Principy dědičnosti, Mendelovy zákony Marie Černá Přednáška No 403-D

1865 – Gregor Mendel

Mendelovy pokusy s hrachem Pisum sativum 7 vlastností popsaných v práci „Pokusy s rostlinnými hybridy“.

Termíny vlastnost (gen) – dědičný rys (barva květů) znak (alela) – každá varianta vlastnosti (fialová nebo bílá barva květů) hybrid – výsledek pěstování (hybridizace) - kříženec P generace (parentální – rodičovská generace) F1 generace (první filiální - dceřiná generace) F2 generace (druhá filiální - dceřiná generace) B1 backcross – zpětné křížení (F1 x rodič) Testcross – testovací/analytické křížení (PP or Pp x pp) monohybridní křížení – sledována pouze jedna vlastnost dihybridní křížení – sledovány dvě vlastnosti současně

Vztah alel u heterozygota dominance – manifestace obou genotypů AA i Aa dominantní alela maskuje expresi recesivní alely u heterozygota recesivita – manifestace pouze genotypu aa

neúplná dominance fenotyp heterozygota je uprostřed mezi fenotypy obou homozygotů (dominantního i recesivního)

Dominantní / recesivní alely na úrovni a) celého organizmu – úplná dominance b) biochemické – neúplná dominance c) molekulární – kodominance Kulatý tvar semen Nízký osmotický tlak (není absorpce vody do semen) Enzym pro přeměnu cukrů na škrob Svraštělý tvar semen Vysoký osmotický tlak (absorpce vody, která se ztrácí vysycháním) Defektivní forma enzymu

HOMOZYGOT – dvě identické alely v daném lokusu na jednom páru homologních chromosomů => 1 typ gamet HETEROZYGOT – dvě různé alely v daném lokusu na jednom páru homologních chromosomů => 2 různé gamety A A A A A A a a meiosa meiosa A A A A A A a a

Monohybrid = kříženec, který se liší v 1 alelovém páru (genu) Monohybridní křížení Monohybrid = kříženec, který se liší v 1 alelovém páru (genu) AA aa x parentální generace homozygoti (dominantní a recesivní) P Aa F1 Gamety P(A)=P(a)=1/2 1. filiální generace heterozygot A a Genotypy gamet A a 2. filiální generace genotypy zygot AA Aa F2 A Aa aa a

Testovací / analytické křížení (F1 x recesivní homozygot) 2. filiální generace Genotyp 1 : 2 : 1 Fenotyp 3 : 1 AA Aa aa : : A- aa : B1 zpětné křížení – ověření heterozygozity hybrida (F1 x rodič) Aa AA Aa aa x x AA AA Aa Aa Aa Aa aa aa poměr 1 : 1 Testovací / analytické křížení (F1 x recesivní homozygot)

Dihybridní křížení 2 alelické páry (geny) neseny různými páry homologních chromozomů - segregují nezávisle dva typy parentálních křížení P: AABB x aabb AAbb x aaBB F1: AaBb dvojitý heterozygot genotypy gamet: AB Ab aB ab 1 : 1 : 1 : 1

AABB AABb AaBB AaBb AAbb Aabb aaBB aaBb aabb Punnettův čtverec: F2 AB Ab aB ab AABB AABb AaBB AaBb AAbb Aabb aaBB aaBb aabb Genotypy gamet

F2 Genotypy: AABB AABb AAbb AaBB AaBb Aabb aaBB aaBb aabb 1 : 2 : 1 : 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1 = (1 : 2 : 1)(1 : 2 : 1) Fenotypy: A-B- A-bb aaB- aabb 9 : 3 : 3 : 1 = (3 : 1)(3 : 1) Šlechtitelské novinky = homozygotní rekombinované formy = nové kombinace parentálních vloh Pro parentální křížení : AABB x aabb → AAbb, aaBB AAbb x aaBB → AABB, aabb

B1 zpětné křížení - analytické AaBb x aabb heterozygot x recesivní homozygot AB Ab aB ab AaBb Aabb aaBb aabb 1 : 1 : 1 : 1

Trihybridní křížení 3 alelické páry (geny) čtyři typy parentálních křížení P: 1) AABBCC x aabbcc 2) AABBcc x aabbCC 3) AAbbcc x aaBBCC 4) AAbbCC x aaBBcc F1: AaBbCc 8 typů gamet: ABC ABc AbC Abc aBC aBc abC abc 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 F2: 64 zygotických kombinací

Výpočty štěpných poměrů: kombinačním čtvercem (Punnettův čtv.) kombinací rozvojových řad monohybrida (1AA:2Aa:1aa)(1BB:2Bb:1bb)(1CC:2Cc:1cc) pomocí výpočtu pravděpodobnosti

Polyhybridní křížení n – počet alelových párů počet gamet 2n počet zygot 4n genotypový štěpný poměr: ( 1 : 2 : 1 )n fenotypový štěpný poměr: ( 3 : 1 )n

MENDELOVY ZÁKONY 1. Uniformita F1 generace identita reciprokých křížení Během tvorby gamet: 2. Princip segregace - o čistotě vloh dvě alely jednoho genu se separují od sebe nezávisle do dvou gamet 3. Princip kombinace - o volné kombinovatelnosti vloh alely dvou a více alelických párů (genů) se seskupují na sobě nezávisle je tolik druhů gamet, kolik je mezi nimi možných náhodných kombinací otcovských a mateřských chromozomů (geny na odlišných chromozomech se chovají nezávisle)

Odchylky od Mendelových zákonů Letalita, snížená vitalita Snížená penetrance Odlišná expresivita Dědičnost vázaná na pohlaví Vazba genů Genové interakce Polygenní dědičnost Mitochondriální dědičnost Genový imprinting (transkripce pouze jedné alely) Dynamické mutace (amplifikace opakování tripletů) Strukturní balancované chromozomální aberace

Letalita, snížená vitalita všechny genotypy nejsou stejně životaschopné - odumření zygot nebo jedinci nedožijí plodnosti - změna štěpných poměrů ÚPLNÁ RECESIVNÍ LETALITA Letální je homozygot (dominantní nebo recesivní) 0 AA : 2 Aa : 1 aa nebo 1 AA : 2 Aa : 0 aa Př. U myší: A – žlutá srst, a – černá srst AA = letální, žluté myši pouze Aa Alela A – 2 projevy (pleiotropie) - dominantní = žlutá srst - recesivní = předčasné uhynutí embryí ÚPLNÁ DOMINANTNÍ LETALITA Letální je dominantní homozygot a heterozygot 0 AA : 0 Aa : 1aa Vzniká čerstvou mutací a dále se nepřenáší.

Snížená vitalita - recesivní 1 AA : 2 Aa : 1 aa 1 AA : 2 Aa : 1 aa - dominantní 1 AA : 2 Aa : 1 aa 1 AA : 2 Aa : 1 aa

1912 - Thomas Hunt Morgan

Geny na 1 chromozomu = vazbová skupina Mendelův 3. zákon se týká pouze alelových párů (genů) nesených různými páry homologních chromozomů (jsou volně kombinovatelné) Geny na 1 chromozomu nejsou volně kombinovatelné – jsou ve vazbě, přeneseny společně do gamet Geny na 1 chromozomu = vazbová skupina Síla vazby závisí na jejich vzdálenosti: Čím jsou od sebe dále – tím se zvětšuje pravděpodobnost crossing over

Morganovy zákony Geny jsou uloženy na chromozomu lineárně Počet vazbových skupin je roven počtu párů homologních chromozomů Gamety se sestavou vázaných alel, která je odlišná od rodičovské sestavy, vznikají pouze v případě rekombinace (crossing over) Četnost těchto rekombinací udává sílu vazby

1944 – Avery, MacLeod, McCarty průkaz DNA jako genetického materiálu

Úloha genetiky v medicíně Univerzální platnost Mendelových zákonů 1902 Garrod: první choroba u člověka mendelovsky děděná - alkaptonurie (porucha metabolizmu aminokyselin - fenylalaninu a tyrozinu) Využití v lékařské praxi: genetické poradenství – výpočet pravděpodobnosti u monogenních a polygenních chorob

Krevní skupiny ABO 28

Krevní skupiny ABO 29

Krevní skupiny ABO 30

Frekvence (%) krevních skupin u různých populací a ras Krevní skup. Krevní antigen Protilátky séru Běloši Černoši Asiati Američtí Indiáni O H anti-A,B 45 49 40 79 A anti-B 27 28 16 B anti-A 11 20 4 AB - 5 1

Krevní skupina Rh 32

Krevní skupina Rh 33

Krevní skupina Rh 34

Dárci a příjemci krevních skupin 35

Literatura Biologie Neil A. Campbell, Jane B. Reece Computer Press, a.s., 2006, 2008 Třetí část: Genetika 14 Mendel a jeho představa genu 15 Chromozomální základ dědičnosti stránky 247 – 286