Genetika by SPN1775

GENETIKA

PRO GYMNÁZIA

6 OBSAH P¯edmluva ⁄vodem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Prolog ñ Pohled do historie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1ROZMNOéOV¡NÕ A DÃDI»NOST 13 1.1NepohlavnÌ rozmnoûov·nÌ organism˘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2PohlavnÌ rozmnoûov·nÌ organism˘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 MeiÛza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Segregace, kombinace a rekombinace chromozom˘ . . . . . . . . . 16 ⁄koly k prom˝ölenÌ a procviËov·nÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2KLASICK¡ GENETIKA 20 2.1Z·kladnÌ pojmy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Znak ñ fenotyp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Gen ñ genotyp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Geny a chromozomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ProkaryontnÌ chromozomy a plazmidy . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 EukaryontnÌ chromozomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Vazba gen˘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Karyotyp, karyogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ChromozomovÈ urËenÌ pohlavÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Znaky v·zanÈ na pohlavÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 ⁄koly k prom˝ölenÌ a procviËov·nÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2DÏdiËnost a promÏnlivost mnohobunÏËnÈho organismu . . . . . . . 34 K¯ÌûenÌ ñ hybridizace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 DÏdiËnost kvalitativnÌch znak˘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Dominance a recesivita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Autozom·lnÌ dÏdiËnost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 DÏdiËnost genu s ˙plnou dominancÌ . . . . . . . . . . . . . . . 40 DÏdiËnost dvou gen˘ s ˙plnou dominancÌ . . . . . . . . . . 47 Obsah

7 Gonozom·lnÌ dÏdiËnost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 GenovÈ interakce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 DÏdiËnost kvantitativnÌch znak˘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 PolygennÌ systÈm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Variabilita fenotypu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 ⁄koly k prom˝ölenÌ a procviËov·nÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.3GenetickÈ z·konitosti v populacÌch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Genov· struktura populace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Genofond v panmiktickÈ populaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Genofond v autogamnÌ populaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Genofond v malÈ populaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 ⁄koly k prom˝ölenÌ a procviËov·nÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.4Z·klady genetiky ËlovÏka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Metody v˝zkumu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Molekul·rnÏ genetick˝ v˝zkum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Cytogenetick˝ v˝zkum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Vyöet¯ov·nÌ lidsk˝ch fenotyp˘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 V˝zkum dvojËat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 V˝zkum rodokmen˘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 V˝zkum populacÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 DÏdiËnÈ choroby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Choroby s dÏdiËnou dispozicÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 VlastnÌ dÏdiËnÈ choroby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 EtickÈ aspekty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 ⁄koly k prom˝ölenÌ a procviËov·nÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 3MOLEKUL¡RNÕ GENETIKA 81 3.1Z·kladnÌ pojmy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Genov˝ v˝znam DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Gen z molekul·rnÌho hlediska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Genetick˝ kÛd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 ⁄koly k prom˝ölenÌ a procviËov·nÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.2PromÏnlivost dÏdiËn· a nedÏdiËn· . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 ⁄kol k prom˝ölenÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.3Mutace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Klasifikace mutacÌ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Obsah

1.2POHLAVNÕ ROZMNOéOV¡NÕ ORGANISMŸ

DokonalejöÌ organismy, rostlinnÈ i ûivoËiönÈ, majÌ pro rozmnoûov·nÌ specifickÈ pohlavnÌ org·ny, v nichû se vytv·¯ejÌ pohlavnÌ buÚky, gamety. Ze zygoty vzniklÈ splynutÌm dvou gamet pak dlouhou ¯adou mitotick˝ch dÏlenÌ roste a souËasnÏ se vyvÌjÌ z·rodek (embryo). Z·rodek roste a vyvÌjÌ se d·le aû v novÈho, malÈho, avöak ˙plnÈho jedince. Gamety se ve speci·lnÌch org·nech (u ûivoËich˘ a ËlovÏka v pohlavnÌch ûl·z·ch) vyvÌjejÌ z tÏlov˝ch bunÏk z·rodeËnÈho epitelu. SamËÌ a samiËÌ jedinci se vÏtöinou liöÌ tvarovÏ i funkËnÏ pohlavnÌmi znaky; liöÌ se i jejich gamety. Funkci samËÌch gamet vyööÌch rostlin majÌ generativnÌ j·dra pylov˝ch l·Ëek, samËÌ gamety ûivoËich˘ (vËetnÏ ËlovÏka) jsou spermie, samiËÌ gamety u ûivoËich˘ jsou vajÌËka (u vyööÌch rostlin vajeËnÈ buÚky).

P¯i pohlavnÌm rozmnoûov·nÌ je vznikajÌcÌ jedinec vûdy vybaven souborem gen˘, kter˝ je kombinacÌ 50 % gen˘ otce a 50 % gen˘ matky. Nem˘ûe b˝t proto totoûn˝ se û·dn˝m ze sv˝ch rodiË˘. PohlavnÌ rozmnoûov·nÌ tedy zajiöùuje promÏnlivost jedinc˘ druhu. Z hlediska dalöÌch v˝vojov˝ch moûnostÌ druhu je rozmnoûov·nÌ pohlavnÌ podstatnÏ v˝hodnÏjöÌ neû rozmnoûov·nÌ nepohlavnÌ.

V ûivotnÌm cyklu nÏkter˝ch zelen˝ch ¯as, naprostÈ vÏtöiny mechorost˘, kapradin, plavunÌ, p¯esliËek, niûöÌch hub a nÏkter˝ch prvok˘ (v˝trusovc˘) se pravidelnÏ st¯Ìd· generace pohlavnÌ (vytv·¯ejÌ se gamety, kterÈ pak spolu spl˝vajÌ) s generacÌ nepohlavnÌ (vytv·¯ejÌ se v˝trusy) ñ jde o rodozmÏnu (metagenezi). RodozmÏna je dokladem toho, ûe se pohlavnÌ rozmnoûov·nÌ vyvinulo z nepohlavnÌho v r·mci postupnÈ evoluce organism˘.

P¯ipomeÚme si nejprve v˝znam pot¯ebn˝ch pojm˘.

Jako bunÏËn˝ cyklus se oznaËujÌ dÏje probÌhajÌcÌ postupnÏ v buÚce od konce jednoho jejÌho dÏlenÌ do konce druhÈho dÏlenÌ. V ËasovÏ nejdelöÌ f·zi G 1 buÚka roste, probÌh· syntÈza bÌlkovin. Ve f·zi S (syntetickÈ) se zdvojuje DNA a syntetizujÌ se bÌlkoviny pot¯ebnÈ pro stavbu chromozom˘. N·sleduje kr·töÌ f·ze G2 a pak f·ze dÏlenÌ j·dra ñ f·ze mitÛzy, M. V obdobÌ mitÛzy doch·zÌ v buÚce k nejv˝raznÏjöÌm zmÏn·m, kterÈ jsou patrnÈ i v optickÈm mikroskopu. Popiöme si je na p¯Ìkladu eukaryontnÌ buÚky.

Podle pozorovateln˝ch zmÏn barvitelnÈho obsahu buÚky se rozliöuje interf·ze a Ëty¯i f·ze mitÛzy. V j·dru buÚky se diferencujÌ pentlicovitÈ ˙tvary ñ chromozomy. MajÌ r˘znou dÈlku a tvar. (Jsou barvitelnÈ a mikroskopem pozorovatelnÈ proto, ûe doölo ke spiralizaci nukleohistonovÈho vl·kna, kter˝m je chromozom tvo¯en; v cytologickÈ terminologii se zmÏna oznaËuje jako kondenzace chromatinu.)

Rozmnoûov·nÌ a dÏdiËnost

MEI”ZA

MeiÛza je speci·lnÌ bunÏËnÈ dÏlenÌ, kter˝m vyzr·vajÌ gamety .

METAF¡ZE I

ANAF¡ZE I

prvnÌ zracÌ dÏlenÌ

TELOF¡ZE I

PROF¡ZE II

METAF¡ZE II

druhÈ zracÌ dÏlenÌ ˆ ˆ

ANAF¡ZE II

TELOF¡ZE II

15 Rozmnoûov·nÌ a dÏdiËnost

1. Pr˘bÏh meiÛzy v ûivoËiönÈ buÚce o modelovÈm poËtu chromozom˘ (n = 2). SchÈma zachycuje postup segregace a kombinace chromozom˘ do gamet (rekombinace homologick˝ch chromozom˘, kter· probÌh· jiû v prof·zi I, nenÌ zachycena) ˆ

podmÌnek jejich ûivota. Plazmidy jsou Ëasto vyuûÌv·ny jako vektory (p¯enaöeËe ñ transportÈry) cizorod˝ch gen˘ v genovÈm inûen˝rstvÌ (str. 113).

V buÚk·ch eukaryontnÌch organism˘ je na povrchu j·dra charakteristick· biomembr·na ñ jadern· membr·na, kter· chromozomy uzavÌr· oproti cytoplazmÏ. Charakteristickou l·tkou eukaryontnÌho j·dra je chromatin, coû je v podstatÏ hmota nedÏlÌcÌch se (interf·zov˝ch) chromozom˘. Chromozomy se z nÏj diferencujÌ a st·vajÌ se mikroskopicky patrn˝mi pouze v pr˘bÏhu mitotickÈho Ëi meiotickÈho dÏlenÌ.

EukaryontnÌ chromozom je line·rnÌ (vl·knit·) struktura, jejÌû osou je dvou¯etÏzcov· DNA (se sv˝mi geny). »Ìm delöÌ je chromozom, tÌm delöÌ je jeho DNA a tÌm vÌce gen˘ je v nÏm umÌstÏno. DNA je v eukaryontnÌm chromozomu v·z·na v nukleohistonovÈm komplexu. V tomto komplexu se souvisl·, avöak spiralizovan· molekula DNA v konstantnÌch vzd·lenostech ovÌjÌ kolem histonov˝ch jader. KaûdÈ toto j·dro tvo¯Ì 8 molekul z·saditÈho proteinu histonu a spolu s p¯Ìsluön˝m ˙sekem DNA tvo¯Ì nukleozom (obr. 8). Podstatou struktury chromatinu jsou tedy jakÈsi öÚ˘rky nukleozom˘. Druh˝m proteinem chromozom˘, tvo¯ÌcÌm jakousi ochrannou vrstvu nukleohistonovÈho systÈmu, je globulin.

Kaûd˝ chromozom m· na urËitÈm mÌstÏ centromeru. (Centromera slouûÌ k jeho upevnÏnÌ k mikrotubul˘m dÏlicÌho v¯etÈnka p¯i mitÛze.) UmÌstÏnÌ centromery je v kaûdÈm chromozomu konstantnÌ a pro nÏj charakteristickÈ, a je proto d˘leûitÈ pro identifikaci chromozom˘ v karyotypu (r˘zn· umÌstÏnÌ centromery viz obr. 9).

ObecnÏ se chromozomy podle umÌstÏnÌ centromery rozdÏlujÌ na metacentrickÈ (centromera uprost¯ed), submetacentrickÈ (centromera mÈnÏ Ëi vÌce posunuta k jednomu konci), akrocentrickÈ (centromera tÈmÏ¯ na konci) a telocentrickÈ (centromera na samÈm konci ñ obr. 9).

UmÌstÏnÌ centromery tedy vÏtöinou rozdÏluje chromozom na dvÏ Ë·sti zvanÈ ramena. VÏtöina chromozom˘ ËlovÏka pat¯Ì mezi submetacentrickÈ ñ jedno rameno majÌ kratöÌ ñ rameno p , druhÈ delöÌ ñ rameno q. V obou leûÌ genovÈ lokusy.

Orientace v obou ramenech je dnes snadn· a p¯esn· dÌky metodÏ prouûkov·nÌ (pruhov·nÌ) chromozom˘. SpoËÌv· ve specifickÈm nabarvenÌ chromozom˘ v mikroskopickÈm prepar·tu, kter˝m vzniknou po dÈlce kaûdÈho z nich p¯ÌËnÈ prouûky. Ty jsou r˘znÏ öirokÈ a vz·jemnÏ oddÏlenÈ opÏt r˘znÏ öirok˝mi nezbarven˝mi prouûky. Na kaûdÈm chromozomu se tak objevÌ specifick˝ ñ pro dan˝ barvicÌ systÈm a takÈ pro f·zi mitÛzy charakteristick˝ ñ vzorec p¯ÌËnÈho prouûkov·nÌ (obr. 10).

E U K A R Y O N T N Õ C H R O M

O Z O M Y

Klasick· genetika

d¯eÚ nukleozomu DNA

METAF¡ZOV› CHROMOZOM

CHROMATIDA (700 nm)

CHROMATINOV… VL¡KNO (300 nm)

histon H1 histony DNA (2 nm)

p¯ÌËn˝ pr˘¯ez (30 nm)

Ñvmeze¯en·ì DNA a histon H1

oktamer histon˘

146 p·r˘ b·zÌ DNA

2 NUKLEOZOMY (pr˘mÏr 11 nm)

8. SchÈma shrnujÌcÌ hierarchickou molekul·rnÌ stavbu eukaryontnÌho chromozomu (morfologickou jednotkou je nukleozom)

25 Klasick· genetika

Klasick· genetika

Podle toho, kterÈ z obou pohlavÌ je homogametickÈ a kterÈ heterogametickÈ, se rozliöujÌ dva typy chromozomovÈho urËenÌ pohlavÌ ñ typ Drosophila (str. 12) a typ Abraxas (Abraxas grossulariata ñ pÌÔalka angreötov·).

K typu Drosophila, u nÏhoû homogametickÈ je pohlavÌ samiËÌ (ûenskÈ), pat¯Ì vÏtöina ¯·d˘ hmyzu, nÏkterÈ druhy ryb a plaz˘, vÏtöina savc˘ (vËetnÏ ËlovÏka ñ obr. 14, 15) a takÈ vÏtöina dvoudom˝ch rostlin. ÿadÌme sem i ty skupiny organism˘, kde heterogametickÈ samËÌ pohlavÌ je urËeno gonozomovou konstitucÌ X0 (nÏkterÈ druhy rovnok¯ÌdlÈho hmyzu, vËely, ploötice). Zde se tvo¯Ì 50 % gamet bez gonozomu.

U organism˘ s chromozomov˝m urËenÌm pohlavÌ typu Abraxas je naopak samiËÌ pohlavÌ heterogametickÈ (XY) a samËÌ homogametickÈ (XX). Takto je urËeno pohlavÌ u vöech pt·k˘, u mot˝l˘ a u nÏkter˝ch obojûivelnÌk˘. U rostlin je tento typ ojedinÏl˝.

ExistujÌ ovöem i druhy, kde pohlavÌ nenÌ urËeno dvojicÌ gonozom˘, ale interakcÌ nÏkolika autozom·lnÌch gen˘ (nap¯. lumËÌkovitÌ ñ Braconidae).

XY 1 2 3 4 5 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 XX 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617 18 19 20 2122 6 7 8 9 10

15. StandardnÌ karyotyp ËlovÏka ñ muûe a ûeny

XY XX

14. Symboly chromozomovÈho urËenÌ pohlavÌ ËlovÏka

Znaky v·zanÈ na pohlavÌ

Gonozomy X a Y nejsou heterologickÈ v celÈm svÈm rozsahu. Na konci kratöÌho ramena (p) nesou oba kratiËkou pseudoautozom·lnÌ oblast (obr. 10), kter· vykazuje vysok˝ stupeÚ vz·jemnÈ homologie nukleotidovÈ sekvence DNA. LeûÌ v nÌ lokusy s alelami t˝chû gen˘, podobnÏ jako je tomu v p·rech autozom˘. P¯i meiÛze tu takÈ probÌh· mezi gonozomy X a Y p¯ek¯ÌûenÌ se vöemi d˘sledky jako u autozom˘ po celÈ jejich dÈlce.

V tÈto oblasti bylo dosud lokalizov·no sedm gen˘: mj. geny MIC-2 (pro specifick˝ protein bunÏËnÈho povrchu) a CSF 23 (pro proteinov˝ faktor podporujÌcÌ r˘st granulocyt˘ a makrof·g˘ p¯i jejich pÏstov·nÌ v kultu¯e ñ in vitro).

NejvÏtöÌ Ë·st ramena p a celÈ rameno q obou gonozom˘ jsou ovöem heterologickÈ. Geny v heterologickÈ oblasti gonozomu Y se vyskytujÌ jen u heterogametickÈho pohlavÌ (u ËlovÏka jen u muû˘), a dÏdÌ se tedy d˘slednÏ patroklinnÏ Ëi matroklinnÏ, vûdy z rodiËe XY na vöechny potomky XY, tedy u vÏtöiny savc˘ vËetnÏ ËlovÏka ze samc˘ (muû˘) na vöechny samce (muûskÈ potomky), u mot˝l˘ a pt·k˘ ze samic na samiËÌ potomky. Kaûd˝ takov˝ gen je pochopitelnÏ monoploidnÌ (viz odstavec NumerickÈ aberace chromozom˘), a projevuje se tedy vûdy jako dominantnÌ. V˝znamn· je kr·tk· genov· oblast oznaËen· SRY (sex-determining region) na ramenu Yp. JejÌ prim·rnÌ produkt je onÌm chemick˝m sign·lem, kter˝ v prav˝ okamûik ranÈho embryon·lnÌho v˝vinu ÑzapÌn·ì diferenciaci varlat z p˘vodnÏ nediferencovanÈho, spoleËnÈho z·kladu ûl·z obou pohlavÌ.

TermÌn gonozom·lnÌ dÏdiËnost obvykle vyjad¯uje dÏdiËnost gen˘ lokalizovan˝ch v rozs·hlÈ, velmi v˝znamnÈ heterologickÈ oblasti gonozomu X (viz kap. Gonozom·lnÌ dÏdiËnost).

⁄koly k prom˝ölenÌ a procviËov·nÌ

1. Jak je moûnÈ udrûet trval˝ sled generacÌ rostlinn˝ch odr˘d s lich˝mi n·sobky chromozomov˝ch sad?

2.NajdÏte v lidskÈm organismu p¯Ìklady znak˘ monogennÌch a polygennÌch.

3. Pokuste se shrnout rozdÌly genetick˝ch projev˘ bunÏËnÈho j·dra eukaryontnÌho a prokaryontnÌho.

4. Uvaûte, zda je moûnÈ k orientaci v prokaryontnÌm chromozomu vyuûÌt metodu prouûkov·nÌ.

5. V kvÏtu rostliny, kter· m· 4 p·ry chromozom˘ (aa, bb, cc, dd), dojde k samospr·öenÌ. Kterou z n·sledujÌcÌch chromozomov˝ch kombinacÌ bude mÌt potomstvo: ab, cd, abcd, aabb, ccdd, aabbccdd, aaaabbbbccccdddd?

Klasick· genetika

pravidly, kter· se uplatÚujÌ p¯i dÏdiËnosti jednoho genu. Segregace alel jednoho p·ru do gamet p¯itom nez·visÌ na segregaci alel druhÈho p·ru (obr. 22). Tento jev se naz˝v· kombinace alel v gamet·ch. Takovou dÏdiËnost je moûno vyj·d¯it n·sledujÌcÌm schÈmatem:

AABB aabb ×

Gamety

Dvojit˝ hybrid AaBb tedy tvo¯Ì 4 typy gamet (vzhledem ke dvÏma sledovan˝m alelov˝m p·r˘m), kterÈ se p¯i vzniku generace F2 mohou vöechny vz·jemnÏ kombinovat. V˝hodnou pom˘ckou pro odvozenÌ vöech moûn˝ch kombinacÌ tÏchto Ëty¯ typ˘ gamet je kombinaËnÌ Ëtverec, kter˝ je ovöem v tomto p¯ÌpadÏ sloûitÏjöÌ neû p¯i dÏdiËnosti jednoho genu:

AB Ab aB ab

AB AABBAABbAaBBAaBb

Ab AABbAAbbAaBbAabb

aB AaBBAaBbaaBBaaBb ab AaBbAabbaaBbaabb

NÏkterÈ z tÏchto öestn·cti kombinacÌ se ve Ëtverci opakujÌ. SkuteËn˝ poËet vöech moûn˝ch genotyp˘ v F2 je 9, tj. 32 . Jestliûe jsou alely A a B ˙plnÏ dominantnÌ nad alelami a a b, vzniknou (p¯i dostateËnÈm poËtu jedinc˘ v tÈto generaci) 4 r˘znÈ fenotypy (4 = 22), a to v tomto ötÏpnÈm pomÏru:

9:3:3:1

1. znak:dom.dom.rec.rec.

2. znak:dom.rec.dom.rec.

ObecnÏ lze p¯i nez·vislÈ dÏdiËnosti n gen˘ v generaci F2 vyötÏpit 2n r˘zn˝ch fenotyp˘ a 3n r˘zn˝ch genotyp˘. Ze ölechtitelskÈho hlediska je d˘leûitÈ, ûe ke dvÏma homozygotnÌm genotyp˘m (AABB a aabb ), kterÈ se vyskytovaly uû v p¯edchozÌch generacÌch, p¯ib˝vajÌ p¯i nez·vislÈ dÏdiËnosti dvou gen˘ v F 2 dva dalöÌ, AAbb a aaBB (obr. 24). Organismy s tÏmito homozygotnÌmi genotypy majÌ novÈ kombinace znak˘ a mohou b˝t v˝chodisky pro vypÏstov·nÌ jejich Ëist˝ch liniÌ.

Klasick· genetika

ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆˆ ˆ A

AaBb ˆ ˆˆˆˆ ˆ ˆ ˆ Ab AB aBab AaBb ˆ ˆˆˆˆ ˆ ˆ ˆ Ab AB aBab

BA Ba ba b

23. DÏdiËnost tvaru a barvy semen hrachu setÈho ( Pisum sativum) ñ celkovÈ schÈma. Mendelovsk˝ dihybridismus s ˙plnou dominancÌ kulatÈho tvaru semen ûlutÈ barvy (svÏtlÈ kresby). Kulat˝ tvar (A) a ûlut· barva (B) jsou dominantnÌ, hranatÏ svraötÏl˝ tvar (a) a zelen· barva (b) jsou recesivnÌ (tmavÈ kresby); podrobn˝ rozbor schÈmatu je na obr. 24a a 24b

AABB aabb AAbb aaBB

P × ×

ûlutÈ kulatÈzelenÈ svraötÏlÈ ûlutÈ svraötÏlÈ zelenÈ kulatÈ

ûlutÈ kulatÈ (v obou p¯Ìpadech k¯ÌûenÌ)

24. DihybridnÌ k¯ÌûenÌ rostlin hrachu vyrostl˝ch z dvojitÏ homozygotnÌch semen: ûlutÈho kulatÈho (dominantnÌ forma znaku) a zelenÈho svraötÏlÈho (recesivnÌ forma znaku).

a) K¯ÌûenÌ homozygotnÌch rostlin vyrostl˝ch ze semen ûlut˝ch svraötÏl˝ch a zelen˝ch kulat˝ch vede v prvnÌ generaci ke stejnÈmu v˝sledku

Klasick· genetika

ˆ ˆ ˆ ˆ

zr·nÌ

opylenÌ opylenÌ

F1 P F2 3:3:1 9 × :

AB ab Ab aB

gamet

AaBb

Klasick· genetika

b) Znaky semen potomstva heterozygot˘ generace F1 (vzniklÈho vz·jemn˝m zk¯ÌûenÌm nebo samoopylenÌm) naznaËuje kombinaËnÌ Ëtverec

Jednoduch˝m p¯Ìkladem dÏdiËnosti dvou gen˘ s ˙plnou dominancÌ u zvÌ¯at je dÏdiËnost barvy a tzv. pl·öùovosti srsti (celotÏlovÈho Ëi strakatÈho rozloûenÌ zbarvenÌ).

Barva srsti je urËena genem B (dominantnÌ alela kÛduje barvu Ëernou, recesivnÌ alela barvu Ëervenou) a jejÌ pl·öùovost genem S (dominantnÌ alela kÛduje zbarvenÌ celotÏlovÈ, recesivnÌ zbarvenÌ skvrnitÈ ñ strakatÈ). Z k¯ÌûenÌ celotÏlovÏ ËernÈho zvÌ¯ete s ËervenÏ strakat˝m (homozygota dominantnÌho v obou znacÌch s recesivnÌm v obou znacÌch), BBSS x bbss, vznik· uniformnÌ generace heterozygot˘ v obou znacÌch (vöechna zvÌ¯ata jsou celotÏlovÏ Ëern·) BbSs. (Na pohlavÌ nez·leûÌ, ani u rodiË˘, ani u potomk˘; oba znaky jsou autozom·lnÌ a vz·jemnÏ nez·vislÈ, v˝sledky reciproËnÌho k¯ÌûenÌ jsou stejnÈ.) V generaci F2 pak vznikajÌ 4 fenotypy: zvÌ¯ata celotÏlovÏ Ëern·, celotÏlovÏ Ëerven·, strakatÏ Ëern· a strakatÏ Ëerven· ve ötÏpnÈm pomÏru 9 : 3 : 3 : 1; r˘zn˝ch genotyp˘ je pochopitelnÏ 32 = 9 (obr. 25). Ve vöech obdobn˝ch p¯Ìpadech je dosaûeno takÈ obdob-

F1 × AABB AaBb AABb AaBB AB AaBbAaBb F2 AABb AaBB AAbb AaBb Aabb aaBb aabb aaBb Aabb AaBb Ab aB ab AB Ab aB ab aaBB AaBb

n˝ch v˝sledk˘, jestliûe oba z˙ËastnÏnÈ geny nejen leûÌ v chromozomech r˘zn˝ch p·r˘, ale jestliûe takÈ û·dn· alela û·dnÈho z nich nijak neomezuje ûivotaschopnost sv˝ch nositel˘.

25. KombinaËnÌ Ëtverec dihybridismu. SchÈma sleduje dva nez·visle dÏdiËnÈ znaky srsti skotu, oba s ˙plnou dominancÌ: barvu ñ dominantnÌ je Ëern·, B ( black ñ Ëern˝), ËernÈ kresby, recesivnÌ je Ëerven·, b (v obr·zku rovnomÏrnÏ teËkovanÈ kresby), a tzv. pl·öùovost ñ dominantnÌ je celotÏlovÈ zbarvenÌ, S (sole ñ prost˝), recesivnÌ je skvrnitost, s

P × BBSS BbSs BBSs BbSS BS BbSs BbSs F1 BBSs BbSS BBss BbSs Bbss bbSs bbss bbSs Bbss BbSs Bs bS bs BS Bs bS bs bbSS BbSs F2 × BBSS bbss Klasick· genetika

vznik· aû po jejich zplozenÌ, nejËastÏji aû po narozenÌ. (VÏtöinou jde o drobn˝ rozdÌl v nÏkterÈm polygennÌm znaku.)

DvojËata jsou jedineËn˝m studijnÌm materi·lem pro zjiöùov·nÌ mÌry dÏdiËnÈ podmÌnÏnosti (dÏdivosti) znak˘.

Kaûd˝ znak organismu je do jistÈ mÌry d·n dÏdiËnÏ, do jistÈ mÌry vlivy vnÏjöÌho prost¯edÌ. MÌra dÏdiËnÈho urËenÌ znaku v procentech se naz˝v· jeho dÏdivost ñ heritabilita. DvojËata n·m umoûÚujÌ zjiöùovat dÏdivost znaku matematick˝mi postupy, zejmÈna podle vzorce:

KMZ ñ KDZ

H = óóóóóóóó100 % ñ KDZ

H ñ dÏdivost, K ñ konkordance, tj. v˝skyt shodnÈ formy znaku u obou Ëlen˘ p·r˘ dvojËat jednovajeËn˝ch ñ monozygotnÌch (MZ), nebo dvouvajeËn˝ch ñ dizygotnÌch (DZ) udan· v procentech .

Znak je urËen dÏdiËnÏ v tÌm vÏtöÌ mÌ¯e, ËÌm ËastÏji jsou v nÏm shodn· obÏ jednovajeËn· dvojËata a ËÌm mÈnÏ Ëasto jsou v nÏm shodn· dvojËata dvouvajeËn·.

V›ZKUM RODOKMENŸ

Rodopis (genealogie) je nejbÏûnÏjöÌ metodick˝ postup genetiky ËlovÏka. Je to anal˝za rodovÈho v˝skytu urËitÈho znaku, jejÌû v˝sledky se vyjad¯ujÌ graficky genealogick˝mi schÈmaty, konstruovan˝mi za pouûitÌ mezin·rodnÏ srozumiteln˝ch grafick˝ch symbol˘ (obr. 36, 37, 38 ).

sÚatek

ûena

jedinec neudanÈho pohlavÌ

nositel znaku (zpravidla postiûen˝ jedinec)

heterozygot s recesivnÌ alelou

p¯Ìbuzensk˝ sÚatek

dva sÚatky tÈhoû muûe

sourozenci

dvojËata dvouvajeËn·

dvojËata jednovajeËn·

36. Mezin·rodnÏ dohodnutÈ symboly, z nichû se sestavujÌ genealogick· (rodokmenov·) schÈmata

muû

Klasick· genetika

37. ModelovÈ schÈma dÏdiËnosti autozom·lnÏ dominantnÌch a recesivnÌch fenotypov˝ch znak˘ ve vöech teoreticky moûn˝ch alelov˝ch kombinacÌch, podle pravdÏpodobnosti jejich rozdÏlenÌ v potomstvu: a) DÏdiËnost alely A s ˙plnou dominancÌ. b) DÏdiËnost alely b s ˙plnou recesivitou; Ëern˝ krouûek znaËÌ jedince, kter˝ m· p¯Ìsluön˝ znak (bez ohledu na pohlavÌ), bÌl˝ krouûek jedince bez znaku, teËka uprost¯ed oznaËuje heterozygotnÌho p¯enaöeËe recesivnÌ alely

38. ModelovÈ schÈma dÏdiËnÈho v˝skytu chorob dan˝ch genovou mutacÌ ve t¯ech generacÌch, p¯i

vöech teoreticky moûn˝ch zp˘sobech dÏdiËnosti autozom·lnÏ dominantnÌ autozom·lnÏ recesivnÌ polygennÌ gonozom·lnÏ recesivnÌ gonozom·lnÏ dominantnÌ mitochondri·lnÌ a) b) AA AAAA Aa AAaa AA Aa Aa aa BB BBBB Bb BBbb × × × × × × Aa AaAa aa aa aa Bb BbBb bb bb bb × × × × × × Aa Aa aa aaaa aa aa aaBB Bb Bb bbBb Bb bb bb Bb Bb Bb Bb AA AA AA AA AA AA Aa Aa Aa Aa Aa Aa BB BB BB BB BB BB Bb Bb Bb Bb Bb Bb

genetika

Klasick·

smÏ¯uje likvidace odpadnÌch l·tek a neû·doucÌch ökodlivin ve vod·ch i v p˘dÏ, rovnÏû geneticky Ñobohacen˝miì bakteriemi. GenovÈ inûen˝rstvÌ uû m· za sebou i prvnÌ kr˘Ëky v genovÈ terapii tÏûk˝ch dÏdiËn˝ch chorob ËlovÏka.

GENOV¡ TERAPIE

DneönÌ metodickÈ moûnosti molekul·rnÌ genetiky otev¯ely cestu i k v˝zkumu p¯ÌmÈ n·pravy genov˝ch mutacÌ v genomu ËlovÏka, tedy ke kauz·lnÌmu (p¯ÌËinnÈmu) lÈËenÌ (terapii) jeho molekul·rnÌch dÏdiËn˝ch chorob. Cestou je transgenoze funkËnÌch alel do lidsk˝ch bunÏk; konkrÈtnÏ jde o to napravit nefunkËnost mutovanÈho genu v buÚk·ch urËitÈ tk·nÏ

tÌm, ûe se do nich vpravÌ p¯Ìsluön· funkËnÌ alela, kter· zajistÌ syntÈzu chybÏjÌcÌho genovÈho produktu. RealizaËnÌ moûnosti tohoto lÈËenÌ jsou ovöem zatÌm velmi omezenÈ, a to p¯edevöÌm proto, ûe pro nÏ p¯ich·zejÌ v ˙vahu jen ty buÚky, kterÈ se v organismu Ëile mnoûÌ, jejichû genov˝ materi·l se v opakovan˝ch cyklech zdvojuje, a zajiöùuje tak Ñvertik·lnÌì öÌ¯enÌ vöech ñ tedy i terapeuticky vnesen˝ch ñ gen˘ v cÌlovÈm org·nu. Tento p¯edpoklad splÚujÌ p¯edevöÌm kmenovÈ krvetvornÈ buÚky kostnÌ d¯enÏ (z nichû se diferencujÌ mj. lymfocyty), d·le buÚky koûnÌ a buÚky nÏkter˝ch epitel˘ vnit¯nÌch org·n˘.

KmenovÈ jadernÈ krevnÌ buÚky lze snadno zÌskat z kostnÌ d¯enÏ pacienta, v laborato¯i je buÔ infikovat vhodn˝m virov˝m vektorem s rekombinantnÌ DNA, nebo p¯Ìmo pouûÌt izolovanou genovou DNA ñ a takto ÑgenovÏ vylÈËenÈì je injekËnÏ vpravit zpÏt do ploch˝ch kostÌ pacienta (obr. 63). P¯edpokl·d· se, ûe se budou v kostnÌ d¯eni dÏlenÌm mnoûit a vyvÌjet se ve zralÈ formy a ûe sv˝m potomstvem postupnÏ nahradÌ buÚky nesoucÌ vadn˝, mutovan˝ a nefunkËnÌ gen.

Praxe zatÌm bohuûel ukazuje, ûe korigovanÈ buÚky z tk·nÏ zpravidla postupnÏ vymizÌ, a tak je nutno genovou terapii periodicky opakovat.

Genov· terapie je ovöem zatÌm st·le ve f·zi v˝voje. Dosud p¯evaûujÌ jejÌ aplikace p¯i cystickÈ fibrÛze a n·dorov˝ch onemocnÏnÌch, vypl˝vajÌcÌch z mutacÌ konkrÈtnÌch gen˘. Avöak aû asi 15 % probÌhajÌcÌch v˝zkumn˝ch projekt˘ se v·ûe k chorob·m s polygennÌ genovou dispozicÌ (mj. k prim·rnÏ zv˝öenÈmu krevnÌmu tlaku ñ esenci·lnÌ hypertenzi ñ a k cÈvnÌm poruch·m).

Metodick˝ postup genovÈ terapie lze vöak takÈ vyuûÌt pro obohacov·nÌ genom˘ p¯Ìdatn˝mi, nep¯irozen˝mi geny, a tÌm i nov˝mi prospÏön˝mi funkcemi. IntenzivnÏ se zkoumajÌ nap¯Ìklad moûnosti obohacov·nÌ lidsk˝ch genom˘ genem, jehoû produkt nedovoluje replikaci viru HIV; to by

116 Molekul·rnÌ genetika

lymfocyty T

virov˝ nosiË s funkËnÌm genem

lymfocyty infikovanÈ virov˝m nosiËem

lymfocyty T s funkËnÌm genem za¯azen˝m do genomu

63. SchÈma genovÈ terapie. TÏûk· (smrteln·) kombinovan· imunodeficience (SCID) byla jako prvnÌ dÏdiËn· choroba jiû ˙spÏönÏ vylÈËena genovou terapiÌ (bohuûel zdaleka ne ve vöech p¯Ìpadech). JejÌ tÏûkÈ p¯Ìznaky vypl˝vajÌ z neschopnosti pacientov˝ch T-lymfocyt˘ vytv·¯et enzym adenosin deaminasu (ADA). K p¯enesenÌ funkËnÌho genu d·rce do lymfocyt˘ pacienta je vyuûit virov˝ vektor

znamenalo vy¯eöenÌ lÈËby, ale i prevence AIDS. StejnÏ je moûnÈ preventivnÏ postupovat i v jin˝ch p¯Ìpadech (nap¯. ûen·m s mutantnÌ alelou, kter· je predisponuje k rakovinÏ prsu, lze do bunÏk vloûit geny s cÌlen˝m ochrann˝m ˙Ëinkem).

⁄koly k prom˝ölenÌ a procviËov·nÌ

1. Jak mÏnÌ reverznÌ transkripce Ñ˙st¯ednÌ dogmaì molekul·rnÌ biologie (tj. pouËku o vûdy jednosmÏrnÈm postupu genovÈ exprese)?

2. Do jakÈ mÌry je opr·vnÏn· obava, ûe potrava z genovÏ upraven˝ch (modifikovan˝ch) rostlin ohroûuje zdravÌ?

3. ProË musÌ b˝t u n·s potraviny z genovÏ modifikovan˝ch organism˘ v obchodech z¯etelnÏ oznaËeny?

4. Uvaûte, zda se m˘ûe gen pro rezistenci v˘Ëi ökodlivÈmu hmyzu nepozorovanÏ p¯enÈst na plevelnÈ rostliny. Do jakÈ mÌry je to pravdÏpodobnÈ a proË? Jak˝ praktick˝ dopad by to mÏlo?

5. M˘ûe dneönÌ genov· terapie souËasnÏ nahrazovat nefunkËnÌ alely funkËnÌmi p¯Ìmo v jejich chromozomov˝ch lokusech?

6. JakÈ moûnosti ñ û·doucÌ a neû·doucÌ ñ by se otev¯ely kombinacÌ metodick˝ch postup˘ genov˝ch p¯enos˘ a klonov·nÌ?

117 Molekul·rnÌ genetika

Ucelená řada učebnic k výuce biologie ve čtyřletém gymnáziu