VAZBA VLOH Bakalářské a magisterské studijní obory ZF, PF, ZSF prof. Ing. Václav Řehout, CSc.

THOMAS HUNT MORGAN (1866 – 1945) americký genetik a embryolog na pokusech s octomilkou prokázal, že geny jsou umístěny na chromozómech a jsou mechanickým základem dědičnosti 1933 - Nobelova cena za fyziologii / medicínu

MORGANOVA PRAVIDLA geny jsou na chromozómu uspořádány lineárně - za sebou počet vazbových skupin odpovídá haploidnímu počtu chromozómů (n)

VOLNÁ KOMBINOVATELNOST A VAZBA VLOH Geny volně kombinovatelné Geny ve vazbě vlohy na témže chromozomovém páru Geny volně kombinovatelné vlohy v různých chromozomech Např: Drozofila cca 500 genů 4 chromozomové páry tj. při rovnoměrném rozdělení 125 genů na 1 chromozom

GENY VE VAZBĚ nejsou volně kombinovatelné tvoří vazbovou skupinu předávají se na potomstvo společně společné dědění = společný projev vlastností první pozorování – Bateson 1905

GENY VOLNĚ KOMBINOVATELNÉ jsou volně kombinovatelné každý na jiném chromozomu podléhají segregaci podstata mendelistické dědičnosti

TŘI MOŽNÉ ZPŮSOBY LOKALIZACE DVOU ALELICKÝCH PÁRŮ (AaBb) 1. 2. 3. A a A a A a B b B b b B Geny ve vazbě Geny ve vazbě Geny volně kombinovatelné 2 2 4 Gamety: Gamety: Gamety: A B a B A b a b A B a b A b a B

DRUHY VAZBY Úplná: - geny zůstávají sále ve stejné vazbové skupině - mezi chromozomy neprobíhá c. o. Neúplná geny mohou přecházet z jednoho homolog. chromozomu na druhý mezi chromozomy probíhá c. o. vznik rekombinantních gamet jejichž frekvence je vždy nižší než frekvence rodičovských, nerekombinovaných gamet - - -

2 původní + 2 rekombinované = 4 DRUHY VAZBY ÚPLNÁ bez c.o. 2 typy gamet: AB, ab NEÚPLNÁ c.o. 4 typy gamet: AB, ab, Ab, aB A a A a A a c. o. B b B b b B AB, ab AB, ab Ab, aB 2 původní + 2 rekombinované = 4

Meiotický crosing over PŘÍČINA NEÚPLNÉ VAZBY Crosing over Meiotický crosing over Meiotická profáze 1

2. Meióza I. a II. meiotické dělení první – heterotypické (redukční) dělení druhé – homeotypické (ekvační) dělení jediná replikace DNA v průběhu dvou buněčných dělení

HETEROTYPICKÉ DĚLENÍ 2.1.1. Profáze zahrnuje asi 90% celé meiózy zachovalý jaderný obal a jadérko, pět fází a) leptotene: kondenzace chromozomů, snížená transkripce b) zygotene: přikládání homologních chromozomů (synapse) vznikají bivalenty, synaptonemální komplex c) pachytene: viditelné sesterské chromatidy – tetráda (dvojitý divalent), chromozomy se spirálně ovíjejí, překřížení chromozomů – crossing-over, místa překřížení - chiazmata, rekombinanční uzlíky – oblast multienzymových systémů d) diplotene: oddělování homologních chromozomů, e) diakineze: terminalizace chiazmat, mizí karyolema a jadérko

HETEROTYPICKÉ DĚLENÍ 2.1.2. Metafáze terády do ekvatoriální roviny, centromery homologických chromozomů jsou náhodně orientovány, k opačným pólům buňky 2.1.3. Anafáze homologní chromozomy každého páru se oddělují, každý chromozom má dvě chromatidy spojené centromerou 2.1.4. Telofáze Cytokineze, dvě buňky s haploidním počtem dvouchromatidových chromozomů

MEIOSE Profáze 1 Metafáze 1 Anafáze 1 Telofáze 1 Leptoténe – spiralizace ch. Zygoténe – bivalent Pachyténe – tetráda – vznik chiazmat Diploténe – terminalizace chiaz. – vznik rekombinace Metafáze 1 Anafáze 1 Telofáze 1 rozpuštění blány jaderné přechod chromozó- mů k pólům buňky vznik buněčných blan (2 buňky)

CROSSING-OVER párování homologických chromozomů (bivalent) chromozomy s rekombinovanými chromatidami

VAZBOVÉ FÁZE Cis coupling A a B b Trans repulsion A a b B

REKOMBINACE proces zvyšující genetickou variabilitou vede ke vzniku rekombinovaných gamet probíhá v meiotické profázi 1 důsledek crosing-overu c. o. – příčina neúplné vazby počet gametických kombinací bez rekombinací u člověka 223 = 8,3mil počet gametických kombinací včetně rekombinací - nekonečná pravděpodobnost

STANOVENÍ SÍLY VAZBY Analýzou B1 generace (zpětným křížením) F1 × P AaBb × aabb B1 Analýzou F2 generace AaBb × AaBb F1 × F1 F2

Volná kombinovatelnost ZPĚTNÉ KŘÍŽENÍ × AaBb 4 typy gamet aabb 1 typ gamety Gamety AB Ab aB ab AaBb Aabb aaBb aabb Volná kombinovatelnost Značení a1 a2 a3 a4 Štěpný poměr 1

ZPĚTNÉ KŘÍŽENÍ AB ab ab ab —— × —— Gamety Vazba vloh cis úplná Značení - ab AaBb aabb Vazba vloh cis úplná Značení a1 a2 a3 a4 Štěpný poměr 1

ZPĚTNÉ KŘÍŽENÍ Ab ab aB ab —— × —— Gamety Vazba vloh trans úplná ab - Ab aB ab Aabb aaBb Vazba vloh trans úplná Značení a1 a2 a3 a4 Štěpný poměr 1

PŘEHLED ŠTĚPNÝCH POMĚRŮ Gamety AB Ab aB ab AaBb Aabb aaBb aabb Značení a1 a2 a3 a4 Volně kombinovatelné 1 Úplná vazba cis Úplná vazba trans Neúplná vazba cis 1 + x Neúplná vazba trans

p c SÍLA VAZBY - vyjádřena Morganovým číslem(p) vyjadřuje relativně nebo v procentech četnost rekombinací - vyjádřena Batesonovým číslem(c) c vyjadřuje kolikrát častěji se vyskytují původní gamety než rekombinované

p VÝPOČET SÍLY VAZBY a2 + a3 p = ———— cis n a1 + a4 p = ———— trans n Krajní hodnoty p = 0 úplná vazba p = 50 volná kombinovatelnost

c VÝPOČET SÍLY VAZBY a1 + a4 c = ———— cis a2 + a3 a2 + a3 c = ———— trans 100 - p p c = ————

HODNOCENÍ SÍLY VAZBY Jestliže: p = % crosing overů p = cM =jednotka vzdálenosti mezi geny na chromozomu Jestliže: p = 0,0  úplná vazba p = 0,01 - 0,20  úzká (těsná) vazba p = 0,21 - 0,35  středně těsná vazba p = 0,36 - 0,49  volná vazba p = 0,50  volná kombinovatelnost

HODNOCENÍ SÍLY VAZBY JINAK p = 0,0  0% crosing overů  geny těsně u sebe, dědí se společně p = 0,01 - 0,49  1 - 49% crosing overů  geny od sebe vzdáleny 1-49 cM  neúplná vazba p = 0,50  geny nejsou v jedné vazbové skupině (na stejném chromozomu)  geny jsou volně kombinovatelné

FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ FREKVENCI C. O. 1. Interference: vzniklý c.o. potlačuje další c. o. 2. Genotyp: geny ovlivňující synapsi chromozomů tím ovlivňují i vznik c. o. 3. Věk: vyšší frekvence c. o. u mladých organismů 4. Vnější prostředí: teplota, záření, aj. 5. Mutace: např. heterozygotní translokace potla- čují homologii a tím i frekvenci c. o. 6. Pohlaví: u některých druhů a některých pohlaví častější

VÝZNAM GENOVÉ VAZBY 1. Společná dědičnost znaků obecně 2. Společná dědičnost kvalitativních a kvantitativních znaků (MAS) 3. Zvýšení genet. proměnlivosti (rekombinace) rozšíření selekční základny výběr pozitivních rekombinací zlepšení selekčního efektu 4. Evoluční význam umožnění vzniku optimální vazbové skupiny genů a naopak negativní geny z vazbové sk. eliminovat umožnění vzniku relativně stálé sestavy genů na ch. - 5. Praktický význam – mapování genomu 1 CM = jednotka vzdálenosti mezi geny (délka chromozomu)

VYUŽITÍ STANOVENÍ SÍLY VAZBY PRO MAPOVÁNÍ GENOMU pro stanovení vzdálenosti mezi geny pro mapování chromozomů pro stanovení umístění (pořadí) genů na chormozomech – genetické mapy p = % crosing overů p = vzdálenost mezi geny p = cM cM = jednotka vzdálenosti mezi geny

MAPOVÁNÍ GENOMU genetické mapy (rekombinační) fyzické mapy kombinované mapy založené na stanovení rekombinací (p, cM) založené na stanovení posloupnosti pořadí nukleotidů v molekule DNA (sekvencování) - kombinace rekombinačních a fyzických map

Z REKOMBINAČNÍCH FREKVENCÍ LZE ZHOTOVIT GENETICKOU MAPU A.Sturtevant zkoumal tři geny: b, vg a gen cn (cinnabar = rumělka) drosophila s genem cn má světlejší oči než divoký typ Výsledky křížení a výpočtu p: CncnBb x cncnbb  p mezi geny cn a b = 9% CncnVgvg x cncnvgvg  p mezi geny cn a vg = 9,5% BbBb x vgvgbb  p mezi geny b a vg = 17%

GRAFICKÉ ZNÁZORNĚNÍ CHROMOZOMOVÉ (genetické) MAPY

FYZICKÁ - SEKVENČNÍ - MAPA výstup ze sekvenátoru

FYZICKÁ - SEKVENČNÍ - MAPA (lidský genom) ........ ........

Komplexní otázky Vysvětlení vazby vloh versus volná kombinovatelnost vloh Morganovy zákony Uspořádání genů na chromozomech - Vazbové fáze Crossing over Vazba vloh úplná a neúplná Síla vazby a možnosti výpočtu jejího odhadu - Morganovo a Batessonovo číslo Hodnocení síly vazby a její využití Principy genetického (vazbového) mapování chromozomů