lecture presentation for concepts of geneticskisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/genetik/4... ·...

Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.

PowerPoint® Lecture Presentation for

Concepts of GeneticsNinth Edition

Klug, Cummings, Spencer, Palladino

Konu 4

Ökaryotlarda Kromozom Haritalaması

Aslı Sade Memişoğlu


Lectures by David Kass with contributions from

John C. Osterman.


Konular

• 1 Aynı kromozomdaki bağlı genler birlikte kalıtılır

• 2 Parça değişimi ve gen mesafeleri

• 3 Gen sıralanışı çoklu parça değişimleri ile anlaşılır

• 4 İki gen arasındaki uzaklık arttıkça haritadaki kesinlik

azalır

• 5 Drosophila gen haritası

• 6 Lod skor analizi ve somatik hücre hibridizasyonu

• 7 Günümüzde gen haritaları

• 8 Parça değişimi ve mitoz

• 9 Kardeş kromatitler arasında parça değişimi

• 10 Mendel bağlı genlerle karşılaşmış mıydı?


1 Aynı kromozomdaki bağlı genler birlikte kalıtılır

• 1900’lü yılların başında genetikçiler, belirli genlerin

Mendel’in bağımsız açılım kuralına göre aktarılmadığını,

bu genlerin sanki birbirine bağlıymışçasına ayrıldığını

ortaya koymuştur.

• Ayrıntılı çalışmalarla, bu genlerin, aynı kromozomların

bölümleri olduğu, bunların gerçekte tek bir birim olarak

aktarıldığı gösterilmiştir.


• Kromozomlar üzerinde çok sayıda genin

bulunduğunu artık biliyoruz.

• Aynı kromozom üzerinde bulunan genler

bağlı (link) genlerdir.

• Bu genler genetik çaprazlarda bağlantı

(linkaj) gösterirler.

1


1

• Mayoz sırasında aktarım birimi genler değil

kromozomlardır.

• Bu nedenle bağlantılı genler, bağımsız açılım

konusunda özgür değildir.

• Birinci mayotik profaz sırasında homologlar

eşleştiğinde kromozom bölümlerinin karşılıklı

değiş-tokuşu gerçekleşir = Parça değişimi =

rekombinasyon


1

• Bir kromozom üzerindeki herhangi iki bölge arasındaki

parça değişimi oranı, aralarındaki uzaklık ile doğru

orantılıdır.

• Buna bölgeler arası uzaklık (inter locus distance) adı

verilir.

• İki gen bölgesi arasındaki uzaklık ne kadar fazla ise,

krossing-over ile birbirlerinden ayrı düşme olasılıkları o

kadar fazladır.

• Bu ilişki, genlerin kromozom üzerindeki göreceli

yerleşimlerini belirten kromozom haritalarının

oluşturulmasına temel teşkil eder.


1.1 Parça değişimi

• Mayoz ile genlerin gametlere dağılımı

konusunda üç farklı ihtimal söz konusudur:

1. Bağımsız açılım: İki gen, iki farklı homolog

kromozom çifti üzerindedir.

2. Bağlılık: İki gen, tek bir homolog kromozom

üzerindedir - Krossing-over yoktur.

3. Linkaj+Krossing-over: İki gen, tek bir

homolog kromozom üzerindedir - Kardeş

olmayan kromatitler arasında değiş-tokuş

gerçekleşir.


1.1.a Bağımsız açılım

• Her biri bir gen çifti içeren iki çift

kromozomun bağımsız açılım

sonuçları.

• Burada bağlılık görülmemektedir.

• Genetik olarak dört farklı gamet

eşit oranda oluşur.

• Bunların her biri, iki genin

allellerinin farklı bir

kombinasyonunu içerir.


• Yandaki şekilde genler aynı

homolog kromozom üzerinde

bulunmaktadır (bağlı).

• Eğer iki gen arasında parça

değişimi olmaz ise sadece iki

farklı gamet oluşur.

• Her bir gamet, homologların

birinde ya da diğerinde

bulunan allelleri alır.

1.1.b Bağlılık


1.1.c Bağlılık + parça değişimi

• Bağlı iki gen arasındaki parça

değişimi.

• Bu değişim, tetratta bulunan

dört kromatitin, kardeş

olmayan iki kromatiti

arasındadır.

• Bu değiş-tokuş, rekombinant

ya da parça değişimli

gametler denilen iki yeni allel

kombinasyonu oluşturur.


• Bağlı iki gen arasında oluşan parça değişimi frekansı, bu

iki genin kromozom üzerindeki uzaklıklarıyla doğru

orantılıdır.

• Rastgele seçilmiş iki gen birbirine ne kadar yakın ise,

parça değişimi ile ayrılma ihtimali o kadar düşüktür.

• Bu durumda oluşacak atasal gametlerin oranı daha yüksek,

rekombinant gametlerin oranı daha düşük olacaktır.

• Bu iki gen birbirine ne kadar uzak ise, ayrılma ihtimali o

kadar yüksektir.

• Bu durumda oluşacak atasal gametlerin oranı daha düşük,

rekombinant gametlerin oranı daha yüksek olacaktır.

• Bağlı iki gen arasındaki uzaklık çok fazla olduğunda,

rekombinant gametlerin sayısı % 50’ye ulaşır.

• Ama bu oranı geçemez!!!

1.2 Bağlantı oranı


1.2

• Eğer % 50 oranında rekombinant oluşmuş ise dört tipin

(ikisi atasal, ikisi rekombinant) 1:1:1:1 oranı ile

sonuçlanır.

• Bu durumda bağlantılı iki genin aktarımı, bağlantılı

olmayan genlerin aktarımından ayırt edilemeyecektir.


1.2 Bağlantı oranı

• Bağlantı oranına bağlı olarak meydana gelen bireylerin

fenotipine göz atmak için aşağıdaki çaprazlamayı birlikte

yapalım.

• Bunun için Drosophila melanogaster’de birbirine

yakından bağlı çekinik mutant allellerden kahverengi

(brown, bw) göz ve kalın (heavy, hv) kanat damarları

arasındaki çaprazı göz önüne alalım.


• F1 neslini oluşturan

sineklerin tümü her iki

gen çifti için de

heterozigottur ve kırmızı

göz ve ince damarın

baskın özelliklerini

gösterir (bw+bw/hv+hv).


• İki gen için 1:2:1 oranı tam bağlantı durumlarında görülür


• 1:1 oranında kahverengi-

ince ve kırmızı-kalın

sinekler oluşur.

• Bu özellikleri kontrol eden

genler tam bağlı olmasa ya

da ayrı kromozomlar

üzerinde bulunsaydı test

çaprazı sonucunda dört

fenotip oluşacaktı.


2 Parça değişimi ve gen mesafeleri

• X-bağlantısını ilk bulan araştırmacı Morgan’dır.

• A çaprazında mutant sarı vücutlu (yellow, y) ve beyaz

gözlü (white, w) dişilerle yabanıl tip erkekleri (gri vücutlu

ve kırmızı gözlü) çaprazlamıştır.


2.1 Morgan

• F1 dişileri yabanıl tip iken, F1

erkekleri her iki mutant özelliği

de ifade etmekteydi.

• F2’de toplam yavru bireylerin

% 98.7’si atasal, % 1.3’ü ise

rekombinant tipler idi.

• Genler F1 sineklerinde gamet

oluşumu sırasında sanki

birbirinden ayrılıyor gibiydi.


2.1 Morgan ve parça değişimi

• B çaprazında Morgan,

beyaz göz (w) ve minyatür

kanat (m) mutasyonlarını

kullanmıştır.

• Morgan ww/mm dişi bireyler

ile w+/m+ erkek bireyleri

çaprazladığında F2

bireylerinin % 62.8’i atasal

iken, % 37.2’si rekombinant

fenotipe sahip idi.


• Morgan bu sonuçlar ile birlikte iki soru ile

karşılaştı:

• Gen ayrılmasının kaynağı neydi?

• Görünüşteki ayrılmanın frekansı niçin çalışılan

genlere bağlı olarak değişti?



1. soruya yanıt:

• Homolog kromozomların mayozda karşılıklı dizilerek

kiyazmalar oluşturdukları biliniyordu.

• Morgan, bu kiyazmaların genetik değiş-tokuş açısından

önemli olduğunu öne sürdü.

• Bağlantılı genlerin kromozom boyunca doğrusal olarak

var oldukları taktirde, herhangi iki gen arasında,

değişebilen bir oranda parça alışverişi olabileceği

sonucuna vardı.



2. Soruya yanıt:

• Kromozomda birbirine yakın iki gen arasında kiyazma

oluşması nispeten zordur.

• İki gen birbirine ne kadar yakın ise aralarında oluşacak

genetik alış-veriş o oranda azalır.



• Alfred H. Sturtevant, Morgan’ın öğrencisidir.

• Hocasının önermesine bağlı olarak genlerin kromozom

üzerindeki dizisinin saptanabileceği fikrini ilk kavrayan

kişidir.

2.2 Sturtevant ve haritalama

Thomas H. Morgan. http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/articles/lewis/

Alfred H. Sturtevant. http://eands.caltech.edu/articles/LXVII2/bomb.html


• Sturtevant önce Morgan tarafından çalışılan sarı, beyaz ve

minyatür mutant genleri arasındaki rekombinasyon verilerini

topladı.

• Bu üç genin her bir çifti arasındaki parça değişimi

frekanslarının aşağıdaki gibi olduğunu hesapladı:

• 1) sarı-beyaz % 0.5

• 2) beyaz-minyatür % 34.5

• 3) sarı-minyatür % 35.4



• Buna bağlı olarak Sturtevant bu genlerin kromozom

üzerindeki sırasının sarı-beyaz-minyatür şeklinde

olabileceğini öne sürdü.

• Parça değişimi frekansı = iki gen arasındaki uzaklığın

göstergesi

• 1 harita birimi = %1 parça değişimi = 1 santiMorgan (cM)

• Göreceli bir birim: kesin uzaklıklar değil!!!



• İki lokus, kromozom boyunca ne kadar yakınsa,

aralarında tek parça değişimi gerçekleşme olasılığı o

kadar azdır.

• Bağlantılı iki lokus arasındaki uzaklık ne kadar fazla ise,

aralarında oluşacak rastgele bir parça değişimi olayının

olasılığı o kadar yüksektir.

2.3 Tek parça değişimi

Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Figure 5.5

…ve oluşan 4 gametin

2’sinde allellerde

rekombinasyon oluşur


• Rekombinasyon frekansı neden maksimum % 50’dir?

• Homolog kromozomlar arasında parça değişimi

olasılığı %100 ise

• Parça değişimi olduğunda, tetradın diğer iki kromatiti

bu değiş-tokuşa katılmayacaktır.

• Böylece oluşan gametler en fazla %50 rekombinant

olabilir


3 Çoklu parça değişimi

• Tek bir tetradda, kardeş

olmayan kromatitler

arasında iki, üç ya da daha

çok değiş-tokuş

mümkündür.

• A-B ya da B-C genleri

arasında gerçekleşen bir

değiş-tokuş olasılığı, bunları

ayıran fiziksel uzaklıklarla

ilgilidir.


3

• Iki bağımsız olayın birlikte olmasının matematiksel

olasılığı, her bir olasılığın çarpımına eşittir.

• A-B arasında parça değişimi gerçekleşme olasılığının %

20 (p=0.20) ve B-C arasında % 30 (p=0.30) olduğunu

varsayalım.

• Bu iki olayın aynı anda gerçekleşme olasılığı 0.20 x 0.30

= 0.06 veya % 6’dır.


• Tek parça değişimleri iki bağlantılı gen

arasındaki uzaklığı belirlemek için kullanılır

• Çift parça değişimi ise 3 bağlantılı genin

kromozom üzerindeki sıralanışını ve

bunlar arasındaki uzaklığı belirlemek için

kullanılır

3 Çoklu parça değişimi


3.1 Üç noktalı haritalama

Bunun için Drosophila’da X’e bağlı kalıtılan üç mutant gen

ele alınacaktır:

• Beyaz göz rengi (w)

• Ekinus göz şekli (ec)

• Sarı vücut rengi (y)

• Çaprazlamaya başlamadan önce genlerin kromozom

üzerindeki sırasını bilmemiz imkansızdır.

• Bu nedenle gen sırasının başlangıçta y-w-ec olduğunu

varsayalım.


3.1 Üç noktalı haritalama

• P neslinde yabanıl tip allellerin üçü için de hemizigot olan

erkekler, üç mutant allel için homozigot olan dişilerle

çaprazlanır.

• F1 neslinde her üç allel açısından hemizigot erkekler ile,

heterozigot dişiler (y+y/w+w/ec+ec) oluşur.


3.1

F2 neslinde parça değişimi açısından dört olası durum

vardır

• 1) Parça değişimi olmaması durumu

• 2) y-w arasında tek parça değişimi

• 3) w-ec arasında tek parça değişimi

• 4) y-w arasında ve w-ec arasında çift parça değişimi


• Her zaman en yüksek orana sahip olan,

parça değişimi olmayandır ve en düşük

orana sahip olan, çift parça değişimi

(DCO) olandır!!!

3.1


3.1

• Metot I: 3 genden birisi diğerlerinin ortasındadır. Allellerin dizilişleri ve

oluşturdukları DCO bulunur ve uyumlu olan seçilir.

• Metot II: Heterezgot ebeveynin homologlarındaki allel düzenlenmesi incelenir

daha sonra DCO ile karşılaştırılır.


4 İki genin mesafesi arttıkça haritalama

kesinliğini kaybeder


• Drosophila, mısır ve fare gibi

organizmalarda çok sayıda mutant

keşfedilmiş ve deneysel çaprazlar kolaylıkla

yapılmıştır.

• Böylelikle bu organizmaların

kromozomlarının kapsamlı bir haritası

çıkarılmıştır.

5 Drosophila Genleri büyük ölçüde

haritalanmıştır


• Kendi türümüz, kapsamlı bağlantı analizi için deneysel

organizmalarla yapılan çalışmalar gibi bir veri kaynağı

olarak kullanılamaz.

• Etik olarak ve

• Fazla sayıda yavru oluşmadığından

• Dolayısıyla insanlarda en eski bağlantılı gen çalışmaları

soyağacı analizlerine dayanmak zorunda idi.

• Kapsamlı soyağaçları varsa, iki özelliğin birlikte dağılım

gösterebileceği gerçeğine dayanarak incelenen genlerin

bağlantılı olduğu gösterilebilir.

6 Lod skor analizi


• Kültürdeki iki hücrenin tek bir hibrit hücre oluşturacak

şekilde birleşebileceği gerçeğine dayanmaktadır.

• George Barsky başlangıçta iki adet fare hücresi

kullanmıştır.

• Daha sonra farklı organizmalardan alınan hücrelerin de

birleşebileceği anlaşılmıştır.

6.1 Somatik hücre hibridizasyonu


• Birleşme gerçekleştiğinde ortak bir sitoplazma içinde iki

çekirdek içeren heterokaryon adı verilen bir başlangıç

hücre tipi oluşur.

• Uygun teknikler kullanarak insan ve fare hücrelerini

birleştirmek olasıdır.

• Birleşen hücrelerin çekirdekleri de birleştikten sonra

sinkaryon adı verilen yapı oluşur.




• Hibrid hücre birçok nesil boyunca çoğalırken zamanla iki

türe ait kromozomlardan birisi giderek kaybolur.

• Insan-fare hibridinde insan kromozomları giderek

kaybolur ve sonunda sadece fare kromozomları ve

birkaç tane insan kromozomu kalır.

• Bu durum, insan genlerinin üzerinde bulundukları

kromozomların tayin edilmesini kolaylaştırır.



• Örn; eğer insan geninin özgül bir ürünü, üç insan

kromozomu içeren bir sinkaryon içinde sentezleniyorsa,

bu üründen sorumlu gen, hibrid hücre içinde kalan üç

insan kromozomundan birisi üzerinde bulunmalıdır.

• Bu yöntemle hangi genin hangi kromozom üzerinde

bulunduğunu tespit etmek mümkündür

• Eğer her birinde bir insan kromozomu bulunan 23 adet

sinkaryon seçilirse, bir ürünün varlığı ve yokluğu ile

karşılaştırmalarla hangi genin hangi kromozom üzerinde

olduğu anlaşılır


Hibrit

hücre

ler

Hücrelerde bulunan insan kromozomları

Görülen gen

ürünleri


7 Günümüzde haritalama

DNA belirteçleri ve veri tabanları

• Bu konudaki ilerleme, rekombinant DNA ve genomik

çalışmaları sırasında kullanılan DNA belirteçlerinin

(marker) bulunuşu ile kaydedilmiştir.

• Her belirtecin dizisi ve kromozomdaki yeri bilinmektedir.

• birçok nesil içeren soyağaçlarında izlenebilmekte ve

böylece bunlarla bağlantılı olarak kalıtılan genler

soyağaçlarında tespit edilerek yerleri belirlenmektedir.


7.1 DNA belirteçleri

Söz konusu belirteçler arasında:

• Mikrosatellitler

• Minisatellitler

• RFLP’ler (restriction fragment length polymorphisms)

• Kistik fibroz geninin yeri, bu şekilde tespit edilmiştir


7.2 Veritabanları

İnsan genom projesinin amacı;

• Önce insan genomunun DNA dizisini elde etmek

• Daha sonra da bilgisayar analizi ile genlerin

yerlerini saptamaktır.

• Günümüzde bu veriler çeşitli web sayfalarında

bulunmaktadır.


7.2 Veritabanları

• Artık, tamamlanmış birçok veritabanının

sonuçlarını kullanarak, kromozomda herhangi

bir genin kesin yerini, baz mesafesi olarak

saptamak mümkündür.

• Bu şekilde elde edilen haritalara fiziksel harita

adı verilmektedir.

• Rekombinasyon frekansı kullanarak göreceli

oluşturulan haritalar genetik haritalardır


8 Parça değişimi ve mitoz!

• Birçok organizmada homologlar mitoz

sırasında normal olarak eş oluşturmaz.

• Bu durum, mitozda rekombinasyon (parça

değişimi) olamayacağı fikrini doğurur.

• Ancak Drosophila’da mitoz sırasında da

sinaps oluşabileceği gözlemlenmiştir.


9 Mendel gen bağlantısına rastladı mı?

• Bazı gözlemciler Mendel’in bezelyelerle yapmış olduğu

klasik deneylerinde son derece şanslı olduğunu söyler.

• Mendel, çaprazlarının hiçbirinde yedi mutant karakterin

hiçbiri arasında belirgin bir bağlantıya rastlamamıştır.

• Ancak gerçekte çalıştığı üç genin kromozom 4’te, iki

genin kromozom 1’de ve birer genin de kromozom 5 ve 7

üzerinde yer aldığı bilinmektedir.

• Mendel muhtemelen iki genin birlikte dağılım göstereceği

uygun bir çaprazı yapmamıştır.

• Ayrıca genlerin kromozomlar üzerindeki mesafeleri ile

parça değişimi geçirme olasılıkları arasındaki ilişkiyi de

unutmamak gerekir.

lecture presentation for concepts of geneticskisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/genetik/4... ·...

Documents