GENETIKA – ISPIT

Genetika je grana biologije koja se bavi proučavanjem nasljednosti. Čovjek se davno počeo baviti križanjem rasa domaćih životinja (prije 5000 god. – križanje konja). Saznanja o postojanju splnih organa kod biljaka su ranije poznata (Babilonci i Asirci su vršili oprašivanje ženskog drveta datulje i razlikovali su muško i žensko drvo). Kamerarins 1964. u Europi je prvi objavio radove koji govore o splnim organima kod biljaka. Care Linnea 1760. opisao splne organe mnogih vrsta i već tada proizveo neke hibride ili križance. Kel Rojter (osnivač hibridizacije) 1760. objavio veći broj radova; došao do spoznaje da su hibridi često puta bujni od svojih roditelja – ovu pojavu Schur 1911. naziva heterozis u F1 generaciji. U 19 st. velik procvat genetike zahvaljujući istraživanjima C. Darwina ¨Porijeklo vrsta¨. Razvio je teoriju organske evolucije koja objašnjava prirodu kao neprekidan proces nastajanja i nestajanja. Nasljedna varijabilnost- zapaža se u populaciji bilo koje vrste; ona je uzrok razlika između pojedinih organizama koji se uzgajaju u istim ekološkim uvjetima. Gregor Mendel 1865. vršeći križanja na 2 različite sorte graška postavlja temeljne zakonitosti nasljeđivanja kvalitativnih svojstava. Sva svojstva se mogu podijeliti u 2 velike skupine, zavisno o prirodi genetske akcije koja ju uvjetuje: kvalitativna i kvantitativna svojstva. Mendel je vršio i izučavao procese nasljeđivanja kvalitativnim svojstvima (promatrao oblik graška- u F1 gen. sve biljke su imale okruglo zrno= izveo prvo Mendelovo pravilo). U F2 gen. Mendel je brojanjem utvrdio da je bilo 5900 okruglih i 1300 neokruglih zrnaca (omjer 3:1). O cjepanju u F2 gen. govori drugo Mendelovo pravilo o nasljeđivanju koje kaže da je omjer cjepanja kod monohibridnog nasljeđivanja u F2 gen. 3:1 u korist dominantnog svojstva. Ta pravila o nasljeđivanju bila su pod utjecajem darvinizma. Nisu bila značajna sve do 1900. kada je do istih spoznaja došlo još tri znanstvenika koji potvrđuju Mendelova pravila- početak razvoja genetike kao samostalne discipline. Između 1910- 1920. američki genetičar Morgan otkrio je pojavu izmjene dijelova homolognih kromosoma tzv. crossing over. KVALITATIVNA SVOJSTVA- ona svojstva koja se lako uočavaju na fenotipu ili vanjskom izgledu (npr. boja dlake). To su ona svojstva koja su uvjetovana malim brojem gena, ali velikog učinka. Zbog jakog efekta malog broja gena kod nasljeđivanja kvalitativnih svojstava u F2, F3 gen. imamo sasvim određene i jasne omjere cijepanja: monohibridi- organizmi nastali križanjem roditelja koji se razlikuju u 1 svojstvu; omjer cijepanja je 3:1. Dihibridi- roditelji se razlikuju u 2 svojstva (oblik i boja zrna), a omjer je 9:3:3:1. Mehanizmi nasljeđivanja kvalitativnih svojstava su daleko jednostavniji od mehanizma nasljeđivanja kvantitativnih svojstava. Prve spoznaje po nasljeđivanju kvalitativnim svojstvima dao je 1911. šveđanin Nilson Ehl gdje nema nekih jasnih i određenih omjera cijepanja već se javlja jedna kontinuirana varijabilnost u okviru normalne raspodjele odnosno Gaussove krivulje gdje najveći broj varijanata je smješten oko srednje vrijednosti. KVANTITATIVNA SVOJSTVA- uvjetovana su minorgenima. Velik broj i slab učinak imaju velik utjecaj vanjskih faktora i uzrokuju varijabilnost u nasljeđivanju svojstava. Raščlanjivanje fenotipske varijabilnosti je varijabilnost koju dobijemo mjerenjem nekog kvantitativnog svojstva. Raščlanjivanje na sastavne dijelove se djeli na 1. dio koji je uvjetovan genetskim faktorom i 2. negenetskim faktorom. Raščlanjivanje se vrši sve do hariniteta tj. parametra nasljednosti. Kvantitativna ili mjerna svojstva se mogu izmjeriti (težina, visina, sadržaj masti, ulja,...). Amerikanac Muller 1927. je nakon tretiranja vinske mušice x-zrakama otkrio pojavu induciranih mutacija, a to su promjene koje se

I

prenose na potomstvo tj. nasljedne promjene. Lisenko razvija svoju teoriju pretvaranja jedne vrste u drugu pod utjecajem okolne sredine, oko 1965, ima podršku Staljina. Watson i Crick 1953. stvorili model DNA koji objašnjava proces samoreprodukcije kromosoma. Na taj način razvija se molekularna genetika koja ne opovrgava gen kao nasljednu definiciju već je dio DNA koji se sastoji od još nekih elemenata. Danas genetičke spoznaje imaju sve širu primjenu u oplemenjivanju biljaka, životinja, u prehranbenoj industriji, ... . ORGANIZAM I VANJSKA SREDINA Bez uvjeta vanjske sredine organizmi se ne mogu razvijati bez obzira na njihovu genetsku osnovu i nasljedsvo. Ako ne postoji genetska uvjetovanost ona se ne može razvijati bez obzira na to kako bili povoljni vanjski faktori. Da bi neko svojstvo došlo do izražaja mora biti genetski uvjetovano. Primjer: osim normalnih zelenih biljaka, pojave se i albino biljke (listovi) uočljive u normalnom uzgoju kod normalnog osvjetljenja. Albino i normalne biljke će u tami imati bijele listove bez obzira što neki imaju genetsku osnovu za razvoj klorofila. Ako ih opet uzgajamo na svjetlu one bez klorofila će biti opet albino, a druge s klorofilom zelene. Nema razvoja nekog svojstva bez genetske osnove i okoline.STADIJI RAZVOJA Mnogi istraživači utvrdili su da se razvoj biljaka odvija u određenim stadima gdje se svaki stadiji karakterizira određenim zahtjevima organizma prema vanjskim faktorima. Stadiji razvoja kod biljaka: 1. Embrionalni stadiji- razdoblje od momenta oplodnje do konačnog oplemenjivanja sjemenke; 2. Stadiji proizvodnje- je vrlo važan, a započinje rastom klice; tem. je odlučujući faktor za daljni razvoj; 3. Stadiji jarovizacije- je skupljanje kvantova niskih tem. Različite vrste imaju različit stadiji jarovizacije (npr. raž ima dulji od pšenice); 4. Fotoperiodizam- svjetlo ima odlučujuću ulogu na daljnji razvoj biljaka. Podjela: a) biljke kratkog dana- trebaju manje od 12 h za razvoj; pri skračivanju dnevnog osvjetljenja skraćuje se veg. period i obratno (soja, grah, paprika, kukuruz,...); b) biljke dugog dana- za prijelaz iz veg. u gen. fazu potrebno je više od 12 h (pšenica, raž, ječam,...); c) biljke neutralnog dana- nisu osjetljive na dužinu trajanja osvjetljenja; donose polod u uvjetima dugog i kratkog dana (kelj, riža,...); 5. Sporogeni stadiji- početak stvaranja sporogenog tkiva. Stadiji razvoja kod ljudi- embrionalni stadiji, djetinstvo, pubertet, puna zrelost, klimakteriji i starost. MODIFIKACIJE- su nenasljedne promjene koje nastaju kao reakcija organizma na vanjske uvjete sredine, organizam se modificira tj. prilagođava uvjetima vanjske sredine. Značajna je jer pomaže preživljavanju raznih organizama u uvjetima vanjske sredine. One nisu nasljedne i nestaju kada prestane djelovati faktor koji ga je izazvao. Npr. biljka suncokreta razvija visoku stabljiku s krupnim zrnom. Ako taj isti suncokret posadimo na loše tlo dobit ćemo niske biljke i male glave. Razlike su velike. Ako sljedeće godine sjeme iz jedne i druge skupine zasijemo na istoj parceli pod istim agroekološkim uvjetima upočetku će se uočavati razlike, ali kasnije će se izjednačiti. Modifikacije traju toliko dok traje negenetski izvor koji ih je uvjetovao. Za proučavanje modifikacija su i jednojajčani blizanci- pojava 2 ili više potomaka u 1 porodu koji su nastali iz jedne te iste jajne stanice koja se nakon oplodnje podjelila na 2 jednaka djela. Ako su blizanci rasli odvojeno, u odvojenim djelovima svijeta te u različitim ekonomskim i socijalnim uvjetima između njih može doći do velikih razlika. STANICA Svaka stanica se sastoji od osnovnih djelova: stanična membrana koja se sastoji od vanjskog dijela (primarna mem.) i unutarnja (sek. mem.). Da bi se stanica što više zaštitila od nepovoljnih utjecaja u toku evolucije razvila se vrlo snažna opna uvijena prema unutra koja se

II

zove endoplazmatski retikulum. Unutar stanice nalazi se stanična jezgra ili nucleus čiju građu čini kromatinska tvar od koje su izgrađeni kromosomi. Svaka jezgra omeđena je nuklearnom membarom preko koje jezgra ima vezu sa citoplazmom, a preko Era sa ostalim stanicama. U jezgri se nalazi jedna ili više jezgrica ili nucleusa. U citoplazmi se nalaze stanične organele. Kod biljaka su to mitohondriji, ribosomi, plastidi, a kod većine živ. to su golgijeva tijela i centrosomi.Razlikujemo 2 vrste stanica koje se djele na: 1. somatske ili tjelesne stanice (mitoza) i 2. spolne stanice ili gamete (mejoza). MITOZA- je dioba tjelesnih ili somatskih stanica kojoj je cilj rast organizma. Osnovna svrha je nastajanje dvije potpuno jednake stanice kćeri od jedne stanice majke sa jednakim brojem kromosoma. Za razliku od mejoze ili diobe spolnih stanica gdje od jedne stanice majke nastaju 4 stanice kćeri sa haploidnim brojem kromosoma . Glavna svrha mejotičke diobe je stvaranje spolnih stanica sa haploidnim brojem krom. Kod biljaka se mitoza odvija u vršcima korijenja, u točkama rasta stabla, u sjemenim pupoljcima i u svim organima koji sadrže meristemsko tkivo, a ostali djelovi rastu povećanjem stanica. Kod živ. dolazi u hrskavičnom sloju, u bazalnom sloju stanica epiderme, u koštanoj srži, u vezivnom tkivu i u svim sluzokožama. Proces svake diobe pa tako i mitoze se sastoji od dvije diobe i to diobe jezgre ili kariokineze i diobe citoplazme ili citokineze. Kariokineza- svrha je u tome da se svaki kromosom podjeli na dva jednaka djela i da svaka stanica kćeri ima jednak broj kromosoma kao i stanica majka. Odvija se u nekoliko faza: Interfaza- u okviru nuklearne membrane nalaze se kromosomi koji su dugački i tanki pa jezga ima mrežastu strukturu. Djeli se u 3 perioda: predsintetski, sintetski i podsintetski period. U predsintetskom periodu vrši se nakupljanje tvari za izgradnju kromosoma. U sintetskom se vrši sinteza kromosoma, a u podsintetskom vrši se priprema za diobu. Profaza- kako je došlo do samoreprodukcije krom. sada se svaki krom. sastoji od dvije kromatide spojene u jednom mjestu ili centromera; dolazi do skračivanja krom. spirilizaciom. Jezgrica se smanjuje , a kod nekih vrsta nestaje. Nestanak nuklearne membrane se smatra završetkom profaze. Metafaza- kromosomi se raspoređuju u ekvotorijalnu ravninu. Sada se svaki krom. sastoji od 2 kromatide spojene u centromeru. Ovo kretanje krom. vrši se pomoću niti diobenog vretena koje se formiraju na polovima stanica. Niti diobenog vretena spajaju se kromatidama u centromerama. Centromera je suženi dio kromosoma koji ima funkciju kretanja krom. prema ekvotorijalnoj ravnini i funkciju kretanja kromatida prema polovima stanica. Krom. iz nekih razloga izgubi centromeru. Anafaza- nakon postavljanja kromo. u ekvotorijalnu ravninu dolazi do diobe centromera tako da svaka kromatida ima svoj dio centromere. Nakon toga započinje pomoću niti diobenog vretena kretanje kromatida prema polovima stanica, tako što po jedna kromatida od svakog krom. odlazi na jedan pol stanice, a druga kromatida na drugi pol stanice. Telofaza- nakon odlaženja kromatida na polove koje postaju kromosomi stanica kćeri, dolazi do stvaranja nuklearne membrane, krom. se despiriliziraju, stvara se poprečna membrana i nastaju dvije stanice kćeri sa istim brojem krom. kao i stnica majka. Citokineza je dioba staničnih organela. Osim krom. djele se i organele u citoplazmi i sama citoplazma. ER koji predstavlja visoko diferenciranu staničnu strukturu djeli se fragmentaciom i to tako što ½ odlazi na jedan pol stanice. Ribosomi (su mjesta sinteze proteina) se djele nejednako. Mitohondriji odlaze u približno istom broju na polove stanica. Plastidi u biljnim stanicama se razmn. precizno (1/2 u jednu, a ½ u drugu stanicu kćeri). Citokineza obično slijedi kariokinezu i započinje za vrijeme kasne anafaze. MEJOZA dioba spolnih stanica. Velik broj org. nastaje konjugaciom muške i ženske

III

spolne stanice- gamete. Takvim spajanjem nastaje nova stanica- zigota od koje se diferencijaciom razvija novi org. Budući da potomci imaju isti broj krom. kao i kod roditelja, kod splnih stanica roditelja mora biti haploidan broj krom. da bi potomak imao diploidan broj. Mejozi je glavna svrha redukcija broja krom., pa postoje 1. i 2. mejotička dioba. 1. Mejotička dioba- ima nekoliko faza: interfaza- jednaka kao i kod mitoze; profaza 1- to je najsloženija faza i sastoji se od leptotena, zigotena, pahitena, diplotena i diakineze. U leptotenu se krom. vide kao dugačke niti i na krom. se ističu pojedina mjesta u vidu točkastih tvorevina- kromomera. Broj, veličina i položaj kromomera su konstantne i određene su za svaki kromosom. Zigoten- poslije odvojenosti krom. dolazi do parenja homolognih krom., do pojave nazvane sinapsis. Svaki par sadrži po jedan krom. od majke i jedan od oca. Do parenja homolognih krom. dolazi samo od krom. broj 1 od oca i majke. Parenje homolognih krom. vrši se u centromeru, a kasnije se nastavlja po cijeloj dužini. Pahiten- u njemu se nastavlja parenje krom. po cijeloj dužini. Dva potpuno sparena homologna krom. čine jedan par ili bivalent. Krom. su u pahitenu kraći, pa se uočavaju detalji, pa pahiten služi za idetifikaciju pojedinih krom. Jezgrica je u pahitenu vidljiva i za nju su pričvršćeni određeni krom. tzv. nuklearni organizatori. Diploten- nakon parenja krom. dolazi do djeljenja svakog krom. na kromatide tj. svaki par ili bivalent se sastoji od 4 kromatide i 2 centromere. Sile koje su ranije uvjetovale parenje krom. sada slabe i krom. se iz para nastoje odvojiti, međutim ne dolazi do potpunog odvajanja jer se na pojedinim mjestima- hijazmama- krom. još drže zajedno. Zbog toga krom. imaju oblik slova H ili X. Metafaza 1- stvara se diobeno vreteno i oba dva krom. jednog para odlaze u ekvotorijalnu ravninu stanice. Anafaza 1- započinje kretanjem krom. prema polovima, što znači da na polove odlaze cijeli krom., a ne kromatide, što znači da jedan krom. iz svakog para odlazi na jedan pol, a drugi na drugi pol stanice. Telofaza 1- nakon odlaženja krom. na polove dolazi do stvaranja nuklearne membrane. Krom. se raspoređuju po jezgri i započinje 2. mejotička dioba. 2. Mejotička dioba- dvije stanice kćeri se ne rastavljaju već se drže skupa i nazvane su dijade. Proces diobe se nastavlja jer se još nisu razdvojile kromatide, već se čitav krom nalazi u jednoj stanici kćeri. Profaza 2- kromatide se drže zajedno u antromerama, najčešće su razdvojene pri krajevima pa krom. u ovoj fazi imaju izgled slova X; Metofaza 2- stvara se diobeno vreteno i krom. odlaze u ekvoterijalnu ravninu; Anafaza 2- svaki krom. se dijeli na dvije kromatide gdje jedna odlazi u jednu, a druga u drugu; Telofaza 2- dolazi do stvaranja poprečnih membrana i nastaju 4 stanice sa haploidnim brojem krom. 2. mejotička dioba je jednaka mitozi. Posmejotičke diobe- to je stvaranje spolnih stanica kod biljaka, životinja i ljudi.MIKROSPOROGENEZA To je stvaranje muškog gametofita kod biljaka tj. stvaranje polenovog zrna ili polena. Muški spolni organ kod biljaka je prašnik. U prašnicima se stvara sporogeno tkivo koje se zove arheosporiji koje sadrži velik broj stanica koje rastu i te stanice su veće od drugih, a zovu se materinske stanice polena. Te stanice ulaze u proces 1. i 2. mejotičke diobe, pa dolazi do redukcije broja krom. na haploidan broj, a na kraju nastaje 4 tetrade koje još nisu polenova zrna i nisu sposobna za oplodnju. Sada nastupa postmejotička dioba. Nakon telofaze 2 dolazi do odvajanja tetrada. Svaka tetrada poprima okruglast oblik i postaje tzv. mikrospora. Svaka mikrospora ulazi u proces posmejotičkih dioba se sastoje od jedne mitoze jer je redukcija krom. već izvršena. Prolazi sve faze mitoze i nastaje jedna stanica sa dvije jezgre, odnosno dvije stanice unutar jedne membrane. Nastaje jedna veća vegetativna i jedna manja

IV

gen. jezgra. Obje se drže u okviru jedne te iste membrane. Generativna stanica se ponovo djeli mitozom tj. nastaje polen koji se sastoji od jedne veće veg. jezgre i dvije manje gen. jezgre koje su sposobne za opodnju. MAKROSPOROGENEZA je proces stvaranja ženskog gametofita, odnosno embrionalne kese. Odvija se na sljedeći način. U unutrašnjosti plodnice razvija se sjemeni pupoljak u čijem se subepidermalnom tkivu izdvaja samo jedna stanica i to materinska stanica embrionalne kese.Ona ulazi u 1. mejotičku diobu gdje dolazi do redukcije broja krom. i nastaju 4 makrospore s haploidnim brojem krom. Ove stanice ulaze u proces posmejotičke diobe. Kod većine dikotiledona samo jedna od 4 makrospore djele se dalje i stvara embrionalnu kesu. Makrospora koja nastaje djeli se mitozom i citokineza ne slijedi kariokinezu tj. postoji jedna stanica koja se zove em. kesa sa dvije jezgre. Svaka od ove dvije jezge ponovo se djeli mitozom tj. nastaje jedna stanica sa 4 jezgre od kojih svaka ponovo ulazi u proces mitoze pa na kraju nastaje jedna stanica i em. kesa sa 8 jezgara od kojih se 4 smještaju u mikropilarnom otvoru em. kese, 1 4 u bazalnom ili donjem djelu. U mikropilarnom otvoru i donjem dijelu ostaju po 3 jezgre, što znači da jedna iz gornjeg i jedna iz donjeg dijela odlaze u sredinu stanice i čine centralnu ili sekundarnu jezgru em. kese. Ta centralna jezgra nastala je spajanjem dvije haploidne jezgre i ona je diploidna. U gornjem dijelu su tri stanice i to 1 jajna stanica koja je haploidna i 2 sinergide koje su haploidne. U donjem bazalnom djelu su 3 antipode, a u centralnom djelu centralna jezgra. Za oplodnju se koristi samo jajna stanica.OPLODNJA KOD BILJAKA To je sistem dvostruke oplodnje. Kada polenovo zrno padne na njušku tučka probije u polenovu cijev koja raste kroz tučak prema mikropilarnom otvoru em. kese i to veg. jezgra ide naprijed, a iza nje idu 2 gen. jezgre. Kada polenova cijev dođe do mikropilarnog otvora uslijed povećanog pritiska dolazi do pucanja jedne od sinergida što omogućava ulazak polenovog zrna u em. kesu nakon čega dolazi do dvostruke oplodnje na sljedeći način: jedna gen. stanica iz polena spaja se sa jajnom stanicom i kao produkt te oplodnje nastaje klica ili embrio koji je diploidan. Druga oplodnja je spajanje druge gen. jezgre iz polena sa sekundarnom ili centralnom jezgrom iz čega se razvija endosperm koji je triploidan. Rus Narašin je otkrio dvostruku oplodnju.SPERMATOGENEZA (kod životinja i ljudi) To je proces stvaranja muških spolnih stanica (spermatozoida). U testisima se stvaraju stanice spermatogonije koje se djele nekoliko puta uzastopno mitozom nakon čega nastanu stanice- primarne spermatocite koje sada ulaze u proces 1. i 2. mejotičke diobe i nastaju haploidni spermatozoidi.OOGENEZA Proces stvaranja ženskih spolnih stanica- jajnih stanica. Odvija se u ovariju gdje se stvaraju stanice- oogamije od kojih nastaju primarne oocite koje prolaze kroz mejotičku diobu i kao rezultat nastaje velika stanica (sek. oocita) i mala stanica (prvo polarno tjelešce). Sekundarna oocita ulazi u 2. mejotičku diobu nakon čega nastaje jajna stanica koja je sposobna za oplodnju i sek. polarno tjelešce. Oplodnja kod živ. i ljudi se sastoji od prodiranja spermatozoida u jajnu stanicu gdje dolazi do spajanja dviju jezgri.BROJ KROMOSOMA Broj krom. je konstantan i do promjena dolazi uslijed prirodnih uzroka ili djelovanjem čovjeka (mutacije). 2n: pšenica 42, raž i grašak 14, soja i svinja 40, čovjek i majmun 46, konj 60, magarac 64, golub 80,kukuruz 20, jabuka 34, itd.Kod vrsta sa velikim brojem krom., krom. su mali. Kod monikotiledona krom. su u pravilu veći. Oblik krom. u najvećoj mjeri ovisi o položaju centromere, a ako se centromera nalazi u sredini krom. u pokretu ima oblik slova V; ako se centromera nalazi prema kraju ima oblik slova L i

V

ako je sasvim na kraju tada krom. imaju izgled slova I. Na krom. se nalaze pojedine točkaste tvorevine koje se različito boje- to su kromomere koje su karakteristične za svaki pojedini krom. pa se na osnovu kromomera vrši identifikacija pojedinih krom. Kod nekih insekata u pojedinim tkivima (pljuvačke žlijezde) pronađeni su giganski krom., a oni su posljedica što kod pojedinih krom. za vrijeme oplodnje nije došlo do odvajanja kromatida. KEMIJSKI SASTAV KROMOSOMA Do sada je utvrđeno: DNA; RNA, bazični proteini tipa histona i protagina, nehistonski protein koji sadrže aminokiseline tipa tiptofan i tirozin, kiseli protein. DNA je molekula od velikog broja nukleotida. U sastav svakog nukleotida ulazi jedna baza, jedan šećer i fosforna kiselina. Od baza su to gluminska (adenin i guanin) i pirinejska (citozin i timin). Šećer dezoksiriboza se veže sa purinskom bazom preko svoje glikozne veze na 9. atom N, a sa pirimidiskom bazom na 3. dušikov atom. Fosforna kiselina se veže esterskom vezom na molekulu šećera na 5 C atom svakog nukleotida, dok je druga OH grupa fosforne kiseline esterificirana alkoholnom grupom šećera drugog nukleotida na 3 C atomu. Model DNA otkrili su 1953. Watson i Crick. Sama molekula DNA sastoji se od 2 polinukleotidna lanca koji su sporalno uvijeni jedan oko drugog kao bršljan. Veza između baza ova 2 lanca je strogo specifična tako što je uvijek jedna purinska baza vezana sa jednom pirimidinskom bazom. Te veze se ostvaruju preko hidrogenskih mostova; citozin je preko 3 vodikova mosta vezan s guaninom, a adenin sa 2 vodikova mosta. DNA se razlikuje od drugih spojeva jer ima sposobnost samoreprodukcije (jedna molekula DNA stvara drugu molekulu DNA). U predsintetskom periodu interfaze dolazi do odmatanja heliksa za 180 ¨ oko glikozidne osovine. Nakon toga pucaju vodikovi mostovi i dobiju se 2 polinukleotidna lanca sa 2 slobodne baze. U sintetskom periodu interfaze nakuplja se ATP i ADP koji služe za sintezu nukleotida nakon čega slobodne baze u svakom od sada jednostrukih lanaca privlače sebi odgovarajuće baze slobodnih nukleotida i vežu ih. Taj proces teče vrlo brzo i nastaju 2 nova dvostruka polinukleotidna lanca DNA. RNA se nalazi u nukleusu i citoplazmi. Građena je kao i DNA, ali se razlikuje po: umjesto šećera deoksiriboze sadrži ribozu; umjesto tinina ima uracil; predstavlja jednostruki polinukleotidni lanac; ima manju molekularnu težinu; nema sposobnost samoreprodukcije, pa se sinteza RNA vrši nakon pucanja vodikovih mostova. Jednostruki lanac DNA reproducira jednostruki lanac RNA na isti način kao što je reproducirao svoj komplementarni lanac samo što se umjesto tinina veže uracil. To je prenositelj ili mesenđer (mRNK). MEHANIZMI NASLJEĐIVANJA KVALITATIVNIH SVOJSTAVA Najpogodnij model za određivanje nasljednih svojstava jesu križanja. Kvalitativna svojstva su ona koja se lagano uočavaju na fenotipu i uvjetovana su malim brojem gena. Zbog svoje genetske naravi ta svojstva manje su podložna utjecaju negenetskih faktora i zato su u nasljeđivanju tih svojstava evidentni sasvim određeni omjeri cijepanja u F1, F2, ... gen. Gene koji uvjetuju fenotipsku depresiju kvalitativnih svojstava zovemo major geni. Prva saznanja o načinima nasljeđivanja ovih svojstava dao je Gregor Mendel 1865. Mendel je prvo utvrdio dominantno recesivno hibridno nasljeđivanje, a to je da se roditelji koji se križaju razlikuju u jednom svojstvu, odnosno da promatramo jedno svojstva. Križao je 2 sorte graška, a svojstvo je bilo oblik zrna. Jedna sorta je imala okruglo, a druga navorano zrno. Kada ih je križao u F1 gen. sve biljke imale su okruglo zrno, a to znači da je F1 gen. uniforna, gdje dolazi do izražaja fenotip dominantnog roditelja. Svojstvo navoranog zrna je recesivno svojstvo. 1. Mendelovo pravilo: F1 gen. je homozigotno po fenotipu, odnosno po vanjskom izgledu i sve jedinke imaju fenotip dom. roditelja. U

VI

F2 gen. Mendel je izbrojao 5474 okruglih i 1850 navoranih zrna, što znači da je utvrdio omjer cijepanja 3:1 iz čega je izvučeno 2 Mendelovo pravilo, a to je o omjeru cijepanja u F2 gen., gdje je omjer cijepanja 3:1 prema fenotipu u korist dominantnog svojstva. U F3, F4, ... gen. biljke navoranog zrna davat će samo navorano zrno. Biljke okruglog zrna davat će i jedno i drugo zrno u omjeru 3:1 sve do F9, F10, gdje će biti 99% homozigotnih biljaka. Mendel je predložio da se za 2 alternative jednog te istog svojstva uvedu određeni simboli i to za dom. veliko slovo, a za rec. malo slovo. Primjer: pšenica golica je dom. svojstvo (G), a rec. alel (g) brkulja. Haploidna pšenica (Triticum aestivum ssp. vulgare ima 2n= 42 krom. Na jednom paru tih krom. nalazi se mjesto ili locus koji sadrži nasljednu osnovu ili gen što uvjetuje svojstvo golice jedne sorte, odnosno svojstvo brkulje kod druge sorte. S obzirom na diploidno stanje svaka sorta sadrži po 2 gena, odnosno 2 alela za to svojstvo. Jedna sadrži dom. (GG), a druga recesivne alele (rr). GG aleli uvjetuju svojstvo golice, a rr brkulje. Prilikom gametogeneze stvaraju se gamete i jajna stanica sa haploidnim brojem krom. (n= 21 kod pšenice). Prema tome, u spolnim stanicama gen ili alel za svojstvo brkulje klasa samo je jedamput zastupljen. GG x gg —» G x g –» F1 je Gg. F1 gen. je potpuno homozigotna po fenotipu gdje dom. fenotip dom. roditelja, a heterozigotna po genotipu i to je razlika u odnosu na dom roditelja. F1 gen. je heterozigotna na jedan par alela i zato stvara 2na 1 različitih gameta za F2 gen. tj. dvije različite gamete. Roditelj (dom.) je homogametan, a F1 gen. je heterogametna i stvara 2 različite gemete. F2: G gDobili smo sljedeći omjer miješanja po fenotipu i genotipu:GG, Gg, Gg, gg. Po fenotipu 3:1 u korist golica, a po genotipu omjer je 1:2:1. F3:

Dom. homozigoti davat će i dalje samo homozigote, a rec. recesivne homozigote. Povećan je broj homozigota za ½ , a smanji se broj heterozigota za ½. Iz ge. u gen. dolazi do povećanja homozigota za ½ , a smanjuje se broj heterozigota za ½ sve do F9 ili F10 ge.Test križanje to je konkretan nači povratnog križanja. Povratno križanje je križanje F1, F2,... sa dom. i sa rec. roditeljima. Prema tome test križanje je križanje F1 sa recesivnim roditeljem. Služi za testiranje heterozigotnosti u F1 gen. F1 x gg –» Gg x gg Omjer cijepanja kod dom. rec. monohibridnog križanja po fenotipu i po genotipu je 1:1. Kod monohibridnog test križanja po fenotipu i po genotipu omjer je 1:1. Postoje slučajevi kada jedno svojstvo samo djelomično dominira nad drugim svojstvom. U takvim slučajevima govorimo o intermedijarnom načinu monohibridnog nasljeđivanja. Primjer: kovrćavost perija kod kokoši. Ako imamo 2 roditelja, jedan ima ekstremno kovrćavo perije i to je majka (taj gen je samo djelomično dom. nad normalnim perijem) i drugi, otac ima normalno perije. U F1 gen. razvija se novi oblik koji nije imao niti jedan roditelj (umjerena kovrćavost), što predsavlja intermedijarnost između 2 ekstrema. U F2 gen. dolazi do cijepanja čime se javlja jednak omjer cijepanja i po fenotipu i po genotipu i to 1:2:1. KK x kk –» F1 je Kk, a to je umjerno kovrćavo perije. U F2 je KK, Kk, Kk, kk.DIHIBRIDNI NAČIN NASLJEĐIVANJA Primjer: 2 sorte pšenice ne razlikuju se samo po osatosti nego i po boji klasa. U ovom slučaju govorimo o dihibridnom načinu nasljeđivanja. Ako križamo sortu sa crvenim klasom bez osja sa sortom bijelog klasa i sa osjem u H1 gen. razvit će se biljke crvene boje klasa bez osja. Prema tome ovo svojstvo je dom. Samooplodnjom F1 gen. u F2 gen. razvit će se najveći broj biljaka crvene

VII

golice. U podjednakok broju razvi će se crvene brkulje i bijele golice, a najmanje ima bijelih brkulja. Prebrojavanjem potomstva F2 gen. dobije se sljedeći omjer: 9 crvenih golica, 3 crvene brkulje, 3 bijele golice i 1 bijela brkulja. Omjer cijepanja kod dihibrida je 9:3:3:1. Biljke F1 gen. su heterozigotne na 2 para gena odnosno na oba dva svojstva. Organizmi heterozigotni na dva para gena zovu se dihibridi, a nasljeđivanje dihibridno. Zbog heterozigotnosti F1 gen. na dva para alela stvaraju 2 na 2 različitih gameta za F2 gen. Kod dihibridnog nasljeđivanja u F2 gen. dobit ćemo 16 različitih kombinacija križanja. Crvena golica CCGG x ccgg bijela brkulja –» F1 je CcGg x CcGg –» CG,Cg,cG,cg. tablica.Kod dihibridnog nasljeđivanja u F2 gen. dobiveno je 9 različitih genotipova od kojih su neki zastupljeni sa frekvenciom 1, neki sa frekvenciom 2, a neki sa frekvenciom 4 što je sve skupa 16 kombinacija. Test križanje kod dihibrida je križanje F1 sa dvostruko recesivnim roditeljima. U potomstvu se dobije 4 različita fenotipa i genotipa.Omjer cijepanja je1:1:1:1TRIHIBRIDNO I POLIHIBRIDNO NASLJEĐIVANJE Trihibridi su organizmi koji su heterozigotni na tri svojstva. Takvo križanje je izveo prof. Alen Stapčar kod križanja ječma sa svojstvima: žuta boja pljevice, ječam četveroredac, pokriveno zrno x cna boja, dvoredac i golo zrno. Takva F1 gen. kod trihibridnog nasljeđivanja je heterozigotna na tri para gena i stvara 2 na 3 različitih gameta za F2 gen. što znači da se dobije 64 različite kombinacije u F2 gen. Omjer cijepanja je 27:9:9:9:3:3:3:1. Organizmi koji su heterozigotni na 4 svojstva zovu se tetrahibridi, a org. koji su heterozigotni na velik broj svojstava zovu se polihibridi. Križanjem roditelja koji se razlikuju u 2 ili više svojstava doći će do rekombinacije svojstava i na taj način javljaju se u potomcima i genotipovi i fenotipovi koji nisu imali kod roditelja. Slobodna kombinacija svojstava rezultat je činjenice da se geni za različit razvoj svojstava nalaze na različitim krom., da dolazi do slučajnog odlaženja krom. na polove iz svakog bivalenta i da postoji slučajna oplodnja. Hibridizaciom se mogu prenositi svojstva sa jednog org. na drugi i kombinirati u novom organizmu. Tako nastaju nove sorte biljaka u prirodi, a na taj način još uvijek nastaju nove sorte kulturnog bilja i rasa dom. živ. Ta mogućnost kombiniranja svojstava i nasljeđivanje svojstava je osnovica za stvaranje novih sorti. INTERAKCIJA (Pojava novih svojstava) U potomstvima kod dihibrida i trihibrida javljaju se neki fenotipovi i genotipovi potpuno novi u odnosu na svoje roditelje. Organizam je vrlo složen sistem sa velikim brojem svojstava, pa razvoj mnogih svojstava zavisi o većem broju gena i njihovoj interakciji. Interakcija gena- smatra se djelovanje 2 ili više gena koji pridonose razvoju jednog svojstva. Postoje različiti tipovi interakcije gena: Koepistatični geni- na ovaj način nasljeđuje se npr. boja perija kod papagaja ili oblik krijeste kod kokoši, itd. Dom. gen A izaziva plavu boju, a dom. gen B (ako je A rec.) žutu boju. U F1 gen. oba dva dom. alela došla su zajedno u jednom genotipu i uslijed njihovog uzajamnog djelovanja razvio se novi oblik i to zelena boja. U F2 gen. omjer cijepanja je 9:3:3:1. 9- zelenih; 3- plava; 3- žuta i 1 bijeli. Semiepistatični geni- oblik ploda bundeve uvjetovan je djelovanjem 2 gena pri čemu su genotipovi A_,bb i aa,B_ okruglog oblika ploda. Ako su oba 2 dom. gena zajedno uslijed njihove interakcije javlja se spljošteni oblik ploda, a ako su oba dva recesivna javlja se nekakav duguljasti plod. Ako križamo okrugli i okrugli dobijemo splošten oblik ploda. Dva nezavisna gena A i B kontroliraju oblik ploda djelujući aditivno te se nazivaju semiepistatični geni. Omjer cijepanja u F2 je 9:6:1. Semiepiststično djelovanje gena javlj se i kod boje zrna pšenice. Izoepistatični geni- kod jednogodišnje biljke oblik ploda je

VIII

uvjetovan djelovanjem 2 dom. gena A i B, na taj način što jeda upotpunosti zamjenjuje drugi. A_B_ daju scrolik oblik, a rec. aabb ovalni oblik. Omjer cjepanja u F2 je 15:1. Hipoststički i epistatički geni- ako 2 alelna gena kontroliraju jedno te isto svojstvo, a 1 gen pri tome maskira odnosno skriva efekat drugog gena javlja se prava epistaza. Dom. gen koji maskira učinak drugog gena zove se epistatičan, a maskirani gen se zove hipostatičan. Epistaza može biti dominantna i recesivna. Dominantna epistaza- je slučaj kada dom. gen maskira efeka nekog drugog gena. Boja ploda bundeve je uvjetovana djelovanjem 2 dom. gena, ali kad se oba dva nađu zajedno jedan je epistatičan a drugi hipostatičan. Gen B u dominaciji skriva bilo koju drugu boju i ostavlja bijelu boju. Gen C uvjetuje obojanst ploda i to u žutoj boji, a ako je rec. onda se javlja zelena boja ploda. Križamo bijeli sa žutim i dobijemo 12 bijelih, 3 žuta i 1 zeleni tj. 12:3:1. Recesivna epistaza- jest pojava kada rec. gen maskira djelovanje nekog drugog gena. Kod crvenog luka u prisustvu dom. gena C plod je obojen, dok recesivni gen c blokira prisustvo pojave bilo koje boje. Dom. gen R izaziva crvenu boju, a rec. r žutu boju. ccRR x CCrr dobije se 9- crvenih, 3- žuta i 4 bijela tj. 9:3:4. Inhibitorni geni- sprečavaju razvoj nekog svojstva. To su slučajevi kada dom. gen ne može doći do izražaja jer dom. inhibitorni gen spriječava njegovo djelovanje.Kod crvenog luka je gen I inhibitor za pojavu boje lukovice, a u prisustvu dom. gena R uvjetuje pojavu crvene boje, a rec. r žutu boju. Križanjem RrII x Rrii dobije se omjer 12:3(crvena) :1 (žuta). Komplementarni i suplementarni geni- boja aleurona kod kukuruza uvjetovana je djelovanjem nekoliko gena koji se nalaze na različitim krom. Ako su prisutna 3 dom. gena A,C,R koji se nadopunjuju u svom djelovanju zovu se komplementarni geni- boja aleurona je crvena. Ako je bilo koji od ovih gena u recesivi razvija se bezbojni aleuron. Ako je uz ova 3 komplementarna dom. gena prisutan i dom. suplementarni gen (pr) boja je ljubičasta. Ako je uz sve ovo prisutan i inhibitorni gen boja je bijela. Ako križamo AAccRRPrPr x aaCCRRPrPr dobit ćemo omjer cjepanja 9:7. Letalni geni- oni uvjetuju smrtnost. Potpuno dom. aleli dovode do uginuća i homozigota i heterozigota. KSENIJE- to su takve pojave u nasljeđivanju u kojima se promjene zapažaju već u godini oplodnje. Ove promjene upravo zato se mogu uočiti u svojstvima koji su naposredni produkti oplodnje, a to su sjemenke, plodovi i jaje. Ako zasijemo jednu sortu kuk. sa bezbojnim aleuronom i pokraj nje sa crvenom bojom u istoj godini će se na klipovima bezbojnog aleurona pojaviati i nekoliko crvenih zrna. Kako je kuk. stranopldna biljka pretpostavlja se da je došlo do međusobnog oprašivanja.

IX