Interakcija gena - odstupanja od mendelovih odnosa, Multipli aleli

Interakcija gena - odstupanja od mendelovih odnosaInterakcija alelnih genaIntermedijarna naslednost- nepotpuna dominantnostMultipli aleliKodominantna naslednost- Multipli aleliLetalni geniGenetika anticipacijaGenomsko utiskivanjeB. Interakcija nealelnih gena - epistaza1. Epistaza, hipostaza i inhibicija2. Komplementarnost, suplementarnost, semiepistaza i izoepistaza3. Poligenska naslednost4. Penetracija i ekspresija

C. Polno vezani geniD. Korelativno nasleivanje1. Vezani geni2. Plejotropni efekat gena

A.1. Intermedijarna naslednost - nepotpuna dominantnostIntermedijarna naslednost nastaje ukrtanjem dva homozigotna roditelja koji se razlikuju u jednom paru alela, pri emu njihovi heterozigotni potomci u F1 generaciji, usled zajednikog delovanja oba gena, iskazuju novu fenotipsku osobinu, koja u veini sluajeva ini srednju vrednost izmeu osobina roditelja. Interakcija alelnih gena

F2 1:2:1F1 svi modriIntermedijarna naslednostPrimer: Nasleivanje boja perja andaluzijske kokoi

A.2. Multipli aleliUkoliko postoji vie od dva alternativna alela koji zauzimaju jedan isti lokus na homologim hromozomima i izmeu njih nema rekombinacija, radi se o multiplim alelima.

A1 A2A3A6

Geni i njihovi aleliOko 30% gena ljudi su di-alelni, (imaju dva alela)Oko 70% su mono-alelni, oni se pojavljuju u jednoj formi i ne pokazuju varijacijePostoji samo nekoliko poli-alelnih gena koji imaju vie od dve forme

KombinacijeDi-alelni geni mogu dati 3 genotipaGeni sa 3 alela mogu dati 6 genotipova (3+2+1)Geni sa 4 alela mogu dati 10 genotipova Geni sa 8 alela mogu dati 36 genotipova

Boja krzna kod kunia C>cch>ch>c Agouti, tamno siva (a), inila (b), himalajski (c) i albino (d).

A.3. Kodominantna naslednostKodominantnost nain interakcije alelnih gena istog genskog lokusa pri emu se proizvodi oba alela istovremeno i jasno ispoljavaju u fenotipu heterozigotnih individua. Primer: MN sistem krvnih grupa, na osnovu prisustva antigena u eritrocitima i antitela u krvnom serumu.

Primer: (Landsteiner) ABO sistem krvnih grupa, na osnovu prisustva antigena u eritrocitima i antitela u krvnom serumu.Kodominanta naslednost - Multipli aleli-

Nasleivanje krvnih grupa kod ljudi ABO sistem

Tabela: Osobine krvnih grupa u ABO sistemu

Krvna grupa (fenotip)G e n o t i p o v i Krv sadriSimbolGenetikisimbolAntigeni u eritrocitimaAntitela u serumuOOOiiNemaAnti-A, anti-B AAA, AOIA IA , IAiAAnti-BBBB, BOIBIB , IBi BAnti-AABABIAIB A, BNema

A.4. Letalni geni (2:1)Primer 1: Ukrtanje mieva ute boje

ut ut ut : sivi 2 : 1 Letalni geni mogu biti dominantni i recesivni-letalno-uti mievi-sivi mievi

(1:1)(2:1) mrtvoroeni mieviletalni gen-homozigot ut (let.) ut sivi

RoditeljiPOTOMCI uti siviut sivi23782398ut ut23961235

Letalni geni u humanoj populacijiMladalaka forma idiotizma - fenilketonurija (deca umiru pre 18 god.- recesivni homozigoti)Tej-Saksova bolest (smrt u prvim danima ivota) Mediteranska anemija (talasemia major i talasemia minor) Tt Tt F1 : TT Tt Tt tt T. major T. minor zdave osobe smrt blaga anemija

Letalni geni u populaciji domaih ivotinjaAhondroplazija goveda dominantni i recesivniKratkononost kokoi - dominantni i recesivniHidrocefalus svnja - recesivniAgnatia teladi i jagnjadi recesivniTorticolis savijnost vrata kod konja - recesivni

A.5. Genetika anticipacijaPojava da se tokom generacija odreena nasledna pojava manifestuje ranije u sve otrijem vidu naziva se genetika anticipacija.

Primer: Hantingtonova bolest nasleuje se dominantno ali intenzitet bolesti zavisi od broja ponavljanja CAG u jednom genu na hromozomu 4 koji izaziva ovu bolest. Kod normalnih osoba ovaj triplet javlja se izmeu 11 i 34 puta. Sa oko 39 ponavljanja osoba e najverovatnije oboleti posle 75-e god., a sa 41 ponovljenim tripletom bolest se javlja oko 54 godine.

A.6. Genomsko utiskivanjePojava da ekspresija odreenih genskih alela zavisi od roditelja od kog su nasleeni naziva se genomsko ili gametsko utiskivanje. Do danas je poznato 36 takvih gena, i jo se tano ne zna mehanizam nasleivanja, ali se zna da je ova pojava povremena.

Primer: Nedostatak dela hromozoma 15 kod ljudi ako se nasledi od majke potomci e oboleti od Angelhmanovog sindroma (mentalna zaostalost, hiperaktivnost..,), a ukoliko se nasledi od oca naslednici e patiti od Prader- Willi-evog sindroma (retardiranost, depresija, povean apetit)

B. Interakcija nealelnih gena-EPISTAZADelovanje dva ili vie gena koji doprinose razvoju jednog svojstva, i pri tome se geni koji nisu aleli nalaze na razliitim parovima hromozoma.

B.1. Epistaza i hipostaza,

Epistaza u irem smislu interakcija nealelnih gena pri emu jedan gen utie na fenotipsku izraajnost drugog ili drugih nealelnih gena. Epistaza u uem smislu jedan nealelni gen spreava dejstvo drugog gena.

Geni ije se dejstvo ispoljava u obliku odreene osobine nazivaju se epistatiki. Geni koji ostaju prikriveni su hipostatiki, a pojava hipostaza.

Epistaza u uem smislu moe biti dominantna i recesivnaDominantna epistaza dominantni gen jednog alelnog para spreava dejstvo drugog alelnog para (A>B ili A>b) Primer: Nasleivanje boje oiju, dlake u pasa i perja kokoakaRecesivna epistaza tip interakcije kad recesivni aleli jednog u homozigotnom stanju onemoguavaju da se fenotipski izraze dominantni ili recesivni aleli drugih gena ( aa> B- ili aa> bb)Primer: Nasleivanje boje dlake kod mieva

B- smea bojab- plava bojaG- zelena bojag- plava bojahromozom 15hromozom 1912:3:1B>G>b=gInterakcije izmedju razliitih lokusa dominantna epistaza (12:3:1)

Interakcije izmedju razliitih lokusa dominantna epistaza (12:3:1) Primer: nasljeivanje boje dlake u pasa. Za boju dlake odgovorna su 2 lokusa: B za boju (B-crno; b-smee) i lokus I (inhibitor) iji dominantni alel inhibira ekspresiju B lokusa te je bez obzira na genotip B lokusa boja dlake bela

Interakcije izmedju razliitih lokusa dominantna epistaza (13:3)Epistaza postoji u determinaciji boje perja kod kokoi. Obojeno perje javlja se kod jedinki sa funkcionalnim lokusom C, dok recesivni homozigoti (cc) ne mogu da sintetiu odgovarajui pigment, te imaju belo perje. Ekspresiju gena C koi dominantan alel inhibitornog gena I, tako da se pri ukrtanju dve heterozigotne jedinke oekuje odnos fenotipova 13 : 3 (bele : crne). U ovom primeru, gen I je epistatian za C i c, dok je genotip cc epistatian za I i i.

Geni inhibitori u sluaju pojave obojenosti perja kod ivine se ponaaju kao modifikatori onih gena koji kontroliu razvie normalne obojenosti (bela boja) .

Interakcije izmedju razliitih lokusa dominantna epistaza (13:3) PF1F2LeghornI I C CVijandoti i c cI i C cICIcICIciCiciCic

Recesivna epistaza-boja dlake (9:3:4)Primer: Ukrtanjem homozigotnih aguti mieva sa albino mievima u F1 generaciji se dobija heterozigotno potomstvo aguti fenotipa. Daljim ukrtanjem, u F2 generaciji dobie se odnos fenotipova 9 : 3 : 4 (aguti : crni : albino). Genski lokus A odreuje crnu obojenost dlake, genski lokus B odreuje aguti obojenost dlake,a aa su albino.Na taj nain genotip A-B- daje aguti obojenost, A-bb crnu i aaB- albino obojenost, to rezultira brojnim odnosom 9 : 3 : 4.aa>B>A

Kod konja je braon boja dlake (B) dominantna nad utom (b). Ekspresija gena zavisi i od drugog genskog para koji kontrolie depozit pigmenta u dlaci. Dominantni gen (C) kodira prisustvo pigmenta u dlaci, dok recesivni gen (c) kodira odsustvo pigmenta. Ako je konj homozigotno recesivan za drugi gen (cc), imae belu boju bez obzira na genotip za boju (B) jer nema depozita pigmenta u dlaci.

B- E-bb E--- eeBEBEBebEbeBebEbe

B.2. Komplementarnost i suplementarnost Komplementarnost predstavlja ispoljavanje odreene fenotipske osobine uz sadejstvo jednog ili vie alelnih gena.Osobina e se pojaviti u fenotipu jedinke samo ako su svi komplementarni geni za odreenu osobinu prisutni u genotipu u homozigotnom ili heterozigotnom stanju.Suplementarni geni su oni ije samo prisustvo nije dovoljno za ispoljavanje osobine

Komplementarnost (9:3:3:1)Ukrtanjem jedinki sa ruastom i onih sa graastom krestom dobija se F1 hibridno potomstvo sa drugaijim fenotipom (oraasta kresta). Nakon meusobnog ukrtanja jedinki sa oraastom krestom u F2 generaciji se javlja brojni odnos fenotipova 9 : 3 : 3 : 1, od ega je 9/16 jedinki sa oraastom, 3/16 sa ruastom, 3/16 sa graastom i 1/16 sa jednostavnom krestom.

KomplementarnostZa razliku od klasinog odnosa 9 : 3 : 3 : 1 pri Mendelovom dihibridnom ukrtanju, ovde se u F2 generaciji pojavljuju dva fenotipa (oraasta i jednostavna kresta) koji nisu postojali u P generaciji. Pojavljivanje ova dva fenotipa objanjava se interakcijama nealelnih gena.Oraasta kresta razvija se kod jedinki sa oba funkcionalna genska alela (R-P-), ukoliko je funkcionalan samo R lokus javie se ruasta kresta (R-pp), a kada je funkcionalan samo P lokus (rrP-) razvija se graasta kresta. Recesivni homozigoti za oba lokusa (rrpp) imaju jednostavnu krestu.

Nasleivanje oblika kreste kod domae kokoi. Izgled kresti kod kokoi: a) ruasta, b)graasta, c) oraasta i d) prosta

rr ppR- P-rr P-R- pprprPRpRPRPRprPrpruiasta F2 : 9 orah : 3 ruasta : 3 graaste : 1 prostaruastagraasteorahprostaF1

9 : 3 : 3 : 1

Komplementarnost gena moe da se ilustruje primerom nasleivanja sluha kod sisara. Jedinke normalnog sluha imaju funkcionalni (dominantn), po jedan alel u oba gena (A-B-), dok se u svim ostalim kombinacijama (A-bb, aaB- ili aabb) javlja gluvoa.Prema tome, za normalan sluh neophodna je aktivnost kako jednog dominantnog (A) genskog alela zaduenog za nastanak elemenata unutranjeg uha, tako i jednog dominantnog genskog alela B genskog lokusa zaduenog za nastanak akustikog nerva (Nervus acusticus). Komplementarnost gena ogleda se neophodnou da se kako na A, tako i na B lokusu nalazi najmanje jedan funkcionalan alel, koji se nadopunjavaju u svom delovanju, sadejstvuju. Ukoliko je bar jedan od ovih lokusa recesivno homozigotan onemogueno je razvie normalnog sluha. Oekivan fenotipski odnos u potomstvu heterozigotnih osoba iznosie 9 : 7 (normalni : gluvi).

Komplementarnost (9:7)

Semiepistaza recesivna komplementarnost (9:6:1)

Primeeno je da je kod bundeve (Cucurbita pepo) oblik ploda pod kontrolom dva genska lokusa. Ukoliko oba genska lokusa sadre bar jedan dominantan alel (genotip A-B-)plod bundeve je diskoidalan,Ako je samo jedan od lokusa sa dominantnim alelom, a drugi lokus recesivno homozigotan (A-bbili aaB-) plod je okruglast,Kod dvostruko recesivnog homozigota (aabb) plod je duguljastog oblika.Nakon ukrtanja dva dvostruka heterozigota (AaBb AaBb) dobie se tri fenotipa u odnosu 9 : 6 : 1 (okrugle : diskodialne : duguljaste).Fenotip okruglog ploda nastaje interakcijom genskih produkata dominantnih alela A i B lokusa to predstavlja kumulativni efekat gena ili semiepistatiku interakciju gena.

Izoepistaza (15:1)Rusomaa, hou-neu, pastirska torbica

Jo neke genske interakcijeitave grupe gena imaju samo jednu ulogu, da izvre promenu u fenotipskom delovanju drugih gena. Takve gene nazivamo modifikatorima.

Primer: Promena u nijansi boje krzna kod zamorca (svetliji ili tamniji od uobiajene boje) i arene boje kod holtajn goveda.

Jo neke genske interakcijePostoje modifikatori koji deluju na gene koji su promenili strukturu (mutirali su). Ukoliko se fenotipsko ispoljavanje mutiranih gena potpuno sprei, u tom sluaju re je o genima supresorima (primer: maljavost krila kod vinske muice)

Kvalitativne i kvantitativne osobine

Kvalitativne nemerljivediskontinuelno varirajuNa njihovo ispoljavanje utie mali broj gena (major geniPr: boja, rogatost/utost

Kvantitativnemerljivekontinuelno varirajuNa njihovo ispoljavanje utie veliki broj gena(minor geni)Pr: telesna masa pri roenju, proseni dnevni prirast, iskoriavanje hrane itd.

B. 3. Poligensko nasleivanjeVeliki broj fenotipskih karakteristika (visina, telesna masa, fertilitet, duina ivota, prinosi mleka, mesa, jaja, vune ) nalazi se pod kontrolom veeg broja genskih lokusa (poligene ili kvantitativne osobine).

Posebna disciplina genetike koja prouava determinaciju i mehanizme nasleivanja kvantitativnih osobina naziva se kvantitativna genetika.

Poligensko nasleivanjeVarijabilnosti kvantitativnih osobina poiva na injenici: osobine se nalaze pod uticajem velikog broja gena od kojih svaki ima mali uticajNegenetski uticaji (faktori okoline) imaju velik znaaj na ispoljavanje ovih osobina.

Ronald Fisher(1890-1962)

Poligensko nasleivanjeSlobodno se moe rei da se najvei broj fenotipskih osobina razvija pod uticajem veeg broja gena. Ovako sloen oblik genetike determinacije podrazumeva vei broj fenotipskih klasa i u sluaju velikog broja jedinica posmatranja spoljavaju tzv. normalnu raspodelu.

Ukoliko se na apscisi nanese intenzitet ispoljavanja osobine (npr. telesne mase ), a na ordinati uestalost u populaciji, zapaa se karakteristian zvonast oblik krive, odnosno srednja vrednost svojstva javlja se kod najveeg broja jedinki, a kako se udaljavamo ka jednom i drugom ekstremu uestalost u populaciji je sve manja.

Poligensko nasleivanje

Poligensko nasleivanjeBoju koe kod ljudi odreuje vei broj gena, ali e se radi lake analize posmatrati dva genska lokusa na kojima se nalaze po dva alela. Velikim slovom predstavie se genski alel koji doprinosi ispoljavanju tamnije boje koe, a malim slovom alel koji nema takav efekat.

Ukoliko u brak stupe osoba (crnac) genotipa N1N1N2N2 i osoba bele rase genotipa n1n1n2n2, potomci e imati genotip N1n1N2n2 i boju koe mulata. Mulati imaju etiri tipa gameta i u njihovom potomstvu javie se vei broj fenotipova za boju koe izmeu dva ekstrema (crnci i belci).

to je vei broj genskih lokusa za tamnu kou utoliko je obojenost intenzivnija

Fenotipovi: Odnos fenotipova (1 : 4 : 6 : 4 : 1) 1. crnci 1/16 100% crni2. crnci-mulati 4/16 75% crni3. mulati 6/16 50% crni4. belci-mulati 4/16 25% crni5. belci 1/16100% beliNasleivanje boje koe kod ljudi

TRHESHOLD OSOBINE (osobine sa pragom ispoljavanja)

Postoji mnogo osobina biolokog i ekonomskog znaaja koje variraju na diskontinuiran nain (pojava bolesti, pri emu postoje dve fenotipske klase bolestan ili nije bolestan , veliina legla kod sisara itd.)

TRHESHOLD OSOBINE (osobine sa pragom ispoljavanja)Varijabilnost rizika od pojave bolesti moe biti genetska i negenetska (ishrana, temperatura...) Genetska osnova poremeaja danas se objanjava preko jedne teorijske konstrukcije koja se naziva model praga treshold model. Prema ovom modelu individua e oboleti samo ukoliko pree odreeni prag sklonosti.

TRHESHOLD OSOBINE (osobine sa pragom ispoljavanja)OboleliPragSklonosta. Populacijab. Srodnici obolelih

B.4. Penetracija i ekspresijaSposobnost jednog gena ili genske kombinacije da se pojavi u fenotipu u bilo kom stepenu naziva penetracija. Ona zavisi od interakcije sa drugim genima i sredinom.

Stepen proizvedenog efekta izazvanog penetracijom predstavlja ekspresiju. Zavisi od interakcije sa drugim genima i sredinom.

Norma reakcije

Primer 1: Polidaktilija dominantno svojstvo; kod jedinki koje su heterozigoti to se svojstvo moe, ali i ne mora ispoljiti; alel za polidaktiliju je reducirane penetrabilnosti (penetrabilnost 90%), a varira u nainu ekspresije (polidaktilija se javlja na svim udovima, samo na rukama, samo na nogama, asimetrino).

Primer 2: Osteogenesis imperfecta bolest krhkih kostiju; simptomi poput krhkih kostiju, boje beonjae (od svetlo-plave do crne boje) i gluvoe javljaju se u 9 od 10 osoba heterozigota,ali te osobe ne moraju imati sve simptome ve barem jedan navedeni, to znai da je alel smanjeno penetrabilan (penetrabilnost 90%).