Vjezba 11

Praktikum iz Biologije I

Vježba br. 11 209

GENI I NASLJEĐIVANJE II

MULTIPLI ALELI

U klasičnim Mendelovim eksperimentima s graškom, pojedina svojstva javljaju se

u dvije alternativne forme. To znači da se jedan gen, koji kontrolira ekspresiju

odreñenog svojstva, javlja u dvije varijante, tj. postoje dva alela za to svojstvo, od kojih

je jedan u potpunosti dominantan nad drugim. Meñutim, kako su geni vrlo složene

strukture, sačinjeni od stotina parova linearno poredanih nukleotida DNA, oni se mogu

mijenjati – mutirati, dajući velik broj različitih oblika, pa se u populacijama mnogi geni

javljaju u većem broju varijanti, tj. u populaciji postoji veći broj alela za jedno svojstvo

(multipli aleli). Bez obzira na to koliko multiplih alela za jedno svojstvo postoji u

populaciji, u jednom diploidnom organizmu prisutna su uvijek samo dva. Simboli za

označavanje multiplih alela su različiti, a hijerarhija dominantnosti se obično navodi kod

svakog problema.

Najpoznatiji primjeri multiplih alela su krvne grupe ABO sustava kod čovjeka.

Krvne grupe ABO sustava

Na površini crvenih krvnih stanica (eritrocita) nalaze se aglutinogeni (vrsta

antigena*). Ovisno o tipovima antigena na eritrocitima, krv se dijeli u različite sustave

krvnih grupa. Danas je poznato ukupno 30 različitih sustava krvnih grupa kod čovjeka.

ABO sustav krvnih grupa je najpoznatiji, jer je najvažniji za transfuziju krvi. Ujedno

predstavlja primjer multiplih alela.

ABO sustav krvnih grupa kontrolira gen I koji ima tri alela: IA, IB i IO (zadnji alel

*Antigen (engl. antibody-generating – stvaranje protutijela) je svaka tvar koja izaziva

proizvodnju protutijela (antitijela) i stoga uzrokuje imuni odgovor.

Antitijela (protutijela, imunoglobulini, Ig) su proteinske molekule (gama globulini)

koje se nalaze u krvi i drugim tjelesnim tekućinama kralježnjaka. Dio su imunog

sustava, te pronalaze i neutraliziraju strane čestice u tijelu, poput virusa i bakterija.


Vježba br. 11 210

se češće se označava s „i“). Dakle, u čitavoj ljudskoj populaciji postoji tri različita alela

ABO sustava (multipli aleli!), a svaki pojedinac, budući je diploidan, ima samo 2 od njih.

Aleli IA i IB proizvode antigene (glikoproteine) koji se nalaze na membrani eritrocita.

Alel IA proizvodi aglutinogen A, alel IB proizvodi aglutinogen B, a alel i ne proizvodi

antigene. Aleli IA i IB su dominantni nad alelom i, a meñusobno su kodominantni (kada

dolaze zajedno oba se ispoljavaju – krvna grupa AB). Prema tome, moguće je 6

kombinacija parova alela što daje 6 genotipova, odnosno 4 različita fenotipa – krvne

grupe (Tablica 1).

Tablica 1. Krvne grupe ABO sustava kod čovjeka.

Krvna

grupa

(fenotip)

Genotip

Antigeni

(aglutinogeni)

na

eritrocitima

Antitijela u

krvi

Reakcija

O A B AB

O ii _ anti-A i anti-B

A IAIA ili IAi antigen A anti-B

B IBIB ili IBi antigen B anti-A

AB IAIB antigeni A i B _

Da bi transfuzija krvi bila uspješna, krvne grupe davatelja i primatelja moraju biti

kompatibilne. To znači da primatelju ne smijemo dati krv koja sadrži njemu strane

antigene. Primjerice, ako osoba krvne grupe B primi krv krvne grupe A, imuni sustav

primatelja prepoznaje dobivene antigene A na eritrocitima kao nešto strano organizmu i

počinje proizvoditi antitijela (aglutinine) na te antigene (anti-A). Antitijela se vežu na

površinu eritrocita dobivenih transfuzijom i to dovodi sljepljivanja (aglutinacije) krvnih

stanica iz donirane krvi u optjecajnom sustavu primatelja (Tablica 1). Dakle, aglutinacija

je meñusobno sljepljivanje eritrocita zbog reakcije antigena na površini eritrocita i


Vježba br. 11 211

odgovarajućih antitijela (Slika 1).

Budući da osobe krvne grupe O nemaju antigena na membrani eritrocita, one su

univerzalni davaoci krvi. Osobe krvne grupe AB nemaju antitijela u serumu pa su

univerzalni primaoci (Tablica 1).

Transfuzijske reakcije koje uključuju manje važne antigene ili slabija antitijela

mogu dovesti do manjih problema. Meñutim, ozbiljnija nepodudaranja (primjerice, u ABO

sustavu krvnih grupa ili Rh faktoru) mogu dovesti do snažnog imunog odgovora i kao

posljedica toga do masovnog uništavanja eritrocita. Aglutinirani eritrociti mogu začepiti

krvne žile i zaustaviti protok krvi u različite dijelove tijela. Eritrociti sadrže hemoglobin

koji izvan stanice postaje toksičan. To može dovesti čak i do smrti pacijenta.

Krvne grupe nisu jednakomjerno rasprostranjene u svim dijelovima svijeta

(Tablica 2). Budući da krvna grupa ne utječe na izbor partnera i da nema prirodnog

odabira za to svojstvo, na učestalost krvnih grupa u pojedinim etničkim grupama očito

su utjecali neki drugi mikroevolucijski (genetski otklon, protok gena) i socijalni

čimbenici.

Tablica 2. Učestalost ABO krvnih grupa u nekim dijelovima svijeta.

Zadatak 1. Odreñivanje krvne grupe.

U ovom Zadatku ćete si odrediti krvnu grupu s obzirom na ABO sustav i s obzirom

na Rh faktor.

Rhesus-krvne grupe odreñuje antigen D na membrani eritrocita. Mogući

genotipovi i fenotipovi su navedeni u Tablici 3. Ime «Rhesus» potječe od znanstvenog

imena majmuna Macaccus rhesus na čijim je eritrocitima prvi put otkriven antigen D. U

AB0 krvne grupe Hrvatska Europa Američki Indijanci Eskimi

A 42% 30-40% 12% 43%

O 34% 34-50% 88% 53%

B 17% 9-17% 0 1,5%

AB 7% 3-6,5% 0 1,5%


Vježba br. 11 212

Tablici 4 su navedeni podaci za rasprostranjenost Rhesus krvnih grupa u Hrvatskoj i

nekim dijelovima svijeta.

Tablica 3. Rhesus krvne grupe.

Genotip Antigen Fenotip

Rh+Rh+ D Rh-pozitivan

Rh+Rh- D Rh-pozitivan

Rh-Rh- - Rh-negativan

Tab

lica

4.

Ras

prostranjenost Rh krvnih grupa u nekim dijelovima svijeta.

Odreñivanje krvne grupe se temelji na reakciji antigen-antitijelo odnosno reakciji

aglutinacije (Tablica 1 i Slika 1). U izvoñenju ovog Zadatka koristit ćemo 3 vrste

komercijalno proizvedenih antitijela. Anti-A serum sadrži antitijela koja se specifično

vežu na antigen A, Anti-B serum na antigen B, a Anti-D serum sadrži antitijela koja se

vežu na antigen D Rh sustava krvnih grupa. Dakle, ako uslijed kontakta krvi i odreñenog

antiseruma doñe do aglutinacije, možemo zaključiti da je na eritrocitima prisutan

odreñeni antigen. Primjerice, ako u kontaktu kapljice krvi i Anti-A seruma doñe do

aglutinacije, možemo zaključiti da je na eritrocitima prisutan antigen A, odnosno da

osoba posjeduje alel IA. Ako ne doñe do aglutinacije, antigena A nema, niti IA alela.

Koristeći tri navedene vrste antiseruma, moći ćemo zaključiti o kojoj se krvnoj grupi

radi s obzirom na ABO sustav i s obzirom na Rh faktor. Svaka krvna grupa se imenuje

prema ABO sustavu i tom imenu se dodaje oznaka «+» ili «-» ovisno o tome je li osoba

Rh-pozitivna ili Rh-negativna.

RhD krvna grupa Hrvatska Europa Kina

Rh-pozitivna 85% 85% 100%

Rh-negativna 15% 15% 0


Vježba br. 11 213

Materijal:

• krv

Kemikalije:

• anti-A, anti-B i anti-D serumi

• alkohol

Pribor:

• predmetna stakalca

• sterilne lancete

• vata

• čačkalice

• vodootporni flomasteri

Postupak:

Uzmite predmetno stakalce i dobro ga očistite etanolom. Vodootpornim

flomasterom napišite na stakalce oznake tri antiseruma koje ćete koristiti: A, B i D.

Sada alkoholom očistite jagodicu prsta i ubodite se sterilnom lancetom. Istisnite

Slika 1. Reakcija aglutinacije; a) na predmetnom stakalcu prilikom odreñivanja krvnih grupa; b)

krvni razmaz pod mikroskopom; c) shematski prikaz.

antitijelo A (anti-A)

eritrocit s antigenom A na površini

a)

b) c)


Vježba br. 11 214

po kapljicu krvi kraj svake oznake na predmetnom stakalcu. Pokraj svake kapljice krvi

dodajte po jednu (malu!) kapljicu pripadajućih antiseruma. Pomiješajte čačkalicom dvije

kapljice (Pazite da mijenjate čačkalice od jednog do drugog uzorka, kako ne biste dobili

pogrešne rezultate uslijed kontaminacije!). Ostavite 5 minuta na sobnoj temperaturi, pri

tome lagano naginjući stakalce s jedne na drugu stranu (Pazite da se kapljice meñusobno

ne dodiruju!). Pozitivna reakcija javlja se kao dobro vidljivi aglutinat – u kapljici se

prostim okom vide male čestice tj. aglutinirani eritrociti. Izostanak aglutinacije (kapljica

ostaje homogeno obojena) upućuje na odsustvo ispitivanog antigena (Slika 1).

Nacrtajte predmetno stakalce s kapljicama krvi i objasnite dobivene rezultate!

Zadatak 2.

U istoj bolnici roñene su 4 bebe. Igrom slučaja došlo je do zamjene njihovih

identifikacijskih brojeva. Krvne grupe beba bile su: A, B, O i AB. Krvne grupe roditelja:

1. bračni par Anić: otac A, majka B

2. bračni par Papić: otac B, majka O

3. bračni par Babić: otac O, majka O

4. bračni par Nikolić: otac AB, majka O.

Pronañite roditelje i prikažite sva moguća križanja kod ovih bračnih parova!

Zadatak 3.

Suprug tuži suprugu zbog nevjere. Njihovo prvo i drugo dijete imaju krvne grupe O i

AB. Treće dijete za koje postoji sumnja da nije njegovo ima krvnu grupu B.

a) Da li na temelju ovih podataka možete donijeti bilo kakav zaključak o očinstvu?

b) Učinjen je još jedan krvni test sa sustavom M-N krvnih grupa. Test je pokazao da

suprug ima krvnu grupu N, a treće dijete krvnu grupu M. Što možete zaključiti na

temelju ovog testa?


Vježba br. 11 215

VEZANI GENI

Do sada smo govorili o genima koji se nalaze na različitim kromosomima. Kod

dihibridnog križanja promatrana su dva svojstva/alela koji se nalaze na različitim

kromosomima (vidi poglavlje Dihibridno križanje). Nasuprot tome, mogu se promatrati

dva svojstva koja odreñuju geni koji se nalaze na istom kromosomu. Takvi geni se

nazivaju vezani geni (= dva ili više gena koji se nalaze na istom kromosomu). Baš zbog

toga što se nalaze na istom kromosomu, za vezane gene ne vrijedi Mendelov zakon

nezavisnog odvajanja alela, već se oni većinom nasljeñuju zajedno. Npr. geni za svojstvo

1 (aleli A, a) i svojstvo 2 (alel B) sa Slike 1 iz Vježbe br. 10 su vezani. Vezani geni se u

križanju prikazuju tako da se prvo napišu aleli s jednog homolognog kromosoma, pa se

stavi kosa crta, pa nakon nje aleli s drugog homolognog kromosoma. Alele sa dva

homologna kromosoma na Slici 1 (Vježba br. 10) bismo prikazali: AB/aB.

Vezanost može biti potpuna i djelomična (parcijalna). Potpunu vezanost pokazuju

geni izmeñu kojih ne dolazi do rekombinacije (crossing-overa), odnosno ne postoji

izmjena izmeñu majčinih i očevih kromatida u bivalentu. Zbog toga se 2 potpuno vezana

gena/alela uvijek nasljeñuju zajedno, kao što je slučaj s alelima A i B, te a i b na Slici 2.

Primijetite da su roditeljski kromosomi nosili kombinacije alela AB i ab, a takve iste

kombinacije imaju i kromosomi potomstva. Drugim riječima, aleli A i B, odnosno aleli a i b

su potpuno vezani, jer su bili naslijeñeni zajedno i izmeñu njih nije došlo do crossing-

overa. Mejoza bez crossing-overa poznata je kod mužjaka vinske mušice, a utvrñena je i

kod nekih drugih kukaca i biljaka. Osim toga, izmeñu dva gena koja su jako blizu na

kromosomu vrlo se rijetko dogaña crossing-over (crossing-over je slučajan dogañaj i

mala je vjerojatnost da se dogodi baš izmeñu dva vrlo blisko smještena gena).


Vježba br. 11 216

Kada izmeñu vezanih gena dolazi do rekombinacije putem crossing-overa,

govorimo o djelomičnoj vezanosti. Kao što je objašnjeno u Vježbi 9, crossing-over je

izmjena dijelova nesestrinskih kromatida homolognih kromosoma (Slika 3). To je

slučajan dogañaj, odnosno tijekom svake pojedinačne mejoze dogaña se na drugom

mjestu na kromosomu. Na Slici 4 prikazano je križanje u kojem se prati nasljeñivanje

dva djelomično vezana gena, A i B. Jedan od roditelja ima genotip AB/ab. U njemu

mejozom nastaju gamete. Tijekom svake pojedinačne mejotske diobe, s obzirom na

Slika 2. Križanje u kojem se prati nasljeñivanje dva potpuno vezana gena,


Vježba br. 11 217

lokuse A i B, moguća su dva razvoja dogañaja: izmeñu ova 2 lokusa može ili ne mora doći

do crossing overa. Ukoliko ne doñe do crossing-overa, nastat će gamete koje će imati

iste kombinacije alela kao i roditelj. To su tzv. roditeljske gamete i nose kombinacije AB

i ab. Ukoliko izmeñu ova 2 lokusa doñe do crossing-overa, nastat će gamete koje više

nemaju roditeljske kombinacije alela (AB i ab), već nose nove kombinacije alela – Ab i aB.

Takve se gamete nazivaju rekombinantne. Primijetite da su na Slici 4 prikazane

učestalosti pojavljivanja roditeljskih i rekombinantnih gameta u postocima. To znači da

ove 4 vrste gameta nisu rezultat jedne mejotičke diobe, već ukupne učestalosti gameta

nastalih mnogim mejozama. S obzirom da je drugi roditelj recesivni homozigot za oba

svojstva (test-križanje), učestalosti različitih fenotipova kod potomstva odražavaju

učestalosti različitih gameta prvog roditelja. Primjerice, budući da 10% potomaka ima

genotip Ab/ab, možemo zaključiti da je 10% gameta imalo genotip Ab. Isto tako,

možemo zaključiti da je u 20% gameta došlo do crossing-overa, jer 20% potomaka ima

rekombinantne genotipove (Ab/ab i aB/ab), koji nisu bili prisutni kod roditelja i mogli su

nastati samo kao rezultat rekombinacije.

Slika 3. Crossing-over.

Homologni kromosomi

Sestrinske kromatide

Crossing-over

Rekombinantne kromatide


Vježba br. 11 218

Slika 4. Test-križanje u kojem se prati nasljeñivanje dva djelomično vezana gena, A i B.

40%

40%

10

%

10%

rekom

bin

antn

i po

tom

ci

40%

40%

10

%

10%

reko

mbin

antn

e ga

met

e ro

dit

eljs

ka g

amet

a ro

dit

eljs

ka g

amet

a

F1


Vježba br. 11 219

Nadalje, budući da geni zauzimaju točno odreñena mjesta (lokuse) na kromosomu,

učestalost rekombinacija (tj. crossing-overa) izmeñu dva genska lokusa je stalna

(konstantna) za svaki par gena i može se eksperimentalno utvrditi test-križanjem (kao

što je prikazano na Slici 4). Drugim riječima, za odreñeni par gena postotak

rekombinanata će uvijek biti približno isti za svako test-križanje (na Slici 4

rekombinantnih gameta je 20%, naspram 80% nerekombinantnih gameta, odnosno

potomaka). Postotak rekombinantnih potomaka test križanja predstavlja

rekombinacijsku učestalost ili crossingover-vrijednost. Ona nam daje podatak koliko su

dva gena udaljena na kromosomu. Što su dva vezana gena udaljenija, to se izmeñu njih

češće dogaña crossing-over. Na temelju rekombinacijskih učestalosti izrañuju se genske

karte odnosno odreñuju odreñuju meñusobne udaljenosti gena na kromosomu (Slika 5).

1% rekombinacija predstavlja jednu jedinicu karte na kromosomu.

Slika 5. Genska karta kromosoma II vinske mušice.


Vježba br. 11 220

Zadatak 4:

Vinske mušice s kojima rukujete su fenotipski divlji tip, a genotip im je +b +vg (nose

recesivne gene za crno tijelo, engl. black body, b i zakržljala krila, engl. vestigial, vg).

(a) Nakon test križanja dobili ste 500 potomaka sljedećih fenotipova:

Fenotip Ženke Mužjaci

Normalno tijelo i normalna krila 132 131

Crno tijelo i zakržljala krila 121 116

Utvrdite radi li se o vezanim genima ili o genima koji se nalaze na različitim

kromosomima! Jesu li ova dva gena djelomično ili potpuno vezana? Obrazložite!

(b) Da ste nakon istog križanja dobili sljedećih 500 potomaka, što biste tada zaključili o

položaju gena b i vg na kromosomu/kromosomima vinske mušice:

Fenotip Ženke Mužjaci

Normalno tijelo i normalna krila 90 103

Normalno tijelo i zakržljala krila 25 23

Crno tijelo i normalna krila 31 26

Crno tijelo i zakržljala krila 102 100

Documents

Vjezba 11