บทท 16การถายทอดทางพนธกรรม

MENDEL AND THE GENE IDEA

เมนเดลไดศกษาการถายทอดกรรมพนธซงเปนพนฐานสำาคญของสงมชวตโดยวธวทยาศาสตรทกขนตอน ทำาใหเกดสาขาวชาชววทยาแขนงใหม เรยกวา วชาพนธศาสตร Genetics)

A genetic cross

แผนภาพแสดงการทดลองการผสมขามระหวางละอองเรณจากพนธดอกสขาว กบเกสรตวเมยจากพนธดอกสมวง เมอไดเมลดและนำาไปปลก ไดลกผสม F1 ซงใหดอกสมวงทงหมด หรอถาผสมในทางกลบกน คอผสมละอองเรณจากพนธดอกสมวงกบเกสรตวเมยจากพนธดอกสขาว จะไดผลการทดลองเหมอนกน

เมนเดลทำาการศกษาลกษณะทางกรรมพนธของตนถว

3 รน คอรนพอแม ดอกสมวง และดอกสขาว รนลกผสม F1 ดอกมวงทงหมด และเมอ F1 ผสมกนเอง จะไดรน F2 ซงอตราสวนของดอกสมวง : สขาว = 3:1

เมนเดลไดอธบายผลการทดลองของเขา เปน 4ขอ ดงน(ในการอธบายตอไปนจะใชคำาวา ยน แทนคำาทเมนเดลใชคอ heritable factor) 1. สงทควบคมลกษณะกรรมพนธ เชน ลกษณะสดอก คอยน ซงตางกน 2 รปแบบ (อลลล) อลลลหนงควบคมดอกสมวง อกอลลลหนงควบคมดอกสขาว 2. สงมชวตประกอบดวยยน 2 อลลล อลลลหนงมาจากพอ และอกอลลลหนงมาจากแม จากความรในปจจบน ทำาใหอธบายความคดของเมนเดลไดวา ในสงมชวตทเปน diploid ซงมโครโมโซมคเหมอนกน โครโมโซมแทงหนงมาจากพอ และอกแทงหนงมาจากแม โครโมโซมคเหมอนนอาจมอลลลเหมอนกน เรยกวาพนธแท เชนเดยวกบพนธในรนพอแมของการทอดลองของเมนเดล หรออาจจะมอลลลตางกน เชนในลกผสม F1 3 . ถาอลลลตางกน อลลลหนงจะเปนอลลลเดนซงจะแสดงสมบตของลกษณะใหเหน อกอลลลหนงเปนอลลลดอยซงจะถกขมไมแสดงลกษณะ 4. อลลลทง 2 จะถกแยกไปในเซลลสบพนธแตละเซลล

เรยกหลกการถายทอดกรรมพนธขอนวา Law of

segregation (กฏการแยกยน)

Alleles, contrasting versions of a gene

Mendel ’s law

ofsegregation

ในการศกษานเมนเดลศกษาลกษณะสของดอกเพยงลกษณะเดยว (monohybrid cross) ซงดอกสมวงควบคมโดยยนเดน (P) และดอกสขาวโดยยนดอย (p) ในพชประกอบดวย 2 อลลลทควบคมลกษณะสดอกซงไดรบถายทอดมาจากพอและแม ในรนพอแมเปนพนธแทของดอกสมวง (PP) และดอกสขาว (pp) ซงสรางเซลลสบพนธประกอบดวยอลลลเดยว การผสมของรนพอแม จะไดลกผสม F1 ซงประกอบดวย Pp แสดงดอกสมวงตามลกษณะยนเดน เมอ F1 สรางเซลลสบพนธอลลลทง 2 จะถกแยกออกไป เซลลสบพนธครงหนงจะมอลลล P และอกครงหนงเปนอลลล p และจากการผสมพนธกนเองในรน F1 ไดรน F2 ดงแสดงในตาราง ไดอตราสวนดอกสมวง: ดอกสขาว = 3:1

Mendel’s law of segregation

เมนเดลเลอกลกษณะกรรมพนธทงหมด 7คลกษณะ ซงในปจจบนทราบวาเปนลกษณะทควบคมโดยยนทอยบนโครโมโซมตางคกน

Flowe r color

Flowerposition

Seedcolor

Seedshape

Podshape Podcolor

Stemlength

Some useful genetic vocabolary

ในสงมชวตทเปน diploid ลกษณะกรรมพนธควบคมโดยยน 2 รปแบบ (allele=อลลล ) หรอมากกวา 2 รปแบบ เชน ลกษณะสดอกถวลนเตามยนรปแบบหนงควบคมดอกสมวงเขม (P) และยนอกรปแบบหนงควบคมลกษณะดอกสขาว (p) อลลล : ยนคทมรปแบบตางกนและทตำาแหนงโลกส (locus)

เดยวกน homozygous : พวกพนธแททมคอลลลเหมอนกน heterozygous : ลกผสมทมอลลลตางกน phenotype : ลกษณะกรรมพนธทแสดงออกมาใหเหน genotype : องคประกอบคยนหรอคอลลลทอยภายในเซลล

Atestcrossในการทดสอบวา ดอกสมวงทเหนม genotype เปน PP หรอ Pp โดยการนำาพชทสงสยนไปผสมกบพนธททราบ genotype โดยเฉพาะ pp สงเกต F1 วามลกษณะอยางไร ถา F1 มสมวงทงหมดแสดงวาพนธทดลองเปน PP ถา F1 มสมวงครงหนงและสขาวครงหนงแสดงวาพนธทดลองเปน Pp

Law of independent assortment

(กฏการแยกยนเพอการเรยงตวกนใหมอยางอสระ)

เมนเดลทดลองผสมพนธถวลนเตาขนตอไปโดยพจารณาลกษณะทแตกตางกน 2 ค พรอมกน เรยกวา (dihybrid cross) ตวอยางเชน ลกษณะเมลดเรยบ สเหลอง กบ เมลดขรขระ สเขยว

HYPOTHESIS:DEPENDENT

ASSORTMENTถาเปนไปตามสมมตฐาน dependent assortment คอเปนการแยกยนเพอการรวมตวกนใหมไมเปนอยางอสระ ลกผสม F1 จะสามารถสรางเซลลสบพนธไดเพยง 2แบบ คอ YR และ yr ทเหมอนกบรนพอแมเทานน และรน F2 จะแสดงลกษณะเมลดเรยบ สเหลอง : เมลดขรขระ สเขยว ในอตราสวน 3:1

parent

1F

2

HYPOTHESIS: INDEPENDENT

ASSORTMENTถาเปนไปตามสมมตฐาน independent assortment คอ ยนแตละคจะแยกจากกน และกลบเขามารวมกนไดอยางอสระ ลกผสม F1 จะสามารถสรางเซลลสบพนธได 4 แบบ และมอตราสวนของ Phenotype = 9:3:3:1 ซงการทดลองของเมนเดลไดผลสอดคลองตามสมมตฐานขอน

parent

F1

F2

หลกการถายทอดกรรมพนธ 2 ขอ ไดแก• Law of segregation• Law of independent assortment

สรป

หลกการถายทอดลกษณะกรรมพนธตามกฏของเมนเดล เปนทยอมรบกนอยางกวางขวาง ในตนครสตศตวรรษท 20 มนกวทยาศาสตรหลายทานไดนำาเอาหลกการของเมนเดลมาเปนพนฐานศกษาวจยเพมเตมมากขน และพบปรากฏการณใหมๆ หลายอยาง ซงลวนแตเปนขอมลสนบสนนขอเสนอของเมนเดลทงสน ไดแก

Incomp letedominanceพชลนมงกร เมอเอาพนธดอกสแดงผสมกบพนธดอกสขาว จะไดลกผสมรนF1 มดอกสชมพ และเมอ F1 ผสมกนเอง จะไดลกผสม F2 มดอกทง 3 ลกษณะ คอ ดอกสแดง ชมพ และขาว ในอตราสวน 1:2:1 ตามลำาดบ จะเหนไดวาอตราสวนของ phenotype ตรงกบอตราสวน genotype ในกรณนยนทควบคมลกษณะดอกสแดงไมแสดงสมบตเดนอยางแทจรง

Multiple alleles for the ABO blood groups

Multiple allele กบระบบหมเลอดระบบ ABO ในคน

หมเลอดระบบ ABO เปนลกษณะทถายทอดทางกรรมพนธ ยนททำาหนาทควบคมการสงเคราะหแอนตเจนบนผวเมดเลอดแดง ประกอบดวย 3 อลลล ในแตละคนม 2 อลลล ดงนน genotype ทเปนไปไดม 6 แบบ IA และ IB มสมบตเดนดวยกนทงค (codiminance) ดงนนคนทม genotype IAIB (หมเลอดAB ) จะมทงแอนตเจน A และ B สวน i มสมบตดอยกวา IA และ IB คนทม genotype ii (หมเลอด O ) จงไมมแอนตเจน แตสรางแอนตบอดทง A และ B เมอผสมเมลดเลอดของคนหมเลอดอนๆกบเซรมของหมเลอด O จะทำาใหเกดการตกตะกอน

A simplified model for polygenic inheritance of skin

colorลกษณะกรรมพนธทควบคมโดยยนหลายยน หรอ polygene ซงอาจมตงแต 3 ยน ถง

40 ยน เรยก กรรมพนธแบบโพลยน (polygenic inheritance) รปทแสดงเปนรปแบบงายๆในเรองสผว สผวควบคมโดยยน 3 ยน ในแตละยนมสมบตการแสดงออกไมเตมท (imcomplete dominance) การถายทอดลกษณะสผวนจะเหนไดชดเจนจากผลการผสมพนธระหวางลกษณะตำาสดกบลกษณะสงสด โดยสงเกตไดจากลกผสม F1 ม genotype แบบ AaBbCc ซงมหนวยสดำาอย 3 หนวย และเมอ F1 ผสมกนเองได F2 พบวามความแตกตางแปรผนของสผวตอเนองในลกษณะคลายเสนโคงปกต

Pedigree analysis reveals Mendelian patterns in human inheritance

นกวจยไดพฒนากรรมวธการศกษาพนธ ศาสตรของมนษย เพอทราบวาลกษณะ

กรรมพนธนนมการถายทอดแบบใด และสามารถคาดคะเนไดวาลกษณะกรรมพนธนนมโอกาสเกด

ขนไดมากนอยเพยงใดในคแตงงานแตละค ซงเปนประโยชนอยางยงในการวางแผนสำาหรบ

ครอบครวทมยนทผดปกตอย เทคนคทนยมใช กนอยคอ การวเคราะหสายสมพนธของกลม เครอญาต (pedigree analysis)

Pedigree analysisPedigree เขยนขนมาจากประวตการถายทอดลกษณะ

กรรมพนธทแสดงออกทาง phenotype อยางใดอยางหนงโดยใชสญลกษณตางๆ แทนลกษณะ phenotype ของแตละ

คนในวงศตระกลนน ตามหลกมาตรฐานสากลดงน สเหลยม หมายถง ผชาย วงกลม หมายถง ผหญง แตละคแตงงานเชอมดวยเสนเดยวจากผชายไปผหญง ลำาดบของลกแตละคนเรยงจากซายไปขวา ผทแสดงลกษณะกรรมพนธแสดงดวยสเขม

(a) pedigree tracing a dominant trait (widow’s peak)

(b) Pedigree tracing a

recessive trait (attached

earlobes)

Many human disorders follow Mendelian

patterns of inheritanceRecessive inherited disorders

ลกษณะทางกรรมพนธทเกดจากยนดอยทางautosome Cystic fibrosis โรคนพบมากในคนผวขาว พบในอตรา1 คนใน 2,500 คน มคนผวขาวเปนพาหะของโรคนถง4% สาเหตเกดจากความผดปกตของยนทควบคมการ

สงเคราะห membrane protein ททำาหนาทเกยวกบchloride ion transport ระหวางภายในเซลลกบ

ของเหลวภายนอกเซลล ผลคอทำาใหภายนอกเซลลมปรมาณchloride สง มผลตอเนองทำาใหเมอกทคลมเซลลเหนยว

ขนกวาปกต สะสมอยในตบออน ปอด ทางเดนอาหาร และ อวยวะตางๆ ทำาใหเกดการตดเชอจากแบคทเรยไดงาย เดกท

เปนโรคนมกจะตายกอนอาย 5 ขวบ การททราบวาเปนโรคน และใหการดแล รกษา ปองกนการตดเชอเปนอยางด ทำาให

สามารถมอายยนยาวขนได

Tay-Sachs disease สาเหตของโรคเกดจากความผดปกตของเอนไซมทไมสามารถสลายไขมนบางชนดในสมองได ทำาใหเกดความเสอมของระบบประสาท อาจทำาใหตาบอด สตปญญาเสอม กลามเนอหมดแรงจนเปนงอยได ซงจะแสดงอาการในเดกเลกประมาณ - 23 เดอนหลงคลอด และมอาการรนแรงจนทำาใหเดกเสยชวตไดภายในอาย

- 23 ขวบ โรคนพบมากในกลมชาวยว ประมาณ 1 คนใน 3600, คนของเดกเกดใหม ซงสงกวาเดกกลมอนๆ 100 เทาSickle cell disease เปนโรคทพบบอยในอฟรกา เกดจากกรดอะมโน val ไปแทนท glu ทตำาแหนงท 6 ในสายบตาของฮโมโกลบน เปนผลทำาใหเมดเลอดแดงบดเบยวเปนรปเคยว ทำาใหมผลกระทบตอการนำาออกซเจน คนทเปน heterozygous มความตานทานสงตอการตดเชอไขมาลาเรย และสามารถถายทอดยนตอไปได

Dominants inherited diseaseลกษณะผดปกตทางกรรมพนธทเกดจากยนเดนของ autosome Huntington’s disease โรคนพบในอตรา 1 คนใน 10000 คน อาการของโรคจะแสดงออกในชวงอาย - 3545ป โดยแสดงอาการผดปกตของระบบประสาทสวนกลาง และเปนโรคตดเชอไดงาย การแสดงอาการออกลาชาของยนนมผลกระทบตอโครงสรางทางพนธกรรมของประชากร เพราะกวายนนจะแสดงออกกผานระยะสบพนธและถายทอดลกษณะกรรมพนธนนไปสรนลกแลว

Multifactorial disordersบางคนอาจเปนโรคบางโรค ไดแก โรคหวใจ เบา

หวาน มะเรง alcoholism ฯลฯ ไดงายกวาคนอน โรคเหลานเปนโรคทเกดจากหลายสาเหต คอเกดจากกรรมพนธรวมกบสงแวดลอมเปนสาเหตสำาคญของโรค (Multifactorial disorders) โรคเหลานอาจควบคมโดยยนหลายตว เชนในปจจบนพบแลววายนทควบคมการทำางานของหวใจมหลายยน ดงนนการดำารงชวตแบบตางๆในแตละคนทำาใหมโอกาสเสยงตอการเกดโรคไดไมเหมอนกน พบวาการออกกำาลงกาย การควบคมชนดของอาหาร การไมสบบหร หรอหลกเลยงอาการเครยดตางๆ ทำาใหลดความเสยงของการเกดโรคหวใจและมะเรงบางชนดได

ในปจจบนยงมความรไมมากนกเกยวกบโรคทเกดจากหลายสาเหตรวมกนเหลาน แตสงทดทสดคอการใหความรแกประชาชนในการควบคมสงแวดลอมและมพฤตกรรมการดำาเนนชวตทดจะทำาใหไมเปนโรคตางๆได

Technology is providing new tools for genetic testing and counselingความกาวหนาทางเทคโนโลยเออประโยชนในการตรวจหาความผดปกตทางพนธกรรมและการใหคำาปรกษา

Fetal diagnosis

เปรยบเทยบระหวางวธ aminocentesis กบวธchorionic villus sampling

Fetal diagnosisเทคนคการนำาเอาตวอยางเซลลของทารก มา

หาความผดปกตทางกรรมพนธกระทำาไดโดยวธ aminocentesis ทำาไดโดยใชเขมดดเอานำาครำาทมเซลลทหลดออกมาจากผวหนงของทารก นำามาเพาะเลยงใหแบงเซลลเพมจำานวนมากขน เพยงพอสำาหรบนำาไปวเคราะหตรวจหาความผดปกตของโครโมโซมและทางชวเคม วธนกระทำาในชวง - 1416 สปดาหของการตงครรภและตองใชเวลา - 23 สปดาหกวาจะรผล

อกเทคนคหนงคอ การเกบตวอยางเนอเยอโคเรยน (chorionic villi sampling, CVS) กระทำาโดยใชทอขนาดเลกสอดเขาไปทางปากมดลกแลวดดเอาตวอยางเนอเยอของเยอหม chorion ทหมถงนำาครำาออกมา เนอเยอนสามารถนำาไปวเคราะหและตรวจสอบไดทนท วธนสามารถใชตรวจสอบทารกทมอายเพยง - 810 สปดาห และรผลการตรวจสอบไดภายใน - 12 วนเทานน

The chromosomal

basis ofinheritance

Thechromosoma l basis

ofMende

l’s law

โครโมโซมเปนตวกลางสำาคญสำาหรบการถายทอดกรรมพนธ

ภาพแสดงความสมพนธระหวางการทดลองผสมพนธถวลนเตา โดยพจารณาลกษณะทตางกน 2 ลกษณะพรอมกน (dihybrid cross) ของเมนเดล กบพฤตกรรมของโครโมโซม โดย

2 ลกษณะนควบคมโดยยนทอยบนโครโมโซมตางแทงกน (จรงๆแลวถวลนเตามโครโมโซม 7แทง แตในรปแสดงเพยง 4 แทง)ในรปแสดง metaphase I (ชองสเหลอง) และการแยกออกจากกนของโครโมโซมคเหมอน (homologous chromosome) ในระยะ anaphase I ซงเปนแบบ segregation และ independent assortment ผลสดทาย F1 สรางเซลลสบพนธได 8 แบบ และแตละแบบมจำานวนเทาๆกน ถาศกษาตอจนถงรน F2 จะไดอตราสวน phenotype = 9:3:3:1

หลกความนาจะเปนไปไดสงมชวตพวก diploid ถายทอด

สารพนธกรรมหรอยนไปตามโครโมโซมโดยผานเซลลสบพนธ การแยกโครโมโซมคเหมอนในกระบวนการไมโอซส เปนแบบสมนน การคาดคะเน genotype หรอ phenotype ในรนลกอาจคำานวณไดตามหลกความนาจะเปนไปได (probability) ซงมหลกสำาคญ 2 ประการ คอ

1. กฏการคณ 2. กฏการบวก

Morgan traced a gene to a specific chromosomeThomas Hunt Morgan เปนนก

embryologist ทมหาวทยาลยโคลมเบย ประเทศสหรฐอเมรกา คนพบยนทอยในโครโมโซม X (sex linkage) ของแมลงหว (Drosophila melanogaster) โดยขณะศกษาพนธกรรมของแมลงหว เขาพบแมลงหวตวผตวหนงมตาสขาว (mutant phenotype) ซงแตกตางไปจากแมลงหวตาสแดงปกตทวไป (wild type)

Morgan’s first mutant แมลงหวตาสแดงเปนลกษณะปกต เรยกวา wild type และลกษณะตาสขาวเปน mutant phenotype จากลกษณะนททำาใหเขาคนพบยนทอยในโครโมโซม X

Sex-linked inheritance

Morgan ทำาการทดลองผสมพนธแมลงหวตวผตาสขาวกบตวเมยตาสแดงปกต ไดลกผสมรน F1 ทกตวมตาสแดง และรน F2 มตาสแดงและตาสขาว ในอตราสวนประมาณ 3 :1 แตทนาสนใจมากคอ ตวเมยทกตวมตาสแดง สวนตวผมทงตาสแดงและตาสขาวอยางละเทาๆกน Morgan ตงสมมตฐานวา ยนทควบคมสตานอยในโครโมโซม X (ในรป w+ = dominant allele (ตาสแดง ), w = recessive allele (ตาสขาว))

Morgan เลอกศกษาแมลงหวเพราะแมลงหวมคณสมบตทเปนขอดหลายประการ ดงน

•แมลงหวพบไดทวไปและกนราทขนบนผลไมเปนอาหาร•ชวงชวตสน และใหลกหลานจำานวนมาก แมลงหวคหนงสามารถใหลกไดเปนรอยตว และรนใหมสามารถผสมพนธไดอกภายใน 2 สปดาห•แมลงหวมโครโมโซมเพยง 4 ค ซงศกษาไดงายจาก กลองจลทรรศน 3คเปน autosome และ 1 คเปน sex chormosome ตวเมยเปน XX และตวผเปน XY

ตอมาไดมการศกษาทดลองในสตวอนๆอก และเปนทยอมรบวา ยนทอยในโครโมโซม X มแบบแผนการถายทอดจากพอและแมไปสลกรนถดไปตางจากยนทอยใน autosome

Linked gene trend to be inherited together because they are located on the same chormosomeยนทเปนลงเกจกนมแนวโนมทจะถกถายทอดไปดวยกนเนองจากยนนนอยบนโครโมโซมเดยวกน

การศกษาตอมาของ Morgan และผรวมงาน แสดงใหเหนการ ถายทอดลกษณะของยนทเปนลงเกจกน โดยเลอกศกษา 2 ลกษณะทแตก

ตางกน คอ สตว และขนาด wild type มตวสเทาและปกยาวปกต สวนmutant phenotype มตวสดำา ปกสนและมขนาดเลกกวา ยนท

ควบคม b+ = gray, b = black, vg+ = normal wing, vg = vestigial wing ยนเหลานอยบน autosome

Morgan ทำาการผสมพนธตวเมยทม genotype = b+ b vg+ vg กบตวผทม genotype = b b vg vg ถาเปนไปตามกฏของเมนเดล (Mendel’s law of independent assortment) รน F1 ม 4 ลกษณะในอตราสวน 1 :1:1:1 แตจากการทดลองไมไดผลตามนน แสดงวายนทควบคมลกษณะทง 2ลกษณะนไมไดแยกออกจากกนเพอการรวมตวใหมอยางอสระ เปนเพราะยนทง 2ยนอยในโครโมโซมเดยวกน ทเรยกวา linked gene หรอ linkage ยนทเปนลงเกจกนมแนวโนมจะถกถายทอดไปดวยกน แตมโอกาสแยกจากกนไดบางโดย crossing over

Evidence of linked genes in Drosophilia

Independent assortment of chormosomes and crossing over produce genetic recombinationThe recombination of linked gene: crossing over

ยนตางๆในโครโมโซมเดยวกนแสดงความถของการเกด recombination แตกตางกนในยนแตละคทใชทดลอง และโอกาสของการเกด gene recombination มความสมพนธโดยตรงกบระยะทางระหวางยนในโครโมโซมเดยวกน โดย recombination ระหวางยนทอยใกลกนมโอกาสนอยกวายนทอยหางกน

Recombination due to crossing over

(a) Production of recombinant gametes

(b) Production of recombinant offspring ผลคอได รนลกทมลกษณะทถกถายทอดมาจากพอและแม และลกษณะทเปน

recombination ทเกดจาก crossing over โดย ความถ ของ recombination หมายถง จำานวนลกทมลกษณะ

recombination ในจำานวนลกทงหมด คดเปน %

Geneticists can use recombination data to map a chromosome genetic lociนกพนธศาสตรใชหลกการเรอง recombination ในการหาตำาแหนงและระยะทางระหวางยน

Alfred H. Sturtevant ลกศษยของ Morgan ไดทำาการทดลองผสมพนธแมลงหวเพอหาตำาแหนงและระยะทางระหวางยน (genetic map) ในกลมลงเกจดวยกน โดยใชหลกการทวาความถของการเกด recombination หรอความถของ crossing over ระหวางยน 2 ยนมความหมายแสดงถงระยะทางระหวางยนทงสอง กลาวคอ คาความถของการเกด recombination 1 % = 1 map unit ตวอยางเชน

Using recombination frequencies to construct a genetic map: ศกษา gene recombination ของแมลงหวของยน b vg และ cn ทอยบนโครโมโซมเดยวกน พบวา ความถของ recombination ระหวาง cn กบ b = 9%, cn กบ vg = 9.5 % และ b กบ vg = 17 % สามรถทำา genetic map ทเรยกวา linkage map ไดดงรป

นกพนธศาสตรในยคปจจบนไดนำาหลกการดงกลาวมาใชอยางกวางขวางเพอศกษา genetic map ของสงมชวตตางๆรวมทงในคนดวย

Sex chromosomesThe chromosomal basis of sex varies with organismSome chromosomal systems of sex determinationระบบการกำาหนดเพศแบบตางๆในสตวตางชนดกน

การกำาหนดเพศ (sex determination) ในสงมชวตขนอยกบชนด

ของโครโมโซมเพศ

(a) ระบบ x-y ในคนและสตวเลยงลกลกดวยนำานมชนดอนๆรวมทงพวกแมลงบางชนด เพศของลกขนอยกบวาสเปรมของพอมโครโมโซม X หรอ Y

(b) ระบบ X-O ในพวกตกแตน จงหรด แมลงสาป และแมลงอนๆบางชนด มโครโมโซมเพศแบบเดยว ตวเมยเปน XX ตวผเปน XO (O= ศนย ตวผมโครโมโซม X เพยงอยางเดยว ) เพศของลกกำาหนดโดยสเปรมมหรอไมมโครโมโซม X

(c) ระบบ Z-W ในพวกนก ปลาบางชนด และแมลงบางชนดรวมถงพวกผเสอ ในสตวเหลานเพศถกกำาหนดโดยโครโมโซมเพศทมอยในเซลลไข เพอใหเหนความแตกตางของระบบการกำาหนดเพศจงนยมใชอกษร Z และ W แทน X และ Y ตวผเปน ZZ และตวเมยเปน ZW

(d) ระบบ haploid – diploid ในพวกผงและมดไมมโครโมโซมเพศ ตวเมยเกดมาจากไขทไดรบการปฏสนธ ดงนนจงเปน diploid สวนตวผเกดมาจากไขทไมไดรบการปฏสนธจงเปน haploid

ในคน การเจรญและพฒนาเปลยนแปลงของอวยวะสบพนธจะเรมตงแตเอมบรโอระยะ - 12 เดอนในครรภมารดา ซงจะเจรญเปนอณฑะหรอรงไขขนอยกบฮอรโมนของเอมบรโอ ความแตกตางของฮอรโมนเปนได 2 ทางขนอยกบวามโครโมโซม Y หรอไม

ในป ค.ศ 1990 นกวจยชาวองกฤษพบยนทควบคมการเจรญของอณฑะ มชอวา SRY ยนนอยบนโครโมโซม Y ถาไมมยน SRY เนอเยอของอวยวะสบพนธ (gonads) จะเจรญไปเปนรงไข ดงนนสรปวาการมหรอไมม SRY เปนตวกำาหนดการเจรญของเนอเยอของอวยวะสบพนธ

การเจรญพฒนาเปลยนแปลงของอวยวะสบพนธคอนขางซบซอนเกยวของกบการทำางานของยนหลายยนดวยกน ดงนนจงเปนไปไดวา SRY มบทบาทควบคมการสงเคราะหโปรตนซงควบคมการทำางานของยนอนๆอกมาก

Sex linked genes have unique patterns of inheritanceยนทอยในโครโมโซมเพศมแบบแผนการ

ถายทอดกรรมพนธแตกตางไปจากยนทอยในautosome

The transmission of sex linked recessive traits การถายทอดลกษณะทางกรรมพนธโดยยนดอยทเกยวเนองกบเพศอธบายเครองหมายตางๆทใช

X และ Y = โครโมโซมเพศ, A = ยนเดน, a =ยนดอย กรอบสขาว = ลกษณะปกต, กรอบสออน = เปนพาหะ,

กรอบสเขม = เปนโรค(a) แมทมลกษณะปกตและเปน dominant homozygote แตงงานกบพอทเปนโรค จะถายทอดยนดอยใหลกสาวทกคน แตไมถายทอดไปยงลกชาย ลกสาวทกคนจะมลกษณะปกตแตเปนพาหะ

(b) แมทเปนพาหะแตงงานกบพอทเปนปกต ในจำานวนลกชายและลกสาวทงหมดครงหนงจะมยนดอย อกครงหนงเปนปกต ลกชายทกคนทมยนดอยจะเปนโรค สวนลกสาวมยนดอยตวเดยวมลกษณะปกตแตเปนพาหะเหมอนแม

(c) แมทเปนพาหะแตงงานกบพอทเปนโรค ครงหนงของลกจะเปนโรค ลกสาวทไมเปนโรคจะเปนพาหะ สวนลกชายทไมเปนโรคจะเปนปกตโดยไมมยนดอยของโรคนเลย

Sex linked disorder in humans

โรคทางกรรมพนธทเกดจากยนดอยใน โครโมโซมเพศในคน ปจจบนพบแลวมหลาย

โรคดวยกน เชน ตาบอดส โรคกลามเนอ แขนขาลบ (Duchenne muscular

dystrophy) ฯลฯโรคกลามเนอแขนขาลบนพบใน

สหรฐอเมรกาในอตราคอนขางสง คอคน ผชายเปนโรคน 1 คนในทกๆ 3,500 คน

คนทเปนโรคนมกมอายไมเกน 20 ป อาการ ของโรคนคอกลามเนอแขนขาลบ นกวจยพบ

วาโรคนเกดจากการขาดโปรตนในกลามเนอท สำาคญ คอ dystrophin ยนทควบคมการ

สงเคราะหโปรตนนอยบนโครโมโซม X

โรคเลอดไหลไมหยด (Hemophilia) โรคนเกดจากการขาดโปรตนจำาเปนสำาหรบการแขงตวของเลอด ดงนนคนทเปนโรคนจงมอาการเลอดไหลออกงายหรอหยดไดยาก ถงแมมบาดแผลเพยงเลกนอยกตาม โรคนรจกกนมานานและมประวตนาสนใจ คอประวตการถายทอดยนดอยนในราชวงศของพระนางเจาวกตอเรย - (1819 1901) ทยนนถายทอดแพรกระจายตอไปในราชวงศของสเปนและรสเซย

แผนภาพการถายทอดลกษณะกรรมพนธhemophilia ในราชวงศพระนางเจาวกตอเรยแหงองกฤษ

X-inactivation in female mammals

แมวาสตวเลยงลกดวยนมรวมทงคนดวย จะมโครโมโซม X 2 แทง แตแทงหนงจะไมทำา

หนาทหรออยในสภาพ inactive ระหวางการ เจรญของเอมบรโอ ดงนนทงในตวผและตว

เมยจะมยนเพยง 1 ชดทอยในโครโมโซม X ท ทำาหนาท Inactive-X ในตวเมยจะถกกำาจด

ออกมองเหนเปนจดดำาอยตรงขอบดานในของ นวเคลยส เรยกวา Barr body ยนทอยบน โครโมโซม X แทงทเปน Barr body นจะไม

ทำาหนาท แตจะ active ขนมาใหมไดอกในเซลลทจะเจรญเปนไข

นกพนธศาสตรชาวองกฤษชอ Mary Lyon แสดงใหเหนวา การทโครโมโซม X แทงใดจะกลายเปน Barr body หรอ inactive-X จะเปนแบบสมในแตละเซลลของเอมบรโอ ดงนนจงเปนผลใหในตวเมยประกอบดวยเซลล 2 แบบ คอแบบท inactive-X มาจากพอ และแบบท inactive-X มาจากแม หลงจากท -inactive X กลายเปน Barr body แลวและแบงตวแบบไมโอซสตอไป กลมเซลลตอมาจะม inactive –X เหมอนกนหมด ดงนนในตวเมยทเปน heterozygous ของลกษณะกรรมพนธทเกยวกบโครโมโซมเพศ ครงหนงของเซลลจะแสดง allele ตวหนง อกครงหนงแสดง allele อกตวหนง

ตวอยางเชน การเกดสของแมว 3 ส (Calico cat) และ อาการทตอมเหงอไมเจรญในคน อาการตอมเหงอไมเจรญนเปน recessive X-linked mutation ผหญงทเปน heterozygous จะมผวหนงทบางสวนมตอมเหงอและบางสวนไมมตอมเหงอ

บนโครโมโซม X มยนท ควบคมสขน อลลลหนง

ควบคมสดำาอกอลลลหนง ควบคมสสม แมวตวผ

(XY) จะมเพยงอลลลเดยวดงนน แมวทมทง 2 ส(heterozygous) จงมกเปนตวเมยเสมอ ตวเมยทเปนheterozygous น ในระหวางการเจรญของเอม

บรโอโครโมโซม X ตวหนงในเซลลตางๆ กลายเปนBarr body ซงเปนแบบ

สม และเมอเซลลแบงตวเซลลบรเวณใกลๆกนนนจะ

มโครโมโซม X แบบ เดยวกน ทำาใหตวแมวเกด

เปนบรเวณดางมสตางกน แลวแตวามโครโมโซม X

สใด

X-inactivation and the calico cat

Inactive-X เกยวของกบการเกาะของ methyl group (-CH3) กบ cytosine ซงเปน nitrogenous base ตวหนงของ DNA การกำาหนดวาโครโมโซมแทงใดจะเปนเปาหมายของกระบวนการ methylation นกวจยไดคนพบยนตวหนงท active เฉพาะในโครโมโซมทเปน Barr body ยนนเรยกวา XIST (X inactive specific transcript) ผลผลตของยนน (specific transcript) คอ RNA ซงจะเกาะอยทโครโมโซม X ตรงตำาแหนงท RNA นถกสรางขนมา ทำาใหโครโมโซม X แทงนน inactive แตสมมตฐานนยงมขอสงสยอกมากมายทยงไมทราบแนชด

Alteration of chromosome number

ปกตสงมชวตมจำานวนโครโมโซมจำาเพาะและคงทสำาหรบสปซสหนงๆ แตบางครงพบวามจำานวนโครโมโซมแตกตางไปจากจำานวนปกต สาเหตเกดจากความผดปกตในกระบวนการแบงเซลลแบบไมโอซส ในพอหรอแม เรยกปรากฏการณนวา Nondisjunction ซงอาจเกดขนในชวง Meiosis I หรอ II ยงผลใหเกดเซลลสบพนธทมจำานวนโครโมโซมมากหรอนอยกวาปกต เมอเซลลสบพนธทผดปกตนผสมกบเซลลสบพนธเพศตรงขาม จะไดไซโกตทมจำานวนโครโมโซมผดปกต ซงมผลกระทบตอการเจรญของเอมบรโอในลกษณะตางๆกน

การเปลยนแปลงจำานวนโครโมโซมแบงออกเปน 2 ประเภท คอ

1 Aneuploidy คอปรากฏการณทมจำานวนโครโมโซม 1 หรอ 2 แทงแตกตางไปจากจำานวนปกต (2n) เชน 2n+1 หรอ 2n+2 พบไดทงในพชและสตว ตวอยางเชน Down syndrome

2. Polyploidy คอปรากฏการณเปลยนแปลงจำานวนโครโมโซม โดยเพมขนหรอลดลงครงละชดจากจำานวนปกต ปรากฏการณนมกเกดขนในพช ซงมผลตอการเกดววฒนาการของพช ดงจะเรยนตอไป

Alterations of chromosome structure

Alteration of chromosome structure

การเปลยนแปลงโครงสรางภายในโครโมโซม สามารถจำาแนกเปน 4 แบบDeletion การทสวนใดสวนหนงของโครโมโซมขาดหายไป ตวอยางเชน cri-chat syndrome สวนหนงของโครโมโซมคท 5 หายไปDuplication การมยนหรอสวนโครโมโซมเพมขนมากกวาปกต

Duplication มบทบาทสำาคญในกระบวนการววฒนาการ ยนทเพมขนมาซำากบยนเดมมกเปนยนทไมทำาหนาทเพราะเปนสวนเกน แตเมอการกาลเวลาผานไปองคประกอบของยนนนอาจเปลยนแปลงไปทละเลกทละนอย จนถงขนทมสมบตแตกตางจากยนเดม และสามารถทำาหนาทเปนยนใหมได การเพมจำานวนยนทละเลกทละนอยเชนน ยงผลใหสงมชวตเปลยนแปลงแตกตางไปจากบรรพบรษ

Inversion เกดจากการเปลยนทศชองสวนโครโมโซม ซงเกดขนไดเมอมรอยคอด 2 แหงบนโครโมโซม และสวนของโครโมโซมนนตอกลบเขาไปแตกลบทศในโครโมโซมเดม การเปลยนแปลงแบบนไมมผลตอการแสดงออกของ phenotype แตอาจแสดงผลไดถาไดรบอทธพลจากยนขางเคยงTranslocation เกดจากการสลบทระหวางสวนของโครโมโซมตางคกน ตวอยางเชน chronic myelogenous leukemia (CML) แบบนไมพบบอยนกในธรรมชาต เพราะมผลตอการสรางเซลลสบพนธ

Downsyndrome

Down syndromeเกดจากการทมโครโมโซมคท 21

เพมขนอก 1 แทง (Trisomy, 47,+21) เดกทเปนโรคมอาการ ปญญาออน ลกษณะทวไปเตย สมองและกลามเนอเจรญชากวาปกต ประมาณ

40% มอาการหวใจผดปกต และเปนโรคเกยวกบระบบหายใจไดงาย ทำาใหอายไมยนยาว นกวทยาศาสตรมขอมลแสดงใหเหนวา แมทมอายมากระหวาง

- 3545 ปมโอกาสใหกำาเนดลกเปน Down syndrome สงกวาแมอายนอย