Mendelsche Genetik, Kopplung

und genetische Kartierung

Gregor Mendel Thomas Hunt Morgan

Definitionen

Diploide Eukaryonten: Das Genom besteht aus einem (haploiden) mütterlichen und aus einem väterlichen Genom

Das Allel: Zustandform eines Genes

Ein Individuum ist hinsichtlich eines Genlocus

homozygot, wenn die Allele dieses Ortes

gleich sind, und heterozygot, wenn die Allele unterschiedlich sind.

Dominanz: die Durchsetzung/Überdeckung von Erbfaktoren in der Merkmalsausprägung

Abb. 1

Die von Mendel ausgewählte

Merkmale

Samen runder-runzlig; Samenfärbung gelb-grün; Blütenfärbung

lila-weiss; Hülse gewölbt-runzlig; Farbe der Hülse grün-gelb;

Blütenstellung achsen-endständig; Achsenlänge kurz-lang

Abb. 2

F1 und F2 Generationen der

gezielten Kreuzungen

Die Gartenerbse ist ein Zwitter, mit weiblichen (Eizelle) und männlichen (der

Pollen) Geschlechtsorgane, damit Selbstbefruchtung und gezielte Befruchtung

sind möglich.

1. Gesetz. Das Uniformitäts- und Reziprozitätsgesetz, F1 Generation

2. Gesetz. Das Spaltungsgesetz; phänotypisch 3:1, genotypisch 1:2:1, F2

Generation

Abb. 3

Das Modell der Vererbung der

unterschiedlichen Merkmale

Eltern: Einheitlicher Gamet

F1: Heterozygot

F2: 3:1 phänotypische

Spaltung, 1:2:1 genotypische

Spaltung

Das Kreuzungsquadrat,

Punett-Quadrat

Abb. 4

Genetische Analyse der F2

Generation

a a

A ¼ A/a ¼ A/a

a ¼ a/a ¼ a/a

a a

A ¼ A/a ¼ A/a

A ¼ A/a ¼ A/a

Zwitter-Pflanzen: Selbstbefruchtung

Tieren: Test-Kreuzung (testcross),

Kreuzung mit homozygot rezessive

A/a X a/a Kreuzung A/A x a/a Kreuzung

Abb. 5

Vergleich von Mitose und Meiose

Abb. 5a Die Eigenschaften der Meiose spiegeln die mendelschen Gesetze wieder

Verdopplung der DNA

Abb. 5b

Dihybridkreuzung, das Unabhängigkeits-

oder Rekombinationsgesetz

Abb. 6

In einer Dihybridkreuzung jedes

Merkmalspaar wird nach dem 2. Gesetz

vererbt, und zwar unabhängig von

anderen Merkmalspaaren

(3. Gesetz)

Zahlenverhältnis von 9:3:3:1

für die vier auftretenden Phänotypen

Unabhängigkeits- u. Rekombinationsgesetz

Dihybrider Erbgang mit

Allelen zwei Drosophila

Gene

vg: Stummelflügel

e: Schwarzer Körper

Erbgang: Nach dem

Zweiten Gesetz

Drei Allelpaare: 64 Felder

Intrachromosomale

rekombination

Abb. 7

Systematische Anordnung der F2 Genotypen

Abb. 8

Geschlechtsgekoppelte

Vererbung

Autosomen –

Gesclechtschromosomen

X –Y Geschlechtsbestimmung

X w/Y hemizygot Männchen

X/X homozygot Weibchen

Abb. 9

Brachydaktylie: Dominanter

Erbgang

Abb. 10

Polydaktylie: Dominanter

Erbgang

Abb. 11

Die Expressivität (Ausprägung) kann unterschiedlich sein; einige

Mutationsträgeneden Patienten entwickeln 0, einige 4 betroffene

Extremitaten, extra Finger oder Zehe

Rezessiver Erbgang: Zystische

Fibrose (Mukoviszidose) Die häufigste autosomal rezessive Erkrankung

der Kaukasischen Bevölkerung

1 zu 2500 Neugeborene,

Heterozygotenhäufigkeit 1/25

Obstruktion der Drüsenausführungsgänge

von hochviskösem Sekret

Sekundäre Zystenbildung und Fibrose der

Gewebe

Das Gen: Chlorid-Kanal

Häufigste Mutation: Deletion CTT, Phe 508

Selektionsvorteil während der Pestseuchen

1/25x1/25=1/625, die Häufigkeit der Frau-Mann Beziehung

als Heterozygoten

¼ der Kinder Homozygot

1/625x1/4=1/2500, die Frequenz der betroffenen Neugeborenen

Abb. 12

Tay-Sachs Syndrom

(Gangliosidose), autosomal rez.

Häufigkeit 1:3000 bei Aschkenazi-Juden (der Gründer-Effekt)

Die Symptome der Erkarankung sind:

-Makrozephalie

-mentale Retardierung

-Dezerebration

Defekt des Enzyms b-Hexosaminidase A, B

Nachweiss auf DNA-Ebene, Heterozygotentest

Abb. 13

Sichelzellanämie

Mutation in haemoglobin S

(HBS) Gen verändern die

Löslichkeit des Hämoglobins

polymerisiert in Filamente

Faserbündeln Assoziierung

Verformung der

Erythrozytenmembran

Entstehung Sichelzellen

Abb. 14

Geschlechtsgekoppelte Vererbung bei

Menschen (Hämophilie) • Hämophilie:klassische X-chromosomal-rezessive

Erkrankung.

• 85 % der Hamophilienfamilien befindet sich einen Mangel an antihämophilem Globulin A, Faktor VIII (Hämophilie A), bei etwa 15 % einen Mangel an antihämophilem Globulin B, Faktor IX (Hämophilie B).

• Die Gerinnungsstörung Blutungen bei Verletzungen. Hämatome der Muskulatur und Gelenke.

• Das Faktor VIII Gen ist 200 kb gross und kodiert für 2351 Aminosäuren. Bei der schwer betroffenen Patienten tritt eine micro-Inversion innerhalb der Promotorregion und im Intron 22. Der Erbgang ist typisch X-Chromosom-gekoppelt: Die Frauen sind Konduktorinnen und weitergeben das Mutation-trägende X Chromosom an Hälfte ihrer Söhne, die hemizygot für X-Chromosom sind.

Abb. 15

Stammbaum der europäischen

Herscher-häuser

Abb. 16

Die europäischen Herscher-

häuser

Abb. 17

Symptome und Erbgang von

Hämophilie

Abb. 18

Vererbung der Kraushaarigkeit

Kreis, gelb: Frau; Quadrat, blau: Mann, beide glatthaarig; rot: Kraushaarig

Kraushaarigkeit: Dominanter Erbgang, ein Elternteil mit Kraushaar ist nötig

Abb. 19

Interchromosomale Rekombination

Die zwei berücksichtige Gene auf zwei Chromosomen lokalisiert sind

Test-Kreuzung: Die Rekombinanten sind gleich häufig wie die

Nicht-Rekombinanten (1:1:1:1 Verhältnis)

Die Gene sind nicht koppelt

Abb. 20

Intrachromosomale Rekombination

Intrachromosomale Rekombination, genetische Kopplung

Die zwei Gene auf ein Chromosom lokalisiert sind, gehören

Einer Kopplungsgruppe an

Test-Kreuzung: ~60 % Nicht-Rekombinanten, ~40 % Rekombinanten

Abb. 21

Rekombinationenkartierung

Abb. 22

Die Anzahl der Rekombinanten (151+154=305)

Dividiert mit der Anzahl der Nachkommenschaft (2839)

Multipliziert mit 100: 305/2839x100=10.7 % ,

10.7 Kartenenheit, 10.7 centiMorgan, cM.

Der Rekombinationswert liegt höchstens

bei 50%

Der RW ist im Mittel nie › 50%, weil:

Mehrfach - C.O.‘s zwischen zwei weit entfernten Genen vorkommen

nur einfache oder andere ungeradzahlige Austauschvorgänge zwischen zwei Genen eines Stranges zu Rekombination führen

nur zwei Chromatiden an einer Stelle ein C.O. eingehen können

Einfache C.O. zwischen a und b

1 und 2 (3 und 4) sind Schwesterchromatide und somit genetisch identisch 2 und 3 (1 und 4) sind homologe Chromatide und genetisch nicht identisch

C.O. zwischen Schwesterchromatiden sind möglich, verlaufen aber unbemerkt

Weitere Austauschmöglichkeiten: 1/4, 2/3, 2/4. Sie führen jeweils zu max. 50% Rekombination.

Bei einem C.O. hat man maximal 50% Austausch!

Die genetische Karte des Chr. 1

Abb. 23

Teil der Karte des Chr. 11

Abb. 24