PRAKTIKUM IZ GENETIKEVjeba 3: Vezani geni Kada se dva ili vie gena nalaze na istom kromosomu nazivamo ih vezanim genima. Oni mogu biti zajedno na nekom od autosoma ili pak na spolnim kromosomima. Geni koji se nalaze na razliitim kromosomima razdvajaju se neovisno jedan od drugoga, dok geni koji se nalaze na istom kromosomu kod stvaranja gameta nastoje ostati na istom kromosomu u istoj kombinaciji kao to su bili i u roditeljskom genotipu. Dva lokusa smjetena na razliitim kromosomima segregiraju u mejozi (anafaza I ili anafaza II) neovisno jedan o drugom (II zakon Mendelovog nasljeivanja). U tom sluaju test krianje dihibrida dat e fenotipski omjer u F1 generaciji 1:1:1:1. Meutim, ako test krianjem u F1 generaciji dobijemo velika odstupanja od ovog omjera zakljuujemo da se geni, koji odreuju dva svojstva ije nasljeivanje pratimo, nalaze na istom kromosomu, tj. da se radi o vezanim genima. Oznaavanje vezanih gena: Vezani geni se prikazuju da se aleli s jednog homolognog kromosoma horizontalnom ili kosom crtom odvoje crtom od alela s drugog homolognog kromosoma. Primjer: AB/ab ili AB (dihibrid, geni a i b su vezani). ab Vezanost gena moe biti potpuna. Potpunu vezanost pokazuju geni izmeu kojih ne dolazi do rekombinacije (krosingovera), odnosno ne postoji izmjena izmeu dijelova kromatida majinskog i oevog kromosoma u bivalentu. Kod potpune vezanosti gena nema rekombinantnih potomaka. Dihibridnim test-krianjem nastaju samo dvije klase potomaka koje po fenotipu i genotipu odgovaraju roditeljima. To su RODITELJSKI potomci. Mejoza bez krosingovera poznata je u mujaka vinske muice, enke dudovog svilca, te nekih biljaka. Zadatak 1. Primjer potpune vezanosti Kod vinske muice, geni za boju tijela i zakrivljenost krila nalaze se na istom kromosomu. Shematski prikai krianje vinske muice enke iste linije (divlji tip, cu+e+/cu+e+) i mujaka recesivnog homozigota za oba svojstva (cu e/ cu e). A) Napii genotip roditeljske i F1 generacije, genotip gameta, nacrtaj alele na kromosomima. B) Od koliko fenotipskih klasa se sastoji F1 generacija?

1

Vezani geni ipak ne ostaju uvijek zajedno na istom kromosomu nakon gametogeneze jer nesestrinske kromatide homolognih kromosoma mogu izmijeniti dijelove razliitih duljina tijekom profaze I mejoze kroz proces mejotskog sparivanja homolognih kromosoma i krosingovera. Geni izmeu kojih dolazi do rekombinacije putem krosingovera pokazuju djelominu vezanost. Da bi se utvrdila uestalost krosingovera izmeu dva gena na istom kromosomu, provodi se test-krianje heterozigota za dva ispitivana svojstva (dihibrida) s recesivnim homozigotom za ta dva svojstva: P: AB/ab X X aB/ab, 10% ab/ab ab ab/ab 40%

G: AB, Ab, aB, ab F1: AB/ab, 40% Ab/ab, 10%

rekombinantni potomci U F1 generaciji javljaju se etiri fenotipske klase potomaka. Dvije klase su roditeljske i one su zastupljene uvijek u najveem postotku (u ovom primjeru 80%), dok su preostale dvije klase rekombinantne, zastupljene u znatnom manjem postotku (u ovom primjeru 20%). Postotak rekombinatnih potomaka predstavlja rekombinacijsku uestalost ili krosingover vrijednost. Krosingover vrijednost odgovara udaljenosti gena na kromosomu. to su dva gena udaljenija, to se izmeu njih ee dogaa krosingover. Budui da geni zauzimaju tono odreene lokuse na kromosomu, uestalost rekombinacije izmeu dva genska lokusa je stalna i ona predstavlja mjeru relativne udaljenosti dva gena na kromosomu. Dakle, 1% rekombinacije odgovara jednoj jedinici karte na kromosomu (ili 1 cM-centimorganu). Odgovori na pitanje: A) Koliko su jedinica udaljeni lokusi a i b u gore navedenom krianju? B) Po emu zakljuujete da se geni ne nalaze na razliitim kromosomima?

Zadatak 2: Primjer djelomine vezanosti Kod vinske muice, geni za boju tijela i zakrivljenost krila nalaze se na istom kromosomu. Shematski prikai krianje vinske muice enke heterozigotne za oba svojstva (cu+ e+/ cu e) i mujaka recesivnog homozigota za oba svojstva (cu e/ cu e). A) Napii genotip roditeljske i F1 generacije, genotip gameta, nacrtaj alele na kromosomima za pojedini genotip roditelja i F1 generacije. B) Odgovori na pitanja: Od koliko fenotipskih klasa se sastoji F1 generacija? Ako je zastupljenost roditeljskih klasa 70%, koliko su udaljeni lokusi cu i e na kromosomu?

2

to se dogaa u mejozi (ponavljanje): Prije ulaska u mejozu svaki kromosom je proao kroz replikaciju (udvostruavanje kromatida) tako da se sastoji od dviju sestrinskih kromatida. Krosingover se deava izmeu nesestrinskih kromatida i ukljuuje lom i ponovno spajanje samo dviju od etiri kromatide (kromosomskih tetrada) u bilo kojem dijelu kromosoma. Kao rezultat ovakve mejoze nastat e etiri tipa gameta; samo dvije gamete imat e gene vezane na isti nain kao to su bili i u roditeljskoj stanici (ove gamete nastale su od kromatida koje nisu sudjelovale u krosingoveru, roditeljski tipovi gameta) dok e druge dvije gamete imati rekombinirani vezani odnos meu genima roditelja (ove gamete nastale su od kromatida koje su pretrpjele krosingover, rekombinantni tipovi gameta). Aleli dvostrukog heterozigota (dihibrida) u dva vezana lokusa mogu se pojaviti u dva razliita poloaja jedan naspram drugoga. Ako se dva dominantna alela nalaze na jednom kromosomu, a dva recesivna alela na drugom kromosomu tada vezani odnos nazivamo CIS poloaj. Ako pak na istom kromosomu nalazimo dominantni alel jednog lokusa a recesivni alel drugog lokusa tada ovaj odnos vezanosti nazivamo TRANS poloaj. Roditeljske i rekombinantne gamete e u ova dva sluaja biti razliite. Ako se radi o CIS poloaju dihibrida, nakon test-krianja roditeljska klasa potomaka fenotipski odgovara fenotipu roditelja. Ako su aleli dihibrida u TRANS poloaju, nakon test-krianja roditeljska klasa potomaka ne odgovara fenotipu roditelja, pa govorimo samo o roditeljskim gametama, a ne o roditeljskom fenotipu. Zadatak 3: Primjer vezanog odnosa Obje jedinke na slikama A i B su dihibridi, ali se meutim razlikuju poloaju alela na homolognim kromosomima.A b a A B a

B

b

A) Odgovori na pitanja: A) Koja je vrsta vezanosti na slici A), te na slici B) ?

B)

B) Ispii roditeljske gamete za poloaj na slici A): _______ i ________ Ispii rekombinantne gamete za poloaj na slici A): ________ i ________ Ispii roditeljske gamete za poloaj na slici B): ________ i _______ Ispii rekombinantne gamete za poloaj na slici B): _______ i ________

3

Kromosomsko kartiranje Svaki kromosom nekog organizma nosi veliki broj gena. Aleli koji se nalaze na istom kromosomu zajedno segregiraju u Anafazi I. Ipak, u mejozi moe doi do homologne rekombinacije izmeu alela koja im daje neovisnost u odreenoj mjeri. Krosingover izmeu genskih lokusa moe nam pokazati koliko su dva genska lokusa udaljena jedan od drugoga pa na taj nain moemo kartirati cijeli kromosom. Kartirati znai odrediti poloaj i meusobnu udaljenost gena na kromosomu. Jednu grupu vezanih gena ine svi genski lokusi koji se nalaze na istom kromosomu. Broj grupa vezanih gena jednak je broju kromosoma u haploidnom setu.X kromosom predstavlja jednu grupu vezanih gena, dok y kromosom predstavlja drugu grupu vezanih gena. Prema tome, enka vinske muice ima 4 grupe vezanih gena (2n = 8, xx), dok mujak ima 5 grupa vezanih gena (2n = 8, xy). Niska uestalost rekombinacije (mali broj rekombinantnih potomaka) ukazuje na malu udaljenost dvaju genskih lokusa na kromosomu. Uestalost rekombinacije je mjera udaljenosti izmeu genskih lokusa; 1% rekombinantnih potomaka odnosi se na jednu jedinicu genske karte (ili 1 centimorgan u ast T.H. Morganu, prvom genetiaru koji je dobio Nobelovu nagradu). Ova mjera je relativna udaljenost genskih lokusa, a ne prava fizika udaljenost. Dihibridno krianje uzima u obzir dva genska lokusa; . trihibridno krianje uzima u obzir tri genska lokusa; na ovaj nain moemo odrediti relativan poloaj lokusa u odnosu jedan na drugi, ali to je jo vanije moemo analizirati uinak viestrukog krosingovera na udaljenost na genskoj karti. Uinak viestrukog krosingovera se ne moe detektirati ako se promatraju samo dva lokusa. Naime, dvostruki krosingover izmeu dva genska lokusa daje dojam kao da nije uope dolo do krosingovera i na taj nain emo dobiti krivu informaciju o udaljenosti ta dva genska lokusa. Zbog toga nam je potreban trei genski lokus da bi mogli detektirati ovakve genetike dogaaje. U svrhu utvrivanja vezanosti gena radimo test-krianje. Npr, ako elimo vidjeti da li su tri gena na istom kromosomu i u kojem su meusobnom poretku smjeteni, te kolika je njihova udaljenost napravit emo test-krianje trihibrida (P: ABC/abc X abc/abc)

Primjer: Test krianje enke vinske muice heterozigotne za crnu boju tijela (b), purpurnu boju oiju (pr) i zakrivljena krila (c): b+ pr+ c+/ b pr c X b pr c / b pr c Mogui rezultati krianja: A. Ako se geni nalaze na zasebnim kromosomima oni e nezavisno segregirati i dobit emo osam vrsta gameta i osam razliitih fenotipskih klasa iste uestalosti. B. Ako su pak geni potpuno vezani (ne dolazi do krosingovera izmeu njih jer se lokusi nalaze vrlo blizu jedan drugome) trihibrid e proizvoditi samo dvije vrste gameta i sa istom uestalou, te emo imati dvije fenotipske klase (roditeljski fenotipovi).

4

C. Ako se geni nalaze na istom kromosomu i izmeu njih dolazi do krosingovera imat emo osam razliitih gameta (kao produkt krosingovera) i osam razliitih fenotipova. Rezultati test krianja predoeni su u tablici. fenotip 1 Divlji tip 2 genotipBroj potomaka

3

4 5 6 7 8

b+pr+c+/b 5 701 pr c Crno tijelo, b pr c / b 5 617 purpurne pr c oi, zakrivljena krila purpurne b+ pr c / 388 oi, b pr c zakrivljena krila Crno tijelo b pr+ c+ / 367 b pr c zakrivljena b+pr+c / b 1 412 krila pr c Crno tijelo, b pr c+ / 1 383 purpurne b pr c oi, purpurne b+ pr c+ / 60 oi, b pr c Crno tijelo, b pr+ c / 72 zakrivljena b pr c krila ukupno 15 000 postotak

Gamete trihibridne enke b+pr+c+ b pr c

Broj rekombinanti izmeu b i pr

Broj rekombinanti izmeu pr i c

Broj rekombinanti izmeu b i c

b+pr c

388

388

b pr+ c + b+ pr+c b pr c+ b+pr c+ b pr+c

367 1 412 1 383 60 72 60 72 2 972 19,5 pr c

367 1 412 1 383

5,9 b

3 550 23,7

Poloaj i udaljenost lokusa na kromosomu:

5,9

19,5

23,7 (25,4)

5

Odreivanje relativnog poloaja i udaljenosti lokusa b, pr i c na kromosomu (objanjenje tablice): U tablici su grupirane reciprone klase potomaka. Reciprone klase nastaju kao rezultat jednog krosingovera, te se pojavljuju u priblino istom broju u potomstvu. Dvije najzastupljenije klase uvijek predstavljaju roditeljske klase potomaka (1 i 2). Dvije najmanje zastupljene klase uvijek predstavljaju klase koje su nastale kao posljedica dvostrukog krosingovera (7 i 8). Ostale 4 klase su rekombinante klase nastale kao posljedica jednog krosingovera izmeu b i pr (3 i 4), odnosno pr i c genskog lokusa (5 i 6). U posljednjem stupcu tablice prikazana je rekombinacija izmeu gena b i c. Ubrojene su samo one rekombinantne klase koje daju novi poredak alela b i c (dominantni ili recesivni), ako ih usporedimo s roditeljskim poretkom. Ovaj posljednji stupac pokazuje nam to bi nam otkrilo krianje dihibrida za ova dva genska lokusa (b i c) s recesivnim homozigotom da nemamo trei genski lokus pr izmeu njih. Dakle, 5,9 % rekombinantnih potomaka nastalo je krosingovera izmeu lokusa b i pr, 19,5% rekombinantnih potomaka krosingoverom izmeu lokusa pr i c, te 23,7 % rekombinantnih potomka krosingoverom izmeu lokusa b i c. Ovi podaci nam daju mogunost da napravimo provizornu ili hipotetsku gensku kartu za tri lokusa (vidi sliku gore). Dvostruki krosingover: Udaljenost izmeu dva najudaljenija gena b i c moemo izraunati na dva naina: 1) da zbrojimo udaljenost gena b i pr i udaljenost gena pr i c i dobit emo udaljenost od 25,4 cM (5,9 cM + 19,5 cM) i 2) da udaljenost izraunamo zbrajajui rekombinantne potomke koje emo dobiti kao produkt c.o. izmeu ova dva lokusa pa to iznosi 23,7 cM. Postavlja se pitanje to uzrokuje ovu razliku od 1,7 cM? Razlog je dvostruki krosingover: drugi krosingover ponitava prvi krosingover, odnosno umjesto rekombinantnih genotipova dobit emo roditeljske. to su dva lokusa dalje jedan od drugoga na kromosomu to je mogunost da se dogodi krosingover vea. Iz ovog primjera se vidi da dvostruki krosingover ima tendenciju maskiranja rekombinanata pa vrlo udaljeni lokusi esto izraunavanjem udaljenosti gena izgledaju blie nego to zapravo jesu.

b+

pr+

c+

b

pr

c

Slika: Prikaz dvostrukog krosingovera Zadatak: Ispiite rekombinantne gamete nakon dvostrukog krosingovera: __________ i ____________ Odgovori na pitanja: A) Koja je vrijednost udaljenosti tonija: 23, 7 cM ili 25,4 cM? B) Zbog ega?

6

Najpreciznije genske karte su one koje su napravljene uzimajui u obzir genske lokuse koji su vrlo blizu jedan drugoga. Drugim rijeima zbrajanje kratkih udaljenosti puno je tonije nego direktno mjerenje dugih udaljenosti (dobro je imati druge genske lokuse izmeu dva udaljena gena za tonu procjenu njihove udaljenosti). Ovaj primjer nam pokazuje i da za odreena dva lokusa moemo dobiti uvijek barem dvije genske karte; mjerenu i pravu udaljenost gena. Mjerena udaljenost za dva gena je ona koju smo dobili izraunavanjem uestalosti rekombinanti dobivenih test-krianjem dihibrida. Pravu udaljenost izmeu dva genska lokusa dobili smo zbrajajui kratke udaljenosti genskih lokusa koji se nalaze izmeu dva odreena gena iju udaljenost elimo znati. Kratke udaljenosti su pak dobivene uz pomo test krianja dihibrida za mnoge lokuse izmeu dva udaljena. Ako izmjerene vrijednosti unesemo u graf zajedno s idealnim pravim vrijednostima udaljenosti izmeu dva gena dobit emo krivulju koja se naziva funkcija kartiranja.

RJEITE ZADATKE: 1. Zato se dva svojstva iji se lokusi nalaze na istom kromosomu ne nasljeuju prema zakonitostima II. Mendelovog zakona nasljeivanja?

2. Lokusi A i B nalaze se na kraem kraku kromosoma 6 kariotipa konja. Koliko razliitih gameta stvara dihibridna jedinka, ako se radi o potpunoj vezanosti gena? 3. Lokusi A i B nalaze se na kraem kraku kromosoma 6 u konja. Koliko razliitih gameta stvara dihibridna jedinka, ako se radi o djelominoj vezanosti gena? 4. Na kromosomu III u vinske muice, lokus e (od ebony, crna boja tijela,) nalazi se na 67,5 jedinica genske karte, dok se lokus w (od white, bijele oi,) nalazi na 72 jedinice genske karte. Koliko su udaljena ova dva lokusa izraeno u jedinicama genske udaljenosti? 5. U enke vinske muice, genski lokusi e i h (od hairless, tijelo bez dlaka,) nalaze se na kromosomu III, dok se lokus swg (od small-wing, kratka krila,) nalazi na kromosomu I. A) Koliko razliitih vrsta gameta stvara trihibrid? B) Ispii genotipove gameta.

6. Lokusi A, B i C nalaze se na lijevom kraku metacentrinog kromosoma 3 redoslijedom kao to je napisano (lokus C nalazi se najblie centromeru). A) Oznai na nacrtanim homolognim kromosomima poloaje alela trihibrida ABC/abc (cis poloaj). B) Lokusi A i B su potpuno vezani, dok se izmeu lokusa B i C dogaa

7

krosingover u 6% kromosomskih tetrada. Koja je udaljenost izmeu lokusa B i C? Koliko razliitih vrsta gameta nastaje i koji su genotipovi nastalih gameta?

7. Kod vinske muice, geni za boju tijela (b+ = siva boja tijela; b = crna boja tijela) i duinu krila (vg+ = duga krila; vg = kratka krila) su vezani. Provedeno je test krianje dihibrida i koje je dalo 17 % rekombinantnih potomaka. A) Kolika je zastupljenost (u postotcima) pojedinih fenotipskih klasa nastalih nakon krianja? B) Kolika bi bila zastupljenost pojedinih fenotipskih klasa da se lokusi b i vg nalaze na razliitim kromosomima?

8. Odreena je udaljenost tri gena u vinske muice. Ako su b i vg udaljeni 17 jedinica genske karte, b i cn 9 jedinica genske karte, a vg i cn 9,5 jedinica genske udaljenosti, koji je redoslijed alela na kromosomu. Oznai lokuse na kromosomu.

9. Jedan zemljoposjednik iz Klotar-Ivania eli se poeti baviti uzgojem krava. Za poetak ima stado od 12 krava od kojih sve proizvode velike koliine mlijeka (M, dominantno svojstvo nad malom produkcijom mlijeka m), te sve imaju visoku fertilnost (F, dominantno svojstvo nad niskom fertilnosti, f). Ipak, stoaru je poznato: 1) da su sve njegove krave heterozigoti za oba svojstva, 2) da su geni vezani i 3) da je udaljenost meu genima 20 cM. U genotipu njegovih krava, jedan homologni kromosom nosi dominantne alele za oba svojstva, dok drugi kromosom nosi recesivne alele za oba svojstva. Dva stoara u susjedstvu vlasnici su svaki po jednog bika koji su takoer heterozigoti za oba navedena svojstva. Bik prvog susjeda ima alele razmjetene na kromosomima kao i krave, dok bik drugog susjeda ima na svakom homolognom kromosomu dominantni alel jednog svojstva i recesivni alel drugog svojstva. A) Imajui na umu da zemljoposjednik iz Klotar-Ivania eli uzgojiti maksimalni broj krava koje imaju visoku produkciju mlijeka i visoku fertilnost, kojeg od ova dva bika bi trebao koristiti za rasplod? B) Koji je postotak potomstva krianja u odgovoru pod A) koji ima najpoeljniji fenotip: visoku produkciju mlijeka i visoku fertilnost. C) Koji postotak potomstva ima najpoeljniji genotip MMFF?

8

10. Mendel je studirao 7 pari kontrastnih karakteristika kod vrtnog graka (Pisum sativum). Zato nikada nije otkrio princip vezanog nasljeivanja?

11. Koliko veznih grupa gena posjeduje: A) enka skakavca 2n=22+XX, B) mujak skakavca 2n=22+X, C) obini jeam 2n=14, D) ena 2n=44+XX, e) mukarac 2n=44+XY?

12. Eliptocitoza (rijetko i nekodljivo stanje kod kojeg su eritrociti elipsoidni umjesto uobiajenog diskoidalnog oblika) i sposobnost stvaranja antigena D su oba dominantna i vezana svojstva. Rh-pozitivan mukarac pokazivao je eliptocitozu kao i njegova Rh-negativna majka. Njegov otac je imao normalne eritrocite i bio je Rhpozitivan. A) Upotrijebivi simbol E za eliptocitozu i D za produkciju antigena D, prikaite genotip mukarca. B) Koju vrstu vezane konfiguracije predstavlja ovaj genotip?

13. Broj potomaka 4 fenotipske klase F1 generacije dihibridnog test-krianja za svojstvo A i svojstvo B je slijedei: 327:330:317:331. Koji je odnos gena A i B (da li su na razliitim kromosomima ili su vezani)?

9

14. Napravljeno je test-krianje trihibrida za svojstva A, B i C (cis konfiguracija). Napiite genotipove potomaka koji su nastali kao rezultat dvostrukog krosingovera.

15. Koliko razliitih gameta i u kojem omjeru stvara mujak vinske muice genotipa Ab/Ab, ako su geni vezani?

16. Kod kukuruza, obojeni aleuron (R) je dominantno svojstvo nad bezbojnim aleuronom (r). uta boja biljke (y) je recesivna u odnosu na zelenu boju (Y). Dvije biljke (A i B), heterozigoti, kriane s dvostrukim recesivnim homozigotom ry/ry, dale su slijedee potomstvo: Fenotip biljke Obojeni aleuron, zelena biljka Obojeni aleuron, uta biljka Bezbojni aleuron, zelena biljka Bezbojni aleuron, uta biljka A 88 12 8 92 B 23 170 190 17

Izraunajte uestalost rekombinacije izmeu gena Y i R i objasnite vrstu vezane konfiguracije tih gena na kromosomima biljaka A i B.

17. Test krianje enki vinske muice heterozigotnih za tri recesivna svojstva: grimizna oi (st), zdepasta krila (dp) i crno tijelo (b) s mujacima recesivnim za sva tri svojstva, dobiveno je slijedee potomstvo (fenotipski): +++ ++b + dp + + dp b st + + st + b st dp + st dp b 210 104 96 232 224 98 102 240

a) Kakvi su odnosi meu ovim genima?

10

b) Koja je genska udaljenost izmeu vezanih gena?

18.

Oko bubreastog oblika vinske muice pod kontrolom je recesivnog gena k koji se nalazi na III kromosomu. Naranasto oko je pod kontrolom recesivnog gena cd (cardinal) na istom kromosomu. Izmeu ova dva lokusa smjeten je lokus e odgovoran za crnu boju tijela. Homozigotne recesivne enke za k i cd lokus kriane su s homozogotnim crnim mujacima (e). S trihibridnim enkama F1 generacije izvreno je test krianje i dobiveno je slijedee potomstvo (fenotipski): k cd + e+ + ke+ cd + + k++ e cd + k e cd +++ 1761 1773 128 138 97 89 6 8

Prikaite ovo krianje! Koliki je ukupan broj potomaka? _______ Odredite udaljenosti izmeu gena!

11