Genetische Interacties en Overerving

2 Interacties tussen genen

2.1 Gekoppelde Genen

2.1.1 Experimenten van Morgan

• Thomas Hunt Morgan (1866-1945):
  • Amerikaanse geneticus en embryoloog.
  • Chromosomen zijn de basis van erfelijkheid.
  • Allelen zijn lineair gerangschikt op een chromosoom.
• Kruisingsexperimenten met fruitvlieg (Drosophila melanogaster):
  • Eenvoudig te kweken.
  • Snelle ontwikkeling (ongeveer 10 dagen).
  • Veel nakomelingen.
  • Ongeveer 500 rassen.
  • Slechts 4 totaal verschillende chromosomenparen; $2n = 8$
• Experiment 1:
  • P-generatie:
    • Grijs + lange vleugels: homozygoot (wildtype).
    • Zwart + korte vleugels: homozygoot.
  • F1-generatie:
    • 100% grijs + lange vleugels.
    • Dominant: grijs + lange vleugels.
    • Recessief: zwart + korte vleugels.
• Experiment 2:
  • F1-generatie: Heterozygoot (grijs + lange vleugels).
  • Verwachting van Morgan: 9:3:3:1 verhouding.
  • F2-generatie:
    • Twee fenotypes met 3:1 verhouding.
    • Kenmerken gedragen zich als één kenmerk en liggen op hetzelfde chromosoom.
    • Contrast met dihybride kruisingen, waarbij kenmerken op verschillende chromosomen liggen.
• Gekoppelde genen:
  • Genen op hetzelfde chromosoom die samen overerven.
  • Afhankelijke overerving, waardoor de onafhankelijkheidswet van Mendel niet geldt.
  • Genen op verschillende chromosomen zijn nooit gekoppeld en erven onafhankelijk over.

2.1.1 Experimenten van Morgan (Vervolg)

• Experiment 3: Terugkruising
  • F1-generatie:
    • Wijfje: heterozygoot grijs + lange vleugels.
    • Mannetje: homozygoot zwart + korte vleugels.
  • Verwachting van Morgan:
    • 50% grijs + lange vleugels.
    • 50% zwart + korte vleugels.
  • Verkregen resultaten:
    • Verschillende chromosomen hebben onderling genen uitgewisseld.

2.1.2 Gekoppelde Genen en Crossing-Over

• Crossing-over:
  • Vorming van voortplantingscellen tijdens meiose (profase I).
  • Fruitvliegjes: crossing-over enkel bij de vorming van eicellen.
  • Recombinante chromosomen: chromosomen met uitgewisselde genen.
• Experiment 3 Verklaring:
  • Vreemde verhouding 9:9:41:41.
  • 18% recombinanten: organismen die recombinante chromosomen bezitten.
  • De kans dat recombinatie plaatsvindt.
• Hoe verder genen uit elkaar liggen op een chromosoom, hoe groter de kans op recombinante chromosomen.
• Recombinatiefrequentie:
  • $\frac{\text{totaal aantal recombinanten}}{\text{totaal aantal nakomelingen}} \cdot 100$
  • In het voorbeeld: %0.18 of 18%.
• Recombinatiefrequentie:
  • Afhankelijk van de afstand tussen twee genen op één chromosoom.
  • Eenheid: centiMorgan (cM).
  • Voorbeeld van Morgan:
    • Kleur lichaam: 48,5 cM.
    • Lengte vleugels: 66,5 cM.
    • Recombinatiefrequentie = $66,5 \text{ cM} – 48,5 \text{ cM} = 18\%$.
• Genkoppelingskaart.
• Crossing-over levert enkel bij volledig heterozygote individuen recombinanten op (geen effect bij LLGg).
• Genkoppelingskaart/gene mapping.
• Opmerking: Als RF van 2 genen > 50% → genen op verschillende chromosomen (voeg extra gen toe).

2.1.3 Gekoppelde Genen bij Mensen

• HLA-genen:
  • Aanmaak van humane leukocytenantigenen (HLA).
  • HLA zijn glycoproteïnen op het celmembraan.
  • Alle cellen behalve rode bloedcellen.
  • Ieder individu heeft een eigen HLA-type met unieke HLA-proteïnen.
  • 'Barcode': lichaamseigen of lichaamsvreemd.
  • Afweerreactie bij lichaamsvreemde cellen.
• Transplantatie:
  • HLA-compatibiliteit vereist een donor met een gelijkaardig HLA-type aan de acceptor.
  • Complexe variant van het ABO-bloedgroepsysteem.
  • HLA-systeem: zes genen op chromosoom 6:
    • HLA-A-genen.
    • HLA-B-genen.
    • HLA-C-genen.
    • HLA-DQ-genen.
    • HLA-DR-genen.
    • HLA-DP-genen.
• Voorbeeld:
  • Jaëla zou als donor kunnen optreden voor Jack en omgekeerd.
  • Eeneiige tweeling: 100% kans HLA-compatibiliteit.
  • Broers en zussen: 25% kans HLA-compatibiliteit.
  • In werkelijkheid nog complexer door recombinaties.
  • Voorbeeld heeft slechts drie van de zes HLA-genen vermeld.

2.2 Geslachtsgebonden Overerving

2.2.1 Geslachtsbepaling

• 23ste chromosomenpaar, de geslachtschromosomen of heterosomen.
  • Man: XY.
  • Vrouw: XX.
  • Het Y-chromosoom is korter dan het X-chromosoom.
• Kruising tussen man en vrouw:
  • Theoretisch: 50% kans op een jongen of een meisje.
  • Werkelijkheid: iets grotere kans op een jongen.

2.2.2 Geslachtsgebonden Overerving

• Autosomale overerving: erfelijke kenmerken liggen op een van de 22 paar autosomen.
• Geslachtsgebonden overerving: erfelijke kenmerken liggen op een van de geslachtschromosomen.
• X-gebonden genen met recessieve allelen:
  • X-gebonden recessieve aandoening:
    • Voorbeelden: daltonisme (kleurenblindheid), hemofilie (bloederziekte), spierdystrofie van Duchenne.
    • Komen opvallend meer voor bij mannen dan bij vrouwen.
    • Vrouwen hebben twee allelen per eigenschap, mannen hebben één allel per eigenschap.
• Daltonisme:
  • Man:
    • Genotype: $X^dY$, fenotype: heeft de aandoening.
    • Genotype: $X^DY$, fenotype: heeft de aandoening niet.
  • Vrouw:
    • Genotype: $X^dX^d$, fenotype: heeft de aandoening.
    • Genotype: $X^DX^D$, fenotype: heeft de aandoening niet.
    • Genotype: $X^DX^d$, fenotype: heeft de aandoening niet (draagster).
• Een man zal de X-gebonden recessieve aandoening altijd erven via het X-chromosoom van zijn moeder.
• Zoon II6:
  • Vader is gezond.
  • Moeder is gezond maar wel draagster van het gen.
  • Zoon 50% kans op de aandoening.
• Kinderen III5 tem 7:
  • Zoon 50% kans op de aandoening want zijn moeder is drager van het gen.
  • Dochter 50% kans op de aandoening want de vader heeft de aandoening en de moeder is drager van het gen.
• Y-gebonden genen:
  • Y-chromosoom: 70 tot 200 genen.
  • X-chromosoom: ongeveer 1000 genen.
  • Geslachtsbepalend gen: SRY-gen.
    • Aanwezigheid van het gen: geslachtsklieren → teelballen.
    • Afwezigheid van het gen: geslachtsklieren → eierstokken.
  • Typische genotype:
    • Man: XY.
    • Vrouw: XX.
  • Uitzonderingen:
    • XX-mannen.
    • XY-vrouwen.
• Uitzonderingen:
  • XX-mannen:
    • Syndroom van De la Chapelle.
    • Door crossing-over SRY-gen op X-chromosoom.
    • Recombinante zaadcel versmelt met eicel.
    • Kind: XX met mannelijke kenmerken.
    • Onvruchtbaar.
    • 1/100 000.
  • XY-vrouwen:
    • Syndroom van Swyer.
    • SRY-gen ontbreekt of Y-chromosoom is gemuteerd.
    • Kind: XY.
    • Kind wordt als vrouw opgevoed.
    • Vanaf puberteit: Y wordt ontdekt.
    • Baarmoeder, eierstokken en eileider is niet functioneel.
    • Onvruchtbaar.
    • 1/80 000.
• Noteer alle genotypes bij de personen (kleurenblind: b; normaal zien: B). Kleurenblindheid is een X-gebonden recessieve aandoening. Als je het genotype niet kan bepalen, plaats je een ‘.’ of een “?”.

2.3 Cryptomerie

• Cryptomerie en epistasie = de overerving waarbij de uitdrukking van een bepaald gen door een ander gen wordt beïnvloed
• Voorbeeld cryptomerie:
  • R-White hoenders onderling kruisen: witte nakomelingen, genotype: CCrr
  • Witte zijdehoender onderling kruisen: witte nakomelingen, genotype: ccRR
  • R-White hoender met witte zijde hoender: gekleurde nakomelingen, genotype CcRr combinatie C en Rallelen geeft gekleurde hoenders
• Voorbeeld cryptomerie: onderlinge kruising F1-generatie
• F2-generatie:
  • 9/16 gekleurd
  • 7/16 wit
• Het dominante allel C zal voor kleur zorgen, mits ook het dominante allel R aanwezig is.
• Voorbeeld epistasie: Het gen voor afzetting is bepalend voor het fenotype.

2.4 Polygenie

• Polygenie = één fenotype ontstaat door de samenwerking van twee of meerdere genen die op aparte chromosomen liggen
• Voorbeelden zoals huidskleur, oogkleur, haarkleur en lichaamslengte
• Voorbeeld oogkleur
  • Twee genen
  • Hoeveelheid melanine bepaalt de oogkleur
    • Donkerbruin: veel pigment
    • Blauw: weinig pigment
    • Bruin: tussenin
  • Hoe meer dominante allelen, hoe donkerder de oogkleur
• Polygenie kruising 1
  • P-generatie:
    • Vader met zwarte ogen: AABB
    • Moeder met blauwe ogen: aabb
  • F1-generatie:
    • Allemaal lichtbruine ogen: AaBb
• Polygenie kruising 2
  • F1-generatie: Allemaal lichtbruine ogen: AaBb
  • F2-generatie: Terug alle oogkleuren komen voor
  • Opmerking: Het is complexer dan we denken

2.5 Pleiotropie

• Pleiotropie = één gen leidt tot de expressie van meerdere kenmerken
• Voorbeeld 1: gen vleugelontwikkeling bij het fruitvliegje
  • B: normaal ontwikkeld fruitvliegjes
  • Indien homozygoot recessief voor het gen A:
    • rudimentaire vleugels
    • minder aantal eitjes in de eierstokken
    • andere plaatsing van de haartjes op het borststuk
    • verkorte levenscyclus
• Voorbeeld 2: gen pigmentatie bij katten
  • Kat met witte vacht en blauwe ogen: geen pigmentatie, 40% doof
  • Kat met witte vacht en blauw en geel oog: doof aan de kant met het blauwe oog
• Voorbeeld 3: gen voor de aanmaak fenylalaninehydroxylase bij de mens
  • Bij mutatie in dat gen -> fenylketonurie
    • Aangeboren stofwisselingsziekte
    • Hersenschade door een overschot aan fenylalanine in het bloed
    • Huidproblemen door het gewijzigde tyrosine-metabolisme
    • Aanwezigheid van fenylketon in de urine
  • Syndroom: het geheel van symptomen die samen wijzen op een bepaalde ziektetoestand

2.6 Letale Allelen

• Letale allelen = allelen die in een homozygoot / heterozygoot genotype geen levensvatbaar individu opleveren
• Vachtkleur muizen:
  • Kleur bepaald door 1 gen
  • Geel dominant
    • G: gele haarkleur
    • g: normale haarkleur

JUIST/FOUT?

• Het overerven van oogkleur bij de mens is een voorbeeld van pleiotropie.
  • Antwoord: Fout: Het overerven van oogkleur bij de mens is een voorbeeld van polygenie.
• Een man zal de X-gebonden recessieve aandoening steeds erven via het X-chromosoom van zijn moeder.
  • Antwoord: Juist
• Gekoppelde genen zijn genen die op verschillende chromosomen gelegen zijn en onafhankelijk overerven.
  • Antwoord: Fout: Genen die op hetzelfde chromosoom gelegen zijn en samen overerven, noem je gekoppelde genen.