Naslovnica Impresum Predgovor Sadržaj Pojmovnik Literatura

 

Križanja hibrida ponekad ne daju klasične Mendelove omjere F2 generacije (3:1; 9:3:3:1 ...). Razlozi za to mogu biti: vezanost gena za neki od autosoma, vezanost gena za spolne kromosome, način na koji su geni izraženi u fenotipu te način njihova prijenosa. Djelovanje gena nije uvijek izravno i jednostavno kao u monohibridnom križanju (jedno svojstvo kontrolira jedan par alela, a jedan alel pokazuje potpunu dominaciju u heterozigota); aleli gena mogu međudjelovati (interakcija) dajući F1 fenotipove potpuno različite od roditeljskih ili F2 fenotipove s modificiranim fenotipskim omjerom.

4.1. INTERAKCIJE ALELA ISTOGA GENA

U interakcije alela istoga gena ubrajamo potpunu dominaciju, nepotpunu dominaciju i kodominaciju.

POTPUNA DOMINACIJA – heterozigot Aa ima dominantni fenotip kao i dominantni homozigot (AA); to je ujedno i najednostavniji odnos.
Dominantno-recesivni odnos alela ponekad nije precizan: primjerice alel D u čovjeka uzrokuje bolest kostura, ahondroplaziju (Slika 4.1.). Osobe koje su heterozigoti (Dd) patuljastog su rasta, kratkih udova, velike glave i ispupčena čela. Homozigoti (DD) imaju puno abnormalniji fenotip i obično ne prežive djetinjstvo. U navedenom primjeru dvostruka količina dominantnog alela daje puno jači učinak od jednostruke.

Slika 4.1. Ahondroplazija – dominantna bolest u ljudi (preuzeto s: http://library.thinkquest.org/06aug/00440/aachonintro.html).

 

 

NEPOTPUNA DOMINACIJA (DJELOMIČNA DOMINACIJA)

Kod nepotpune dominacije heterozigot je fenotipska mješavina (intermedijer) dva homozigotna tipa. Primjeri za to su:

Istraživanja ovih primjera dovela su do ranije spomenute ideje o miješanom nasljeđivanju za koju danas znamo da nije točna. Iako su potomci F1 generacije intermedijeri (mješavina fenotipskih karakteristika roditelja), roditeljski se fenotipovi ponovno javljaju u F2 generaciji što dokazuje da se aleli ne miješaju u F1 generaciji nego ostaju odvojeni jedan od drugog kao pojedinačne jedinice nasljeđivanja. Intermedijarni fenotip nastaje kao rezultat interakcije alela, na razini djelovanja gena (ekspresije).

 

Slika 4.2. Nasljeđivanje boje cvijeta zijevalice.

 

 

 

Slika 4.3. Nasljeđivanje boje perja u andaluzijske kokoši (lijevo); andaluzijska
kokoš (desno).

 

KODOMINACIJA

Kod kodominantnog odnosa alela u heterozigota su oba alela vidljiva u fenotipu.

Kodominantni odnos pokazuju aleli gena za krvne grupe MN i ABO sustava te gena za beta-lanac hemoglobina koji uzrokuje bolest srpastu anemiju (Slika 4.4.a.).


Krvna grupa (fenotip) osobe ovisi o prisutnosti antigenskih supstanci (najčešće glikoproteini) na membrani eritrocita. Osobe krvne grupe MN imaju na eritrocitima antigene M i N, koji nastaju ekspresijom oba alela heterozigotnog genotipa; osobe krvne grupe AB imaju na eritrocitima antigene A i B.

Krvna grupa
Genotip Antigen
M MM M
N NN N
MN MN M i N

Srpasta anemija nastaje zbog mutacije u genu za sintezu beta-lanca hemoglobina. Kod homozigota HbSHbS dolazi do promjene oblika eritrocita iz diskoidnog u srpasti (Slika 4.4.a.) što ima za posljedicu: uništavanje srpastih stanica u jetri te dolazi do anemije, a srpaste stanice se sljepljuju i začepljuju kapilare i manje krvne žile uzrokujući zastoj cirkulacije i propadanje organskih sustava. Kod heterozigota HbAHbS dolazi do ispoljavanja oba alela u fenotipu tako da u uvjetima niske koncentracije kisika u krvi nalazimo eritrocite diskodnog (HbA) i srpastog (HbS) oblika (Slika 4.4.a.). Srpasta anemija je primjer kako mutacija jednog gena uzrokuje višestruke fenotipske učinke što nazivamo pleiotropnim učinak gena.

 

Slika 4.4.b. Srpasti i normalni eritrociti u uzorku krvi heterozigota HbAHbS.

 

LETALNI ALELI

Letalne alele ne smatramo oblikom međudjelovanja alela istog gena, no oni i uzrokuju modificirani fenotipski omjer F2 generacije te utječu na preživljavanje.
1905. g. Francuski genetičar Lucien Cuénot istraživao je nasljeđivanje boje krzna u miševa; križajući žutog miša sa sivim (agouti – divlji tip) u potomstvu je dobio fenotipski omjer 1:1 jer je žuti miš bio heterozigotnog genotipa.
Križajući dva takva žuta miša (monohibridno križanje) nije dobio očekivani fenotipski omjer monohibridnog križanja 3:1, već modificirani omjer 2 (žuta) : 1 (sivi). Razlog je recesivna letalnost gena za žutu boju krzna (ŽŽ).

P žuti miš x žuti miš
G Ž ž   Ž ž
F1 ŽŽ Žž   Žž žž
G žuti (ne preživljava) žuti   žuti sivi
Omjer 2 :   1

Gen za boju krzna miša ima PLEIOTROPAN UČINAK: dominantan je u fenotipu, a recesivan je u odnosu na letalnost.

RECESIVNA LETALNOST: gen Ž je dominantno vidljivi i recesivno letalni gen jer uzrokuje smrt samo u homozigotnom obliku. To je također i POTPUNA LETALNOST jer jedinke ugibaju prije reproduktivne zrelosti.
SUBLETALNOST je letalnost nakon reprodukcije, dakle kada je letalni alel prenesen na potomstvo (primjer je Hungtingtonova bolest, teška neurodegenerativna bolest u čovjeka).
Mnogi letalni geni nemaju značajnijeg učinka na fenotip, ali mogu smanjiti životni vijek nosioca (svaki čovjek u prosjeku nosi ekvivalent od 3 letalna gena).

4.2. INTERAKCIJE ALELA RAZLIČITIH GENA

Interakcijom više gena nastaje određeni fenotip. Svaki organizam je složeni sustav u kojemu razvoj i nasljeđivanje svojstava ovise o većem broju gena, tj. njihovom međusobnom djelovanju kao i utjecaju okoliša (unutarnjeg i vanjskog). Procesi međudjelovanja gena na molekularnoj razini odnose se na genetičku kontrolu biosintetskih puteva. Poligenska svojstva se eksprimiraju na različite načine ovisno o odnosu gena koji ih kontroliraju:

EPISTAZA je međudjelovanje alela različitih gena; ekspresija gena na jednom mjestu utječe (suprimira) na ekspresiju gena na drugom mjestu u genomu.

Epistaza predstavlja KOMPLEMENTARNI UČINAK što znači da ekspresija jednog svojstva ovisi o ekspresiji dva ili više gena. Kada epistaza obuhvaća međudjelovanje 2 različita gena broj fenotipova F2 generacije uvijek je manji od 4 (3 ili 2).

DOMINANTNA EPISTAZA (fenotipski omjer F2 generacije 12:3:1)

Primjer za donimantnu epistazu je nasljeđivanje boje dlake u pasa. Za boju dlake odgovorna su 2 lokusa: B za boju (B-crno; b-smeđe) i lokus I (inhibitor) čiji dominantni alel inhibira ekspresiju B lokusa te je bez obzira na genotip B lokusa boja dlake bijela (Slika 4.5.)

 

Slika 4.5. Dominantna epistaza.

 

RECESIVNA EPISTAZA (fenotipski omjer 9:3:4)

Primjer 1: Nasljeđivanje boje dlake u miševa.

Za boju dlake (crnu, smeđu ili bijelu) odgovorna su dva lokusa: A (agouti, smeđe)/a (crno) i C (ne suprimira ekspresiju alela A lokusa)/c (suprimira ekspresiju A lokusa te je boja dlake bijela bez obzira na genotip).

AAC-: agouti; A-cc: bijelo; aaC-: crno; aacc: bijelo

Primjer 2: Krvne grupe ABO sustava: osim gena I koji kontrolira antigene ABO sustava te time fenotip odnosno krvnu grupu, postoji gen H čiji recesivni alel (hh) suprimira ekspresiju alela I lokusa pa je bez obzira na genotip osoba krvne grupe O (nema antigena - vidi poglavlje 6).

DUPLICIRANI GENI, UDVOSTRUČENI GENI (fenotipski omjer 15:1)

To su različiti geni koji utječu na isto svojstvo na isti način. Primjer: nasljeđivanje oblika ploda (komuške) u rusomače (Capsella bursa pastoris) (Slika 4.6.a). Oblik komuške može biti okrugao ili duguljast (Slika 4.6.b.). Fenotipski omjer dihibridnog križanja (heterozigoti za oblik komuške; fenotip okrugla komuška) je u tom slučaju 15:1, jer je dovoljan jedan dominantni alel jednoga gena da nastane okrugla komuška, dok je duguljasta komuška rezultat ekspresije recesivnog genotipa (Slika 4.7.).

 

Slika 4.6.b. Oblik komuške rusomače.

 

 

KOMPLEMENTARNI GENI (fenotipski omjer 9:7) su geni koji međudjelovanjem daju učinak različit od učinka svakog gena zasebno.
Primjer: nasljeđivanje boje cvijeta u vrste Lathyrus odoratus (Slika 4.8.). Gen C odgovoran je za stvaranje prekursora pigmenta, a gen P za sintezu pigmenta iz prekursora. Da bi nastao ljubičasti pigment u genotipu mora biti po jedan dominantni alel oba gena (C-P-).

 

Slika 4.8. Komplementarni geni.

 

 

4.3. PLEIOTROPNI UČINAK (grčki pleion = više)

Sposobnost gena da izaziva višestruke fenotipske učinke je pleiotropni učinak. Genetička kontrola metabolizma je kontrola sinteze proteina (enzima) koji sudjeluju u nekom biosintetskom putu.
Grana genetike koja proučava odnos između gena i enzima je BIOKEMIJSKA GENETIKA (genetička kontrola biosintetskih puteva).
Metabolički putovi su vrlo složeni, ponekad razgranati (Slika 4.9.), a često je više putova povezano sa zajedničkim enzimom – blok u jednom putu zbog mutacije gena izaziva stoga mnogobrojne fenotipske učinke (npr. fenilketonurija PKU: metabolička nasljedna bolest kod koje zbog bloka u metabolizmu aminokiseline fenilalanina dolazi do nakupljanja te aminokiseline u mozgu što uzrokuje mentalnu retardaciju, prisutna je slaba pigmentacija kože, kose i očiju, dolazi do akumulacija fenilalanina u krvi i urinu, slika 4.10.; srpasta anemija, slika 4.11.).
Engleski liječnik Garrod je prvi uočio vezu između gena i enzima proučavajući pacijente s nasljednom metaboličkom bolesti alkaptonurijom (metabolizam tirozina).

 

Slika 4.10. Metabolizam fenilalanina
(preuzeto s: http://www.mun.ca/biology/scarr/Fg13_01_phenylalanine.gif)

 

 

 

4.4. VARIJACIJE U GENSKOJ EKSPRESIJI – isti genotip ne mora nužno dati isti fenotip

Ako se neki alel uvijek izražava u fenotipu kažemo da je 100% izražajan ili penetrabilan.
Penetrabilan gen može varirati u načinu svoje ekspresije. Prodornost gena je rezultat djelovanja njegovog dominantnog alela i drugog alelnog faktora (epistaza). Faktori koji mijenjaju fenotipsku ekspresiju genotipa uključuju gene modifikatore i okoliš.

Primjeri 1: Polidaktilija – dominantno svojstvo u čovjeka; kod osoba koje su heterozigoti to se svojstvo može, ali i ne mora ispoljiti; alel za polidaktiliju je reducirane penetrabilnosti (penetrabilnost 90%), a varira u načinu ekspresije (polidaktilija se javlja na svim udovima, samo na rukama, samo na nogama, asimetrično).

Primjer 2: Osteogenesis imperfecta – bolest krhkih kostiju; simptomi poput krhkih kostiju, boje bjeloočnice (od svijetlo-plave do crne boje) i gluhoće javljaju se u 9 od 10 osoba heterozigota, ali te osobe ne moraju imati sve simptome već barem jedan navedeni, što znači da je alel smanjeno penetrabilan (penetrabilnost 90%).

 

4.5. UTJECAJ OKOLIŠNIH ČIMBENIKA NA EKSPRESIJU GENA

Temperatura može mijenjati prodornost i izražajnost alela te stoga ima vidljiv utjecaj na fenotip. Primjerice tamna boja krzna nekih dijelova tijela sijamske mačke ili himalajskog kunića rezultat je djelovanja temperature na aktivnost enzima u biosintetskom putu pigmenta melanina.

Prehrana:

1. Fenilketonurija (PKU): ako se u organizam unosi hrana bogata fenilalaninom, zbog nedostatka enzima za metabolizam fenilalanina dolazi do bolesti.
2. Favizam: osjetljivost na sjemenke i pelud boba (Vicia faba L.) zbog mutantnog oblika gena za enzim glukoza-6-fosfat-dehidrogenazu (G6PD). Taj enzim sudjeluje u staničnoj obrani od oksidansa tj. reducira glutation koji održava membranu eritrocita intaktnom. Zbog mutacije gena za G6PD dolazi do smanjenja količine reduciranog glutationa u stanici (zbog oksidacijskih događaja) što uzrokuje pucanje membrane eritrocita (lizu) i hemolitičku anemiju.
Neki lijekovi utječu na oksidaciju glutationa (sulfa lijekovi, antimalarijski lijekovi itd.) pa također mogu uzrokovati hemolitičku anemiju.

VIŠEFAKTORSKI POREMEĆAJI

U ljudi su mnogo češći slučajevi bolesti koje imaju višefaktorsku osnovu: genetičku komponentu i okoliš. To su: bolesti srca, rak, dijabetes, shizofrenija i dr.

ŠTO JE VAŽNIJE: NASLJEĐE ILI OKOLIŠ?

Eksperiment transplantacije jajnika u zamorca iz 1909. je potvrdio da se na potomstvo ne prenosi fenotip (svojstvo) već genetički elementi (geni) u gonadama roditelja (Slika 4.12.).

 

Slika 4.12. Transplantacija jajnika u zamorca – eksperiment iz 1909. godine.


Ponekad ekspresija dobrog genotipa (npr. inteligencija) može biti suprimirana nepovoljnim okolišem. S druge strane niti najpovoljniji uvjeti okoliša ne mogu stvoriti genija ako nema nasljedne osnove za to.

 

 

Genotip je osnova, a fenotip nastaje interakcijom svih gena organizma i okoliša.

 

4.6. SAŽETAK