GENETIKA

SKRIPTA

Nenad Zirdum

GENETIKA

Genetika je znanost i grana biologije koja se bavi genima i nasljeđivanjem. Postoji nekoliko grana genetike s obzirom na razinu na kojoj proučava nasljeđivanje pa se tako razvila genetika koja proučava nasljeđivanje na razini molekule, kromosoma, stanice, jedinki i populacija.

Ona se upotrebljava u poboljšanju proizvodnosti i zdravlja životinja. Njezin je cilj osim praćenja Mendelovih pravila i proučavanje promjenjivosti domaćih životinja i to prema postavci: F = G + O što znači FENOTIP = GENOTIP + OKOLIŠNI ČIMBENICI. Populacijska genetika postavlja znanstvene osnove genetske ravnoteže u populaciji te istražuje razloge i mogućnosti za njezino mijenjanje.

Postoji nekoliko grana genetike:

KLASIČNA – MENDELOVA - proučava nasljeđivanje na razini jedinki, a začetnik joj je Gregor Mendel.

POPULACIJSKA - genetika proučava nasljeđivanje na razini populacije.

- KVANTITATIVNA

o FIZIOLOŠKA

o BIOMETRIČKA

o MATEMATIČKA

o REPRODUKCIJA, SELEKCIJA I UZGOJ

- KVALITATIVNA

EVOLUCIJSKA - je također moderna genetika uključena u rad molekularne genetike te se danas bavi proširenjem Darwinovih postavki i naziva se i MODERNI DARWINIZAM.

MOLEKULARNA - je danas najmodernije područje genetike usmjereno na istraživanje nasljeđivanja na razini molekula, a započela je sa radom još 1953. godine s otkrićem DNA za što su zaslužni Watson i Crick.

GENETIČKO INŽENJERSTVO se razvilo zahvaljujući molekularnoj genetici i to je najnovije područje genetike.

CITOGENETIKA - proučava nasljeđivanje na razini stanica i kromosoma, a utemeljio ju je Thomas Hunt Morgan.

1. KLASIČNA GENETIKA

MENDELOVA PRAVILA

Prvo Mendelovo pravilo – uniformnost F1 generacije

Svi križanci F1 generacije jednaki su ili uniformni, bez obzira da li je došao do izražaja dominantni ili intermedijarni način nasljeđivanja. Dakle, križanjem dvije jedinke koje se međusobno razlikuju u 2 alela jedne osobine dobivaju se potomci F1 generacije koji će biti međusobno slični zbog dominantnog toka nasljeđivanja.

Drugo Mendelovo pravilo

U F2 generaciji, dobivenoj parenjem životinja F1 generacije, ponovno se među potomstvom pojavljuju izvorni roditeljski oblici, odnosno svojstva u nekom značajnom omjeru. U F2 generaciji dolazi do rastavljanja (cijepanja) roditeljskih oznaka i svojstava koja su u F1 generaciji bila samo privremeno združena. Rastavljanje je takvo da je 25% jedinki slično jednom, a 25% ih je slično drugom roditelju te ih je 50% nalik na jedinke iz F1 genaracije.

1. Dominantni tijek monohibridnog križanja kod svinja

P (parentalna generacija): bijeli nerast jorkšir pasmine (dominantna boja) – AA

x

crna krmača berkšir pasmine (recesivna boja) – aa

F1 (1 filijalna generacija): svi su potomci bijeli – Aa

genotip a a

A Aa Aa

A Aa Aa

F2 (2 filijalna generacija): križanjem bijelih potomaka (Aa), u drugoj generaciji je omjer fenotipova 3:1, tj. 3 su potomka bijela dominantna (1AA i 2Aa), a 1 je potomak crni recesivni (aa)

genotip AA a

A AA Aa

a Aa aa

2. Intermedijarno nasljeđivanje kod kokoši

P: homozigotni pijetao crne boje – AA

x

homozigotna kokoš bijele boje – BB

F1: svi su potomci pepeljasto-modre boje – AB

genotip B B

A AB AB

A AB AB

F2: križanjem potomaka pepeljasto-modre boje (AB) iz F1 generacije, u F2 generaciji ćemo dobiti omjer fenotipova 1:2:1, tj. 1 će potomak biti crni (AA), 2 će potomka biti pepeljasto-modra (2AB) i 1 će potomak biti bijeli (BB)

genotip A B

A AA AB

B AB BB

3. Povratno križanje (testcross)

To je provjera u kojoj se križaju F1 heterozigoti s jednim od roditelja koji je homozigot za ispitivanu oznaku, tj. obavlja se križanje jedinke dominantnog fenotipa s recesivnim homozigotom. Ovu metodu koristimo kada želimo saznati genotip jedinke dominantnog fenotipa te se provodi križanje s recesivnim homozigotom. Ako su svi potomci dominantnog fenotipa, testirana je jedinka homozigot. Ako se u potomstvu pojavi i recesivni fenotip, jedinka je heterozigot.

P: Dominantni fenotip, ali nepoznati genotip (AA ili Aa)

x

Recesivni fenotip, poznati genotip (aa)

AA x aa - svi Aa (dominantni)

Aa x aa - 50% Aa i 50% aa ( 50% dominantni i 50% recesivni)

Treće Mendelovo pravilo

Nasljeđivanje pojedinih alelomorfnih parova gena je neovisno jedno o drugom ako postoji 2 ili više alelomorfnih parova gena za 1 osobinu. Ovaj zakon govori o neovisnom kombiniranju oznaka u dihibridnom križanju. U daljnjim se generacijama uvijek pojavljuje po jedna nova kombinacija osobina.

1. Dihibridno križanje – križanje kod kojeg se prati nasljeđivanje 2 svojstva

P: jednobojno crveno dansko govedo – GGss

x

crno šaro govedo – ggSS

F1: svi su potomci jednobojni crni dominantni – GgSs

genotip GGss = Gs

ggSS = gS GgSs

F2: raslojavanje osobina pri čemu se dobije 4 različita fenotipa (prilikom toga se dobije 1 novi fenotip) i 9 različitih genotipova

genotip GS Gs gS gs

GS GGSS (1) GGSs (1) GgSS (1) GgSs (1)

Gs GGSs (1) GGss (2) GgSs (1) Ggss (2)

gS GgSS (1) GgSs (1) ggSS (3) ggSs (3)

gs GgSs (1) Ggss (2) ggSs (3) Ggss (4)

Omjer fenotipova je 9:3:3:1

(1) crno jednobojno - 9

(2) crveno jednobojno - 3

(3) crno šaro - 3

(4) crveno šaro – 1

S - crna boja, dominantno

s - crvena boja, recesivno

G - jednobojno, dominantno

g - šareno, recesivno

U svakom križanju možemo zaključiti pojedine stvari o F2 generaciji, a to je broj različitih fenotipova (2 n) i broj različitih genotipova (3n), pri čemu je n broj alelnih parova, tj. broj promatranih osobina.

ODSTUPANJE OD MEDELOVIH PRAVILA

Kada se roditelji razlikuju u 1 paru alela (dominantan ili recesivan) kod monohibridnog križanja svi su potomci F1 generacije slični jednom od roditelja i to predstavlja dominantni tip nasljeđivanja. Međusobnim parenjem jedinki F1, u F2 generaciji će se fenotipski dobiti jedinke u omjeru 3:1 i to u korist dominantnog roditelja početne generacije.

INTERAKCIJE IZMEĐU GENA

Geni su u stalnom dodiru, ali to je nauočljivije prilikom nasljeđivanja. Geni kao da su živi, određuju jedan drugoga, kao da govore ili si naređuju što će raditi i koji će što raditi. Geni su u neprestanoj dominaciji koja može biti potpuna, nepotpuna ili overdominacija. Dominacija je interakcija između alela na jednom (istom) lokusu. S druge je strane tu epistaza koja označava interakciju između alela na različitim lokusima.

1. EPISTAZA – interalelarna interakcija

To je pojava kod koje jedan gen prekriva ekspresiju drugog gena za istu osobinu. Ova je pojava slična dominaciji osim što epistatični učinak mogu imati i recesivni geni. Gen čiji je učinak prekriven se naziva hipostatički gen. Primjer ove pojave je boja dlake kod konja ili pasa. Važan je zajednički učinak 2 ili više parova alela na ekspresiju nekog svojstva, a to se naziva komplementarna poligenija. Primjer za to je nasljeđivanje oblika krijeste kod kokoši kojeg uvjetuju 2 nezavisna para gena. Međusobnim parenjem potomaka F1 generacije nastaje 16 kombinacija genotipova i 4 različita fenotipa od kojih je 1 novi.

boja dlake kod pasa (labrador retriver)

B – dominantna crna boja

b – recesivna čokoladno-smeđa boja

E – epistatički nadjačavajući gen koji omogućuje ekspresiju gena B/b

e – nema ekspresije gena B/b za boju dlake, pas je ŽUTE boje

Genotip BE Be bE be

BE BBEE (1) BBEe (1) BbEE (1) BbEe (1)

Be BBEe (1) BBee (2) BbEe (1) Bbee (2)

bE BbEE (1) BbEe (1) bbEE (3) bbEe (3)

be BbEe (1) Bbee (2) bbEe (3) Bbee (2)

Omjer fenotipova je 9:3:4

(1) crna boja - 9

(2) smeđa boja - 3

(3) žuta boja – 4

2. NEPOTPUNA DOMINACIJA

To je situacija kada se niti jedan od alela ne prenosi dominantno već su heterozigotni potomci F1 generacije intermedijarni, tj. po fenotipu negdje između oba roditelja, ali ne točno između jer tada ne bi bilo dominacije. Oba alela utječu na fenotip heterozigota F1. Primjer nepotpune dominacije je nasljeđivanje boje perja kod kokoši.

3. KODOMINACIJA

Pojava kada su oba alela izražena. To možemo izraziti primjerom krvnih grupa kod ljudi.

fenotip Krvna grupa Antigen Antitijelo

IAIA A A B

IAI0 A A B

IBIB B B A

IBI0 B B A

IAIB AB A i B nema

I0I0 0 nema A i B

AB0 sustav krvnih grupa kod ljudi je pod kontrolom 3 alela: IA, IB i I0. IA i IB su kodominantni i proizvode antigene tipa A, tj. tipa B, dok je IO recesivan alel koji ne proizvodi antigene. Krvne grupe u čovjeka su posljedica genotipva navedenih u tablici.

4. OVERDOMINANCA (predominantnost)

To je interakcija gena koji su aleli pri čemu je hetrozigotna jedinka bolja od bilo kojeg homozigota. To je pojava kada su heterozigoti F1 po fenotipu superiorni u odnosu na oba roditelja. Određene kombinacije alela koje se mogu postići kod heterozigota razultiraju većom vitalnošću i otpornošću jedinke u odnosu na homozigote kod kojih su ti aleli bili recesivni, a potencijalno i štetni. Hibridna snaga je osnova iskorištavanja heteronomnog efekta u uzgojnom postupku križanja. Parenjem heterozigota pada postotak heterozigotnosti, a u F2 genaraciji 50% heterozigota i po 25% homozigota od oba roditelja s početne generacije križanja. Odnos između alelnog para je definiran koeficijentom K.

K = 2A1A2 – A1A1 – A2A2 / A1A1 – A2A2

K = 0 d = 0 Vrijednost heterozigota A1A2 (d) je točno na sredini između homozigota. To je

aditivan odnos bez dominacije

0 < K < 1 d > a Nepotpuna dominacija, d se može pomicati, a heterozigotje veća od prosjeka

K = 1 d = a Potpuna dominacija, vrijednosti genotipova A1A1 i A1A2 su jednake, heterozigot je

jednak homozigotu

K > 1 d = a Overdominacija, heterozigot ima višu

vrijednost od bilo kojeg homozigota

5. PLEITROPIJA

Pojava kod koje 1 genski par utječe na razvoj 2 ili više svojstava. Posljedica takvog djelovanja je pojava genetskih korelacija između nekih kvantitativnih svojstava kao što su nasljeđivanje količine mlijeka ili postotka mliječne masti. Pleitropija je izražena i kod gena za boju dlake miševa te gluhoću kod bijelih mačaka.

PROMJENJIVOST DOMAĆIH ŽIVOTINJA

Životinje se pojavljuju u različitim varijacijama pri čemu one mogu biti nasljedne i nenasljedne. Jedinke koje su nosioci varijacije se nazivaju varijante. Varijabilitet nekog organizma je promjena njegovih svojstava izazvana, a uvjetovano je vanjskim i unutarnjim čimbenicima života.

F = G + O ( FENOTIP = GENOTIP + OKOLIŠNI ČIMBENICI )

Fenotip je skup oznaka (svojstava, obilježja, osobina) koje možemo opaziti neposredno na samoj životinji ili mjereći njezine proizvode («prividni tip»). Fenotip pokazuje svojstvo.

Genotip je skup jedinica nasljeđa (gena) koje su pretpostavka za fenotipsko očitovanje oznaka ili osobina. Genotip uvjetuje genetsko prenšenje određenog svojstva. Genotip označava par alela na nekom lokusu, ali to su ujedno i svi geni i kombinacije gena koje djeluju na više svojstava (mliječni genotip) ili na jedno svojstvo (količina mlijeka, % mliječne masti). U uzgoju su nam potrebne životinje odgovarajučeg genotipa i fenotipa. Vrijednost genotipa (gena) određuje genetska vrijednost koja može biti aditivna (UV) ili kombinacije (interakcije) gena (dominantnost kao interakcija 1 gena ili epistaza kao interakcija više gena).

Okolišni čimbenici su skup različitih snaga i tvari koje daju da se nasljedno uvjetovane pretpostavke očituju određenim fenotipskim svojstvima (obilježjima ili osobinama). Statističkom obradom podataka možemo istraživati i opisivati neka svojstva na skupu jedinki istog genotipa i pri tome dobivamo plus i minus varijante. Razlika između jednog i drugog ekstrema, tj. između plus i minus varijante zove se varijacijska (modifikacijska) širina. Unutar te varijacijske širine svaki se individuum očituje kao jedna varijanta te ima posve određeno mjesto prema brojčanoj vrijednosti svakog svojstva. Najveći broj životinja (varijanti) okuplja se oko neke srednje vrijednosti (srednje veličine) dok ekstremnih životinja ima malo.

Sve se to može prikazati i grafički – varijacijskom krivuljom. Graf izgleda tako da se na apscisu (os x) unose dobivene mjere, a na ordinatu (os y) broj životinja (n).

Promjenjivost je posljedica djelovanja velikog broja unutarnjih i vanjskih čimbenika, od kojih neki utječu povoljno, a neki nepovoljno na pojedine osobine. Najčešće oni zajedno djeluju pa dolazi do osrednje izgradnje nekog svojstva i okupljanja najvećeg broja varijanata oko srednje vrijednosti. Kako je raspored varijanata neke populacije različit, različite su i varijacijske krivulje koje više ili manje odstupaju od idealne, normalne koja se naziva Gaussova krivulja.

1. MUTACIJE – nasljedne promjene genotipa

To su nagle i neočekivane promjene nasljednog materijala kao što su albinizam, kratkonoge životinje, bezrepe životinje, bezroga goveda. Mutacije se dijele na 3 stupnja: mutacije gena, kromosoma i genoma.

Mutacije gena obuhvaćaju promjene u kemijskom sastavu gena. U većini su slučajeva recesivne, a možemo ih otkriti križanjem. Neke od njih su supstitucija (zamjena 1 ili više pari dušičnih baza na DNA), delecija (gubitak nekih dušičnih baza), insercija (umetanje naknadno nekih dušičnih baza), inverzija (inverzni red dušičnih baza, tj. promjena u redoslijedu).

Mutacije kromosoma su promjene na čitavom kromosomu, a mogu se proučavati mikroskopski. Neke od njih su delecija (otkidanje dijela krmosoma), translokacija (premiještanje dijela kromosoma na drugo mjesto koje može biti na istom ili na drugom kromosomu), udvostručavanje dijelova kromosoma (segment kromosoma je prisutan više nego 2 puta u diploidu), inverzija (inverzni red u redoslijedu gena do kojeg može doći zbog dvostrukog loma u istom kromosomu). Primjer za mutaciju kromosoma je duplikacija. Geni za α i β hemoglobin su važni u evoluciji jer jedna kopija može mutirati i razviti novu funkciju.

Mutacije genoma su promjena u normalnom broju kromosoma. Može doći do udvostručavanja ili gubitka pojedinog kromosoma zbog nerastavljanja kromosoma u mejozi. Pojave do kojih dolazi su aneuploidija i poliploidija. Aneuploidija je promjena u broju kromosoma, a uključuje samo dio seta (2n = 2x +/- 1). Može doći i do promjene broja cijelog seta kromosoma pri čemu se javlja poliploidija kada organizam ima 3 ili više kompletnih setova kromosoma, ali ova se pojava češće javlja kod biljaka nego kod životinja.

Aneuploidija

Downov sindrom (mongolizam) – trisomija kromosoma 21 – mentalna i fizička retardacija kod ljudi Turnerov sindrom (X0) – sterilni ženski organizmi Klinefelterov sindrom (XXY, XXXY) – sterilni muški organizmi, sa izraženim spolnim obilježjima

karakterističnima za ženske organizme, a obilježja mogu biti prisutna i samo u ponašanju.Mutacije mogu biti spontane kada nastaju same od sebe i uzroci su im nepoznati, a mogu biti inducirane raznim fizičkim i kemijskim mutagenima. Mutageni su razne tvari koje potiču mutacije.

2. KOMBINACIJE

To je spajanje 2 ili više nasljednih čimbenika ili gena, a nastaju parenjem životinja nejednakih (različitih) genetskih osnova. Može doći do kombinacija unutar iste pasmine jer u populaciji životinja iste pasmine sve životinje nemaju iste genetske osnove. Kombinacijom gena koji nasljeđuju pojavu nekih svojstava ili oznaka mogu se dobiti nova svojstva ili oznake nasljedne naravi. Taj se postupak koristi prilikom stvaranja plemenitih ili oplemenjenih pasmina domaćih životinja koje nadmašuju primitivne pasmine.

3. MODIFIKACIJE – nenasljedne varijacije

Još se nazivaju i somatičke varijacije, a predstavljaju mijenjanje fenotipa životinje pod utjecajem vanjskih čimbenika na tjelesne stanice. Akomodacije su prolazne modifikacije. Mogu biti morfološke prirode kao što su porast dlake i vune, tjelesna masa, debljina potkožnog vezivnog tkiva, a mogu biti i fiziološke prirode što uključuje promjenu ritma disanja, krvne slike, a poremećaj rasplodne sposobnosti uzrokuju psihičke akomodacije.

4. IMPRESIJE, HARDY-WEINBERGOV ZAKON

To su trajne promjene uzrokovane vanjskim čimbenicima. Voluminozna hrana pogoduje stvaranju krupnih, debljih i težih životinja dok krepka hrana pogoduje stvaranju lakših i mršavijih tipova. Uz hranu su važni i drugi čimbenici: klima, tlo i čovjek. Kod uzgoja je potrebno stalno pronalaziti poželjne gene. Molekularna genetika kaže da svojstva određuju pojedinačni geni s značajnim utjecajem bilo da se radi o kvalitativnim ili kvantitativnim svojstvima. Populacijska genetika koja se u tom slučaju naziva i kvantitativna kaže da su svojstva određena s većim brojem gena od kojih svaki ima relativno mali doprinos svojstvu i to vrijedi za kvantitativna, tj. proizvodna svojstva. Kako bi se pronašli poželjni geni analiziraju se pojedinačne životinje

(molekularna genetika), ali i mnogo životinja zajedno (populacijska genetika). Cilj je populacijske genetike povećati učestalost (frekvenciju) poželjnih gena. Iz generacije u generaciju je potrebno održavati ravnotežu. Ravnoteža se može narušiti prirodnim ili umjetnim putem.

Zakon o ravnoteži unutar genetičke populacije se naziva HARDY – WEINBERGOV zakon i veliko je njegovo značenje za uzgoj. U genetičkoj se populaciji održava stalan odnos gena i genotipova iz potkoljena u potkoljeno ako se životinje unutar 1 potkoljena pare nasumično te tada nije došlo do promjena jedinica nasljeđa, tj. do isključenja gena i nije bilo provedeno odabiranje (selekcija).

Geni: A1 A2

U populaciji: p + q = 1Genotipovi: A1A1 A1A2 A2A2

Učestalost genotipova: P + H + Q = 1Sustav parenja: P: A1A1 A1A2 A2A2

Gamete: A1 A1 A1 A2 A2 A2

Oplodnja: A1 (p) A2 (q)

A1 (p) A1A1 (pp) A1A2 (pg)A2 (q) A1A2 (pg) A2A2 (qq)

Zigote u oplodnji: A1A1 A1A2 A2A2

p x p p x q q x q p x q

Učestalost genotipova iskazana učestalošću gena: p2 + 2pq + q2 =1

Učestalost gena A1 iskazana učestalošću genotipova:

p = P + ½ H = p2 + ½ 2pq = p2 + pq = p(p + q) = p x 1 = p

Učestalost gena A2 iskazana učestalošću genotipova:

q = Q + ½ H = q2 + ½ 2pq = q2 + pq = q(p + q) = q x 1 = q

5. CROSSING OVER

To je izmjena različitih segmenata između 2 kromosoma homolognog para tijekom mejoze. Homologni su kromosomi oni koji imaju isti ili vrlo sličan redoslijed deoksiribonukleotida. Rekombinacija kromosoma (gena) je osnova stalne nasljedne varijabilnosti. Rekombinacijom nastaju nove kombinacije gena na molekulama, a to povećava raznolikost potomstva.

6. VEZANI GENI

To su geni koji se nalaze na istoj molekuli DNA. To su geni kod kojih su određeni genski lokusi (dio kromosoma na kojem se nalazi određeni gen), tj. aleli smješteni na istom kromosomu, a u procesu spermatogeneze i oogeneze uvijek se drže zajedno te se tako i nasljeđuju. Istovremeno utječu na 2 ili više svojstava koja su nasljedno povezana.

Imamo jedinku kod koje promatramo 2 svojstva AaBb. Ako su geni nezavisni, omjer gameta je ¼ AB, ¼ Ab, ¼ aB, ¼ ab. Ako su geni vezani, oni se ponašaju kao 1 cjelina te je tada omjer gameta ½ AB, ½ ab.

7. SPOLNO VEZANA SVOJSTVA

Pored autosoma u tjelesnim se stanicama nalazi par spolnih kromosoma. Homologni spolni kromosomi u ženskih jedinki su XX, a kod muških XY. Kod peradi su to ZZ kod ženskih i ZW kod muških jedinki. Ti kromosomi sadrže mnoštvo gena koji se prenose na potomstvo koji prima Y kromosom od oca i X od majke kada se radi o muškom potomstvu te X kromosom od oca i X od majke kada se radi o ženskom potomstvu. Spolno vezana svojstva se uglavnom prenose na X kromosomu koji je mnogo veći i može nositi više gena od Y kromosoma. Kod ljudi spolno vezana svojstva možemo prikazati na nasljeđivanju hemofilije. Zdrav otac i majka nosioc gena za hemofiliju dati će od potomstva sina i kćer zdravoga, drugog sina bolesnog, a druga će kćer kao i majka biti nosioc. Nasljeđivanje pod utjecajem spola redovito se pojavljuje kod životinja, kao kod goveda (boja, mliječnost), ovaca (rogatost), perad (nesivost).

Nasljeđivanje boje dlake kod ayshire goveda:P: mahogani boja (dominantan heterozigot i homozigot kod mužjaka) - Aa, AA mahogani boja (dominantan homozigot ženka) – AAF: muško tele – mahogani bijela boja žensko tele – crveno-bijela boja Rogatost kod ovaca:HH – rogati mužjak i ženkaHh – rogati mužjak, bezrožna ženkaHh – bezrožni mužjak i ženka

VARIJABILNOST I SELEKCIJA

VARIJABILNOST IZMEĐU ŽIVOTINJA

Uzgoj životinja se temelji na varijabilnosti između životinja, tj. genetskoj varijabilnosti između jedinki. To je osnova za proučavanje i selekciju. Za uzgajivače je važno znati koje osobine pokazuju genetsku varijabilnost kako bi mogao odlučiti koja su svojstva koja treba poboljšati. Uloga uzgajivača je da odredi koji dio od varijabilnosti utvrđene između jedinki je posljedica genetskih razlika između životinja. Za rasplod moraju biti izabrane genetski najbolje, tj. superiorne jedinke kako bi se postigao genetski napredak u slijedećim generacijama. Standardna mjera koja pokazuje varijabilnost svojstava je varijanca koja se temelji na odstupanju pojedinačnih vrijednosti svih jedinki u uzorku od srednje vrijednosti uzorka.

KOEFICIJENT VARIJACIJE

Prosječno odstupanje od prosjeka se naziva standardna devijacija. Kako se standardna devijacija izražava u jedinicama u kojima je osobina mjerena ona ne pokazuje odmah da li svojstvo ima veliku ili malu varijabilnost. Korisna mjera je stoga koeficijent varijacije (CV).

CV = SD / (∑x / n)*100.

UZGOJNA VRIJEDNOST (UV)

Uzgojna ili aditivna vrijednost označava aditivni utjecaj gena. UV je vrijednost životinje kao roditelja, odnosno dio genetske vrijednosti koje roditelji direktno prenose na potomstvo. To je ujedno i prosječni aditivni utjecaj gena koje životinja dobije od oba roditelja. Uzgojna vrijednost se izražava u odnosu na prosjek.

UV = h2 (x – (∑x / n)).

Očekivana uzgojna vrijednost potomaka 2 roditelja jednaka je njihovoj prosječnoj uzgojnoj vrijednosti. To je zato jer oba roditelja prenašaju slučajni uzorak svojih genetskih alela na potomstvo te je zbog toga uzgojna

vrijednost potomaka jednaka ½ UV oca i ½ UV majke. To se naziva PTA (predicted transmiting ability) ili EPD (expected progeny difference).

Također je bitna točnost procjene uzgojne vrijednosti koja se kreće u rasponu od 0 do 1. Što je veća vrijednost, veća je i točnost. Točnost procjene ovisi o količini podataka te o veličini i točnosti procjene genskih parametara. To je zapravo korelacija između prave i procjenjene uzgojne vrijednosti. Potrebna je što točni procjena UV kako bismo identificirali životinje s najvišom UV. To je važno kako bismo životinje uključili u uzgojni program i ostvarili što brži genski napredak.

Postoje modeli za procjenu UV životinja, a dijele se na one prema slučajnim utjecajima i prema zavisnoj varijabli.

Modeli sa slučajnim utjecajima:

SIRE (očinski) – procjenjuju se UV bikova na temelju samih zapisa (mjerenja) bikova, ali i proizvodnosti njihovih kćeri te se koristi srodnost između bikova po ženskoj liniji kako bi se povećala količina podataka. Bik je slučajni, a farma fiksni utjecaj.

ANIMAL MODEL – koristi podatke (mjerenja) životinje, pedigre (informacije o porijeklu), vrijednost genetskih parametara. Procjenjuje se UV svih životinja, čak i onih koje su bez podataka (mjerenja). Procjenjuje se UV za mlade živtinje te za muške i ženske. Poznata je srodnost među životinjama i povećana je točnost procjene. Uključen je stalni okoliš i odvojeni su direktni i materinski utjecaji. Svaka životinja je zasebna jednadžba.

Multivarijantna analiza (multivarijantni A.M.) procjenju UV za životinje koje nemaju sve podatke o svim svojstvima jer su neka mjerenja provođena kasnije. Svojstva se analiziraju u istom modelu. Uklonjena je pristranost zbog izlučivanja životinja za kasnija mjerenja te je povećana točnost i analaiza.

MODEL S PONAVLJANJIMA (repeatability model) – model koji koristi ponovljena mjerenja na istoj životinji. Koristi genetsku i okolišnu (negenetsku) varijancu.

ANIMAL MODEL + materinski utjecaj: y=Xb + ZdUd + ZmUm + ZpeUpe + e (Xb – fixni utjecaji; Ud – direktni aditivni genetski utjecaj;Um – materinski aditivni genetski utjecaj; Upe – materinski stalni okolišni utjecaj).

SELEKCIJSKI DIFERENCIJAL (SD)

Cilj selekcije je da za proizvodnju sljedeće generacije odabere skupinu životinja koja je u prosjeku bolja od ukupnog prosjeka populacije. Razultat selekcije je fenotipska razlika između odabrane skupine i prosjeka populacije. Ta je razlika selekcijski diferencijal (sd). On ovisi o 2 čimbenika, a to su: broj jedinki koji se može odabrati kao roditelji (proporcija selekcioniranih) i standardnoj devijaciji osobine na koju se vrši selekcija.

Standardna devijacija: s2 = ∑(x - (∑x / n)) / n – 1

s = √s2

sd = (o – (∑x / n)) + (m – (∑x / n)) / 2

INTENZITET SELEKCIJE (Si)

On predstavlja selekcijski diferencijal (sd) izražen u jedinicama SD.

i = sd / s. Intenzitet selekcije je prosječno odstupanje jedinki od prosjeka populacije izraženo u SD jedinicama.

RAZULTAT SELEKCIJE

Kako selekcija ima za cilj da se genetski unaprijede sljedeće generacije, postavlja se pitanje da li će sljedeća generacija biti bolja od sadašnje i koliko ako se za rasplod koriste samo selektirane skupine roditelja iz sadašnje generacije. Heritabilitet nam govori kako će se dio selekcijskog diferencijala prenijeti na sljedeću generaciju. Rezultat selekcije (R) je promjena aritmetičkih sredina između generacija iz kojih su izabrani roditelji i generacije njihovih potomaka. Ta je promjena uzrokovana promjenom frekvencije gena. Na rezultat selekcije utječu: heritabilitet, selekcijski diferencijal, standardna devijacija selekcionirane osobine, generacijski interval te vrijeme trajanja selekcije. R = h2sd.

GENERACIJSKI INTERVAL (G)

To je vrijeme potrebno da potomstvo postigne starost roditelja. On je važan za rezultat selekcije. Ako je generacijski interval kraći ili dulji od godine dana, onda se R izražava kao:

STOPA RASTA = h2sd / generacijski interval (u god.) Stopa rasta je vrijednost rezultata selekcije u 1 godini.

REMONTNI POSTOTAK

On govori koliko se mladih ženskih životinja treba odgojiti za rasplod da uzgoj ostane na poželjnoj dostignutoj razini.

..R.. = Z / Zi

Z – postotak zamjene grla za godišnju popunu stada

Zi – prosječan broj ženskog podmlatka po plotkinji

POVEZANOST IZMEĐU SVOJSTAVA

1. KORELACIJA

Kvantitativna su svojstva domaćih životinja u međusobnoj povezanosti pri čemu promjena jednog svojstva prati promjenu drugog svojstva pa tada kažemo da su svojstva u korelaciji. Varijable zajednički variraju pri čemu između njih može, ali i ne mora postojati uzročno-posljedična veza. Korelacija je relativna mjera jakosti linearne veze između 2 varijable, a povezanost između svojstava se mjeri koeficijentom korelacije (r) koji nam govori o smjeru i jačini veze između svojstava. Smjer korelacije može biti pozitivan i negativan. Ako se promjena kreće u istom smjeru bez obzira na povećanje ili smanjivanje, korelacija je pozitivna, a ako mijenja smjer onda je negativna. Korelacija poprima vrijednosti od -1 do 1. Ako je korelacija jednaka točno 1 (-1), onda je potpuna, tj. veza je najjača. Korelaciju dijelimo na fenotipsku (r) i genetičku (rg).

Fenotipska korelacija nam govori koliko je čvrsta veza između 2 svojstva u populaciji, tj. u kojoj mjeri 2 promijenjene veličine imaju sklonost kretanja zajedno. Genetička korelacija nam govori kako se neka svojstva koja su međusobno povezana prenašaju na potomstvo. One su uzrokovana pleitropijom. To je pojava kada 1 gen djeluje na formiranje većeg broja pojedinačno fenotipskih svojstava.

2. REGRESIJA

To je metoda kojom se utvrđuje odnos između varijabli (svojstava) koja su u uzročno-posljedičnoj vezi u kojoj je jedno svojstvo definirano kao zavisno, a drugo kao nezavisno. Nezavisno je svojstvo označeno kao X, a zavisno kao Y. Regresijska analiza utvrđuje promjenu Y ako se X promijeni za jednu jedinicu mjere,

odnosno kako promjena nazavisne varijable utječe na promjenu zavisne varijable. Odnos između X i Y određuje koeficijent regresije (b). On nam govori koliki je nagib linije regresije.

b=Cov(x,y) / Var(x)

b = ∑xy / ∑x2

∑xy = ∑XY – (∑X)(∑Y) / n

∑x2 = ∑X2 – (∑X)2 / n

Genetski model koji prikazuje promjenu fenotipskih vrijednosti je: y=μ+g+e pri čemu je μ prosjek, g je genetska vrijednost, e je neprotumačeni utjecaj okoliša.

P=G+E → G=A+D+I; E=E(t) + E(p). A je aditivni utjecaj, D je dominacija, I je epistaza (interakcija), okolišna komponenta se raščlanjuje na stalne okolišne i privremene okolišne čimbenike.

Skalarni model: y=β0 + β1x + ε

Procjenjeni model: y=Xβ + ε → y=Xb → b=(X'X)-1 * X'y

εij je neprotumačeni utjecaj (greška).

Modeli: 1. jednostruka analiza varijance (fixni utjecaji - τi): yij=μ+τi+εij;

2. slučajna jednostruka analiza varijance (slučajni utjecaji - ui): yij=μ+ui+εij

3. mješiviti (mixed) model sa fixnim (β) i slučajnim (Z) utjecajima: y=xβ+Zu+ε

MIXED MODEL koristi fiksne utjecaje (xβ) koje procjenjuje BLUE i slučajne utjecaje (Zu) koje procjenjuje BLUP. BLUP (Best Linear Unbiased Prediction) je procjena slučajnih utjecaja u mješovitom modelu uz istovremenu procjenu fiksnih. Fiksni utjecaji u modelu mogu biti: stado, godina, spol, sezona, dob teleta, dob kod prvog telenja. Slučajni utjecaji su: životinjaa, stalni koliš(farma), majčinski utjecaj (UV), greška, interakcija genotipa i okoline. Procjenjuje se funkcija β i hipoteza o β te interakcija β i u te procjena u. Β i u su vektori fiksnih i slučajnih utjecaja. BLUP procjenjuje vrijednost slučajne varijable u i potrebno je procjeniti varijancu iz podataka. Varijabla u se procjenjuje prema: u=b(y-uy). Varijabla u je predviđena vrijednost, tj. UV (aditivna), b predstavlja regresiju u na y, a uy je srednja vrijednost y koji predstavlja fenotipsku varijancu. Traži se vektor UV (u) pomoću BLUP-a i vektor fixnih utjecaja (β) preko BLUE-a.

PROCJENA GENETSKIH PARAMETARA

1. VARIJANCA

Uzgoj životinja proučava genetske razlike između životinja i u tu svrhu koristi podatke o fenotipu životinja. To su obično kontinuirani podaci mjereni na kontinuiranoj skali kao što su: proizvodnja mlijeka, prirast, razina hormona i unos hrane. Vrlo je važno odrediti koliko su srodne životinje zapravo slične. Ta nam je informacija važna za poznavanje veličine heritabiliteta nekog svojstva. Moramo razlikovati grupe međusobno povezanih životinja i izmjeriti razlike između životinja unutar takve grupe te razlike između drugih grupa životinja. Ukupna varijabilnost u populaciji se može podijeliti na varijancu unutar grupe i na onu između grupa. Varijanca unutar grupe predstavlja varijabilnost srodnih životinja oko prosjeka njihove grupe. Varijanca između grupa predstavlja varijabilnost prosjeka grupa oko ukupnog prosjeka. Ukupna varijanca je: Vuk = Vizmeđu + Vunutar .

2. KOVARIJANCA

Kovarijanca je apsolutna mjera jakosti linearne veze između 2 slučajne varijable, tj. variranje x i y zajedno.

Ako je Cov(x,y)=0, varijable su nezavisne.

Var(x+y)=Var(x)+Var(y)+2Cov(x,y).

Cov (y,y)=Var(y).

Od članova grupe možemo dobiti informaciju o drugim pripadnicima grupe. Kada je varijanca unutar grupe velika, članovi grupe nisu jako slični te tada ne možemo napraviti dobru procjenu o sličnosti drugih članova grupe, tj. da li je član dobar ili loš. Ako je varijanca mala, članovi su slični te ako znamo za nekoliko članova grupe da su dobri, možemo pretpostaviti da su i drugi članovi grupe dobri. Kovarijanca između životinja iste grupe predstavlja do koje mjere one imaju zajedničke razlike sa životinjama koje nisu pripadnici njihove grupe. Ako 1 član grupe odstupa od prosjeka, kovarijanca nam govori u kojoj će mjeri slučajni pripadnik te grupe odstupati od prosjeka. Kovarijanca ovisi o genetskom odnosu između životinja iste grupe. Ponekad kovarijanca može biti prisutna uslijed zajedničkog učinka okoliša.

KOMPONENTE VARIJANCE

Određuju se analizom varijance (ANOVA). Osnovu analize čini statički model. Utjecaj greške je zapravo utjecaj svih ostalih utjecaja osim utjecaja oca i pretpostavljamo da su ti utjecaji različiti za svaku životinju. Varijanca se zbog razlika između očeva naziva varijanca očeva, dok sve ostale razlike između jedinki utječu na varijancu ostatka.

Izvori varijabilnosti

Stupnjevi slobode (df)

Suma kvadrata (SS)

Sredina sume kvadrata (MS)

Komponente varijance

Prosjek 1 SSμ

Između očeva s-1 SS0 SS0 / s-1 σ2e + kσ20

Ostatak (unutar očeva)

s(k-1) SSe SSe / s(k-1) σ2e

Ukupno sk SSu

3. HERITABILITET

Heritabilitet je regresija aditivne genotipske vrijednosti na fenotip. Heritabilitet opisuje reagiranje pojedinog svojstva na selekciju. Neka svojstva brže reagiraju na selekciju (mesnatost) i nazivaju se visoko heritabilna svojstva, dok nisko heritabilna svojstva slabije reagiraju na selekciju i više ovise o poboljšanju okoline (plodnost, dugovječnost). Mliječnost je srednje heritabilno svojstvo. Heritabilitet se označava od 0-1, a raspon govori o vjerojatnosti da se svojstvo prenosi genetski u tom postotku (h2=0,8, 80% je vjerojatno da se svojstvo prenosi genetski).

Heritabilitet možemo definirati u širem smislu h2=var(g) / var(y) i naziva se koeficijent genetske determinacije. Heritabilitet u užem smislu h2=var(a) / var(y) i uzima u obzir sličnost između rođaka.

PONOVLJIVOST (r)

To je proporcija utjecaja koji stalno djeluju na životinju u odnosu na ukupnu varijabilnost.

r = var(g) + var(ep) / var (y). Proporcija genotipa i stalnog okoliša i ukupne varijabilnosti.

2.1.9. PROCJENA GENETSKIH VRIJEDNOSTI

Potrebno je definirati 1 grupu protumačenih fiksnih utjecaja te mjeriti fenotipove grupe životinja iste genetske konstitucije. Genotipska vrijednost je prosjek velikog broja mjerenja fenotipova. Potrebno je uzeti u obzir informacije o proizvodnji (jedinke i rođaka), pedigre i okolinu.

Koristi se model: y=μ+a+d+m+e (a=UV; d=neaditivni genetski utjecaj, tj. kombinacija gena; m=materinski utjecaj; e=okoliš)

2. POPULACIJSKA GENETIKA

POPULACIJSKA GENETIKA je grana genetike čiji je predmet izučavanje selekcije (Lerner). To je ujedno i disciplina koja izučava kako Mendelove zakone i druge zakone genetike primijeniti na cjelokupne populacije (Hartl i Clark). Populacijska genetika proučava efekte i promjene gena u populacijama te čimbenike koji dovode do nasljednih promjena i njihovo odražavanje u generacijama potomaka i evoluciji vrsta.

KVANTITATIVNA GENETIKA proučava efekte gena na razini svojstva fenotipa i zakonitosti koje se u tome manifestiraju.

EVOLUCIJSKA GENETIKA proučava promjene u populacijama koje se događaju tokom vremena.

POVIJEST:

- De Moivre – jednadžba normalne distribucije

- Gauss – nastavlja de Moivre-ov rad – Gaussova krivulja

- Galton – priroda nasljeđivanja i varijabilnost svojstava

- MENDEL – temelji genetike

- Johannsen – nasljeđivanje kvantitativnih svojstava, naziv i definicija gena, genotipa i fenotipa

- Hardy i Weinberg – zakon ravnoteže u populaciji

- Haldana, Fisher i Wright – promjena frekvencije gena pod selekcijom

- Wright – koeficijent inbreedinga

- Robertson – selekcijski diferencijal

- Kimura – neutralna teorija selekcije

GENETSKA STRUKTURA POPULACIJE

Populacija je zajednica međusobno reproducirajućih jedinki određene nasljedne osnove određenog prostora i vremena, tj. Skupina životinja iste vrste (iste pasmine unutar vrste) koje unutar zajedničkog okoliša imaju određenu nasljednu osnovu i reproduktivnu sposobnost po kojoj se razlikuju od drugih populacija.

Statistički gledano, populacija je skup jedinki koje se po svojoj varijabilnosti na statistički značajnoj razini razlikuju od drugog skupa.

Frekvencija gena (genotipa) je udio u kojem se određeni gen (alel) i genotip pojavljuju u populaciji u odnosu na druge,a kreće se od 0 do 100%.

A1A1 = P A1 = P + ½ H = p A1A1 = p2

A1A2 = H genotip frekvencije A2 = Q + ½ H = q A1A2 = pq

A2A2 = Q A2A2 = q2

P + H + Q = 1 p + q = 1

Suma gena ili genski pool je suma svih gena, tj. frekvencija gena u reproduktivnim gametama određene populacije. Formulom spolnih kromosoma prikazano ovako (XX) + (XY) =1; 3X + Y = 1

HARDY-WEINBERGOV ZAKON

Frekvencije genotipova uvjetovane su frekvencijom gena iz prethodne populacije. Roditelji na potomstvo prenose gene,a ne genotipove. Sami genotipovi se formiraju kroz nastajanje zigota.

A1 = p2 + ½ (2pq) = p2 + pq = p (p + q) = p*1 = p

A2 = q2 + ½ (2pq) = q2 + pq = q (p + q) = q*1 = q

HW zakon vrijedi u velikoj populaciji, kada je sparivanje slučajno i kada nema mutacija, migracija, i selekcije.

Zakon se primjenjuje za izračunavanje frekvencije recesivnih alela (carriera – nositelja – H'). Za to je potrebno znati frekvencije heterozigota (recesivnih alela) koji se nastoje izlučiti. Recesivne homozigote lako je izlučiti, ali problem su recesivni heterozigoti koji opet daju rec. homozigote.

Gen frekvencije recesivnih alela: A1A1 + A1A2 + A1A2+ A2A2 = 1

A1A1 + 2A1A2 + A2A2 = 1

p2 + 2pq + q2 =1 q = √q2

Frekvencija heterozigota nositelja: H' = 2q / 1 + q

Migracija je proces ulaska / izlaska pojedinih jedinki u / iz populacije koji može imati ulogu u promjeni frekevncije gena u nativnoj populaciji u slučaju da dođe do reprodukcije. Sama promjena ovisi o broju imigranata i razlici frekvencije imigranata i nativne populacije. Migracije mogu biti intraspecijske (unutar iste vrste) i interspecijske (između različitih vrsta), pod uvijetom da nestanu barijere koje ih odvajaju.

Prikaz migracije gena u jednom smjeru:

q1 = mqm + (1 – m)q0 = mqm + q0 – mq0 = m(qm – q0) + q0

m – proporcija migranata

qm – frekvencija gena imigranata

(1 – m) – proporcija jedinki nativne populacije nakon 1 generacije

qo – frekvencija gena u nativnoj populaciji

Promjena frekvencije gena: ∆q = q1 – q0; ∆q = m (qm – q0)

Mutacije su najvažniji izvor varijabilnosti. Koriste se u uzgoju i selekciji ukoliko su otkrivene. Stopa promjene mutacije se mjeri kao razlika između stope porasta i stope smanjenja mutiranog gena ili broja promjenjenih gena po lokusu. Mutacije su općenito vrlo niske po generaciji.

Prikaz mutacije 2 gena (A1 i A2):

A1 A2 A2 A1

p0 u up0 vq0 v q0

A1 = p0 – up0 A2 = q0 – vq0

p0,q0 – početne frekvencije

up0,vq0 – stope mutacije

Promjena frekvencije gena: ∆q = up0 – vq0; ∆q = 0 - točka ravnoteže

upe – vqe = 0 upe = vqe pe = 1 – qe u = qe (u + v) qe = u / (u + v)

upe – stopa mutacije A1 gena; uqe – stopa mutacije A2 gena

Selekcija je proces promjene frekvencije gena zbog kojeg dolazi do različitog preživljavanja i nejednake reprodukcije pojedinih jedinki (genotipova) u populaciji. Selekcija može bitit prirodna i umjetna.

Koeficijent selekcije (s) je proporcija izlučivanja jedinki iz populacije.

Ako u populaciji od 100 gameta 90 gameta preživi, a 10 gameta ugine, koeficijent selekcije će iznositi 0,1 (10 / 100 = 0,1)

Adaptivna (selekcijska) vrijednost ili fitness (w) je mjera reproduktivne sposobnosti organizma ili genotipa uspoređeno s drugim genotipom u populaciji. To je proporcionalni doprinos nekog genotipa u gametama u sljedećoj generaciji.

Vrijednosti: w = 0; w = 1; w = 1 – s

Fitness genotipova u populaciji:A2A2 A1A2 A1A1■------------------------------■-----------------------------■ nema dominacije (k=0)1 – s 1 – 1/2s 1

A2A2 A1A2 A1A1■------------------------------■---------------■--------------■ djelom. dominac. (k=<0,1>)1 – s 1 – hs 1

A2A2 A1A1, A1A2■-------------------------------■------------------------------■ komplet. dominac (k=1)1 – s 1

A2A2 A1A1 A1A2■----------------■--------------■-----------------------------■ overdominacija ( k > 1)1 – s2 1 – s1 1

k = 2A1A2 – A1A1 – A2A2 / (A1A1 + A2A2)

Promjene u frekvenciji gena mogu se prikazati tablično:

KOMPLETNA DOMINACIJA:

Genotipovi A1A1 A1A2 A2A2 UKUPNOPočetna frekvencija gena

p2 2pq q2 1

Koeficijent selekcije 0 0 sAdaptivna vrijednost (s) 1 1 1-sFrekvencija nakon selekcije (w) = početna frekvencija gena * adaptivna vrijednost

p2 2pq q2(1-s) p2 + 2pq + q2 - sq2

= 1 – sq2 = w

Prosječna frekvencija gena = frekvencija nakon selekcije /

p2 / 1 – sq2 2pq / 1 – sq2 p2 / 1 – sq2

ukupna frekvencija nakon selekcije

Frekvencije gena u generaciji potomaka nakon selekcije utvrđuju se prema uobičajenim formulama:

A1 (p) = P + ½ H

A2 (q) = Q + ½ H

Frekvenciju gena A2 možemo izračunati iz heterozigota A1A2 i homozigota A2A2.

q1 = q2 (1-s) + pq / 1 – sq2 = q (1-sq) / 1 – sq2 = q – sq2 / 1 – sq2

∆q = q1 – q ∆q = q2 – q1 ∆q = q3 – q2 ....... ∆q = qn – qn-1

∆q = [q(1-sq) / 1-sq2] – q = - [sq2 (1-q) / 1 - sq2]

OVERDOMINACIJA:

Genotipovi A1A1 A1A2 A2A2 UKUPNOPočetna frekvencija gena p2 2pq q2 1Koeficijent selekcije s1 0 s2

Adaptivna vrijednost (s) 1-s1 1 1-s2

Frekvencija nakon selekcije (w) = početna frekvencija gena * adaptivna vrijednost

p2(1-s1) 2pq q2(1-s2) p2- p2s1 + 2pq + q2

– q2s2 = 1 – s1p2-s2q2 = w

Prosječna frekvencija gena = frekvencija nakon selekcije / ukupna frekvencija nakon selekcije

p 2 (1-s 1) 1 – s1p2-s2q2

2pq 1 – s1p2-s2q2

q 2 (1-s 2) 1 – s1p2-s2q2

Po istom principu izračunava se ∆q za sve druge oblike dominacije, a u slučaju kada je ∆q = 0, tada je u populaciji ravnoteža, a to se događa kada je ps1 = qs2

tip dominacije nova frekvencija gena promjena frekvencije genaq1 ∆q = q1-q

nema dominacije, protiv A2 q-1/2sq-1/2sq2 / 1 - sq -1/2sq (1-q) / 1-sqparcijalna dominacija, protiv A2 q-hspq-sq2 / 1-2hspq-sq2 -spq(q+h(p-q)) / 1-2hspq-sq2kompletna dominacija, protiv A2 q-sq2 / 1-sq2 -sq2(1-q) / 1-sq2kompletna dominacija, protiv A1 q-sq+sq2 / 1-s(1-q2) sq2(1-q) / 1-s(1-q2)

overdominacija, selekcija za A1A2

q-s2q2 / 1-s1p2-s2q2 pq(s1p-s2q) / 1-s1p2-s2q2

Potreban broj generacija (t) za promjenu frekvencije gena: t = 1/qt – 1/q0

Vrijednost pojedinog genotipa je odstupanje pojedinog genotipa od srednje homozigotne točke, tj. od prosjeka vrijednosti 2 homozigota.

Formule genotipske vrijednosti:

+a = A1A1 – [(A1A1 + A2A2) / 2]

d = A1A2 – [(A1A1 + A2A2) / 2]

-a = A2A2 – [(A1A1 + A2A2) / 2]

Testiranje HW zakona

X2 = ∑ [broj utvrđenih genotipova – broj očekivanih genotipova]2 / broj oček. Genotipova

X2 = ∑ {[ (A1A1 – A1A1)2 / A1A1] + [(A1A2 – A1A2)2 / A1A2] + (A2A2 – A2A2)2 / A2A2]}

HW zakon, tj. ravnoteža HW zakona može se primijeniti na multipli alelima i spolno vezanim genima.

Multipli aleli su aleli koji postoje u više od dvije varijante u populaciji. To su geni vezani na spolne kromosome. Spolno vezane kromosome je prvi put proučavao McClung na kućnom moljcu 1902. godine.

2 su tipa nasljeđivanja spola:

Drosophila (mušica): ženski - nXnX (homozigot, homogametni) i muški - nXY (heterozigot, heterogametni)

Abraxsas (ptice): ženski – nZW (heterozigot, heterogametni) i muški – nZnZ (homozigot, homogametni)

Multipli aleli: p + q + r = 1

Geni vezani na spolne kromosome:

frekvencija muških potomaka: p'm = pf p'm – frekvencija gena majke

frekvencija ženskih potomaka: p'f = ½ (pm + pf)

razlika frekvencija muških i ženskih potomaka: p'f – p'm = - ½ (pm + pf)

Varijanca – mjera varijabilnosti svojstava u populaciji

Fenotipska varijabilnost kvantitativnih svojstava je rezultat djelovanja gena i njihove interakcije unutar lokusa i između lokusa s čimbenicima vanjske sredine (okoliša)

Genotip čini aditivni dio (A), dominacija (D) i interakcija (I) G = A + D + I

Vp = Vg + Ve Vp = Va + Vd+ Vi + Ve

Vg = Va + Vd + Vi

Aditivna varijanca je vrijednost koju mjerimo na potomcima nekog rasplodnjaka, a djeluje pod direktnim utjecajem gena. To je mjera uzgojne vrijednosti jedinke.

Heritabilitet je procjena nasljeđivanja fenotipskih svojstava.

Heritabilitet u užem smislu: h2 = Va / Vp - Va predstavlja nasljeđivanje gena s rod. na potom.

Heritabilitet u širem smislu: h2 = Vg / Vp

Aditivna varijanca je suma genskih efekata.

Genotip Frekvencija Aditivna vrijednost Frekv*kvad. adit. vrijed.A1A1 p2 2qα p2 * 4q2α2

A1A2 2pq α(q – p) 2pq * α2(q – p)2

A2A2 q2 -2pα q2 * 4p2α2

Prosječna aditivna vrijednost je umnožak frekvencije genotipa i aditivne vrijednosti. i podjeljena s ukupnom frekvencijom genotipova u populaciji.

Ukupna aditivna varijanca iznosi: Va = 2pqα2 = 2pq [a + d (q – p)]2

Varijanca dominacije:

Genotip Frekvencija Dominacija Frekv*kvad. adit. vrijed.A1A1 p2 -2q2d p2 * 4q4d2 = 4p2q4d2

A1A2 2pq 2pqd 2pq * 4p2q2d2 = 8p3q3d2

A2A2 q2 -2p2d q2 * 4p4d2 = 4p4q2d2

Ukupna varijanca dominacije: Vd = 4p2q2d2 = (2pqd)2

Genotipska varijanca = Va + Vd = 2pq [a + d (q – p)]2 + (2pqd)2 = 2pqα2 + 4p2q2d2

MALA POPULACIJA

Predstavlja uzorak iz velike populacije i može se sastojati od nekoliko desetaka jedinki. U njoj postoji niz odstupanja i specifičnosti u odnosu na zakonitosti i pojave u velikoj populaciji.

Frekvencija gena rezultat je slučajne frekvencije koja nastaje zbog uzimanja uzoraka gameta iz velike populacije. Slučajne promjene su posljedica disperzivnih procesa. Posljedice promjena su: diferencijacija populacije na subpopulacije, skupine i linije, smanjenjenje genetske varijabilnosti unutar linija i povećanje homozigotnosti u cijeloj populaciji. Posljedica disperzivnih procesa su uzorkovanje i inbreeding.

Raspodjela početne populacije na linije dovodi do toga da sve rasplodne jedinke sadrže jednak broj gameta od kojih će biti formirane zigote. Spajanje gameta je strogo slučajno. Od potencijalnih je zigota samo određen broj onih koje će biti rasplodne jedinke u sljedećoj generaciji.

Pojave disperzivnih procesa

a) random drift – slučajno razilaženje, tj. slučajne promjenefrekvencije gena

b) razlike između subpopulacija – ujednačenost unutar subpopulacija, povećanje homozigotnosti što dovodi do smanjenja štetnih recesivnih alela koji su uzročnik smanjenja fertilnosti i preživljavanja gameta (zigota) i povećanje inbreedinga. Idealna je populacija ona u kojoj je sparivanje ograničeno samo na članove iste linije. Migracija je isključena. Generacije su odjeljene i nema preklapanja, a broj rasplodnih jedinki u svakoj liniji je isti za sve linije i sve generacije. Sparivanje je slučajno (samooplodnja) te nema selekcije i migracija.

c) uzorkovanje – slučajno uzimanje uzorka jedinki (gameta) dovodi do nejednake frekvencije gena u pojedinim uzorcima. oplodnjom sličnih jedinki, jedni se geni fiksiraju, a drugi eliminiraju. disperzija dovodi do promjena frekvencije gena u skupinama i linijama, ali se ukupna frekvencija gena populacije ne mijenja

Frekvencija gena u novim populacijama: p0 i q0 o2 = p0q0 / 2N o2∆q = VAR (q1 – q0)

o2∆q – promjena frekvencije gena koja je posljedica disperzivnih procesa

2N – diploidna jedinka formirana od N jedinki kao roditelja

Neki gen je fiksiran ako mu je frekvencija jednaka 1, a ukoliko mu je frekvencija jednaka 0, taj je gen iz populacije izgubljen. gen je fiksiran kada su sve jedinke istog genotipa za taj lokus i dolazi do genetske ujednačenosti, tj. stvaranja inbreed linija.

Neka recesivni alel označimo sa q, tada je frekvencija recesivnih homozigota jednaka q2, a prosječna vrijednost za sve linije je q2. (q2) = (q2) + o2q o2q = (q2) – q2

var. frekv. između linija = prosj. frekv. za sve linije – prosj. frekv. početnih linija

Genotip FREKVENCIJAA1A1 P0

2 + o2qA1A2 2p0q0 - 2o2qA2A2 q0

2 + o2q

Wahlundov zakon: frekvencija homozigota je uvećana za o2q, a frekvencija heterozigota umanjena za 2o2q.

Efektivna veličina populacije predstavlja onaj dio reproduktivno sposobnih jedinki koje gametama doprinose sljedećoj generaciji odnosno stvaranju zigota iz kojih će se razviti nova generacija.

Ne = 4NmNf / Nm + Nf - Nm je broj muških, a Nf broj ženskih jedinki

Inbreeding je uzgoj u srodstvu, a doprinosi povećanju homozigotnosti u populaciji. može biti incest (uže srodstvo) ili širi uzgoj u srodstvu.

Autozigoti su aleli identične po porijeklu i stvaraju identične homozigote.

Alozigoti su aleli neidentični po porijeklu i stvaraju neovisne homozigote.

Stupanj srodstva izražava koeficijent inbreedinga. Označava vjerojatnost da su dva alela u nekoj jedinki identična po porijeklu: Fx = (1/2)n ∑(1 + FA) ili Fx = ∑ (1/2)n+n'+1 ∑ (1 + FA)

n – broj slobodnih generacija od jedinke X do zajedničkog pretka putem oca

n' – broj slobodnih generacija od jedinke X do zajedničkog pretka putem majke

FA – koeficijent inbreedinga zajedničkog pretka

Koeficijent inbreedinga kroz t-generacija:

∆F = 1/2N

Ft = 1 – (1 – 1/2N)t

Frekvencija genotipova nakon inbreedinga:

Genotip FREKVENCIJAA1A1 P0

2 + o2qFA1A2 2p0q0 - 2o2qFA2A2 q0

2 + o2qFo2q = p0q0 [1 – (1 – 1/2N)t]

Genski efekt je mjera uzgojne vrijednosti jedinke. Uzgojna vrijednost je suma genskih efekata. Vrijednost jedinke ocjenjena na temelju prosječnih vrijednosti njezinih potomaka.

UV prikazana kroz prosječni genski efekt:

α = a + d (q – p)

α1 = q α = q[a + d (q – p)]

α2 = -p α = -p[a + d (q – p)]

Genotip Aditivna vrijednost (UV)A1A1 2 α1 = 2q αA1A2 α1 + α2 = (q – p) αA2A2 2 α2 = -2p α

Ako vrijednost pojedinog genotipa prikazujemo kao odstupanje od prosjeka populacije, tj. UV, tada vrijednost dominacije možemo izraziti kao α.

Genotip Frekvencija Genotipska vrijednost Prosječna gen. vrijed.a1a1 p2 +a ap2

a1a2 2pq d 2pqda2a2 q2 -a -aq2

Prosječna genetska vrijednost populacije: M = a (p – q) + 2pqd

Prosječna vrijednost potomaka: Muški roditelj A1A1 i gameta A1 slučajno izabranog ženskog roditelja (A1A1, A1A2, A2A2) iz populacije ap + dq

Prosječna vrijednost potomaka: Muški roditelj A2A2 i gameta A2 slučajno izabranog ženskog roditelja (A1A1, A1A2, A2A2) iz populacije pd - aq

Tip dominacijeGenetska vrijednost

Nema dominacije: K = 0, d = 0M = a(1 – 2q)

Kompletna dominacija: K = 1, d = a = 1M = a(1 – 2q2)

Overdominacija: K > 1, -a = +a = 0M = 2pqd

Frekvenc. vrijed.A1A1

p2

a

A1A22pqd

A2A2q2

-a

Devijacija od prosjekaa – [a (p – q) + 2pqd]d – [a (p – q) + 2pqd]-a – [a (p – q) + 2pqd]Genotipska vrijednost

2q (α – qd)

a (q – p) + d (1 – 2qp)

(q – p) α + 2pqd

-2p (a + qd)-2p (α + pd)

UV2q α

(q – p) α-2p α

Dev. dominacije-2q2d2pqd-2p2d

3. MOLEKULARNA GENETIKA

DNA

dvolančana helična molekula sastavljena od 2 komplementarna lanca negativno je nabijena zbog fosfatne skupine koja je hidrofilna to je superuzvojnica koja se može rezati nukleazama (restrikcijskim enzimima) na visokoj se temperaturi denaturira, a na niskoj renaturira sastavljena je od nukleotida koje čini: deoksiriboza (šećer pentoza), fosfat i dušične baze (purinske –

adenin i gvanin; pirimidinske – timin i citozin) duljina DNA određuje se parovima baza molekularne mase pojedinih dušićnih baza (adenin = 134 + timin = 125 => 259; citozin = 110 +

gvanin = 150 => 260) duljina 1 zavoja iznosi 14,5 baznih parova, a baze se nositelji genske upute dok šećer i fosfat imaju

strukturnu ulogu lanci imaju smjer 5'--3' (prva fosfatna skupina je na 5. mjestu na šećeru, a završava na 3. mjestu) veze koje vladaju na molekuli DNA su 3,5 fosfodiesterska veza čija je okosnica šećer – fosfat), a

veza povezuje nukleotide; druga veza je vodikova veza koja čini hidrogenske mostove koji povezuju dušićne baze A = T i C = G

SREDIŠNJA DOGMA MOLEKULARNE GENETIKE – prepisivanjem DNA na RNA stvaraju se proteini na ribosomima (proces je obrnut samo kod virusa)

1953. godine je otkrivena struktura DNA (Watson i Crick) NUKLEOZID = DUŠIČNA BAZA + ŠEĆER (ATP / dATP, ADP / dADP, AMP / dAMP) NUKLEOTID = NUKLEOZID + FOSFAT udvostručavanje ili replikacija DNA je impuls stanice na sintezu proteina i rast tkiva

egzoni su kodirajući dijelovi DNA, a introni su nekodirajući i nisu nosioci gena (junk DNA, satelitske DNA), ali su nositelji varijabilnosti i rekombinacija

genski markeri – omogućuju uočavanje razlika između populacija mikrosateliti – kodominanntno nasljeđivanje, ponavljajući dijelvi DNA, porijeklo vrsta, 80 – 300

bp, bliža prošlost mtDNA – nasljeđuje se po majci (samo ženska linija ju prenosi dalje, ali i muškim i ženskim

potomcima), dalja prošlost ljudski genom sadrži 30 000 gena transpozoni – nalaze se na intronima, a označavaju pokretni genetički materijal – dijelovi DNA koji

se mogu seliti s jednog mjesta u genomu na drugo SNP – točkaste mutacije – promjena samo jedne baze, pospješuju genomsku selekciju i povećavaju

varijabilnost na kromosomimama (genska predispozicija), najvarijabilnije mutacije

IZOLACIJA DNA

podrazumijeva uklanjanje proteina, odvajanje DNA od RNA te izolaciju specifičnih dijelova DNA ili RNA

izdvajanje može biti iz tkiva (genomsk – kromosomi ili iz organela), iz virusa, iz bakterija (genomska, plazmidna), ukupna, mRNA (2-5% ukupne RNA) – zahtjva dodatno pročišćavanje, a karakteristika joj je da ima polyA tail

METODE IZOLACIJE DNA

a) temeljene na razlici u topivosti

namatanjem na štapić (samo DNA) pročišćavanje fenol – kloroform – izoamilnim alkoholom (DNA i RNA) – korištenje kolona

(malih epruveta s memranom), DNA se ispire alkoholom pri čemu se stisne, a nakon dodavanja vode ona se otpusti i prođe kroz membranu u epruvetu)

b) temeljene na adsorpciji na kolone (DNA i RNA)

c) centrifugiranje u gradijentu gustoće CsCl (DNA i RNA)

1. IZOLACIJA FENOLOM

deproteinizacija proteinaza K razgrađuje proteine ekstrakcija organskim otapalima (fenol – kloroform – izoamilni alkohol) pri čemu fenol

denaturira proteine, a kloroform čuva fenol od oksidacije i uklanja lipide dok izoamilni alkohol sprečava pjenjenje

precipitacija (taloženje) DNA i RNA u mješavini alkohola i vode uz prisutnost soli alkohol (izopropanol 30 - 50%; etanol 60 – 80%) na temperaturi od – 20 do – 70°C, a zatim centrifugiranje uklanjanje soli pranjem u 70% alkoholu te ponovno centrifugiranje i na kraju sušenje taloga i

otapanje u puferu

2. IZOLACIJA U GRADIJENTU CsCl

- mtDNA je bogata adeninom i timinom do 80% pa se smješta u područje manje gustoće nego kromosomska DNA

IZOLACIJA RNA

slično kao i DNA, ali osjetljiva na razgradnju ukupna RNA

ribosomalna (rRNA) – 28S i 18S – najveći udio izolirane mRNA – najmanji udio izolirane (5%)

RNA u agaroznom gelu – denaturirajući agarozni gel, formaldehid – većina RNA stvara unutarmolekularne sekundarne strukture pa su molekule spriječene da putuju samo po veličini

28S rRNA treba biti dvostrukog intenziteta nego 18S rRNA korištenje fenola uravnoteženog s vodom koja ima kiseli pH DNAze za svoju reaktivnost trebaju metalne ione (inaktiviraju se s EDTA puferom koji sprečava

koagulaciju) RNAze imaju reaktivnu 2. hidroksilnu grupu pa netrebaju metalne ione RNAza A je otporna na EDTA, dugotrajno kuhanje i autoklaviranje, a nalazimo ju u jetri i slezeni

nekih vrsta riba i njena aktivnost ovisi o histidinu na aktivnom mjestu zaštita od RNAza: rukavice (pranje u alkoholu), inhibitori (uklanjanje iz stanice), držanje uzoraka na

ledu tijekom izolacije (smanjuje se aktivnost), egzogene se mogu unijeti dok se endogene oslobađaju iz stanica i tkiva tijekom ekstrakcije, na rukama se nalazi jako puno RNAza, otopine se pripremaju u autoklaviranom staklenom posuđu, spatule se spaljuju prije vaganja, kemikalije se autoklaviraju nakon korištenja

PROCJENA ČISTOĆE DNA I RNA

spektrofotometrijska metoda - korištenje spektrofotometra mjerenje koncentracije DNA i RNA mjerenje apsorbance na valnoj duljini od 260 nm i na 280 nm 1 jedinica apsorbance na 260 nm odgovara količini RNA od 40 µg/ml (A260 = 1 = 40 µg/ml) 1 jedinica apsorbance na 260 nm odgovara količini DNA od 50 µg/ml (A260 = 1 = 40 µg/ml) omjer apsorbance 260 i 280 označava (određuje) čistoću izolirane RNA / DNA RNA = A260 / A280 = 1,9 – 2,1 (2,0), a ako je veća od 2,1 znači da je RNA kontaminirana

proteinima DNA = A260 / A280 = 1,6 – 1,8 (1,7), a ako je veća od 1,8 znači da DNA nije čista za mjerenje apsorbance se RNA razblažuje u vodi

ELEKTROFOREZA

protok struje u gelu (koloidu konzistencije želatine) postupak putovanja nabijenih molekula u gelu pomoću električne struje agaroza je polisaharid dobiven od morskih algi, a otapa se u puferu – zagrijava do vrenja i hladi nakon hlađenja, gel se prelijeva u kalup i dodaje se etidij bromid za vizualizaciju fragmenata pod UV

svjetlom i stavlja se češljić koji u gelu ostavlja pravokutne rupice (jažice) u koje se pipetom fiksiraju uzorci

molekule se u gelu razdvajaju između 100 i 30 000 bp puferi koji se koriste su TBE (tris borat) i TAE (tris acetat) --> EDTA i oni osiguravaju ione za

vođenje struje

kada se gel ohladi i stisne, uranja se u kadicu s istim puferom DNA i RNA su negativno nabijene i izložene struji putuju prema pozitivnoj elektrodi, a manji

fragmenti putuju brže od većih DNA se razdvaja prema molekularnoj težini i obliku nanošenje uzorka omogućuje (olakšava) miješanje s puferom za nanošenje uzoraka u kojem se nalazi

30% glicerola (uzorak:pufer = 1:5) boje: iksilen cijanol (fragment do 5kb), bromfenol blue (nekoliko stotina bp), orange G (50bp) uloga etidij bromida – interkalira između baza (oprez: za rukovanje su potrebne rukavice jer je

mutagen i kancerogen je), pri gledanju pod UV svjetlom pod kojim je vidljiv potrebna je maska rezolucija:

% agaroze kb 0,5 2-30 0,75 0,7-20 1,0 0,5-10 1,5 0,2-3 2,0 0,1-2 3,0 0,07-1,5 4,0 0,04-0,9 5,0 0,03-0,6 6,0 0,01-0,4

PCR – lančana reakcija polimerazom

umnažanje određenog odsječka DNA in vitro metoda pogodna za dijagnostiku nasljednih i stečenih bolesti, dijagnozi patogena, forenzici metoda se temelji na replikaciji DNA u ependorff epruveti – umnažanje DNA do milijardu puta

unutar 2h korištenjem samo 1 enzima – DNA polimeraze DNA se enzimatski odmota – denaturira – RNA polimeraza sintetizira male komplementarne

početnice – tu se veže DNA polimeraza i replicira DNA za denaturaciju je potrebna visoka temperatura sintetske početnice se vežu na oba lanca, jedna na jedan, a druga na drugi – komplementarno potrebni sastojci za PCR su: DNA, DNA polimeraza, početnice (forward i reverse), 4

deoksiribonukleotida (A,T,G,C), MgCl2 kao kofaktor (pufer s Mg ionima) program za PCR

denaturacija na 94 – 96°C traje 1 – 10 min hibridizacija na 50 – 65°C traje 1 do nekoliko minuta pri čemu se početnice hibridiziraju na

denaturirane lance produljivanje lanca na 72°C traje 1 do nekoliko minuta

svaki ciklus daje 2x više umnoženih DNA molekula, a postupak se ponavlja do 38x temperaturno stabilna DNA polimeraza (Taq polimeraza izolirana iz bakterija) aktivna je prilikom

zagrijavanja i hlađenja PCR aparat fluidno i brzo mijenja temperature u ciklusima početnice: trebaju biti komplementarne (dovoljno specifične) za neki gen, odabiremo ih ručno

(prema slijedu) ili programski (DNA StaR), važan je slijed i duljina početnica (18 - 24 bp) temperatura za 1. rwakciju PCR-a treba biti 5°C manja od temperature taljenja (Tm) --> Tm = 2

(A+T) + 4 (G+C) – par početnica treba imati što sličniju temperaturu taljenja i trebaju imati 45 – 55% G i C nukleotida te bi bilo dobro da s tim nukleotidima i počinju i završavaju

potrebno je izbjeći ponavljanje slijedova nukleotida, komplementarne sekvence dulje od 3bp unutar samih početnica i između para početnica

optimalni PCR uvijeti:

DNA kalup – vrlo mala količina Taq polimeraza – ni previše ni premalo početnice – bitna temperatura hibridizacije dNTP MgCl2 – početnice su osjetljive na količinu dodaci (glicerol, neionski detergent) – mogu poboljšati specifičnost PCR reakcije

primjena PCR-a: određivanje mutacija (genske bolesti, insercije, delecije, točkaste mutacije), određivanje prisutnosti neželjenog genskog materijala (bakterijske i virusne infekcije), identifikacija osoba, forenzika (umnožavanje DNA iz razgrađenog materijala ili iz vrlo malo materijala)

REAL – TIME PCR

lančana reakcija polimerazom u stvarnom vremenu omogućuje kontinuirano praćenje PCR reakcije, a temelji se na oslobađanju fluorescentne boje

tijekom PCR reakcije, a boje se razlikuju po valnoj duljini metoda je dosta skupa

RT – PCR

reverzna transkripcija – metoda kojom se molekula RNA prevodi u komplementarnu molekulu DNA (cDNA) korištenjem enzima reverzna transkriptaza

cDNA (complementary DNA) je kopija RNA (mRNA) pa zato nema introna, dvolančana je, stabilna i jednostavna za manipulaciju

uporaba: određivanje razine ekspresije gena, izolacija gena --> kloniranje semikvantitativni PCR – uspoređuje se relativna količina ciljne mRNA u 2 sustava kvantitativni PCR – interni standard koji se umnaža u istoj epruveti s ciljnom DNA uz iste početnice,

dajući produkte različite veličine

KLONIRANJE

postupak razvoja i odabira klona, ubacivanje određenig gena u pojedine genome i dobivanje 2 identične jedinke od jedne

klon – skupina identičnih molekula, stanica ili organizama kloniranje u plazmidni vektor – ubacivanje komadića DNA u plazmidni vektor kako bi se njime

moglo manipulirati plazmid je cirkularna dvolančana molekula DNA u bakterijama, a aplikacija se vrši neovisno o

domaćinu, duljine je od nekoliko do 100 kb plazmidni vektori potječu od prirodnih plazmida plazmid: prenosi rezistenciju na antibiotike, osigurava toxine u patogenim bakterijama, zaštićuje

bakterije od toxičnih metala prvo kloniranje 1973. godine – staphylococcus aureus plazmid mora imati: izvorište replikacije, višestruko mjesto za kloniranje (lako ubacivanje DNA

restrikcijskim endonukleazama), gen za rezistenciju na antibiotike kloniranje u plazmid sastoji se od nekoliko koraka:

a) izolacija gena - fragment je dobiven PCRom ili RT-PCRom ili iz nekog plazmidab) cijepanje plazmida (fragmenta) restrikcijskim endonukleazama - endonukleaze iz

bakterija prepoznaju specifične palindromske sekvence. Molekularne "škare" cijepaju jedinstvene

DNA sekvence, a cijepaju ih simetrično ili asimetrično pa prema tome sekvence imaju ravne ili ljepljive krajeve

c) izolacija dijelova vektora i inserta - nanošenje pocjepanih plazmida na gel uz standard, a zatim izrezivanje iz gela dijelove koje želimo spojiti. Elektroelucija i pročišćavanje – uporaba kita za izolaciju iz gela. Mjerenje količine vektora i inserta

d) ligacija - pomoću DNA ligaza – prema vrsti krajeva koje spajamo – kloniranje ljepljivih i tupih krajeva, AT kloniranje, kloniranje sintetiziranih hibridnih oligonukleotida

- tupi krajevi – pomoću restrikcijskih enzima koji daju tupe (ravne) krajeve, insert je nastao PCRom (DNA polimerazom) koja ostavlja ravne krajeve

- ljepljivi krajevi – djelovanjem istih ili različitih enzima koji daju iste jednolančane krajeve

- AT krajevi – karakteristika Taq polimeraze je da na 5'-- kraju ostavlja A u insertu, a obradom vektora dTTpom se dobiva vektor koji ima T na krajevima

e) transformacija - ubacivanje gole plazmidne DNA u stanicu, a ako ubačena DNA posjeduje izvorište replikacije koje prepoznaje domaćinova DNA polimeraza onda će bakterija replicirati stranu DNA zajedno sa svojom. Kompetentna bakterija – sposobna je primiti u sebe stranu DNA. Bakterije se obrađuju s CaCl2 – membrana je propusna za ione Cl, ali ne i za ione Ca, pa tako zbog ulaska Cl iona ulazi i voda pa stanica bubri i omogućuje lakši unos DNA. Slijedi temperaturni šok pri čemu se aktiviraju geni potrebni za preživljavanje. Elektroporacija – metoda unsa DNA u stanicu uz visoku voltažu kako bi se napravile privremene pore u bakterijskoj stanici (membrani) kroz koje ulazi DNA, a kada se rupice zatvore, DNA nemože izaći, a može se replicirati

f) odabir kolonija - odabiru se one koje sadrže plazmid korištenjem plavo – bijele selekcije – odabiru se kolonije koje u sebi sadrže rekombinirani plazmid sa željenim insertom. Višestruko mjesto za kloniranje – gena za beta galaktozidazu, a ekspresijom beta galaktozidaze u praznom plazmidu, bezbojni se supstrat oboji u plavi uz induktor IPTG. Ako strana DNA ubačena u plazmid poremti "open reading time" (otvoreni okvir čitanja) tada za beta galaktozidazu nema enzimatske aktivnosti pa su bakterijske kolonije bijele

g) pročišćavanje - bakterije se pokupe pipetom u zasebnu epruvetu. Bakterije se talože centrifugiranjem i resorpcijom u puferu (glukoza + EDTA)

- LIZA bakterije SDS-NaOH (NaOH denaturira proteine, a SDS je ionski dtergent koji otapa fosfolipide i denaturira proteine te oslobađa bakterijski sadržaj u otopinu

- dodaje se kalijev acetat i octena kiselina te dolazi do precipitacije (SDS – lipid – protein), neutralizacije NaOH i plazmidna se DNA renaturira

- precipitat se uklanja centrifugom, a plazmidna DNA ostaje u supernatantu (plutajuća), izopropanol precipitira DNA, odvaja se centrifugom, precipitat se pere 70% alkoholom, suši se talog plazmidne DNA i vrši se resuspenzija u vodi ili TE-puferu (pH=8)

SOUTHERN BLOT

- formiranje DNA hibrida između 2 komplementarna DNA lanca koji dolaze iz različitih izvora- DNA lanci trebaju biti jednolančani (FNA treba biti denaturirana)- na gel nanosimo materijal u kojem tražimo neki slijed (gen), a restrikcijski enzimi cijepaju DNA

- razdvojenu DNA prenosimo na najlonsku nitroceluloznu membranu- probu (cDNA) obilježimo (radioaktivno, kemiluminiscentno) i inkubiramo membranu s probom u puferu, navezenu probu isperemo i detektiramo (ovisno o obilježavanju)

NORTHERN BLOT

- na agarozni se gel nanosi RNA- bitan oprez zbog RNAza- proba je obilježena DNA ili RNA, a metoda se koristi za dokazivanje jačine ekspresije i za određivanje – dokazivanje veličine transkripta- hibridizacijska sonda – obilježavanje heptanom ili fluorokromom, a način obilježavanja može biti PCRom ili metodom nasumične klice te se detekcija vrši dalje obilježenim protutijelima

SEKVENCIRANJE

- određivanje primarnog slijeda nukleotida- SANGEROVA dideoksi metoda – zaustavljanje enzimatske sinteze komplementarnog DNA lanca ugradnjom obilježenih analoga nukleotida, sinteza komplementarnog lanca DNA započinje oligonukleotidnom klicom koja je komplementarna slijedu DNA- korištenjem smjese sva 4 dNTP-a i 1 ddNTP-a sinteza novog lanca se prekida na svakom mjestu gdje se ugrađuje ddNTP dajući tako skup lanaca različitih dužina- korištenje PCRa i kapilarne elektroforeze

PROTEINI

- Natrij dodecil sulfat-poliakrilamid gel elektroforeza (SDS-PAGE) i Western blot- Kultura stanica- Transfekcija u eukariotsku stanicu- Monoklonska protutijela

ELEKTROFOREZA

proces pokretanja nabijenih molekula u električnom polju. Molekule se u električnom polju kreću u ovisnosti o naboju, obliku i veličini. Najčešće korištene mediji za elektroforezu: poliakrilamid i agaroza

PAGE i SDS-PAGE

Poslje završetka PCR reakcije neophodno je izvršiti vizualizaciju PCR produkata. Dvije tehnike koje se najčešće koriste su:

1. agarozna elektroforeza sa EtBr (etidij bromidom) 2. PAGE (poliakrilamid elektroforeza)

Agarozni gel

Pri izradi agaroznog gela, dodaje se i određena količina EtBr. Naime etidij-bromid ima sposobnost fluorescencije pod UV svjetlom.

Kada nanesemo uzorke na ovako pripremljen gel molekule EtBr se inkorporiraju u dvostruki heliks DNA lanca tako da se pod UV svjetlom produkti PCR reakcije vide u obliku traka.

PAGE

Pri pravljenju ovog gela može se mijenjati njegova gustoća ovisno o promjenama koncentracije supstanci koje idu u njegov sastav.

Gušći gelovi osiguravaju bolje razdvajanje. Bojenje gela posebnom metodom osigurava se vizualizacija. Neophodno je na oba gela nanijeti marker koji predstavlja izrezanu DNA restrikcijskim enzimima na

više fragmenata poznatih dužina koji služe za indentifikaciju PCR produkata (standard).

Elektroforeza na agaroznom gelu

Osnovni princip elektroforetskog razdvajanja temeljen je na činjenici da čestice različitog naboja i različite mase, pod utjecajem električnog polja za isto vrijeme prelaze različite putanje na agaroznom nosaču.

Pufer: Tris Acetat EDTA (40 mM Tris Acetat, 2 mM EDTA, pH 8,5; TAE) Za pravljenje gelova i elektroforezu korišten je 0,5 × TAE. Gel: 1% AGAROZA

1g agaroze/100 ml 0,5 × TAE + 5 μl etidijum bromida (EtBr; 25 μg/ml) 1% agarozni gelovi prave se tako što se agaroza otapa u TAE puferu i zagrijava do točke

topljenja, dodaje se 5 μl EtBr i izliva u kalup, koji određuje dimenzije gela. Dok je agaroza tekuća, u nju se postavlja „češalj“ kojim se u gelu prave „džepići“ tj. mjesta u

gelu koja će se popuniti uzorkom. Kada se agaroza ohladi i polimerizira, formirani gel se prebaci u kadicu za elektroforezu koja je

napunjena TAE puferom. Prije nanošenja na gel, uzorci se mješaju sa bojom koja omogućuje vizualizaciju uzorka na gelu,

kao i praćenje njegovog kretanja kroz gel. Prije uključivanja u struju u TAE pufer se dodaje 5 μl/100 ml EtBr. EtBr se ugrađuje u lance

nukleinskih kiselina i omogućava njihovu vizualizaciju pod UV svjetlom. Nukleinske kiseline u čije je lance inkorporiran EtBr raspoznaju se kao svjetle trake na gelu. U cilju čuvanja rezultata PCR analize, gelovi se slikaju polaroid aparatom.

Poliakrilamidni gel (PAGE) se formira kada se mješavina akrilamida i umrežujućih bisakrilamida polimerizira u duge lance kovalentnim vezama.

Veličina pora u poliakrilamidnim gelovima je određena % gela (što je veći postotak to su pore manje) PAGE i SDS-PAGE se izvode na vertikalnom gelu (agarozni gel je bio horizontalni gel) PAGE je metoda u kojoj se proteini razdvajaju po molekularnoj težini i po naboju SDS-PAGE = sodium dodecyl (lauryl) sulfate – polyacrilamide gel electrophoresis je metoda u kojoj

se proteini razdvajaju po molekularnoj težini SDS je detergent (nalazi se na listi sastojaka šampona, sapuna i pasta za zube). SDS razara vodikove veze, blokira hidrofobne interakcije i razmata protein, uništava tercijarnu i

sekundarnu strukturu proteina. Time se izjednačavaju naboji na molekulama proteina (svi su negativno nabijeni).

Proteini se mogu u potpunosti razmotati kada se u pripremi uzorka koristi ditiothreitol ili 2-merkaptoetanol, koji cijepaju disulfidne veze između cisteina.

Za skoro sve proteine vrijedi pravilo da se SDS veže u količini 1.4 g SDS-a na gram proteina, osiguravajući tako ukupni negativni naboj svakog proteina

SDS-PAGE se koristi za: Određivanje veličine proteina Identifikaciju proteina Provjeru čistoće proteinskog uzorka Identifikaciju disulfidnih veza Kvantifikaciju proteina

PUFERSKI SUSTAVI KONTINUIRANI - samo jedan gel za razdvajanje, uzorci se odmah nakon stavljanja na gel

počinju razdvajati DISKONTINUIRANI - uzorci prvo prolaze kroz gel velikih pora (stacking gel = gel za sabijanje)

koji omogućava ukoncentriravanje uzorka, a zatim se razdvajaju u gelu manjih pora (separating = running = gel za razdvajanje)

PRIPREMA GELA = POLIMERIZACIJA

• Amonij persulfat je inicijator

• N,N,N',N’-tetramethylethylenediamine (TEMED) je katalizator

• Polimerizacija može biti i fotokemijska (riboflavin i UV svjetlo dugih valnih duljina kao inicijatori, TEMED kao katalizator)

7.5% 10% 15%

H2O 16.1 ml 13.6 ml 8.6 ml

akrilamid/bisakrilamid 7.6 ml 10.1 ml 15.0 ml

donji pufer TrisHCl pH 8.8 6.0 ml 6.0 ml 6.0 ml

APS 10% 100 ml 100 ml 100 ml

SDS 10% 300 ml 300 ml 300 ml

TEMED 15 ml 15 ml 15 ml

BOJANJE SDS-PAGE GELOVA

Coomassie blue bojanje

temelji se na nespecifičnom vezanju boje Coomasie blue na proteine Razdvojeni proteini se istovremeno fiksiraju i bojaju, a zatim se odbojava background proteini se pojavljuju kao plave vrpce (bands) na bezbojnoj podlozi

Bojanje srebrom

Temelji se na vezanju iona srebra na SH i COOH grupe razdvojenih proteina Proteini se nakon elektroforeze fiksiraju, izlažu srebrnom nitratu i “razvijanjem” se stvara crni

precipitat srebra

WESTERN BLOT

Western blot je metoda detekcije jednog proteina, u mješavini puno različitih proteina, razdvojenih SDS PAGE-om

Nakon SDS-PAGE proteini se prenose na membranu na kojoj se izvodi imunodetekcija Za imunodetekciju se koriste specifična protutijela na željeni protein (primarna protutijela), nakon

čega se vezanje tih protutijela određuje protutijelima na primarna protutijela (sekundarna protutijela) koja su obilježena enzimom

Signal se dobiva kemijskom reakcijom (kolorimetrija ili kemiluminiscencija) KORACI

SDS-PAGE Prijenos na membranu Blokiranje veznih mjesta na membrani (nemasno mlijeko, BSA) Inkubacija s primarnim protutijelom Ispiranje Inkubacija sekundarnim protutijelom obilježenim enzimom Ispiranje Kemijska reakcija (kemiluminiscencija, kromogena vizualizacija=kolorimetrija)

PRIJENOS PROTEINA NA MEMBRANU

BLOKIRANJE MEMBRANE Blokiranje nespecifičnog vezivanja proteina na membrani BSA, nemasno mlijeko u prahu, ovalbumin, želatina… Puferi: PBS (phospahate-buffered saline) ili TBS (Tris-buffered saline) uz dodatak Tween-20

(neionski detergent za smanjenje intenziteta nespecifičnih interakcija)

1) KROMOGENA VIZUALIZACIJA Primarno protutijelo Sekundarno protutijelo je obilježeno alkalnom fosfatazom ili peroskidazom Supstrat se bira prema enzimu BCIP/NBT (AP) ili DAB (PO)

2) KEMILUMINISCENCIJA Primarno protutijelo Sekundarno protutijelo je obilježeno alkalnom fosfatazom ili peroskidazom Supstrat se bira prema enzimu, produkt reakcije ima sposobnost kemiluminiscencije Signal se bilježi na fotografskom filmu

PREDNOSTI KEMILUMINISCENCIJE NAD KROMOGENOM VIZUALIZACIJOM

• Kromogenom vizualizacijom može se detektirati samo jedan protein, a membrana se ne može više koristiti za novu reakciju

• Kemiluminiscencija - membrana se može koristiti više puta za određivanje različitih proteina (između stripping). Mijenjanjem vremena ekspozicije filma membrani može se kontrolirati jačina signala i “uhvatiti”

signal upravo u trenutku kada je još uvijek linearan odnos između količine proteina i signala na fotografskom filmu

KULTURA STANICA

• Stanice se mogu uzgajati u petrijevki• S obzirom na podrijetlo:

Primarne kulture (direktno iz tkiva), imaju ograničen broj dioba Trajne kulture, neograničeno se dijele

• S obzirom na način rasta Adherentne Stanice u suspenziji

Primarne kulture - NAČINI DOBIVANJA

1) EKSPLANTACIJA: dio tkiva se stavlja u petrijevu zdjelicu, stanice migriraju iz tkiva

- Upotrebljava se za stanice koje su osjetljive na proteaze; nije pogodno za stanice koje se slabo adheriraju ili slabo migriraju

2) ENZIMATSKO OSLOBAĐANJE se odabire za stanice koje su otporne na enzimsku razgradnju - Enzimska razgradnja služi da se stanice razdvoje jedna od druge i da se odvoje od ekstracelularnog

matriksa (Tripsin, Kolagenaza II, Elastaza, Hijaluronidaza, DNase, Pronaza, odnosno kombinacije enzima)

Trajne kulture- Neograničeno rastu, neke imaju smanjenu kontaktnu inhibicijuA) tumorske staniceB) stanice iz primarne kulture koje su prošle krizu (gensku promjenu u kulturi), relativno je jednostavno dobiti trajnu liniju iz stanica glodavacaC) primarne kulture koje su transformirane u kulturi tumorskim virusom ili onkogenom stanična kultura = uzgoj stanica in vitro

ZAJednostavni sustav za proučavanje molekularnih mehanizama

PROTIVStanice u kulturi ne reagiraju potpuno jednako kako bi reagirale u tijeluPromjene u organizmu se ne mogu objasniti promjenama u stanicamaSvako otkriće dobiveno na nivou stanice mora se potvrditi na organizmu

UZGAJANJE STANICA

Stanice se uzgajaju in vitro u plastičnim posudama (označene tissue culture) različitog oblika (petrijeve zdjelice, T-bočice, roler

boce…..) U vlažnom inkubatoru pri pogodnoj temperaturi uz kontrolirani dotok ugljičnog dioksida U potpuno sterilnim uvjetima (upotreba sterilnog kabineta s protokom sterilnog zraka, upotreba svog

sterilnog suđa) U posebnom mediju za uzgoj stanica

ULOGA medija:- Osiguravanje hranjivih tvari aminokiselina, masnih kiselina, elemenata u tragovima,

soli, vitamina, kofaktora

- Osiguravanje odgovarajućeg kemijskog okoliša pH i osmolalnost (ioni i bikarbonati)

- Izvor energije

TRANSFEKCIJA U KULTURU STANICA• Transfekcija je postupak kojim se može unjeti strana DNA (obično plazmidna DNA) u eukariotsku stanicu• Gen koji se u plazmidnoj DNA nalazi se transkribira, translatira i eksprimira

METODE TRANSFEKCIJE - Metode "TROJANSKI KONJ" jer se molekule nosači vezani za DNA vežu na staničnu membranu i unose u stanicu:

Kalcij fosfatDEAE-dextranTransfekcija posredovana liposomoma

- Metode "GRUBE SILE":ElektroporacijaGenski pištolj (Gene gun)Mikroinjekcija

TIPOVI TRANSFEKCIJE

• PROLAZNA TRANSFEKCIJA

Transfekcija pri kojoj se plazmid ne integrira u domaćinov kromosom. Prema tome je i ekspresija gena koji se u plazmidu nalaze prolazna i istražuje se obično 24-72 sata

nakon transfekcije Ova metoda se obično koristi uz neki gen dojavljivač (luciferaza, beta galaktozidaza, zeleni

fluorescentni protein gfp) čija se ekspresija određuje. Prema tome ova metoda je česta za istraživanje promotora, ali se može koristiti i za inaktivaciju nekog gena unošenjem neaktivne forme istog (kompeticija neaktivne forme proteina za supstrat može se privremeno inaktivirati funkcija nekog staničnog proteina)

• STABILNA TRANSFEKCIJA

Stabilna transfekcija je metoda u kojoj se nakon transfekcije izoliraju stanice koje su integrirale plazmid u kromosom stanice.

Odabir ovih stanica omogućen je genom za rezistenciju stanica na neku kemikaliju koji se nalazi u plazmidu zajedno sa genom koji želimo u tim stanicama eksprimirati.

Ovako izolirane stanične linije (potrebna je selekcija individualnih stanica - klon stanica) mogu poslužiti za istraživanje funkcije nekog proteina, a mogu služiti i za izoliranje veće količine proteina iz stanica.

MONOKLONSKA PROTUTIJELA Humoralni imunitet nas štiti od patogena uz pomoć protutijela Nakon što se organizam susretne sa stranim proteinom razvija se čitav niz različitih protutijela na taj

protein; oni se vežu na različite epitope (antigenske determinante na stranom proteinu) UPOTREBA MONOKLONSKIH PROTUTIJELA

Nezamjenjivo u bazičnim istraživanjima (Western, imunocitokemija, pročišćavanjeproteina...), nezamjenjivo u dijagnostici, upotreba u terapiji, odbacivanje transplantata, kardiovaskularne bolesti, tumori, infektivne bolesti, inflamatorne bolesti

IZOLACIJA DNA_laboratorijski rad

BLOOD GENOMIC DNA KIT

solution resuspenzija Lysis solution C solution za pripremu kolona wash / prewash solution koncentrat elution solution – 10mM Tris-HCl, 0,5mM EDTA – pH = 9,0 proteinaza K RNAza A solution GenElute Miniprep Binding Columns in Tubes Collection Tubes (2ml)

1. UZIMANJE KRVI

u tubice s antikoagulansom (EDTA tubice) ekvilibracija krvi na sobnu temperaturu

2. PRIPREMA KRVI

20µl proteinaze K u 1,5ml tubu za centrifugiranje – uklanjanje proteina (razgradnja) potrebna otopina 20mg/ml NA2000: protK 5mg + voda 0,25ml; NA2010: protK 10mg + voda 0,5ml; NA2020: protK

100mg + voda 5ml može se skladištiti na 2-8°C nekoliko dana proteinaza K I lysis sol se nemogu skladištiti zajedno

200µl uzorka krvi (ako je uzorak manji od toga, dodati solution resuspenziju do volumena od 200µl) vorteksirati uzorak – miješanje enzima uzorak se može skladištiti na 4°C otprilike 3 mjeseca ako preostala RNA u uzorku ne smeta, DNA se dalje priprema, a ako želimo čistu DNA bez RNA

tada dodajemo 20µl RNAza A solution I inkubiramo 2min na sobnoj temperaturi

3. LYSE

200µl lysis solution C u uzorak vorteksirati 15ak sekundi inkubirati na 55°C oko 10 min – termoshaker

4. PRIPREMA KOLONA

kolona je dvodjelna tubica s memranom i ima crveni prsten 500µl column preparation solution u svaku kolonu centrifugirati na 12 000 × g oko 1 minutu baciti sadržaj koji je prošao kroz membranu u donji dio kolone CPS maximizira vezanje DNA

5. PRIPREMA ZA VEZANJE DNA

200µl etanola (95-100%tni) u tubicu iz koraka 3 (inkubirana) vorteksirati 5 – 10 sekundi

6. PREBACIVANJE SADRŽAJA

cijeli sadržaj DNA prebaciti u tretiranu kolonu iz koraka 4 uzeti pipetu s tipsom velikog otvora (da se spriječi gubitak ili miješanje DNA) centrifugirati na >= 6 500 × g oko 1 minutu odbaciti tubu sa sadržajem koji je prošao kroz membranu i staviti membranu u novu 2ml tubu

7. PRVO ISPIRANJE

priprema WASH koncentrata: 5,5ml (10 preps), 27,5ml (70 preps), 110ml (350 preps) priprema PREWASH koncentrata: 10ml (10 preps), 80ml (70 preps), 360ml (350 preps) u oba slučaja se koristi 95 – 10%tni etanol pa tubice treba zatvoriti da alkohol ne evaporira 500µl wash / prewash u kolonu centrifugirati na >= 6 500 × g oko 1 minutu baciti tekućinu i zamjeniti tubu s novom 2ml tubom ako je uzorak krvi stariji od 24h, tada se prewashom uklanja kontaminacija, a ako je uzorak svjež,

prewash je nepotreban

8. DRUGO ISPIRANJE

500µl wash u kolonu centrifugirati na maximumu (12 000 – 16 000 × g) oko 3 minute da se kolona osuši kolona treba biti slobodna od etanola da se DNA može elutirati zamjeniti tubu i centrifugirati još 1 minutu da se etanol posve ispere baciti tubu i uzeti novu 2ml tubu

9. ELUTIRANJE

200µl elution solution u centar kolone inkubacija elutiona i DNA oko 5min na sobnoj temperaturi centrifugirati na >= 6 500 × g oko jednu minutu dobivena je čista DNA skladištenje DNA kraće na 2-8°C ili duže na 20°C, ali spriječiti smrzavanje jer DNA može puknuti

elution stabilizira DNA na tim temperaturama

10. PCR

totalni volumen 12,5µl – Master mix (MM) = 6,5µl + Primers (Lower/početni = 1µl + Upper/krajnji = 1µl = 2µl

ukupno) + DNA = 2µl + voda (nukleaza free, DD) = 2µl Master mix = dNTP (400µM svakoga – dATP, dCTP, dGTP, dTTP) + PCR pufer (pH = 8,5) +

MgCl2 (3mM) + ostali reagensi pripremiti MM na sobnoj temperaturi (ekvilibrirati), vorteksirati i centrifugirati kada se smjesa za PCR pripremi – centrifugirati nakon izvršenog PCR-a, termocycler održava DNA na temperaturi od 4°C nekoliko sati broj ciklusa 25-30 (40 kod low copy targets)

11. GEL ELEKTROFOREZA

otkriva se veličina dobivenog DNA fragmenta na temelju njihove usporedbe s poznatim veličinama

12. SPEKTROFOTOMETRIJA

4. VARIJABILNOST Y – KROMOSOMA I MITOHONDRIJSKE DNA (mtDNA)

Mitohondrij

To je organela koja se nalazi u citoplazmi, a zadužena je za proizvodnju energije u obliku ATP-a. Sadrži vlastitu DNA (mtDNA), tj. vlastiti genetički sastav koji se umnaža neovisno o diobi stanice. Mitohondriji se nalaze u poprečno prugastim mišićima, srčanom mišiću, CŽS, bubrezima, tj. svim tkivima u kojima je potrebna veća količina energije.

Razvili su se od bakterije koje su uspostavile simbiotički odnos unutar stanica u kojima žive (endosimbioza). Uočena je sličnost genoma mitohondrija i bakterije Rikettsia prowazeki koja je zajednički predak.

Mitohondrijska DNA

Mitohondrijska DNA je jednostavna, spiralna, dvolančana, kružno zatvorena molekula koja se može sama umnažati neovisno o nuklearnoj DNA. lako se izolira i može se u stanici pronaći u velikom broju kopija (do 1000). Karakterizira ju materinsko nasljeđivanje, tj. nasljeđuju je potomci oba spola, ali samo ju kćeri prenose na svoje potomke jer dolazi do degradacije očevih mitohondrija prilikom oplodnje. Mitohondrijska DNA je idealan marker. Količina mitohondrijske DNA u stanici iznosi ¼ nuklearne DNA. Služi za razlikovanje populacija i identificiranje organizama, za kontrolu djelovanja unesenih organizama na domaće autohtone vrste, za određivanje evolucijske i demografske povijesti populacija različitih vrsta (pasmina), za usporedbu sadašnjeg i prošlog stanja vezanog uz genetički materijal, karakteriziranje INTER i INTRA pasminskih odnosa, traženje osnivača pasmina (foundera) po rodovima i traženje mjesta nastanka neke pasmine, određivanje heterogenosti i filetike (mono/poli). Može se rezati restrikcijskim enzimima. Prenosi se kao 1 gen, a prosječno je duga 16 560 bp kod većine domaćih životinja (14 - 20 kb), U mitohondriju možemo pronaći 4 - 10 mtDNA, a ukupna mtDNA čini manje od 1% genoma (0,0006%) stanice. Nema ponavljajućih sekvenci i prenosi se citoplazmom jajne stanice. Nema rekombinacija i prenosi se nepromijenjena. Karakterizira ju također visok udio mutacija (2 - 4% u milijun godina). Genom mitohondrija kodira mali broj tRNA (različit genetički materijal od univerzalnog) koje prepoznaju 64 kodona (61 kodon - 20AK, 2 STOP kodona). Kolebanje je sposobnost tRNA da prepoznaje više od 1 kodona mRNA.

mtDNA kodira 37 gena, a od toga:

13 za proteine mitohondrija koji sudjeluju u sastavu enzima oksidativne fosforilacije, transporta elektrona i ATP sintaze,

kodira gene za 22 tRNA i 2 rRNA.

Oksidativna fosforilacija zahtjeva najmanje 69 polipeptida, a ljudska mtDNA ima gene za njih 13, dok ostali dolaze iz citoplazme gdje se sintetiziraju na temelju informacije iz jezgre

Mutacije mtDNA izaziva bolesti kod ljudi (miopatije, kardiopatije, neurološke sindrome). mtDNA sadrži početak replikacije teškog lanca (H) na mjestu koje se zove OH (ORIH) i 2 promotora za transkripciju lakog lanca (L) na mjestu LSP i teškog lanca na mjestu HSP. Teški lanac je bogat gvaninom i kodira 28 gena, dok laki lanac kodira 9 gena i bogat je citozinom

Displacement loop (petlja zamjene, D-loop)

D-loop ili displacement loop čini kratki trolančani segment dug oko 1122 bp. Treći lanac se sintetizira kao teški i povezan je vodikovim vezama s lakim. D-loop se nalazi između gena za kodiranje tRNA - Pro i tRNA - Phe. To je nekodirajuće područje, odnosno regulatorno područje odgovorno za prepisivanje i replikaciju mtDNA. Replikacija se vrši na 2 načina: nastavlja se replikacija 2/3 teškog lanca i započinje replikacija lakog lanca; replikacija počinje na zajedničkom početku lakog i teškog lanca u isto vrijeme (sinteza oba lanca). D-loop čini hipervarijabilna regija, najvarijabilnije područje u mtDNA (2,8 – 5,0 puta veća supstitucija nukleotida nego u preostalim regijama).

D-loop kodira gene za:

citokrom b,

3 podjedinice citokrom oksidaze,

3 podjedinice ATP sintaze i

7 podjedinica NADH dehidrogenaze.

Dužina D-loop varira zbog prisutnosti varijabilnog broja ponavljanja 8bp u velikom konzerviranom nukleotidnom slijedu kontrolne regije (2 - 29 copy, najčešće 27 - 29). Citokrom b je najčešće proučavan gen mtDNA na populacijskoj razini, ali je previše konzerviran za dublje filogenetske analize. Kodira proteine u procesu staničnog disanja. Metodom PCR – RFLP (lančana reakcija polimeraze – restriction fragment lenght polymorphism) utvrđeno je maternalno nasljeđivanje. SSCP je elektroforetsko razdvajanje jednolančanih slijedova nukleinskih kiselina na temelju razlika u nizu, tj. stvaranju sekundarnih struktura i mjerljivih razlika pokretljivosti kroz gel. Haplotip ili haploidni genotip čine geni koji ne rekombiniraju i nemaju svoj par na drugom kromosomu. 1 lokus ili više lokusa koji se prenose zajedno ili cijeli kromosom. Haplotipovi mutiraju, a analizom mutanata utvrđuju se izvorni geni i mjesto prvog pojavljivanja što je važno u procesu diverzifikacije (raznolikosti).

Haplogrupa je skupina istih haplotipova koji dijele zajedničkog pretka preko SNP-a, a testovima SNP mutacija potvrđujemo haplogrupe. Haplogrupe Y kromosoma i mtDNA imaju oznaku određenih slova abecede. Y kromosom sadrži gene koji ne rekombiniraju, a nasljeđuju se se samo s oca na sina. Mitohondrijska DNA sadrži gene koji ne rekombiniraju,a nasljeđuju ih potomci oba spola. Za analizu gena na Y kromosom koriste se haplotipovi, rijeđe haplogrupe za utvrđivanje sličnosti predaka dok analiza mtDNA koristi haplogrupe.

Bottleneck efekt ili efekt uskog grla je primjer genetičkog drifta kod kojeg dolazi do značajnijeg smanjenja populacije i često do gubitka genetske varijabilnosti. Bootstrap (BS) ukazuje na vjerojatnost filogenetičke srodnosti određenih grana (%). Vrijednosti iznad 50%, u nekim slučajevima više, ovisno o analizi i osobi smatraju se dobrim pokazateljima srodnosti.

Y kromosom (ChrY) je drugi najmanji ljudski kromosom s približnom veličinom od 60 milijuna nukleotida, a sastoji se od 2 dijela: rekombinirajućeg dijela, tj. vrhova kromosoma koji čine 5% (pseudoautosomalne

regije) koji rekombiniraju s homolognim regijama sestrinskog X kromosoma i nerekombinirajući dijela koji čini 95% (NRY), a ostaje identičan prilikom nasljeđivanja s oca na sina osim ako se ne pojavi mutacija. Koristi se u forenzici, testu očinstva, proučavanju migracija ljudi kroz povijest. Dva X kromosoma međusobno rekombiniraju, ali X iY rekombiniraju samo 5% prilikom crossing overa. Markeri Y kromosoma koji se koriste prilikom DNA analize su Y-STR i Y-SNP. Y-STR (short tandem repeat) mijenjaju se mnogo brže nego Y-SNP i varijabilniji su i koriste se u forenzici. Y-STR definira haplotipove, a Y-SNP definira haplogrupe. Y-SNP mogu biti korisne u analizama DNA predaka. Pronađeno je i mapirano 400 lokusa Y-STR kod ljudi. Iz degradiranih uzoraka vjerojatnije je pronaći mtDNA u većem broju kopija nego nuklearnu DNA.

Nuklearna DNA je diploidna (2 kopije u stanici - otac i majka) i sadrži više informacija, a mtDNA je haploidna (majka), ali je u većem broju kopija po stanici i vjerojatnije je da nekoliko kopija preživi degradaciju uzorka. Sadži ponešto korisnih informacija. Nuklearna DNA zahvaćena je rekombinacijama i jedinstvena je za osobu, dok mtDNA nema rekombinacija i jedinstvena je za određenu žensku liniju. Mitohondrijska DNA je prvi put sekvencirana 1981. godine u laboratoriju u Engleskoj (Frederick Sanger).

Spolni kromosomi

Spol jedinke je kod većine kralježnjaka i beskralježnjaka određen kromosomskim ustrojem same jedinke. No kod nekih vrsta glavnu ulogu u spolnoj diferencijaciji imaju vanjski faktori, kao što su temperatura okoliša i vanjska primjena steroida. Takav slučaj nalazimo kod nekih vrsta riba, vodozemaca i gmazova. Te vrste su stoga osjetljive i na razne otpadne tvari, poput kadmija i raznih fenolnih derivata, koje mogu značajno utjecati na spolnu determinaciju i diferencijaciju jedinke u razvoju. Nedavna istraživanja su također pokazala da ptice možda mogu utjecati na spol svojih potomaka iako mehanizmi tog procesa još nisu poznati.

Uloga kromosoma u spolnoj diferencijaciji je otkrivena na kukcima. U vinske mušice (Drosophila melanogaster) spol je određen brojem X kromosoma, bez obzira na prisutnost Y kromosoma. Tako će se ženka razviti iz embrija s dva X kromosoma (XX ili XXY), a mužjak iz embrija s jednim X kromosomom (XY ili X0). Kod kralježnjaka postoje dva gonosomalna sustava: XX/XY i ZZ/ZW. Kod sisavaca se javlja XX/XY sustav u kojem heteromorfni par kromosoma (XY) imaju mužjaci, a homomorfni par (XX) ženke, dok se kod ptica javlja ZZ/ZW sustav u kojem ženke imaju heteromorfni par (ZW), a mužjaci homomorfni (ZZ). Gmazovi, vodozemci i ribe mogu imati bilo koji od ta dva sustava ovisno o vrsti. Spolna diferencijacija u sisavaca je uređeni proces koji se sastoji od nekoliko koraka: određivanja genetskog ili kromosomskog spola, zatim gonadalnog ili primarnog spola i na kraju fenotipskog ili somatskog spola. Cijeli proces započinje oplodnjom kojom je određen genetski spol, ženski, ako se jajna stanica spojila sa spermijem koji nosi X kromosom, ili muški, ako se spojila sa spermijem koji nosi Y kromosom. Gonadalni spol je u sisavaca programiran da se razvije u ženski spolni sustav, ali u prisutnosti Y kromosoma razvit će se muški spolni sustav. Nakon razvoja gonada slijedi fenotipska spolna diferencijacija koja traje sve do puberteta.

X kromosom je veliki submetacentrični kromosom s mnogo gena (mnogim nevezanima uz spol), a Y kromosom je akrocentrični kromosom i mnogo manji, sadži 83 aktivna gena (mnogi vezani uz spol. Postoje homolozi između X i Y (y geni – pseudogeni). U mejoza dolazi do crossing over između X i Y kromosoma – pseudoautosomalne regije (PAR1), a crossing over je nužan za pravilnu segregaciju kromosoma. Spolni kromosomi su nastali od istog kromosoma pri čemu je Y izgubio pola svog kraka i sposobnost da rekombinira s X. Pojavom inverzija dolazi do crossing overa između inverznih dijelova i normalnog kromosoma i do uginuće podmlatka.

Y kromosom

Kromosom Y je najmanji kromosom ljudskog genoma. Dug je oko 60 Mb i čini 2% haploidnog genoma. Sastoji se od pseudoautosomalnog područja koje je podijeljeno na dva dijela (PAR1 i PAR2) i ukromatinskog i heterokromatinskog područja. PAR1 se nalazi u terminalnoj regiji kraćeg kraka (Yp), a PAR2 na vrhu dugog kraka (Yq). Ta područja su homologna dijelovima X kromosoma i odgovorna za točno sparivanje X i Y kromosoma tijekom mejoze u muškim spolnim stanicama, a geni koji se nalaze u tom području se nasljeđuju na isti način kao i autosomalni geni. Eukromatinsko područje zauzima cijeli kraći krak, centromeru i proksimalni dio dugog kraka, dok heterokromatinsko područje zauzima distalni dio dugog kraka. To područje je polimorfno u duljini kod različitih populacija mužjaka i smatra se da je genetički inertno, iako je kod vinske mušice u tom području otkriveno više gena. PAR čini svega 5% Y kromosoma, dok ostalih 95% čini nerekombinirajuća regija (NRY, eng. non-recombining region of Y). Jednu trećinu eukromatina te regije čine visokoponavljajuće sekvence. Više od 20 aktivnih gena ili skupina gena otkivenih u NRY se može podijeliti u dvije skupine. Prva skupina su geni koji imaju ekspresiju u mnogim tkivima i njihovi homolozi na X kromosomu nisu podložni inaktivaciji X kromosoma kod ženki. U drugu skupina ulaze geni koji imaju testis - specifičnu funkciju, gotovo su svi prisutni u višestrukim kopijama i nemaju homologe na X kromosomu. Na Y kromosomu u području eukromatinske regije kratkog kraka se kod ljudi nalazi faktor koji određuje sjemenike (TDF, eng. testis - determining factor). TDF je odgovoran za razvoj testisa iz indiferentne embrionalne gonade. Ako nema TDF-a razvit će se jajnici. Gen za koji se danas smatra da je TDF je sry.

Gen sry

Gen sry (eng. Sex - determining region Y) se nalazi na kraćem kraku kromosoma Y, u blizini pseudoautosomalne regije. Visoko je konzerviran i nalazimo ga kod velikog broja sisavaca. Homologe gena sry nalazimo i kod ostalih kralježnjaka ali čini se da kod njih nema specifičnu ulogu u razvoju testisa. Sry nema introna, osim kod jedne vrste tobolčara, a sastavljen je od tri domene različitih funkcija I svojstava. Gen ima dva promotora i dva otvorena okvira čitanja (ORF, eng. open reading frame) od kojih onaj duži kodira slijed od 204 aminokiseline. Unutar te regije je otkriven motiv koji je homologan proteinu Mc koji ima ulogu u određivanju tipa parenja kod Schizosaccharomyces pombe i konzerviranom DNA - vežućem motivu prisutnom u jezgrinim nehistonskim proteinima HMG (eng. high mobility group). Ta regija gena sry je nazvana HMG kutija (eng. HMG box) i konzervirana je kod većine vrsta, dok su područja N-terminalno i C-terminalno od te domene vrlo različita čak i kod blisko srodnih vrsta. HMG kutije su DNA vežući proteini koje nalazimo u proteinima kromatina, transkripcijskim faktorima jezgrinih i mitohondrijskih RNA polimeraza i genski i tkivno specifičnih transkripcijskih regulatora. HMG kutija gena sry se veže za DNA koja sadrži specifičnu sekvencu AACAAAG i savija je pod kutem od 90º. To ima višestruku funkciju, kao što je smatanje DNA u kromatin ili savijanje segmenata DNA s vezanim transkripcijskim faktorima u produktivne komplekse. Za sry se smatra da je glavni gen u kaskadi determinacije testisa te vjerojatno savijanjem DNA utječe na transkripciju ciljnih gena u kaskadi. Sry se eksprimira u urogenitalnom grebenu točno prije početka formacije testisa. Nalazimo ga i u odraslim testisima, a kod čovjeka i tobolčara i u raznim drugim tkivima.

5. REPRODUKCIJA, SELEKCIJA I UZGOJ (PRIMJENJENA GENETIKA)

UZGOJNE METODE

Uzgoj

Uzgoj je sustavni rad u odabiranju i razmnožavanju rasplodnih životinja s ciljem postizanja što većeg prirodnog učinka, poboljšanja kakvoće i masovnosti stočarske proizvodnje te ostvarivanja uzgojnih ciljeva. Postoji više uzgojnih metoda čija primjena ovisi o postavljenom planu uzgoja i gojidbe. Gojidba je populacija na kojoj se provodi selekcijski program. Sparivanje možemo podijeliti na sparivanje unutar pasmina (unutar linija i između linija), sparivanje između pasmina i između vrsta.

Asortivno parenje temelji se na odabiranju fenotipski sličnih ili različitih jedinki. Ono se primjenjuje unutar svih ostalih tipova sparivanja i križanja.Ako odaberemo jedinke koje su sličnijeg fenotipa (velike – velike, plodne – plodne, mesnate – mesnate), tada govorimo o pozitivnom asortivnom parenju koje doprinosi povećanju genetske varijance. Ako sparujemo jedinke različitih fenotipskih karakteristika (ranozrele – kasnozrele, plodne – slabo plodne, male – velike).

UZGOJNE METODE

1. UZGOJ U ČISTOJ KRVI (unutar pasmina i linija)

To je uzgoj parenjem unutar pasmina. To je najstarija i najčešća uzgojna metoda.

1.1. UZGOJ U ČISTOJ KRVI IZVAN SRODSTVA

To je parenje životinja iste pasmine koje nisu u međusobnom srodstvu, tj. nemaju zajedničkog pretka unazad 4-6 generacija. Time je populacija zatvorena. Genetska osnova ovakvog uzgoja temelji se na homozigotnosti. Uspješna je kada je genetska varijabilnost svojstava za selekciju izražena.

1.2. OSVJEŽAVANJE KRVI

To je uvođenje u rasplod životinje iz udaljene gojidbe, ali je iste pasmine i pod uvijetom da nije u srodstvu s našom gojidbom. Kod dužeg uzgoja u čistoj krvi, kod zatvorenih, manjih gojidbi dolazi do smanjenja heterozigotnosti za neka svojstva, a posebno za plodnost i otpornost što rezultira padanjem tih svojstava unutar gojidbe. Uvođenjem novopridošlih jedinki u rasplod, postojeća se populacija osvježi novim izvorima genetske varijabilnosti.

1.3. UZGOJ U SRODSTVU

Podrazumijeva sparivanje srodnih životinja. U srodstvu je uzgojena ona životinja kojoj su isti preci i s očeve i s majčine strane. Uzgoj u srodstvu je smišljeno parenje životinja koje su većeg srodstva od prosječnog u populaciji. Uzgojem u srodstvu dolazi do povećanja homozigotnosti i do pada heterozigotnosti čime se

povećava sigurnost u nasljeđivanju svojstava. Fenotipski dolazi do ekspresije nepovoljnih gena i unazađivanje performansa te povećanje genskih defekata, a također i utječe na proizvodnost koja se smanjuje kao i selekcijski intenzitet. Također se povećava genetska čistoća i fiksiraju se neki dobri geni te se smanjuje broj štetnih recesivnih alela. Stupanj srodstva može biti različit pa tako razlikujemo najuže, umjereno i najdaljnje srodstvo. Inbreeding se primjenjuje u malim zatvorenim populacijama, bilo zbog prirodne izolacije ili zbog planskog uzgoja.

Roditeljske generacije i generacije potomaka su direktno srodstvo koje se temelji na prijenosu gena iz generacije u generaciju. Bočno (kolateralno) srodstvo je srodstvo između jedinki unutar generacije i srodstvo s rođacima predaka. Jačina srodstva se mjeri koeficijentom srodstva (Rxy).

Rxy = ∑½ (n1 + n2). n1 i n2 predstavljaju broj generacija od x (y) jedinke do zajedničkog pretka. ∑ je zbroj koeficijenata za svakog zajedničkog pretka u slučaju da ih je više. Stupanj srodstva može biti različit. Postoji najuži ili incest, uski i umjereni. Visina koeficijenta uzgoja u srodstvu ukazuje na stupanj porasta homozigotnih gena što se u stočarstvu može koristiti kod homogeniziranja populacije i stvaranja novih pasmina i linija. Uzgoj u srodstvu povećava vjerojatnost pojave homozigotnih genotipova s recesivnim učincima gena koji mogu imati letalni i semiletalni učinak. Inbreeding se koristi i u stvaranju rodova i linija pri čemu se nastoji inbreeding svesti na minimum, ali držati svejedno gensku vezu s određenim rasplodnjakom ili plotkinjom.

Vrijednosti inbreedinga u obiteljskom stablu: roditelj – potomak ili brat – sestra – 0,25; polubrat – polusestra – 0,125; bratić – sestrična ili polubratić – polusestrična – 0,625;

Inbreeding depresija računa se po formuli: µHW = a (p – q) + 2pqd; µF = µHW – 2pqdF

Anomalije uzrokuju smrtnost: R = q2 (1 – F) + qF / q2 = q2 + pqF / q2

Frekvencija smrtnosti iznosi q2, a frekvencija letalnog gena iznosi q.

1.3.1. UZGOJ PO KRVNIM LINIJAMA I RODOVIMA

Krvna linija je slijed muških rasplodnjaka, a rod je slijed ženskih plotkinja. Uzgoj po krvnim linijama i rodovima je uzgojni rad kod kojeg se pare rasplodnjaci pojedinih linija s plotkinjama iz pojedinih rodova pri čemu dolazi do rodbinskog parenja.

1.3.2. LINIJSKI UZGOJ

To je uzgoj u srodstvu kod kojeg se u rasplodu stalno ponavlja korištenje jednog te istog značajnog rasplodnjaka sve dok se ne stvori linija, a zatim se vrši parenje rasplodnjaka koji pripadaju različitim linijama s plotkinjama. Poboljšanje određenih svojstava kod lnijskog uzgoja ovisit će o genetskoj raznolikosti između linija unutar jedne pasmine, a uspjeh selekcije ovisit će o kombinacijskoj sposobnosti pojedinih linija. Kombinacijska sposobnost je dobra sposobnost jednog roditelja da u kombinaciji s drugim roditeljem da superiorno potomstvo sa stajališta uzgoja i selekcije. Kombinacijska sposobnost može biti opća i specifična. Opća je prosječna vrijednost jednog roditelja na temelju rezultata koje dobivamo u križanju njega s drugim roditeljima. Specifična sposobnost predstavlja vrijednost roditelja linije X u odnosu na roditelja linije Y.

2. KRIŽANJE

Križanje je postupak parenja plotkinja i rasplodnjaka različitih pasmina. Pasmine su najčešće komplementarne, tako da se nadopunjuju u svojstvima. Koriste se životinje iz različitih populacija (subpopulacija). Cilj takvog uzgoja je udruživanje genetski raznolikih gameta koje povećava heterozigotnost nastalih jedinki. Najvažnija karakteristika križanja je pojava heterozis efekta kod nekih svojstava s niskim

heritabilitetom. Prilikom križanja dolazi do unapređenja određenih svojstava. Heterozis se pojavljuje kod svojstava za koje je značajno neaditivno nasljeđivanje (dominacija ili epistaza). Individualni heterozis se odnosi izravno na unapređeno svojstvo određene jedinke. Majčinski i očinski heterozis se odnosi na heterozis koji se pripisuje poboljšanoj vrijednosti križane majke (oca) u odnosu na čistokrvne majke (očeve). Križanci su organizmi koji se lako prilagođavaju, dobro iskorištavaju hranu, plodniji su i imaju veća legla, dobru konstituciju i zdravlje te životnu sposobnost kompletnu. Što su pasmine u uzgoju genetski udaljenije, učinak heterozisa je veći. Križanje je suprotno inbreedingu i utječe na povećanje heterozigotnosti u populaciji. Određena svojstva na koja inbreeding ima negativan utjecaj, križanje ima pozitivan.

Sistemi križanja:

dvopasminsko: A × B

tropasminsko: (A × B) × C

četveropasminsko: (A × B) × (C × D)

povratno: (A × B) × A

rotacijsko: dvopasminsko: A × B AB × A ABA × B ABAB × A

tropasminsko: A × B AB × C ABC × A ABCA × B

2.1. UPORABNO (INDUSTRIJSKO) KRIŽANJE

Ovo križanje ima za cilj da se u F1 generaciji proizvedu takvi hibridi kod kojih su važna ekonomska svojstva više i jače izražena nego kod izvornih pasmina, tj. cilj je direktno iskorištavanje heterozis učinka.

2.1.1. JEDNOKRATNO UPORABNO KRIŽANJE

U ovom se križanju ne ide dalje od F1 hibrida, tj. pasmina A i pasmina B se križaju kako bi se dobio hibrid AB.

Irska kobila + engleski punokrvnjak = hunter horseLipicanci + hladnokrvnjaci,noniusiEngleska tovna ovca + škotska pramenkaPramenka + karakulBijela lincoln svinja + mangalica

2.1.2. IZMJENIČNO UPORABNO KRIŽANJE

U ovakvom se križanju naizmjenično koriste rasplodnjaci dvaju pasmina koji se pare s križankama ženskog dijela populacije. Za daljnji se rasplod ostavljaju ženski križanci koji su ujedno i proizvedena populacija. Selekcija unutar pasmine obavlja se uzgojem u čistoj krvi. Pasmina A se križa s pasminom B te se dobiveni hibrid AB ponovno križa s pasminom A, a taj se hibrid AAB dalje križa s pasminom B i tako dalje i hibrid AABB.

2.1.3. ROTACIJSKO UPORABNO KRIŽANJE

Koriste se 3 pasmine kroz 3 ili više generacija tako da se rasplodnjaci od svake 3 pasmine izmjenjuju u toku 3 generacije. Bitno je da između pasmina postoje takve razlike da njihovim sparivanjem dolazi do heterozis efekta. Pasmina A se križa s pasminom B, a hibrid AB s pasminom C. Hibrid ABC se križa s pasminom A, te njihovi potomci ABC s pasminom B i tako dalje. Ekvilibrium heterozisa u rotacijskom križanju računa se: %He = 100 [(2n – 2) / (2n – 1)] pri čemu je n broj pasmina

2.1.4. TERMINALNO UPORABNO KRIŽANJE

Terminalno ili specifično križanje koristi se za stvaranje križanaca 2 pasmine za klanje (proizvodnju), a ne za rasplod. Pasmina A može imati dobre materinske, a pasmina B dobre neke druge karakteristike (prirast, lakoća telenja). Koristi se za uzgoj životinja unutar pasmine pa je dobro za životinje koje imaju više potomaka po partusu.

Dvopasminsko križanje (A×B --1/2A1/2B (ženke) × A -- 3/4A1/4B × B)

Tropasminsko križanje (krava F1 genearcije × bik treće (terminalne) pasmine

Rotaterminalno je križanje kombinacija rotacijskog i terminalnog. A i B su rotacijski križanci, a pasmina C je terminalna (starije krave).

2.1.5. SINTETIČKO KRIŽANJE

Stvaraju se sintetičke (umjetne pasmine) koje se tretiraju kao čistokrvne. Koristi se u svinjogojstvu i govedarstvu. Stvaranje hibrida koji imaju obilježja obaju pasmina s ciljem unapređivanja pasmina.

Neke od križanaca u govedarstvu su: Santa Gertrudis (Brahman × Shorthorn) i Brangus (Bragman × Angus) te Simangus (Simentalac × Angus), Simbrah (Simentalac × Brahman).

2.1.6. SPARIVANJE LINIJA

To je iskorištavanje heterozis efekta u znatno većem učinku nego u prethodnim slučajevima. Dolazi do povećanja homozigotnosti unutar linija i razlika između linija. Sličniji su potomci križanja 2 linije nego oni u ppulaciji pareni slučajno bez uzgoja u srodstvu. Vrši se i selekcija linija s ciljem konstantnog povećanja kombinacijskih sposobnosti. Standardan uzgoj u čistoj pasmini uz strogu selekciju na proizvodnost, plodnost, iskorištavanje hrane, vitalnost je prvo što se obavlja. Tada se izabrane jedinke pare primjenom najužeg uzgoja u srodstvu s ciljem stvaranja linija uz istovremenu strogu selekciju s ciljem postizanja homozigotnosti uz željena svojstva i njihova sigurnost prenašanja na potomstvo. Nakon toga se vrši test križanje radi utvrđivanja kombinacijske sposobnosti linija. Linije se sparuju s ciljem proizvodnje hibrida. Sparivanje može biti dvo / tro / četverolinijsko.

Kod dvolinijskog sparivanja potomci se koriste kao završni produkti koji trebaju imati veću ekonomsku vrijednost nego da se proizvodnja obavlja na bilo kojoj liniji pojedinačno. Kod trolinijskog sparivanja želi se sparivanjem 2 linije dobiti plodnija životinja koja se tada sparuje s trećom linijom koja povećava kvalitetu proizvedenog potomstva. Kod četverolinijskog sparivanja 2 linije daju plodnu i otpornu žensku jedinku koja se sparuje s mužjakom koji je također nastao sparivanjem druge 2 linije te je i sam plodniji i čvršće konstitucije.

Varijabilnost između linija je važna radi fiksacije alela. Potomci su heterozigoti i njihova je vrijednost veća nego da su efekti pojedinih alela samo aditivni. Heterozis se javlja u slučaju različitih frekvencija pojedinih alela i kada se javi dominantnost.

Kod linija je važna opća kombinacijska sposobnost odnosno sposobnost određene linije da s drugim linijama daje najbolje rezultate.

2.2. MELIORACIJSKO KRIŽANJE

Ima za cilj popravljanje neke pasmine u 1 do 2 svojstva križanjem s drugom pasminom, ne mijenjajući pri tome njezin pasminski tip. Križanci s karakteristikama postavljenog cilja se dalje koriste u uzgoju u čistoj krvi, tj. unutar pasmine. 3 obilježja ovakvog križanja su da je oplemenjivanje ograničeno na mali broj

svojstava, da se očuvaju bitne oznake i svojstva pasmine koju želimo meliorirati te da je križanje kratkotrajno.

2.3. PRETAPAJUĆE KRIŽANJE

Ima za cilj popraviti neku primitivnu pasminu, koja nas s obzirom na gospodarska svojstva ne zadovoljava te ju želimo prevesti u plemenitu. Postupak se provodi tako da se ženka primitivne pasmine A pari s muškim rasplodnjakom plemenite pasmine B, a žensko se potomstvo dalje pari s muškim rasplodnjacima plemenite pasmine sve dok autohtonu pasminu ne pretopimo u novu željenu. Za taj je postupak potrebno oko 7 generacija da bi bio uspješan. Geni primitivne pasmine se polako gube.

2.4. KOMBINACIJSKO KRIŽANJE

Kombinacijsko ili pasminsko križanje je uzgojna metoda koja ima za cilj stvoriti novu, produktivniju pasminu putem križanja 2 ili više pasmina čija svojstva želimo unijeti u novonastalu pasminu. Za to su potrebne 2 faze: sustavom križanja postiže se određeni uzgojni cilj, a onda se uzgojem u srodstvu ustaljuje genetski materijal. Ostvaruju se brži rezultati iskorištavanjem heterozisa i komplementarnih pasmina. Čiste pasmine AA i BB daju križanjem križance AB i BA koji su recipročni križanci. Razlika genotipova AB – BA daje razlike u materinskom efektu. Materinski efekt je utjecaj majke na potomstvo uz dodatni aditivni genetski utjecaj. Majka svojom stalnom okolinom i ponašanjem stvara sličnosti između svojih potomaka pa tako jedinke koje su potomci određene životinje mogu biti sličnije zbog materinskog okoliša nego samo zbog genetske osnove.

Heterozis = ((AB + BA) / 2 – (AA + BB) / 2) / (AA + BB) / 2

3. BASTARDIRANJE

To je postupak parenja različitih vrsta životinja. Potomci se nazivaju bastardi i najčešće su neplodni ili su neograničeno plodni.

Magarica + pastuh = mazga (neplodni su)

Magarac + kobila = mula (ženke mogu biti plodne)

Bavim se uzgojem kanarinaca pa sam se osobno bavio bastardiranjem na primjeru ptica prilikom čega sam križao mužjaka češljugara s ženkom kanarinca i dobio sam bastarde koji su bili vrlo dobre građe, dobri pjevači, čak bolji od obje sparene vrste.

Osim neplodnog potomstva, potomstvo može biti i neograničeno plodno. Takvo je potomstvo križano domaćim govedom i zebuom.

EMBRIOTRANSFER

Za posljedicu ima veći rezultat selekcije uz veći selekcijski intenzitet, manji generacijski interval i veću točnost procjene uzgojne vrijednosti, ali je također i inbreeding velik.

Embriotransfer - transplantacija embrija najboljih genetski i uzgojno najvrjednijih majki (donora), u pripremljene surogat majke (primateljice – inkubatori). To je biotehnološki postupakkojim se genetski kvalitetnim davateljicama u ranom graviditetu ispiru zametci iz maternice koji se zatim prenašaju u maternicu istovrsne primateljice kako bi nastavili intrauterini razvoj.Od jedne visokovrijedne životin je dobije se više desetaka potomaka u jednoj godini. Koriste se gonadotropini i prostaglandini: za indukciju superovulacije kod donora i sinkronizaciju estrusa kod donora i recipijenta – primatelja. Metoda je primjenjiva kod svih vrsta domaćih životinja, divljih životinja i egzota. Omogućuje kultivaciju embrija,

smrzavanje i pohranu u tekućem dušiku.Danas se koriste nekirurške metode kod velikih životinja. Ovaj postupak ima pet faza: sinkronizaciju estrusa, indukciju superovulacije donora, skupljanje embrija, evaluaciju, transfer u sinkronizirane primateljice.Razvoj mikrokirurgije omogućuje injektiranje (“upucavanje”) gena za tražene osobine u pronukleus ili nukleus: seksiranje sperme, određivanje spola, stvaranje transgenih životinja i himera (organizmi sastavljeni od dva ili više drugih različitih vrsta pomoću genetskog inženjeringa).Embriotransfer :- povećanje broja visokokvalitetnih grla- da bi dobili potomstvo od starih ali vrijednih grla- brzu provjeru testa na potomstvo od zamrznutog sjemena pastuha- dobivanje potomstva od vrijednih grla koja imaju određena patološke smetnje- za mlade sportske kobile (nema gubitaka sezone)- jednostavna razmjena visokovrijednog genetskog materijala u svjetskim razmjerimaASISTIRANA REPRODUKCIJA = BIOTEHNOLOGIJA RASPLOĐIVANJA

METODE BIOTEHNOLOGIJE RASPLOĐIVANJA:• I generacija - UMJETNO OSJEMENJIVANJE• II generacija – EMBRIOTRANSFER• III generacija – PROIZVODNJA ZAMETAKA IN VITRO• IV generacija – MANIPULACIJA ZAMECIMA, KLONIRANJE, TRANSGENEZA

BIOTEHNOLOGIJA RASPLOĐIVANJA→ GENETSKO POBOLJŠANJE

ČIMBENICI:• 1. Genetska varijacija (varijabilnost)• 2. Preciznost u selekciji• 3. Intenzitet selekcije• 4. Generacijiski interval

Učinkovito je poboljšanje intenziteta i preciznosti selekcije korištenjem sjemena progeno testiranih bikova;• povećanje efikasnosti proizvodnje mlijeka i mesa;• sprečavanje širenja zaraznih bolesti;• međunarodna trgovina kvalitetnim genetskim materijalom.

Ciljevi ET-a• Širenje genoma najkvalitetnih plotkinja• Zamrzavanje zametaka - međunarodni promet i trgovina zamecima, uvoz genetike• Veterinarsko sanitarna kontrola - sprečavanje širenja zaraznih bolesti• Dobivanje potomstva od sekundarno jalovih krava• Primjena drugih biotehnoloških postupaka poput cijepanja i seksiranja zametaka• Očuvanje autohtonih i ugroženih pasminaMultipla ovulacija i embriotransfer uključuje: Izbor davateljica i primateljica Superovulaciju davateljica (PMSG, FSH) U.O. davateljica Ispiranje maternice davateljica (polučivanje zametaka) 6. ili 7. dana nakon U.O. Transfer svježih ili DS zametaka u sinkronizirane primateljice

Izbor krava davateljica2 osnovna kriterija: Genetika Sposobnost proizvodnje velikog broja zametaka

Uzgojne vrijednosti davateljice:• Proizvodni rezultati davateljica i njenih potomaka (% odbijene teladi, mliječnost, prirast)• Kondicija i eksterijer• Podrijetlo i nasljedstvo• Eventualo prethodna povijest uspjeha u embriotransferu

Reprodukcijske vrijednosti davateljica:• Optimalna reprodukcijska dob (3-8 godina)• Visok stupanj plodnosti• Uredni ciklusi• Normalno teljenje• Uredan puerperij• Zdravi spolni organi• Dobro razvijeno vime

Izbor krava i junica primateljica 1 davateljica : 7 primateljica, odnosno 2 : 10 (direktni ET) Junice ili mlade krave s besprijekornom plodnošću, koje ne moraju biti uzgojno vrijedne, ali:- dobrog zdravlja i kondicije- zdravih spolnih organa (pratiti najmanje 1 spolni ciklus)- dobre mlječnosti- moraju koncipirati brzo i lagano- poslije telenja normalno ući u ciklus Prednosti junica primateljica:– dostupnije i jeftinije– bolje odgovaraju na postupak sinkronizacije– nema puerperalnih infekcija, afunkcija jajnika I drugo Mane junica primateljica:– teža telenja – gubitak teladi– neprohodnost cerviksa (10 do 15%)– sindom “velikog teleta” kod IVP zametaka

Sinkronizacija primateljica Transfer u spontanom estrusu Sinkronizacija s PGF Sinkronizacija s gestagenima (implantati, PRID, CIDR) Ovsync (GnRH – PGF – GnRH)

Menagement krava i junica primateljicaOtkrivanje estrusa - osnovni korak za uspješnost embriotransferaSinkronizacija i superovulacija davateljicaHormoni koji se koriste u postupku: Prostaglandini, FSH/LH, GnRHUmjetno osjemenivanje: sjeme vrhunskih bikova dvokratno u maternicu

U.O. davateljica višekratno (2 ili 3) u induciranom estrusu – 12 i 24 sata nakon početka estrusa sjeme kvalitetnih bikova visoke plodnosti kontrola kvalitete sjemena prije U.O. davateljica

Rezultati ET-a• broj folikula / broj C.L.• superovulacija: 10 do 20 C.L.• 5 do 6 zametaka po kravi davateljici po ispiranju• 40 do 50% neoplođenih jajnih stanica• Postotak bređosti nakon transfera svježih zametaka iznosi 61%, a zamrznutih 50 do 60%

Čimbenici koji utječu na uspjeh superovulacije su: dob, pasmina, kondicija, hranidba – ne smije se mijenjati min 4 tj. prije ispiranja, držanje, laktacija, godišnje doba, genetika, stres

Ispiranje davateljica u ET postupku: Nekirurško ispiranje rogova maternice Ocjena broja i kvalitete C.L. Epiduralna anestezija (5 ml 2% lidokaina) Pranje i dezinfekcija stidnice (70% alkohol) Sterilni dilatator za cerviks Foley kateter (18 do 24G) s mandrenom Sanitarna navlaka Boca s medijem zagrijana na tjelesnu temperaturu

Izolacija zametakaa) Sistem bez filtera: Ispirak iz maternice sakuplja se u sterilne 2-litrene boce Sedimentacija kroz 20 minuta Odbacivanje sadržaja osim doljnjih 150 ml u drugu bocu Prebacivanje doljnjih 150 ml u petrijeve zdjelice za pretraživanje Ispiranje boce dvokratno s 20 ml medija zbog eventualno zaostalih zametaka Boca s odbačenim ispirkom se zaštiti od onečišćenja i svijetla

b) Sistem s filterom promjera pora 75 μm: Ispirak maternice prolazi kroz sistem sa filterom Zametci ostaju unutar filtera, ispirak se sakuplja u bocu radi eventualnog kasnijeg pretraživanja 1 cm medija treba stalno biti prisutan u filteru kako bi spriječili dehidraciju Sadržaj iz filtera se prebacuje u petrijevu zdjelicu za pretraživanje Filter se višekratno ispere zbog eventualno zaostalih zametaka Boca s odbačenim ispirkom se zašti od onečišćenja i svijetla

Uvjeti držanja zametaka in vitroPreživljavanje zametka in vitro ovisi o uvjetima koji ga okružuju: Medij Temperatura Izloženost svijetlu

Zametke možemo pohraniti u prikladnim medijima na temperaturi od 18-37°C do 12 sati. Danje svijetlo nije štetno ako je izloženost zametka do pola sata. Medij za održavanje zametaka (holding medium HM). Ispiru se deset puta u HM. Za kratki period uzgoja zametaka hranjive vrijednostimedija nisu od velike važnosti, za razliku od:pH, osmolarnosti, temperature, sterilnosti, netoksičnosti.

Posuđe Zametci se pohranjuju u male, sterilne, prozirne, zatvorene posude poput petrijevki, posuda s 4 plitice, epruveta malog volumena (<5ml)

Evaluacija zametakaLokacija Stadij razvoja Dani nakon ovulacijeJajovod 1-stanični 0-1

2-stanični 1-34-stanični 2-38-stanični 2-4rana morula 3-5

Maternica kompaktna morula 4-6rana blastocista 6-7blastocista 6-8ekspandirana blastocista 7-9izlegnuta blastocista 8-10

Morfološka ocjena zametaka u različitim stadijima razvoja: subjektivna procjena morfoloških karakteristika zametka procjenjuje se pomoću mikroskopa pod povećanjem 20-40x procjenjuju se morfološke karakteristike zametka poput:

• prisustva staničnih odlomaka;• stupanja kompaktizacije;• boje i kakvoće blastomera te• asinkronog brazdanja.

Klasifikacija goveđih zametaka prema stupnju embrionalnog razvoja (IETS, 1993.):Klasa Stadij Morfološki opis3 Rana morula 16-32 nekompaktnih, velikih blastomera4 Morula 32-64 kompaktnih, manjih blastomera5 Rana blastocista Blastocel < 50%6 Blastocista Blastocel > 50%7 Ekspandirana blastocista Promjer zametka raste a ZP postaje tanja8 Izlegnuta blastocista ZP je pukla, a zametak je djelomično ili

potpuno izlegnutPri klasifikaciji bilježimo slijedeće parametre: Starost Broj izbačenih blastomera Broj stanica Kompaktnostj Veličina perivitelinog prostra Razlike u veličini stanica Stadij embrionalnog razvoja

Boja citoplazme Retardacija

Prema stupnju kvalitete zametci se klasificiraju u četiri kategorije (IETS, 1993.):• Stupanj 1: Zametci izvrsne ili dobre kvalitete• Stupanj 2: Zametci osrednje kvalitete• Stupanj 3: Zametci loše kvalitete• Stupanj 4: Mrtvi ili degenerirani zametci

Krioprezervacija zametaka Današnji protokoli omogućuju gotovo isti postotak gravidnosti (70-80% niži) kao kod transfera sviježih zametaka Zamrzavaju se samo zametci izvrsne i dobre kvalitete Smrzavanje u roku 3-4 sata od ispiranja Prije smrzavanja potrebna je ekvilibracija zametka u otopini kriopreotektora : glicerol ili etilen glikol

Otapanje zametaka Vađenje pajete iz tekućeg dušika Otapanje: 0.5 cc: 20 sek na zraku + 20 sek u vodi 37 °C 0.25 cc: 15 sek na zraku + 15 sek u vodi 37 °C Rezanje pajete Ispuštanje sadržaja u petrijevu zdjelicu Izolacija zametka

Transfer zametaka u primateljice - ipsilateralni rog maternice: Kirurški transfer Laparoskopski tranfer Nekirurški transfer

Međunarodno Društvo za Embriotransfer (IETS = International Embryo Transfer Society) - donosi propise vezane uz sanitarnu kontrolu proizvodnje zametaka da bi se smanjio rizik mogućeg prijenosa zaraznih bolestiVeterinarsko - sanitarna kontrola je neophodna u prevenciji širenja zaraznih bolesti ET i obuhvaća: Ocjena i praćenje sanitarnog statusa davateljica Sanitarni uvjeti tijekom ispiranja (zasebna sterila oprema,aseptičan rad, sterilno laboratorijsko posuđe) Sanitarna kontrola medija Višekratno ispiranje zametaka (PBS+antibiotik+0.4% BSA) + ispiranje tripsinom

Rizik prijenosa zaraznih bolesti embriotransferom manji je nego prirodnim pripustom ili U.O. ako se slijede propisani postupci sanitarne kontrole (Stringfellow,1985.)

Očekivani rezultati ET-a MOET-om može se dobiti u prosjeku 5 kvalitetnih zametka po zahvatu. Postupak se može primjeniti na istoj životinji 3-4 puta godišnje. Tijekom jedne godine možemo dobiti 15-20 zametaka po kravi. Postotak bređosti je 50-70 % embriotransferom svježih zametaka. Postotak bređosti je 40-60 % sa zamrznutim zamecima. Po davateljici možemo očekivati 7-12 teladi godišnje.

Ista se davateljica može svaki put oploditi sa različitim bikom - povećanje genetske raznolikosti. Primjena ET zamrznutih zametaka u "direktnom postupku", bez otapanja, daje 40-50% bređosti. Telad dobivena u potpunosti je morfološki i fiziološki jednako razvijena kao i telad dobivena prirodnim pripustom ili U.O. Omjer spolova je 1:1. Gubici (pobačaj) su oko 11%, a perinatalna smrtnost je oko 9%.

PROIZVODNJA ZAMETAKA IN VITRO:A. Polučivanje nezrelih jajčanih stanicaIz klaoničkog materijala: jajnici junica ili krava:Iz živih životinja: Laparoskopskom punkcijom folikulaB. Ocjena i kategorizacija jajčanih stanicaNajveći razvojni kapacitet za IVM/IVF/IVC postupak imaju jajčane stanice: iz folikula >2 mm, s homogenom ooplazmom, potpuno okružene s više slojeva kompaktnih kumulusnih stanicaC. Dozrijevanje in vitro (IVM)Uspjeh maturacije mjeri se postotkom jajčanih stanica koje su dostigle metafazu II (M II) - izbačeno prvo polarno tjelešceD. Oplodnja in vitro (IVF)METODE PRIPREME SJEMENACentrifugiranje --> selekcija pokretljivih spermija --> ispiranje i centrifugiranje --> koinkubacija jajnih stanica i spermija: 24 do 48 sati ovisno o metodi uzgoja na 39°C i 5% CO2

ODREĐIVANJE USPJEHA OPLODNJE IN VITRO JAJČANIH STANICANalaz muškog i ženskog pronukleusa;Nalaz zametaka koji su dostigli razvoj od 4 i više stanica.

E. Uzgoj zametaka in vitro (IVC)Oplođene jajčane stanice uzgajaju se in vitro do stadija blastociste, kada takvi zameci mogu biti presađeni u primateljice ili smrznuti i pohranjeni u tekućem dušiku. Učinkovitost metode uzgojazametaka in vitro ocijenjuje se na osnovi:• postotka morula i blastocista uzgojenih do 7-og dana;• morfološkom ocjenom i kategorizacijom morula i blastocista• određivanjem broja stanica zametka;• ocjenom preživljavanja poslije dubokog smrzavanja zametaka;• brojem oteljene IVP teladi.F. Transfer zametaka

IVP goveđih zametaka: mogućnosti primjeneBIOTEHNOLOŠKE MOGUĆNOSTI:• cijepanje zametaka• kloniranje• transgene životinje• određivanje spola zametaka (PCR)• duboko smrzavanje IVP zametakaEKONOMSKI ASPEKTI:• transfer IVP zametaka teladi mesnih pasmina u primateljice mliječnih pasmina;• dobivanje gameta od genetski elitnih životinja koje su postale jalove;• OPU krava eminentnog pedigrea;

• korištenje jajčanih stanica juvenilnih životinja (značajno smanjene generacijskog intervala);• spriječavanje prijenosa bolesti.Kloniranje i transgeneza• Mikromanipulacija zamecima• Cijepanje zametaka• Prijenos jezgre• Seksiranje sperme• Seksiranje zametakaKloniranjeTehnika nuklearne transplantacije koja uključuje:• Enukleaciju jajnih stanica (aspiracija polarnog tijela i dijela ooplazme)• Transfer blastomera• Fuziju stanice (elektrofuzija)• Aktivaciju jajne stanice• Predimplantacijski razvoj zametka in vitro i transfer.

TransgenezaUvođenje transgena u zametke prije implantacije pronuklearnim mikroubrizgavnjem s ciljem da sedirektno djeluje na genetsku modifikaciju životinja.Primjena:• Proizvodnja životinja rezistentnih na određene bolesti• Životinje posebnih proizvodnih svojstava (proizvodnja laktoalbumina, humanih rekombinantnih bjelančevina)

Seksiranje sperme protočnom citometrijom (Flow-cytometry) provodi se mjerenjem sadržaja DNA na osnovi intenziteta fluorescentne emisije nakon bojenja DNA specifičnim fluorescentnim bojama:6x106 seksiranih spermija na sat, 90% točnostPrimjena:– umjetno osjemenjivanje– in vitro oplodnja (IVF)– Krioprezervacija– ICSI (intracitoplazmatska injekcija spermija)

METODE SELEKCIJE

Selekcija je uzgojni postupak kojim uzgajivač odabire muške i ženske roditelje kao parove za stvaranje budućih generacija. Selekcijom se ne stvaraju geni već se mijenja njihova učestalost ili frekvencija. Cilj je selekcije povećati učestalost poželjnih, a smanjiti učestalost nepoželjnih gena. Promjene u učestalosti gena dovode do promjene genotipova, a time i fenotipova u populaciji.

1. METODE SELEKCIJE ZA JEDNO SVOJSTVO

1.1. INDIVIDUALNA SELEKCIJA

To je selekcija na temelju vlastitog fenotipa i najčešći je oblik selekcije. Svojstvo koje se selekcionira mora na životinji biti izraženo te ga se mora moći izmjeriti. To se mjerenje vodi u okviru performans testa.

1.2. SELEKCIJA PO POTOMSTVU

Temelji se na podacima potomaka životinja čiju uzgojnu vrijednost ocjenjujemo. Naziva se još i progeni test. Što je veći broj potomaka, ocjena fenotipa je točnija, a time i ocjena uzgojne vrijednosti životinje koja je kandidat za selekciju.

1.3. SELEKCIJA PO PORIJEKLU

Temelji se na tome da između predaka i životinje koju ocjenjujemo postoji srodstvo i da imaju veći ili manji udjel zajedničke nasljedne osnove.

1.4. FAMILIJSKA SELEKCIJA

Pojavljuje se kod skupina životinja koje imaju jednog ili oba zajednička roditelja. Može se vršiti po familijama, unutar familija ili kombinirano.

1.5. SELEKCIJA PO BRAĆAMA I SESTRAMA

Za ocjenu genetske vrijednosti životinja koje selekcioniramo koriste se pobočni rođaci, najčešće rođena braća i sestre ili polubraća i polusestre. Koristi se kod spolno uvjetovanih svojstava.

1.6. POSREDNA (INDIREKTNA) SELEKCIJA

Svojstva mogu biti više ili manje povezana zbog pleitropije (vidi 1.4.5. poglavlje) gena.

2. METODE SELEKCIJE ZA VIŠE SVOJSTAVA

2.1. TANDEM SELEKCIJA

To je postupak selekcije na više svojstava, ali ne istovremeno, već se svojstva selekcioniraju u ciklusima. Selekcija se prvo kroz određeno vrijeme primjenjuje na jednu osobinu, a zatim se vrši selekcija na drugu osobinu u jednakom vremenskom trajanju.

2.2. METODA NEOVISNOG IZLUČIVANJA

Za određeni broj osobina koje želimo unaprijediti odredi se minimalni prag vrijednosti te se za jednu osobinu koja nam je u uzgojnom cilju najvažnija izabiru životinje s najvišim vrijednostima, ali samo među jedinkama koje su i u drugim osobinama prešle određeni prag. Tako se ostvaruje selekcijski napredak na jednu osobinu, dok se druge osobine zadržavaju na istoj razini ili se i one kontrolirano mijenjaju.

2.3. METODA SELEKCIJSKOG INDEKSA

To je postupak ocjene životinje za više svojstava istovremeno. Selekcijski indeks nam pokazuje kompleksnu uzgojnu vrijednost rasplodnog grla i to na način da se uzimaju u obzir sva svojstva na koja se vrši selekcija kao i njihov ekonomski značaj. Prednosti ove metode su te što se uvažava ekonomski značaj svojstva, uvažavaju se različite vrijednosti heritabiliteta svojstava, mogu se koristiti podaci o srodnicima, precima i potomcima te se uvažavaju korelacije među svojstvima. Selekcijski indeks se može izraziti i kao razlika između fenotipske vrijednosti životinja i prosječne vrijednosti svojstava svih životinja, a dobivena razlika se množi s koeficijentom regresije. Nadprosječna grla će imati pozitivne, a ona manje prosječna negativne vrijednosti.

4. SVOJSTVA ZA SELEKCIJU

Svojstva možemo podijeliti na proizvodna (mliječna, mesna, ostala), funkcionalna (plodnost, lakoća telenja, dugovječnost) i svojstva vanjštine (konstitucija, kondicija). Temperament (ponašanje) opisuje se kao

zasebno svojstvo. Proizvodna su svojstva većinom kvantitativna svojstva i djelovanje pojedinih gena na njih je naopazivo. Zbog djelvanja većeg broja gena na njih spadaju u neprekidna varijable. Moguće ih je prikazati normalnom raspodjelom. Pokazatelji svojstava su prosjeci, mjere varijabilnosti (varijanca, standardna devijacija) te mjere veze između svojstava (kovarijanca i korelacija). Prosjeci i mjere varijabilnosti ovise o frekvenciji pojedinih gena.

PROIZVODNA SVOJSTVA

Karakterizira ih kvantitativnost, mjerljivost i veliki gospodarski značaj.

1. SPOSOBNOST PROIZVODNJE MLIJEKA

Laktacija je vrlo varijabilno kvantitativno svojstvo. Ovisi o nasljednoj osnovi i o okolini. Važno je odrediti mliječni tip životinje. Potrebno je procjeniti vanjštinu prilikom čega se ocjenjuje tip, oblik vimena ženskih životinja. Mliječni tip životinje karakterizira uži i plići trup u prednjem dijelu, a dubina u stražnjem dijelu. Vime kod ženskih životinja treba biti prostrano i razvijeno, meko i elastično žlijezdano. Nabreklo prije mužnje, a splasnuto nakon. Treba biti prekriveno finim dlačicama, a mliječne žile na vimenu trebaju biti naglašene. Vime mora imati 4 dobro razvijene, ne pretanke dovoljno razmaknute sise, bez pasisa. Da bi sposobnost proizvodnje mlijeka bila dobra, protok mlijeka i lučenje mlijeka mora biti dobro.

2. SPOSOBNOST PROIZVODNJE MESA

Razlikujemo normalnu i specifičnu tovnu sposobnost. U Hrvatskoj je od goveda, simentalac dominantna pasmina s 75% udjelom. Kod njega je korelacija mlijeka i mesa negativna, a naglasak na mlijeko je češće veći. Kako bi se mesna svojstva popravila provodi se selekcija na tovna i klaonička svojstva. Selekcija se provodi križanjem s termalnim mesnim pasminama. Također se poboljšavaju reproduktivna svojstva. Kod nekih se goveda pojavljuje mutacija na miostatin genu te se javlja pojava duble muscling. Pojava se javlja kod nekih izrazito mesnatih pasmina kao što su belgian blue ili piedmontese. Broj mišićnih vlakana se povećava te se time i mišićna masa povećava, ali bez više masti. Za procjenu tovne sposobnosti se provodi progeni test za tovne osobine i kakvoću mesa. Tovni tip goveda su izrazito ranozrele životinje koje hranu dobro iskorištavaju. Trup ima dobru muskulaturu, vrat je kratak i širok, a glava mala te je koža debela i udovi su kratki.

Bitna svojstva u svinjogojstvu

Svojstva na koja najviše možemo utjecati u svinjogojstvu su: plodnost, dnevni prirast ili brzinu rasta, iskorištavanje hrane i konverziju, mesnatost polovica, kakvoću mesa, otpornost na stresove i bolesti.

Plodnost je svojstvo koje povezujemo s reprodukcijom. Kada govorimo o reprodukciji mislimo na veličinu legla (broj živorođenih), omjer ovulacije i preživljavanje embrija, intervalu od odbića do pojave estrusa, dugovječnosti krmače, veličini i razvoju testisa kod nerasta, libidu i razini testosterona. Heritabilitet za veličinu legla je nizak pa je očekivani kratkoročni napredak selekcije mali. Svojstva koja općenito slabo reagiraju na selekciju (niskoheritabilna svojstvo) više ovise o poboljšanju okoline. Primjenom umjetnog osjemenjivanja povećao se selekcijski potencijal. Omjer ovulacije i preživljavanje embrija karakterizira heritabilitet od -0,30 do 0,40. S obzirom na interval od odbića do pojave estrusa bitno je smanjiti neproduktivne dane krmače. Primjenjuje se selekcija s određenim pragom tj. bitna je eliminacija krmača s abnormalno dugačkim intervalom.

Dugovječnost krmače je svojstvo koje dobiva na važnosti s obzirom na sve veću brigu o dobrobiti životinja. Mnoge krmače se izlučuju zbog neuspjeha u reprodukciji nakon prve do druge laktacije. Prosjek izlučenja je 3,2 do 3,8 legla po krmači. Heritabilitet je za veličinu testisa je umjeren do velik, a genetske korelacije između veličine testisa i ukupne količine spermija su umjereno velike. Heritabilitet za razinu testosterona je umjeren, a križanci su mnogo agresivniji od čistokrvnih jedinki. Dnevni prirast se izražava

kao povećanje tjelesne mase u jedinici vremena (danu) u gramima ili kilogramima. Heritabilitet za dnevni prirast je umjeren (0,3 do 0,5). Postoje visoke genetske korelacije (-0,6 do -0,8) i količinom mesa (0,4 do 0,6) te je omogućeno istovremeno oplemenjivanje oba svojstva.

Konverzija hrane mjeri se utrošenom hranom po kilogramu prirasta, a heritabilitet je umjeren do visok (0,3 do 0,6). Mesnatost polovica iskazuje se udjelom mesa u ukupnoj masi polovice. Točna procjena mesnatosti može se procjeniti totalnom disekcijom polovica. Zbog dugotrajnosti procesa koriste se svojstva koja su u korelaciji s mesnatosti polovica. Kakvoća mesa je svojstvo koje definira boja mesa, mramoriranost (postotak intramuskularne masti), pH (kiselost). Postotak intramuskularne masti određuje se laboratorijskom analizom ili procjenom ultrazvuka. Za dobar okus mesa potrebna je minimalna masnoća od 2,0 do 2,5 %. Kiselost mesa mjeri se 24h nakon klanja pomoćnu ubodnog pH-metra u mišiću. Sama pH služi kao indikator kapaciteta zadržavanja vode, a što je pH veći meso je tamnije, manji je gubitak vode, meso je čvršće i povećana je mekoća. 5

Svinje su životinje koje su sklone stresnoj osjetljivosti pred klanje. Stres se manifestira vodnjikavim mesom, blijedom bojom, smanjenoj mramoriranosti i čvrstoćom. Djelovanje stresnih čimbenika u svinja je usko povezano s prisutnošću gena stresne osjetljivosti nazvanog još i Hal gen, odgovornog za pojavu sindroma maligne hipertermije u svinja (MHS). Gen stresne osjetljivosti smješten je na 6 kromosomu i kodira rianodinski receptor (RYR1) odnosno za ione kalcija propustljive u kanale u membrani sarkoplazmatskog retikuluma mišićnih stanica.

3. SPOSOBNOST PROIZVODNJE VUNE I KRZNA

Sve osobine u selekciji proizvodnje vune su visoko nasljedne. Vunske niti nastaju iz dlačnih folikula. Prvo nastaju primarni, a onda sekundarni folikuli. Uz primarne se redovito nalaze znojne i lojne žlijezde i dlačni mišić, a uz sekundarni nema žlijezdi ni mišića već iz njega izlazi skupina finih vunenih niti. Broj dlačnih folikula se razlikuje između pasmina pa tako gruborune pasmine imaju 5-6 po mm2, a merino čak 70 po mm2. Odnos primarnih i sekundarnih folikula također ovisi o pasmini pa tako australski merino ima 1:25, engleske mesne pasmine 1:6, a pramenke 1:3 omjer. Vrste vunskih niti su: puh (najfinije), prijelazno i osjeta (najgrublje). Vrste runa su: zatvoreno, poluzatvoreno i otvoreno. Runa imaju određenu težinu, a ovisi o pasmini, spolu, dobi, masi, naboranosti kože, gustoći folikula na koži, debljini niti, hranidbi ovaca. Krzna se također mogu dobiti od nekih pasmina ovaca, kunića, činčila i divljih životinja (nerca, polarne lisice, raznih kuna)

4. SPOSOBNOST PROIZVODNJE JAJA

Proizvodnja se obavlja na specijaliziranim visokoproizvodnim hibridima (pasminama) F1. Znaci dobre nesivosti su: lagani i fini kostur, duguljasta i lagana glava s živahnim i krupnim očima i kratkim kljunom, širok i dugačak trup, duboka i široka prsa, široko postavljene jake noge sa širokim razmakom između stidne i trtične kosti, tanka i elastična koža te živahni temperament.

5. RADNA SPOSOBNOST

Selekcija se provodi u uzgoju konja, karakteristika je pojedinih pasmina. Za radnu je sposobnost važna brzina, izdržljivost i sam hod životinje. Selekcija se provodi za konje u galopu, preponske i kasačke utrke te ravne utrke na dugim i kratkim stazama. Selekcija se provodi i za vuču tereta iako manje danas nego prije.

FUNKCIONALNA SVOJSTVA

1. DOZRELOST

To je sposobnost ranijeg ili kasnijeg tjelesnog razvoja u cilju iskorištavanja u različite svrhe. Dozrelost se određuje prema redoslijedu mijenjanja mliječnih zubi, trajanju graviditeta i prema tjelesnom okviru.

Životinje mogu biti ranozrele i kasnozrele. Rana dozrelost može biti konstitucijska ili nasljedna i gospodarska ili nenasljedna. Konstitucijska dozrelost je intenzitet rasta i razvoja i početak spolne aktivnosti te su nasljedne naravi. Gospodarska dozrelost nije nasljedna već modifikacijska, a postiže se intenzivnom hranidbom čime se postiže brži tjelesni spolni razvoj.

2. ISKORIŠTAVANJE HRANE

To je nasljedno uvjetovana sposobnost životinje da primjenjenu hranu iskoristi za proizvodnju različitih proizvoda. Životinje prema iskorištenju hrane dijelimo na 2 tipa: one koje nakon što podmire uzdržne potrebe, višak primjenjene hrane pretvaraju u pojačanu proizvodnju i na one koje višak primjenjene hrane odlažu u obliku intenzivnog razvoja mišićnog i masnog tkiva.

3. PLODNOST

Predstavlja sposobnost reprodukcije i stvaranja što brojnijeg potomstva. Plodne se životinje pravilno tjeraju, nakon pripusta sigurno oplode i po završetku graviditeta rađaju dovoljan broj zdravih potomaka.

SVOJSTVA VANJŠTINE

A) KONSTITUCIJA

Ona predstavlja skup svih tjelesnih i duševnih osobina nekog organizma, tj. njegov sklop i način reagiranja na vanjske utjecaje. Iskazuje se vanjskim tjelesnim ustrojem, građom tkiva i organa, fiziološkim svojstvima pojedinih organskih sustava i većom ili manjom sklonosti prema bolestima. Konstitucija je nasljedno uvjetovana i za života stečena otpornost na štetne vanjske utjecaje. Proučavanje konstitucije kod životinja počinje u 20. stoljeću.

2 su osnovna genetska tipa konstitucije, a to su eurisomni (digestivni) i leposomni (respiratorni) tip. Eurisomni obilježavaju široki, duboki trup, kraće i cjevaste kosti bujne muskulature, ranozrelost, a višak energije deponiraju u vlastita tkiva. Leptosomni ima obilježja užeg, dužeg i plićeg trupa, dužih cjevastih kostiju, kasnozrele su životinje, a višak energije izlučuju preradom (mlijeko, vuna, jaja).

1. ČVRSTA (JAKA) KONSTITUCIJA

To su životinje jake, zbijene tjelesne građe te čvrstog kostura i zglobova, a muskulatura je visoko razvijena. Koža im je elastična, a dlaka gusta i živahnog su temperamenta. Funkcije svih vitalnih organa su skladne, a takva im je i građa. Imaju normalan spolni život i dobru probavu te su otporne i dugo žive. Vrlo su poželjan tip jer dobro iskorištavaju hranu i imaju kombinirana proizvodna svojstva pasmina. Primjeri su lipicanac, simentalac i crna slavonska svinja.

2. GRUBA KONSTITUCIJA

Životinje imaju grub i glomazan kostur koji je neharmonične građe. Koža im je debela, a dlaka gruba. Rogovi su im teški, a papci i kopita jaki. Glava im je neplemenita, a vanjština neskladna. Otporne su i prilagođene lošim uvijetima okoline, ali imaju nisku proizvodnu sposobnost. Dugo žive. Ovakve životinje predstavljaju primitivne pasmine kao što su: šiška (svinja), iberijska svinja, bosanski brdski konj, istarsko govedo.

3. FINA KONSTITUCIJA

Imaju finu građu kostiju i izražene koštane izbočine. Glava im je plemenita, a koža tanka i elastična. Dlaka im je fina, glatka i sjajna, a mišičje umjereno razvijeno. Trup im je općenito uzak, dubok i relativno visok.

Ovakva je konstitucija karakteristična za visokoproduktivne selekcionirane životinje kao što su: Jersey govedo, istočno-frizijska ovca, bijeli leghorn (kokoš)

4. LIMFATIČNA KONSTITUCIJA

Životinje takve konstitucije su ranozrele životinje dobrih tovnih sposobnosti. Kostur im je fin, ekstremiteti kratki, a trup im je dubok i širok. Mišićje im je bujno. Temperament im je miran i vrlo su tromi. Primjeri su: posavski konj, westphalian kaltblut (konj), charolais (govedo).

5. KONSTITUCIJSKE GREŠKE

Mogu biti fiziološke i morfološke prirode. Fiziološke su smetnje u krvotoku i pri disanju, metabolički poremećaji, poremećaji spolnog nagona, nemogućnost spolnog općenja te poremećaji u radu endokrinog sustava. Greške morfološke prirode mogu biti teže i lakše. Teže su patuljasti rast, prerani završetak razvoja i degenerativne nasljedne varijacije. One lakše prirode su mlohavost kože, duga leđa, slabe i uske sapi i šiljasta zdjelica te tromost u mužjaka.

B) KONDICIJA

Ona predstavlja trenutačno stanje životinje s obzirom na njezin vanjski izgled. Može se mijenjati tokom života, a glavni čimbenici o kojima ovisi kondicija su hranidba, njega i trening. Kondicija se ubraja u modifikacije, tj. varijacije nenasljednog karaktera. Kondicija može biti rasplodna, izložbena, radna, trkaća, tovna, gladna.

TEMPERAMENT I ĆUD

Temperament je odraz djelovanja živčanog sustava životinje i očituje se opsegom i jačinom reakcije na podražaje. Nasljedne je naravi. Životinje dijelimo na one živahnog i mirnog temperamenta. Živahni ili sangvinički obilježava živahnost, aktivnost i pokretljivost životinje, a metabolizam im je brz i otporne su. Mirni ili flegmatični temperament je svojstven mirnim, ravnodušnim životinjama sporog metabolizma. Ovakvim se životinjama lako upravlja, a temperament je poželjan kod radnih i tovnih životinja. Temperament ovisi o spolu, dobi i pasmini. Na temperament utječe rad žlijezda s unutarnjim lučenjem. Poželjne su životinje temperamenta koji se očituje time da se životinje brzo uzbude i brzo se smire ili se sporo uzbude, a brzo se smire.

Ćud je narav, karakter i izraz duševnog stanja životinje, a očituje se u dobroćudnosti ili zloćudnosti. Dobroćudne su one životinje koje su poslušne i privržene čovjeku, a one koje su plahe, bojažljive i neposlušne su zloćudne. Ćud je također nasljedna.

5. UZGOJNI PROGRAMI I NACIONALNO VREDNOVANJE

Uzgojni programi mogu biti: međunarodni, nacionalni i savez udruga kao glavni (krovni) programi za populacije i udruge i farme kao podprogrami.

Prilikom stvaranja uzgojnog programa potrebno je provesti nekoliko koraka i postaviti program vrednovanja. Koraci u postavljanju uzgojnog programa su:

OPISATI PROIZVODNI SUSTAV: vrstu, pasminu (čista, križanac), broj životinja, broj stada, proizvodna okolina, prosjeci proizvodnje i ulaganja (low ili high input).

UZGOJNI CILJ: da li je realan i ostvariv (brzo ostvariv, dugotrajni procesi, isplativost), što želimo poboljšati (mesna, mliječna ili ostala svojstva)

POSTAVITI SELEKCIJSKE KRITERIJE: koja svojstva ostvaruju cilj, odrediti ekonomsku vrijednost pojedinog svojstva, odrediti genske parametre (heritabilitet, varijanca, korelacija), imati mjerenja svojstava (proizvodna, funkcionalna, vanjština)

ORGANIZIRATI UZGOJNI PROGRAM: izabrati pasminu i procjeniti genske parametre i ekonomske vrijednosti te postaviti sustav GENSKOG VREDNOVANJA

GENETSKO VREDNOVANJE (nacionalno)

Temelj čini koordinacijsko tijelo (savjetovalište) koje nadzire rad ostalih organa: tijela za umjetno osjemenjivanje i reprodukciju, saveza uzgajivača, organna za evidenciju podataka, institucija za istraživanje i napredak metoda.

Cilj vrednovanja je procjeniti uzgojne vrijednosti životinja. Također se vrši u nekoliko koraka:

Sakupljanje podataka: fenotipske vrijednosti ili pedigre – PRIPREME ZA VREDNOVANJE (definiranje vrste, pasmine, identifikacije, pedigrea, zapisa, svojstava)

Slanje u središnju bazu podataka koja prima podatke o identifikaciji životinje, reprodukciji i umjetnom osjemenjivanju, hranidbi, veterinarskim zapisima, klaoničkim podacima.

Vršenje statističkih analiza i obrade podataka te određivanje genskih parametara Određivanje UV i točnosti procjene – PROCJENA UV (definiranje nezavisnih varjabli (fiksnih i

slučajnih utjecaja), odabiranje genetskog modela (sire, animal, laktacijski), odrediti genske parametre NAKON VREDNOVANJA – odrediti kriterije za objavu podataka (broj potomaka, broj stada,

minimalna točnost procjene), način prikazivanja rezultata (UV, katalozi, WEB), definirati gensku bazu (promijenjivu koja se mijenja svake godine i ima prosjek 0, a razultati mogu biti iznad ili ispod prosjeka ovisno da li su pozitivni ili negativni; fiksnu u kojoj su UV stabilne iz godine u godinu i kombinirana koja se mijenja svakih 5 godina)

GENETSKO VREDNOVANJE (međunarodno)

Pozitivne strane su mu dostupnost više informacija i preglednost stranog genskog materijala, brži genski napredak, dok su mu negativne strane davanje podataka koji se mogu zlouporabit na račun drugih uzgajivača, politička pitanja itd.

Mjerenja odnosno sustavi testiranja mogu biti: performance test koji koristi vlastita mjerenja, korištenje UV i ekonomskih indeksa te postavljanje pragova selekcije i selekcijski intenzitet, a drugi način je progeni test na temelju mjerenja potomaka.

OSNOVE GENETIKE

GENETIKA - znanost o naslijeđivanju; proučava uzorke i zakonitosti naslijeđivanja, tj. prijenos životne tvari iz genercije u generaciju- cilj proučavanja je organizam = produkt naslijeđa i okoline- mlada znanost - ime 1. put upotrijebio William BATESON 1907. godine- povezana s citologijom, molekularnom biologijom i evolucijom- zadaci genetike:

- utvrditi kako se prenose osobine s roditelja na potomstvo- koji čimbenici određuju te osobine- na koji se način osobine mijenjaju i stječu nove- primjena spoznaja u praksi (medicina, agronomija, farmacija, veterina, botanika...)

- podjela genetike:- MOLEKULARNA (MOLEKULSKA) - istražuje molekularnu strukturu gena i njihovu funkciju u zavisnosti od strukture- CITOGENETIKA (CITOLOŠKA) - proučava mehanizam promijenjivosti i nasljedne osobine kroz mikroskopsku građu pojedinih organela- FIZIOLOŠKA - proučava na koji se način kod jedinki iste vrste ostvaruje razvitak pojedinih osobina- HUMANA - nasljeđivanje kod ljudi- POPULACIJSKA - proučava kretanje gena unutar populacije i uspostavlja vezu s evolucijom- PRIMJENJENA - sva dostignuća primjenjuju se za poboljšanje života

OSNOVNA OBILJEŽJA NASLJEDNE TVARI:o Pohranjivanje informacija-živi org. složene strukture i funkcije pa jezgra mora imati potrebnu info za njihov rast i razvojo Sposobnost udvostručenja – repliciranje - nastaju istovjetne kopije koje se prenose na nove generacijeo Stabilnost strukture genetičke informacije-zadržavanje postojanosti tijekom evolucijeo Mogućnost promjene-mutacijama nastaju novi oblici gena koji nadziru nova svojstva , što omogućuje vrstama da se bolje prilagođavaju promijenjenim okolišnim uvjetima

Povijesni razvoj:- prapovijest - kultivirane biljke i domaće životinje dobiveno selekcijom- Aristotel - shvaća da roditelji daju osobine svojim potomcima- 19.st Lamarck, Darwin - ne poznaju zakonitosti naslijeđivanja, ali znaju da ga ima- GREGOR MENDEL - otac genetike (19.st); otkrio principe naslijeđivanja- 1900.g. 3 istraživača CORENS (njem), HUGO de VRIESS (danski), TSCHERMAK (austrijski znanstvenik) - nezavisno od Mendela došli do istih rezultata- 1900. JOHANSON - uvodi pojam gena- 1907. WILLIAM BATESON - pojam genetike- 1910.-1930. THOMAS MORGAN - otkrio spolno vezano naslijeđivanje(kromosomi X i Y)- 1953. JAMES WATSON i FRANCIS CRICK - otkrili strukturu DNA - utemeljitelji MOLEKULARNE GENETIKE- 21.st - genetičko injženjerstvo

SPOLNO I NESPOLNO RAZMNOŽAVANJE

- naslijeđivanje se vrši RAZMNOŽAVANJEM:- nespolno - dioba, vegetativno razmn. biljaka

- nastaje KLON - genetički jednake jedinke- spolno - gamete (♂, ♀) - miješaju se osobine roditelja

- velika varijabilnost potomaka evolucija- razlozi VARIJABILNOSTI:

- rastavljanje homolognih kromosoma u mejozi

- 2n - broj mogućih vrsta gameta (n je broj haploidnih kromosoma)

- čovjek 223

= 8 338 608 različitih gameta

- crossing over - ukriženje kromatida - još više povećava broj kombinacija gameta - u profazi 1. mejotičke diobe

- mutacije- utjecaj okoliša

MOLEKULARNA OSNOVA NASLJEĐIVANJA- GEN - nositelj nasljednih osobina; od DNA- NUKLEINSKE KISELINE

- otkrivene 1868. godine - MIESCHER - u jezgrama leukocita (nazvao nuklein)- struktura: J. Watson, F. Crick - 1953. (+ Rosalin Franklin, Wilkins)- DNA je molekula sastavljena od 2 komplementarna polinukleotida koji se antiparalelni- građa: C, H, N, O, P nukleotid (monomer): šećer (pentoza), dušična baza i fosfat- nukleinske kiseline - polinukleotidi; građene od 30 000 do 40 000 nukleotida

RNA DNAšećer riboza C

5H

10O

5deoksiriboza C

5H

10O

4dušična baza ADENIN

GUANINCITOZINURACIL

ADENINGUANIN komplementarneCITOZIN bazeTIMIN

fosfat -PO4

-PO4

- purinske baze: guanin, adenin- pirimidinske baze: citozin, timin, uracilUdvostručavanje ili replikacija DNA:- nastaju kopije gena koje se prenose s roditelja na potomka- događa se tijekom S-faze interfaze uz pomoć enzima DNA polimeraza- odvajanje polinukleotidnih lanaca (pucaju vodikove veze) - kalupi za sintezu novih lanaca - dvije istovijetne molekule kćeri = kopije originalne dvostruke zavojnice

- SEMIKONZERVANTNA REPLIKACIJA (od originalnog i novosintetiziranog lanca)

GRAĐA KROMOSOMA- KROMOSOM - štapićasta struktura koja se nalazi u jezgri i ima linearno poredane gene

- struktura koja nastaje zgušnjavanjem tankih niti kromatina za vrijeme stanične diobe - izgrađen od DNA i proteina (odvajaju se u anafazi mitoze)- KROMATIN - despiralizirani kromosom

- DNA + proteini (histoni) + RNA- debljina - 0.7 do 2 μm - najdeblji u metafazi jer se udvostručuje

- KROMATIDA - svaka od uzdužnih podjedinica dupliciranog kromosoma koje postaju vidljive s početkom mitoze i mejoze

- odvajaju se u anafazi mitoze i anafazi 2 mejoze (profaza)- KROMONEMA - glavni dio kromosoma građen od dvostruke niti DNA koja je obložena

proteinima- KROMOMERE - najjače spiralizirani dio kromosoma koje najjače prima boju

- KROMOSOMI- PROKARIOTI - imaju NUKLEOID umjesto jezgre - kružna gola (nema proteine) molekula DNA -

1 kromosom - haploidni organizmi- EUKARIOTI - imaju jezgru, više parova kromosoma - diploidni org. - kromosom građen od DNA

(+ proteini - odgovorni za strukturu) - nosi gen. informaciju - NUKLEOSOM - podjedinica kromosoma

- građen od 160-240 parova baza DNA i 8 histona - histon 1 - kopča koja drži sve na okupu

Broj kromsoma - karakteristika vrste (čimpanza 48, čovjek 46, grašak 14, vinska mušica 8)- dolaze u paru: 2n - diploidan broj kromosoma i nalazi se u tjelesnim stanicama

n - haploidan broj u spolnim stanicama (nakon spajanja - 2n)- KARIOTIP - svi kromosomi jedne stanice; kromosomska slika- KARIOGRAM - svi kromosomi stanice poredani po obliku i veličini- GENOM - najmanja moguća količina genetičkog materijala jedne stanice- tjelesni (autosomi) - nose gene za funkciju ogranizma- spolni - gene + gene sa spolnim karakteristikama- čovjek - 2n = 46 (od toga 44 tjelesni i 2 spolna - ♂ xy, ♀ xx)- homologni kromosomi - kromosomi istog oblika i veličine te nose iste nasljedne osobine- EKSON - dijelovi koji nose informaciju za neki produkt- INTRON - dijelovi koji ne nose nikakvu informaciju

3 tipa RNA:mRNA - replika redoslijeda nukleotida genske DNAtRNA - prepoznaje aminokiseline u citoplazmirRNA - u ribosomima

OD GENA DO BJELANČEVINA

Sinteza proteina u eukariota:- prostorno i vremenski odvojeni procesi

- prepisivanje (transkripcija) - u jezgri; uputa genske DNA na mRNA- prevođenje (translacija) - u citoplazmi na ribosomima- slijed nukleotida s mRNA na slijed aminokiselina u bjelančevinama

- KODON - triplet dušičnih baza u mRNA, komplementarni tripletima dušičnih baza u DNA

- ANTIKODON - triplet duš. baza u tRNA, komplementarnih kodonima mRNA

Biosinteza bjelančevina u prokariota:- procesi se odvijaju u istom prostoru stanice (povezani procesi)- transkripcija RNA virusa - udvostručenje RNA istovjetno replikaciji DNA, djelovanjem RNA polimeraze- obrnuta transkripcija retrovirusa - iz RNA povratnom transkripcijom nastaje DNA- genetička šifra (kod) (franc. le code = zbirka znakova, šifra, kratica)

- triplet baza u DNA koji nosi informaciju za 1 aminokiselinu- geni - strukturni i regulacijski- komplementarne baze u DNA: A - T, C - G

- GENOM: u njoj su 23 'poglavlja', a svako 'poglavlje' sadrži 1000 'pripovijedaka' - geni; svaku 'pripovijetku' čine 'odlomci' - eksoni, isprekidani 'oglasima' - introni

REGULACIJA AKTIVNOSTI GENA- 1963. Jacob - Monod (pokus na escherichi coli) - zašto su neki geni aktivni, a neki ne?

- model operona (za regulaciju sinteze proteina- REPRESIJA (zakočenost)- INDUKCIJA (otkočenost)- OPERON - gen operator + strukturni geni- gen operator - kontrolira aktivnost strukturnih gena- gen regulator - kontrolira rad operona (preko represora)- stanice višestaničnih org. dijele se mitozom što znači da je u svakoj stanici prisutan cjelokupan genom- stanice se međusobno razlikuju po strukturi i funkciji što znači da svi geni nisu čitavo vrijeme funkcionalni- njihove aktivnosti kontrolirane su na različite načine (npr. crijevne proizvode enzim za razgradnju laktoze samo u mladunčadi sisavaca)- REPRESORSKI GEN (?) - gen regulator kodira represorsku bjelančevinu; ona djeluje na gen operator koji kontrolira aktivnost strukturnih gena, tj. koči njihovu aktivnost (kod odraslih nema laktoze), induktor (protein u st.) se veže na represor te nastaje inaktivni represor koji ne koči više aktivnost strukturnih gena

VARIJABILNOST= nejednakost među pripadnicima iste vrste- 2 vrste varijabilnosti:

- KVALITATIVNA (alternativna)- ubrajamo svojstva gdje su uvijek posrijedi jasne razlike u kojima se ističu suprotnosti (crna i bijela boja dlake zeca; crvena i bijela boja cvijeta...)- način njihova naslijeđivanja lake se prati jer se zbiva po zakonima križanja- utjecaj okoline je neznatan, razlike su većinom određene genima

- KVANTITATIVNA (fluktuirajuća)- svojstva variraju količinski (npr. tjelesna visina, težina, veličina listova, duljina sjemenki...) i svojstva su izražena mnoštvom prijelaza od jedne krajnosti do druge; ovise o zajedničkom učinku čitave skupine gena, od kojih svaki zasebno ima samo slabo djelovanje - svojstva su MULTIFAKTORIJALNA ; ovise o okolini

Uzroci varijabilnosti:- zbog kromosomskih razlika pri nastanku spolnih stanica (tijekom mejoze)- crossing over u profazi I. / različite kombinacija gameta nastale raspoređivanjem kromosoma kod mejoze- zbog miješanja gena križanjem (hibridizacijom)- zbog pogrešaka na kromosomima ili zbog kem. promjena na samim genima (mutacijom)

- zbog neposrednog utjecaja okoliša na organizam

OSNOVNI POJMOVI O KRIŽANJU- organizam određen sa 2 skupine osobina:

- FENOTIP - ukupan izražaj organizma; vidljiva svojstva organizma, tj. skup svih morfoloških, anatomskih i fizioloških svojstava- GENOTIP - izražava se kroz fenotip

- skup svih gena organizma ili svih nasljednih faktora - genotip + fenotip + okolina = ukupan izražaj organizma- HOMOLOGNI KROMOSOMI - kromosomi identični po izgledu i sastavu gena (jedan potječe od majke, a drugi od oca)- HOMOLOGNI GENI (aleli) - geni koji se nalaze na istom mjestu (locus) na homolognom kromosomu (određuju isto svojstvo, a mogu se razlikovati ili biti isti)

Aleli prema izražajnosti u fenotipu:- DOMINANTNI (A, B, C, D...) - njihova svojstva prevladavaju- RECESIVNI (a, b, c, d...) - oni aleli čije je svojstvo maskirano prisutnošću dominantnog alela

istog gena; izražajnost recesivnog svojstva dolazi do izražaja samo u homozigotnom statusu- KONDOMINANTNI - aleli iste izražajnosti; kontrolira ih kondominantni gen (npr. krvne grupe)- INTERMEDIJARNI - aleli bez izražene dominacije (pojavljuje se kroz intermedijarna - srednja

svojstva) - npr. bijela i crvena zijevalica - križanjem se dobiva ružičasti cvijet

- HOMOZIGOTNI ORGANIZMI (čista rasa, sorta) - org. koji za jedno svojstvo imaju 2 ista gena; postoje dominantni homozigoti (AA) i recesivni homozigoti (aa) - HETEROZIGOTNI ORGANIZMI - oni organizmi koji za jedno svojstvo imaju dva različita gena (križanci Aa)- MULTIPLIALELI(ZAM) - pojava da određeni gen ima više od 2 alelne varijante u populaciji- POLIFENIJA - pojava da jedan gen odgovara za više fenotipskih osobina (npr. bijele mačke plavih očiju su uvijek gluhe)- POLIGENIJA - pojava da jednu osobinu određuje više gena (npr. visina, oblik stasa...)

MENDEL I ZAKONI NASLIJEĐIVANJA grašak - eksperimentalna biljka, povoljna za eksperimentiranje zato jer:

- grašak ima dobro uočljiva morfološka svojstva (boja, visina)- grašak je samooplodna biljka- grašak daje mnogo potomaka- ima dostupan genitalni aparat, dobar za ručno djelovanje

- P (parentalna generacija) - čine ju dvije jedinke nasljedno čiste za promatrano svojstvo (homozigoti)- F1 - filijalna (sinovska) generacija

P AA x aagamete G1 A a

A a F1 Aa x Aagamete G2 A A

a aAA Aa aA aa --> zakon segregacije (3 u kojima prevladava dominantan gen : 1 u kojem

prevladava recesivan gen)

Zaključak (1865.): U svakoj biljci moraju biti 2 nasljedna faktora koji prenose neku osobinu, ta 2 faktora za isto svojstvo potječu od 2 roditelja. No oni se razdvajaju (segregiraju) pri stvaranju rasplodnih stanica, pa svaka od njih zbog redukcijske diobe dobiva samo 1 faktor. Nakon oplodnje spajanjem gameta ti se faktori opet udružuju u stanice novog organizma. Nasljedni su faktori nekakve jedinice naslijeđa koje se mogu poput kamenčića u mozaiku kombinirati na razne načine, ali se nikada trajno ne spajaju nego se mogu opet razići.Danas: faktor = genPokus sa zijevalicom - monohibridno intermedijarno križanje

- svaki fenotip otkriva i svoj genotip

MENDELOVI ZAKONI:1. ZAKON: jednoličnost F1 generacije: križaju li se homozigotni („čiste rase“) roditelji, svi su potomci

F1 generacije međusobno jednaki2. ZAKON: cijepanja (segregacije) svojstava u F2 generaciji po stalnim brojačnim odnosima; par alela

za jedno svojstvo razdvaja se prilikom stvaranja gameta ( tijekom 1. ili 2. mejotičke diobe) križanjem jedinki F1 generaciej međusobom nastaju potomci s različitim svojstvima i to:

a. Kod monohibridnog intermediarnog križanja u omjeru 1 : 2 : 1 b. Kod monohibridnog križanja s dominacijom u omjeru 3 : 1 u korist dominantnog oblika

3. ZAKON: zakon nezavisnosti nasljednih faktora - kada se križaju jedinke s više svojstava pojedina svojstva nasljeđuju se međusobno, tj. aleli se u zigoti ne spajaju nego mozaično kombiniraju, a to je zbog orijentacije i razilaženja kromosoma u mejozi

- Mendel pokus - grašak- pratimo dvije osobine boja i oblik (DIHIBRIDNO - dva ili više svojstava)- zaključak: iz ovih križanja proizlaze novi genotipovi i fenotipovi bez mutacije-TEST KRIŽANJE - (povratno križanje) - križanje kojim se služimo da odredimo genotip dominantne jedinke; ispitivani genotip križamo s recesivnim homozigotom (znamo genotip)

NASLJEĐIVANJE SPOLA I SPOLNO VEZANO NASLJEĐIVANJE

-spol može biti određen:- parom alela (komarac ♂ Mm, ♀ mm)- stupanj poliploidije (haploidni (n) i diploidni (2n) organizmi)-pčele, mravi, ose- okolišni čimbenici (temperatura)

- gmazovi (macaklin) – JAJA - oko 25°C - ženka - iznad 32°C - 50 % ♂, 50 % ♀

- spolni kromosomi; sisavci i neki kukci ♂ xy, ♀ xxptice ♂ zz, ♀ zw

SPOLNI KROMOSOMI: upravljaju/ određuju funkciju spolnih organa- Gen – protein(hormon) - organizam: sekundarne spolne karakteristike i primarne spolne karakteristike- 46 kromosoma (30 000-40 000 gena): 44+xy ILI 44+xxHemofilija ♂ 1 : 10 000

♀ 1 : 1 000 000Daltonizam ♂ 5%Distrofija 1: 3 500

-spolni kromosomi: na sebi nose osobine, tj gene koji nemaju veze sa spolom, a ti se geni uglavnom nalaze na x kromosomu; često su to geni za bolesti: (recesivne osobine (češće kod M)- ako ima jedan recesivni gen jer nema zdravog para; žena će oboliti ako ima oba recesivna gena)- hemofilija, kratkovidnost, daltonizam, mišićna distrofija- spolni kromosomi su prvi puta otkriveni kod vinske mušice (1910.) -Thomas Morgan-razllikuju se po strukturi i genetskoj organizaciji; mužjaci su hemizigoti-genski lokus ili čitav kromosom prisutan samo u jednoj kopiji u genotipu- ZAKLJUČAK: boja očiju kod vinske mušice vezana je za spol. Geni za boju očiju smješteni su samo na x kromosomu, a y kromosom nema odgovarajućeg lokusa- ovakvo nasljeđivanje gdje se dotična osobina na x kromosomu i koja se pritom nasljeđuje s tim kromosomom zovemo spolno vezano

SPOLNO VEZANO NASLJEĐIVANJE

VEZANI GENI- Morgan-pokus: vinska mušica (veliki broj potomaka+lako se uzgaja)- Thomas Morgan objasnio: geni smješteni u istom kromosomu skloni su zajedničkom nasljeđivanju u genetičkim križanjima jer su oni dio istog kromosoma koji se prenosi kao cjelina ti se geni zovu VEZANI GENI- Budući da se u mejozi ne razilaze homologni geni (aleli) nego homologni kromosomi, postoji toliko skupina vezanih gena koliki je broj haploidnih kromosoma. No, neki slučajevi križanja ne mogu se protumačiti samo vezanim genima; u malom postotku križanja pojavljuju se nove kombinacije nasljeđa- to se može protumačiti jedino pojavom crossing-over. U 83 % slučajeva nastaju gamete bez crossing-overa (kod vinske mušice on se događa samo u oogenezi), a u 17 % slučajeva nastaje crossing over.- ZAKLJUČAK - vezanost gena nije apsolutna. Vezani geni mogu se razdvojiti crossing overom i tada pokazuju djelomičnu povezanost. Crossing over je i rekombinantni proces, također je uočeno da crossing overom se češće razilaze geni koji su na kromosomu udaljeniji

GENSKE KARTE- značajne zbog određivanja položaja gena na kromosomima organizama koji su značajni za čovjeka: poljoprivredne kulture, peradarstvo- genske karte se izrađuju na temelju postotka crossing overa, mjerilo karte je postotak crossing overa a jedinica je jedan Morgan [1 M]- ako u 100 slučajeva dolazi između dva inače vezana gena samo jedna rekombinacija tj. 1%, kažemo da su geni međusobno udaljeni jednu kromosomsku jedinicu, tj 1. morgan (centimorgan)

MUTACIJE GENA, KROMOSOMA I GENOMA -lat mutare = mijenjati, pojam uveo H. De Vries-zbivanje i to iznenadno, koje uzrokuje nasljednu promjenu genotipa-razlikujemo: - MUTACIJE NA TJELESNIM STANICAMA (SOMATSKE)

- nisu nasljedne, primjer: promjene na koži (melanom kože)- MUTACIJE SPOLNIH STANICA - nasljedne- Podjela:a) Mutacije gena (točkaste mutacije) - recesivne mutacije, mutacija unutar jednog gena što rezultira nastankom novih alela; mogu biti:1. vidljive - rezultiraju se na fenotipu2. biokemijske - promjena neke specifične biokemijske funkcije - srpasta anemija

3. letalne (smrtne) - ljuskavost kože u novorođenčadi4. MOLEKULARNA OSNOVA: SUPSTITUCIJA: zamjena jednog nukleotida i njegova para u komplementarnom lancu drugim

nukleotidnim parom; može uzrokovati promjenu aminokiselinskog slijeda u bjelančevini, što uzrokuje promjenu njegove funkcije

ADICIJA dodatak, DELECIJA je gubitak jednog ili više nukleotidnih parova u genu. Ove mutacije uzrokuju promjenu strukture i funkcije bjelančevineb) Mutacije kromosoma1. promjene broja kromosoma- EUPLOIDIJA-obuhvaća sve kromosome u kromosomskom setu – 2n, 3n(triploidija), 4n (tetraploidija);

ako ne dođe do odvajanja u mejozi kromosoma- Poliploidija - dolazi do poudvostručenja broja kromosoma; kod ljudi i životinja smrtna, kod biljaka česta i rezultira povećanim listovima, plodovima, cvjetovima)- Monoploidija - jedan set kromosoma (n), razvijaju se iz neoplođene jajne stanice (mužjaci pčela)- ANEUPLOIDIJA-zahvaća pojedine kromosome u setu. To znači da organizam može imati povećan broj jednog ili nekoliko kromosoma ili smanjeni broj kromosoma. Nastaje napravilnim razdvajenjem kromosoma tijekom mejoze ili nerazdvajanjem kromosoma tijekom mitoze ili mejoze zbog pogreške u funkciji diobenog vretena - abnormalni fenotip, manjak kromosoma štetniji od viška

- Trisomija (3 kopije jednog kromosoma) - npr Downov sindrom (trisomija 21. kromosoma)-promjena kod autosoma

- Monosomija (2n-1) - nedostaje kromosom - TURNEROV SINDROM -oboljevaju ženske osobe s 45kromosoma i X0, spolno su nezrele

i sterilne - uzrok je nepravilno rastavljanje kromosoma tijekom mejoze ili zbog nefunkcionalnosti diobenog vretena

- KLINEFELTEROV SINDROM - 47 kromosoma (44+xxy) - kromosm viška, obole muškarci, imaju pojavu grudi, nemaju normalnu seksulanu aktivnost, obično su viši od prosjeka

2. Promjena strukture kromosoma - kromosomske aberacije (nasljedna anemija)a) DELECIJA (talesenija)-gubitak kromosomskog segmenta kao posljedica loma kromosoma; smrtonosne za gamete životinja i čovjeka; npr. sindrom mačijeg plača (nisu razvijene glasnice)b) DUPLIKACIJA- neki segment prisutan dva ili više puta (kromosom dulji nego inače), manje štetno za organizam jer nema gubitka nasljedne tvaric) INVERZIJA-promjena redoslijeda gena (segmenta) koja nastaje nakon dvaju lomova u kromosomu; ne mogu se sparivati čitavom svojom dužinom zbog obrnutog rasporeda genad) TRANSLOKACIJA-premještanje segmenta iz jednog kromosoma na drugi homologni kromosom; mijeloidna leukemija

PODJELA MUTACIJA PREMA UZROKU:SPONTANE-uzrok nepoznat premda se pretpostavlja da su to neki fizikalni i kemijski čimbenici (npr. radijacija), nastaju kao rezultat pogrešaka tijekom replikacije DNAINDUCIRANE-umjetno izazvane mutacijeČimbenici su mutageni faktori - tvari iz okoliša koje uzrokuju mutacije, oni mogu biti: a) kemijski (benzol, fenol, peroksid, azbest, katran), b) fizikalni (UV zračenje, rendgen, solariji), c) toplinski udari

MODIFIKACIJE - NENASLJEDNE PROMJENE- tip varijabilnosti koji se pojavljuje na tjelesnim stanicama; nenasljedne- uzroci: klima, prehrana, tlo, sastav kemijskih tvari- npr. sobni jaglac pri 10°C crveni, pri 25°C bijeli-raspoznavanje prema temperaturi

- reakcijska norma je genotipsko određeno ograničenje u sklopu kojeg se mogu pojaviti različite modifikacije- dugotrajne modifikacije koje se zadržavaju u nekoliko generacija prenose se citoplazmom, a ne genskom tvariHUMANA GENETIKA-problemi:

- nemogućnost križanja zbog etičkih normi- spora izmjena generacija (20-30godina)- mali broj potomaka

-rezultate u istraživanju dale:- citogenetika (istraživanje kromosoma u stanicama), istraživanje stanica i kromosoma kod trudnica

(uzimanje uzorka plodne vode) i budućih roditelja (kariogram)- rodoslovlje -shematski iznesen prikaz obiteljskog stabla kroz nekoliko generacija (za proučavanje nasljednih bolesti)

- PROBAND - početna osoba koja se istražuje- rimskim brojevima se označava 1. generacija koja se istražuje, arapskim brojevima se označava redoslijed rođenja djece- jednojajčani blizanci-genetski materijal isti, ali okolina utječe na razvoj ostalih osobinabiostatička metoda-učestalost određene osobine, ali pod uvjetom da se radi s velikim brojem ljudi i obitelji

NASLJEDNE ILI HEREDITARNE BOLESTI:- kromosomske anomalije-vidljive, povećan ili smanjen broj kromosoma- nasljedne bolesti pod kontrolom jednog gena

- recesivni gen (najčešći tip) - očituje se u homozigotnom obliku (aa) - povećava se broj oboljelih ako se križaju bliski srodnici,

- srpasta anemija (Hbs Hb

s)

- fenilketonurija-nedostaje enzim za razgradnju A.K. fenilalanina koji bi se inače trebao pretvoriti u tirozin-ako se ne uoči na vrijeme(do 2. godine života) masa mozga postaje manja - defektnost (1 : 20 000)

- albinizam-ne stvara se pigment-roditelji su nosioci- neurofibromatoze (rak kože)- roditelji „mirni“ nosioci jer se kod njih ne vidi ali se očituje na

njihovoj djeci- dominantni gen - nasljeđuje se od jednog roditelja

- hondroplazija(patuljasti rast)-prestanak rasta kostiju nakon 3. god života, mentalnost dobra- polidaktilija (veći broj prstiju)- huntingtonova bolest (propadanje živčanog sustava)- brahidaktilija (kratki prsti)

- spolno vezane genske bolesti- geni smješteni na x kromosom- prenositelj je žena (majka)- geni su recesivni- poznato oko 150 takvih bolesti- najpoznatije: hemofilija, daltonizam, mišićna distrofija(najteža), kratkovidnost

višefaktorijske bolesti- poligenija-više gena određuje bolest+okolina

primjeri: srčane greške, dijabetes, multiplaskleroza, shizofrenija, zečja usna

-bolesti uzrokovane štetnim utjecajima tijekom trudnoće ili poroda:zračenje, kem sredstva, spolne bolesti

GENETIKA BAKTERIJA I VIRUSA - žive organizme na temelju stanične organizacije dijelimo na prokariote i eukariote- stanice eukariota imaju pravu jezgru obavijenu jezgrinom ovojnicom, a u citoplazmi stanice nalaze se organeli obavijeni vlastitom membranom. U jezgri se nalazi nekoliko parova kromosoma koji su građeni od DNA i bjelančevina, a jezgra se dijeli mitozom i mejozom- u stanisi prokariota nalazi se samo jedan „kromosom“ u obliku gole prstenaste molekule DNA, dijele se jednostavnom diobom nakon udvostručenja nasljedne stvari, to su bakterije, cijanobakterije i mikroplazme

-VIRUSI - nemaju staničnu organizaciju

- sadrže jednu mol nukleinske kiseline (DNA ili RNA) koja se nalazi unutar bjelančevinastog omotača, kapsida

- razmnožavaju se u stanici domaćina kojeg napadaju, ne dijele se obligatni paraziti, nemaju vlastitu izmjenu tvari i ne mogu se sami razmnožavati- genom virusa (jedna linearna ili kružna molekula nukleinske kiseline) se sastoji ili od dvolančane DNA, ili dvolančane RNA, ili jednolančane RNA- životni ciklus se sastoji od unutarstanične faze (razmnožavanje), izvanstanične faze (inertna faza)(pokazuju veliku raznolikost oblika i strukture)

-BAKTERIJE- nositeljica genetičke upute je mol DNA koja je najčešće prstenastog oblika (nukleoid)

mnoštvo ribosoma, staničnih strukturabiosinteza bjelančevina- za kratko vrijeme daju mnogo potomaka (npr. Escherichia Coli dijeli se svakih 20 min)

nedostatak enzima je rezultat mutacije bakterijskih gena- haploidni organizmi (svi geni izraženi su u fenotipu), kromosom je kružna dvolančana mol DNAkromosom bakterije naziva se i nukleoid- plazmidi-jedna ili više malih kružnih molekula DNA koje se mogu nalaziti uz bakterijski kromosom (neovisna samoreplicirajuća genetička čestica u bakterijskoj stanici; krućna mol DNA)- plazmidi se repliciraju neovisno o bakterijskom kromosomu, a svaki plazmid ima relativno mali broj gena- razmnožavaju se binarnom diobom nekon replikacije molekule DNA, pri čemu nastaju genetički istovjetni produkti (klonovi)- mutacije bakterijskih gena važne su jer uzrokuju genetičku raznolikost- rekombinacija-ujedinjavanje (kombiniranje) genetičkog materijala dviju jedinki u genom jedne jedinke- do genetičke rekombinacije dolazi konjugacijom, transformacijom ili transdukcijomTRANSFORMACIJA - mehanizam genetičke rekombinacije u bakterija; prijenos molekule DNA iz jedne bakterijske stanice u drugu te njezina ugradnja u bakterijski genom, izmjena gena između DNA iz okoliša i DNA stanice primateljice; Stanica s ugrađenim stranim genima rekombinantna je stanica- Griffithov pokus transformacije bakterija: nasljedna uputa zapisana u mol DNAKONJUGACIJA - prijenos genetičke informacije iz jedne bakterijske stanice u drugu preko konjugacijskog mostića; spolni način razmnožavanja kod bakterija- Indirektni prijenos gena iz stanice davateljice (donor) u stanicu primateljicu (recipijent) koji uključuje stanični kontaktTRANSDUKCIJA - prijenos gena iz jedne bakterije u drugu s pomoću bakterijskih virusa ili bakteriofaga, koristi se u genetskom inžinjeringu

- zbog relativne jednostavnosti, lakog uzgoja i kratkog životnog ciklusa prokarioti i virusi idealni su za studiranje biokemijskih i molekularnih aspekata genetike

3 VRSTE KROMOSOMA U ČOVJEKA:- metacentrični (krakovi jednaki)- submetacentrični (p(kratki krak)<q(dugi krak))- akocentrični (ima male dodatke (tzv.sateliti))

NASLJEĐIVANJE I UZGOJ

1. KVALITATIVNE I KVANTITATIVNE OSOBINE (SVOJSTVA)

1.1. KVALITATIVNE OSOBINE Jasno su diferencirane osobine,bez postepenih prijelaza među njima,npr. crn-bijel,nazivaju se i ALTERNATIVNE OSOBINE. Pod kontrolom su manjeg broja gena,čiji je efekt veliki,a utjecaj sredine mali;nazivaju se MAJOR GENI ili OLIGOGENI. Mogu se proučavati Mendelovim metodama.

1.2. KVANTITATIVNE OSOBINE Kod ovih osobina postoji praktički neograničen broj varijanti,a razlike među njima predstavljaju kontinuirani prijelaz od nižih k višim vrijednostima. Pod kontrolom su većeg broja gena koji se nazivaju MINOR GENI ili POLIGENI. čimbenik okoliša snažno djeluje na ove osobine. Većina kvantitativnih osobina uvjetovana je genima na različitim lokusima (lokus je mjesto na kromosomu na kojem se nalazi gen). Najveći broj varijanata raspoređen je oko srednje vrijednosti,a postupno pada prema manjim vrijednostima (minus varijante),odnosno postupno raste prema većim vrijednostima (plus varijante). Kvantitativne osobine opisuju se pomoću mjera i brojeva. Takve osobine su,na primjer: visina, mliječnost, brzina prirasta, iskorištenje hrane, debljina potkožnog masnog sloja, inteligencija, plodnost, dozrelost (ranozrelost-kasnozrelost) i slično. Obzirom da su kvantitativne osobine uglavnom raspoređene po normalnoj distribuciji (Gausova krivulja),za njihovu analizu rabe se parametri: srednja vrijednost, standardna devijacija, koeficijent varijacije i drugi. Ovim osobinama bavi se KVANTITATIVNA GENETIKA, kojim se pojmom obično obuhvaćaju BIOMETRIJSKA i POPULACIJSKA GENETIKA.

NAČINI DJELOVANJA POLIGENA:

1.2.1. ADITIVNO DJELOVANJE GENA (ADITIVNOST) Na osobinu djeluje više nealelnih gena (gena koji se ne nalaze na istom lokusu,a ne moraju biti niti na istom kromosomu),od kojih niti jedan nije dominantan ili recesivan,a svaki gen nešto pridonosi osobini,bilo pozitivno,bilo negativno,tako da je izraženost osobine (FENOTIP) zbroj negativnih i pozitivnih efekata pojedinačnih gena. Srednja vrijednost potomaka bit će simetrično raspoređena oko srednje vrijednosti roditelja. Mnoge osobine domaćih životinja koje su od privredne važnosti,pod utjecajem su upravo ovog načina djelovanja gena,npr. mliječnost i brzina prirasta.

1.2.2. DOMINANTNO DJELOVANJE GENA (DOMINANTNOST) Odmah treba napomenuti da se ovdje ne radi o apsolutnoj dominaciji kao u slučaju major gena (oligogena). Djelovanje gena prizlazi iz intralokusnih interakcija,dakle alela istog lokusa. Srednja vrijednost F1 generacije bit će bliže vrijednosti jednog roditelja. Kratko objašnjenje: - LOKUS je mjesto na DNK koje odgovara položaju određenog gena.

- ALELI, ALELOGENI ili ALELOMORFI su alternativne varijante iste jedinice nasljednog materijala,odnosno varijante jednog gena i nalaze se uvijek na istom lokusu.1.2.3. PREDOMINANTNO DJELOVANJE GENA (PREDOMINANTNOST) Ovdje se,kao i kod dominantnosti,radi o intralokusnim interakcijama,odnosno interakcijama alela,s time da heterozigotna jedinka ima osobinu izraženiju od bilo kojeg homozigota. Ovaj način djelovanja gena dovodi do očitovanja HIBRIDNE KREPKOSTI. No,za očitovanje hibridne krepkosti mogu biti odgovorni i dominantnost i epistaza.

1.2.4. EPISTATIčKO DJELOVANJE GENA (EPISTAZA) U širem smislu radi se o interlokusnoj intrakciji,odnosno o interakciji nealelnih gena,koji mogu biti na istom kromosomu ili na različitim kromosomima. Više je vrsta epistatičkog djelovanja:

1.2.4.1. HIPOSTAZA Jedan dominantni gen dominira nad drugim dominantnim genom. Dominantni gen koji dominira naziva se EPISTATIčNIM,a dominantni gen nad kojim postoji dominacija naziva se HIPOSTATIčNIM.

1.2.4.2. KOMPLEMENTARNOST Za pojavu nekog svojstva potrebna je interakcija nekoliko gena. Ukoliko neki nedostaje,svojstvo se ne pojavljuje.

1.2.4.3. SUPLEMENTARNOST Da bi došlo do očitovanja nekog svojstva potreban je,uz sve komplementarne gene,još jedan-SUPLEMENTNI GEN.

1.2.4.4. INHIBICIJA GEN INHIBITOR spriječava očitovanje svojstva bez obzira što postoje geni za to svojstvo. Još nekoliko pojmova u vezi s epistazom: GENI MODIFIKATORI su skupine gena koji samo kvantitativno utječu na pojavu nekog svojstva (fenotipska ekspresija) za koje je "nadležna" druga skupina gena. GENI PROMOTORI izazivaju fenotipsku ekspresiju nekog drugog gena. GENI SUPRESORI sprečavaju fenotipsku ekspresiju nekog drugog gena. PLEIOTROPIZAM - obično više gena djeluje na razvoj nekog svojstva,ali kod pleiotropizma jedan gen utječe na razvoj više svojstava. TRANSGRESIJA ili TRANSGRESIVNO RAZDVAJANJE-pojava kod koje potomstvo roditelja s različitim svojstvima ima u F2 generaciji svojstvo niže od nižeg i više od višeg roditelja.

2. VEZANI GENI, SPOLNO VEZANI GENI, NASLJEđIVANJE POD UTJECAJEM SPOLA

2.1. VEZANI GENI Ukoliko se geni nalaze na različitim kromosomima njihovi genski aleli razdvajaju se nezavisno jedan od drugog,no ako se nalaze na istom kromosomu,tada se ne razdvajaju nezavisno jedan od drugoga i nazivaju se VEZANI GENI. Vezani geni pri diobi stanice se raspodjeljuju ("putuju") zajedno. To je jedan od razloga zašto se neke osobine pojavljuju zajedno i nalaze se u KORELACIJI. Ta korelacija može biti jača ili slabija,ovisno o međusobnoj udaljenosti gena na jednom kromosomu. Naime,u jednoj fazi diobe spolnih stanica-mejoze,dolazi do pojave pucanja i izmjene dijelova kromosoma,što se naziva UKRIŽENJE ili CROSSING OVER. Što su geni smješteni bliže jedan drugom,vjerojatnost prekrižanja je manja i korelacija viša,a što su udaljeniji,vjerojatnost prekrižanja je veća i korelacija manja.

2.2. SPOLNO VEZANI GENI Spolno vezani geni u širem smislu su svi geni koji se nalaze na spolnim kromosomima. Spolno vezani geni u užem smislu su samo oni geni koji se nalaze na onom dijelu spolnog kromosoma koji nema svoj homolog na drugom spolnom kromosomu.

2.3. NASLJEđIVANJE POD UTJECAJEM SPOLA Geni se nalaze na autosomima (ne na spolnim kromosomima),ali na njihovo očitovanje, ekspresiju, djeluje spol. Dakle,bez obzira što iste gene nose oba spola,do pojave neke osobine doći će samo kod jednog spola.

3. KORELACIJA

Korelacija je pojava da se dvije ili više osobina mijenjaju zajedno. No,to ne znači da mijenjanje jedne uzrokuje promijenu druge. Veza između osobina može biti pozitivna ili negativna. O čvrstoći te veze govori KOEFICIJENT KORELACIJE. ?to je veza čvršća,koeficijent korelacije je veći. Može se kretati između 0 i +1 ili -1. Kod POZITIVNE KORELACIJE s porastom jedne osobine raste i druga,odnosno s padom jedne pada i druga. Kod NEGATIVNE KORELACIJE s porastom jedne osobine druga osobina pada,i obrnuto. KOEFICIJENT REGRESIJE govori koliko će se konkretno promijeniti jedna osobina,ako se druga osobina promijeni za jednu jedinicu. Npr.,za koliko će se težina,izraženo u kilogramima,promijeniti,ako se visina grebena poveća za 1 centimetar. FENOTIPSKA KORELACIJA-znamo da smo izborom neke jedinke za jednu osobinu izabrali i jedinku sa selekcijskim diferencijalom i za drugu osobinu. GENOTIPSKA KORELACIJA-znamo da se korelacija prenosi na potomstvo.

4. HERITABILITET, SELEKCIJSKI DIFERENCIJAL, REZULTAT SELEKCIJE,GENERACIJSKI INTERVAL

4.1. HERITABILITET Heritabilitet (h2) je nasljedljivost neke osobine. Pokazuje koliki će se dio razlike između vrijednosti osobine roditelja i prosjeka populacije prenijeti na potomstvo. Heritabilitet se izračunava za kvantitativne osobine. Vrijednost,veličina neke kvantitativne osobine jedinke ovisi o djelovanju gena i o djelovanju okoliša,a naziva se FENOTIP. Pojam fenotip može se odnositi na cijelu jedinku,samo na jednu osobinu jedinke i na skupinu jedinki koje imaju neku zajedničku osobinu. GENOTIP je kompleks svih nasljednih tvari-gena (sa svim alelima) neke diploidne ili poliploidne jedinke. Može se odnositi i samo na skup gena koji određuju naku osobinu. GENOM je kompleks svih nasljednih tvari-gena,u nekoj haploidnoj strukturi,koja može biti gameta ili pak haploidni organizam. HERITABILITET U ŠIREM SMISLU je udio ukupne varijabilnosti genotipa,koji uključuje aditivnost, dominaciju i interakciju (epistaza i predominacija), u varijabilnosti fenotipa. (Ukupna genotipska varijanca podijeljena s fenotipskom varijancom.). Heritabilitet je kod aditivnosti visok,a kod predominacije je nula. HERITABILITET U UŽEM SMISLU je udio samo varijabilnosti aditivnosti u varijabilnosti fenotipa. (Varijanca aditivnosti podijeljena s fenotipskom varijancom.) Heritabilitet se može kretati od 0% (0,00) do (teoretski) 100% (1,00). Ako se radi o spolno vezanim genima, heritabilitet za ženke i mužjake može biti različit. Heritabilitet 0,30 i manji smatra se malim, onaj od 0,30 do 0,50 srednjim,a preko 0,50 velikim.Važno je napomenuti da je heritabilitet mali za ADAPTIVNE OSOBINE (SELEKCIJSKA VRIJEDNOST, DARWINIAN FITNESS). Adaptivne osobine su one koje doprinose prenošenju gena na sljedeću generaciju. To su osobine za preživljavanje i plodnost. Na primjer: otpornost na bolesti,otpornost na različite čimbenike okoliša,plodnost i zadržavanje plodnosti dugo tijekom života,dugovječnost i slično.

Adaptivna vrijednost je doprinos sljedećoj generaciji. Ukoliko svi genotipovi daju isti doprinos,dakle ako su jednako vitalni i plodni,onda je adaptivna vrijednost svakog od tih genotipova jednaka 1. No,ako je doprinos nekog genotipa manji,njegova adaptivna vrijednost iznosi 1-s. Adaptivna vrijednost je fenotipsko svojstvo,dakle ovisi i o genotipu jedinke i o čimbenicima okoliša u kojem jedinka živi.

Adaptivna vrijednost različitih genotipova kod različitih odnosa među alelima:

-aditivnost:

aa.........................Aa......................AA

l_______________l_____________l 1-s....................1-1/2 s.....................1

-puna dominacija:

aa................................................AA,Aa

l_____________________________l 1-s.....................................................1

-overdominacija:

aa.......AA...........................................Aa

l______l________________________l 1-s2....1-s1...........................................1

-adaptivna vrijednost raste s lijeva na desno

4.2. SELEKCIJSKI DIFERENCIJAL Selekcijski diferencijal (Sd) je prosječna razlika između prosjeka populacije i prosjeka jedinki unutar populacije koje se zadržavaju za rasplod. Sd=(vrijednost majki + vrijednost očeva)/2 - prosječna vrijednost populacije

4.3. REZULTAT SELEKCIJE Rezultat selekcije (R) je razlika između prosjeka ukupne stare i nove populacije. R=selekcijski diferencijal x heritabilitet To je R u jednom generacijskom intervalu (Gi);pojam Gi objašnjen je u sljedećem poglavlju. R u jednoj godini izračunava se tako da R u jednom generacijskom intervalu podijeli s duljinom generacijskog intervala izraženom u godinama.

4.4. GENERACIJSKI INTERVAL Generacijski interval (Gi) je prosječna dob roditelja u kojoj se rađa njihovo potomstvo. Ukoliko se životinje prije puštanja u rasplod testiraju,bilo na vlastite osobine (one koje se pojavljuju tek u odrasloj dobi,ili se tek tada mogu ocijeniti),bilo na vrijednost potomstva,tada će generacijski interval biti dulji nego što bi to bio u slučaju da se životinje puštaju u rasplod čim za to biološki dozriju.

5. UZGOJNA VRIJEDNOST I PROCJENA UZGOJNE VRIJEDNOSTI Uzgojnu vrijednost (UV) čini samo ono što se može prenijeti na sljedeću generaciju. UPORABNA VRIJEDNOST je,naprotiv,samo vrijednost konkretne jedinke. Jedinka može imati visoku uporabnu vrijednost,a nisku uzgojnu vrijednost,i obrnuto; to ovisi o načinu nasljeđivanja neke osobine.

Uzgojna vrijednost procjenjuje se različitim metodama:

1. PROCJENA PREMA VLASTITIM OSOBINAMA (procjena na temelju individualnosti,procjena prema vlastitoj proizvodnosti). Ocjenjuje se sama jedinka,njen eksterijer i druge osobine koje se mogu mjeriti, npr. brzina prirasta,iskorištenje hrane,brzina kretanja,mliječnost i slično. Dakle,to je procjena prema vlastitom fenotipu. Testiranje na vlastite osobine naziva se PERFORMANS TEST. Procjena UV za osobine koje imaju visoki heritabilitet (dakle osobine na koje djeluje aditivnost) bit će točnija,dok će za osobine uvjetovane predominantnim djelovanjem gena biti netočna. Kod predominantnosti,gdje je vrijednost neke osobine najveća kod heterozigotnosti,upravo će najvrijednija jedinka (za tu osobinu) biti i uzgojno najmanje vrijedna. Naime,kod potomaka proizašlih iz međusobnog parenja heterozigota javlja se homozigotnost (koja daje manje vrijednosti).

2. PROCJENA PREMA PODRIJETLU Procjena se vrši prema živim precima ili po rodovnicama. Točnost metode je niska,a raste s brojem i kvalitetom podataka o precima. Ova metoda nalazi primjenu naročito ako treba procijeniti mladu životinju,kod koje tražene osobine još nisu razvijene.

3. PROCJENA PREMA POBOčNIM ROđACIMA Pobočni rođaci su oni s kojima jedinka nije u izravnom srodstvu,odnosno nisu joj preci, ni potomci. To se npr. sestre,braća,bratići,tete i dr.. Što su rođaci bliži,bit će i procjena točnija. Ta procjena je pogodna za slučajeve: a) Nasljeđivanje pod utjecajem spola,npr. mliječnost. Mužjaci nose gene za mliječnost,a kako sami ne daju mlijeko procjena njihove mliječnosti se može vršiti prema njihovim pobočnim rođakinjama. b) Nisko nasljedna svojstva. c) Svojstva koja ne mogu biti utvrđena u živom stanju.

4. PROCJENA PREMA POTOMSTVU Uzgojna vrijednost jedinke procjenjuje se prema vrijednosti njezinih potomaka. U odnosu na prethodno navedene metode znatno je točnija. Pogodna je i za visoko nasljedne i za nisko nasljedne osobina. Test za procjenu po potomstvu naziva se PROGENI TEST. Jedinka čiju UV želimo ispitati ovim testom mora biti parena s jedinkama prosječne vrijednosti,kako bi se rezulteti na potomstvu mogli pripisati samo njoj. Za visoko nasljedne osobine potrebno je ispitati manji broj potomaka,a za nisko nasljedne veći.

5. KOMPLEKSNE PROCJENE Uzimaju u obzir procjene prema vlastitim osobinama,osobinama predaka,pobočnih rođaka,potomaka,a uključuju i procjene utjecaja okoliša. Te metode posebno su važne za procjenu osobina koje su nisko nasljedne (heritabilitet ispod 0,30).

6. METODE IZBORA RASPLODNIH ŽIVOTINJA

6.1. TANDEM METODA

Izbor se vrši samo prema jednoj osobini,a ostale se zanemaruju. Nakon što se postigne napredak u toj osobini,kriteriji se za tu osobinu ublažavaju i prelazi se na sljedeću osobinu. Ukoliko je osobina na koju se vrši odabiranje u pozitivnoj korelaciji s drugim osobinama od važnosti,tada ta metoda može biti uspješna. Općenito,ta metoda najmanje je uspješna od ove tri navedene.

6.2. METODA NEZAVISNOG IZLUčIVANJA Odabiranje se vrši na dvije ili više osobina,a za svaku osobinu se postavi minimalna,granična vrijednost ispod koje se ne može ići,pa ako životinja ne dostiže taj minimum,izlučuje se iz uzgoja bez obzira na vrijednosti koje postiže u ostalim osobinama.

6.3. SELEKCIJSKI INDEKS (I) U obzir s uzima veliki broj osobina,a svakoj se osobini pridodaje neka vrijednost,koja bi trebala odražavati njezinu važnost u odnosu na konačni cilj selekcije. Svaka veličina osobine množi se s tom procjenom vrijednosti osobine (koeficijentom),a zatim se rezultati za sve osobine zbroje. Mogu se postaviti i minimalne,granične vrijednosti za svaku osobinu ispod kojih se ne smije ići. Kod privredno važnih vrsta domaćih životinja selekcijski indeks se podešava tako da donosi najveću ekonomsku dobit. Promjenom ekonomskih uvjeta mijenja se i selekcijski indeks. Da bi se mogao odrediti koeficijent potrebno je poznavati ekonomsku vrijednost,heritabilitet i korelacije za svaku osobinu.

I=b1 x X1 + b2 x X2 + b3 x X3 +................

I=selekcijski indeks b=koeficijent X=osobina (veličina osobine)

7. PRIRAST Priraštanje se može definirati kao nakupljanje biomase. Brzina prirasta se obično izražava porastom biomase izraženom u gramima u jednom danu (dnevni prirast). Brzina prirasta varira u pojedinim fazama rasta. Tijekom rasta,različiti dijelovi tijela rastu različitim intenzitetom. Različita tkiva ne rastu jednako u isto vrijeme. Rast teče od glave prema trupu i od nogu prema grebenu. S rastom prvo završavaju kosti,zatim mišići,a nakon toga slijedi nakupljanje masti. Zanimljivo da pri povećanju brzine prirasta pada udio esencijalnih aminokiselina metionina i lizina u tjelesnom proteinu. Prosječni heritabilitet za brzinu prirasta kod nekih domaćih životinja: -govedo: 0,50 i više -ovca: 0,50 i više -svinja: oko 0,30

8. PLODNOST Plodnost je širok pojam i njime su obuhvaćena mnoga svojstva,a ovdje ću nabrojiti samo neka: - redovitost poroda,u vremenskim razmacima tipičnim za vrstu i pasminu - redovitost pojave estrusa,u vremenskim razmacima tipičnim za vrstu i pasminu - uspjeh oplodnje (za mužjake i ženke) - rodnost-broj potomaka po jednom porodu - broj ukupno rođene mladunčadi u jednom leglu - broj živorođene mladunčadi u jednom leglu - broj mladunčadi pri odbiću (prestanak sisanja),odnosno preživljavanje od poroda do odbića - dob pri pojavi prvog estrusa - dugotrajnost plodnosti-zadržavanje plodnosti dugo tijekom života

- trajanje gravidnosti - porodna težina - otpornost na stres neizravno je također osobina plodnosti,jer smanjuje intra- i ekstrauterinu smrtnost mladunčadi

Osobine plodnosti spadaju u adaptivne osobine i kao takve su niskonasljedne,odnosno imaj niski heritabilitet;izuzimaju se dob pri prvom esrusu,trajanje graviditeta i porodna težina. To znači da je plodnost pod manjim utjecajem aditivnog djelovanja gena,a većim neaditivnog djelovanja gena. Kod osobina plodnosti dosta je velik "heterozis efekt" (osobina je kod potomaka veća, izraženija, od one prosjeka roditelja), koji se ostvaruje križanjem različitih pasmina ili različitih linija unutar pasmine.Heterozis za 1 gen:

HeF1 = MF1 – MpHeF2 = MF2 – MpMp1 = a (p – q) + 2pqdMp2 = a (p – y – q – y) + 2d [pq + y (p – q) – y2] Mp = Mp1 + Mp2 / 2 = a (p – q – y) + d [2pq + y (p – q) - y2]MF1 = a (p – q – y) + d [2pq + y (p – q)]HeF1 = dy2

MF2 = a[p – q – y] + d [2pq + y (p – q) + 1/2y2]HeF2 = 1/2HeF1y = p' – p

Heterozis za više gena:HeF1 = MF1 – [(Mp1 + Mp2) / 2]%HeF1 = 100 (MF1 – Mp) / MpMp = Mp1 + Mp2 / 2

Pri uzgoju u srodstvu osobine plodnosti slabe. Kod domaćih je životinja ,obzirom da se radi o ekonomski važnoj osobini,nasljeđivanje osobina plodnosti dobro proučeno. Radi orijentacije ovdje ću navesti heritabilitete za osobine plodnosti kod nekih domaćih životinja. Navedene vrijednosti heritabiliteta su okvirne obzirom da različita istraživanja daju donekle različite rezultate.

h2, goveda: --interval teljenja(intenzitet plodnosti)=0,02-0,15 --uspjeh prve oplodnje=0,05 --rodnost (rađanje blizanaca)=0,02-0,03 --dob pri pojavi prvog estrusa=0,30-0,38 --trajanje gravidnosti=0,40 --porodna težina teleta=0,35-0,40

h2, svinje: --broj ukupno oprašene prasadi po leglu=0,10-0,15 --broj živooprašene prasadi=0,12 --broj odbijene prasadi=0,10 --težina legla pri odbiću=0,12-0,20

h2, ovce: --broj ojanjene janjadi=0,13 --porodna težina=0,33

h2, konji: --redovitost ždrijebljenja=0,05 --dugotrajnost plodnosti je vrlo nasljedna --ovisnost uspjeha skokova (oplodnje) je kod očeva i sinova vrlo velika

Niski heritabilitet za osobine plodnosti ukazuje da je selekcija na te osobine dugotrajna,odnosno,da se te osobine jednom smanjene,teško popravljaju.

9. MLIJEČNOST Neke od osobina koje su u svezi s mliječnošću: -ukupna količina mlijeka u laktaciji -trajanje laktacije -tijek laktacije (laktacijska krivulja) -kemijski sastav mlijeka -broj sisa -veličina sisa -građa vimena

Nasljeđivanje tih osobina najbolje je proučeno,što je razumljivo,kod goveda. Neke vrijednosti heritabiliteta za te osobine kod goveda: -količina mlijeka u laktaciji=0,10; 0,20; 0,30 -sadržaj (%) masti u mlijeku=0,35 -sadržaj (%) proteina u mlijeku=0,35 -veličina vimena=0,08 -dužina sisa=0,98

Heritabilitet za broj sisa kod svinja=0,59 Količine mlijeka poslije poroda rastu dok ne dostignu određeni vrh,a zatim padaju. Brzina porasta i brzina pada mogu dosta varirati. Važno je napomenuti da nakon poroda,u prvom dijelu laktacije,dojilje ne mogu pojesti toliko hrane da bi mogle nadoknaditi gubitke hranljivih tvari mlijekom,pa moraju mobilizirati vlastite tjelesne zalihe i gube na težini.

Genetika – riječnik

Aleli ili genske varijante su alternativni oblici sekvencije DNK. Ako su pronađeni u više od 1% populacije, onda se njihove pozicije na genomu nazivaju polimorfičnim lokusima. Posljedično, varijacije u sekvenciji DNK dovode do razlika u fenotipovima pojedinaca. Analiza povezanosti (engl. linkage analysis) mjeri povezanost bolesti unutar zahvaćenih obitelji s genskim biljezima. Potrebno je imati više od jedne generacije obitelji da bi se mogla pratiti segregacija biljega i bolesti na potomstvo. Idealni su polimorfični biljezi jednoliko raspoređeni duž genoma. Ako je biljeg povezan s fenotipom, može se očekivati da će se zajedno prenositi na potomstvo. Udaljenost između biljega i fenotipa (gena) može se izračunati ovisno o broju rekombinacija tijekom mejoze.

Centimorgan (cM) je mjera genske udaljenosti, a otprilike odgovara udaljenosti dvaju lokusa koji pokazuju 1% rekombinacije. Delecija je vrsta mutacije karakterizirana gubitkom dijela DNK, što može dovesti do bolesti ili abnormalnosti ukoliko je zahvaćen gen ili dio gena.

Genetički markeri su posebni dijelovi gena odnosno dio DNK koji služi za otkrivanje ili korišćenje odredjenih osobina koje su poželjne da se izraze kod date biljke. Markeri se najviše koriste u oblasti agronomije gdje se kod raznih povrtarskih kultura,pomocu markera poboljšavaju njihove fenotipske osobine.Značajnu ulogu kod otkrivanja, umnožavanja i samog korišćenja genetičkih markera ima PCR.

Geni kandidati su geni za koje se smatra da su mogući uzročnici fenotipa/bolesti. Da bi se pojedini gen proglasio kandidatom mora imati odgovarajući položaj na genomu (unutar QTL-a) te bi trebao kodirati proteine za koje je poznato da sudjeluju u pojedinim regulacijskim mehanizmima traženog stanja/bolesti, bilo na temelju podataka iz literature ili rezultata prethodnih istraživanja. Genomom nazivamo cjelokupnu DNK koju posjeduje jedinka.

Genomika je različita od genetike, a proučava organizaciju i evolucijsku povijest DNK. Ljudski genom ima oko tri milijarde nukleotida, odnosno oko 30.000 gena.

Genske mape su mape na kojima se bilježe funkcionalni geni, ali i markeri (QTL – geni koji ne utječu direktno na fenotip i ne djeluju direktno na ekspresiju gena) te SNP-ovi

Genski biljezi se koriste pri genotipiziranju, a najčešće su to SLLP (engl. short sequence lenght polymorphism) te mikrosatelitski biljezi. Biljezi označavaju mjesta u genomu na kojima se ponavljaju CA dinukleotidi različit broj puta, a pokazuju visok stupanj polimorfizma među pojedincima.

Haplotip – segment DNK s pripadajućim genima na jednom kromosomu koji se nasljeđuje u „paketu“ (nema mogućnosti rekombinacije zbog blizine gena).

Insercija je oblik kromsomske abnormalnosti, odnosno mutacije, kod koje je dio DNK „umetnut“ unutar gena narušavajući tako njegovu normalnu strukturu i funkciju. Kloniranje gena je proces identifikacije gena koji se temelji na poznavanju produkta gena (protein), a sastoji se od određivanja redoslijeda aminokiselina te korištenja tih informacija u otkrivanju gena.

Kosegregacija (engl. cosegregation) je pojava nasljeđivanja dvaju ili više povezanih gena na istom kromosomu (haplotip). Mikrosateliti (eng. microsatellites) su kratki segmenti ponavljajućih oligonukleotida raspoređenih duž nekodirajućeg dijela genoma (npr. ATTATTATTATTATT...).

Mikrosatelitna nestabilnost (engl. microsatellite instability) je promjena u redosljedu nukleotida uzrokovana insercijom ili delecijom mikrosatelita. Ova pojava nastaje kao posljedica nemogućnosti stanica da poprave pogreške u redosljedu nukleotida nastale tijekom umnažanja DNK. Nakupljanje ovih promjena može dovesti do maligne transformacije stanice (npr. kod karcinoma debelog crijeva).

Mutacija je proces u kojem se remeti redoslijed nukleotida (sekvencija DNK), a može zahvatiti jedan ili više nukleotida. Promjena nukleotida može (ali i ne mora) posljedično dovesti do promjene redoslijeda aminokiselina, odnosno strukture HYPERLINK "http://hr.wikipedia.org/wiki/Protein" proteina.

Nasljednost ili heritabilitet - h2 (eng. heritability) opisuje koliki je dio varijacije fenotipa uzrokovan genskim varijacijama. Izračunava se statističkim metodama, a specifičan je za populaciju, odnosno fenotip.

Neravnoteža spoja (engl. LD - linkage disequilibrium) ili asocijacijske studije koriste se za proučavanje kosegregacije bolesti (gena) i biljega između različitih zahvaćenih obitelji, čak i između jedinki koje nisu u srodstvu. Kako bi se na ovaj način otkrili geni, potrebno je imati ispitanike (bolesnike) i kontrole s približno jednakim frekvencijama alela. Kako to često nije slučaj, u ispitivanjima se koristi nezahvaćena rodbina kao kontrolna skupina. Naime, u idealnim bi uvjetima biljeg i gen (fenotip) trebali imati mogućnost slobodne rekombinacije i segregacije u potomstvu. Ako je biljeg blizu ciljanog gena (fenotipa) onda je vjerojatnost da se među njima dogodi rekombinacija vrlo mala te će haplotip (točno određena sekvencija kromosoma s biljezima i ciljanim genom) biti prenesen na potomstvo zajedno s bolešću. Za takve se alele/biljege kaže da su u neravnoteži (disekvilibriju) povezanosti.

Pleotropija je pojava više od jednog fenotipa ili bolesti koje su uzrokovane istim genima (npr. opisani zajednički genski čimbenik koji je medijator hipertenzije, dijabetesa i pretilosti među blizanacima iz Sjeverne Amerike).

Polimorfizam obično uključuje promjenu samo jednog nukleotida (SNP), deleciju manjeg ili većeg dijela sekvencije DNK, umetanje određenog broja nukleotida ili pak ponavljanja di-, tri- ili oligonukleotida različit broj puta, a koji varira među pojedincima.

Pozicijsko kloniranje je proces identifikacije gena koji uzrokuje ciljani fenotip/bolest koji se temelji na položaju gena na genomu. Taj proces uključuje izradu genskih karata, analize povezanosti te korištenje bioinformatičkih alata. Kod ovog pristupa nije nužno poznavanje biokemijske osnove bolesti, kao ni poznavanje produkta gena.

QTL – mjesto količinskih značajki (engl. quantitative trait loci) je genski lokus (područje genoma) koji je identificiran na temelju statističke analize složenog fenotipa, kao npr. tjelesna visina ili masa, arterijski tlak i slično, a koji je uglavnom uzrokovan interakcijom više gena i izvanjskih čimbenika.

Rekombinacijska frakcija (θ) je mjera vjerojatnosti da gameta ima rekombinaciju između dva ciljana lokusa.

Rekombinantna genska karta je karta dobivena računanjem broja rekombinacija (koje se događaju za vrijeme mejoze) na pojedinom kromosomu, odnosno određivanjem položaja i rekombinacija genskih biljega (alela) dobivenih genotipiziranjem.

Skeniranje genoma uobičajeno se radi zbog procjena kosegregacije genskog biljega s fenotipom na određenim intervalima duž cijelog genoma. Obično se genotipiziraju biljezi na udaljenosti svakih 5-10 cM.

SNP (engl. single nucleotide polymorphism) je polimorfizam jednog nukleotida u kojem je jedan od četiri nukleotida (A, T, C ili G) zamijenjen drugim. SNP-ovi uzrokuju promjenu sekvencije DNK. U ljudskom genomu ima oko 15 milijuna SNP-a, od kojih 50.000 do 100.000 može promjeniti funkciju ili izražaj gena. 70% SNP-a ima frekvenciju u populaciji manju od 5%, tako da ih nazivamo rijetkim SNP-om.