoklu parça değişimi
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
3.1 Üç noktalı haritalama
Bunun için Drosophila’da X’e bağlı kalıtılan üç mutant gen
ele alınacaktır:
• Beyaz göz rengi (w)
• Ekinus göz şekli (ec)
• Sarı vücut rengi (y)
• Çaprazlamaya başlamadan önce genlerin kromozom
üzerindeki sırasını bilmemiz imkansızdır.
• Bu nedenle gen sırasının başlangıçta y-w-ec olduğunu
varsayalım.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
3.1 Üç noktalı haritalama
• P neslinde yabanıl tip allellerin üçü için de hemizigot olan
erkekler, üç mutant allel için homozigot olan dişilerle
çaprazlanır.
• F1 neslinde her üç allel açısından hemizigot erkekler ile,
heterozigot dişiler (y+y/w+w/ec+ec) oluşur.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
3.1
F2 neslinde parça değişimi açısından dört olası durum
vardır
• 1) Parça değişimi olmaması durumu
• 2) y-w arasında tek parça değişimi
• 3) w-ec arasında tek parça değişimi
• 4) y-w arasında ve w-ec arasında çift parça değişimi
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Figure 5.8
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Her zaman en yüksek orana sahip olan,
parça değişimi olmayandır ve en düşük
orana sahip olan, çift parça değişimi
(DCO) olandır!!!
3.1
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
3.1
• Metot I: 3 genden birisi diğerlerinin ortasındadır. Allellerin dizilişleri ve
oluşturdukları DCO bulunur ve uyumlu olan seçilir.
• Metot II: Heterezgot ebeveynin homologlarındaki allel düzenlenmesi incelenir
daha sonra DCO ile karşılaştırılır.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
4 İki genin mesafesi arttıkça haritalama
kesinliğini kaybeder
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Figure 5.13
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Drosophila, mısır ve fare gibi
organizmalarda çok sayıda mutant
keşfedilmiş ve deneysel çaprazlar kolaylıkla
yapılmıştır.
• Böylelikle bu organizmaların
kromozomlarının kapsamlı bir haritası
çıkarılmıştır.
5 Drosophila Genleri büyük ölçüde
haritalanmıştır
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Figure 5.14
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Kendi türümüz, kapsamlı bağlantı analizi için deneysel
organizmalarla yapılan çalışmalar gibi bir veri kaynağı
olarak kullanılamaz.
• Etik olarak ve
• Fazla sayıda yavru oluşmadığından
• Dolayısıyla insanlarda en eski bağlantılı gen çalışmaları
soyağacı analizlerine dayanmak zorunda idi.
• Kapsamlı soyağaçları varsa, iki özelliğin birlikte dağılım
gösterebileceği gerçeğine dayanarak incelenen genlerin
bağlantılı olduğu gösterilebilir.
6 Lod skor analizi
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Kültürdeki iki hücrenin tek bir hibrit hücre oluşturacak
şekilde birleşebileceği gerçeğine dayanmaktadır.
• George Barsky başlangıçta iki adet fare hücresi
kullanmıştır.
• Daha sonra farklı organizmalardan alınan hücrelerin de
birleşebileceği anlaşılmıştır.
6.1 Somatik hücre hibridizasyonu
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
• Birleşme gerçekleştiğinde ortak bir sitoplazma içinde iki
çekirdek içeren heterokaryon adı verilen bir başlangıç
hücre tipi oluşur.
• Uygun teknikler kullanarak insan ve fare hücrelerini
birleştirmek olasıdır.
• Birleşen hücrelerin çekirdekleri de birleştikten sonra
sinkaryon adı verilen yapı oluşur.
6.1 Somatik hücre hibridizasyonu
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
6.1 Somatik hücre hibridizasyonu
• Hibrid hücre birçok nesil boyunca çoğalırken zamanla iki
türe ait kromozomlardan birisi giderek kaybolur.
• Insan-fare hibridinde insan kromozomları giderek
kaybolur ve sonunda sadece fare kromozomları ve
birkaç tane insan kromozomu kalır.
• Bu durum, insan genlerinin üzerinde bulundukları
kromozomların tayin edilmesini kolaylaştırır.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
6.1 Somatik hücre hibridizasyonu
• Örn; eğer insan geninin özgül bir ürünü, üç insan
kromozomu içeren bir sinkaryon içinde sentezleniyorsa,
bu üründen sorumlu gen, hibrid hücre içinde kalan üç
insan kromozomundan birisi üzerinde bulunmalıdır.
• Bu yöntemle hangi genin hangi kromozom üzerinde
bulunduğunu tespit etmek mümkündür
• Eğer her birinde bir insan kromozomu bulunan 23 adet
sinkaryon seçilirse, bir ürünün varlığı ve yokluğu ile
karşılaştırmalarla hangi genin hangi kromozom üzerinde
olduğu anlaşılır
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Figure 5.15
Hibrit
hücre
ler
Hücrelerde bulunan insan kromozomları
Görülen gen
ürünleri
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
7 Günümüzde haritalama
DNA belirteçleri ve veri tabanları
• Bu konudaki ilerleme, rekombinant DNA ve genomik
çalışmaları sırasında kullanılan DNA belirteçlerinin
(marker) bulunuşu ile kaydedilmiştir.
• Her belirtecin dizisi ve kromozomdaki yeri bilinmektedir.
• birçok nesil içeren soyağaçlarında izlenebilmekte ve
böylece bunlarla bağlantılı olarak kalıtılan genler
soyağaçlarında tespit edilerek yerleri belirlenmektedir.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
7.1 DNA belirteçleri
Söz konusu belirteçler arasında:
• Mikrosatellitler
• Minisatellitler
• RFLP’ler (restriction fragment length polymorphisms)
• Kistik fibroz geninin yeri, bu şekilde tespit edilmiştir
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
7.2 Veritabanları
İnsan genom projesinin amacı;
• Önce insan genomunun DNA dizisini elde etmek
• Daha sonra da bilgisayar analizi ile genlerin
yerlerini saptamaktır.
• Günümüzde bu veriler çeşitli web sayfalarında
bulunmaktadır.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
7.2 Veritabanları
• Artık, tamamlanmış birçok veritabanının
sonuçlarını kullanarak, kromozomda herhangi
bir genin kesin yerini, baz mesafesi olarak
saptamak mümkündür.
• Bu şekilde elde edilen haritalara fiziksel harita
adı verilmektedir.
• Rekombinasyon frekansı kullanarak göreceli
oluşturulan haritalar genetik haritalardır
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
8 Parça değişimi ve mitoz!
• Birçok organizmada homologlar mitoz
sırasında normal olarak eş oluşturmaz.
• Bu durum, mitozda rekombinasyon (parça
değişimi) olamayacağı fikrini doğurur.
• Ancak Drosophila’da mitoz sırasında da
sinaps oluşabileceği gözlemlenmiştir.
Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.
9 Mendel gen bağlantısına rastladı mı?
• Bazı gözlemciler Mendel’in bezelyelerle yapmış olduğu
klasik deneylerinde son derece şanslı olduğunu söyler.
• Mendel, çaprazlarının hiçbirinde yedi mutant karakterin
hiçbiri arasında belirgin bir bağlantıya rastlamamıştır.
• Ancak gerçekte çalıştığı üç genin kromozom 4’te, iki
genin kromozom 1’de ve birer genin de kromozom 5 ve 7
üzerinde yer aldığı bilinmektedir.
• Mendel muhtemelen iki genin birlikte dağılım göstereceği
uygun bir çaprazı yapmamıştır.
• Ayrıca genlerin kromozomlar üzerindeki mesafeleri ile
parça değişimi geçirme olasılıkları arasındaki ilişkiyi de
unutmamak gerekir.