Regulony Grupy bakteryjnych operonów i rozproszone po różnych chromosomach geny eukariotyczne pozostające pod kontrolą tego samego białka regulatorowego nazywamy regulonami. E. coli istnieje co najmniej 40 regulonów, regulon tworzą np. geny systemu SOS i geny indukowane induktorem CAP-cAMP. Regulon SOS jest indukowany uszkodzeniami DNA. Kontrolujące go białko represorowe LexA wiąże się do co najmniej 20 operatorów rozrzuconych po całym genomie E. coli. Porównanie sekwencji ich operatorów wykazało obecność 7 wysoce konserwowanych zasad. Położenie operatorów wiążących LexA względem miejsca startu transkrypcji jest bardzo zróżnicowane, co świadczy o tym, że nie jego umiejscowienie, lecz sekwencja jest czynnikiem istotnym dla hamowania transkrypcji.
Większość genów E. coli ma w promotorach zgodne sekwencje -10 i -35 rozpoznawane przez σ 70 (o m.cz. 70 kda). W warunkach szoku cieplnego wzrasta w komórce ilość i stabilność σ 32, która inicjuje transkrypcję regulonu hsp (ang. heat shock protein). W skład regulonu hsp wchodzi ok. 30 genów z elementami promotora specyficznymi dla σ 32. Geny białek szoku cieplnego kodują albo proteazy degradujące zdenaturowane białka albo chaperony, białka opiekuńcze. W normalnych warunkach chaperony ułatwiają ufałdowanie nowo powstałych białek, zaś w warunkach szoku cieplnego łączą się ze zdenaturowanymi białkami umożliwiając im odzyskanie aktywnej konformacji lub kierując je na drogę proteolitycznego rozpadu.
O STATUSIE TRANSKRYPCYJNYM EUKARIOTYCZNEGO GENU decydują wzajemne INTERAKCJE * histonów, ** czynników transkrypcyjnych (zarówno tych związanych z promotorem, jak i z dalszymi sekwencjami) *** kompleksu polimerazy RNA **** białek macierzy jądrowej ***** niekodujących RNA
W komórkach eukariotycznych istnienie 3 polimeraz RNA, nukleosomów, procesu dojrzewania końców RNA, składania eksonów, ich alternatywnego składania, przedziałów komórkowych rozdzielających procesy transkrypcji i translacji, potranslacyjnej modyfikacji białek i ich komórkowa lokalizacja stwarzają dodatkowe poziomy regulacji aktywności genów i ich produktów. W eukariotycznych promotorach oprócz miejsca wiązania jednej z polimeraz RNA istnieje na ogół szereg miejsc wiązania dodatkowych białkowych czynników transkrypcyjnych. Miejsca wiązania białek wpływających na transkrypcję mogą być też położone z dala od promotora, zarówno po stronie 5 jak i 3 genu. W zależności od funkcji nazywa się je wzmacniaczami/enhancerami lub wyciszaczami/silencerami. Wiele z tych sekwencji regulatorowych jest specyficznie rozpoznawanych przez więcej niż jeden białkowy czynnik transkrypcyjny.
http://zc.umk.pl/dlibra szukaj: Sadakierska
gen - odcinek DNA niosący informację o budowie jednego polipeptydu (czasem rodziny blisko spokrewnionych polipeptydów tzw. izoform) lub jednego rodzaju funkcjonalnego RNA (rrna, trna, snrna, snorna, mirna...) zależność gen-polipeptyd wynik ekspresji genu tj. transkrypcji informacji z DNA na RNA oraz translacji kodu genetycznego zawartego w sekwencji kodującej mrna na sekwencję aminokwasów w białku zależność gen-cecha, genotyp-fenotyp sumaryczny wynik regulacji ekspresji genów przez sekwencje regulatorowe, interakcji alleli (zjawiska dominacji, współdominacji, kodominacji) i genów nieallelicznych (proste współdziałanie genów zaangażowanych w ten sam szlak metaboliczny, epistaza, kumulowanie się efektów genów cech ilościowych), zjawisk epigenetycznych oraz warunków środowiska
prawa Mendla cechy grochu badane przez Mendla http://facstaff.bloomu.edu/chansen/human%20genetics/s2004/hg04%20inheritance%20i.ppt#287,6,slajd 6
prawa Mendla KRZYŻOWKA MENDLOWSKA: P (pokolenie rodzicielskie) rośliny czystych linii o przeciwstawnych fenotypach dotyczących tej samej cechy, z których jedna w pełni dominuje nad drugą czyste linie to takie, w obrębie których krzyżowanie osobników daje tylko potomstwo o takim samym fenotypie jak osobniki rodzicielskie
prawa Mendla KRZYŻOWKA MENDLOWSKA: P (pokolenie rodzicielskie) rośliny czystych linii o przeciwstawnych fenotypach dotyczących tej samej cechy, z któych jedna w pełni dominuje nad drugą F 1 (pierwsze pokolenie potomstwa osobników rodzicielskich) hybrydy, mieszańce, wszystkie jednakowe fenotypowo z jedną z linii rodzicielskich F 2 (drugie pokolenie) powstałe w wyniku krzyżowania/samozapłodnienia osobników z F 1
W MENDLOWSKIEJ KRZYŻÓWCE 1- GENOWEJ (MONOHYBRYDY): * całe pokolenie F 1 ma tę sama cechę co jedna z linii rodzicielskich ** w pokoleniu F 2 pojawiają się cechy obu linii rodzicielskich w stosunku 3:1
wnioski Mendla z krzyżówek monohybrydowych 1. geny mogą pozostawać ukryte, nie wyrażać się gen dominujący ujawnia się w F 1 gen recesywny nie ujawnia się w F 1 2. mimo że jedna z linii P i całe F 1 wyglądają identycznie, muszą być genetycznie różne fenotyp cecha (zespół cech) ujawniona (/ych) genotyp zestaw genów danego organizmu 3. F 1 musi mieć geny obu cech pokolenia P każda cecha musi być determinowana przez (co najmniej) 2 czynniki allele alternatywne formy genu gen może mieć wiele alleli (np. gen grup krwi sytemu AB0 J A @J B > i; gen umaszczenia królików C > c ch > c h > c) genotyp zestaw alleli wszystkich genów danego osobnika I prawo Mendla prawo czystości gamet: gamety zawierają tylko po jednym allelu danego genu
Segregacja chromosomów homologicznych podczas I podziału mejotycznego jest mechanizmem leżącym u podstaw segregacji alleli.
nierozejście się (nondysjunkcja) chromosomów homologicznych w którymkolwiek podziale mejotycznym prowadzi do aneuploidii i poliploidii skutki prawidłowego rozejścia się chromosomów płci i ich nondysjunkcji w czasie spermatogenezy u człowieka http://waynesword.palomar.edu/genxtra1.htm
II prawo Mendla - prawo niezależnej segregacji dwu par alleli: Allele dwóch różnych genów przechodzą do gamet niezależnie od siebie. Niezależne ustawianie się każdego biwalentu w płytce metafazowej jest mechanizmem leżącym u podstaw mieszania się alleli różnych genów.
II prawo Mendla dotyczy genów położonych na różnych chromosomach geny leżące na tym samym chromosomie blisko siebie są sprzężone i nie mogą segregować niezależnie
prawa Mendla I prawo czystości gamet II prawo niezależnej segregacji dwu par alleli stosunki mendlowskie w F 2 (3:1; 9:3:3:1) nie zawsze są zachowywane bo: (i) dotyczą genów, których jeden allel w pełni dominuje nad drugim a istnieją geny o niepełnej dominacji (np. gen barwy kwiatu u lwiej paszczy) oraz geny kodominujące (np. allele I A i I B grupy krwi systemu AB0) (ii) dotyczą genów, których żaden allel nie jest letalny
(iii) dotyczą cech determinowanych jednym genem a wiele cech jest wynikiem współdziałania wielu genów: (a) prostego współdziałania (np. geny ubarwienia papużek falistych: Y_bb żółte, yyb_ niebieskie, Y_B_ zielone, yybb białe), (b) epistazy (np. geny umaszczenia labradorów: B_ czarne, bb brązowe, E_ barwnik czarny/brązowy zlokalizowany we włosie, ee brak odkładania barwnika w sierści maść biszkoptowa ) typ interakcji genów podstawowy stosunek 9 3 3 1 A_ B_ A_ bb aa B_ aa bb stosunek fenotypowy 1) brak interakcji 2) epistaza recesywna 3) podwójna epistaza recesywna 4) epistaza dominująca 5) podwójna epistaza dominująca 6) epistaza dominująca i recesywna 9 9 9 9 12 3 3 1 3 4 7 3 1 15 1 3 4 9:3:3:1 9:3:4 9:7 12:3:1 15:1 13:3 (c) cechy ilościowe warunkowane są genami kumulatywnymi
(iv) warunki środowiska mogą kontrolować ekspresję genu (np. allelu c h himalajskiego umaszczenia; efekt matczyny) (v) geny mogą wykazywać niepełną penetrację lub zmienną ekspresywność (vi) zjawiska epigenetyczne mogą prowadzić do wyciszania genów (vii) geny pozachromosomowe dziedziczą się niemendlowsko (viii) dotyczą genów autosomalnych, a geny mające locus na chr. płci segregują wraz z płcią
Genetyka cech ilościowych fenotypy P F 2 Cechy o zmienności ciągłej są warunkowane wieloma genami, z których każdy segreguje zgodnie z prawami Mendla, a ich efekty fenotypowe sumują się. geny kumulatywne, poligeny
krzywa normalna rozkład Gaussa
średnia arytmetyczna wariancja odchylenie standardowe x åxi = 2 2 å( x- x) V = s = s = n n-1 2 s = s = sd = V częstość (liczba osobników o danej wartości cechy) -3σ -2σ -1σ średnia +1σ +2σ +3σ wartość cechy 68% 95,5% 99,7%
plony pszenicy zimowej w Casselton w Północnej Dakocie na przestrzeni 10 lat plon [buszli/akra= 1121 kg/ha] odmiana rok Roughrider Seward Agassiz 1986 47.9 55.9 47.5 1987 63.8 72.5 59.5 1988 23.1 25.7 28.4 1989 61.6 66.5 60.5 1990 0.0 0.0 0.0 1991 60.3 71.0 55.4 1992 46.6 49.0 41.5 1993 58.2 62.9 48.8 1994 41.7 53.2 39.8 1995 53.1 65.1 53.5 zmienność cechy ilościowej (np. plonu w obrębie poszczególnych lat) jest warunkowana zmianami środowiskowymi
fenotyp = genotyp + środowisko zmienność fenotypowa = zm. genetyczna + zm. środowiskowa Podstawowe źródła zmienności genetycznej: losowy rozdział chromosomów zróżnicowana częstość alleli rekombinacja mutacje współdziałanie genów allelicznych i nieallelicznych
udział zmienności genetycznej w całkowitej zmienności fenotypowej odziedziczalność (h 2 ) skuteczność selekcji zależy od odziedziczalności
badanie odziedziczalności u ludzi: ocena udziału genów porównanie zgodności fenotypu u bliźniąt jednojajowych (MZ) i dwujajowych (DZ) ocena udziału środowiska - porównanie zgodności fenotypu u bliźniąt wychowywanych w tym samym środowisku lub oddzielnie wysoka zgodność fenotypowa u MZ i niska u DZ - duże znaczenie zmienności genetycznej wysoka zgodność fenotypowa zarówno u MZ jak i DZ wychowywanych w tym samym środowisku duże znaczenie zmienności środowiskowej
zgodność cecha MZ DZ determinacja choroba Huntingtona anemia sierpowata mukowiscydoza 100% 50% 1-genowa autosomalna dominująca 100% 25% 1-genowa autosomalna recesywna 100% 25% 1-genowa autosomalna recesywna odra 97% 94% środowiskowa (zakaźna) rozszczep wargi 40% 4% środowiskowa + liczne geny cukrzyca insulinozal. 30% 6% środowiskowa + 1 gen choroba wieńcowa 46% 12% środowiskowa + 1 gen schizofrenia 46% 14% środowiskowa + 1 gen
TESTY ALLELICZNOŚCI ustalają czy dwie niezależne mutacje wpływające na tę samą cechę są * alleliczne (w tym samym genie) czy też * niealleliczne (w różnych genach współdziałających w determinacji tej cechy)
P: mutant 1 mutant 2 F 1 : fenotyp dziki lub zmutowany komplementują (uzupełniają się) geny nie komplementują należą do różnych tej samej grupy komplementacyjnej niealleliczne są alleliczne
cis trans w heterozygocie cis a b a + b + trans a b + a + b dwie mutacje niealleliczne zawsze komplementują dając dziki fenotyp cis a 1 a 2 a + trans a 1 a 2 dwie mutacje alleliczne komplementują dając dziki fenotyp tylko w ułożeniu cis
Po przeprowadzeniu testu cistrans, jeśli mutacje okazały się alleliczne (stanowią allele funkcjonalne), można ustalić czy są to również allele strukturalne (czy mutacje dotyczą tego samego nukleotydu) F 1 P w a w a w o. morelowe o. białe F 1 w a w w a o. jasnomorelowe o. morelowe w - w a w a w jasnomorelowe w a morelowe P w a w w w ww w - o. jasnomorelowe o. białe białe białe w i w a nie są allelami strukturalnymi, pomiędzy ich loci zachodzi rekombinacja r z a d k o w a w a w jasnomorelowe + w + w w dzikie w a - jasnomorelowe + w dzikie