Молекулярна биология - изменчивост и отношения между гените в една хромозома

Рекомбинативна
изменчивост и отношения
между гените в една хромозома
Д-р Цветослав Койнарски DVM, MSc, PhD
https://biologybg.wordpress.com

Функционален и
нефункционален хроматин
•Не всички участъци от хроматина вземат еднакво участие в
генната експресия, поради което хроматина се разделя на
два вида –функционално активен, наречен еухроматин и
неактивен обозначаван като хетерохроматин. Участиците от
хромозомата в които има натрупване на хетерохроматин са
много по-плътни, поради което са лесно видими с обикновен
микроскоп.
•Хетерохроматинът може да се раздели на два подвида –
конституитивен и факултативен хетерохроматин.
•Конституитивният хетерохроматин не взема участие в
генната експресия и се предполага, че молекулите на ДНК в
него не носят генетична информация. Такъв хетерохроматин
се наблюдава в дългото рамо на Y хромозомата на човек и в
различни области на половите хромозоми при някои животни.
Някои области в хроматина могат да съществуват както в
хетеро така и в еухроматично състояние, тези участъци се
обозначават като факултативен хетерохроматин. Пример
може да бъде даден образуването на телцето на Бар при
женските бозайници.

Полови хромозоми и
Инактивация на Х хромозомата
•Отгатнете пола на всяка котка!
Бихте ли се обзаложили?

Полови хромозоми и
автозоми
Видове хромозоми:
Полови -хромозоми, които носят гени определящи
пола.
Автозоми -хромозоми, които са еднакви за двата
пола

Детерминиране на пола
Разликата в кариотипа между двата пола е ключът към
определяне на пола при бозайници. При мъжкият пол
се наблюдава наличие на двойка хромозоми ,които
не са хомоложни по между си –наричат се X и Y
хромозоми. При женските бозайници една от
двойките хромозоми се състои от две X хромозоми.
Така при бозайниците мъжките индивиди са носители
на XY, а женските индивиди на –XX полови хромозоми.
При птиците, пеперудите и влечугите половите
хромозоми се означават с различни имена, а връзката
им с пола е противоположна на тази при бозайниците:
мъжките птици са ZZ, а женските птици са ZW.

Y хромозомата?
Какво не знаем за нея:
Не прилича на буквата Y
Сама по себе си не определя
пола
Пола се определя от
наличието или липсата на ген
SRY
Не притежава гени
хомоложни на Xхромозомата
Притежава около 70 гена
При хората някои от гените,
разположени в нея са
свързани с:
Ушна хипертрихоза
Самоувереност
Избирателно слушане
Изграждане на лоши навици
Какво знаем за нея:
Открива се само при
мъжкият пол
Няколко пъти по-малка от
Х хромозомата

Х хромозомата
Притежава около 5% от общото количество на ДНК в
клетката
Открива се и при двата пола
Притежава между 800 и 900 гена
Разположените в нея гени нямат значение за пола!!!
При женските бозайници се открива в двойна доза!!!
При женските индиви може да се наблюдава
кросинговърмежду двете Х хромозоми
Това
означава ли,
че жените
превъзхождат
мъжете?

Инактивиране на Х хромозомата и
компенсация на дозата
Сред многото цветове на козината, наблюдавани
при котките, мозайката от оранжево и не-
оранжево, известна като черупка на костенурка, е
една от най-привлекателните.
Оранжевите косми са резултат от действието на X -
свързан алел 0, който предотвратява
производството на тъмен пигмент (черен и кафяв),
но позволява производството на оранжев пигмент.
Неоранжевите косми се дължат на нормалния
(див тип) алел 0,разположен в същият локус, който
позволява производството на тъмен пигмент.

Инактивиране на Х хромозомата и
компенсация на дозата
Очевидно и двата алела трябва да присъстват, за
да произвеждат мозайка от оранжев и не -оранжев
цвят, то котките с разцветка тип черупка на
костенурка трябва да бъдат хетерозиготни т.е.
X °X °.
Защо някои части от тялото изразяват ефекта на
оранжевия алел, докато други части изразяват
това на не-оранжевия алел?
Защо площта на оранжевите и не -оранжевите
петна е приблизително равна?
Защо са разпръснати повече или по -малко
произволно по цялата козина?

Телце на Бар
•След откриването си, телцето на Бар било наречено
секс хроматин. Barr и Bertram са първите, които
отбелязват тъмно оцветяващото се тяло при
наблюдение на ядра от женски клетки. В опит да
обяснят своите наблюдения те предполагат, че може
да е X-хромозома, която е станала много
кондензирана.

Случайна инактивация на Х
хромозомата
•В наши дни е известно, че малко след стадий
морула, при женските бозайници едната Х хромозома
(случайно избрана във всяка клетка) претърпява
силно кондензиране и инактивация. Целият клетъчен
клон, получен от определена клетка притежава само
една активна Х хромозома.

Инактивиране на Х хромозомата и
компенсация на дозата
Изборът на X хромозома за инактивиране е изцяло случаен.
Всяка от X хромозомите при нормални женски бозайници е
активна в приблизително половината от женските клетки.
Процесът на случайно инактивиране на X дава адекватно
обяснение за цвета тип костенурка при котките
Всяка област оцветена в оранжево е съставена от клетки у
които функционира оранжевият алел, а всяка област
оцветена в тъмен пигмент е изградена от клетки с активен
алел за тъмен цвят.
Тъй като изборът за инактивация на една от двете Х
хромозоми е случаен, то засегнатите зони обикновено са
по равно за всеки от двата цвята.
В заключение трябва да отбележим, цветът тип костенурка
изисква наличието на два алела –един кодиращ оранжев и
един кодиращ тъмен пигмент. Имайки в предвид, че тези
алели могат да се откриват само в Х хромозомата, то
всички котки с този тип космена покривка трябва да бъдат
женски.
Нормалните мъжки котки, които имат само една X
хромозома, могат да бъдат или оранжеви (X°Y) или не-
оранжеви (X °Y).

Цвят тип костенурка при котките

Инактивиране на Х хромозомата

Отгатнете пола на всяка котка!

Скаченост на гените и
кросинговър
•През профазата на първото делене на мейозата,
хомоложните хромозоми се подреждат по двойки една
до друга, след което всяка се разделя на две хроматиди,
свързани посредством центромер. Веднага след
обособяването на хромозомите в този им вид, се
извършва спирализация при която хроматидите се
увиват една около друга. Спиралното увиване на
несестрински хроматиди се нарича хиазма. По време на
този процес част от едната хроматида (произхождаща от
бащата) се разкъсва и се заменя с хомоложна част от
другата хроматида (произхождаща от майката).
Предполага се, че майчините и бащини хроматиди се
разкъсват на приблизително еднакви места, при което се
обменят хомоложни участъци, съдържащи алели на
един ген. Така описаният процес кросинговър позволява
свободно рекомбиниране на гените, разположени в една
хромозома.

Честота на кросинговъра
•Поради факта, че гените в една и съща хромозома се
рекомбинират с различна честота, се смята че те
имат различна сила на скачване. Обикновено
честотата на рекомбинацията зависи от разстоянието
между гените. Колкото по-отдалечени са два гена по
дължината на хромозомата, толкова по-често
настъпва кросинговър и обратно, колкото по-близко
стоят два гена в хромозомата, толкова по-рядко
настъпва рекомбиниране.

Липса на кросинговър
•Ако два локуса са много близко разположени в
хромозома, то кросинговър между тях почти никога
не се наблюдава. Така про двойния хетерозиготен
родител са възможни само два вида гамети -½ EF и
½ ef. И двата вида гамети са не-рекомбинантни, тъй
като между двата локуса не е имало рекомбинация
(кросинговър). Забележете, че нерекомбинантните
гамети отговарят на двете хромозоми на двойния
хетерозигот: едината хромозома съдържа алел Е и
алел F. докато другата съдържа алел e и алел f.
Когато този двоен хетерозиготен родител се кръстоса
с двойно хомозиготен родител, то може да се получат
само два вида потомство (и двете нерекомбинантни)
седнаква честота. Можем да заключим, че когато
локусите са толкова близо, че рекомбинацията
никога не възниква между тях, резултатът е 100%
нерекомбинантно потомство и 0% рекомбинантно
потомство.

Липса на кросинговър

Рядко наблюдаван
кросинговър
•Ако двата локуса се намират на известно разстояние
един от друг ведна хромозома, то в някои зародишни
клетки, претърпели мейоза, между двата локуса ще
настъпи кросинговър. Всеки път, когато между два
локуса на една и съща хромозома възниква
прекръстосване, резултатът е два вида
рекомбинантни гамети и два вида нерекомбинантни
гамети. За тези мейози, при които не се получава
прекръстосване, се произвеждат само два вида
гамети, а именно двата вида не-рекомбинантни
гамети. Ако разстоянието между двата локуса е
такова, че вероятността от пресичане между двата
локуса е например 20%, тогава 20% от мейозите в
този родител ще доведат до два рекомбинантни
гамети и два нерекомбинантни гамети, а останалата
част (80%) от мейозите ще доведе до четири не-
рекомбинантни гамети.

Рядко наблюдаван
кросинговър

Винаги кросинговър
•Крайната ситуация, която трябва да се разгледа, е в
която двата локуса са толкова отдалечени, че между
тях винаги се получава кръстосване. Тъй като всяка
мейоза в тази ситуация включва рекомбинация
между двата локуса, то всяка мейоза произвежда
еднакъв брой рекомбинантни и нерекомбинантни
гамети: всичките четири вида гамети се срещат с
еднаква честота (от 25%).

Винаги кросинговър