GENEETIKAAin Heinaru

Toimetanud Sulev Kuuse, Rein Sikut ja Mart ViikmaaKeeleliselt toimetanud Leelo JagoKujundanud Kairi Kullasepp

Kaanefoto: Ain HeinaruTagakaane foto: Maris HeinaruJoonised: Ain Heinaru

Autoriõigus: Ain Heinaru, 2012

Ilmunud riikliku programmi „Eestikeelsete kõrgkooliõpikute koostamine ja väljaandmine (2008–2012)” toetusel

Käesoleva raamatu valmimist toetasid Tartu Ülikool, TÜ Loodus- ja tehnoloogia teaduskond, TÜ Moleku-laar- ja rakubioloogia instituut ning Tartu Ülikooli Kirjastus.

ISBN 978–9949–32–171–1

Tartu Ülikooli Kirjastuswww.tyk.ee

Sulev Kuuse Rein Sikut Mart Viikmaa

Foto:

S. K

uuse

Foto:

A. P

rode

l

Foto:

B. L

. Siku

t

Eess

õna

5

EESSÕNA

Siiani on meil puudunud eestikeelne üldgeneetika õpik. Käesolev õpik on oma materjali ülesehituselt ja mahult just see, mida meie õppetool on bioloogia ja geenitehnoloogia tudengitele aastaid Tartu Ülikoolis kahe geneetika põhikursuse raames õpetanud. Genee-tikaõpiku esimene pool sisaldab pärast sissejuhatavat ajaloo- ja rakubioloogia teadmiste esitust käsitlust nukleiinhapetest kuni tunnuste avaldumise geneetilise regulatsiooni mehhanismideni. Teine pool lisab üldisele geneetikale erigeneetika käsitluse, alustades viirustest ja lõpetades evolutsioonigeneetikaga.

Seniste kogemuste põhjal on viimastel aastatel geneetikakursuste kuulajaid olnud aastas kuni 500. Peale LOTE (TÜ loodus- ja tehnoloogiateaduskonna) üliõpilaste on osalejate hulgas olnud kõigi TÜ teaduskondade, samuti EMÜ ja TT Ü üliõpilasi ja fi rmade töötajaid. Seda arvestades on käesolev õpik püütud kirjutada üldistavalt, ilma viideteta konkreetsetele teaduskatsetele. Nii on õpikut teatmeteosena kergem kasutada ka TÜ teiste teaduskondade ja teiste ülikoolide üliõpilastel, kooliõpetajatel ning õpilastel, ter-vishoiutöötajatel, ministeeriumide ametnikel ning tavainimestel-huvilistel. Seepärast on õpikus ka konkreetsete teadustulemuste selgitamisel loobutud kirjanduse üksik-viidetest ning illustreerivast fotomaterjalist (neid on raamatus vaid kümmekond) ning tabelandmed ja skeemid on esitatud üldistavate, autori enda poolt disainitud ja koos-tatud 614 skemaatilise joonisena. Kirjanduses on esitatud geneetika üld- ja erikursuste uusimad õpikud, mida kasutati käesoleva õpiku koostamisel ning mis katavad sisuliselt kogu käsitletava õpiku materjali. Õpiku lõpus on esitatud sõnastik, mis sisaldab pea 2500 geneetikaterminit ja nende lühidat sisukirjeldust. Terminitele on antud sõnastikus ja teks-tis ingliskeelsed vasted, et huvilised saaksid täiendada teadmisi ingliskeelsest kirjandusest ning elektroonsetest andmebaasidest. Sõnastik on siinkohal kui eestikeelne geneetika-alane keeleõpik, terminoloogiakogu. Lisaks sõnastikule on aineregistris viited ligi 4000 mõistele ja terminile. Loodetavasti hõlbustavad need metoodilised eripärad materjalist arusaamist ja teadmiste omandamist.

Tänapäeval on geneetika tunginud pea kõigisse loodusteadustesse ja mitte ainult. Geneetika küsimused seostuvad ühiskonna probleemide ja huvidega (nt. personaal-meditsiin ja geenivaramu, GMO-d ja geneetiliselt muundatud toit, organismide kloonimine ning eugeenika jt.). Seepärast oli kahtlemata terav küsimus, kui palju ja kuidas uut teadusinformatsiooni õpikusse lülitada. Geneetika on samas kiiresti muutuv ja arenev teadus, mis mõningates lõikudes vananeb üsna kiiresti. Siit ka petliku mulje võimalus,

6

Eess

õna

nagu oleks geneetikaõpik juba ilmudes vananenud. Kitsa erialaga seotult võib see nii ollagi, kuid üldaineõpikus on asendust nõudev osa siiski väike. Ideaalis peaks õpikut täiendama iga 2–3 aasta tagant. See asjaolu eeldab õpiku edasist täiendamist ning vajadust täiendatud kordustrükkide järele, samuti internetiversiooni koostamist ja ilmutamist.

Olen tänulik kõigi ett epanekute, konstruktiivse kriitika, samuti võimalike vigade ja muutmisett epanekute eest, et edaspidi õpiku materjali ja esitust parandada.

Ain Heinaru

Tartus20.10.2012

Tänu

d

7

TÄNUD

Ehkki käesoleva õpiku on kirjutanud üks autor, on selles oluline osa väga paljudel inimes-tel ja asutustel.

Autor on tänulik Sihtasutusele „Archimedes”, Tartu Ülikoolile ja Tartu Ülikooli Molekulaar- ja Rakubioloogia Instituudile õpiku koostamise võimaluse loomise ja raha eraldamise eest. Õpiku fi nantsilise kaastoetuse eest tänan TÜ rektorit prof. Alar Karist, õppeprorektorit Martin Hallikut, loodus- ja tehnoloogiateaduskonna dekaani prof. Peeter Burki, Molekulaar- ja Rakubioloogia Instituudi direktorit prof. Toivo Maimetsa ning TÜ Kirjastuse direktorit Vaiko Tigast.

Olen väga tänulik paljudele kaastöötajatele asjakohaste märkuste ja ett epanekute eest, eelkõige oma kitsama erialaga seotud lõikude osas, terminoloogia ühtlustamisel. Suurim panus oli alljärgnevatel kaastöötajatel: prof. Maia Kivisaar, prof. Ants Kurg, prof. Maido Remm, prof. Jaanus Remme, prof. Margus Pooga, prof. Andres Merits, prof. Maris Laan, prof. Raivo Mänd, prof. Jüri Kärner, prof. Andres Salumets, prof. Juhan Sedman, dots. Andres Mäe, dots. Tiina Alamäe, dots. Evi Padu, vanemteadurid ja teadurid Mart Viik-maa, Arnold Kristjuhan, Hannes Kollist, Rita Hõrak, Anne Kilk, Tiina Tamm, Kersti Lilleväli, Sulev Kuuse. Tugeva toetuse eest õpiku valmimisel tänan samuti prof. Richard Villemsit, prof. Andres Metspalu, prof. Mart Ustavit, prof. Jaanus Harrot, prof. Jaak Vilo, prof. Raivo Uibot, prof. Pärt Petersoni, prof. Tanel Tensonit, prof. Jüri Allikut.

Eriliselt soovin tänada toimetajaid Sulev Kuuset, Rein Sikutit ja Mart Viikmaad sisu-lise töö eest. Lisaks Mart Viikmaad terminoloogilise ühtlustustöö ning Sulev Kuuset töö eest peatoimetaja rollis. Samuti tänan keeletoimetajat Leelo Jagot, küljendajat-disainerit Kairi Kullaseppa ja kunstnikku Kalle Paalitsat.

Suurimad tänud minu perele – kallile abikaasale Eevale ja armsatele tütardele Piretile ja Marisele koos nende elukaaslaste Danieli ja Th omasega ja inspireerivale tütretütrele Natachale. Nende armastus ja innustus käesoleva õpiku valmimisel on olnud väga suur.

Tänan veel kord kõiki abi eest, ka neid, keda siinkohal ei ole ära märgitud, eelkõige minu paljusid tudengeid ja õpilasi.

Ain Heinaru

Sisu

kord

9

SISUKORD

I. GENEETIKA AJALUGU 33

1. GENEETILISE MÕTT E ARENG 331.1. Geneetika 34

1.1.1. Eelteaduslik periood 351.1.2. Varateaduslik periood 36

1.1.2.1. Mendelismi stiihilised ja teadlikud eelkäijad 361.1.2.2. Kromosoomide seondamine pärilikkusega 37

1.1.3. Teaduslik periood 381.1.3.1. Klassikalise geneetika etapp 381.1.3.2. Molekulaargeneetika etapp 40

1.2. Geneetika rakendused 431.2.1. Põllumajandus 431.2.2. Meditsiin 441.2.3. Väärkasutused 44

2. GENEETIKA EESTIS 462.1. Geneetika uurimissuunad ja struktuurid 46

2.1.1. Antropoloogia, eugeenika ja tsütogeneetika Eestis 462.1.2. Sordiaretus Eestis 472.1.3. Klassikalise geneetika periood 482.1.4. Nõukogude periood Eesti geneetikas 482.1.5. TÜ MRI 49

II. PALJUNEMINE JA GENEETIKA MUDELORGANISMID 52

1. RA KK 521.1. Rakk kui elusorganismi ehituskivi 53

1.1.1. Prokarüootne rakk 551.1.2. Eukarüootne rakk 551.1.3. Kromosoomid 57

1.2. Rakujagunemine 591.2.1. Mitoos 611.2.2. Meioos 64

10

Sisu

kord

1.2.3. Meioosi ja mitoosi erinevused 681.2.4. Põlvkondade vaheldus taimedel 681.2.5. Gametogenees ja spermatogenees 69

1.2.5.1. Gametogenees 711.2.5.2. Spermatogenees 71

2. GENEETIKA MUDELORGANISMID 732.1. Bakterid 74

2.1.1. Escherichia coli 742.2. Seened 74

2.2.1. Saccharomyces cerevisiae 742.2.2. Neurospora crassa 76

2.3. Selgrootud 772.3.1. Drosophila melanogaster 772.3.2. Caenorhabditis elegans 78

2.4. Selgroogsed 782.4.1. Mus musculus 782.4.2. Danio rerio 78

2.5. Taimed 782.5.1. Arabidopsis thaliana 78

III. KVALITATIIVSETE TUNNUSTE PÄRA NDUMINE 81

1. MENDELISM 811.1. Mendeli pärandumisseadused 81

1.1.1. Mendeli I seadus ja domineerimisprintsiip 821.1.2. Mendeli II seadus ja alleelide lahknemisprintsiip 831.1.3. Mendeli III seadus ja geenide sõltumatu lahknemise printsiip 85

1.2. Mendeli seaduste esitusviisid 861.2.1. Punnett i ruutmeetod 861.2.2. Hargnemismeetod 881.2.3. Tõenäosusmeetod 89

1.3. Geneetilise hüpoteesi testimine 901.3.1. Hii-ruut-meetod 90

2. MENDELISMI EDASIARENDUSED 922.1. Alleelidevahelised vastastikused toimed geeni avaldumisel 92

2.1.1. Ebatäielik domineerimine ja kodomineerimine 922.1.2. Polüalleelsus 942.1.3. Alleeliseeriad 962.1.4. Mutatsioonide alleelsuse testimine 962.1.5. Kõrvalekalded oodatavatest lahknemissuhetest 97

2.2. Geenide vastastikused toimed: genotüübist fenotüübiks 992.2.1. Geeni penetrantsus 1002.2.2. Geeni ekspressiivsus 1002.2.3. Komplementaarsus 101

Sisu

kord

11

2.2.4. Epistaas 1022.2.5. Pleiotroopsus 102

IV. PÄRILIKKUSE KROMOSOOMITEOORIA 107

1. GENOOM 1071.1. Kromosoomid 107

1.1.1. Kromosoomide arv 1071.1.2. Sugukromosoomid 108

1.2. Soo geneetiline määratus 1111.2.1. Inimese soo määramine 1121.2.2. Soo määramine loomorganismidel 1141.2.3. Geneetiliselt mosaiiksed isendid 116

2. PÄRILIKKUSE KROMOSOOMITEOORIA 1192.1. Suguliiteline pärandumine 119

2.1.1. X-liiteline pärandumine 1192.1.1.1. Tunnuste suguliiteline avaldumine 1202.1.1.2. Ristpärandumine 121

2.1.2. X-liiteliste ja autosoomsete geenide sõltumatu lahknemine 1222.1.3. Kromosoomide mitt elahknemine meioosis 123

2.2. Tunnuste pärandumise kromosoomne alus 1252.2.1. Lahknemisreegel 1252.2.2. Sõltumatu kombineerumise reegel 125

3. KROMOSOOMSED ÜMBERKORRA LDUSED 1273.1. Genoommutatsioonid 127

3.1.1. Euploidsus 1273.1.1.1. Auto- ja allopolüploidsus 1293.1.1.2. Viljakate allopolüploidide saamine 1293.1.1.3. Koespetsiifi line polüploidsus ja polüteensus 130

3.1.2. Aneuploidsus 1323.1.2.1. Trisoomia ja monosoomia 1323.1.2.2. Kromosoomisegmentide deletsioonid ja duplikatsioonid 132

3.2. Kromosoommutatsioonid 1343.2.1. Kromosoomi struktuuri ümberkorraldused 134

3.2.1.1. Inversioonid 1343.2.1.2. Liitkromosoomid 135

3.2.2. Mitt ehomoloogsete kromosoomide vahetused 1383.2.2.1. Translokatsioonid 1383.2.2.2. Robertsoni translokatsioonid 138

V. EUKA RÜOODI KROMOSOOMI KA ARDISTAMINE 140

1. GEENIDE AHELDUS, REKOMBINATSIOON JA RISTSIIRE 1401.1. Geenide aheldus 141

1.1.1. Kõrvalekalded geenide sõltumatu lahknemise seadusest 1411.1.2. Aheldunud geenide pärandumine 142

12

Sisu

kord

1.1.3. Aheldusgrupi määramine 1441.2. Ristsiire 146

1.2.1. Rekombinantsed gameedid 1461.2.2. Ristsiirde ilmnemine analüüsival ristamisel 1471.2.3. Ühe- ja mitmekordne krossingover 1491.2.4. Rekombinatsioon ja krossingover 149

1.2.4.1. Rekombinatsioon ja krossingover maisil 1501.2.4.2. Rekombinatsioon ja krossingover äädikakärbsel 153

1.2.5. Kiasmid 1532. KROMOSOOMIKA ARDID 155

2.1. Kromosoomide geneetiline kaardistamine 1552.1.1. Geneetiline kaugus 1562.1.2. Kahepunktiline ristamine 1562.1.3. Kolmepunktiline ristamine 159

2.1.3.1. Geenide järjekorra määramine 1592.1.3.2. Geenidevahelise kauguse määramine 159

2.1.4. Interferents 1612.1.5. Tegelik geneetiline kaugus 1622.1.6. Kiasmide sagedus ja geneetiline kaugus 163

2.2. Kromosoomide tsütoloogiline kaardistamine 1662.2.1. Tsütogeneetiline kaardistamine deletsioonidega 1662.2.2. Tsütogeneetiline kaardistamine duplikatsioonidega 1672.2.3. Tsütoloogiliste ja geneetiliste kaartide võrdlus 168

VI. GEENI KONTSEPTSIOON 170

1. GEENI MÕISTE EVOLUTSIONEERUMINE 1701.1. Geen kui üksus 170

1.1.1. Geen kui jagamatu üksus 1701.1.2. Geen kui jaotatav üksus 171

1.2. Geen kui funktsionaalne üksus 1721.2.1. Üks geen – üks tunnus 1721.2.2. Üks mutantne geen – üks metaboolne blokk 1731.2.3. Üks geen – üks ensüüm 1731.2.4. Üks geen – üks polüpeptiid 175

1.3. Geen kui struktuurne üksus 1751.3.1. Geenisisene krossingover (rekombinatsioon) 1751.3.2. Nukleotiidipaaride-vaheline rekombinatsioon 1761.3.3. Rekombinatsioooni geneetiline kontroll 178

1.3.3.1. Rekombinatsiooni evolutsiooniline tähtsus 1791.3.3.2. Krossingoveri pidurdamine inversioonidega 1791.3.3.3. Inversioonid sugukromosoomides 180

1.3.4. Geeni ja polüpeptiidi kolineaarsus 1811.3.4.1. E. coli trpA- geeni ja trüptofaani süntetaasi α-polüpeptiidi kolineaarsus 181

Sisu

kord

13

1.3.4.2. Bakteriofaag MS2 kestavalgu geeni ja polüpeptiidi vaheline kolineaarsus 182

2. GEENI DEFINITSIOON 1842.1. Geeni geneetiline defi nitsioon 184

2.1.1. Geenidevaheline komplementatsioon 1842.1.2. Komplementatsioonitesti ja rekombinatsioonitesti võrdlus 1872.1.3. Geenisisene komplementatsioon 1892.1.4. Polaarsed mutatsioonid 190

2.2. Geeni struktuurne defi nitsioon 1912.2.1. Geeni struktuuri avaldumine 1912.2.2. Deletsioonanalüüs 1922.2.3. Mutatsioonide kuumad punktid 1942.2.4. Geenid geenide sees 195

2.3. Geeni defi neerimatus 1962.3.1. Alternatiivne splaissing 1962.3.2. Geenide reassambleerimine 1972.3.3. Geen kui geneetilise informatsiooni üksus 197

VII. DNA JA KROMOSOOMIDE MOLEKULAARSTRUKTUUR 200

1. GENEETILISE INFO KA NDJAD 2001.1. DNA 201

1.1.1. DNA vahendatud transformatsioon 2011.1.2. Faagide T2 DNA 202

1.2. RNA 2041.2.1. RNA-viirused 2041.2.2. Viroidid 205

1.3. Prioonid 2052. DNA JA RNA STRUKTUUR 206

2.1. Nukleiinhapete ehitus 2062.1.1. Nukleiinhappe alaüksused 2072.1.2. DNA kaksikheeliks 2082.1.3. DNA kaksikheeliksite alternatiivvormid 2122.1.4. DNA superspiralisatsioon 213

3. KROMOSOOMIDE STRUKTUUR 2153.1. Viirused 2153.2. Prokarüoodid 2153.3. Eukarüoodid 216

3.3.1. Histoonid 2173.3.2. DNA uni- ja multineemsus 2183.3.3. DNA kokkupakkimise kolm taset 2203.3.4. Tsentromeerid 2223.3.5. Telomeerid 2233.3.6. Kordusjärjestused 225

14

Sisu

kord

VIII. DNA REPLIKA TSIOON 227

1. DNA REPLIKA TSIOON IN VIVO 2271.1. Poolkonservatiivne replikatsioon 227

1.1.1. Tsentrifuugimistehnikad 2281.1.1.1. CsCl tasakaaluline tihedusgradientt sentrifuugimine 2281.1.1.2. Sahharoosi kiiruslik tihedusgradientt sentrifuugimine 229

1.1.2. Meselsoni ja Stahli katse 2311.1.3. Eukarüootse kromosoomi märgistamine 232

1.2. Replikatsiooni jälgimine 2331.2.1. Replikatsiooni alguspunkt 233

1.2.1.1. oriC bakteritel 2341.2.1.2. ARS-elemendid pärmseentel 2341.2.1.3. Eukarüootide viirus SV40 235

1.2.2. Replikatsiooni kahesuunalisus 2352. DNA REPLIKA TSIOON IN VITRO 238

2.1. DNA polümeraasid 2382.1.1. DNA polümeraas I (Kornbergi polümeraas) 2382.1.2. DNA polümeraas III (replikaas) 2412.1.3. DNA polümeraaside paljusus 2422.1.4. DNA polümeraaside vigu parandav (e. korrektiivne) aktiivsus 2422.1.5. Valgulised DNA sünteesi praimerid 243

3. DNA REPLIKA TSIOONIAPARA AT 2443.1. Replikatsiooni suund 244

3.1.1. DNA sünteesi liider- ja viivisahel 2443.2. Okazaki fragmendid 245

3.2.1. Avastamine 2453.2.2. DNA praimaas 2453.2.3. RNA praimerite kõrvaldamine 2453.2.4. DNA ligaasid 247

3.3. DNA replikatsiooni abivalgud 2483.3.1. DNA helikaasid 2483.3.2. DNA üksikahelaga seonduvad valgud 2483.3.3. DNA topoisomeraasid 249

3.3.3.1. DNA topoisomeraas I 2493.3.3.2. DNA topoisomeraas II 250

3.4. DNA replikatsioonikahvel 2513.4.1. Eelpraimerkompleks 2513.4.2. Praimosoom 2523.4.3. Replisoom 253

3.5. DNA replikatsiooni veereva ratt a mudel 2543.6. Eukarüootse kromosoomi replikatsiooni eripära 256

3.6.1. Replikonide paljusus 2563.6.2. Mitu DNA polümeraasi ühes replikatsioonikahvlis 2563.6.3. Nukleosoomide duplikatsioon replikatsioonikahvlis 258

Sisu

kord

15

3.6.4. Telomeraas 2593.6.5. Telomeeri pikkuse seos inimese vananemisega 259

IX. TRA NSKRIPTSIOON JA RNA PROTSESSING 262

1. TRA NSKRIPTSIOON 2621.1. Transkriptsiooni üldpõhimõtt ed 262

1.1.1. Molekulaarbioloogia põhipostulaat 2621.1.2. RNA tüübid 2631.1.3. RNA süntees ja lagundamine 266

1.2. Transkriptsioon prokarüootidel 2691.2.1. RNA polümeraas 2691.2.2. RNA-ahela initsiatsioon 2701.2.3. RNA-ahela elongatsioon 2711.2.4. RNA-ahela terminatsioon 273

1.3. Transkriptsioon ja RNA protsessing eukarüootidel 2741.3.1. Kolm RNA polümeraasi 2761.3.2. RNA-ahela initsiatsioon 2761.3.3. RNA-ahela elongatsioon ja 5 -metüülguanosiinmütsi lisamine 2791.3.4. RNA-ahela terminatsioon ja 3 -polü(A)-saba lisamine 2801.3.5. RNA korrektuur 281

1.3.5.1. Lämmastikaluste muutmine mRNA-s 2811.3.5.2. Uridiinmonofosfaatide lisamine ja kõrvaldamine mRNA-s 282

2. GEENIDE INFORMATSIOONILINE KA TKENDLIKKUS 2842.1. Eukarüootsed katkelised geenid 284

2.1.1. Eksonid ja intronid 2842.1.2. RNA splaissing 285

2.1.2.1. tRNA eellaste splaissing 2862.1.2.2. Autokatalüütiline splaissing 2862.1.2.3. Splaissosoomid 288

X. TRA NSLATSIOON JA GENEETILINE KOOD 290

1. VALGUD 2901.1. Valkude ehitus 290

1.1.1. Aminohapped 2901.1.2. Polüpeptiidid 2921.1.3. Valkude struktuuri tasemed 293

1.2. Valgusünteesi komponendid ja translatsiooni I etapp 2951.2.1. Ribosoomid 2961.2.2. Translatsiooni I etapp: aminohape ~ tRNA 299

1.3. Translatsiooni II etapp – valgusüntees 3031.3.1. Polüpeptiidahela initsiatsioon 3041.3.2. Polüpeptiidahela elongatsioon 3071.3.3. Polüpeptiidahela terminatsioon 309

16

Sisu

kord

2. GENEETILINE KOOD 3112.1. Geneetilise koodi üldiseloomustus 311

2.1.1. Koodi sõnastik 3122.2. Koodon-tRNA interaktsioonid 315

2.2.1. Lõõgastuspositsioon 3152.2.2. tRNA supressormutatsioonid 317

XI. GENOOMIKA 319

1. DNA PEENSTRUKTUUR 3221.1. Sekveneerimine 322

1.1.1. Maxami ja Gilberti meetod 3221.1.2. Sangeri meetod 323

1.2. DNA amplifi katsioon 3271.2.1. PCR 3271.2.2. Kvantitatiivne PCR 329

2. KROMOSOOMIDE PEENSTRUKTUUR 3302.1. Kromosoomide geneetiliste, tsütoloogiliste ja füüsiliste kaartide võrdlus 3302.2. Positsiooniline kloonimine 332

2.2.1. Restriktsioonifragmentide pikkuspolümorfi sm (RFLP) 3322.2.2. Kontiigid 3352.2.3. Kromosoomil jalutamine 3362.2.4. Kromosoomil hüppamine 337

3. GENOOMIDE NUKLEOTIIDIJÄRJESTUSTE MÄÄRA MINE 3383.1. Inimese genoom 339

3.1.1. Genoomi kaardistamine 3393.1.2. Genoomi sekveneerimine 3403.1.3. Transkriptooomika 3433.1.4. Proteoomika 344

3.2. Võrdlev genoomika 3453.2.1. Bioinformaatika 3483.2.2. Prokarüootsed genoomid 3493.2.3. Eukarüootsed genoomid 351

3.2.3.1. Pärmseente genoom 3523.2.3.2. Ainuraksete genoom 3533.2.3.3. Varbussi genoom 3533.2.3.4. Äädikakärbse genoom 3543.2.3.5. Müürlooga genoom 3543.2.3.6. Hiire genoom 354

3.2.4. Genoomide evolutsioon 354

XII. MUTATSIOONID 356

1. MUTATSIOONIDE TEKE 3561.1. Mutatsioonide olemus 358

Sisu

kord

17

1.1.1. Somaatilised ja generatiivsed mutatsioonid 3581.1.2. Spontaansed ja indutseeritud mutatsioonid 3581.1.3. Mutatsiooniteke kui juhuslik protsess 3591.1.4. Otse-, pöörd- ja supressormutatsioonid 3631.1.5. Neutraalsed ja kahjulikud mutatsioonid 3641.1.6. Tinglikult letaalsed mutatsioonid 370

1.2. Mutatsioonide molekulaarsed alused 3711.2.1. Transitsioonid ja transversioonid 3711.2.2. Raaminihkemutatsioonid 3731.2.3. Keemiline mutagenees 375

1.2.3.1. N-aluste analoogid 3761.2.3.2. Lämmastikushape 3771.2.3.3. Akridiinvärvid 3781.2.3.4. Alküülivad ühendid 3781.2.3.5. Hüdroksüülamiin 379

1.2.4. Kiirgusmutagenees 3791.2.4.1. Kiirguse mutageense toime avastamine 3791.2.4.2. Ioniseeriv kiirgus 3801.2.4.3. Fotoionisatsioon 381

1.2.5. Transposoonmutagenees 3811.2.6. Sait-spetsiifi line mutagenees in vitro 3831.2.7. Kordusjärjestustest põhjustatud mutagenees 384

XIII. REPARA TSIOON JA REKOMBINATSIOON 386

1. DNA REPARA TSIOON 3861.1. DNA-KA HJUSTUSED 386

1.1.1. DNA-d kahjustavad tegurid 3861.1.2. DNA-kahjustuste tüübid 387

1.2. REPARA TSIOONI TÜÜBID 3881.2.1. Reparatsioon keemiliste pöördreaktsioonidega 3891.2.2. Lämmastikaluste väljalõikereparatsioon 3911.2.3. Nukleotiidide väljalõikereparatsioon 3931.2.4. Valepaardumisega reparatsioon 3951.2.5. Rekombinatsiooniline reparatsioon 3951.2.6. SOS-vastus ja vea-aldis DNA süntees kahjustatud DNA-lt 3981.2.7. Pärilikud reparatsioonivead 401

2. GENEETILINE REKOMBINATSIOON 4032.1. REKOMBINATSIOONIMEHHANISMID 403

2.1.1. Homoloogne retsiprookne rekombinatsioon 4032.1.1.1. Üksikahelaliste katkemiste mudel 4032.1.1.2. Kaksikahelaliste katkemiste mudel 405

2.1.2. Homoloogne mitt eretsiprookne rekombinatsioon (geeni konversioon) 4052.1.3. Mitt ehomoloogne rekombinatsioon 408

18

Sisu

kord

2.1.3.1. Viburite faasivariatsioonid 4082.1.3.2. Integronid 4092.1.3.3. Transpositsioon 410

XIV. GEENIREGULATSIOON PROKA RÜOOTIDEL JA FAAGIDEL 413

1. GEENIEKSPRESSIOONI TÜÜBID 4151.1. Kvoorumitundlikkus 415

1.1.1. Atsüülhomoseriinlaktoonid 4161.1.2. Peptiidsed autoinduktorid 417

1.1.2.1. Bakterinfektsiooni levik 4171.1.2.2. Bakterite kompetentsusfaas 418

1.2. Keskkonnastiimulite toime 4181.2.1. Konstitutiivne geeniekspressioon 4181.2.2. Indutseeritud geeniekspressioon 419

1.2.2.1. Escherichia coli laktoosi lagundamine (katabolism) 4191.2.3. Pidurdatud geeniekspressioon 419

1.2.3.1. Escherichia coli trüptofaani biosüntees (anabolism) 4192. GEENIEKSPRESSIOONI KONTROLLSÜSTEEMID 420

2.1. Operon kui regulatsiooniüksus 4202.2. Geneetilise kontrolli tüübid 421

2.2.1. Positiivne geneetiline kontroll 4212.2.2. Negatiivne geneetiline kontroll 421

2.3. Geeniekspressiooni kontroll transkriptsiooni initsiatsiooni tasemel 4252.3.1. Sigmafaktorid 4252.3.2. DNA topoloogia 4252.3.3. Aktivaatorid ja repressorid 426

2.3.3.1. E. coli laktoosi operoni induktsioon 4262.3.3.2. E. coli laktoosi operoni kataboolne repressioon 4292.3.3.2. E. coli trüptofaani operoni repressioon (pidurdamine) 432

2.4. Geeniekspressiooni kontroll transkriptsiooni terminatsiooni tasemel 4342.4.1. Atenuatsioon 4352.4.2. Autogeenne regulatsioon 437

2.5. Geeniekspressiooni kontroll mRNA stabiilsuse tasemel 4402.5.1. mRNA degradatsiooniensüümid 440

2.5.1.1. Ekso- ja endonukleaasid 4402.5.1.2. RNA degradosoom 440

2.5.2. mRNA stabiilsust mõjutavad nukleotiidsed järjestused 4412.5.2.1. Palindroomsed järjestused 4412.5.2.2. Operonisisene geeniekspresssiooni regulatsioon 441

2.6. Geeniekspressiooni kontroll translatsiooni tasemel 4412.6.1. Translatsiooniline geeniregulatsioon 442

2.6.1.1. Koodonikasutus 4422.6.1.2. Antisenss-RNA 4422.6.1.3. Translatsiooni atenuatsioon 442

Sisu

kord

19

2.6.1.4. Lugemisraami nihkumine ja ribosoomihüpe 4422.6.2. Postt ranslatsiooniline geeniregulatsioon 443

2.6.2.1. Lõpp-produktne inhibitsioon 4432.6.2.2. R-valkude sünteesi kontroll 444

3. FAAGIDE GENEETILINE REGULATSIOON 4443.1. Mõõdukad faagid 444

3.1.1. Lambda lüsogeenne repressorahel 4463.1.2. Lambda lüütiline regulatsioonikaskaad 4483.1.3. Faag λ lüütilise ja lüsogeense tsükli ümberlülitused 452

3.2. Virulentsed faagid 4543.2.1. Bacillus subtilis’e faag SP01 454

XV. GEENIREGULATSIOON EUKA RÜOOTIDEL 457

1. GEENIDE RUUMILINE JA AJALINE REGULATSIOON 4581.1. Geenide ruumiline regulatsioon 458

1.1.1. Tubuliinigeenide ruumiline regulatsioon taimedel 4581.2. Geenide ajaline regulatsioon 458

1.2.1. Globiinigeenide ajaline regulatsioon loomadel 4582. GEENIREGULATSIOON TRA NSKRIPTSIOONI TASEMEL 459

2.1. DNA-järjestused transkriptsiooni kontrollil 4602.1.1. Geenide võimendajad e. enhanserid 460

2.1.1.1. Äädikakärbse geeni yellow koespetsiifi line võimendaja 4612.1.1.2. Ahvi viiruse SV40 võimendaja 461

2.2. Valgulised transkriptsioonifaktorid 4632.3. Transkriptsiooni aktivatsioon keskkonna ja bioloogiliste faktorite mõjul 465

2.3.1. Temperatuuri mõju: temperatuurišoki geenid 4652.3.1.1. Äädikakärbse temperatuurišokivalk HSP70 466

2.3.2. Valguse mõju: ribuloos 1,5-bifosfaadi karboksülaasi/oksügenaasi- (RuBisCO) geenid taimedes 4672.3.3. Signaalmolekulide mõju: geenide aktivatsioon hormoonide toimel 467

2.3.3.1. Steroidhormoonid 4672.3.3.2. Peptiidhormoonid 467

3. TRA NSKRIPTSIOONIJÄRGNE GEENIREGULATSIOON 4693.1. RNA alternatiivne splaissing 469

3.1.1. Alternatiivne splaissing troponiini T-geeni avaldumisel 4713.1.2. Äädikakärbse sugu määravate geenide alternatiivne splaissing 471

3.2. RNA stabiilsuse tsütoplasmaatiline kontroll 4713.3. Interferents-RNA (RNAi): siRNA-d ja miRNA-d 473

3.3.1. Varbussi valku kodeeriva geeni lin-14 mRNA ja mir-geeni lin-4 mRNA-de paardumine 475

20

Sisu

kord

4. KROMOSOOMIDE ORGANISATSIOON JA GEENIEKSPRESSIOON 4764.1. Transkriptsioon lambiharikromosoomide lingudel 4774.2. Transkriptsioon polüteenkromosoomide puffi del 4774.3. Transkriptsiooniliselt aktiivse DNA molekulaarne organisatsioon 478

4.3.1. Inimese ß-globiinigeeni transkriptsiooniline aktiivsus 4784.4. Kromatiini modifi tseerimine 4794.5. Eu- ja heterokromatiin 4794.6. Geenide vaigistamine 480

4.6.1. Geenivaigistus äädikakärbsel Polycomb-grupi geenide valkudega 4804.6.2. Paardumistüübi geenikassett ide vaigistamine pagaripärmil 4814.6.3. Trüpanosoomide pinna glükoproteiini vgs-geenide vaigistamine 482

4.7. DNA metüülimine ja geeni mälu 4824.7.1. DNA metüülimine ja CpG-saarekesed 4824.7.2. Geeni vermimine e. imprinting 4854.7.3. Imetaja mälugeenid 486

4.8. DNA amplifi katsioon 4864.8.1. Amfi ibide ribosoomi rRNA geenide amplifi katsioon 486

5. KROMOSOOMIDE AKTIVATSIOON JA INAKTIVATSIOON 4885.1. Imetaja X-kromosoomide inaktivatsioon (geenidoosi kompensatsioon) 4895.2. Äädikakärbse X-kromosoomi hüperaktivatsioon 4915.3. Varbussi X-kromosoomi hüpoaktivatsioon 492

XVI. VIIRUSEGENEETIKA 493

1. VIIRUSTE GENEETILINE ORGANISATSIOON 4931.1. Viirus: rohkem kui molekul ja vähem kui elusrakk 493

1.1.1. Viiruste defi nitsioon 4931.1.2. Viiruste avastamine 4951.1.3. Viriooni ehitus ja viiruste klassifi katsioon 497

2. FAAGIGENEETIKA 5002.1. Faagide elutsükkel 500

2.1.1. λ-faag 5002.1.2. T-faagid 5022.1.3. Restriktsiooni-modifi katsioonisüsteem 504

2.2. Geenide peenstruktuur 5062.2.1. Faagilaigud 5062.2.2. Rekombinatsioonanalüüs 507

2.3. Genoomi struktuur 5102.3.1. Terminaalne redundantsus ja tsirkulaarsed permutatsioonid 5102.3.2. Faagide heterosügootsus 512

3. EUKA RÜOOTIDE VIIRUSED 5153.1. AIDS-i põhjustav viirus – HIV 515

3.1.1. Genoom 517

Sisu

kord

21

3.1.2. Struktuur ja elutsükkel 5183.2. Gripiviirus 522

3.2.1. Seagripp H1N1 5223.2.2. Linnugripp H5N1 5223.2.3. Gripiviiruse genoom 5233.2.4. RNA-viiruste geneetiline stabiilsus 523

3.3. Papilloomiviirused 5243.3.1. Papilloomiviiruse genoom 5243.3.2. Emakakaelavähk 525

XVII. BAKTERIGENEETIKA 527

1. BAKTERIGENEETIKA 5271.1. Genoom 527

1.1.1. Kromosoom 5271.1.2. Plasmiidid 530

1.2. Mutagenees 5331.2.1. Mutantide tüübid 5331.2.2. Amesi test 5341.2.3. Mutantide selektsioon 5361.2.4. Lokaliseeritud mutagenees 538

1.3. Transformatsioon 5391.3.1. Looduslik transformatsioon 5401.3.2. Kunstlik transformatsioon 5441.3.3. Kotransformatsioon 544

1.4. Konjugatsioon 5451.4.1. Konjugatsiooni avastamine 5451.4.2. Plasmiidne ülekanne 5471.4.3. Kromosoomne ülekanne 5491.4.4. Seksduktsioon 5521.4.5. Kolmefaktorilised ristamised 552

1.5. Transduktsioon 5541.5.1. Üldine transduktsioon 5551.5.2. Spetsialiseeritud transduktsioon 5561.5.3. Geenide kaardistamine 558

XVIII. SEENEGENEETIKA 561

1. PÄRMSEENTE PAARDUMISTÜÜBID 5611.1. Paardumismistüüpide geneetiline regulatsioon 561

1.1.1. Paardumistüüpi määrav lookus 5611.1.2. Paardumistüüpide ümberlülitumine 5611.1.3. MAT-lookuse poolt kodeeritavad transkriptsioonifaktorid 563

1.1.3.1. Transkriptsiooni aktivatsioon 5631.1.3.2. Transkriptsiooni repressioon 566

1.1.4. Feromoonid 566

22

Sisu

kord

2. TETRA ADANALÜÜS 5682.1. Pärmseente tetraadanalüüs 570

2.1.1. Askuste tüübid 5702.1.2. Geenide ahelduse uurimine 571

2.2. Neurospora crassa tetraadanalüüs 5742.2.1. Tsentromeeri kaardistamine 5742.2.2. Aheldusgruppide kaardi koostamine 576

3. GENEETILINE KOMPLEMENTATSIOON 5773.1. Geneetiline komplementatsioon 577

3.1.1. Tingimusmutatsioonid 5773.1.2. Kaksikmutandid 578

3.1.2.1. Geneetiline komplementatsioon 5783.1.2.2. Biosünteesiahelate analüüs 5783.1.2.3. Signaaliülekanderadade analüüs 579

3.1.3. Supressormutatsioonid ja sünteetilis-letaalsed mutatsioonid 5793.2. Funktsionaalne komplementatsioon 582

3.2.1. Genoteegi saamine 5823.2.1.1. Plasmiidsed süstikvektorid 5823.2.1.2. Rekombinantsete kloonide arv 582

3.2.2. Kloonide sõelumine 5833.2.2.1. Komplementatsioon 5833.2.2.2. Kolooniahübridatsioon 5843.2.2.3. Pärmseente kaksikhübriidisüsteem 585

XIX. TRA NSPOSOONID 588

1. TRA NSPOSOONIDE AVASTAMINE 5882. TRA NSPOSOONIDE TÜÜBID 590

2.1. Transposoonid bakteritel 5902.1.1. IS-elemendid 5902.1.2. Komplekssed transposoonid 5922.1.3. Replikatiivsed transposoonid 5942.1.4. Transposoonide osa geeniülekandel 596

2.2. Transposoonid eukarüootidel 5982.2.1. Transposoonid maisil 5982.2.2. Drosophila P-elemendid 6002.2.3. Äädikakärbse mariner-elemendid 603

3. RETROTRA NSPOSOONID 6043.1. Retroviiruselaadsed transposoonid 604

3.1.1. Retrotransposoonid pärmseentel 6053.1.2. Retrotransposoonid äädikakärbsel 607

3.2. Retroposoonid 6073.2.1. Äädikakärbse retroposoonid 6073.2.2. LINE-elemendid inimesel 6083.2.3. SINE-elemendid inimesel 610

Sisu

kord

23

4. TRA NSPONEERUVAD ELEMENDID GENOOMI EVOLUTSIOONIS 611

XX. TEHNOGENEETIKA 616

1. GEENIDE KLOONIMINE 6171.1. Restriktsioon 617

1.1.1. Restriktaasid 6171.1.2. Restriktsioonikaardid 619

1.2. Rekombinantne DNA 6211.2.1. Rekombinantse DNA saamine in vitro 6211.2.2. Rekombinantse DNA amplifi katsioon in vivo 6231.2.3. Plasmiidsed vektorid 6241.2.4. Faagvektorid 6261.2.5. Fagemiidid 6271.2.6. Kosmiidid 6301.2.7. Süstikvektorid 6321.2.8. Kunstlikud kromosoomid 632

1.2.8.1. YAC-id 6321.2.8.2. BAC-id 6331.2.8.3. Faagi P1 süsteem 6331.2.8.4. PAC-id 634

1.2.9. Spetsiaalvektorid 6351.3. Genoteegid 635

1.3.1. Genoomsed klonoteegid 6361.3.2. cDNA-genoteegid 6381.3.3. Geenide sõelumine 638

1.3.3.1. Geneetiline selektsioon 6391.3.3.2. Nukleiinhapete in situ hübriidimine 6401.3.3.3. Immunoloogiline testimine 640

2. MOLEKULAARNE TESTIMINE 6412.1. DNA, RNA ja valkude molekulaarne analüüs 641

2.1.1. Agaroosgeelelektroforees 6412.1.2. Southern-ülekande analüüs 6432.1.3. Nothern-ülekande analüüs 6442.1.4. Western-ülekande analüüs 644

XXI. MITOKONDRITE JA KLOROPLASTIDE GENEETIKA 646

1. EUKA RÜOOTSE RA KU SÜMBIONTSED ORGANELLID 6462. ORGANELLIDE TUNNUSTE PÄRA NDUMINE 648

2.1. Kloroplastide tunnuste pärandumine 6482.1.1. Emapärilikkus 6492.1.2. Kahevanemalik segapärilikkus 6502.1.3. Ühevanemalik pärilikkus 651

2.2. Mitokondriaalsete tunnuste pärandumine 653

24

Sisu

kord

2.2.1. Pärmseente hingamismutandid 6532.2.2. Isasteriilsus maisil 655

3. ORGANELLIDE GENOOM 6563.1. Mitokondrite genoom 656

3.1.1. Mitokondriaalne DNA 6563.1.2. Mitokondriaalsete geenide regulatsioon 658

3.1.2.1. Mitokondriaalsed katt uvad geenid 6593.1.2.2. RNA korrektuur 6593.1.2.3. Trans-splaissing 660

3.1.3. Koostoime tuumageenidega 6603.1.4. Inimese mitokondriaalsed haigused 660

3.2. Kloroplastide genoom 663

XXII. INIMESEGENEETIKA 666

1. GEENID JA KROMOSOOMID 6671.1. Geenivigade pärandumine 667

1.1.1. Monogeensete tunnuste pärandumine 6671.1.1.1. Alleelne heterogeensus 6681.1.1.2. Lookusheterogeensus 6691.1.1.3. Pleiotroopne toime 669

1.1.2. Geenide aheldus 6711.1.2.1. Sugupuude koostamine 6711.1.2.2. Suguliiteliste geenide aheldus 6711.1.2.3. Autosoomsete geenide aheldus 673

1.1.3. Geenide pärandumine 6731.1.3.1. Geenide ja keskkonna mõju konkordantsus 6731.1.3.2. Autosoomdominantne pärandumine 6741.1.3.3. Autosoomretsessiivne pärandumine 6751.1.3.4. X-liiteline pärandumine 6751.1.3.5. Y-liiteline pärandumine 677

1.1.4. Geneetiline konsultatsioon 6771.1.4.1. Tunnuse tekke tõenäosus 6771.1.4.2. Riskianalüüs 679

1.2. Inimese kromosoomistik 6821.2.1. Rakugeneetika 682

1.2.1.1. Kromosoomide värvimine 6821.2.1.2. Kromosoomide diferentsiaalvärvimine 6821.2.1.3. Inimese karüotüüp 6831.2.1.4. Inimese kromosoomanomaaliad 6841.2.1.5. Amniotsentees ja biopsia 686

1.2.2. Rakkude hübriidimine 6881.2.2.1. Geeni aheldusgrupi määramine 6881.2.2.2. Geeni asukoha määramine kromosoomis 689

1.2.3. Molekulaarne rakugeneetika 689

Sisu

kord

25

1.2.3.1. FISH 6891.2.3.2. Võrdlev genoomhübriidimine (VGH) 6911.2.3.3. Molekulaaarne karüotüüpimine 691

2. GENOOM 6932.1. Genoomi üldine struktuur 6932.2. Kordusjärjestused 695

2.2.1. Insertsioonkordused 6952.2.2. Tandemkordused 6962.2.3. Geenide tuvastamine 697

2.2.3.1. Positsiooniline kloonimine 6972.2.3.1. Kromosoomil jalutamine ja hüppamine 699

2.2.4. Isikute tuvastamine 7032.2.4.1. DNA-sõrmejäljed 7032.2.4.2. Rakendused kriminalistikas 703

2.2.5. Epigenotüüp 7052.3. Üksiknukleotiidne polümorfi sm 706

2.3.1. Snipid ja haplotüübid 7062.3.2. SNP-haigused 707

2.4. Mitokondriaalne genoom 7083. TUNNUSTE EBAHARILIK PÄRA NDUMINE 709

3.1. Trinukleotiidsed kordusjärjestushaigused 7093.1.1. Polü-Q-haigused 709

3.1.1.1. Huntingtoni tõbi 7103.1.2. Mitt e-polü-Q-haigused 710

3.1.2.1. Fragiilse X-kromosoomi sündroom 7113.1.2.2. Lihasdüstroofi a 713

3.2. Epigeneetilised haigused 7143.2.1. Prioonhaigused 7143.2.2. Genoomivermimine 7143.2.3. Geenide mosaiikne avaldumine 714

XXIII. IMMUNOGENEETIKA 716

1. KA ASASÜNDINUD IMMUUNSUS 7181.1. Immuunsustüübid 718

1.1.1. Keemiline kaitse 7201.1.1.1. Põletik 7201.1.1.2. Komplemendisüsteem 720

1.1.2. Rakuline kaitse 7201.1.3. Patogeeni spetsiifi lisus 721

2. ADAPTIIVNE IMMUUNSUS 7212.1. Imuunsüsteemi komponendid 722

2.1.1. B-rakud 7242.1.2. T-rakud 7262.1.3. Immunoglobuliinid 727

26

Sisu

kord

2.1.4. T-rakkude retseptorid 7292.1.5. Koesobivusantigeenid: oma eristamine võõrast 730

2.2. Imuunvastuse tüübid 7332.2.1. Raku vahendatud immuunvastus 7332.2.2. Humoraalne e. antikeha vahendatud immuunvastus 7352.2.3. Immunoloogiline mälu 737

3. ANTIKEHADE MITMEKESISUSE GENEETILINE DETERMINATSIOON JA KONTROLL 739

3.1. Antikeha geenide assambleerimine 7393.1.1. Kerge ahela lambdageenide assambleerimine kahest geenisegmendist 7393.1.2. Kerge ahela kapageenide assambleerimine kolmest geenisegmendist 7413.1.3. Raske ahela geenide assambleerimine neljast geenisegmendist 741

3.2. Antikehageenide geneetiline kontroll 7423.2.1. Rekombinatsioonilised signaaljärjestused 7423.2.2. Varieeruvad ühendussaidid 7453.2.3. Somaatilised hüpermutatsioonid 747

4. RA KULISE IMMUUNVASTUSE GENEETILINE KONTROLL 7474.1. Rakuline determinatsioon 747

4.1.1. Rakkude ümberlülitumine ühest antikehatüübist teiseks 7474.1.2. T-rakkude retseptorite geenide assambleerimine somaatilisel rekombinatsioonil 748

4.2. Immunoglobuliine kodeerivate geenide rakuline regulatsioon 7494.2.1. Alleelne välistamine 7494.2.2. Koespetsiifi lised enhanserid (transkriptsiooni võimendajad) 749

XXIV. ONKOGENEETIKA 752

1. KA SVAJATE TEKE JA PÄRITAVUS 7521.1. Rakutsükkel ja apoptoos 7531.2. Vähkkasvajate tekkeahelad 756

1.2.1. Kasvajate geneetiline determineeritus 7561.2.2. Kasvajate geneetilised avaldumisahelad 757

1.2.2.1. Käärsoole-pärasoole polüüpne vähk 7571.2.2.2. Eesnäärmevähk 7581.2.2.3. Aju glioom 759

2. ONKOGEENID 7612.1. Viirusonkogeenid 7612.2. Rakulised proto-onkogeenid 763

2.2.1. Mutantsed rakulised onkogeenid 7642.2.2. Kromosoomsed ümberkorraldused 767

3. ONKOGEENIDE SUPRESSORID 7693.1. Pärilikud kasvajad 770

Sisu

kord

27

3.1.1. Retinoblastoom 7703.1.2. Pärilik mitt epolüüpne käärsoole-pärasoolevähk 7713.1.3. Rinna- ja munasarjavähk 774

3.2. Kasvajate supressorvalgud 7753.2.1. Valk p53 7753.2.2. Valk p21 777

XXV. ARENGUGENEETIKA 778

1. ARENGUPROGRA MMI REALISEERUMINE 7781.1. Inimese loote varane areng 778

1.1.1. Sugurakkude moodustumine ja viljastumine 7781.1.2. Blastula ja arenguprogrammi käivitumine 7791.1.3. Gastrula ja morfogenees 781

1.2. Varane areng selgrootutel 7821.2.1. Äädikakärbse areng 7821.2.2. Varbussi areng 783

2. DIFERENTSEERUMISRA JAD 7843. GENEETILINE SOO MÄÄRA MINE 787

3.1. Soo määramine äädikakärbsel 7873.1.1. X:A-suhte tuvastamine 7873.1.2. Arengusignaalid soo diferentseerumisel 7903.1.3. Mutatsioonid sugu määravates geenides 792

3.2. Soo määramine varbussil 7934. EMAEFEKTIGEENID 795

4.1. Avaldumine emasliini kaudu 7954.2. Sümmeetriatelgede moodustumine äädikakärbsel 796

4.2.1. Selgmise-kõhtmise telje moodustumine 7964.2.2. Keha esiosa-tagaosa telje moodustumine 798

5. SÜGOOTSETE ARENGUGEENIDE AVALDUMINE 8005.1. Keha segmentatsioon 800

5.1.1. Segmentatsioonigeenid 8005.1.2. Homeootilised geenid 8025.1.3. Selgroogsete ja selgrootute arengugeenide homoloogia 803

5.2. Rakutüüpide spetsialiseerumine ja organite teke 8045.3. Geneetilised mosaiigid 805

5.3.1. Günandromorfi d 8075.3.2. Somaatiline rekombinatsioon 807

6. TRA NSGEENSED RA KUD JA ORGANISMID 8096.1. Tüvirakud 8096.2. Transgeensed organismid 811

6.2.1. Kimäärsed organismid 8116.2.2. Geennokaudiga organismid 8136.2.3. Tunnusnokaudiga organismid 815

28

Sisu

kord

XXVI. GEENITEHNOLOOGIA 817

1. TRA NSGEENSED MIKROORGANISMID 8181.1. Bakterid 818

1.1.1. Eukarüootsete valkude tootmine prokarüootide abil 8191.1.1.1. Molekulaarsed tšaperonid 8221.1.1.2. Sekretsioonisüsteemid 823

1.1.2. Prokarüootsete valkude tootmine prokarüootide abil 8241.2. Seened 826

2. TRA NSGEENSED TAIMED 8282.1. Ti-plasmiidid 8282.2. Teisi meetodeid transgeenide viimiseks taimerakku 830

2.2.1. Herbitsiidiresistentsed taimed 8302.2.2. Kahjuriresistentsed taimed 8312.2.3. Muud transgeenid taimedes 832

2.2.3.1. Külmatolerantsed taimed 8322.2.3.2. Köögiviljade säilivusaja pikendamine 8332.2.3.3. Transgeenne riis 833

3. TRA NSGEENSED LOOMAD 8333.1. Saamisviisid 833

3.1.1. Tuuma mikrosüstimine 8343.1.2. Viirusvektorite kasutamine 8353.1.3. Transgeenide viimine tüvirakkudesse 8363.1.4. Tuumkloonimine 836

3.2. Rakendused 8373.2.1. Kasvuhormoon 8373.2.2. Ravimunad 8383.2.3. Ravipiim 8383.2.4. Trendikad hiired 8383.2.5. Moskiitod 8393.2.6. Ökotundlikud reoained 839

4. GEENITERA APIA INIMESEL 8404.1. Lähenemisviisid ja tulemused 840

4.1.1. Geeniteraapia meetodid 8404.1.2. Immuunpuudulikkuse geeniteraapia 8424.1.3. Ajukasvajate geeniteraapia 843

5. PÖÖRDGENEETIKA 8455.1. Pöördgeneetika mõiste 845

5.1.1. Antisenss-RNA 8455.1.2. T-DNA ja transposooninsertsioonid 8475.1.3. RNA interferents 847

5.1.3.1. miRNA 8485.1.3.2. siRNA 849

5.1.4. Ribosüümid 849

Sisu

kord

29

6. BIOTEHNOLOOGIA JA TÄNAPÄEV 8506.1. Biosõjad ja bioterrorism 850

6.1.1. Molekulaarsed sõjavahendid 8506.2. Bioeetika 851

6.2.1. Eugeenika 8516.2.2. GMO-d 8526.2.3. Meditsiinilised manipulatsioonid 8536.2.4. Biotehnoloogia ja eetika 853

XXVII. KÄITUMISGENEETIKA 855

1. BIOLOOGILISED RÜTMID: BIOLOOGILINE KELL 8551.1. Biorütmide geenid 856

1.1.1. Tsirkadiaanrütmid seentel ja bakteritel 8561.1.2. Äädikakärbse perioodilisuse geenid 8571.1.3. Biorütmid taimedel 8601.1.4. Bioloogilised rütmid loomadel 8601.1.5. Ajavahe mõju inimesele 862

2. KVALITATIIVSED KÄITUMISTUNNUSED 8632.1. Käitumisgeenid 863

2.1.1. Kemo- ja fototaksis 8632.1.2. Putukate pesakoristuskäitumine 8642.1.3. Seksuaalne käitumine 8652.1.4. Lapsehülgajad hiireemad 868

2.2. Käitumisgeenide mutatsioonid inimesel 8692.2.1. Laste neuroloogilised haigused 869

2.2.1.1. Fenüülketonuuria 8692.2.1.2. Leshi-Nyhani sündroom 8712.2.1.3. Tay-Sachsi haigus 871

2.2.2. Dementsus 8712.2.2.1. Huntingtoni tõbi 8712.2.2.2. Alzheimeri tõbi 872

2.3. Käitumuslikud geenidoosimutandid 8742.3.1. Autosoomsed karüotüübianomaaliad 874

2.3.1.1. Downi sündroom 8742.3.1.2. Patau ja Edwardsi sündroomid 874

2.3.2. Genoomsed karüotüübianomaaliad 8742.3.2.1. Klinefelteri sündroom e. diplo-X-sündroom 8742.3.2.2. XYY-mehed e. üli-mehed 8752.3.2.3. Turneri sündroom 8752.3.2.4. XXX-naised e. triplo-X-sündroom 875

3. KVANTITATIIVSED KÄITUMISTUNNUSED 8763.1. Intelligentsusomadused 8763.2. Psüühikahäired ja sõltuvused 877

3.2.1. Alkoholism 877

30

Sisu

kord

3.2.2. Suitsetamine 8793.2.3. Skisofreenia, bipolaarne meeleoluhäire ja agressiivsus 879

3.3. Käitumisgeenide valik 881

XXVIII. KVANTITATIIVSETE TUNNUSTE PÄRITAVUS 882

1. KOMPLEKSSED TUNNUSED 8821.1. Pidev muutlikkus 883

1.1.1. Mendellikud tunnused 8831.1.2. Näivalt mitt emendellikud tunnused 886

1.2. Katkendlik muutlikkus 8881.3. Kvantitatiivne geneetika (statistiline geneetika) 889

1.3.1. Populatsiooni keskmine ja modaalklass 8891.3.2. Korrelatsioonikoefi tsient 8901.3.3. Regressioonanalüüs 891

1.4. Päritavus 8921.4.1. Varieeruvuse komponendid 8921.4.2. Päritavus laiemas tähenduses 8931.4.3. Päritavus kitsamas tähenduses 8931.4.4. Päritavus ühe- ja erimunakaksikutel 894

2. ARETUS 8962.1. Valikumeetodid 896

2.1.1. Individuaalne valik 8972.1.1.1. Fenotüüpide ennustamine 897

2.1.2. Massvalik 8982.1.3. Kvantitatiivse tunnuse lookus 900

2.2. Aretusmeetodid 9012.2.1. Sise- ja välisaretus 9012.2.2. Ühiseellased 904

XXIX. POPULATSIOONIGENEETIKA 908

1. ALLEELISAGEDUSED POPULATSIOONIS 9081.1. Tasakaaluline populatsioon 908

1.1.1. Hardy-Weinbergi seadus 9091.1.1.1. Üks autosoomne dialleelne geen 9091.1.1.2. Üks autosoomne polüalleelne geen 9111.1.1.3. Suguliitelised geenid 911

1.1.2. Geneetiline konsultatsioon 9121.1.2.1. Haige lapse sünni tõenäosus autosoomse tunnuse korral 9121.1.2.2. Haige lapse sünni tõenäosus suguliitelise tunnuse korral 913

1.2. Mitt etasakaaluline populatsioon 9141.2.1. Mitt ejuhuslik ristumine 9141.2.2. Ebavõrdne ellujäävus 9151.2.3. Liigendunud populatsioonid ja geograafi line isolatsioon 9161.2.4. Migratsioon ja ühendpopulatsioonid 916

Sisu

kord

31

2. LOODUSLIK VALIK 9182.1. Looduslik valik fenotüübi tasemel 918

2.1.1. Kohasus 9182.1.2. Valiku tüübid 919

2.1.2.1. Suunav valik 9192.1.2.2. Lõhestav valik 9192.1.2.3. Stabiliseeriv valik 920

2.2. Looduslik valik geeni tasemel 9212.2.1. Suhteline kohasus (selektsioonikoefi tsient) 9212.2.2. Tööstusreostus 923

3. JUHUSLIK GEENITRIIV 9233.1. Populatsiooni efektiivne suurus 923

3.1.1. Populatsiooni heterosügootsus 9243.2. Geenisageduste juhuslikud muutused 925

3.2.1. Paardumistüüpide erinev osakaal 9253.2.2. Pöidlaküüdiefekt 9263.2.3. Pudelikaelaefekt 9273.2.4. Rajajaefekt 927

4. POPULATSIOONI TASAKA ALUSEISUND 9284.1. Populatsiooni dünaamiline tasakaal 928

4.1.1. Tasakaalustav valik 9284.1.2. Mutatsiooni-selektsiooni tasakaal 9304.1.3. Mutatsiooni-geenitriivi tasakaal 931

XXX. EVOLUTSIOONIGENEETIKA 934

1. EVOLUTSIOONITEOORIA 9342. MOLEKULAARNE EVOLUTSIOONITEOORIA 935

2.1. DNA ja valkude polümorfi sm 9362.1.1. Valgu struktuuri varieeruvus 9362.1.2. Kromosoomi struktuuri varieeruvus 9372.1.3. Nukleiinhapete järjestuste varieeruvus 937

2.1.3.1. DNA-fragmentide pikkuspolümorfi sm 9382.1.3.2. Vaikiv polümorfi sm 9412.1.3.3. Üksiknukleotiidne polümorfi sm 941

2.2. Molekulaarne evolutsioon 9422.2.1. Molekulaarne fülogenees 942

2.2.1.1. Populatsioonide fülogeneesipuu 9432.2.1.2. Hominoidide fülogenees 945

2.2.2. Valkude molekulaarne evolutsioon 9452.2.2.1. Valkude molekulaarse evolutsiooni kiirus 9462.2.2.2. Molekulaarne kell 948

2.2.3. DNA molekulaarne evolutsioon 9492.2.3.1. DNA molekulaarse evolutsiooni kiirus 949

32

Sisu

kord

2.2.3.2. Neutraalsed mutatsioonid 9502.2.3.3. Molekulaarse evolutsiooni neutraalsusteooria 9512.2.3.4. Molekulaarne evolutsioon ja adaptiivsed fenotüübilised tunnused 951

3. LIIGITEKE 9543.1. Liigitekke mehhanismid 955

3.1.1. Allopatriline liigiteke 9553.1.2. Sümpatriline liigiteke 956

3.2. Inimese evolutsioon 9583.2.1. Hominoidide evolutsioon 9593.2.2. Inimese lähieellaste teke 9593.2.3. Inimese evolutsioon 9603.2.4. Rasside ja rahvuste evolutsioon 962

SÕNASTIK 964

AINEREGISTER 1100

NIMEREGISTER 1132

KA SUTATUD KIRJANDUS JA SOOVITATAVAD ÜLDAINETE PÕHIÕPIKUD 1135

Gen

eetik

a aj

alug

u

33

I. GENEETIKA AJALUGU

Elusorganismide võime pärandada oma omadusi järglastele on niivõrd ilmne, et seda saab kahtlemata pidada üheks esimeseks inimese teaduslikuks tähelepanekuks. Ilmselge on ka see, miks tekkis soov saada vastus kahele küsimusele.

1. Miks elus asi esineb tohutult paljudes vormides? Tänapäeval on see küsimus orga-nismide muutlikkusest.

2. Miks vanemad ja järglased on sarnased nii füüsiliste kui ka hingeliste omaduste poolest? Tänapäeval on see küsimus pärilikkusest.

Pärilikkuse ja muutlikkuse küsimustele on nüüdisajal leitud juba küllalt arusaadavaid ja üheseid vastuseid. Samas on need vastused hakanud muutma mitt e ainult meie enda mõt-lemist, vaid ka inimühiskonda tervikuna.

Inimese kehas on triljonid rakud, mis kõik sisaldavad DNA-s kodeeritud informat-siooni, et säilitada raku elusolek ning eksisteerimise ja arengu programm. Teades DNA nukleotiidset järjestust, saame mõnesuguse tõenäosusega ett e arvata, kuhu meie areng võib välja viia (nt. pärilike haiguste teke). Teadusliku hiigelprojekti tulemusena sekvenee-riti 2001. a. anonüümsete doonorite DNA-proovidest nn. anonüümse inimese genoom. Uude etappi jõuti 2007. a., kui määrati inimgenoomi projekti kahe juhi (James Watson ja Craig Venter) personaalsed genoomid (ingl. personal genomes). Nüüd, viie aasta pärast, on määratud juba tuhandeid inimgenoome. Kui raha on (ja seda ei peagi olema väga palju, s.t. mitt e üle 5000 USD), siis juba praegu saab määrata huvilise personaalse genoomi. Kuid mida see tähendab? Selles olukorras pole me enam mitte ainult fenotüübiliselt, vaid juba genotüübiliselt alasti. Kuid inimühiskond on nutikas. Fenotüübiline alastus on lahendatud riietumisega ning küllap leitakse aktsepteeritud viis ka genotüübilise alastuse vältimiseks.

1. GENEETILISE MÕTTE ARENG

Tsivilisatsiooni teke on tihedalt seotud selektiivsete ristamistega ja soovitud tunnustega järglasisendite valiku e. selektsiooniga (ingl. selection). Kiviaja Lähis-Ida asukad aretasid välja esimesed koduloomade tõud ja kultuurtaimede sordid.

34

Gen

eetik

a aj

alug

u

1.1. GeneetikaTänapäeval teame, et vähemalt 8000. a. e.m.a. tegelesid rändsuguharude liikmed maa-harimise ja loomakasvatusega. Tuhandetest igapäevastest n-ö. eksperimentidest ammu-tatud teadmised üldistusid ning ajale iseloomulikult anti neid edasi põlvest põlve kui maagilisi, religioosseid tavasid. Näiteks on paljudes usundites (ka Piiblis) nõue, et oma karja ära sega võõra tõuga ja oma põllule ära külva kaht sorti seemneid.

Abi on olnud kaljujoonistest. Vanast Elamist (6000. a-st e.m.a.) pärinevad joonised näitavad, et peeti arvestust hobuste põlvnemise ja nende päritavate tunnuste üle. Üllatav on siinkohal tõdeda, et joonisel esitatud sümbolid meenutavad sugupuud (ingl. pedi-gree), kus jälgitakse tänapäeval hästi tuntud tunnuseid: laka kuju (püstine, lamenenud, puudub) ja pea kuju profi il (kumer, sirge, nõgus). Antiikajast, Rooma impeeriumi päevilt on säilinud ürik, mis käsitleb loomade aretusmeetodeid. Vana-aja raidkujude ja jooniste põhjal teame, et juba assüürlased, babüloonlased ja araablased teadsid enne meie ajaarva-mist, et taimedel on kaks sugupoolt. Teati, et datlipalmide emastaimed ei anna vilju, kui neid ei viljastata isastaime õietolmuga. Sellist kunstlikku seemendamist (ingl. artifi cial insemination) e. kunstlikku viljastamist toimetasid paganausu preestrid, mis võimaldas vähem kasvatada kasutuid isastaimi. Meie esivanemate gigantne töö taimesortide ja loomatõugude aretuses on andnud häid tulemusi. Mõningaid taimesorte ja loomatõuge pole võimalik isegi tänapäevaste meetoditega paremaks muuta. Analoogilisi aretusmee-todeid püüti vanal ajal rakendada ka inimese puhul. Näiteks on teada, et Vana-Kreeka mõnes linnriigis hukati kaasasündinud anomaaliatega ja nõrgad lapsed. Niisugused

James Watson.Craig Venter.

Gen

eetik

a aj

alug

u

35

„eksperimendid” ei andnud aga inimpopulatsiooni geneetilises struktuuris mingit mär-gatavat efekti.

1.1.1. Eelteaduslik periood Geneetika eelteaduslikule perioodile on iseloomulikud üksikud õiged ja objektiivsed tähelepanekud, mida varjutavad aga tol ajal massiliselt levinud spekulatsioonid ja fi losoo-fi lised targutused.

Vana-Kreekast said alguse kaks pärilikkuse kontseptsiooni – idealistlik ja materia-listlik, mis vastandusid teineteisele sajandeid. Selle perioodi pärilikkusekäsitlustest on otstarbekohane esitada kolm alljärgnevat.

1. Vana-Kreeka fi losoof Demokritos Abderast (u. 460.–370. a. e.m.a.) püüdis anda pärilikkusenähtuste esimese materiaalse põhjenduse, mis on meieni säilinud kah-juks vaid osaliselt. Tema järgi on pärilikkuse määramisel emas- ja isassugupool võrdsed, sest mõlemad eraldavad „seemneid”, mis pärast ühine mist annavad järglase. „Seemned” sisaldavad materiaalseid üksusi kogu organismist.

2. Vana-Kreeka fi losoof ja arst Hippokrates Kosist (u. 460.–370. a. e.m.a.) õpetas oma pärilikkuseteooriat enda meditsiinikoolis. Tema „kahe seemne hüpoteesi” kohaselt on järglased vanemate sarnased sellepärast, et vanemate kogu kehast moodustunud nn. terved ja haiged väikesed tüüpilised elemendid e. näidi-sed kogunevad seemnetesse, mille ühinemisel tekib järglane. Seega on järglane loodud vanemelementidest, mõlemad vanemorganismid on pärilikkuse poolest võrdväärsed ning järglastel moodustunud osakesed segunevad ja liituvad ning selle tulemusel tekib vahepealsete omadustega organism. Järglane on nagu segu või lahus. Hiljem hakati seda teooriat nimetama liitpärilikkuseks. See olemu-selt vale teooria põhjendas ka nn. eluajal omandatud tunnuste pärandumise uskumist. Näiteks uskus Hippokrates, et inimese kolju pikenes evolutsioonis tänu sellele, et vana komme nõudis vastsündinu õrna peakolju kunstlikku muutmist.

3. Vähem kui 100 aastat hiljem selgitas Aristoteles Stageirast (384.–322. a. e.m.a.) Hippokratese tõekspidamiste paikapidamatust. Ta näitas, et järglane ei ole üles ehitatud vanemate keha erinevate osade elementidest. Põhjenduseks tõi ta asja-olu, et vanematel ilmnevad teatud tunnused (nt. hallid juuksed) tavaliselt alles pärast järglaste andmise võime perioodi ning et vigaste ja sandistunud vane-mate lapsed pole alati defektidega. Aristoteles oletas, et isasseemnete osa seisneb kava (ehitusplaani) andmises, mille alusel emas organismi „formeerumata” veri moodustab järglased. Järelikult pole tunnuste pärandumine valmis kehaosade näidiste edasiandmine ja lahjendamine, vaid informatsiooni ülekanne, mis suunab organismide arengut. Seega Aristoteles ei uskunud eluajal omandatud tunnuste pärandumisse. Samas oli Aristotelese väärarvamuseks see, et isas- ja emas organismid pole pärilikkuses võrdväärsed. Aristoteles koos oma õpetaja, fi losoof Platoniga (427.–347. a. e.m.a.), arvas, et loode areneb diferentseerumata ainest mingi sisemise eesmärgi, elujõu e. entellehhia toimel. Seega on ema osa passiivne, ema annab passiivse arenguvõimeta substantsi, isa seeme aga lisab aktiivse liikumapaneva jõu (entellehhia), mis kujundab vormi ja aktiivsusfunkt-sioonid.

36

Gen

eetik

a aj

alug

u

Keskajale olid iseloomulikud skolastilised targutused antiikaja seisukohtade ümber. Üldiselt valitsesid siiski Aristotelese seisukohad. Samas omistati keskajal entellehhiale mitt emateriaalne iseloom. Liikide põlvnemise kohta valitsesid fantastilised ideed. Arvati, et kaelkirjak on tekkinud kaameli ja leopardi ristumisel, et angerjad tulevad maale selleks, et ristuda madudega ja et jaanalinnu esivanemateks on kaamel ja varblane. Põhjenduseks toodi asjaolu, et natukenegi endast lugupidav jumal poleks hakanud looma niisuguseid imelikke loomi nagu kaelkirjak, angerjas, jaanalind. Seda perioodi iseloomustab kaunis hästi seegi, et paljud teadlased vaidlesid 250 aastat hobuse ja lehma ristamisel saadud hüb-riidi üle, ehkki sellist hübriidi pole kunagi eksisteerinudki…

Renessansiaeg (14.–16. saj.) tõi samuti vähe uut pärilikkuse mõistmisse. Kuidagi ei saadud lahti organismide isetekke ideest, eriti primitiivsete organismide puhul. Renessansiajal tõusis uuesti esile materialistlik käsitlus. Sel ajaperioodil valitses pre-formismiteooria, mille rajajaks oli Hollandi bioloog Jan Swammerdam (1637–1680). Nimetatud teooria pooldajad jagunesid kaheks – ovulistideks ja animalkulistideks, vastavalt sellele, kas inimese alge e. väike inimene – homunkulus – paiknes valmiskujul munarakus või seemnerakus. Hiljem asendus preformismiteooria aga jällegi Aristotelese tüüpi epigeneesiteooriaga, mille rajajaks oli Saksa anatoom Caspar Fr. Wolff (1733–1794).

1.1.2. Varateaduslik perioodGeneetika arengu varateaduslik periood langeb ajavahemikku 17. sajandi lõpust kuni Mendeli seaduste taasavastamiseni aastal 1900. Sellel perioodil püüti pärilikkuse seleta-misel tugineda eksperimentaalsetele uurimisandmetele, mis andsid ka õigeid teaduslikke tulemusi. Perioodi areng seostub eelkõige ristamismeetodi kasutuselevõtu ja arendami-sega ning tsütoloogiliste uuringute edusammudega. Perioodi nimetatakse seepärast ka suurte hübriidijate ajajärguks. Samal ajal oli aga teadusandmete teoreetiline käsitlus suuresti seotud ideoloogiliste spekulatsioonidega, viimased omakorda olid mõjutatud antiikfi losoofi de kontseptsioonidest.

Varateaduslikule perioodile on iseloomulikud mitmed tähtsad bioloogilised avastu-sed. Geneetika seisukohalt nimetame neist taimede soo (suguline dimorfi sm) avastamist Saksa botaaniku ja arsti Rudolf J. Camerariuse (1665–1721) poolt 1694. a., kahe nelgi-sordi ristamisel esimese taimse mitt eloodusliku hübriidi saamist 18. sajandi algul Inglise aedniku Th omas Fairchaildi (1667–1729) poolt, Rootsi süstemaatiku Carl von Linné (1707–1778) Peterburi Akadeemia konkursi võitu 1759–1760 taimede soo olemuse sel-gitamisel ja Saksa botaaniku Josef G. Kölreuteri (1733–1806) poolt 1760. aastal kahe tubakaliigi esimese tõelise liikidevahelise hübriidi saamist.

1.1.2.1. Mendelismi stiihilised ja teadlikud eelkäijadMendelismi stiihilised eelkäijad toimetasid oma katsetega perioodil 1760–1825. Need uurijad tegelesid taimede hübriidimisega ning nad saavutasid üksikjuhtudel katsetule-musi, mis hiljem, võrreldes Johann Gregor Mendeli (1822–1884) omadega, osutusid praktiliselt identseteks. Selle perioodi tuntumateks esindajateks on juba nimetatud Josef G. Köelreuter, kes avastas hübriidide esimese põlvkonna ühtlikkuse nähtuse, ja Ing-lise botaanik Th omas A. Knight (1759–1838), kes näitas hübriidide lahknemist teises põlvkonnas. Neid katseid arendasid edasi mendelismi nn. teadlikud eelkäijad, eelkõige

Gen

eetik

a aj

alug

u

37

Prantsuse suured hübriidijad Augustin Sageret (1763–1851) ja Charles V. Naudin (1815–1899). Perioodi suureks autoriteediks taimede uurimisel ja ristamisel oli tol ajal Saksa botaanik Karl Friedrich von Gärtner (1772–1850).

Ülalnimetatud teadlaste seletused pärilikkuse kohta olid aga kahjuks valed. Nad lähtusid taas liitpärilikkusest, sealhulgas organismi eluajal omandatud tunnuste pärandumise ideest. Näiteks arvas J. Kölreuter, et organismi kõigist osadest, kõigist rak-kudest kandub sugurakkudesse mingi aine – ekstrakt e. pärilikkusvedelik. A. Sageret ja Ch. Naudin arvasid, et kõigist keharakkudest kanduvad sugurakkudesse väikesed päri-likkusaine osakesed. Viimatinimetatud teooria alusel lõi oma pärilikkushüpoteesi e. pangeneesi ajutise teooria ka Charles Darwin (1809–1882). Darwin arvas, et igas orga-nismi rakus on pärilikkuse kandjad e. gemmulad, mis kanduvad suguelunditesse vere kaudu. Nagu me nüüd teame, oli pangeneesi hüpotees vale.

1.1.2.2. Kromosoomide seondamine pärilikkusegaMendeli tööde ja Mendeli seaduste taasavastamise vahelisel perioodil arenes kiiresti tsütoloogia. Selgitati välja raku jagunemise kromosoomsed mehhanismid ja oletati, et kromosoomid on pärilikkuse kandjad. Kromosoomid avastas esmakordselt taimerak-kudes Šveitsi botaanik Karl Wilhelm von Nägel (1817–1891) juba 1842. aastal ja hiljem sõltumatult Belgia teadlane Edouard van Beneden (1846–1910) ümar ussidel (Ascaris), kirjeldades kromosoomide jaotumist meioosis. E. van Beneden koos Saksa anatoomi Walther Flemmingiga (1843–1905) kirjeldasid mitoosi 1882. a. (esmakirjeldus juba 1878. a.). Nimetus „mitoos” pärineb aga hilisemast ajast teiselt Saksa anatoomilt Hein-rich W. G. van Waldeyer-Hartzilt (1836–1921). K. Nägel lõi iduplasmateooria, mille kohaselt iduplasma on pärilike omaduste kandja. Iduplasmateooriat arendas edasi August Weismann (1834–1914), kes avastas ka meioosi. Sel perioodil tehti suuri edusamme ka kvantitatiivsete tunnuste uurimisel. Francis Galton (1822–1911) lõi inimgeneetika alused. Francis Galton oli muuseas Charles Darwini lähedane sugulane: tema emaisa ja Ch. Darwini isaisa oli sama mees – Erasmus Darwin (1731–1802). Nende suguvõsas on ridamisi nii loomingulise talendiga mehi kui ka mõtt ehiiglasi, teadusajaloo suurkujusid (jn. 1.1).

Johann Gregor Mendel.

38

Gen

eetik

a aj

alug

u

I

II

III

IV

Erasmus Darwin(1731-1802)

Charles Darwin(1809-1882)

George Darwin

FrancisDarwin

LeonardDarwin

Francis Galton(1822-1911)

Loomingulise talendiga mehed

Mõttehiiglased. Teadusajaloo suurkujud

Emma Wedgwood(Darwin)

JosiahWedgwood II

SusanahWedgwood

Robert W.Darwin

ElisabethAllen

Pole järglasi

Joonis 1.1. Charles Darwini ja Francis Galtoni sugupuu.

August Weismann oli tähtsaim ja olulisim geneetik enne Mendeli töö taasavastamist. Tema pärilikkusteooria kohaselt on pärilikkuse väikseimaks kandjaks biofoorid, mis kogunevad determinantideks ning mis määravad elementaarse tunnuse. Determinan-did kogunevad iidideks, viimaste kogum moodustab idandi e. kromosoomi. Weismann valmistas ett e pinda mendelistliku geneetika arenguks.

1.1.3. Teaduslik perioodGeneetika teadusliku perioodi eelkäijaks ja vaimseks isaks on loomulikult J. G. Men-del, kes tegi oma kuulsad ristamiskatsed aastatel 1854–1862 ja avaldas oma tulemused 1865. a. (trükis 1866. a.). Teatavasti olid need tulemused teaduse arengust liiga kaugel ees, mistõtt u jäid unustushõlma, sest Mendeli tulemuste olemust ja sisu lihtsalt ei mõis-tetud. Mendeli seadused (seadusteks hakkasid neid nimetama hiljem teised uurijad) taasavastati ja avaldati sõltumatult kolme teadlase poolt: Hugo de Vries (1848–1935) (ta on ka mutatsiooniteooria rajaja) Hollandist, Carl Correns (1864–1933) (ka tsüto-plasmaatilise pärilikkuse avastaja) Saksamaalt ja Erich von Tschermak (-Seysenegg) (1871–1962) Austriast. Seoses nukleiinhapete osa selgitamisega jaotatakse teadusliku geneetika periood kahte etappi: klassikalise geneetika etapp (1900–1940) ja moleku-laargeneetika etapp (pärast 1940. a.).

1.1.3.1. Klassikalise geneetika etappPärast Mendeli seaduspärasuste taasavastamist toimus kümne aasta jooksul kiire men-delismi võidukäik. Mutatsiooni mõiste esitas H. de Vries 1901. a. ja mutatsiooniteooria töötati välja 1905. a. Saksa bioloog Th eodor Bover (1862–1915) ning Ameerika geneetik ja arst Walter Sutt on (1877–1916) seostasid Mendeli avastatud pärilikkuse seaduspärasu-sed juba 1902. a. kromosoomide, meioosi ja viljastumisega. Arendati välja geeniteooria ja

Gen

eetik

a aj

alug

u

39

geneetika uusavastused liideti evolutsiooniteooriaga. Mõiste „geneetika” pärineb 1906. a. William Batesonilt (1861–1926), mõisted „geen”, „alleel”, „genotüüp” ja „fenotüüp” aga 1909. a. kuulsalt Taani taimefüsioloogilt Wilhelm Johannsenilt (1857–1927). 1903. a. lõi W. Johannsen ka populatsioonigeneetika esmaalused.

Klassikalise geneetika võidukäik toimus aastatel 1910–1925. Tähtsaimaks asjaoluks oli kindlasti pärilikkuse kromosoomiteooria väljatöötamine Ameerika geneetiku ja evolutsionisti Th omas H. Morgani (1866–1945) ja tema kaastöötajate poolt, valdavalt katsetes Drosophila ga Columbia ülikooli (USA) nn. kärbsetoas. Nn. drosofi listid näita-sid, et geenid paiknevad kromosoomides lineaarselt, et homoloogsetes kromosoomides on erinevad alleelid ning ristsiirde tulemusel kombineeruvad geenid ümber, samuti sel-gitasid nad suguliiteliste tunnuste pärandumise seaduspärasused. Teisalt selgitati ka kvantitatiivsete tunnuste päritavuse olemus Rootsi geneetik H. Nilsson-Ehle (1873-1949) ning heteroosiefekt Ameerika geneetiku Edward M. Easti (1879–1938) poolt.

Ajavahemikus 1900–1925 valitses tugev geneetiline antidarvinism. Ikka ja jälle püüti näidata, et Darwini õpetus ei sobi geneetikaga kokku. Samas, pärilikkuse ja muutlikkuse seletamisel väga palju edasi ei jõutud. Geneetikat defi neeriti kui õpetust pärilikkusest ja muutlikkusest. Pärilikkuse ja muutlikkuse olemused jäid aga sisuliselt selgusetuks.

Muutlikkuse küsimused lahendati klassikalise geneetika perioodi lõpus, aasta- tel 1925–1940. Sel perioodil toimus geneetika süntees darvinismiga. Üheks tähtsa -maks asjaoluks, mis seda võimaldas, oli kunstliku mutageneesi avastamine. Kiirgus-mutageneesi avastasid USA geneetik Hermann Muller (1890–1967) ja Nõukogude radiobioloog Georgii A. Nadson (1867–1939) ning G. S. Filippov. Keemilise mutage-neesi selgitamine seostub eelkõige saksa-juudi päritolu Šoti zooloogi ja geneetiku Charlott e Auerbachi (1899–1994) ja Nõukogude teadlaste V. V. Sakharovi ning I. A. Rapoporti töödega. Paralleelselt arendati välja populatsioonigeneetika, milles on suuri-mad teened Inglise statistikul Ronald Fisheril (1890–1962), Inglise evolutsionistil John B. S. Haldane il (1892–1964), USA geneetikul ja evolutsionistil Sewall Wrightil (1889–1988) ja ukraina päritolu USA evolutsionistil Th eodosius Dobzhanskyil (1900–1975).

Th omas H. Morgan.

40

Gen

eetik

a aj

alug

u

Populatsioonigeneetika oligi see, mis Darwini teoorias puudus, põhjuseks eelkõige Darwini valed arusaamad pärilikkusest. Tekkinud süntees andis meile sünteetilise evolutsiooniteooria, mille põhiseisukohad kehtivad tänapäevani. Muutlikkusvormide vahekorra ja seoste selgitamisel populatsioonides jõuti järgmistele järeldustele (jn. 1.2):

1) muutlikkuse aluseks on pärilik genotüübiline muutlikkus;2) kombinatiivne muutlikkus on mutatsioonilisest muutlikkusest laiem;3) varjatud genotüübiline muutlikkus on ulatuslik reserv, millest tekib fenotüübiline

lisamuutlikkus;4) fenotüübilise muutlikkuse ulatuse määrab pärilik reaktsiooninorm;5) päriliku reaktsiooninormi ulatus on määratud populatsioonis genofondiga, isen-

dil aga tema genotüübiga.

Pärilik reaktsiooninorm

Genofond

Fenotüübiline muutlikkus Modifikatsioonilinemuutlikkus

Kombinatiivne genotüübilinemuutlikkus

Mutatsioonilinemuutlikkus

Fenotüübis avalduvgenotüübiline

muutlikkus

Joonis 1.2. Muutlikkusvormide vahekord ja seosed. Puhast fenotüübilist muutlikkust, mis on keskkonnasõl-tuv, nimetatakse modifi katsiooniliseks muutlikkuseks. Modifi katsioonilise muutlikkuse piirid on määratud päriliku reaktsiooninormiga. Pärilik reaktsiooninorm on determineeritud genofondi poolt. Genotüübilise muutlikkuse põhiosa on kombinatiivne muutlikkus, mille aluseks on mutatsiooniline muutlikkus. Suur osa genotüübilisest muutlikkusest ei avaldu, kuna see on fenotüübis mitt eavalduv genotüübiline muutlikkus e. varjatud genotüübiline muutlikkus.

1.1.3.2. Molekulaargeneetika etappMolekulaargeneetika alused töötasid mikroobigeneetika ja viirusegeneetika arengu põhjal kõigepealt välja USA teadlased George W. Beadle (1903–1989), Edward L.

Gen

eetik

a aj

alug

u

41

Tatum (1909–1975), Joshua Lederberg (1925–2008), Norton Zinder (1928–2012) jt. Üheks olulisemaks avastuseks oli Kanada päritolu USA teadlase Oswald Avery (1877–1955) ja kaastöötajate poolt 1944. a. bakterite transformatsioonikatsetega saadud ühesed tõendid, et pärilikkuse substraadiks on DNA. Tõsi, tänapäeval teame, et pärilik-kuse informatsiooni kandjaks võib olla ka RNA. 1953. a. tegid Inglise molekulaarbioloog Francis Crick (1916–2004) ja USA bioloog James D. Watson (snd. 1928) kindlaks DNA kaksikheeliksi struktuuri ning informatsiooni kodeerimise ja replikatsiooni võima-luse. USA-juudi päritolu Marshall W. Nirenbergi (1927–2010) ja Arthur Kornbergi (1918–2007), USA-hispaania päritolu Severo Ochoa (1905–1993) ning india-briti pärit-olu USA biokeemiku Har G. Korona (1922–2011) ning Prantsuse bioloogide François Jacobi (snd. 1920) ja Jacques Monod ’ (1910–1976) jt. tööde tulemusel selgitati pal-jude uute molekulaargeneetiliste protsesside olemus: matriitssünteesi mehhanismid, geneetiline kood, mutatsioonide ja rekombinatsiooni molekulaarsed mehhanismid jt. Kõik molekulaargeneetika uusavastustega seotud teadlased on erinevatel aastatel saanud Nobeli teaduspreemiad. Sel perioodil evolutsioneerus arusaam geenist: „1 geen – 1 ferment“-kontseptsioon asendus „1 geen – 1 valk“-kontseptsiooniga, viimane aga „1 geen – 1 polüpeptiid“-kontseptsiooniga. Pärilikkust ja geeni hakati defineerima päriliku e. geneetilise informatsiooni kaudu. Pärilikkuse defi neerimisel rõhutati nii pärilikkuse konservatiivseid, vähemuutuvaid (info säilimine ja realiseerumine) kui ka muutuvaid külgi (mutatsioonid ja rekombinatsioonid). Üks võimalikest definitsioonidest oleks järgmine: pärilikkus on geneetilise informatsiooni muutumine, säilimine, ümberkombi-neerumine ja realiseerumine organismide individuaalses arengus.

Prantsuse loodusteadlase Jean-Babtiste de Lamarcki (1744–1829) evolutsiooniteoo-ria osa, mida nimetatakse lamarkismiks, põhines ideel, et organismide eluajal omandatud tunnused päranduvad edasi järglastele. Geneetika areng lükkas selle idee ümber. Juba Saksa evolutsioonibioloog August Weismann näitas seda eksperimentaalsete katsetega. Selle nn. iroonilise teaduskatse käigus lõikas ta 22 põlvkonna hiirtel sabad, kuid vaatamata sellele sündisid ikkagi sabaga hiired. Ometi oleks ju väga lohutav, kui vanemate poolt keskkonna (nt. kasvatuse) toimel omandatud tunnused kanduksid järglastele edasi. Niisugune unis-tus sobis suurepäraselt kokku nõukogude ideoloogiaga: kui kasvatus ja ideoloogia on õiged, siis pärandub see edasi järglastele. Seega, nõukogude inimese järglased on ideoloogiliselt õiged nõukogude inimesed, teiste järglased aga mitt e ja neid tuleb kõigi vahenditega (kasu-tades ka repressioone) ümber kasvatada. Nõukogude Liidus vohas möödunud sajandi 50. ja 60. aastate algul Ukraina geneetiku-sordiaretaja Trofi m Lõssenko (1898–1976) loodud lamarkistlik pärilikkuseteooria, mida nimetatakse lõssenkismiks. Sel perioodil repressee-riti Nõukogude Liidus teisitimõtlevaid geneetikuid, näiteks Nikolai Vavilov (1887–1943). Lõssenkismiga koos tõsteti esile mitšurinlik bioloogia, mis oli lamarkismi üheks erivarian-diks ning põhines Ivan Mitšurini (1855–1935) töödel puuviljade sordiaretuses ja taimede vegetatiivsel hübriidimisel ning keskkonna mõjudel neile protsessidele. Siinkohal on vaja siiski selgituseks lisada, et tänapäeval on tõepoolest tõestatud ka transgeneratsioonilise epigeneetilise pärilikkuse olemasolu. Sel juhul moodustuvad keskkonnategurite (toit, keskkonnas olevad ained jms.) toimel organismidel tunnused, mis ilmnevad veel mitme järglaspõlvkonna vältel. Siin pole tegemist siiski juhuslike pärilike muutuste tekkega, vaid geenide suunatud avaldumisega ühtemoodi paljudel järglastel keskkonnategurite mõjul. Seda nähtust nimetatakse vältemodifi katsiooniks.

42

Gen

eetik

a aj

alug

u

Pärast 1970. aastaid tõusis molekulaargeneetika uuele tasemele. Leiti võimalu-sed võtta molekulaargeneetika meetodid kasutusele rakendusgeneetika probleemide lahendamisel. See seostub eelkõige geenide rakuvälise manipuleerimisega ja geenide eks-perimentaalse ülekandega ka võõrastesse organismidesse, mille tulemusel moodustuvad geneetiliselt modifi tseeritud organismid e. GMO-d. Nimetatu seostub selliste geneetika suuravastustega nagu pöördtranskriptsiooni ja restriktaaside avastamine, vektormoleku-lide väljatöötamine, kunstlik geenisüntees, geenipankade koostamine, võõra DNA viimine rakku jms. 1985. aastal töötas USA biokeemik Kary Mullis (snd. 1944) välja polümeraasi ahelreaktsiooni (ingl. polymerase chain reaction) e. PCR-meetodi, mis võimaldab lühikese ajaga amplifi tseerida (ingl. amplifi cation) spetsiifi list DNA-d, lähtudes üliväikesest DNA algkogusest. Talle anti selle avastuse eest 1993. a. Nobeli teaduspreemia.

Molekulaargeneetika avastused ja metoodilised võimalused muutsid loodus-teaduste olemust. Võrreldes näiteks botaanika-, zooloogia-, mikrobioloogia- või geneetikakongresside materjale, selgub, et kaugelt üle poole on sisuliselt sama lähtealu-sega, molekulaarbioloogia või molekulaargeneetika meetoditega tehtud uuringud. See suundumus üha levib, eelkõige seoses erinevate genoomide sekveneerimisega, sekve-neerimismeetodite täiustamisega. Põhitõuke sellele andis edukas teaduslik giga projekt – inimese genoomi nukoleotiidse järjestuse määramine.

Lähtudes teiste organismide nukleotiidsetest järjestustest, eeldati, et inimesel võiks olla ca 120 000 geeni. 2001. a. avaldati 2,7 miljardi nukleotiidipaariga inimese DNA, mil-les arvati olevat 30 000 kuni 40 000 geeni. Hilisemad uuringud on aga täpsustanud, et inimesel on ilmselt kõigest 20 000–25 000 struktuurgeeni. Genoomide uurimist nime-tatakse genoomikaks (ingl. genomics) ja praegusaja molekulaargeneetika ajajärk ongi genoomika periood. Genoomika koos bioinformaatikaga ei piirdu vaid üksikorga-nismide genoomide uurimisega. Võimalik on määrata ka bioloogiliste konsortsiumide genoomset koosseisu (keskkonnagenoomika). Teatavasti 90–95% mikroorganismi-dest ei saa tänapäevaste oskuste baasil laboratoorsetes tingimustes veel kultiveerida ja seega uurida. Genoomika annab võimaluse neid organisme uurida. Meie uurimisala mikroobimaailmas avardub kordades. Kuivõrd me saame lähtuda üliväikestest DNA alg-kogustest, siis on saanud võimalikuks määrata ka meie kaugete eellaste DNA järjestust (nt. neandertallase oma). Silmale pea nähtamatutest bioloogilise aine kogustest on võima-lik kriminalistikas tuvastada (identifi tseerida) üksikut indiviidi. Paralleelselt genoomika arenguga on välja töötatud ka meetodid geeniproduktide, RNA transkriptide (transkrip-toomika) ja valkude (proteoomika) massiliseks määramiseks. Ilmselt olemegi geneetikas praegu nn. oomika-ajastus. Genoomide sekveneerimine muudab meie arusaamu ja maail-mapilti, mistõtt u teadus on muutunud geneetika põhiseks. Põhjus pole üksnes teaduslik, vaid siiski ja ilmselt eelkõige praktiline, sest ainult teaduspõhiselt tagatakse geneetika nüüdsete saavutuste rakendamine meditsiinis, põllumajanduses ja biotehnoloogias.

Meeldejätmiseks• Geneetilise mõtte areng on otseses seoses vastuste leidmisega organismide pärilikkuse ja muutlikkuse

kohta.• Enne geneetika kui teaduse teket töötati välja geneetika põhimeetod – eksperimentaalsete ristamiste

tegemine e. hübriidimismeetod.

Gen

eetik

a aj

alug

u

43

• Klassikalise geneetika perioodil selgitati välja kromosoomide seos pärilikkusega.• Populatsioonigeneetika liitmisel Darwini evolutsiooniteooriaga tekkis tänapäevani toimiv sünteetiline

evolutsiooniteooria, mis andis ka selgituse organismide muutlikkuse põhjuste kohta.• Molekulaargeneetika perioodil selgitati välja geneetilise informatsiooni säilimine, muutumine, ümber-

kombineerumine ja realiseerumine organismide individuaalses arengus.• Insenerigeneetika viis biotehnoloogia väljakujunemisele, praktiliste rakendusteni meditsiinis ja põllu-

majanduses.• Genoomide mass-sekveneerimine on muutnud meie arusaamu elusloodusest ja elu olemusest.• Nüüdisaja teadus on jõudnud geneetika ajajärku.

1.2. Geneetika rakendusedKuivõrd pärilikkus on elu üks põhiomadusi ja määrab elu teisi omadusi, siis on genee-tilised uurimused seotud tihedalt elu olemusega. Geneetika on väga suure rakendusliku tähtsusega, eelkõige põllumajanduses ja meditsiinis. Nüüdisaegsete geneetikameeto-dite (geenitehnoloogia, rakutehnoloogia, embrüotehnoloogia) rakendamisel räägitakse rakendusgeneetikast (ingl. applied genetics) või üldisemalt biotehnoloogiast (ingl. biotechnology). Geneetikameetodite baasi ja teadmiste tormilise kasvuga on oluliseks tõusnud ka geneetilise ohu (ingl. biohazard) ja bioeetika (ingl. bioethics) küsimused.

1.2.1. Põllumajandus Aretustöö on igipõline. On teada, et juba 7000–10 000 aastat tagasi aretati esimesed nisusordid. Geneetikameetodeid hakati rakendama aretustöös laiemalt aga alles 20. sajan-dil. Näiteks hübriidmaisi saagikus on tõusnud võrreldes vanemsortidega 250%. Oluline on selektsioonitöös ka stressikindlate sortide aretamine, eriti kasvatamiseks mitt eopti-maalsel agrofoonil (arengumaades) ja ebasoodsates keskkonnatingimustes.

Paljud tänapäeva taimesordid sisaldavad lisageene, need sordid on geneetiliselt modi-fi tseeritud. Üks võõraste geenide ülekande põhimeetodeid seisneb bakteri Agrobacterium tumefaciens i Ti-plasmiidi vahendatud geenide ülekandes taimedesse. Näiteks bakteri Bacillus thuringiensis e Bt-geeni (kodeerib putukatele toksilise valgu Bt-toksiini sünteesi) sisseviimisel taime, muutub taim resistentseks mõnede kahjurputukate suhtes. Kui viia aga taime sisse herbitsiidiresistentsust määravad geenid, siis saame hoida agrotehniliselt kasvatatavat sorti umbrohupuhtana. GMO-de kasutamine on tänapäeval rahvusvaheli-selt ning riigiti küllalt rangelt kontrollitud. Algpõhjuseks on potentsiaalne biooht, näiteks GMO kontrollimatu levik looduses, mitt eteadaolevate allergiliste või toksiliste ainete süntees või näiteks herbitsiidi- või ravimiresistentsusgeenide horisontaalne looduslik edasikanne. Kõik nimetatud ohud on potentsiaalsed ning tootmiseks soovitatavatel tai-mesortidel pole neid kahjulikke mõjusid siiani veel kindlalt tõestatuna üldsegi avastatud. Seevastu on aga palju ühesemalt näidatud, et seda, mida uurijad teevad katseklaasis, teeb loodus niikuinii ka ise. GMO-de küsimus on seepärast praegu pigem majanduslik, seostu-des püüdega kaitsta oma riigi tootjaid teiste riikide palju saagikamate GMO-sortide eest.

Koduloomade tõuaretuses saadakse klassikaliselt suurema muna-, piima- või lihatoo-danguga tõuge. Tõuaretusse tõi pöörde kunstliku seemendamise massiline rakendamine,

44

Gen

eetik

a aj

alug

u

mis võimaldas hakata pidama korrektseid tõuraamatuid, jälgima sordiaretuse kulgu. Isaslooma sperma kogumisel ja külmutamisel saab seda kasutada tuhandeteks see-mendusteks. Järgmisele tasemele tõusis tõuaretus aga loodete siirdamise metoodika väljatöötamisega, mis võimaldab lühikese ajaga kari välja vahetada või luua kiiresti uus kari. Järgmine tase võib saabuda juba transgeensete ja kloonitud loomade kasutami-sega. Siiani on nende meetodite laialdasem kasutus piiratud oluliste probleemidega elujõuliste ning geneetiliselt täisväärtuslike järglaste saamisel. Arvestades arengugenee-tika väga kiiret arengut, võib siin lähiaegadel oodata uut läbimurret.

1.2.2. MeditsiinGeneetilised uuringud on alati olnud suures ulatuses seotud meditsiiniga ja nende ees-märgiks on olnud meditsiiniprobleemide lahendamine. Need uuringud on võimaldanud leida viise võitluses nakkushaigustega ning sedastada geene, mis on otsustavad pärilike haiguste tekkel. Ilma geneetikute tööta poleks meil näiteks tänapäevaseid efektiivselt toi-mivaid vaktsiine.

Juba möödunud sajandi algul näitas Inglise arst Sir Archibald E. Garrod (1857–1936), et alkaptonuuria on perekonniti päranduv. Aasta-aastalt leiti üha uute geneetiliste haiguste geene. Näiteks Huntingtoni tõbi (raske neuroloogiline haigus) või tsüstiline fi broos (ioon-kanalite funktsioneerimishäire kloriidide rakku sisse ja sealt välja trans-pordil). Seega, molekulaarsete diagnostikameetoditega on võimalik tuvastada haigusi põhjustavaid mutantseid geene. See aitab leida optimaalseid ravivõimalusi. Ilmselt isegi olulisem on sünnieelne diagnostika, eriti juhul, kui vanemate suguvõsades esineb genee-tilisi haigusi. Eelmise sajandi lõpul selgitati samuti, et ka komplekssete haiguste puhul on tegevad konkreetsed geenid.

Ka vähk on oma põhiolemuselt geneetiline haigus. Kuivõrd rakkude jagunemist ja diferentseerumist kontrollivad geenid, siis nende geenide mutatsioonid võivad organismi eluajal muuta raku kasvu kontrollimatuks. Seepärast on vähk ka arengubioloogiline haigus. Üldiselt on vähi tekkel tegemist mitmete geenidega, mis vähi väljaarenemiseks peavad kõik muteeruma. Vähi tekke sagedust vähendab siiski olukord, kus vastavate gee-nide mutatsioonid ei pruugi tekkida ühes ja samas rakus ning rakk ei muutu kasvajalikuks. Mitme mutatsiooni esinemise tõenäosus suureneb vanusega. Teisalt, kui mingi vähi geene organismis pole, siis puudub sel organismil ka eelsoodumus vastava haiguse tekkeks.

Inimgenoomi puhul on päevakorda tõusnud personaal- e. individuaalmeditsiini küsimused. Teatavasti pole ravimid universaalsed – nende toime sõltub organismist, tema genotüübist. Seega, kui meil oleksid nn. geneetilised ravimid, mis toimivad vaid kindlate geenide ja genotüüpide puhul, oleks ravi kindlasti palju edukam. Personaalmeditsiini tun-gimine igapäevameditsiini on seniste teadusandmete põhjal siiski veel kauge ootus, kuid ilmselt võimalik tulevikus.

1.2.3. VäärkasutusedMeie käitumine ja isiksuseomadused on väga suures ulatuses geneetiliselt määratud. Näiteks pole kahtlust, et alkoholismil, skisofreenial ja maniakaalsel depressioonil on oluline geneetiline eelsoodumus. See tähendab, et vastavate geenidega isikutel on märksa suurem neisse haigustesse haigestumise risk. Kui keskkonnarisk (nt. alkohol) puudub, siis vastavat haigust (alkoholism) muidugi ei teki.

Gen

eetik

a aj

alug

u

45

Darwini loodusliku valiku üheks aluseks on idee, et organismi ebasobivad tunnused asendatakse evolutsiooni käigus kasulikumatega. Francis Galton arendas seda ideed edasi inimeste puhul. Ta arvas, et kui inimese vaimsed ja füüsilised tunnused on evolutsionee-runud, siis need on päritavad ja neile rakendub valik. Inimsoo kiiremaks parendamiseks saaks kasutada kunstlikku valikut. Fr. Galton võttis kasutusele mõiste „eugeenika” (ingl. eugenics), mille mõte seisneb selles, et heade omadustega vanematel tuleb soodus-tada, geneetiliselt kehvemate omadustega vanematel aga takistada järglaste saamist. Eelistunnusteks pidas ta intelligentsust, loomingulisust, tugevat tervist ja moraalsust. Kõrvaldatavateks tunnusteks olid madal intelligentsus, vaimuhaigused, kriminaalne käitumine ja alkoholism. 20. sajandi esimesel neljal aastakümnel rakendati eugeenikat laialdaselt paljudes maades. USA-s steriliseeriti näiteks indiviidid, keda peeti idiootideks või retsidivistideks. Pooltes osariikides oli seadusega ett e nähtud ka alkohoolikute, epi-leptikute ja väära seksuaalse orientatsiooniga indiviidide steriliseerimine. Põhjamaades rakendati steriliseerimist kauem. Rootsi tegi seda 1960. aastateni.

Eugeenika leidis rakendamist ka immigratsioonipoliitikas. Näiteks eelistati 20. sajandi 20. aastatel USA-s sisserändajaid Põhja-Euroopast, piirangud seati aga sisse neile, kes tulid Vahemere maadest, Hiinast ja Kesk-Euroopast. Üks julmemaid eugeenika raken-dusi oli juutide ja mustlaste massiline hävitamine natsliku Saksamaa poolt.

Ehkki eugeenika eesmärgid olid pigem humaansed (inimsoo parendamine), olid rakendused inimsusevastased, eelkõige ebaselgete kriteeriumide tõtt u, ning, mis kõige tähtsam, nende ideede rakendused ei andnud mingisugust olulist geneetilist efekti, sest organismide kombinatoorne muutlikkus on ülisuur. Demokraatlikes heaoluühiskondades aga peab riik geneetiliste haigustega isendeid (neist paljud ka kriminaalid) ülal pidama. See tekitab lisaprobleeme. Veelgi enam, probleem on ka selles, et mingite kahjulike gee-nide olemasolus pole inimesed ise ju süüdi. Miks nad peavad aga selle pärast kannatama, sest nad kõrvaldatakse ühiskonnast? Ja üldse, kes on see jumal, kes ütleb, millised geenid on halvad? Eeldades, et mutantsed, metsiktüübist muutunud geenid on kahjulikud ja hal-vad, siis peaksid mõnede haiguste puhul olema ühiskondlikud repressioonid õigustatud ja aktsepteeritavad. Ka suguliste väärorientatsioonide avaldumise puhul on üldiselt põh-juseks geneetilised faktorid ning demokraatlik ühiskond peaks seda olukorda tolereerima. Inimese muutunud tunnuseid nimetatakse geneetilisteks defektideks. Meditsiini arene-des suureneb populatsioonides kahjulike mutantsete geenide sagedus, mis võiks ohustada inimpopulatsiooni geneetilist väärtust. Tänapäeval suurenev rahvaste rändamine ja rah-vustevaheliste abielude järglased on geneetiliselt positiivne nähtus, sest need suurendavad inimeste heterogeensust ja vähendavad mutantsete geenide avaldumist.

Meditsiini ja ühiskonna heaolu arenguga kasvab inimeste eluiga. Praegu sündivad lapsed võivad elada eeldatavalt ilmselt keskmiselt 100-aastasteks. Meditsiini areng on samas seotud ka eetiliste probleemidega. Kas tüvirakkudest organite ja kudede kunstlik kasvatamine ja tulevikus inimorganite nendega asendamine on aktsepteeritavad? Isegi kui oleksime praegu pigem eitaval seisukohal, peame tõdema, et teaduse arengule kätt ett e panna ei saa ning ajad, arusaamad ja ühiskonnad muutuvad. Seadustesse fi kseeritud erisused, erinevalt teistest bioloogilistest objektidest, loob inimene endale ise.

46

Gen

eetik

a aj

alug

u

Meeldejätmiseks• Nüüdisaegsete geneetikameetodite (geenitehnoloogia, rakutehnoloogia, embrüotehnoloogia) rakenda-

mist praktiliste ülesannete lahendamiseks nimetatakse biotehnoloogiaks.• Geneetiliselt modifi tseeritud taimesortidesse (GMO) on viidud taimedele võõrad geenid, mis määravad

näiteks resistentsust putukate ja herbitsiidide suhtes.• Võõraid geene sisaldavad transgeensed loomad ja keharakkudest kloonitud loomad on kasulikud tõu-

aretustöös, siiski veel mitte produktiivtõugude loomiseks.• Inimese haigused on geneetiliselt determineeritud, eelsoodumus suurendab haiguste tekke tõenäosust

kindlates keskkonnatingimustes.• Eugeenika kui õpetus inimese tõupuhtusest sisaldab oma rakendustes ühiskonnale siiani siiski veel eeti-

liselt vastuvõtmatuid põhimõtteid ja meetodeid.

2. GENEETIKA EESTIS

Üllatavalt ja esmapilgul ootamatult tuleb tõdeda, et Eestis on geneetikaga tegeldud palju kauem kui üldiselt arvatakse ja seda on tehtud heas kooskõlas maailmateaduse arenguga, antud juhul siis geneetika ja selektsiooni valdkonnas.

2.1. Geneetika uurimissuunad ja struktuuridKäesolevas õpikus saame esitada vaid kõige üldisemad andmed Eesti geneetika arengust. Teema vajaks aga just Eesti teaduse kontekstis eraldi läbitöötamist, käsitlust ning tule-muste trükis avaldamist.

2.1.1. Antropoloogia, eugeenika ja tsütogeneetika EestisAntropoloogilised uuringud ulatuvad Eestis tagasi aastasse 1776. Eestlaste põhjaliku ja süstemaatilise antropoloogilise uurimisega tegi algust siiski ja eelkõige Juhan Aul (1897–1994, kuni 1931. aastani J. Klein). 1932. a. ilmus tal „Muhulaste antropoloogia” ja 1936. a. antropoloogiline ülevaade kogu Eesti kohta. Kaasaegse inimgeneetika ja geneetilise konsultatsiooniga hakati tegelema Nõukogude perioodil TRÜ Meditsiini Kesklabora-tooriumis ja arstiteaduskonnas Aavo-Valdur Mikelsaare ja Tiina Talviku juhtimisel. Juba Nõukogude perioodil kujunes Tartus välja maailmas arvestatav ja Nõukogude Liidus üks juhtivaid tsütogeneetika laboreid. Valmistati ett e suur hulk inimese tsütogeneetikuid, kelle osa Eesti geneetika arengus on olnud väga oluline.

Eugeenika oli Eestis populaarne 20. sajandi 20. ja 30. aastatel. Kardeti eesti rahva man-dumist ja soovitati kontrollida sigimist, lähtudes tervisest ja rassist (nt. Jaan Tõnisson, luuletaja Villem Grünthal-Ridala). Aastal 1924 loodi Eesti Eugeenika ja Genealoogia Selts (algse nimetusega selts „Tõutervis”), mille aktiivseteks liikmeteks olid arst Hans Madisson (kuni 1936, hiljem Hans Madissoon; 1887–1956), zooloog-antropoloog Juhan Aul, arst Juhan Vilms (1893–1952) jt. Selts propageeris vaimuhaigete ja alaväärtuslike steriliseerimist. Samas polnud see seotud rassismiga (nagu USA-s ja Saksa maal). 1936. a.

Gen

eetik

a aj

alug

u

47

andis riigivanem Konstantin Päts välja dekreedi sundsteriliseerimisest (jõustus 1.04.1937). Steriliseeritavate kategooriasse kuulusid pärilikult vaimuhaiged, nõdrameelsed, raskelt lan-getõbised ja pärilike defektidega inimesed, kui nad oma sugutungi tõtt u võisid olla ohtlikud endale või ühiskonnale. Teatakse, et Eesti Vabariigis steriliseeriti 41 inimest (Lätis 60). Tartu ülikoolis loodi ja toimis sõdadevahelisel ajal (1939–1941) Tartu ülikooli eugeenika õppetool ja Eugeenika instituut, mis paiknes Tartu botaanikaaias ja mida juhatas Hans Madissoon. Saksa ajal ei toimunud siiski Eestis selliseid asju nagu Saksamaal, samuti mitt e vaimuhaigete hävitamist nagu mujal Baltikumis. Nõukogude okupatsiooni taastamisega sai eugeenika kui teadus surmahoobi: Hans Madissoon represseeriti, Juhan Aul kaotas töökoha ülikoolis. Kuigi eugeenika muutus tabuteemaks, jätkus eugeeniline praktika ka Nõukogude ajal ja isegi palju intensiivsemalt. Hinnanguliselt steriliseeriti tol perioodil Eestis ca 1000 inimest. Seda tehti sageli teiste operatsioonide n-ö. kõrvalsaadusena. Valdavalt steriliseeriti vaimuhaigeid ja teatud sotsiaalse näidustusega inimesi (nt. prostituute, keda väidetavalt Nõukogude ühiskonnas polnudki).

2.1.2. Sordiaretus EestisEsimesed teaduslikud katsed sordiaretuses Eestis tegi krahv Friedrich G. M. Berg (1845–1938), kes sai 1875. a. kohaliku rukki ja sordi „Probstei” vaba ristamise tule-musel edaspidi väga edukalt kasutatava uue talirukkisordi „Sangaste”. Organiseeritud sordiaretus toimus Eestis juba aastast 1912. Tähtis on aga, et 1926. a., pärast Kehra Sordiaretusjaama ülevõtmist, asutati Jõgeva Sordiaretusjaam. Selle jaama sordikas-vanduse osakonna juhatajaks sai üks tuntumaid Eesti teraviljade sordiaretajaid, Mihkel Pill (1884–1951), kes oli juba 1914. aastast Eestis levitanud Ch. Darwini õpetust loodus-likust ja kunstlikust valikust, H. de Vriesi mutatsiooniteooriat ja J. G. Mendeli pärilikkuse seaduspärasusi ning nende rakendamist sordiaretustöös. Samal ajal oli uute kartuli-, juur- ja kaunviljade sortide aretuses Jõgeva Sordiaretusjaamas äärmiselt edukas Julius Aamissepp (1883–1980). Viimane tegeles edukalt ka puuvilja- ja marjasortide are-tusega, valdkonnaga, mis Nõukogude ajal viidi üle Polli katsebaasi. Kuni tänaseni on Polli Arendusuuringute Keskuses uute sortide aretusega edukalt tegelnud Kalju Kask. Nõukogude perioodil, aastast 1956, allus Jõgeva Sordiaretusjaam Sakus asetsevale Eesti Maaviljeluse ja Maaparanduse Teadusliku Uurimise Instituudile. Eesti geneetika seisukohalt on tähtis, et Nõukogude perioodil käivitas akadeemik Hans Küüts taime-aretuses geneetika-tsütoloogia laboratooriumi. Sordiaretajaid on ett e valmistatud Eesti Põllumajanduse Akadeemias (praegu Eesti Maaülikool).

Aastast 1957 asutati Eestis Eksperimentaalbioloogia Instituut. Selle geneetikasek-tori juhatajaks sai kiirgusmutageneesiga tegelnud Toivo Orav (1932–1989). Viimane on avaldanud ka geneetikat laiemalt tutvustava eestikeelse raamatu (T. Orav, „Kiirgused ja organismid”, Tallinn: Valgus, 1965). Instituudi direktoriks oli kaua aega Oskar Priilinn (1926–2012) Nüüd on Eksperimentaalbioloogia Instituut ühinenud Eesti Maaülikooliga ja reorganiseeritud. Taimegeneetika valdkonnas on senini ainsaks eestikeelseks raama-tuks Juhan Kalami „Geneetika” (Tallinn: Valgus, 1974).

Kui taimesortide aretamisel oldi väga edukad, siis põllumajandusloomade tõu-aretuses jäädi kauaks vanale tasemele, ehkki juba 1885. aastast hakati paremaid veiseid märkima tõuraamatutesse. Nõukogude ajal vastutas tõuaretuse eest Eesti Loomakasva-tuse ja Veterinaaria Teadusliku Uurimise Instituut, millele valmistas kaadrit ett e Eesti

48

Gen

eetik

a aj

alug

u

Põllumajanduse Akadeemia põllumajandusloomade aretuse kateeder. Viimases töötas prof. Rein Teinberg (1935–1995). Eestikeelse geneetikakirjanduse üheks ülevaatliku-maks õpikuks-käsiraamatuks on TÜ õppejõu Mart Viikmaa toimetatud Rein Teinbergi õpik „Põllumajandusloomade geneetika”, Tallinn: Valgus, 1978, samuti sama autori „Põllumajandusloomade erigeneetika” (1983). Loomade tõuaretuses on suurema kuul-suse saavutanud ilmselt Eesti raskeveohobune, keda nimetatakse aretuskoha järgi ka tori hobuseks. Viimane on saadud väga erinevate hobusetõugude ristamisel, millest üheks oli eesti hobune.

2.1.3. Klassikalise geneetika perioodMendeli seaduste taasavastamise järel toodi eestikeelsetesse õpikutesse üllatavalt kiiresti sisse tolleaegsed geneetika uusavastused. Juba 1924. a. on keskkooli lõpuklassi kursuses sügavuti esitatud klassikalise geneetika põhiseisukohad Aleksander Audova (1892–1932) õpikus „Üldine bioloogia” (Tartu: Loodus, 1924), samuti käsiraamatuna välja antud teoses „Pärivus ja valik: tõutervishoiu käsiraamat” (Tartu: Loodus. Toimet. A. Audova, A. Lüüs, H. Madisson, J. Vilms, 1927). Siit on eestikeelsesse sõnavarasse too-dud ka mõisted „pärimus” tunnuste pärandumise tähenduses ja „värdjad” tänapäeval kasutatavas hübriidsete järglaste tähenduses.

K lassikalise geneetika põhjaliku adekvaatse käsitluse leiame eestikeelses kir-janduses eelkõige Tartu ülikooli professori Johannes Piiperi (1882–1973) õpikust „Arenemisõpetuse ajaloo põhijooni” (Tartu: Noor Eesti, 1937). Raamat ise on kirjutatud valdavalt Darwini evolutsiooniõpetusest, Darwinile eelnenud ja järgnenud tea-dussaavutuste perioodidest. Käsitletavast perioodist tuleb ära märkida ka Eesti Teaduste Akadeemia presidendi (aastast 1938) professor Karl Schlossmanni (1885–1969) õpikut „Üldine mikrobioloogia ja immuunsusõpetus” (Tallinn: Loodus, 1940). Nimetatud raamat ilmus ETA ülikoolide õpperaamatute komisjoni väljaandena nr. 2. See ja teised ülalesitatud trükised näitavad, millist rõhku asetati tol perioodil eestikeelsete õpikute välja andmisele, sellega ka eestikeelse teadussõnavara tekkele.

2.1.4. Nõukogude periood Eesti geneetikasNõukogude perioodi algusaastad (1945–1965) olid geneetika arengus rasked ajad, sest kõik, mis seostus mendelismi-weismannismi-morganismiga, oli reaktsiooniline teadus. Roh-kemgi, sellega oli lausa ohtlik tegelda, sest kaasnesid repressioonid, eriti pärast kuulsat 1948. a. augustisessiooni („Olukorrast bioloogiateadustes”, Tartu: Teaduslik kirjandus, 1948). Augustisessiooni järel kuulutati Nõukogude teaduses geneetika ainuõigeks teooriaks lõs-senkism, mis põhines eluajal omandatud tunnuste pärandumisel (lamarkismil). Gulagis hukkusid mitmed tuntumad Nõukogude geneetikud. Lõssenkismi toetas ja esines ses-sioonil ka Eesti Teaduste Akadeemia tolleaegne president, geneetik-sordiaretaja Johan G. Eichfeld (1893–1989). Nii nagu Nõukogude Liidus üldse, nii ka Eestis oli lõssenkismi e. tol ajal mitšurinlikuks bioloogiaks nimetatu pooldajaid. Selle suuna aktiivsed pooldajad aval-dasid ka oma brošüüre, näiteks ETA akadeemik Harald Habermani (1904–1986) brošüür „Materialismi ja idealismi võitlusest bioloogias” (Tallinn: ERK,1961) ja Oskar Priilinna brošüür „Kaasaja geneetika küsimusi”, (Tallinn: ERK,1964). Hiljem loobusid mõlemad avalikult oma mitšurinlikest seisukohtadest.

Gen

eetik

a aj

alug

u

49

Tartu Riikliku Ülikooli matemaatika-loodusteaduskonna koosseisus hakkas 1944. aastal tööle üldbioloogia ja darvinismi kateeder. Aastatel 1944–1948 juhatas kateed-rit dotsent Harald Haberman, edasi aastani 1951 prof. Liidia Poska-Teiss (1888–1956). 1951. a. introdutseeriti siia Leningradi ülikooli lõpetanu mitšurinlane Oleg Mihhailov ning kateeder nimetati ümber geneetika ja darvinismi kateedriks. Eestis toimus lõs-senkismi kõrvaldamine pretsedenditult vara, 1962. a. Sel ajal oli kateedri juhataja kuni aastani 1971 teadusliku geneetika tulihingeline pooldaja, loomageneetik Ülo Pavel (1927–2005). Temalt pärineb eestikeelne veterinaargeneetika õpik: Ü. Pavel, „Vete-rinaargeneetika” (Tallinn: Valgus, 1977). Kaasaegse geneetika tagasitoomisel Tartu ülikooli ja selle õpetamisel oli tähtis Ü. Paveli brošüür „Pärilikkus, geenid ja haigu-sed” (Tallinn: Valgus, 1966). Edasi ilmus hilisema geneetikaprofessori Ain Heinaru molekulaargeneetika-alane õppevahend „Pärilikkus ja nukleiinhapped” (TRÜ, Tartu, 1980). Kaasaegse geneetika tagasitoomisel Tartusse on veelgi suurem osa olnud taime-geneetikul ja evolutsionistil, hilisemal evolutsiooniprofessoril Henni Kallakul, kes oli kateedrijuhataja 1971–1981 ning kelle eestvedamisel nimetati kateeder 1976. a. genee-tika ja tsütoloogia kateedriks. Ta on avaldanud rea eestikeelseid õpperaamatuid, neist kokkuvõtvaim H. Kallaku „Bioevolutsioon” (Tallinn: Valgus, 1990). Aastast 1982 sai kateedrijuhatajaks hilisem TÜ rektor ja professor Jüri Kärner (1940–2010).

Lõssenkismi perioodil oli geneetikute põlvkond täielikult hävitatud, seda tuli hakata kasvatama nullist, alates tudengitest. Kui käesoleva õpiku autor astus 1962. a. Tartu Riiklikku Ülikooli, õppis geneetikat neli noormeest. Neist Tõnu Soidlast sai hiljem Leningradi (nüüd Peterburi) ülikoolis pärmigeneetik ja õppejõud, Rein Salu-rist kirjanik, Toomas Sutt ist (1938–1994) teadusfi losoof ja Tõnu Tammest Leigo talu pidaja ja Leigo järve muusikaürituste korraldaja. Järgmised olidki Ain Heinaru, esmalt kui bakterigeneetik, ja Jaak Soom, kellest sai samuti Peterburi ülikooli pärmigeneetik. Selline temaatika ja väikesearvuline geneetikute osakaal lõpetajate hulgas olid tingitud olukorrast, kus tollases kateedris polnud piisavalt ei teadmisi ega aparatuuri, et anda kaas-aegset geneetikaharidust. Näiteks A. Heinaru teadustöö toimus väljaspool kateedrit, TRÜ arstiteaduskonna mikrobioloogia kateedris juhendajaks dots. Eugen Tallmeister (1916–2006) (kateedri juhataja prof. Akivo Lenzner). Kui ma 1972. a. geneetika kateedrisse tööle tulin, siis oli minu käsutuses vaid üks ahju taga olev kirjutuslaud (see-eest küllalt suur). Sellest tuli alustada õppetöö ja teaduse tegemist ning uue geneetikute põlvkonna väljaõpetamist. Õnneks rajas ja juhtis Eesti molekulaarbioloogia rajaja ja õpetaja Artur Lind (1927–1989) 1960. aastatel Tartu ülikooli juures molekulaarbioloogia laborit, mis sai mitmekümneks aastaks Eesti molekulaargeneetika arengu kristallisatsioonitsentriks.

2.1.5. TÜ MRITartu ülikool lõi rektor prof. Jüri Kärneri käskkirjaga 1990. aastal ülikooli uuetüübilise teadus- ja õppeinstituudi, Tartu Ülikooli Molekulaar- ja Rakubioloogia Instituudi (TÜ MRI). Instituuti koondati ülikooli molekulaarbioloogia laboratoorium, genee-tika ja tsütoloogia kateeder, osa arstiteaduskonna Üld- ja Molekulaarpatoloogia Instituudist ja mitmeid Eesti soost välismaal töötavad inimesed. Ülikoolisisese instituudi toimimise põhiideeks oli teaduse ja õppe täielik ühildamine, ühesuguste kvaliteedikri-teeriumide sisseseadmine teadlastele ja õppejõududele, pidevalt konkursiga valitavad töökohad ja põhieesmärkide teostamisel üksikküsimuste erinevuse foonil siiski konsen-

50

Gen

eetik

a aj

alug

u

suse saavutamine. Õppe- ja teadustöö ühildamiseks loodi kaheksa õppetooli. TÜ MRI esimeseks direktoriks (1990–1995) ja instituudi esimeseks väljakujundajaks oli professor Ain Heinaru. Nüüd, 23 aastat hiljem saame tõdeda, et sellel asutusel on olnud Eesti geneetika arengus kahtlusteta keskne roll. TÜ MRI-s on käsitletaval perioodil olnud val-davalt vaid kaheksa professuuri, kuid instituudis on töötanud juba kokku 23 professorit, neist kuus Eesti Teaduste Akadeemia akadeemikut, seitse on olnud ka instituudi direkto-riks/juhatajaks (jn. 1.3).

Eri aegadel on Eesti teaduse suunamisel täitnud olulist rolli instituudi professorid: üks ETA president (prof. Richard Villems), üks Eesti Vabariigi haridusminister (prof. Toivo Maimets), üks HTM-i teadusosakonna juhataja (teadusreformi teostamine) (prof. Ain Heinaru), kaks TÜ rektorit (professorid Jüri Kärner ja Alar Karis), kaks TÜ prorektorit, kaks TÜ dekaani. TÜ MRI kaksikvend on Eesti Biokeskus, mida juhib TÜ MRI professor (Richard Villems). TÜ MRI baasil on tekkinud TÜ Tehnoloogiainstituut ja TÜ Eesti Geenivaramu, millede direktoriteks on olnud vastavalt TÜ MRI professorid Mart Ustav ja Andres Metspalu. TÜ MRI professoritest on saanud ka välismaiste tippteadusüksuste juhid: professor Mart Saarma Helsinki ülikooli Biokeskuses ja professor Toomas Kivisild Cambridge’i ülikooli Leverhulme’i Inimesegeneetika Keskuses. TÜ MRI on toiminud ja käitunud kui akadeemiline ema, kes laste lahkumisel on kaotanud osa oma tasemest, kuid uute noorte tulekuga taastanud jällegi oma positsioonid. Just sel viisil on suudetud kasva-tada ja laiendada molekulaargeneetika suunda Eesti teaduses.

Peale Eesti taasiseseisvumist on instituudis lõpetanud doktorantuuri ja kaitsnud PhD kraadi juba üle 150 inimese, instituudi lõpetanud on loonud mitukümmend biotehnoloo-giafi rmat, kus töötab sadu inimesi. MRI lõpetanud on moodustanud Eesti Maaülikooli teaduslaborid, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi molekulaargeneetika labora-tooriumi ning Tallinna Tehnikaülikooli geenitehnoloogia osakonna (professorid Toomas Neuman, Peep Palumaa, Tõnis Timmusk, Erkki Truve jt.).

Käesoleval ajal on TÜ MRI ja temaga tihedalt koos töötavad EBK, TÜ EGV, TÜ TI ja TÜ FI (mõned teemakohased laboratooriumid) rahvusvahelise tugevuse ja renomeega teaduskeskus. Seda kinnitab ka nende üksuste baasil eri aegadel moodustunud ja edukalt töötanud erinevad teaduse tippkeskused. Teadusressursi koondumisel on lisaks inten-siivsele väliskoostööle viimastel aastatel oluliselt tihenenud ka koostöö TT Ü ja EMÜ-ga, samuti ülikooli teiste teaduslaboritega. Oluline on olnud instituudi varustamine kõige moodsama ja eesrindlikuma teadusaparatuuriga. Ülalnimetatud konsortsiumides töötab oluline osa Eesti teadlaskonnast. TÜ MRI osa ülikooli koguteaduses on ca 15%. Moleku-laargeneetika on saanud Eesti teaduse üheks juhtivamaks haruks.

Meeldejätmiseks• Antropogeneetika on olnud ajalooliselt üks Eestis viljeldumaid geneetika arengusuundi.• Eestis on toimunud pikaajaline sordi- ja tõuaretus ning sellega seonduvad teadusuuringud.• Klassikalise geneetika uusavastused toodi Eesti haridussüsteemi väga kiiresti ning selleks koostati

eestikeelsed õpikud.• Lõssenkismi periood hävitas Eesti geneetika täielikult.• Tänapäeval on molekulaargeneetika muutunud Eestis väga mahukaks, rahvusvaheliselt koteeritavaks ja

läbilöögivõimeliseks uurimissuunaks.

Gen

eetik

a aj

alug

u

51

TÜ M

RI p

rofe

ssor

id:

Arv

i Fre

iber

gA

in H

eina

ruH

enni

Kal

lak

Ala

r Kar

isM

aia

Kiv

isaa

rTo

omas

Kiv

isild

Ant

s K

urg

Jüri

Kär

ner †

Mar

is L

aan

Agu

Lai

skTo

ivo

Mai

met

sA

ndre

s M

etsp

alu

Ülo

Niin

emet

sPe

ep P

alum

aaM

argu

s Po

oga

Mar

t Ust

avM

aido

Rem

mJa

anus

Rem

me

Mar

t Saa

rma

And

res

Salu

met

sJu

han

Sedm

anJa

ak T

ruu

Ric

hard

Vill

ems

EBK

dire

ktor

id:

Ric

hard

Vill

ems

TÜ T

I dire

ktor

id:

Mar

t Ust

av

TÜ F

Idi

rekt

orid

:A

rvi F

reib

erg

TÜ E

esti

Gee

niva

ram

udi

rekt

orid

:A

ndre

s M

etsp

alu

TÜ M

RI d

irekt

orid

:A

in H

eina

ruA

lar K

aris

Toiv

o M

aim

ets

Mar

t Ust

avJa

anus

Rem

me

Juha

n Se

dman

Ric

hard

Vill

ems

Hel

sink

i Ülik

ooli

Bio

kesk

use

dire

ktor

id:

Mar

t Saa

rma

Cam

brid

ge’i

Ülik

ooli

dire

ktor

id:

Toom

as K

ivis

ild

TÜ re

ktor

id:

Ala

r Kar

isJü

ri K

ärne

r †

TÜ p

rore

ktor

id:

Ain

Hei

naru

Toiv

o M

aim

ets

TÜ d

ekaa

nid:

Ain

Hei

naru

Toiv

o M

aim

ets

EV h

arid

usm

inis

ter:

Toiv

o M

aim

ets

EV H

TMte

adus

osak

onna

juha

taja

:A

in H

eina

ru

ETA

pre

side

nt:

Ric

hard

Vill

ems

EV a

kade

emik

ud:

Arv

i Fre

iber

gA

gu L

aisk

And

res

Met

spal

uM

art S

aarm

aM

art U

stav

Ric

hard

Vill

ems

Joon

is 1.3

. Tar

tu Ü

likoo

li Mol

ekul

aar-

ja Ra

kubi

oloo

gia I

nstit

uudi

e. T

ÜM

RI pr

ofes

sorid

1990

–201

2.