Mendel ve Gen fikri

Kalıtsal varyasyon ve kalıtım kalıpları Pangenez teorisi_ Hipokrat/ Aristo Blending hipotezi Gregor Mendel 1860 lı yıllar.. 1866 “ bitki melezleri ile çalışmalar” Kalıtım modelini analiz eden ilk kişi Genetiğin temel prensiplerini ortaya koyar Kalıtım mekanizmasını manastır bahçesinde yaptığı çalışmalarla açıklamıştır

Mendel’in deneysel, kantitatif yaklaşımı Mendel bezelyelerle çalışmıştır çünkü; Yetişmeleri kolaydır Ayırt edilebilir kalıtsal özellikli (karakter) çok fazla varyetesi bulunur Çiftleşme kontrol edilebilir (Kolaylıkla manipüle edilebilir) Her çiçek bir stamen ve karpele sahiptir Çapraz polinasyon vardır (farklı bitkiler arasında fertilizasyon): Bir bitkiden alınan poleni diğerinin üzerine silkeleme Kendi kendine döllenebilir (hangisinin hangisiyle döllendiğini sıkıca kontrol edebilmesi)

Mendel (1866) –Ana-babadan kalıtım faktörlerinin (genler) yavrulara aktarıldığını ortaya koydu –Kalıtım faktörlerinin özgünlüklerini (bireyselliklerini) nesilden nesile korumakta olduklarını vurguladı. Karakter; bireyler arasında değişen kalıtabilir özellik, ör; çiçek rengi Özellik; bir karakterin çeşidi, Örnek; pembe ya da mor çiçek

Mendel Bitkilere ait true-breeding varyeteleri oluşturdu (anababaya özdeş döller üreten self-fertilizasyonla meydana gelen varyeteler) İki farklı true-breeding varyetesini çaprazladı (Çapraz-fertilizasyon hibridizasyon veya genetik çaprazlama adını alır) Hibridler iki farklı true-breeding (saf soy) varyetesinin yavrularıdır. Atasal bitkiler (anne ve baba) P jenerasyonudur. Bunlara ait döller F1 jenerasyonudur. F1 bitkilerinin çaprazlanması F2 jenerasyonunu verir.

Petal Stamen (sperm meydana getiren Polen üretir) Karpel (yumurta üretir)

Mendel’in deneysel, kantitatif yaklaşımı Bezelye bitkilerinin çaprazlanması 1 5 4 3 2 Mor çiçektenstamen çıkarılır Beyaz çiçeğin poleni Yumurta taşıyan mor çiçek karpelşne aktarılır Parental generation (P) Döllenme sonrası Bezelyeler oluşur Karpel (dişi) Stamenler (erkek) Bezelye tohumları ekilir Gözlenen döller: Hepsi mor çiçek renkli İlk jenerasyon (F1) UYGULAMA İki true-breeding (saf soy) Varyeteyi çaprazladığında,bilim insanları kalıtım modelini çalışabilir. Bu örnekte Mendel farklı renkteki bezelye bitkilerini çaprazladı. TEKNİK Beyaz çiçeğin poleniyle mor çiçeğin yumurtası döllenirse, F1 hibritlerinin hepsi mor renki olur. Beyaz çiçeğin yumurtası mor çiçeğin poleniyle döllenirse yine aynısı olur (reciprocal cross) SONUÇLAR

Mendel’in ayrışım yasası (dağılım kuralı) tek bir karakterin kalıtımını açıklar Tek bir karakter bakımından farklılık gösteren iki birey arasındaki çaprazlama monohibrit çaprazlama adını alır Mendel monohibrit çaprazlamayı mor çiçekli bir bitki ile beyaz çiçekli bir bitkiyi çaprazlayarak gerçekleştirdi. –F1 jenerasyonunda üretilen tüm çiçekler mor renkşidir. --F1 bitkilerinin birbiri ile çaprazlanması ¾ oranında mor ve ¼ oranında beyaz çiçekkli F2 jenerasyonu üretilir

Mendel’in ayrışım yasası (dağılım kuralı) tek bir karakterin kalıtımını açıklar P jenerasyonu (saf soy anne baba) Mor çiçek Beyaz çiçek  F1 jenerasyonu (hibritler) Tüm bitkiler mor F2 Jenerasyonu 3 mor: 1 beyaz F1 jenerasyonunda fenotipik oran 4 mor F2 jenerasyonunda Fenotipik oran; 3 mor: 1 beyaz

Mendel’in ayrışım yasası (dağılım kuralı) tek bir karakterin kalıtımını açıklar F1 bitkilerinde, sadece mor çiçek rengi faktörü bu hibritlerde çiçek rengini etkilemekteydi: Mendel ; Neden beyaz rengin F1 jenerasyonunda görülmediğini ve Neden F2 jenerasyonunun 1/4 ünde ortaya çıktığını açıklaması gerekiyordu. Mor çiçek rengi baskın (dominant) ve beyaz çiçek rengi çekinik (resesif)

Mendel’in ayrışım yasası (dağılım kuralı) tek bir karakterin kalıtımını açıklar * Mendel aynı kalıtım modelini diğer 6 bezelye bitki karakteri için gözlemledi Karakterler Özellikler

Mendel’in ayrışım yasası (dağılım kuralı) tek bir karakterin kalıtımını açıklar Mendel’in kalıtım Modeli: F2 döllerinde görülen 3:1 kalıtım modelinİ açıklamak üzere 4 hipotez ortaya koydu

1. Genlerin alternatif versiyonları: Alleller 1. Alleller kalıtılan karakterlerdeki çeşitliliğin nedeni olan genlerin alternatif versiyonlarıdır. Allele for purple flowers Locus for flower-color gene Homologous pair of chromosomes Allele for white flowers

2. Her bir karakter için bir organizma anne ve babadan toplam iki allel kalıtır. Bu alleler aynı ya da farklı olabilir. Homozigot genotip özdeş allellere sahiptir. Heterozigot bir genotip iki farklı allele sahiptir. 3. Kalıtılan allel çiftleri farklı ise organizmanın görünüşünü belirleyen allel dominant allel olarak adlandırılır. Diğerinin organizmanın görünüşünde farkedilebilir bir etki göstermez ve bu allel resesif allel olarak adlandırılır – Fenotip bir özelliğin görünüşü ya da ifadesidir – Genotip bir özelliğin genetik yapısıdır. –Aynı fenotip birden fazla genotip tarafından belirlenebilir.

4. Bağımsız Dağılım (ayrışım) kuralı Bir sperm ya da yumurta herbir kalıtılan karakter için sadece bir allel taşır çünkü allel çiftleri gamet oluşumu sırasında birbirinden ayrılır. Bu ifade ayrılma kanunu olarak adlandırılır. Mendel in hipotezleri F2 jenerasyonundaki 3:1 oranını da açıklamaktadır. F1 hibritlerinin hepsi Pp genotipine sahiptirler Punnet karesi bu gametler kombine olduğunda meydana gelebilecek muhtemel allel kombinasyonlarını gösterir

Mendel Yasaları İzotipi ve benzerlik kanunu Ayrılma kanunu Bağımsızlık kanunu

Mendel’in bağımsız dağılım kuralı, olasılık ve Punnet karesi P Jenerasyonu F1 Jenerasyonu F2 Jenerasyon P p Pp PP pp Görünüm: Genetiik yapı: Mor çiçekler PP Beyaz çiçekler Mor çiçekler Pp Görünüm: Genetik yapı: Gametler: Gametlerr F1 sperm F1 yumurtaları 1/2  Ana baba jenerasyonuna ait herbir Saf soy bitkisi özdeş alelel sahiptir: PP or pp. Gametlerin herbiiri(yuvarlaklar) çiçek rengi geni için sadece bir allel içerir. Bu duurmda, bir ata tarafından üretilen her gamet aynı allele sahiptir. Parental gametleri Pp kombinasyonlu F1 hibriti oluştururlar. Çünkü mor renkli çiçek alleli Dominant olduğundan, tüm Hibritler mor çiçeklere sahiptir. Hibrit bitkileri gametler üretirler, iki allel ayrılırlar, Gametlerin yarısı P allelini diğer yarısını p alleli alır 3 : 1 Gametlerin rastgele kombinasyonu Mendel in F2 jenerasyonunda gözlemlediği 3:1 oranıyla sonuçlanır Bu kutu bir Punnet karesidir ve F1  F1 (Pp  Pp) çaprazlamasından Sonuçlanan döllerdeki tüm muhtemel allel kombinasyonarını Gösterir. Her kare eşit olarak olası döllenme ürünlerini Temsil eder. Örneğin, sol alt kutu P spermi ile döllenen p yumurtasından Sonuçlanan genetik kombinasyonunu gösterir

Homolog kromozomlar herbir karakter için alleler taşırlar Lokus, bir genin kromozomdaki özgün yerleşim yeridir. Bir çift homolog kromozom için bir genin allelleri aynı lokusta bulunurlar. –Homozigot bireyler her iki homologlarında aynı allele sahiptir. –Heterozigot bireyler her bir homologta farklı bir allele sahiptir

Belli bir gen için homozigot olan bir organizma O gen için bir çift özdeş allele sahiptir Saf soy verir Belli bir gen için heterozigot olan bir organizma O gen için farklı olan bir çift allele sahiptir

Fenotip & genotip Phenotype Genotype Purple PP (homozygous) Pp 3 1 2 Phenotype Purple White Genotype PP (homozygous) Pp (heterozygous) pp Ratio 3:1 Ratio 1:2:1

Bağımsız dağılım kuralı iki karakteri aynı anda takip ederek ortaya çıkarıldı Bir dihibrit çaprazlama iki karakter bakımından farklılık gösteren atasal varyetelerin çiftleşmesidir. Mendel dihibritçaprazlamayı şu işekilde gerçekleştirmiş ve sonuçları aşağıdaki gibi olmuştur: –P jenerasyonu: yuvarlak sarı tohum X buruşuk yeşil tohum –F1 jenerasyonu: tüm bitkiler yuvarlak yeşil tohumlu –F2 jenerasyonu: 9/16 sı yuvarlak sarı tohumlu 3/16 sı buruşuk sarı tohumlu 3/16 yuvarlak yeşil tohumlu 1/16 sı buruşuk yeşil tohumlu

Bağımsız dağılım kuralı iki karakteri aynı anda takip ederek ortaya çıkarıldı Mendel’in açıklamak zorunda olduğu durumlar; needed to explain why the F2offspring –Neden F2 dölleri yeni ve atasal olmayan özelliklere sahip oldular ve – Neden bir 9:3:3:1 fenotipik oran sözkonusu? Mendel’in öngörüleri –Bir karakterin kalıtımı diğerinin kalıtımı üzerinde etki göstermez, –Bir dihibtrit çaprazlama iki monohibrit çaprazlamaya eşittir “bağımsız dağılım kuralı”

Kontrol çaprazlama Kontrol çaprazlama genotipi bilinmeyen bir birey ve bir homozigot resesif birey arasındaki çiftleşmedir. Bilinmeyen genotipin resesif bir lalle içerip içermediğini gösterir Mendel kontrol çaprazlamalarını saf soy genotiplerini doğrulamada kullanmıştır. The following figure demonstrates how a testcross can be performed to determine the genotype of a Lab with normal eyes.

Mor çiçekli bezelye bitkilerinde Test çaprazlaması Mor çiçekli bezelye bitkilerinde Genotip hemen açıkça görülmez Test çaprazlaması Dominant fenotipli fakat genotipi bilinmeyen bir organizmanın genotipini belirlemizi sağlar Bir özellik için homozigot resesif olan bir birey ile dominant fenotipli bir bireyi çaprazlayarak yapılır

then 1⁄2 offspring purple Kontrol çaprazlama  Dominant phenotype, unknown genotype: PP or Pp? Recessive phenotype, known genotype: pp If PP, then all offspring purple: If Pp, then 1⁄2 offspring purple and 1⁄2 offspring white: p P Pp APPLICATION An organism that exhibits a dominant trait, such as purple flowers in pea plants, can be either homozygous for the dominant allele or heterozygous. To determine the organism’s genotype, geneticists can perform a testcross. TECHNIQUE In a testcross, the individual with the unknown genotype is crossed with a homozygous individual expressing the recessive trait (white flowers in this example). By observing the phenotypes of the offspring resulting from this cross, we can deduce the genotype of the purple-flowered parent. RESULTS Figure 14.7

Kontrol çaprazlama

Mendel kuralları olasılık kurallarını yansıtır Belirli bir olayın olasılığı olayın tüm muhtemel sonuçları dışında oluşabilen yolların sayısıdır. İki bağımsız olayın olasılığını belirlemede multiplikasyon kuralı kullanılır: Olasılık her bir olay için Iki veya daha fazla bağımsız olayların birlikte meydana gelme olasılığı bireysel olasılıkların çarpımıdır. Ekleme kuralı; Bir olayın iki ya da daha fazla alternatif yollardan meydana gelme olasılığı ayrı ayrı bireysel olasılıklarının toplamıdır.

Bir monohibrit çaprazlamadaki olasılık multiplikasyon kuralıyla belirlenebilir  Rr Allellerin yumurtalara ayrılmaları Allelerin spermlere ayrılmaları R r 1⁄2 1⁄4 Sperm Yuurtalar F1 genotipi F2 genotipi

Birçok insan özelliği Mendelin kalıtım modelini izler Basit bir dominant resesif kalıtımda –resesfi fenotip daima aa, homozigot resesif genotipten sonuçlanır, ancak –dominant bir fenotip –homozigot dominant (AA) ya da heterozigot dominant (Aa) olabilir Yabanıl tip özelliklerin doğada dominant alleler tarafından belirlenmesi gerekli değildir

Pedigree: Aile ağaçları İnsanlarda genetik özellikler aile ağaçları oluşturularak izlenebilirler –Birçok jenerasyon boyunca bir ailedeki bir özelliğin klaıtımını gösterir, –dominant ve resesif kalıtımı ortaya koyar ve ayrıca –aile üyelerinin genotiplerinin belirlenmesinde kullanılabilir

İlk jenerasyon (büyük anne ve büyük baba) 2. jenerasyon (ana baba, teyze, amca) 3.Jenerasyon (kız kardeşler) Dişi erkek Bitişik Ayrık

İnsanlarda çoğu hastalı tek bir gen tarafından kontrol edilmektedir. Kalıtılan insan hastalıkları 1. Resesif kalıtım gösterebilir –iki resesif allelin hastalığı göstermesi gerekmektedir, –heterozigot anababalar hastalığa sebep olan allei taşırlar ve –kalıtım olasılığı akraba evlilikleri ile artar. 2. Dominant kalıtım gösterebilir –bir dominant allel hastalığı göstermelidir ve –dominant letal alleller genellikle populasyondan elenirler

Birçok kalıtılan insan hastalıkları tek bir gen tarafından kontrol edilir En yaygın ölümcül genetik hastalık (ABD’de) kistik fibröz (CF) dür bu hastalık aşırı kalın mukus salgılamasıyla sonuçlanır. CF alleli –resesiftir ve –31 kişiden 1 inde taşınmaktadır. Dominant insan hastalıları –akondroplazya (cücelik) ve –Huntington hastalığı, sinir sisteminde görülen dejeneretif bir hastalık

Yeni teknolojiler kişinin genetik mirası hakkında fikir verebilir Yeni teknolojiler genetik bilgi elde etmede yeni yollar sunmaktadır –gebelik öncesi, –gebelik süresince, ve –doğum sonrası. Genetik testler belirli hastalıklar için heterozigot taşıyıcıları belirlemede kullanılır

Fetüsün genetik durumunun belirlenmesi. –Amniyosentez Fetal hücreleri kapsayan amniyotik sıvıdan örnekleri özütlenir ve –karyotipleme ve –kültürü yapılan fetüs hücrelerinde biyokimyasal testler yapılmasına imkan verir, böylelikle tay sacs gibi hastalıkların teşhisi sağlanır –Koryonik villus örnekleme Chorionic villus örnekleme Plasentadan koryonik villus doku örneği alınır ve benzer karyotipleme ve biyokimyasal testler yapılır

Kan testleri 14-20 haftalık gebeliklerde yapıldığında fetüsteki belirli doğum noksanlıklarının teşhisine yardımcı olur. Fetal görüntüleme anatomik anomalileri belirlemede yardımcıdır. En yaygın prosedür ultrason görüntülemedir Yenidoğan taraması da belirli hastalıkları belirlemede önemlidir. Etik kaygılar

Mendel Kurallarından Sapmalar Tam olmayan dominans ara fenotiplerle sonuçlanır Mendel’in bezelye çaprazlamaları daima anababa varyetelerinden birine benzer, ve bu durum tam dominanslık olarak adlandırılır. Bazı karakterler için, F1 hibritlerinin görünümü iki parental varyetenin fenotipleri arasında kalır. Bu durum tam olmayan dominans olarak adlandırılır: –Allelerden hiçbiri diğerine dominant değildir –Her iki allel de fenotipte ifade edilir

Tam olmayan dominans

İnsanda Tam olmayan dominansa örnek hiperkolesterolemia Kanda tehlikeli derecede yüksek kolesterol seviyesi oluşturur –Heterozigotlar orta dercede yüksek kolesteol seviyesine sahiptirler.

Kodominans Bir birey belirli bir gen için iki farklı allel taşıyabilmesine rağmen daha büyük populasyonlarda ikiden fazla alllel bulunmaktadır. İnsan ABO kan grubu fenotipleri tek bir gen için üç allele sahiptir. Dört kan grubu, A, B, AB, and O, bu üç allelin kombinasyonuyla oluşur. A ve B allelleri heterozigot bireylerde ifade edilir, bu durum kodominans olarak bilinir

Kodominans –Hiçbir allel diğeri üzerind dominant değildir, –Heriki allelin ifadesi heterozigot bireyde ayrı bir fenotip olarak gözlenir. –AB kan tipi kodominansa örnektir.

Pleiotropi: Tek bir gen birçok fenotipik karakteri etkileyebilir Pleiotopide bir gen birçok karakteri etkiler Orak-hücre hastalığı insanda pleiotropiye örnektir: –üretilen hemoglobin tipini ve kan hücrelerinin şeklini etkiler, ve –anemi ile organ hasarına yol açar –orak hücre ve orak olmayan hücre alleleri kodominanttır. –orak hücre hastalığının taşıyıcıları sıtmaya karşı dirençlidir

Tek bir karakter birden fazla gen tarafından kontrol edilebilir: poligeni Poligenik kalıtımda iki ya da daha fazla genini eklemeli etkisiyle tek bir fenotipik karakter ortaya çıkar. Örnek, insan deri rengi

Epistasi Epistaside Bir lokustaki gen ikinci lokustaki bir genin fenotipik ifadesini değiştirir

Çevre birçok karakteri etkiler Birçok karakter kalıtım ve çevrenin kombinasyonu ndan meydana gelir, ör. –deri rengi güneş ışığına maruz kalmayla değişir, –kanser gibi hastalıklara hassasiyet kalıtsal ve çevresel bileşenlere sahiptir, ve –tek yumurta ikizleri bile bazı farklılıklar gösterirler. Sadece genetik etkiler kalıtılır.

Kalıtımın kromozomal temeli –Genler kromozomlarda özgül lokuslarda bulunurlar ve –kromozomlar mayoz sırasında ayrılma ve bağımsız dağılıma uğrar. Mendel kuralları mayozdaki kromozom ayrılması ile bağlantılıdır. –Ayrılma kuralı anafaz I de homolog kromozomların ayrılmasına bağlıdır –Bağımsız dağılım kuralı metafaz I de kromozomların alternatif yönelimine bağlıdır.

Bağlı genler: Aynı kromozomdaki genler birlikte kalıtılma eğilimindedir F2 jenerasyonunda bir 9:3:3:1 oranından sapma görülmesi; bağlı genlerin varlığı –aynı kromozomda birbirine yakın lokuslarda bulunurlar ve Birlikte kalıtılma eğilimi gösterirler

Krosing over; allelerin yeni kombinasyonlarını üretir Homolog kromozomlar arasında olur ve gametlerde yeni allel kombinasyonlarının görülmesini sağlar. Bağlı alleler krosing ove rolayı ile birbirinden ayrılabilir ve rekombinant alleller oluşur. Rekombinant yüzdesi rekombinasyon frekansı olarak adlandırılır.

Bir kromozom üzerinde iki gen birbirine ne kadar uzaksa krosing ove rgerçeklşme olasılığı o kadar yüksektir. Rekombinasyon frekansı; kromozomlar üzerindeki genlerin pozisyonlarını haritalamada kullanılır

Eşey kromozomları ve eşeye-bağlı genler

Eşeye bağlı genler özgün bir kalıtım modeli temsil ederler Eşeye bağlı genler cinsiyet kromozomlarında bulunurlar. X kromozomu eşeye bağlı olmayan birçok gen taşırlar. Meyve sineğinde beyaz gözün kalıtımı X e bağlı resesif kalıtım gösterir.

İnsan eşeye bağlı hastalıklar çoğu kez erkekleri etkiler Annesinden tek bir X e bağlı resesif allel alan erkek bu hastalığa sahip olacaktır. Kadının etkilenmesi için anne ve babadan alleli almalıdır. Resesif ve eşeye bağlı insan hastalıkları –Hemofili; kanın pıhtılaşması için gerekli bir yada daha fazla protein eksikliği aşırı kanamaya yol açar, –Kırmızı-yeşil renk körlüğü, gözde ışığa hassas hücrelerin düzgün çalışmaması durumudur, ve –Duken kas distrofisi, kasların ileri derecede zayıflaması ve korodinasyon kaybı ile karakterize olur.