Genetik

das Allel welches bei Heterozygotie ausschließlich oder maßgeblich den Phänotyp beeinflusst nennt man dominant

Allele die im heterozygoten Zustand in der phänotypischen Ausprägung gegenüber dem dominanten Allel zurücktreten prägen sich nur aus wenn dominante Allele im Genom fehlen z.B wenn der diploide Organismus homozygot rezessiv ist

-jeder diploide Organismus besitzt zwei Allele eines Gens

-in der Population gibt es aber in der Regel eine viel größere Anzahl von vers. Allelen für jedes Gen (Locus)

-jede Mutationn bringt ein neues Allel hervor, unabhängig davon ob man es phänotypisch von anderen Allelen des gleichen Gens unterscheiden kann

Liegt vor wenn im heterozygoten Zustand beide Allele funktionsfähig sind und zur phänotypischen Ausprägung kommen

Genprodukt geht verloren (häufigsten Mutationen führen dazu)

die Funktion des Genprodukts ist eingeschränkt (die häufigsten Mutationen führen dazu)

Genprodukt hat ein über das Maß des Wildtypallels hinausgehende Aktivität (z.B Substratumsatz eines Enzyms)

die Funktionsfähigkeit des Genprodukts bleibt erhalten bei einer veränderten Eigenschaft

Ein Allel das in homozygoter Form tödlich ist

Die Erscheinung das nur ein Teil der (identischen) Genotypen den erwarteten Phänotyp zeigen. Die Penetranz gibt den prozentualen Anteil des erwartenden Phänotyp an.

->ein eigentlich erwarteter Phänotyp tritt nur bei 40 von 50 mutierten Genotypen auf. Die Mutation kann dabei dominant sein oder homozygot rezessiv vorliegen. Die anderen 10 Individuen gleichen Genotyps zeigen dagegen das Wildtypmerkmal. die Penetranz liegt bei 80%. Es liegt eine "Alles oder Nichts2 Entscheidung vor

-gibt den Grad der Aussprägung eines mutierten Genotyps an. Die Expression kann gänzlich fehlen (Wildtyp) und graduell bis zur Vollausprägung reichen

-> Genetischer Hintergrund und Umwelteinflüsse können Ursache für unvollständige Expressivität sein 

Ein Gen kann mehrere Merkmale beeinflussen. Beispiele finden sich bei vielen monogenen Erbkrankheiten wie Sichelzellanämie oder Phenylketonurie. Es werden sogenannte Syndrome beschrieben

Für viele Merkmale ist nicht nur ein Gen verantwortlich sondern das Zusammenspiel mehrerer unabhängig segregierender Gene. Bsp: Körnerfarbe des Weizens

Auch das Gen C wirkt sich bei der Frabausprägung der Weizenkörner mit

Funktionelle Ergänzung zweier mutierter Allele von zwei unabhängigen Genen

Bsp.: Die Blütenfarbe einer Wildtyppflanze ist blau. 2 Züchter erzielen unabhängig voneinander reinerbig weiß blühende Pflanzen -> beide erkennen ihre Mutation als rezessiv, heterozygote Pflanzen blühen blau. Es können bei beiden identische (oder vers.) mutierte Allele in ein und demselben Gen für die Pigmentbildungsstörung verantwortlich sein, die die weißblühenden Pflanzen hervorgebracht haben. -> die Kreuzung beider Formen erbringt aber ausschließlich blau blühende Nachkommen, es hat Komplementation stattgefunden AA/bb (w) x aa/BB (w) > Aa/Ba (b)

Es ind 2 unabhängige Gene beteiligt. Heterozygotie wird für beide rezessiven Mutationen bewirkt sodass der Wildtyp ausgebildtet wird

=Anhalten

Modifikation/Maskierung eines Genprodukts durch ein nicht-alleles Gen -> gutes Bsp für Genwechselwirkungen

Bsp.:

-Fellfarbe der Maus: Agouti (A) dominant über schwarz (a) -> F1 ist agouti (Aa)

-Homozygotie für ein zweites rezessives Gen c unterdrückt die Pigmentbildung vollständig

Eine Supressionsmutation ist eine zweite Mutation die den ursprünglichen Phänotyp rettet (vgl.: Interaktionsupressor und Nebenwegssupressor)

Gegenteil von Supressormutatioen. Sie verstärken den Phänotypen der ersten Mutation 

Bsp.: Synthetische Letalität bei der (haploiden) Hefe Saccharomyes cerevisiae

Mutation von A: nicht letal

Mutation von B: nicht letal

Mutation von A und B: letal

-Zellteilung bei der 2 identische Tochterzellen entstehen

-Chromosomenbestand bleibt gleich

-DNA-Gehalt wird halbiert

-Eingebunden in den Zellzyklus

-Bedeutung in Wachstum, Regeneration, ungeschlechtlicher Vermehrung (Klonierung)

-Zellteilung bei der durch Rekombination der elterlichen Genome 4 genetisch unterschiedliche Zellen entstehen

-Chromosomenbestand wird reduziert (diploid -> haploid)

-DNA-Gehalt wird geviertelt

-Aufteilung in zwei Teilungsschritte

-Bedeutung und Vorraussetzung für die geschlechtliche Fortpflanzung

1. DNA-Replikation 

2. Bildung von Kohäsion zwischen Schwesterchromatiden

3. Chromosomen Bi-Orientierung in der Spindel

4. Chromosomen Segregation

-> dynamische Cytoskelett-Filamente-erlauben eine Kraft auf die Chromosomen auszuüben

-Baustein der Mikrotubuli ein Dimer aus a- und ß-tubulin

-Mikrotubulin ist zum +Ende hin orientiert

-Bindung eines neuen Dimers stimuliert die Hydrolyse von GTP zu GDP durch ß-tubulin

-Mikrotubuli durchsuchen Raum und finden Chromosomen zu fällig

-die Zeit um konkret an die Spindel gebunden zu werden ist für die einzelnen Chromosomen unterschiedlich

-es kann zu Fehlern kommen die korrigiert werden müssen 

->solange selbst ein Chromosom nicht korrekt an die Spindel gebunden ist, wird der Übergang von Metaphase zu Anaphase verhindert. "Spindel assembly checkpoint"=SAC

Ist die Anzahl von Chromosomen (n) einer haploiden Zelle (Mensch=n=26)

-Chromosomen können Chromatide haben (vor der S-Phase) oder 2 (im Anschluss an DNA-Repliaktion)

-während Anaphase werden aus beiden Schwesterchromatiden eines Chromosoms zwei eigenständige (Tochter-)chromosomen (mit einer Chromatide)

beschreibt die Anzahl von identischen und/oder homologen DNA-Molekülen (Chromatiden)

Bsp.: eine haploide Zelle vor der S-Phase hat den DNA-Gehalt 2c, nämlich die beiden DNA-Moleküle der beiden homologen Chromosomen. Nach der S-Phase hat sie 4c, nämlich je 2 Schwesterchromatiden in beiden homologen Chromosomen

-Homologe Chromosomen (mütterlichen+väterlichen Ursprungs) paaren sich (Tetradenbildung) und werden verteilt (keine Schwesterchromatidenseperation)

-die Chromosomenzahl (n) und der DNA-Gehalt (c) halbiert sich

-häufig finden Stückaustausche zwischen Nicht-Schwesterchromatiden gepaarter Homologer statt (cross-over)

-Chiasmata sind in der späten Prophase als Folge der Rekombination erkennbar

-> Ergebnis: 2 haploide genetisch unterschiedliche Zwischenprodukte (Interkinsezellen)

-Chromatiden eines jeden Chromosoms werden verteilt (ähnlich wie in der Mitose)

-aber, im Falle von in Meiose I stattfindenden cross-over sind die beiden Chromatiden nicht in gänze identisch; ihre Trennung führt zu einer Postreduktion. Die Tochterzellen der Meiose II sind dann auch genetisch unterschiedlich

-> Ergebnis: ingesamt 4 haploide genetisch unterschiedliche Zellen. Jede Zelle besitzt nun nur ein Allel pro Gen, entweder das mütterliche oder das väterliche (Gesetz der Reinheit der Gameten)

-zufällige Verteilung väterlicher und mütterlicher Chromosomen auf die beiden Tochterkerne (interchromosomale Rekombination)

-zusätzlich kommt es in vielen Fällen zu cross-over (intrachromosomale Rekombination)

-Meioseprodukte werden häufig zu Gameten umgebildet. Im Falle von Fremdbefruchtung (i.d.R. bei Tieren) erhöht sich die Kombinationsmöglichkeit in einer Zygote (befruchtete Eizelle) zusätzlich

-in Konsequenz gibt es keine genetisch identischen Zygoten

-sexuelle Fortpflanzung schließt Meiose und Befruchtung ein und resultiert in einer großen genetischen Variabilität in der Nachkommenschaft

führt zu abweichenden Chromosomenzahlen in den Gameten und schließlich in der Zygote

-> Ursache können ein fehlendes Chiasma im Bivalent, ein defekter Spindelfaserapperat, defekte Kinetochore oder eine verspätete Schwesterchromatidentrennung sein

-die Einheiten der Übertragung von Erbinformationen in Mitose und Meiose sind Chromosomen und nicht einzelne Erbfaktoren (Gene)

-Die Untersuchung vieler Arten zeigte, dass es viel mehr Merkmale als Chromosomen gibt. Folglich mussten Chromosome mehrere Gene tragen, die gemeinsam weitergegeben werden

-Untersuchungen, z.B an Drosophila melanogaster, zeigten dass viele Merkmale nicht unabhängig von anderen weitergegeben wurden, sondern eine mehr oder weniger starke Kopplung zeigten

-Kopplung von Genen auf einem Chromosom war demnach mit Kopplung ihrer Weitergabe korreliert. Gene eines Chromosoms bilden eine Kopplungsgruppe, folglich ist die Anzahl der Kopplungsgruppen gleich der Anzahl der Chromosomen im haplloiden Genom

-nur für Gene die auf unterschiedlichen Chromosomen liegen, gilt die Mendelsche Unabhängigkeitsregel

-eine Karteneinheit entspricht 1% Rekombination (centiMorgan)

-es handelt sich um relative Abstände, die abhängig vom Auftreten von crossing-over sind -> können unterschiedlich häufig zwischen Geschlechtern ausfallen + nicht stochastisch verteilt sein 

-> die Häufigkeit von rekombinierten Nachkommen kann 50% nicht überschreiten

-in Tetraden (Bivalenten) können zwei, drei oder mehr crossing-over stattfiinden

-der Kreuzungspartner, der die Rekombinationsgameten bildet muss für alle drei Merkmale heterozygot sein 

-die Kreuzung muss so durchgeführt werden, dass die Genotypen der gebildeten Gameten eindeutig durch die Beobachtung der Phänotypen der entstehenden Nachkommen bestimmt werden können

->bei autosomalen Genen ist eine Festkreuzung mit homozygot-rezessivem Partner erforderlich 

->bei gnosomalen Erbgängen kann die Testkreuzung auch mit einem hemizygyoten Wildtypmännchen durchgeführt werden-> ausgeführt werden-> Auswertung der Rekombinationshäufigkeiten ist dann aber auf die männlichen Nachkommen beschränkt

-> Anzahl der Nachkommen muss hinreichend groß sein, um einer repräsentative Anzahl aller möglichen Rekombinationsereignisse feststellen zu können

=crossing-over beeinflusst Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines zweiten crossing-over im gleichen Bivalent 

-Rekombination erhöht oder erniedrigt die Wahrscheinlichkeit einer zweiten Rekombination in unmittelbarer Nachbarschaft -> negative bzw. positive Interferenz

-> zur Abschätzung des Grades der Interferenz bei Doppelrekombination dient der Koinzidenz-Koeffizient: beobachtbare Häufigkeit:erwartete Häufigkeit

=1 keine Interferenz

> 1 negative Interferenz

< 1 positive Interferenz