Genetik

Das Karyogramm beschreibt den Chromosomensatz einer Zelle, geordnet nach dem offiziellen Standard.
"Darstellung der homologen Chromosomen"

Das Ideogramm beschreibt den Chromosomensatz einer Zelle in bildhafter Form, geordnet nach dem offiziellen Standard.
(entspricht ungefähr dem Karyogramm, Schematische Darstellung unter Einbezug der Bänderung)

grosse Variation in der diploiden Chromosomenzahl!
Rotfuchs 2n = 34
Grauwolf 2n = 78

Betrachten wir die Chromosomenarme (NF), so sind die Zahlenunterschiede nicht mehr so drastisch!
Rotfuchs NF = 68
Grauwolf NF = 80

Anzahl Chromosomenarme im weiblichen Karyotyp! (ohne B Chromosomen, ohne heterochromatische Arme)
z.B. Rotfuchs (Vulpes vulpes):
2n = 34
alle Chromosomen sind metazentrisch (inkl. X-Chromosom)
NF = Anzahl metazentrische Autosomen (MA) mal 2
+Anzahl akrozentrische Autosomen (AA) mal 1
+Anzahl Chromosomenarme der X Chromosomen (XX) im weiblichen Tier
NF des Rotfuchses: 32 MA mal 2 = 64
                                   0 AA mal 1 = 0
                                      XX mal 2 = 4      
                                                NF = 68

Werden erkannt, wenn viele homologe Chromosomen in einer Population untersucht werden können.

A chromosome pair with some homology but differing in size, shape, or staining properties. Homologous chromosome pair which are not morphologically identical (eg the sex chromosomes).

Erhöhtes Risiko für Chromosomen- oder Chromatidenbrüche (oft in entarteten Geweben).

Fragiles X Chromosome (Martin Bell Syndrome)
expandierender Trinukleotid-Repeat stört Chromatinstruktur und Methylierungsmuster in dieser Region
--> Geistige Retardierung --> keine normale Entwicklung

* Markerchromosomen sind kleine Chromosomenbruchstücke, die neben den normalen Chromosomen bei einem  Individuum auftreten können, und mit traditionellen Methoden nicht Identifiziert werden können.
* können negative Wirkung auf Phänotyp haben
* Nicht in allen Metaphasen eines Individuums vorhanden!
* Können vererbt werden oder de novo entstehen!

• zwischen Unterarten
• innerhalb einer Art --> z.B. Je nach Heimatort besitzt die Hausmaus (Mus domesticus) eine andere Chromosomenzahl
• innerhalb eines Individuums

Translokationen entstehen durch Umlagerung von Chromosomenabschnitten. Dabei tauschen in der Regel zwei Chromosomen Stücke untereinander aus. Translokationen gehören zu den strukturellen Chromosomenaberrationen(Anomalie betrefflich Struktur/Anzahl von Chromosomen eines  Genom).

Eine Sonderform der Translokation ist die Robertson-Translokation.

Bei einer Robertson-Translokation fusionieren die langen Arme zweier akrozentrischer (13, 14, 15, 21, 22) Chromosomen unter Verlust der kurzen Arme beider Chromosomen. Sie ist eine Sonderform der Translokation.

Eine spontan auftretende Robertson-Translokation hat keine Folgen für ihren Träger. Durch den Verlust der kurzen Arme verringert sich die Anzahl der Chromosomen zwar auf 45, jedoch enthalten die kurzen Arme im Genom vielfach in Kopien vorhandene Gene für ribosomale RNA. Dadurch ist der Verlust mit dem Überleben vereinbar.

Kompliziert werden die Verhältnisse erst bei der Bildung von Keimzellen. In der Meiose sind die Paarungsverhältnisse der homologen Chromosomen gestört. Es entstehen Keimzellen mit unbalancierten Translokationen, die zu Anomalien und Fehlbildungen führen können.

* Neben den normalen Chromosomen gibt es bei einigen Tieren und Pflanzen ein zusätzliches B-Chromosom.
---> z.B. Rotfuchs (Vulpes vulpes): 2n = 34 + Bs
---> z.B. Chinesischer Marderhund (Nyctereutes nyctereutes procyonoides): 2n = 54 + Bs
* Entstehung, Ursprung, Bedeutung und Funktion von B Chromosomen ist bis heute nicht gelöst!
* B Chromosomen werden weitervererbt

• sehr kleine Chromosomen
• typischerweise Bestandteile von Karyotypen von Vögel, einigen Reptilien, Fischen und Amphibien
• sehr schwer zu analysieren & ordnen
• z.B. Haushuhn (Gallus domesticus) 2n = 78 --> davon 16 Makrochromosomen & 62 Mikrochromosomen

• Bos taurus (europäisches Hausrind) --> 2n = 60 --> submetazentrisches Y
• Bos indicus (indisches Zebu) --> 2n = 60 --> telozentrisches Y
- anhand des Y-Chromosoms unterscheidbar
- problemlos kreuzbar
- fertile Nachkommen!

-
-
-

• Bos taurus (europäisches Hausrind) --> 2n = 60
• Bison bison (Amerikanischer Bison) --> 2n = 60
- Kreuzung aufgrund von Fleischqualitätssteigerung
- Selten weibliche Nachkommen! --> Beefaloo
- keine männlichen fertile Nachkommen!
 

• Equus caballus (Hauspferd) --> 2n = 64 --> XY
• Equus asinus (Esel) --> 2n = 62 --> XX
- Kreuzung ergibt einen Maulesel --> 2n = 63
- keine fertile Nachkommen!
 

• Equus caballus (Hauspferd) --> 2n = 64 --> XX
• Equus asinus (Esel) --> 2n = 62 --> YX
- Kreuzung ergibt einen Maultier --> 2n = 63
- (mit seltenen Ausnahmen) keine fertile Nachkommen!
- Maultiere sind "schwindelfrei" weshalb sie gut geeignet sind als Transporttiere in unebenem Gelände (Gebirge)

• Afrikanischer Wildhund (Lycaon pictus9 --> 2n = 78
• (verwilderter) Haushund --> 2n = 78
- Hybridisierung gefährdet das Ueberleben der Wildkaniden!

Heterosis-Effekt bezeichnet in der Genetik, der Pflanzenzucht und Tierzucht die besonders ausgeprägte Leistungsfähigkeit von Hybriden (Mischlingen). Von einem Heterosis-Effekt wird immer dann gesprochen, wenn die beobachtete Leistung der ersten Filial-Generation (F₁) höher ist als die durchschnittliche Leistung dieser Eigenschaft bei der Parental-Generation. Ein als Heterosis identifizierter Leistungsschub von Mischlingen ist insbesondere dann sichtbar, wenn sie – so vorhanden – mit ihren reinerbigen Eltern verglichen werden.

Geschlechtsbestimmung durch X und Y beim Säuger
XX → weiblich
XY → männlich
Ursprünglich waren das X und das Y Chromosom ein Autosomenpaar!
--> Y hat die meisten Gene des X verloren, dafür andere Gene aktiviert, die für die männliche Fertilität wichtig sind

In Säugetieren ist das X Chromosom stark konserviert ( im Lauf der Evolution weitgehend unverändert erhalten )!

X-chromosomal dominante Mutationen sind beim Menschen selten.
z.B. Vitamin D resistente Rachitis
können von autosomalen Erbgängen nur unterschieden werden, wenn Kinder von männlichen Trägern vorhanden sind.
➜ alle Töchter betroffen
➜ alle Söhne nicht betroffen

JA.

* eine Analyse die sich nur für Männer verwenden lässt --> der Test untersucht nur die DNA die auf dem Y-Chromosom liegt, welche nur von Vätern an ihre Söhne weiter vererbt werden kann

* Forensik: Y-Marker im Zusammenhang mit Nachweis männlich/weiblich und Vergewaltigungen sehr wichtig!

Pseudoautosomale Regionen (PARs) sind Abschnitte im Genom mancher Lebewesen, die auf verschiedenen Geschlechtschromosomen der entsprechenden Art identische DNA-Sequenzen haben. Bei Säugern liegen sie entsprechend auf dem X- und dem Y-Chromosom.

PARs sind also in beiden Geschlechtern gleich oft vorhanden, so wie dies sonst bei Autosomen der Fall ist, daher der Name.

Durch die PARs ist es möglich, dass die ansonsten unterschiedlichen Geschlechtschromosomen während der Meiose rekombinieren können, was für die anschließende Segregation der Chromosomen in die Keimzellen erforderlich ist.

Gene in der pseudoautosomalen Region verhalten sich wie autosomale Gene und sind vom Erbgang her von solchen nicht zu unterscheiden.

Ausserhalb der PAR keine Rekombination --> Variationen sind nur auf Mutationen zurückzuführen.

* Das Sex determining region of Y-Gen (SRY)  codiert einen Transkriptfaktor (Hoden-determinierender Faktor TDF). Das SRY-Gen trägt neben anderen Genen zur Geschlechtsdetermination beim Menschen und anderen Säugetieren bei. (Die meisten Säugetiere besitzen ein weiteres Gen mit ähnlicher Funktion, UBE1)

* SRY liegt im Normalfall auf dem kurzen Arm des Y-Chromosom des Menschen. Entsprechend haben Menschen, die dieses Chromosom mit dem entsprechenden Gen besitzen, im Normalfall einen männlichen Phänotypus. Dabei ist es unerheblich, wie viele Kopien des X-Chromosoms vorliegen, auch Menschen mit einem multiplen X-Chromosom (Klinefelter-Syndrom) haben diesen. Das durch das Gen codierte Protein Hoden-determinierender Faktor steuert die weitere Entwicklung zum männlichen Geschlecht.

* SRY kann als Folge eines illegitimen CO auf das X-Chromosom gelangen.

• Androgen-Rezeptor-Gen (AR)
• congenitale Aplasie des Vas deferens (CAVD)
• CAG-Repeat mitochondriale DNA-Polymerase (POLG)
• Kryptorchismus (einseitig oder beidseitig)
• Azoospermiefaktoren (AZF)
• viele chromosomale Aberrationen

es gibt: Azoospermiefaktor a (AZFa), Azoospermiefaktor b (AZFb), Azoospermiefaktor c (AZFc)
• Abwesenheit der Keimzellen
• Stop der Spermatogenese
• variable Menge & Qualität von Spermien
• normalerweise handelt es sich um de novo Mutationen
• ~ 5-10 % der infertilen Männer tragen Deletionen in der AZF-Region
• AZF-Gene liegen auf langem Arm des Y Chromosoms (Yq11.22-23)
• AZF-Genprodukte sind für die normale Spermatogenese mitverantwortlich

→ wahrscheinlich nicht

Bei weiblichen Säugern wird in der frühen Embryogenese zufälligerweise eines der beiden X-Chromosomen irreversibel inaktiviert. Die Inaktivierung wird an alle Tochterzellen weitergegeben.

Cytologischer Befund (M.L. Barr, 1949):
Interphasekerne weiblicher Säuger weisen eine stark anfärbbare Struktur auf, welche in Kernen männlicher Säuger fehlt.
➜ Geschlechtschromatin, ‘sex chromatin’, Barr-Körper

Als Barr-Körper bezeichnet man die am Rande des Zellkerns gelegene, hochkondensierte DNA-Struktur, die sich mit Feulgen-Reagens oder anderen DNA-Farbstoffen anfärben lässt.

Alle diploiden "weiblichen" Zellen weisen als 23. Chromosom das X-Chromosom doppelt auf. Dabei wird im Rahmen der X-Inaktivierung jeweils eines dieser Chromosomen inaktiviert, so dass nur noch ein transkriptionaktives Geschlechtschromosom verbleibt (Lyon-Hypothese).

Anzahl Barrkörperchen = Anzahl X-Chromosomen minus 1

* Das Inaktivierungsmuster ist zufällig und wird nicht vererbt.
* Die Inaktivierung findet relativ früh in der Embryogenese statt (Fleckengrösse).
* In Keimbahnzellen wird die Inaktivierung rückgängig gemacht.
* Bei Marsupialiern wird immer das paternale X-Chromosom inaktiviert.

--> Dosiskompensation (Mechanismus, der bei männlichen und weiblichen Individuen für die gleich starke Expression der Gene des X-Chromosoms sorgt)

Beobachtung: so genannte Schildpattkatzen oder Trikolor-Katzen sind immer weiblichen Geschlechts.

1 von 3‘000 Schildpattkatzen oder Trikolor-Katzen ist männlich!

Allel O: Fellfarbe orange
Allel o: Fellfarbe schwarz (eigentlich: nicht-orange)
(ein anderes Gen (autosomal) bewirkt weisse Flecken)
---> Männchen:
   entweder schwarz (o/Y)
   oder orange (O/Y)
---> Weibchen:     (hat 2 X-Chromosmen, deshalb 3 mögliche Genotypen)
   o/o = schwarz
   O/O = orange
   O/o = gescheckt

 bei der Tricolor-Kätzin:
 * weisse Farbe: autosomaler Genort (spielt hier keine Rolle)
 * schwarze Farbe: autosomaler Genort (mit mehreren Allelen --> können aber nicht ausgeprägt werden)
 * orange Farbe: X-chromosomaler Genort (mit zwei Allelen: O=Orange (EPISTATISCHE WIRKUNG) o=non-Orange)
 

* Die Chromosomen bestehen aus DNA und Proteinen.
* Nach Kultivierung von geeignetem Gewebe, können Chromosomen-Präparationen für zytogenetische Analysen bereitgestellt werden.
* Die Chromosomen können durch ihre spezifischen morphologischen Charakteristika in Verbindung mit  Bänderungsmustern identifiziert werden.
* Karyogramme beschreiben das art-typische Chromosomen-Komplement.
* Das X-Chromosom und das Y-Chromosom weisen unterschiedliche Besonderheiten auf.
* Die X-Inaktivierung führt zur Dosiskompensation von X-chromosomalen Genen.

(Rep.: Dosiskompensation = Mechanismus, der bei männlichen und weiblichen Individuen für die gleich starke Expression der Gene des X-Chromosoms sorgt)