GENEETIKA: Monohübriidne ristamine

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

Geneetika mõisted

Pärilikkus – organismide võime anda endasarnaseid järglasi.

Geneetika – teadusharu, mis uurib pärilikkust ja muutlikkust.

Geen – DNA lõik, mis määrab ühe RNA molekuli sünteesi (ja ka tavaliselt ühe tunnuse).

Alleel – geeni üks esinemisvorm (geeni erivorm). Nad asuvad homoloogiliste kromosoomide kindlas piirkonnas – lookuses.

Dominantne alleel – alleel, mille poolt määratud tunnus alati avaldub (tähistatakse suurtähega nt. A). 

Retsessiivne alleel – alleel, mille poolt määratud tunnus avaldub vaid dominantse alleeli puudumisel (tähistatakse väiketähega nt. a). 

Homosügoot – organism/rakk, kellel on vaadeldava tunnuse suhtes identsed alleelid, (alleelipaari seisund, kus mõlemad alleelid on kas dominantsed või retsessiivsed). Nt. AA või aa

Heterosügoot – organism/rakk, kellel on vaadeldava tunnuse suhtes erinevad alleelid (ühe geeni erinevad alleelid). Nt. Aa

Geenifond – liigi või populatsiooni geenide kogum

Genotüüp – organismi geenide kogum

Fenotüüp – organismi avaldunud tunnuste kogum

Polüalleelsus – geen esineb populatsioonis rohkem kui kahe variandina (üle kahe alleeli organismirühmas)

Polügeensus – ühte tunnust määrab palju geene

Intermediaarsus – domineerimisnähtus puudub, tunnuste vahepealne avaldumine

Kodominantsus – avalduvad mõlemad tunnused

Gregor Johann Mendel (1822-1884)

Austria munk, kes pani aluse geneetikale. 

Ta tegi katseid hernestega, et selgitada tunnuste pärandumist. Valides hoolikalt, milliseid taimi omavahel ristata, avastas ta, et tunnused päranduvad paarikaupa.

Ta leidis ka, et tavaliselt avaldub fenotüübis ainult üks tunnus igast paarist. 

Geneetikaülesannete sümbolid:

Mendel võttis kasutusele geneetika ülesannete ja skeemide sümbolid (kasutusel tänapäevani).

  P – parentes (vanemad)

  F – filia, filialis (tütar ja poeg)

  x – ristamine

F1, F2, F3 – põlvkonnad.

Monohübriidne ristamine

Monohübriidse ristamise korral erinevad vanemad ühe tunnusepaari poolest.

- vaadeldakse vaid ühe tunnuse kujunemist järglastel.

Mendeli esimene seadus ehk ühetaolisuse seadus 

Homosügootide omavahelisel ristamisel moodustunud esimene järglaspõlvkond on genotüübilt samad, (heterosügootsed) ja fenotüübiliselt sarnased

     sile                  krobeline

S-genotüüp

s-Fenotüüp

Ss-F1

siledad

Mendeli teine ehk lahknemisseadus 

Homosügootide omavahelisel ristamisel toimub järglaspõlvkonnas F2 tunnuste lahknemine seaduspäraselt (genotüübilises suhtes 1:2:1, fenotüübilt 1:2:1 või domineerimise korral 3:1 )

Järglastest genotüübilt: 

1 osa on dominantseid homosügoote (BB), 

2 osa heterosügoote (Bb) ja 

1 osa retsessiivseid homosügoote (bb).

Mendeli monohübriidne ristamine:

Herneste tunnused, mille pärandumise uurimise põhjal Mendel on seaduspärasused sõnastanud:

Inimese dominantsed ja retsessiivsed tunnused:

Analüüsiv meetod:

Taimede või loomade heterosügootsuse määramiseks. 

 Dominantse tunnusega isend ristatakse kaksikretsessiivse tunnusega isendiga. 

 Kui järglased on kõik dominantse tunnusega, on uuritav dominantse tunnusega isend homosügoot – sellisel juhul on tegemist tõu- või sordipuhta liigiga. 

 Kui järglaskonnas toimub lahknemine ja saadakse erinevate tunnustega organismid, siis järelikult on uuritav dominantse tunnusega organism selle tunnuse suhtes heterosügoot – sellisel juhul ei ole tegemist tõu- või sordipuhta liigiga.

Genealoogiline meetod:

Inimese sugupuu abil tema genotüübi väljaselgitamine. 

 Selgitatakse kas inimene on selle tunnuse suhtes homosügoot või heterosügoot. 

 Peamiselt kasutatakse pärilike haiguste riski tuvastamiseks

 Inimese puhul analüüsivat ristamist kasutada ei saa.

Ülesanded:

Sinisilmne mees abiellus pruunisilmse (homosügoot) naisega. Mis värvi silmadega sünnivad nende lapsed? Koosta ristamise genotüübiline skeem!

P: aa x AA

a - sinisilmne

A - pruunisilmne

Vastus: Lapsed on kõik pruunisilmsed

2. ülesanne:

Pruunisilmne mees ja pruunisilmne naine (mõlemad on heterosügoodid) saavad lapse. Kui suur on tõenäosus, et lapsel on sinised silmad? Koosta ristamise genotüübiline skeem!

3. ülesanne:

Sinisilmne mees abiellus naisega, kellel on pruunid silmad. Perekonnas on 2 tütart, üks siniste, teine pruunide silmadega. Milliseid lapsi võiksid tütred saada abielludes sinisilmsete meestega, kui pruun silmavärvus domineerib sinise üle? Koosta ristamise genotüübiline skeem.

4.ülesanne:

Ristati kahte mustakarvalist merisiga. Saadi 3 poega, kellest 2 olid mustakarvalised ja üks pruunikarvaline. Koosta ristamisskeem! Kas tegemist oli tõupuhaste merisigadega?

P: Aa x Aa

Vastus: Ei ole tõupuhtad, kuna esines ka pruune sigu

5. ülesanne:

Eesmiste purihammaste puudumine pärandub dominantselt. Perekonnas, kus mõlemal vanemal esines nimetatud puue, sündis normaalne tütar. Kui suur on tõenäosus, et nende järgmisel lapsel eesmised purihambad puuduvad?

6.ülesanne:

 Nudipäist veisetõugu ristati sarvilise tõuga. Hübriidid olid kõik nudid. Neid ristati omavahel ja F2 põlvkonnas saadi 52 vasikat. Milline on teoreetiline oodatav arvuline lahknemine genotüüpide ja fenotüüpide järgi?

7.ülesanne:

 Paaritades nudi pulliga (dom. tunnus) sarvilisi lehmi saadi Ühes karjas 117 nudi ja 121 sarvedega vasikat. Joonistada genotüübiline skeem. Kas kahe sarvedega looma ristamisel võib saada nudisid järglasi? Nudide ristamisel sarvedega järglasi? Tehke vastavad skeemid!

Intermediaarsus:

8.ülesanne:

 Ristatakse punast lillhernesorti valgeõielise sordiga. F1 põlvkonnas on kõik hübriidid roosaõielised. Milliseid lillherneid on oodata F2 põlvkonnas? Koosta ristamisskeem!

9.ülesanne: Albinismigeen domineerib valge värvuse üle. Missugune tuleb genotüübiline ja fenotüübiline lahknemine F1 põlvkonnas kui omavahel ristati kahte albiinot valge värvusgeeni suhtes heterosügootset hobust? (On teada, et homosügootsed albiinod hukkuvad juba looteeas).

10.ülesanne: Kui suur on tõenäosus, et heterosügootsete pruunisilmsete vanemate kahest lapsest on üks sinisilmne ja teine pruunisilmne?

11. Ristatakse punast lillhernesorti valgeõielise sordiga. F1 põlvkonnas on kõik hübriidid roosaõielised. Milliseid lillherneid on oodata F2 põlvkonnas? Koosta ristamisskeem!

P:   ĀĀ x aa

aa - valge

ĀĀ - punane

Vastus: Saadakse punaseid, valgeid ja roosasid lillherneid

12. ülesanne: Kodominantsus: Ristatakse valge kana ja pruun kukk. F1 põlvkonnas on kõik tibud pruuni-valgekirjud. Milliseid tibusid on oodata F2 põlvkonnas, kui F1 pruunivalge kana ristatakse pruuni kukega? Koosta ristamisskeem!

13.ülesanne: Punaseviljalise aedmaasika ristamisel valgeviljalise sordiga on F1 hübriidid roosaviljalised. Milliseid tulemusi on oodata F1 hübriidi ristamisel punaseviljalise sordiga?

14.ülesanne: Peres on vanemad laineliste juustega (Āa). Kui suur on tõenäosus, et sellesse perre sünnivad järgnevate fenotüüpidega lapsed:

a) laineliste juustega

b) lokkisjuukseline või laineliste juustega

c) sirgete juustega tütar?

GENEETIKA: Vererühmade pärandumine

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

Vererühmad

ABO süsteem: Vastavalt valkude (antigeenide) erinevusele punaste vererakkude pinnal:

0 vererühm

A vererühm

B vererühm

AB vererühm

Doonor:

Alleelid IA ja IB domineerivad alleeli i üle! IA ja IB on omavahel kodominantses suhtes. Vererühm on polüalleelse tunnuse näide (populastioonis üle kahe sama geeni alleeli). I on dominantne alleel ja i on retsessiivne alleel. Dominantsed tunnused avalduvad alati. Retsessiivne tunnus avaldub ainult juhul kui kokku saavad kaks retsessiivset alleeli. 

sinine - A-alleel (kodominantne)

roheline - B-alleel (kodominantne)

valge - 0-alleel (retsessiivne)

Reesusfaktor:

Umbes 85 % inimestel esineb vere punalibledel asuv valguline D-antigeen ehk reesusfaktor, nad on reesuspositiivsed. 

Reesusnegatiivsetel see puudub.

Reesusfaktori olemasolu (Rh+) on dominantne tunnus 

ning puudumine (Rh-) retsessiivne tunnus

Reesuskonflikt:

 Tekib ema ja loote vahel, juhul kui ema veri on reesusnegatiivne ja loote veri reesuspositiivne. 

 Võõra antigeeni sattudes ema organismi hakatakse selle vastu tootma antikehi. 

 Järgneva reesuspositiivse loote puhul läbivad antikehad platsenta ning hakkavad loote punaliblesid kui võõrvalkudega rakke lammutama. 

Ülesandeid:

1. Millised võivad olla laste vererühmad, kui ema on A vererühmaga homosügoot ja isa B vererühmaga heterosügoot? Määra kõigi isikute genotüübid.

2. Vanemate vererühmad on 0 j AB. Millise vererühmaga võivad olla lapsed? Määra kõigi isikute genotüübid. 

3. Emal on A vererühm, lastel 0 ja B vererühm. Milline on isa vererühm? Millise vererühmaga lapsi võiks neil üldse olla? Määra kõigi isikute genotüübid.

4. Milliste veregruppidega lapsed sünnivad, kui vanemad on heterosügootsed? 

5. Milliste genotüüpidega vanematel võib sündida reesusnegatiivne laps? 

6. A-vererühmaga mees, kelle vanemate vererühmad on A ja AB, abiellus naisega, kellel on AB vererühm, kuid kelle õel on 0-vererühm. Neil sündis B-vererühmaga laps. Koostage pärandumisskeemid, millel näitate kõigi isikute genotüübid ning määrake naise vanemate vererühmad.

7. 1940. aasta kuulsal Charlie Chaplini isaduse tuvastamise protsessil tuli lahendada järgmine probleem. Lapsel oli vererühm B, tema emal vererühm A ja näitleja vererühmaks oli 0. Kohus leidis, et Charlie Chaplin ei saanud mingil juhul olla lapse isaks. Kas lapse emal oleks põhjust see otsus vaidlustada?

Modifikatsiooniline muutlikkus

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

GEENID + KESKKOND

Modifikatsiooniline ehk mittepärilik muutlikkus on määratud geenide ning keskkonna koosmõjuga ning viib konkreetsete tunnuste avaldumisele (fenotüüp).

 Järglastele päranduvad tunnuste kujunemise piirid. 

Vegetatiivsel paljunemisel on tütartaimed genotüübilt samasugused, tunnuseid mõjutavad keskkonnategurid.

Keskkonnategurid, mis mõjutavad geneetiliselt ühesuguste taimede kasvu – toitained, vesi, päike jm. Alljärgnevalt on muudetud vaid ühte tegurit (toitainete kogust mullas) -  keskkonnamõju taimele on märgatav! 

Toitainete sisaldus normaalne                                                Toitainete sisaldus vähene

Reaktsiooninorm

Reaktsiooninorm – tunnuse (fenotüübilise) muutumise määr.

Variatsioonirida – tunnuse muutumise määra kajastav looduslike objektide järjestatus (näiteks ühe puu erineva suurusega lehed). 

Variatsioonikõver – variatsioonirea graafiline esitus.

Liigi geenifond (liigi kõikide geenialleelide kogum; genofond) määrab ära reaktsiooninormi laiades piirides.

Üksikisendi genotüüp (isendi geenide kogum) aga konkreetse isendi reaktsiooninormi.

Kaksikute meetod

Ühemunakaksikute tunnuste erinevused ja sarnasused võimaldavad eristada pärilikku ja mittepärilikku muutlikkust.

Tunnused sõltuvalt muutlikkuse määrast

Suures ulatuses muutuvad:

Pikkuskasv, kehamass, lihaste treenitus, intellekt (laia reaktsiooninormiga tunnused) 

Vähesel määral:

Silmavärvus, silmade suurus, juuste läbimõõt (kitsa reaktsiooninormiga tunnused) 

Ei muutu üldse:

Silmapõhja muster, sõrmejäljed, sugu (inimesel), vererühmad.

Tunnused sõltuvalt kasulikkusest

Kasulikud:

tingitud refleksid ehk omandatud  käitumisharjumused, kaitsevärvus loomadel.

Kahjulikud:

päriliku eelsoodumusega haigused, arenguhäired, jäävvigastused.

Kopsuvähki haigestumine on seotud geenide ja keskkonnaga (tubakasuits).

Tunnused sõltuvalt kestvusest

Pöörduvad:

Kaovad mõni aeg peale põhjustava teguri kadumist. Päevitus, mälu, lihaste treenitus.

Pöördumatud: 

Säilivad elu lõpuni. Väärarengud, jäävigastused, luude deformeerumine. 

Mendeli hübridiseerimiskatses ilmnenud seaduspärasused

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

Sissejuhatus

Tänapäeval ei kujutaks me ette geneetikat ilma DNA uuringuteta. Geneetilised uuringud on muutunud nii lihtsaks ja kättesaadavaks, et igal inimesel on võimalik saata enda DNA laborisse, et saada rohkem teada oma päritolu kohta või uurida pärilike haiguste eelsoodumuse kohta. Kuid kas teadsite, et geenide pärandumise seaduspärad avastati ligikaudu sada aastat enne seda, kui mõisteti DNA rolli päriliku info salvestamisel? 

Õpieesmärgid

Selle peatüki lõpuks: 

• kirjeldate Mendeli katsetes ilmnenud seaduspärasid;
• seostate Mendeli katsetes ilmnenud seaduspärasid nende geneetilise põhjendusega; 
• lahendate Mendeli seadustel põhinevaid ülesandeid; 
• selgitate Mendeli seaduste rakendusvõimalusi. 

 

Mendeli katsed

Esimesed avastused pärilikkuse seaduspärade kohta tegi Tšehhi munk ja kooliõpetaja Gregor Mendel juba 19. sajandi keskel. Enne Mendeli avastusi usuti, et vanemate tunnused segunevad järglastes sarnaselt nagu sinine ja kollane värv annavad segades rohelise. Mendel arvas seevastu, et pärilikkus tuleneb teatud muutumatute pärilikkusüksuste edasi andmisest. Tema teooria kohaselt on organismis igast tunnusest kaks versiooni, mille organism saab oma vanematelt. Oma teooria katsetamiseks ristas ta kloostriaias herneid ning uuris tunnuste pärandumist (joonis 3.3.5.1.). Pärilikkuse uurimist selliste meetoditega, mida kasutati enne DNA rolli avastamist, nimetatakse tänapäeval klassikaliseks geneetikaks. 

Joonis 3.3.5.1. Gregor Mendel selgitas hernetaimi kasvatades ja uurides välja põhilised tunnuste pärandumise seaduspärad. 

Mendeli katsed hernestega

Mendel uuris oma katsetes seitsme tunnuse pärandumist: herneseemnete värv ja kuju, kauna värv ja kuju, õite värv ja asetus ning taime kasv. Esialgu ristas ta taimi, mis erinesid omavahel ainult ühe tunnuse poolest. Esmalt kasvatas ta eri tunnustega taimi eraldi peenardel. Seeläbi selgitas ta välja, et ühest puhtast sordist taimed annavad alati täpselt samasuguseid järglasi, näiteks rohelise herne taimedelt saab alati roheliste seemnetega järglasi (joonis 3.3.5.2.). 

Joonis 3.3.5.2. Mendel ristas erinevate tunnustega herneid ning uuris tunnuste pärandumist. 

Seejärel ristas Mendel omavahel erinevaid hernesorte, näiteks kollaseid herneid rohelistega. Katse tulemusena selgus, et igast tunnuste paarist leidus üks domineeriv tunnus, mis pärast ristamist saadud järglastes avaldus. Puhtasse sorti kuuluvate kollaste ja roheliste herneste ristamisel saadi ainult kollaseid herneid, krobelisi ja siledaid herneid ristates oli tulemuseks aga vaid siledad herned (joonis 3.3.5.3.).

Joonis 3.3.5.3. Mendel avastas oma katsete käigus, et igas tunnustepaaris leidus üks domineeriv tunnus. 

Ristates esimese järglaste põlvkonna herneid omavahel sai Mendel aga hoopis teistsugused tulemused. Roheliste ja kollaste herneste ristamisel saadud kollaseid herneid omavahel uuesti ristates olid järglastest ¾ kollased ning ¼ rohelised (joonis 3.3.5.4.). Sarnased osakaalud olid iseloomulikud kõigi vaadeldud tunnuste puhul. Sellest järeldas Mendel, et teises põlvkonnas tunnused lahknevad uuesti. 

Joonis 3.3.5.4. Kollaste ja roheliste herneste ristamisel saadud järglased on kõik ühetaoliselt kollased. Saadud kollaseid herneid omavahel ristates lahknevad tunnused uuesti ning 1/4 saadud hernestest on rohelised. 

Simulatsiooni abil saate ka ise Mendeli katseid läbi viia proovida. Selleks vajutage esmalt "Breed" ehk rista, et luua kaks juhuslikku vanemat, ja uuesti "Breed", et näha nende vanemate järglasi. Seejärel valige kaks järglast, keda soovite omavahel ristata, ning vajutage taaskord "Breed", et näha järgmise põlvkonna järglasi. Saate protsessi korrata nii mitu korda kui soovite, kuid 6 põlvkonna järel hakkavad vanemad põlvkonnad kaduma. Kui soovite alustada simulatsiooni uuesti uute juhuslike vanematega, siis uuendage lehte või sulgege see ja avage uuesti. Kas oskate simulatsiooni abiga leida samad seaduspärad, mis Mendel oma katsetega tuvastas?

Mendeli seadused

Tänapäeval saame Mendeli avastusi põhjendada teadmistega geenide toimimisest. Teame, et organismi keharakkudes on kahekordne kromosoomistik ning igast geenist on kaks versiooni, millest üks pärineb emalt, teine isalt. Selliseid geenide versioone nimetatakse alleelideks. Kui organismil on mingi geeni mõlemad alleelid ühesugused, nimetatakse seda homosügootsuseks, kui erinevad, siis heterosügootsuseks. Mendeli esimesed katsed olid sordipuhaste taimedega, mis andsid ainult ühesuguste tunnustega järglasi, järelikult oli seal tegemist homosügootsete ehk samasuguste alleelidega taimedega. 

Erinevate tunnustega organismide ristamise tulemusi on kõige parem selgitada skeemi abil. Kokkuleppeliselt tähistatakse sellisel skeemil puhtast sordist vanemaid tähega P (ladina keeles parentes ehk vanemad) ning nende järglasi tähega F (ladina keeles filii ehk lapsed). Seda, mitmenda põlvkonna järglastega on tegemist, tähistatakse numbriga, näiteks F₁  ja F_2. 

Mendeli järgmistes katsetes oli erinevateks alleelideks näiteks seemne kollane või roheline värvus. Tähistades kollast värvust määrava alleeli A tähega ning rohelist värvust määrava alleeli a tähega, ilmneb, et puhtast sordist kollaste herneste alleelid on AA ja roheliste herneste alleelid aa (joonis 3.3.5.5.). Sugurakkude valmimisel jääb igasse sugurakku üks alleel. See tähendab, et kollaste herneste sugurakkudesse jäävad alleelid A ja A, roheliste herneste sugurakkudesse a ja a. Kollase ja rohelise herne sugurakkude liitumisel on seega ainsad võimalikud kombinatsioonid, mis saavad tekkida, Aa, ehk hernes, kus on üks kollast ning üks rohelist värvust määrav alleel.

Joonis 3.3.5.5. Kollaste ja roheliste puhtast sordist herneste ristamisel on tulemuseks herned, millel on üks kollast, üks rohelist värvust määrav geenivariant. Kuna kollane on domineeriv tunnus, siis on välimuselt kõik herned kollased. 

Hoolimata sellest, et kõigil F₁ põlvkonna hernestel on mõlemad alleelid, on kõik herned väliselt ühetaolised ehk kollased. Järelikult avaldab värvusele mõju ainult üks alleelidest. Seda alleeli, mis ristamise järel avaldub, nimetatakse dominantseks alleeliks, ja teist alleeli nimetatakse retsessiivseks. F₁ põlvkonna järglastel on kõigil üks dominantne ja üks retsessiivne alleel ehk nad on heterosügootsed ning kõik järglased on omavahel identsed. Seda järeldust nimetatakse Mendeli esimeseks seaduseks. 

Vaatame nüüd skeemil, mis juhtub, kui ristata omavahel F₁ põlvkonna heterosügootseid järglasi, kellel on Aa alleelid ehk üks kollast, teine rohelist värvust määrav alleel. Sugurakkude valmimisel jääb kummalgi hernel osadesse sugurakkudesse kollast (A) ja teistesse rohelist (a) värvust määrav alleel. Ühe taime sugurakud liituvad teise taime sugurakkudega, järelikult on uues ehk F₂  põlvkonnas võimalik kolm erinevat kombinatsiooni: AA, Aa ning aa (joonis 3.3.5.6.). Kuna domineeriv tunnus ehk kollane värvus avaldub nii AA kui ka Aa kombinatsiooni korral, retsessiivne tunnus ehk roheline värvus aga vaid aa kombinatsiooni korral, on lihtne näha, miks ¾ järglastest on domineeriva ning ¼ retsessiivse tunnusega. Nende tulemuste põhjal on sõnastatud Mendeli teine seadus: F₂  põlvkonnas lahknevad tunnused kindlates suhetes. 

Joonis 3.3.5.6. F₁ põlvkonna ristamisel omavahel lahknevad tunnused kindlas vahekorras. 3/4 järglastest avaldub dominantne tunnus ning 1/4 retsessiivne tunnus. 

Uurides mitme erineva tunnusega herneste lahknemist järeldas Mendel ka seda, et tunnused päranduvad üksteisest sõltumatult. Seda seaduspära nimetatakse Mendeli kolmandaks seaduseks. Tänapäeval teame, et see seadus kehtib ainult tunnuste puhul, mida määravad geenid asuvad erinevates kromosoomides või samas kromosoomis, kuid üksteisest kaugel. Lähedal asuvad geenid päranduvad koos, kuna need antakse sama kromosoomiga järglastele edasi. Seetõttu avalduvad osad tunnused enamasti koos. 

Mendeli seaduste rakendusvõimalused

Kuigi Mendeli katsed tuginesid herneste sihipärasele ristamisele, on tema avastatud seadustel palju laiem rakendus. Mendeli seadused kehtivad ka looduses juhuslikult sündivate järglaste puhul, sealhulgas inimestel. Samas tuleb silmas pidada, et mitte kõik tunnused ei pärandu vastavalt Mendeli seadustele. Inimestel on puhtaid Mendeli seaduste kohaselt päranduvaid tunnuseid küllaltki vähe. Paljud tunnustest on määratud mitme geeni poolt. Selliseid tunnuseid nimetatakse polügeenseteks. Polügeensed tunnused on näiteks silmade värv, kasv, kehakaal ja nahavärv (joonis 3.3.5.7.). 

Joonis 3.3.5.7. Kasv ja silmavärv on polügeensed tunnused ehk nende tunnuste määramisel osaleb rohkem kui üks geen. 

Enamikul tunnustest ei suru üks alleel teist täielikult maha. Olukorda, kus heterosügoodil avaldub kahe homosügoodi vahepealne tunnus, nimetatakse intermediaarsuseks. Näiteks saab sageli punaste ja valgete õitega lillede ristamisel roosade õitega järglased. Mõnikord võivad aga mõlema alleeli poolt määratud tunnused avalduda samaaegselt. Seda nimetatakse kodominantsuseks ning siis saadakse punaste ja valgete õitega lillede ristamisel hoopis punase-valge-kirjud lilled (joonis 3.3.5.8.). 

Joonis 3.3.5.8. Kui punaste ja valgete õitega taimede ristamisel saadakse roosade õitega taim, on tegemist intermediaarsusega, kui aga punase-valgekirjud õied, siis kodominantsusega. 

Mendeli seadused on siiski olulised, kuna võimaldavad leida mitmete haiguste, näiteks daltonismi ehk punarohepimeduse (joonis 3.3.5.9.) ja hemofiilia ehk vere hüübimatuse esinemise tõenäosust järglastel. Selleks on vaja teada, kas vanemad on selle tunnuse suhtes homo- või heterosügootsed. Katseloomade- ja taimede puhul ristatakse selleks dominantsete tunnustega isendit retsessiivsete tunnustega isendiga. Kui järglased on kõik ühesugused, on tegemist homosügootsusega, kui aga toimub lahknemine suhtes 1:3, siis on tegemist heterosügootse vanemaga. Inimeste puhul loomulikult selliseid meetodeid kasutada ei saa, seetõttu tuleb lasta DNA-d analüüsida või uurida oma sugupuud. 

Joonis 3.3.5.9. Daltonismi ehk puna-rohe-pimesuse korral ei suuda inimene eristada punaseid ja rohelisi toone. Sellisel juhul ei ole inimene võimeline pildil olevat numbrit lugema. 

 

Kokkuvõte 

Keharakkudes on igast geenist kaks versiooni ehk alleeli, mis mõjutavad tunnuse avaldumist. Dominatne tunnus avaldub ka heterosügootidel, retsessiivne tunnus ainult homosügootidel. Mendeli seaduste kohaselt päranduvad tunnused üksteisest sõltumatult ning kindla seaduspärasuse alusel. Homosügootsete vanemate ristamisel on F₁ põlvkonna järglased kõik heterosügootsed ning ühetaolised, F₂ põlvkonna järglastel toimub aga tunnuste lahknemine. Kõik tunnused ei pärandu Mendeli seaduste kohaselt, kuid Mendeli seaduste tundmine aitab mõista mitmete haiguste pärandumist ning arvutada haigete järglaste saamise tõenäosust. 

 

Mõisted

alleel
homosügootsus
heterosügootsus
dominantsus
retsessiivsus
polügeensus
intermediaarsus
kodominantsus

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

CRISPR-Cas9 süsteem

Mine navigeerimisribaleMine otsikasti

CRISPRi mehhanismi üldine skeem

CRISPR-Cas9 süsteem on prokarüootide immuunsüsteemi osa, mis annab resistentsuse mitteomaste geneetiliste elementide, näiteks plasmiidide või faagide suhtes. Selle süsteemi kasutamine biotehnoloogias võimaldab väga kiirelt, täpselt ja odavalt DNA-d muuta ning seepärast peetakse selle avastamist ja kasutuselevõttu üheks suuremaks revolutsiooniks selles valdkonnas.^[1][2]

See omandatud immuunsüsteem koosneb CRISPR-kordusjärjestustest ja endonukleaasidest nagu näiteks Cas9. CRISPR on lühikesi nukleotiidseid kordusi sisaldav lookus või piirkond paljude prokarüootide DNAs, kus asuvad eri viiruste lühikesed nukleotiidsete segmentide järjestused ehk protospacer '​id. Cas9 katalüüsib CRISPRi protospacer '​iga seostunud võõra DNA ahela katkemist. Sellega neutraliseeritakse viiruse kahjulik mõju bakterile.^[3][4]

Taolisi süsteeme on leitud umbes 40%-l prokarüootidest ja umbes 90%-l arhedest, kelle genoom on sekveneeritud. Cas9 avastati CRISPRi süsteemi nukleaasidest esimesena. Pärast seda on avastatud veel teisigi sarnase funktsiooniga nukleaase: Cpf, Csn, Cas3, Cas10 jne.^[5]

Kuna CRISPR-Casi süsteem töötab väga spetsiifiliselt ja ei ole väga kallis, on see väga hea biotehnoloogiline vahend genoomi töötlemiseks. Võimalik, et süsteemiga võib tulevikus hakata ravima pea kõiki geneetilisi haigusi. Näiteks on Hiina teadlased seda süsteemi juba rakendanud eluvõimetu inimembrüo genoomil.^[5]

Sisukord

• 1Ajalugu
• 2Mehhanism
• 3Biotehnoloogiline rakendus
• 4Viited

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Esimesed avastused ja vihjed selle süsteemi kohta tulid 1980ndate lõpus, kui üks Jaapani uurimisrühm kloonis kogemata ühe osa CRISPRi segmendist koos oma uuritava geeniga. Selliste korduvate järjestuste klastrid avastati veel sõltumatult kahes kohas: 1993. aastal Hollandis ja samal ajal ka Hispaanias.^[6] 2005. aastal jõudsid kolm uurimisrühma üksteisest sõltumatult järeldusele, et osa CRISPRi lookuses asuvaid spacer'eid on pärit bakteriofaagide DNAst ja/või võõrast plasmiidist. Nende tulemuste järgi on CRISPRi roll bakteris sarnane omandatud immuunsüsteemiga. Esimesed katselised tõendid selle kohta saadi 2007. aastal, kui näidati, et bakteri Staphylococcus thermophilus '​e omandatud spacer '​id on tõesti pärit teda nakatanud bakteriofaagist.^[7][8]

Mehhanism[muuda | muuda lähteteksti]

Kui tundmatu viirus ründab mikroobi, siis esmane immuunvastus sellele on mingi segment (protospacer) viiruse DNAst salvestada CRISPRi lookusesse. See segment on homoloogiline ehk sarnane viiruse selle piirkonna DNAga. Ensüümid, mis aitavad bakteri genoomi viiruse DNAd integreerida, on Cas1 ja Cas2. Valgumutatsiooni katsed on näidanud, et pärast seda ei lülitu enam uued protospacer '​id CRISPRi süsteemi, kuid samas on väga hästi säilinud mikroobi immuunvastus viirustele, mis on juba varem CRISPRi lookusesse lülitatud.^[9]

CRISPRi klaster genoomis

Praeguseks on juba avastatud mitut eri tüüpi CRISPRi süsteemid (tüüp I, tüüp II, tüüp III), mis kõik töötavad teatud erinevustega. Kuna tüüp II on neist kõige enam uuritud ja nii-öelda näidis-CRISPRi süsteem, siis edaspidi tuleb juttu eelkõige just seda tüüpi süsteemist.

Kompleksi seostumine märklaud-DNAga

Võõras geneetiline materjal salvestatakse mikroobi CRISPRi klastrisse nn protospacer '​itena. Nende pikkused varieeruvad tavaliselt umbes 20 nukleotiidi ümber. Eri spacer '​id DNAs on üksteisest eraldatud lühikeste palindroomsete järjestustega. Sellelt transkribeeritud RNA-d nimetatakse CRISPRi RNA-ks ehk crRNAks (vahel mainitud ka kui guide-RNA ehk gRNA). Kuid lisaks crRNA-le on süsteemi toimimiseks vajalik veel üks teine RNA. Selleks on nn transaktiveeriv crRNA ehk tracrRNA. Selle geen on bakteri genoomis nagu Cas9 geengi CRISPRi lookuse lähedal. Sellist asukohta on vaja, et tuttava viiruse rünnaku korral välja valida just see õige, viiruse DNAga homoloogiline crRNA, ja siduda see Cas9 nukleaasiga.^[10][11]

Kui sama viirus uuesti bakterit ründab, siis esmase immuunvastusena transkribeeritakse bakteri CRISPRi lookusest transkript pre-crRNA. See sisaldab veel paljusid eri protospacer '​eid ja nendega koos tulnud palindroomseid järjestusi, sellest ka eesliide pre. Samal ajal toimub ka tracrRNA süntees. See RNA sisaldab samuti palindroomset järjestust, mis on komplementaarne CRISPRis olevate korduvate järjestustega. Seejärel toimub tracrRNA hübridisatsioon just selle crRNA kõrval oleva palindroomse järjestusega, mis on homoloogiline sissetunginud viiruse DNAga. Korduste kohast tekib seega kaheahelaline ehk dsRNA (double-stranded), mis initseerib ensüümi RNase III lõikama tracrRNAga seostunud crRNAd. Pre-crRNA ja tracrRNA kompleks initseerib veel ka Cas9 ensüümi, mis seostub sellega ja alles siis muutub aktiivseks endonukleaasiks. Moodustub crRNA-tracrRNA-Cas9 kompleks, mis on nüüd valmis seostuma märklaud-DNAga. Kompleks hübridiseerub viiruse DNA selle osaga, mis sisaldab crRNAga homoloogilist järjestust, aga lisaks sellele on väga oluline veel üks järjestus, mis jääb homoloogilise järjestuse 3 otsa. Selleks on nn PAMi (protospacer adjacent motif) ala ehk protospacer '​iga külgnev järjestus, mis on ainult mõni nukleotiid pikk (3–5 aluspaar). See on väga oluline osa süsteemist, sest just see ala takistab CRISPRi süsteemil lagundada enda geneetilist infot, sest taolisi ~20 aluspaaripikkuseid spacer '​iga identseid järjestusi võib juhuslikult esineda ka bakteri enda genoomis. PAMi ala annab bakterile mõista, et tegemist on võõra geneetilise materjaliga, mis võib minna lagundamisele. Tundnud ära selle ala, hübridiseerub crRNA viiruse DNA-le, kusjuures palindroomse kordusega ala hübridiseerub just PAMi alale. Endonukleaas Cas9 katalüüsib nüüd dsDNA fosfodiestersideme katkemist. See toimub samuti PAM ala kõrval. Pärast kaheahelalist katket eemaldub kompleks märklaualt.^[12]

Biotehnoloogiline rakendus[muuda | muuda lähteteksti]

CRISPR-Cas9 süsteem on oma olemuselt küllaltki lihtne, sest süsteemi toimumiseks on vaja ainult kolme komponenti: crRNA, tracrRNA ja Cas9. Teine väga oluline aspekt on, et erinevalt varasematest genoomi töötlemise tehnoloogiatest võimaldab see süsteem bioloogilisi süsteeme töödelda palju täpsemalt, kiiremalt ja odavamalt. 2011.–2012. aastal näitasid Virginijus Šikšnysi ja Emmanuelle Charpentieri juhitud uurimisrühmad, et manipuleerides RNAd Cas9 ensüümis, võivad nad ise valida märklaud-DNA ahela, mida töödelda. Näiteks valida huvipakkuv ala genoomis, tekitada seal kaheahelaline katke ja integreerida katkenud ahelate vahele uus geen. Charpentieri meeskond ühendas Cas9 ensüümis oleva RNA üheksainsaks pikemaks RNAks – guide-RNA ehk gRNAks.

Praeguseks on CRISPR-Cas9 süsteemi rakendatud sellistele organismidele nagu pagaripärm (Saccharomyces cerevisiae), sebrakala (D. rerio), äädikakärbes (Drosophila melanogaster), akselot (A. mexicanum) ja varbuss (C. elegans). Ka hiirtel, taimedel ning ahvide ja inimeste embrüotel.^[13] Lisaks gRNA-le ja Cas9-le läheb vaja ka nn parandusmatriitsahelat, mille järgi DNA poolikud ahelad ära parandatakse. DNA poolikud ahelad tekivad, kui katkenud ahelate vahele on integreeritud huvipakkuv geen. Pärast huvipakkuva geeni integreerumist parandatakse need poolikud ahelad, aga tihtipeale võib nendes nukleotiidne järjestus muutuda. Selle vältimiseks ongi vaja nn parandusmatriitsahelat, et huvipakkuva geeni ümber säiliks sama nukleotiidne järjestus.^[13] CRISPRit on kasutatud korraga kuni 62 geeni lõikamiseks. Et seda teha, oleks vaja just nii palju erinevaid gRNAsid, mis seostuks Cas9 nukleaasiga ja juhiks ensüümi gRNA järgi määratud kohta DNA-l.^[13]

Kui Cas9 ensüümilt kõrvaldada selle nukleaasne aktiivsus, siis – kuigi kogu kompleks seostub määratud kohale DNA-l – ei lõigata seda ahelat, vaid kompleks jääb lihtsalt seotuks selle kohaga. Sellist tehnikat kasutades on huvipakkuvaid geene n-ö välja lülitatud, et uurida eri geenide funktsiooni ja mõju organismidele.^[13] 2005. aastal avaldati artikkel, milles USA evolutsioonibioloogid tegid katse, kus nad kasutasid CRISPRit, et tekitada nn mutageenne ahelreaktsioon. See kandis teatud pigmentatsioonitunnuse 97% efektiivsusega järgmisesse põlvkonda. Teine uurimisrühm kasutas samuti CRISPRit ja tekitas malaariat kandnud sääskedes geenilülituse, mis aitas takistada malaariaviirust kandvate geenide levitamist. Sellest veidi hiljem andis üks uurimisgrupp teada, et oli laboritingimustes teinud teise geenilülituse, mis muutis emased sääsed viljatuks. Selle tulemusel suri terve populatsioon kiiresti välja.^[