2.3 Molekulargenetik

Hemizygot bedeutet dass man nur ein Allel für ein Merkmal hat. Normalerweise bei Autosomalen Chromosomen hat man im Normalfall zwei - eins von der Mutter eines vom Vater. 

z.B. A/-  statt Aa oder AA. z.B. ein männliches Tier ist hemizygot für Merkmale, die auf dem X-Chromosom liegen (weil es ja nur eines hat)

Die Loss of function Variante im bovinen EDA Gen ist die Ursache.

Symptome:

• Fehlen von Haaren, Schweissdrüsen und Schneidezähne
• deformierte und wenige Dentes molares

Loss-of-function mutation = eine Genmutation, bei der die Funktionsfähigkeit des betroffenen Genprodukts eingeschränkt wird 

Es wird immer von der 1. Base bis zur letzten Base des vorausgehenden Introns gezählt.

• c.101 + 2T > C 
  101 ist die letzte Base des Exons, es ist die 2.Base des Introns die verändert ist, statt ein T steht ein C.
• c.-22G>A
  22 Basen vor dem Startcodon wird die Base G durch A augetauscht.
• c.130-1G>A
  Man kann auch vom nachkommenden Exon mit Minus zählen.
  Die 130. Base im Exon -1, also d.h. die letzte Base des vorangehenden Introns wird durch ein A ersetzt.

r.spl = Spleissdefekt unbekannter Art

Wenn man zum Stoppcodon kommt, hört man auf zu zählen und beginnt neu. Man markiert dies mit einem *.

C*5-7 --> Basen 5-7 nach dem Stoppcodon sind deletiert.

X-chromosomal rezessiv

Wenn die Mutation des Allels in einer Keimzelle stattfand, kann die Mutation auf die Nachkommen vererbt werden.

Es dauert mindestens 5-10 Generationen bis per Zufall 2 Anlageträger miteinander verpaart werden und einen neuen Phänotyp mit der Mutation entsteht.

Ist ein rein genetisch statistisches Verfahren. Man braucht mehrere Tiere, die man in betroffen und nicht betroffen einteilen kann.

Man braucht also keine vorherigen Kenntnisse über die Funktion von Genen (im Gegensatz zum Kandidatengen-Ansatz).

Man kann diese beiden Ansätze auch kombinieren --> positioneller Kandidatengen-Ansatz

Man braucht informative Mikrosatelliten. Diese sollten bei heterozygoten Tieren möglichst auch heterozygot sein.

Beispiel für einen informativen Mikrosatelliten:
Der Vater ist heterozygot mit Allel 1 und 2 und die Mutter homozygot mit Allel 3. Dies ist ein informativer Mikrosatellit, da man bei den Nachkommen genau feststellen kann, das Allel 1 und 2 vom Vater und Allel 3 von der Mutter vererbt wurde.

Beispiel nicht informativer Mikrosatellit:
Vater ist heterozygot mit Allel 1 und 2, die Mutter ist heterozygot mit Allel 1 und 2.
Dies ist kein informativer Mikrosatellit, da man bei den Nachkommen nicht wissen kann, von wem das Allel 1 und von wem Allel 2 kommt.

• Sie haben eine höhere Mutationsrate als normale Sequenzen
• bei der Replikation verändert sich die Länge der Mikrosatelliten oft (häufige Replikationsfehler) -->man findet deshalb viele verschiedene Allele in einer Population
• sind innerhalb der Art hochpolymorph. Man geht davon aus, dass die Mikrosatelliten von den Eltern auf die Nachkommen korrekt vermehrt werden aber zwischen nicht verwandten Tiere findet man häufig unterschieden.

polymorph = in verschiedener Gestalt/Form vorhanden

Man entwickelt PCR-Primer, welche die Mikrosatelliten rechts und links flankieren.

Wenn man 2 verschiedene Allele hat, können die PCR-Primer an beide Allele binden.

Wenn nun die Primer an die Allele binden, entstehen 2 unterschiedlich lange Produkte, die in der Gelelektrophorese aufgetrennt werden können. So kann man dann die Allele ablesen und den Genotyp bestimmen.

• LOD > 3 -->Kopplung ist gesichert
• LOD < -2 --> Kopplung kann ausgeschlossen werden

In der Nähe von 0 sind noch keine sicheren Aussagen möglich.

Heterogenität = Unterschiedliche genetische Varianten führen zum gleichen Phänotyp.

a) Rekombinationsfrequenz < 0,5 --> Kopplung

b) Rekombinationsfrequenz = 0,5 -->freie Rekombination

Unter Genkopplung versteht man in der Genetik das Phänomen, dass manche durch Gene codierte Merkmale gemeinsam vererbt werden.

Faustregel: Bei Säugetieren gibt es 1-2 Crossing-over Ereignisse pro Chromosom.

Beispiel mit Rindern --> Milchleistungsmerkmal:

Man braucht einen Besamungsstier, welcher sehr viele Nachkommen zeugt. Der Stier muss jedoch heterozygot für die verursachende Merkmalausprägung sein!

Wenn dieser Stier Söhne hat, bekommen diese 1 Chromosom vom Vater und 1 von der Mutter. Man kann aber hier nicht die Phänotypen herausfinden, da man weibliche Rinder braucht (Milchleistungsmerkmal).

Man untersucht dann die Töchter von diesen Söhnen, also die Enkelinnen des ursprünglichen Besamungsstiers. 

--> Man kann dann mit Merkmalsmarkern eine Kopplungsanalyse machen und schauen, ob der Marker mit dem Merkmal gekoppelt ist oder nicht.

1) Kopplungsanalysen in Familienmaterial:
Wenn man mit einer Familie arbeitet, hat man wenige Generationen und entsprechend wenige Rekombinationsereignisse die man innerhalb der Familie beobachtet. Das bedeutet man kann hier gut mit einer niedrigen Markerdichte arbeiten.
Dementsprechend ist diese Methode besonders geeignet wenn man grob kartieren möchte, z.B. herausfinden auf welchem Chromosom die Merkmal verursachende Variante liegt.

->Dieses Verfahren funktioniert auch bei allelischer Heterogenität (=unterschiedliche genetische Varianten sitzen im gleichen Gen).

2) Assoziationsstudien in case-control Gruppen mit unverwandten Tieren:
Hier kennt man die Verwandschaft nicht, aber die betroffenen Individuen gehen auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück. Deshalb enthält es auch viel Rekombinationsmaterial. 
Assoziationsstudien funktionieren nur, wenn man eine hohe Dichte an Markern hat. Die Marker müssen sehr eng nebeneinander auf dem Chromosom liegen, damit man hoch auflösen kann.

Hier werden 2 Schweinerassen gekreuzt.

Die Merkmalsverursachenden Gene für die Körpergrösse und die Farbe sind innerhalb der Rasse fixiert.

Bei der Kreuzung von homozygoten Eltern kommen in der F1-Generation phänotypisch einheitliche Nachkommen hervor.
Die weisse Farbe (rosa) wird dominant vererbt und die Körpergrösse intermediär (mittelgross).

Wenn man die F1-Generation verpaart bekommt man in der F2-Generation eine phänotypische Aufspaltung.

Nun macht man die Kopplungsanalyse:

• Alle Schweine haben 1 Chromosomenpaar, auf dem sich 1 Marker befindet. Die Large white Schweine haben rote Chromosomen &haben das Markerallel 1, die Meishanschweine haben blaue Chromosomen und das Markerallel 2.
• Man kann nun überprüfen, ob die Markerallele mit dem Phänotyp korrelieren:
• Das Schwarze Schwein ist homozygot für das 1er Allel und das andere schwarze Schwein homozygot für das 2er Allel. Dasselbe gilt bei den weissen Schweinen.
  -->man kann also sagen, das die Markerallele nichts mit der Farbe zu tun haben, es besteht keine Korrelation.

Beziehung zwischen Markerallel und Körpergrösse: Das mittelgrosse Schwein ist heterozygot, das grosse Schwein ist homozygot für 1 und das kleine Schwein ist homozygot für 2.

-->Je mehr 1er Allele die Schweine tragen, desto grösser sind sie und je mehr 2er Allele sie tragen, desto kleiner sind sie.

-->Hier erkennt man also eine Kopplung zwischen Markerallel und Phänotyp, es besteht eine Korrelation.

Es muss also ein Gen geben, welches die Körpergrösse beeinflusst und dieses Gen muss in der Nähe des Locus des Markerallels liegen. Mit dieser Information kann man Kandidatengene aufstellen.

= intermediärer Erbgang. Mendelsche Uniformitätsregel gilt.

semidominant: Phänotyp-Mischform, 2 versch. Allele. Homozygote haben eine schwerere Ausprägung des Merkmals als heterozygote.

z.B. Canine Ektodermale Dysplasie: Homozygote sind embryonal letal. Heterozygote sind z.B. die bekannten Chinesischen Schopfhunde (gibt noch andere Rassen: Mexikanischer Nackthund, Peruanischer Nackthund)

a) rezessiv: 10 Fälle und 10 Kontrollen

b) dominant: 25 Fälle und 25 Kontrollen (das Signal ist nur halb so stark, da man nur 1 Allel hat und deshalb braucht man mehr Tiere)

c) Komplex: mehr als 100 Fälle und mehr als 100 Kontrollen

• DNA-Methylierung
• Histon-Modifikation

• Nucleosom aus 8 Histonen (Oktamer).
• von jedem Histon 2 Paare
• Histone sind recht basisch (viel Arg & Lys)
• Die Amino-Termini der Histon-Moleküle ragen frei heraus -> können modifiziert werden (z.B. Info, wie dicht das Chromatin gepackt werden soll)

Methylierung von Cytosin in CpG-Dinucleotiden

Es gibt Gene, die entweder nur vom maternalen od. nur vom paternalen Allel exprimiert werden. Dadurch besteht die Notwendigkeit zur "Markierung", welches der beiden Allele exprimiert werden muss.

Embryo mit 2 weiblichen Genomen.

→ relativ normaler Embryo, schwere extraembryonale Defekte (fast keine Plazenta gebildet → Embryo stirbt)

Embryo mit 2 männl. Genomen

→ schwere embryonale Defekte, relativ normale extraembryonale Strukturen („Mole“)

TG 

Dinucleotid CG ist deswegen sehr selten, während TG und CA (auf dem komplementären Strang) überrepräsentiert sind.

Im Bereich von CpG Islands wird die Methylierung aktiv unterdrückt, CG bleibt stabil.

Wenn CG funktionell wichtig ist, darf es nicht mutieren. Deshalb durch Selektionsprozesse erhalten geblieben. CGs sind nicht zufällig verteilt, sondern eben in CpG Islands. -> CpG Islands sind häufig mit Genen assoziiert. ca. 50 % aller Gene besitzen ein CpG Island im Promotorbereich. (s. VL Molekulargenetik I, Genomaufbau)

Weil die Gameten ja nur 1 Chromosom beinhalten (also entweder das väterliche oder das mütterliche), aber jeweils immer das geschlechtsspezifische Imprint weitergegeben werden muss. D.h. bei den Spermien, die das mütterliche Chromosom beinhalten, muss das Imprint geändert werden, sodass auch ein männliches Imprint gemacht werden kann.

Bei der Oogenese muss die Eizelle mit dem männlichen Imprint umgeschrieben werden (also zuerst gelöscht, dann das mütterliche Imprint gemacht werden).

Bereiche im ZK, wo DNA entweder abgelesen (aktiv) oder nicht abgelesen/transkribiert (still) wird.

So kann erklärt werden, warum z.B. auch methylierte Gene (z.B. das väterliche IGF-2 Gen) abgelesen werden. Normalerweise führt ja Methylierung dazu, dass Gene nicht abgelesen werden.

Imprinted QTL für Muskelmasse bei Schweinen

• Gen codiert für IGF2
• ja: nur das paternale Allel wird exprimiert
• G>A Substitution zerstört Bindungsstelle für einen reprimierenden Transkriptionsfaktor

Muskuläre Hypertrophie ("schönes Hinterteil")

Der Phänotyp zeigt sich nur, wenn das Allel von einem bestimmten Elternteil vererbt wird (also entweder das mütterliche Allel oder das väterliche). Wenn das gewünschte Allel von beiden Elternteilen weitergegeben wird, zeigt sich der Phänotyp auch nicht. auch wenn es dominant vererbt wird

Beispiel: Callipyge bei Schafen. Das CLP^pat führt zur zum Callipyge-Phänotyp, wenn es vom väterlichen Allel weitergegeben wird.

mittels Bisulfit-Sequenzierung. Weil Desaminierung von Cytosin zu Uracil mit Bisulfit viel schneller abläuft, das 5'-Methyl-Cytosin hingegen stabil bleibt.

Wenn man nachher PCR macht, hat man nur nich dort ein Cytosin, wo vorher ein 5mC war.