Chromosomale Erfelijkheid - Interacties tussen Genen

Chromosomale Erfelijkheid

Moleculair

• Het Kompas: Van generatie op generatie.
• Voortplanting: Doorgeven van erfelijk materiaal door voortplanting.
• Groei: Van kiemcel tot baby.
• Factoren: Externe en interne factoren beïnvloeden de voortplanting.
• Genexpressie: Veranderingen in genexpressie.
• Biotechnologie: Kunstmatig doorgeven van genen.

Chromosomaal

• Overerving: Chromosomaal doorgeven van erfelijk materiaal.
• Kruisingen: Mono- en dihybride kruisingen.
• Interactie: Interactie tussen genen.

Evolutionair

• Veranderingen: Veranderingen in DNA en het ontstaan van soorten.
• Argumenten: Argumenten voor evolutie.
• Evolutietheorieën: Lamarckisme en Darwinisme.

Hoofdstuk 2: Interacties tussen Genen

• Leerboek WACO 6 Biologie p. 77

2.1 Gekoppelde Genen

• p. 77

2.1.1 Experimenten van Morgan

• p. 77

2.1.2 Gekoppelde Genen en Crossing-over

• p. 77

2.1.3 Gekoppelde Genen bij Mensen

• p. 80

2.2 Geslachtsgebonden Overerving

• p. 83

2.2.1 Geslachtsbepaling

• p. 84

2.2.2 Geslachtsgebonden Overerving

• p. 84

2.3 Cryptomerie

• p. 85

2.4 Polygenie

• p. 89

2.5 Pleiotropie

• p. 90

2.6 Letale Allelen

• p. 91

2 Interacties tussen genen

• Leerboek p. 77

2.1 Gekoppelde Genen

2.1.1 Experimenten van Morgan

• Thomas Hunt Morgan (1866-1945): Amerikaanse geneticus en embryoloog.
• Chromosomen: Basis erfelijkheid, allelen lineair gerangschikt op chromosoom.
• Kruisingsexperimenten: Met fruitvlieg (Drosophila melanogaster).
  • Eenvoudig te kweken.
  • Snelle ontwikkeling (± 10 dagen).
  • Veel nakomelingen.
  • ± 500 rassen.
  • Slechts 4 totaal verschillende chromosomenparen; $2n = 8$.
• Leerboek p. 77

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.
• Leerboek p. 78

Experiment 2

• F1-generatie:
  • Heterozygoot: grijs + lange vleugels.
• Morgan verwacht: 9:3:3:1 verhouding.
• F2-generatie:
  • Twee fenotypes met 3:1 verhouding.
  • De twee kenmerken gedragen zich als één kenmerk en liggen dus op hetzelfde chromosoom.
  • Dihybride kruisingen: beide kenmerken liggen op verschillende chromosomen.
• Leerboek p. 78

Gekoppelde Genen

• Genen die op hetzelfde chromosoom gelegen zijn en samen overerven, noem je gekoppelde genen.
• Ze erven afhankelijk over, waardoor de onafhankelijkheidswet van Mendel in dit geval niet meer geldt.
• Genen die op verschillende chromosomen gelegen zijn, zijn nooit gekoppeld. Deze genen erven wel onafhankelijk over.
• Leerboek p. 79

Experiment 3 Terugkruising

• F1-generatie:

  • Wijfje: heterozygoot grijs + lange vleugels.
  • Mannetje: homozygoot zwart + korte vleugels.

• Leerboek p. 79

• Morgan verwachtte:

  • 50% grijs + lange vleugels.
  • 50% zwart + korte vleugels.

• Leerboek p. 79

• Morgan verkreeg: Verschillende chromosomen hebben onderling genen uitgewisseld.

• Leerboek p. 80

2.1.2 Gekoppelde Genen en Crossing-over

• Crossing-over: Tijdens meiose (profase I) vorming van voortplantingscellen.
• Leerboek p. 80
• Fruitvliegjes: enkel crossing-over bij de vorming van eicellen.
• Recombinante chromosomen: chromosomen met uitgewisselde genen.
• Leerboek p. 80

Experiment 3 Verklaring:

• Vreemde verhouding 9:9:41:41.

• 18% recombinanten: organismen die recombinante chromosomen bezitten.

• De kans dat recombinatie plaatsvindt.

• Leerboek p. 81

• Hoe verder de genen uit elkaar liggen op een chromosoom, hoe groter de kans op recombinante chromosomen.

• Recombinatiefrequentie = $\frac{totaal \ aantal \ recombinanten}{totaal \ aantal \ nakomelingen} \cdot 100$

• In dit voorbeeld: 0,18 of 18%.

• Leerboek p. 81 + 82

• 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 cM – 48,5 cM = 18%
  • Genkoppelingskaart
  • Crossing-over levert enkel bij volledig heterozygote individuen recombinanten op (geen effect bij LLGg).

• Leerboek p. 82

• Genkoppelingskaart/ gene mapping

• Opmerking: Als RF van 2 genen > 50% → genen op verschillende chromosomen (voeg extra gen toe)

• Leerboek p. 82

• Genen, RF:

  • A - B: 15%
  • B - C: 45%
  • B - D: 40%
  • A - D: 25%
  • C - D: 5%

• Leerboek p. 82

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:
    • Eigen HLA-type.
    • Unieke HLA-proteïnen.
    • ‘Barcode’: lichaamseigen of lichaamsvreemd.
    • Afweerreactie bij lichaamsvreemde cellen.

• Leerboek p. 83

• Transplantatie

  • HLA-compatibiliteit
  • Donor 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

• Leerboek p. 83

• 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.

• Leerboek p. 84

2.2 Geslachtsgebonden Overerving

2.2.1 Geslachtsbepaling

• 23ste chromosomenpaar, de geslachtschromosomen of heterosomen.
  • Man: XY.
  • Vrouw: XX.
  • Y chromosoom is korter dan het X chromosoom.
• Leerboek p. 84
• Kruising tussen man en vrouw.
  • Theoretisch: 50% kans op een jongen of een meisje.
  • Werkelijkheid: iets grotere kans op een jongen.
• Leerboek p. 85

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.

• Leerboek p. 85

• X-gebonden genen met recessieve allelen

  • X-gebonden recessieve aandoening:
    • Voorbeelden:
      • Daltonisme of kleurenblindheid
      • Hemofilie of 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.

• Leerboek WACO 5 Biologie p. 86

• X-gebonden genen met recessieve allelen

  • 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)

• Leerboek p. 86 + 87

• X-gebonden genen met recessieve allelen

  • 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.

• Leerboek p. 87

• Y-gebonden genen

  • Y-chromosoom: 70 tot 200 genen.
  • X-chromosoom: rond de 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

• Leerboek p. 88

• 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

• Leerboek p. 88

• Uitzonderingen:

  • 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

• Leerboek p. 88

• 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 “?”.

• Leerboek p. 88

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 R allelen geeft gekleurde hoenders

• Leerboek p. 89

• 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.

• Leerboek p. 89

• Cryptomerie en epistasie

  • Voorbeeld epistasie:
    • Het gen voor afzetting is bepalend voor het fenotype

• Leerboek p. 89

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

• Leerboek p. 90

• Polygenie = één fenotype ontstaat door de samenwerking van twee of meerdere genen die op aparte chromosomen liggen

  • 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

• Leerboek p. 90

• Polygenie kruising 1

  • P-generatie:
    • Vader met zwarte ogen: AABB
    • Moeder met blauwe ogen: aabb
  • F1-generatie:
    • Allemaal lichtbruine ogen: AaBb

• Leerboek p. 90

• Polygenie kruising 2

  • F1-generatie:
    • Allemaal lichtbruine ogen: AaBb
  • F2-generatie:
    • Terug alle oogkleuren komen voor
    • Opmerking: Het is complexer dan we denken

• Leerboek p. 91

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

• Leerboek p. 91 + 92

• 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

• Leerboek p. 92

• 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

• Leerboek p. 92

2.6 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
• Leerboek p. 92

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.