400100710011-Bitki Hücre Biyolojisi http://biotek.ankara.edu.tr/ 400100710011-Bitki Hücre Biyolojisi Prof. Dr. Ali ERGÜL Ankara Üniversitesi, Biyoteknoloji Enstitüsü

HAFTA-1 Bitki Hücre Biyolojisine Giriş-Bitki Hücre Biyolojisinde Temel Kimya Prensipleri HAFTA-2 Biyomoleküller HAFTA-3 Hücresel Membranların Yapısı ve Fonksiyonları, Subcellular (Hücre içi) Organellerin Yapısı ve Fonksiyonları HAFTA-4 Biyomoleküllerin Membranlar Arası Hareketi-I HAFTA-5 Biyomoleküllerin Membranlar Arası Hareketi-II HAFTA-6 Bitkilerde Mitoz-Mayoz Bölünme HAFTA-7 Mendel Genetiği-I HAFTA-8 Mendel Genetiği-II HAFTA-9 Protein Sentezi-I HAFTA-10 Protein Sentezi-II HAFTA-11 Kloroplast, Mitokondriyal Protein Sentezi HAFTA-12 Fotosentez HAFTA-13 Bitki Hormonları HAFTA-14 Sinyal İletimi

HAFTA 7: MENDEL GENETİĞİ-I

Mendel Genetiği Genetiğin temelini oluşturan kavramların en önemlileri Mendel (1822-1884)’in bezelye bitkileriyle uzun yıllar boyunca yaptığı melezleme çalışmalarından elde ettiği bulgulara dayanan yorumlardır. Mendel’in Araştırmalarında Bezelye Bitkisi Kullanmasının Avantajları; Bezelye bitkisi hızlı ve kolay büyüyen bir bitkidir. Bir yıl içinde birden fazla kuşak üzerinde çaprazlama çalışmaları yapılabilmektedir. Bezelye bitkisinin üreme sistemi kolayca kontrol edilebilir (kendi kendine döllenme) durumdadır.

Mendel Genetiği Mendel’in Kalıtım Araştırmaları:Mendel kalıtım çalışması için; 7 ayrı karakter bakımından birbirinden kolayca ayırt edilebilen değişik bezelyeler seçmiştir (Ör; arı soylardan biri sarı renkli tohumlara sahipken, diğer arı soy yeşil renkli tohuma sahiptir). Mendel’in bezelyede şeçmiş olduğu 7 özellik   Çiçek Rengi Çiçeklenme Pozisyonu Bezelye Rengi Bezelye Biçimi Tohum zarfı Rengi Tohum zarfi biçimi Gövde yüksekliği Dominant Menekşe Aksiyel Sarı Düz Yeşil Şişkin Uzun Resesif Beyaz Terminal Buruşuk Boğumlu Kısa

Mendel Genetiği Çalışmasında hem kendi kendine döllenmeyi, hem de çapraz döllemeyi (iki farklı birey arasında döllenme) uygulamıştır. Denemenin başında bezelyeleri kendi kendine döllenmeye bırakarak, kullanacağı her bir arı soyun gerçekten arı soy olduğunu kanıtlamıştır. Arı soydan emin olmak için onları iki yıl boyunca çaprazlayarak denemiştir. Arı soy bitkiler,incelenen karakter bakımından homozigottur. Bu soylarda kuşaklar boyu hep aynı özellikler görülmektedir. Diğer bir deyişle bir arı soy içindeki bireyleri sarı tohum veriyorsa, bunların F1 jenerasyonları da daima sarı tohum verecektir.

Mendel Genetiği Mendel denemelerinde, belirli bir karakteri gösteren bezelye bitkisinin çiçeğindeki anterleri kesip atmış, bu çiçekteki pistilleri aynı karakterin karşıt özelliğini gösteren bitkiden alınan polenlerle çapraz döllemiştir. Ör; Mor çiçekli bitkilerin pistilleri ile beyaz çiçekli bitkilerin polenleri ile ve beyaz çiçekli bitkilerin pistilleri ile mor çiçekli bitkilerin polenleri ile çapraz döllenme sonucu her iki durumda da ortaya çıkan yavru bireyler, bu iki arı soydan elde edilen hibritlerdir. Elde edilen hibrit bireyleri kendi aralarında birkaç kuşak boyunca kendi kendine döllenmeye bırakmıştır.

Monohibrit Çaprazlama F1 kuşağı; Mor çiçekli bezelyeler ile beyaz çiçekli bezelyeler arasında çapraz döllenme yapılmış ve meydana gelen hibrit bireylerin hepsinin mor çiçekli olduğunu gözlemlenmiştir. Toplam 7 özellikte yaptığı F1 çalışmalarının hepsinde, her bir karakterden sadece biri F1’de kendini göstermiş, karakterin öteki formu (beyaz çiçekli gibi) gizli kalmış veya açığa çıkamamıştır. Mendel F1 kuşağında kendini gösteren karakteri baskın (dominant) olarak, kendini gizleyen karakteri de çekinik (resesif) olarak nitelendirmiştir. Bu durumda mor çiçek rengi beyaz çiçek rengi özelliğine baskın gelmiştir. Sonuç olarak, monohibrit çaprazlamalar sonucu oluşan F1 kuşağı; çekinik ve baskın karakterlerin açıklanmasını sağlamıştır. Mor çiçekli bezelye X Beyaz çiçekli bezelye Mor çiçekli bezelye- Mor çiçekli bezelye- Mor çiçekli bezelye- Mor çiçekli bezelye F1 kuşağında meydana gelen mor çiçekli bitkiler

F2 Generasyonu Mendel F1 bireylerinde hepsini kendi kendine döllenmeye bırakmış ve buradan elde edilen tohumları büyüterek, F2 bireylerinde incelemiştir. Araştırmada F1 kuşağında gözlemlenmeyen çekinik karakterlerin (beyaz çiçekli bezelyeler gibi), F2 bitkilerinde belirli sayıdaki bireyde ortaya çıktığını gözlemlemiştir. Mendel hepsi mor çiçekli olan bezelyelerden F1 bireylerindeki döllenmeler sonucunda 929 adet F2 bireyi elde etmiş ve bunların 705 (%75.9) tanesinin mor çiçekli, 224 (%24.1) tanesinin ise beyaz çiçekli olduğunu gözlemlemiştir. Bu oranların diğer karakterlerde de hemen hemen aynı olduğunu gözlemlemiştir. Buna göre, çalışılan her bir karakter bakımından F2 kuşağındaki bireylerin 3/4’ü dominant, 1/4'ü resesif formlar göstermektedir. Özetle; baskın karakter: çekinik karakterin oranı 3:1 olmaktadır.

F2 Generasyonu Polen Pistil B b BB Bb bb F2 kuşağında dominant karakter taşıyan bireylerin, resesif karakter taşıyan bireylere oranı 3:1(3 mor renkli ve 1 beyaz renkli) olmaktadır. Çiçek rengi faktörünün düzenlenme (kombinasyon) oranı ise 1;2;1’ dir (1BB, 2Bb,1bb)   Polen Pistil B b BB Bb bb

Dihibrid Çaprazlama Mendel, iki karakteri aynı anda: örneğin tohum şekli (buruşuk; yuvarlak) ve tohum rengi (sarı ve yeşil); ‘yuvarlak ve sarı’ ve ‘buruşuk ve yeşil’ çaprazlamalarında oluşan F1’lerin hepsi baskınlık nedeniyle ‘yuvarlak ve sarı’ bulunmuştur (Sarı yeşile, düzgünlük, buruşukluğa baskındır). F1’lerin kendi aralarında çaprazlanmasında ise fenotip oranını, 9:3:3:1 olarak elde etmiştir (4 farklı fenotip çeşidi belirlenmiştir). Elde edilen genotip oranı ise 32’ den 9’dur. Kendileşme çaprazlamalarında genotip sayısı 3n olarak hesaplanmaktadır.

Gen, Alleler ve Kromozom Açısından Mendel Modeline Bakış Mendel’in çalışmalarında bir karakteri kontrol eden bir genin, iki farklı alleli olmaktadır. Mendel bu allellerin bitki hücresi içerisinde nerede olduğunu açıklayamamıştır.Mendel, bu faktörlerin (allellerin), resesif karakterlerin ortaya çıkmasını sağlayacak şekilde F2 kuşağında bağımsız ayrıldığını biliyordu ancak bu faktörlerin altında yatan temel mekanizmayı bilmiyordu. Mayoz bölünme sırasında homolog kromozom çiftleri birbirinden ayrılmakta ve bu homolog kromozomlardan her biri belirli bir karakter için farklı allelleri taşıyorsa, mayoz sonucunda oluşan hücreler farklı allelleri taşımaktadırlar. Özetle; farklı karakterlere ait allellerin eşey hücrelerinde bir araya gelmeleri birbirinden bağımsızdır ve rastlantıya bağlı durumdadır. Resesif bir geni taşıyan bir gamet, aynı karakter için yine resesif bir geni taşıyan başka bir gametle birleşince, alleller yeni kombinasyonlar oluşturmakta ve resesif karakterler yeniden ortaya çıkmaktadır (mayoz bölünme).

Homolog Kromozom Görünüş olarak birbirine benzeyen ve aynı karakterleri kontrol eden genleri taşıyan her koromozom çifti homolog koromozomdur. Belirli bir karakteri kontrol gen,homolog kromozomlar üzerinde karşılıklı olarak aynı noktada, aynı lokusta yer almaktadır.

Homozigot Heterozgot, Fenotip, Genotip Homozigot: Homolog kromozom çiftinin her bir üyesi, belirli bir karakter bakımından aynı allelleri taşırsa (BB gibi) böyle bir birey o karakter/özellik bakımından homozigot bir bireydir. Heterozigot: Homolog kromozom çiftinin her bir üyesi, belirli bir karakter bakımından farklı allelleri taşırsa (Bb gibi) böyle bir birey o karakter/özellik bakımından heterozigot bir bireydir. Heterozigot bireylerde, bir allel karşıt allele karşı çoğu zaman dominant olarak davranmaktadır. Fenotip: bir özelliğin fiziksel/morfolojik olarak gözlenen karakterlerine denilmektedir. Genotip: fenotipi belirleyen fakat kolayca gözlemlenmeyen genetik alt yapıya denilmektedir.

Eksik Baskınlık Zıt özellikli(beyaz-kırmızı çiçekli) ebeveynler arasındaki çaprazlama sonucunda bazen ara fenotipte yavru bireyler oluşabilmektedir. Örneğin; kırmızı çiçekli akşamsefası ya da aslanağzı, beyaz çiçekli olanlarla çaprazlanırsa yavru döller pembe çiçekli olacaktır. Çünkü ara renk pembe çiçekli F1 hibritlerinde bir miktar kırmızı pigment vardır ve ne kırmızı ne de beyaz renkli çiçek baskındır. Bu durum eksik baskınlık olarak bilinmektedir.

Eş Baskınlık Eğer tek bir genin iki alleli, farklı ve saptanabilir iki gen ürünü oluşturursa, eksik baskınlıktan ya da baskınlık/çekiniklik durumundan farklı bir durum ortaya çıkmaktadır. Bu durumda, heterozigotlardaki her iki allelin birlikte ifadesine kodominans (eş baskınlık) denilmektedir.

Mendel Genetiği Heterozigot bireylerde ise fonksiyonel protein fonksiyonel allel tarafından üretilmekte bu allel de dominant olarak adlandırılmaktadır (Örn: Albinizm). Mendelin ilk yasasının moleküler temeli: Bezelyelerde olduğu gibi diploid organizmalarda 2 kromozom seti bulunurken haploitlerde (gamet) tek kromozom seti bulunmaktadır. Gametler özelleşmiş hücrelerden mayoz bölünme sonucu oluşmaktadırlar. Heterozigot (A/a) olan hücrede mayoz bölünme sırasında A’ yı taşıyan kromozom a’yı taşıyanın aksi yönünde (karşısında) yer almaktadır. Sonuçta gametlerin yarısı A, yarısı a taşıyacaktır.

Ders Kapsamında Yararlanılan Kaynaklar Hücrenin Moleküler Biyolojisi, 2008, Alberts ve ark. ISBN: 9789944252225. Plant Biology (Editors: A.J. Lack and D.E. Evans) 2001. School of Biological and Molecular Sciences, Oxford Brookes University, Oxford, UK.) Plant Cell Biology (Editors: William V. Dashek, Marcia Harrison) 2006. Regulation of Gene Expression in Plants The Role of Transcript Structure and Processing (Editors:Carole L.Bassett).