Wykorzystanie mutantów w biologii

Podobne dokumenty
Podstawowe techniki barwienia chromosomów

Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej

Podstawowe techniki barwienia chromosomów

Ćwiczenie 16/17. Szacowanie częstości mutacji punktowych. Mutacje chromosomowe strukturalne. Mutacje chromosomowe liczbowe.

Mutacje jako źródło różnorodności wewnątrzgatunkowej

Konkurs szkolny Mistrz genetyki etap II

Imię i nazwisko...kl...

Zmienność organizmów żywych

Pamiętając o komplementarności zasad azotowych, dopisz sekwencję nukleotydów brakującej nici DNA. A C C G T G C C A A T C G A...

Mutacje. delecja insercja strukturalne

GENETYCZNE PODSTAWY ZMIENNOŚCI ORGANIZMÓW ZASADY DZIEDZICZENIA CECH PODSTAWY GENETYKI POPULACYJNEJ

Wprowadzenie. DNA i białka. W uproszczeniu: program działania żywego organizmu zapisany jest w nici DNA i wykonuje się na maszynie białkowej.

6. Z pięciowęglowego cukru prostego, zasady azotowej i reszty kwasu fosforowego, jest zbudowany A. nukleotyd. B. aminokwas. C. enzym. D. wielocukier.

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

20. STRUKTURĘ DNA. Chemiczne czynniki modyfikujące DNA. Iwona śak, Paweł Niemiec

Tematyka zajęć z biologii

mikrosatelitarne, minisatelitarne i polimorfizm liczby kopii

Konsekwencje mutacji genowych na poziomie translacji. 1. Mutacja zmiany sensu 2. Mutacja milcząca 3. Mutacja nonsensowna

Metody badania polimorfizmu/mutacji DNA. Aleksandra Sałagacka Pracownia Diagnostyki Molekularnej i Farmakogenomiki Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Program ćwiczeń z przedmiotu BIOLOGIA MOLEKULARNA I GENETYKA, część I dla kierunku Lekarskiego, rok I 2015/2016. Ćwiczenie nr 1 (

Model upakowania DNA w chromosomie Budowa chromosomu

2. Rozdział materiału genetycznego w czasie podziałów komórkowych - mitozy i mejozy

Biologia medyczna, materiały dla studentów

Pochodzenie myszy laboratoryjnych

I. Genetyka. Dział programu Lp. Temat konieczny podstawowy rozszerzający

Biologia molekularna z genetyką

MUTACJE GENOMOWE- EUPLOIDIE MUTACJE GENOMOWE- ANEUPLOIDIE. MUTACJE spontaniczne indukowane. germinalne somatyczne

Rozkład materiału z biologii do klasy III.

Mutacje. Michał Pszczółkowski

Badanie funkcji genu

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

plezjomorfie: podobieństwa dziedziczone po dalszych przodkach (c. atawistyczna)

6. Uzupełnij zdanie, wstawiajac w odpowiednie miejsce wyrażenie ujawni się lub nie ujawni się :

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 1 Biologia I MGR /

Badanie funkcji genu

RODZAJE GENÓW

GIMNAZJUM SPRAWDZIANY SUKCES W NAUCE

Spis treści Część I. Genetyczne podstawy hodowli roślin 1. Molekularne podstawy dziedziczenia cech Dariusz Crzebelus, Adeta Adamus, Maria Klein

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT

Zmienność genomu. Przyczyny, skutki i sposoby kontroli

Transformacja pośrednia składa się z trzech etapów:

Biologiczne podstawy ewolucji. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Plan wykładów z genetyki ogólnej

Skrypt Bioinformatyka DRAFT Strona 67

Szczegółowy harmonogram ćwiczeń Biologia medyczna w Zakładzie Biologii w roku akademickim 2017/2018 Analityka Medyczna I rok

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy III gimnazjum.

NaCoBeZu klasa 8 Dział Temat nacobezu programu I. Genetyka 1. Czym jest genetyka? 2. Nośnik informacji genetycznej DNA 3. Podziały komórkowe

Ewolucjonizm NEODARWINIZM. Dr Jacek Francikowski Uniwersyteckie Towarzystwo Naukowe Uniwersytet Śląski w Katowicach

Co to jest transkryptom? A. Świercz ANALIZA DANYCH WYSOKOPRZEPUSTOWYCH 2

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Genetyka w nowej podstawie programowej

MUTACJE GENOWE- SUBSTYTUCJE MUTACJE GENOWE- INSERCJE I DELECJE PRZYCZYNY POWSTAWANIA MUTACJI

Genetyka w nowej podstawie programowej biologii w szkole podstawowej

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

MUTACJE GENOWE- SUBSTYTUCJE. MUTACJE spontaniczne indukowane. germinalne somatyczne. genomowe chromosomowe genowe.

Mutageneza i naprawa DNA Rekombinacja

WYMAGANIA EDUKACYJNE BIOLOGIA zakres podstawowy biologia na czasie

MARKERY MIKROSATELITARNE

MUTACJE GENOWE- SUBSTYTUCJE MUTACJE GENOWE- INSERCJE I DELECJE

Spis treści. 1 Budowa genomu jądrowego (M.J. Olszewska, J. Małuszyńska) 13. Przedmowa 10

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy przedmiot biologia nauczana dwujęzycznie poziom podstawowy klasa Ib i Ic

Badanie funkcji genu

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z BIOLOGII, ZAKRES PODSTAWOWY 2018/19

WYMAGANIA EDUKACYJNE BIOLOGIA NA CZASIE, ZAKRES PODSTAWOWY

Oznaczenie polimorfizmu genetycznego cytochromu CYP2D6: wykrywanie liczby kopii genu

Mikrosatelitarne sekwencje DNA

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

Scenariusz lekcji przyrody/biologii (2 jednostki lekcyjne)

Wymagania na poszczególne stopnie szkolne dla przedmiotu biologia. Klasa I Liceum Ogólnokształcącego poziom podstawowy

ocena dopuszczająca ocena dostateczna ocena dobra ocena bardzo dobra Dział VII. EKOLOGIA NAUKA O ŚRODOWISKU

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie, zakres podstawowy

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

Mutageneza i naprawa DNA Rekombinacja

Wymagania edukacyjne z biologii- zakres podstawowy: kl 1 ZSZ, 1LO

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

dostateczny oraz: wyjaśnia, z czego wynika komplementarność zasad przedstawia graficznie regułę

Inżynieria Genetyczna ćw. 3

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Zadania maturalne z biologii - 2

definiuje pojęcia: inżynieria genetyczna, replikacja DNA wyjaśnia regułę komplementarności

Badanie doboru naturalnego na poziomie molekularnym

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy III gimnazjum oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z BIOLOGII (Klasa 1B, 1C, 1D, 1E, 1F ;rok szkolny 2018/2019) - ZAKRES PODSTAWOWY - NOWA ERA. dostateczny (P) podstawowy

Nowe techniki hodowlane innowacje dla zrównoważonego i odpowiedzialnego rozwoju

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

Zaoczne Liceum Ogólnokształcące Pegaz

Nowoczesne systemy ekspresji genów

WYMAGANIA EDUKACYJNE na poszczególne oceny śródroczne i roczne Z BIOLOGII W KLASIE III GIMNAZJUM. Program nauczania biologii w gimnazjum PULS ŻYCIA

Poziom wymagań. ocena dopuszczająca ocena dostateczna ocena dobra ocena bardzo dobra ocena celująca. I. Genetyka

a) Zapisz genotyp tego mężczyzny... oraz zaznacz poniżej (A, B, C lub D), jaki procent gamet tego mężczyzny będzie miało genotyp ax b.

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy III gimnazjum. Ocenę dostateczną otrzymuje uczeń, który:

Wymagania edukacyjne z biologii w klasie pierwszej, zakres podstawowy. Podręcznik Biologia na czasie - Wyd. Nowa Era

Wymagania edukacyjne z przedmiotu Biologia. Podręcznik Biologia na czasie wyd. Nowa Era, zakres podstawowy Rok szkolny 2013/2014

Translokacje Aberracje chromosomowe. strukturalne: translokacje, inwersje, delecje, duplikacje, chromosomy koliste (izochromosomy)

Wymagania edukacyjne dla klas 8

Temat 6: Genetyczne uwarunkowania płci. Cechy sprzężone z płcią.

Podstawy genetyki. ESPZiWP 2010

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy VIII

Podstawy ewolucji molekularnej. Ewolucja sekwencji DNA i białek

Transkrypt:

Wykorzystanie mutantów w biologii Piotr Gawroński piotr_gawronski@sggw.pl 2/68 pt. 12-13 sites.google.com/site/chlorotfs

Mutacje Mutacja to zmiana sekwencji nukleotydowej cząsteczki DNA, a przez to informacji genetycznej, może dotyczyć kodujących lub niekodujących części genomu. Mutant to osobnik o zmienionym genotypie.

Zastosowanie mutantów Cel Poznawczy w genomice funkcjonalnej w celu badania funkcji genów, ekspresji i struktury Cel Praktyczny do produkcji różnych substancji wykorzystywanych w wielu dziedzinach np. mutant Aspergillus niger stosowany jest do produkcji kwasy cytrynowego w hodowli roślin jako źródło zmienności i otrzymywanie nowych linii hodowlanych, np. otrzymanie mutantów soi rosnących dobrze w warunkach klimatycznych Polski; otrzymanie nowych, ciekawych cech roślin ozdobnych, np. chryzantemy wielkokwiatowej Jabłko odmiany Gala sport Natali, czerwony spontaniczny mutant odmiany Gala

Podział mutacji (1) Możliwość dziedziczenia Mutacje germinalne & mutacje somatyczne

Podział mutacji (2) Spontaniczne związane z błędami w replikacji lub w procesie naprawy uszkodzonego DNA Indukowane wynik działania czynników mutagennych (działanie na nić rodzicielską, zmiana struktury, wpływ na tworzenie wiązań komplementarnych, wprowadzenie błędu)

Mutacje indukowane- czynniki mutagenne Fizyczne Promieniowanie jonizujące Promienie jonizujące, przechodząc przez komórki, wybijają elektrony z atomów i cząsteczek, powodując ich jonizację. Powstałe jony mogą inicjować rozmaite reakcje wolnorodnikowe uszkadzające DNA. Modyfikacje zasad azotowych lub ich rozpad, pękanie wiązań fosfodiestrowych, fragmentacja chromosomów Promieniowanie nadfioletowe powstawanie dimerów C-C, C-T, T-T

Mutacje indukowane- czynniki mutagenne Chemiczne kwas azotowy (III) HNO2: deaminuje C, A i G hydroksylamina (HA) NH2OH: reaguje z cytozyną, przekształcając ją w związek podobny do uracylu, w konsekwencji może prowadzić to do tranzycji

Mutacje indukowane- czynniki mutagenne Chemiczne związki alkilujące: sulfonian dwuetylowy (EES), sulfonian etylometylowy (EMS), iperyt azotowy Największą wrażliwość na alkilację w α-helisie wykazuje atom azotu (N7) guaniny. W dalszej kolejności mogą ulegać alkilacji atomy azotu guaniny (N1), adeniny (N1 i N3) i cytozyny (N3).

Mutacje indukowane- czynniki mutagenne Chemiczne Analogi zasad: 5-bromouracyl ( analog T) 2- aminopuryna (analog A) Barwniki akrydynowe: proflawina, oranż akrydynowy, akryflawina

Mutacje indukowane- czynniki mutagenne Chemiczne Czynniki interkalujące np. bromek etydyny

Podział mutacji (3) Mutacje genowe (punktowe) zmiana sekwencji nukleotydowej genu: tranzycja (puryna na purynę, pirymidyna na pirymidynę) transwersja (puryna na pirymidynę i odwrotnie) delecja insercja http://ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-3-genetics/31-genes/types-of-mutations.html

Podział mutacji (3) Mutacje punktowe: SYNONIMICZNA zamiana danego kodonu na kodon synonimowy, kodujący ten sam aminokwas ZMIANY SENSU substytucja aminokwasu, po mutacji powstanie kodon oznaczający inny aminokwas NONSENSOWNA gdy kodon sensowny zostanie zamieniony na nonsensowny (w środku sekwencji powstanie sygnał terminacji translacji) ZMIANY FAZY ODCZYTU wypadnięcie lub wstawienie nukleotydu/ów (ale nie w liczbie 3 lub wielokrotności 3)

Podział mutacji (3) Mutacje chromosomowe strukturalne Powodowane przez pęknięcia a następnie przemieszczenie fragmentu chromosomu: utrata fragmentu (delecja) zwielokrotnienie fragmentu (duplikacja) odwrócenie fragmentu (inwersja) przemieszczenie fragmentu do innego chromosomu (translokacja) wbudowanie fragmentu chromosomu (insercja)

Podział mutacji (3) Mutacje chromosomowe - przyczyny Zaburzenia mechaniczne podczas mejozy lub mitozy np. zaplątanie się chromosomów Deficyt jonów Ca2+ i Mg2+ (u szeregu roślin) Promieniowanie jonizujące, związki alkilujące (diepoksybutan, mitomycyna C, pochodne iperytu, etylenoiminy)

Mutacje chromosomowe liczbowe Aneuploidy - dotyczą części garnituru chromosomalnego gdy w normalnym diploidalnym zestawie chromosomów nastąpi utrata lub dodanie a) jednego chromosomu homologicznego: 2n - 1, taka mutacje nazwiemy monosomia 2n +1, taka mutacje nazwiemy trisomia b) Lub całych par chromosomów homologicznych: 2n - 2, czyli nullisomie 2n +2, czyli tetrasomie Euploidy dotyczą całego zespół chromosomów (naturalne lub sztucznie otrzymane): Autopoliploidy - Zwielokrotniona w stosunku do normalnej liczba chromosomów pochodzi z tego samego gatunku (często z tego samego osobnika). Allopoliploidy (amfidiploidy) - Pochodzenie mieszańcowe z połączenia gamet spokrewnionych gatunków.

Mutacje chromosomowe liczbowe Autoploidia - zwielokrotnieniu ulega cały garnitur chromosomalny (w obrębie jednego gatunku) Poliploidy: liczba chromosomów ulega zwielokrotnieniu, organizmy zmutowane określa się w zależności od liczby chromosomów jako triploidalne (3n), tetraploidalne (4n) bądź pentaploidalne (5n). u roślin powoduje bujniejszy rozwój i owocowanie u zwierząt prowadzą do obniżenia żywotności i śmierci osobników. Związkiem powodującym zahamowanie tworzenia wrzeciona kariokinetycznego a przez to zduplikowanie liczby chromosomów jest kolchicyna. Monoploidy: Organizmy, które normalnie są diploidalne (2n), lecz w wyniku mutacji ich liczbę chromosomów wynosi n, nazywa sie monoploidami (w odróżnieniu od organizmów haploidalnych, które naturalnie posiadają n chromosomów).

Mutacje chromosomowe liczbowe Alloploidia = amfiploidia Alloploidami są na przykład: muł - krzyżówka konia z osłem, żubroń - krzyżówka żubra z krową, tigrolew - mieszaniec lwa i tygrysa. leopon - lwica skrzyżowana z leopardem volfin - delfin skrzyżowany z wielorybem

Mutageneza w badaniach genetyki rozwoju Mutageneza chemiczna EMS Mutageneza radiacyjna FN (fast neutron) Mutageneza insercyjna T-DNA Mutageneza insercyjna transpozonami

Terminologia w analizie genetycznej Genotyp zestaw alleli składający się na diploidalny genom organizmu Fenotyp widoczne cechy/właściwości organizmu Zmiany w funkcji produktu genu: Mutacja loss-of-function (lof) ograniczenie lub utrata funkcji produktu, lub brak produktu; zwykle jest to mutacja recesywna (fenotyp można zaobserwować jedynie w m. homozygotycznym); jeśli pozostaje śladowa funkcja mutacja przeciekająca (leaky mutation) Mutacja null całkowita utrata funkcji Gain of function (gof) mutacja nabycia funkcji (nowa funkcja lub nadmiarowa wynikająca ze zwiększonej ilości produktu genu),

Terminologia w analizie genetycznej Mutacja supresorowa druga mutacja ograniczająca lub eliminująca fenotyp pierwszej mutacji Mutacja enhancerowa wzmacnia fenotyp innej mutacji Gawroński et al., unpublished Waszczak et al., 2016

Dwa podejścia badawcze do mutantów Forward genetics: Wyszukiwanie w populacji mutantów interesującego nas fenotypu, a następnie identyfikacja miejsca mutacji (czyli genu). fenotyp gen Reverse genetics: Wyszukiwanie w populacji mutantów takich linii, które posiadają mutacje w określonym wybranym genie, a następnie charakterystyka fenotypu i identyfikacja funkcji genu gen fenotyp

Mutageneza insercyjna Z wykorzystaniem T-DNA Z wykorzystaniem transpozonów Zalety: Zmutowane geny zawierają znacznik (znaną sekwencję) przez co dużo łatwiej je zidentyfikować Mogą zawierać markery selekcyjne ułatwiające selekcję roślin z insercją

Tworzenie kolekcji mutantów insercyjnych O Malley & Ecker 2010

Genotypowanie

Genotypowanie mutantów insercyjnych Genotypowanie to podejście umożliwiające identyfikację genetyczną osobników czyli określenie ich genotypu. Etapy: Izolacja DNA genomowego. Reakcja PCR z odpowiednimi starterami. Rozdział produktów PCR na żelu agarozowym.

Mutageneza T-DNA na dużą skalę 150 000 transgenicznych roślin pokolenia T1 Około 1,5 insercji na linię (po sprawdzeniu rozszczepienia) 225 000 niezależnych integracji T-DNA (96 % prawdopodobieństwa trafienia wszystkich genów A. thaliana) Dla 88 122 określono precyzyjne miejsce integracji w genomie (amplifikacja PCR i sekwencjonowanie) Zdetektowano mutacje w 21 799 genach (74 % opisanych u A. thaliana)

Nierówna dystrybucja insercji w genomie rzodkiewnika

Nasiona A. thaliana można uzyskać z następujących źródeł http://arabidopsis.info/basicform https://abrc.osu.edu/ http://signal.salk.edu/cgi-bin/tdnaexpress

Generowanie mutantów chemicznych u rzodkiewnika

Test alleliczności Jeśli posiadamy dwa mutanty o tym samym fenotypie jak sprawdzić czy mają one mutację w tym samym czy innym genie? Testy alleliczności sprawdzają czy dwie niezależne mutacje wpływające na tę samą cechę są: alleliczne (w tym samym genie) niealleliczne (w różnych genach współdziałających w determinacji tej cechy)

Mutageneza ukierunkowana TALENs: Transcription activator-like effector nucleases ZFNs: Zinc-finger nucleases CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)

Mysz jako organizm modelowy do badań na ssakach Cykl życiowy: Ruja co około 4 dni 20 dniowa ciąża 4-8 potomstwa w miocie 2-8 miotów na samicę 7 tygodni do uzyskania dojrzałości płciowej Długość życia 2-3 lata Znany genom 20 chromosomów 2.6 GB ok. 25 000 genów 99% genów ma swoje homologii ludzkie

Jak powstają mutany mysie Metody oparte na homologicznej rekombinacji System Cre-LoxP Metody wykorzystujące zarodkowe komórki macierzyste System rekombinacji Cre LoxP LoxP: miejsca flankujące naszą sekwencję rozpoznawane przez rekombinazę Cre Rekombinaza Cre: dzięki umieszczeniu genu Cre pod kontrolą odpowiedniego promotora (np. tkankowo-specyficznego lub indukowalnego) można pozbawić organizm genu tylko w niektórych tkankach lub w odpowiedzi na określone czynniki.

Na czym polega system cre-loxp

Mysie linie reporterowe

Mutanty mysie można znaleźć w: