1

Geny letalne

Cuenot (Francja), 1904 rok

2

Geny letalne

Geny letalne

Srebrzysty Dziki

Platynowy Biały

3

Geny letalne

P: Platynowy (Pp) x Platynowy (Pp)

F1: Białe (PP) Platynowe (PP) Srebrzyste (pp)

25% (giną) 50% 25%

Geny letalne

Szary karakuł

Czarny karakuł

4

Rodzaje genów letalnych

• Geny letalne na poziomie gamet– Uniemożliwiają wytwarzanie żywotnych gamet

– wywołują bezpłodność

• Geny letalne na poziomie zygoty– Uniemożliwiają rozwój zygoty lub upośledzają żywotność organizmu

Rodzaje genów letalnych

• Letalne - śmierć min. 90% osobników• Semiletalne - śmierć 50-90% osobników• Subwitalne - śmierć 10-50% osobników• Quasi-letalne - śmierć mniej niż 10%

osobników • Warunkowo letalne - efekt letalny zależy

od warunków otoczenia

5

Geny letalneChoroba białego źrebięcia –zaburzenia unerwienia końcowego odcinka okrężnicy, a często wręcz brak końcowego odcinka okrężnicy. Śmierć następuje zwykle po 48 godzinach w wyniku zaburzeń w pasażu pokarmu. Warunkowana przez recesywny gen autosomalny.

Geny quasi-letalne

Norka aleucka Norka standard

6

Choroba Chediak-Higashi

• Rzadka choroba warunkowana genem recesywnym• Mutacja w genie regulatora transportu lizosomalnego,

LYST, powoduje uposledzenie funkcji lizosomow w granulocytach (upośledzenie odporności przeciwbakteryjnej). W cytotoksycznych limfocytach T dochodzi do upośledzenia uwalniania cytotoksyn z pęcherzyków cytoplazmatycznych (upośledzenie odporności przeciwwirusowej)

• Objawy: neutropenia, częściowy albinizm, zmniejszona odporność, zaburzenia krzepnięcia krwi

Choroba Chediak-Higashi

7

Geny warunkowo letalne

Rodzaje genów letalnych

• Dominujące– Autosomalne– Sprzężone z płcią

• Recesywne– Autosomalne– Sprzężone z płcią

8

Autosomalne geny letalne

• Gen zlokalizowany na jednym z autosomów

• Sposób dziedziczenia genu jest niezależny od płci rodzica przekazującego gen letalny

• Ryzyko postania choroby u potomstwa jest niezależne od jego płci

Geny letalne dominujące

• Mutacje w genach białek strukturalnych– Kolagen

• Mutacje w genach białek regulatorowych o precyzyjnej regulacji ekspresji– Morfogeny– Protoonkogeny

• Mutacje przekształcające białka normalne w białka toksyczne– Białko prionowe

9

Geny letalne – autosomalnedominujące

• AA x Aa 100%• Aa x Aa 75%• Aa x aa 50%• aa x aa 0%

Do powstania objawów choroby wystarczy przekazanie jednej kopii genu letalnego przez jednego z rodziców.

Objawy opisywane jako typowe dla danej choroby dotyczą HETEROZYGOT. Najczęściej homozygoty dominujące są całkowicie niezdolne do życia i giną na wczesnych etapach rozwoju zarodkowego.

W przypadku dominujących genów letalnych niemożliwy jest stan nosicielstwa.

Geny letalne recesywne

• Mutacje w genach białek enzymatycznych– Proteaza protokolagenu

• Mutacje w genach białek receptorowych• Mutacje w genach białek kanałów

jonowych– Białko CFTR (mukowiscydioza)

• Mutacje w genach białek supresorowych– Rb, p53 (antyonkogeny)

• Mutacje w genach białek przenośnikowych

10

Geny letalne – autosomalnerecesywne

• AA x Aa 00%• Aa x Aa 25%• Aa x aa 50%• aa x aa 100%

Do powstania objawów choroby konieczne jest przekazanie po jednej kopii genu letalnego przez każdego z rodziców/

Objawy opisywane jako typowe dla danej choroby dotyczą HOMOZYGOT RECESYWNYCH. Najczęściej heterozygoty nie wykazują żadnych uchwytnych objawów, a czasami wręcz wykazują cechy korzystne.

W przypadku recesywnych genów letalnych geny te są rozprzestrzeniane w populacji przez bezobjawowych heterozygotycznych nosicieli.

Geny dominujące sprzężone z płcią

• Chorują samice i samce• Chory samiec ma tylko chore córki i tylko zdrowych

synów• Chore samice (heterozygoty) przekazują cechę 50%

swego potomstwa• Chore samice (homozygoty) przekazują cechę

całemu potomstwu• Choroba występuje dwa razy częściej u samic niż u

samców

11

Geny recesywne sprzężone z płcią

• Choroba nie musi ujawniać się w każdym pokoleniu• Choroba występuje znacznie częściej u samców niż u

samic, które są najczęściej nosicielkami genu• Samiec nie może być nosicielem genu• Chory samiec nigdy nie przekazuje cechy synom, a

wszystkie jego córki są nosicielkami• 50% synów nosicielki jest chora, a 50% córek staje się

nosicielkami

Geny sprzężone z płcią

12

Geny letalne

• Powstają w wyniku mutacji genów normalnych

• Mutacja może zmienić strukturę produktu kodowanego przez gen, czyniąc go nieprzydatnym, lub szkodliwym

• Mutacja może zablokować ekspresję genu nie dopuszczając do syntezy jego produktu

Geny letalne• Dziedziczne wady metabolizmu (bloki)

– Cytrulinemia (bydło)– Anemia hemolityczna (pies)– Porfirie (bydło)

• Dziedzicznie warunkowane wady rozwojowe– Achondroplazja (bydło)– Skrócenie żuchwy (bydło)– Brak kończyn (świnia)

13

Bloki metaboliczne

• W organizmie funkcjonują szlaki metaboliczne będące ciągiem przemian biochemicznych – jedna substancja (A) przekształcana jest w drugą (Z) poprzez szereg stadiów pośrednich (B, C, D, itd.).

• Każdy etap przekształcenia katalizowany jest przez określony enzym.

• Brak enzymu katalizującego określoną reakcję szlaku metabolicznego wywołuje tzw. blok metaboliczny.

• Blok metaboliczny powoduje nagromadzenie substratu dla brakującego enzymu, przy jednoczesnym braku produktu reakcji przez niego katalizowanej.

Szlak metaboliczny

A

B

C

D

1

2

3

14

Blok metaboliczny

A

B

C

D

1

2

3

Szlak przemian

fenyloalaniny

15

Albinizm

Wady rozwojowe

• Badaniem wad rozwojowych zajmuje się teratologia

• Wady rozwojowe to znaczące odstępstwa od prawidłowej budowy narządów i układów organizmu upośledzające jego funkcjonowanie

• Wady rozwojowe mogą być wynikiem działania genów letalnych, lub czynników pozagenetycznych (środowiskowych)

16

Wady rozwojowe

Cielę buldogowate (chondrodysplazja), rasy Dexter

Wady rozwojowe

17

Wady rozwojowe

Wady rozwojowe

18

Niegenetyczne przyczyny zaburzeń rozwojowych

• Infekcje wirusowe (różyczka u ludzi)• Pierwotniaki (toksoplazmoza u ludzi)• Zaburzenia metaboliczne u matki• Niedobory mikroelementów i witamin (A)• Zatrucia (ciemiężyca, łubin - wodogłowie)• Związki teratogenne (Contergan,

Methalibur)• Wstrząsy, brak wentylacji u ptaków w

czasie wylęgu

Rozprzestrzenianie genów letalnych

• Przeważająca część genów letalnych to geny recesywne (autosomalne i sprzężone z płcią)

• Mała grupa genów letalnych to geny dominujące• Recesywne geny letalne przekazywane są przez

bezobjawowych nosicieli (heterozygoty)• Obecność genu letalnego może się nie ujawniać

przez długi czas, potrzebny do pojawienia się w populacji wystarczającej liczby nosicieli.

• Gen ujawnia się dopiero w potomstwie nosicieli u homozygot recesywnych.

19

Rozprzestrzenianie genów letalnych

• W przypadku genów autosomalnych głównym wektorem przenoszącym geny są samce-reproduktory

• Przy zastosowaniu sztucznej inseminacji jeden buhaj może dać w ciągu roku 50000 cieląt

• W przypadku genów sprzężonych z płcią wektorem może być tylko samica –bezobjawowa nosicielka (heterozygota)

• Samiec nigdy nie może być nosicielem genu letalnego sprzężonego z płcią

Sposoby testowania na nosicielstwo choroby dziedzicznej

• Samiec x znane nosicielki (11-16)• Samiec x córki nosicieli (17-26)• Samiec x córki jednego nosiciela (24-35)• Samiec x własne córki (24-35)• Samiec x przypadkowe samice

20

Sposoby testowania na nosicielstwo choroby dziedzicznej

• B=Vn

– B – prawdopodobieństwo wystąpienia nosicielstwa u testowanego samca

– V – prawdopodobieństwo wystąpienia prawidłowego fenotypu u potomstwa powstałego w wyniku kojarzeń

– n – liczba otrzymanego potomstwa

Sposoby testowania na nosicielstwo choroby dziedzicznej

aaAaa

AaAAA

aA Aa x Aa

V = 0,75

V1 = 0,751

V2 = 0,752 = 0,56

V3 = 0,753 = 0,42

V5 = 0,755 = 0,24

21

Sposoby testowania na nosicielstwo choroby dziedzicznej

– Częstotliwość nosicielstwa wśród samic

• L. mł. 0.5 0.1 0.06 0.03

• 1 35 182 305 612• 5 10 58 98 197• 10 8 46 79 160