GENETIK en introduktion v Ingel Crlén 1988 och 1999
Innehållsförteckning Innehåll Sidn Förord 3 Kromosomer 4 DN 4 Muttioner 5 Gregor Mendel 5 Mendels metod 6 Mendelklyvning (monohybrid) 6 Dihybrid klyvning 8 Polyhybrid klyvning 10 Intermediär klyvning 10 Genotyp och fenotyp 10 Smverknde (komplementär) gener 11 Könsbestämning 11 Könsbundet rv 12 Könsbegränsde egenskper 12 Dödlig (letl) muttioner 12 Ärftlig sjukdomr och defekter 14 Dominnt nedärvd sjukdomr 14 Recessivt nedärvd sjukdomr 14 Sickle-cell-nemi 15 rvsnlgens överlevndsvärde 17 Invel 18 Källförteckning 19 2
Förord Jg är ingen genetiker eller ens expert i ämnet, men eftersom jg hr märkt tt jg ändå tck vre ett väldigt stort intresse kn mer än mång ndr som hr som hobby tt föd upp djur, och tt intresset för tt lär sig är stort, hr jg bestämt mig för tt gör dett häfte om grundläggnde genetik. Förhoppningsvis kn det gör tt en och nnn tioöring trillr ner på läsren och knske också inspirer till vidre studier i ämnet, för det är fktiskt så tt det är mycket roligre om mn hr en chns tt förutsäg i ll fll något om vilk egenskper vkommn till ett visst velspr kommer tt få. llt kn vi ju inte förutsäg, och det kommer heller ldrig någon tt kunn, vilket väl är tur. En del v fscintionen med uppfödning är ju just tt det är så spännnde tt se resulttet v sin nsträngningr tt hitt pr som pssr för vrndr! Jg hr lltid fött upp diverse djur. Det börjde när jg vr 11 år med kniner och mrsvin och hr fortstt med de flest smådjur smt hundr och ktter och till och med ett föl. Jg kn exkt säg när jg bestämde mig för tt lär mig mer om genetik. Det vr en sommrdg när jg vr 14 år. Jg hde lyckts få tg på en blå (stålgrå) knin. Henne prde jg med en viltgul hne. Båd hde fler olik färger i stmtvln. Nu skulle jg få en rolig kninkull med olik färger i! Kninhonn fick 7 ungr. ll viltgrå Nu kn jg tl om vd det berodde på. Hnen hde genotypen -bbc-ddgg och honn -BBC-ddgg vilket innebr tt ll ungrn fick genotypen -BbC-DdGg och lltså blev viltgrå. Hängde ni med? Om inte hopps jg tt det klrnr medn ni läser. Mycket nöje! Linköping i jnuri 1999 3
Kromosomer Djur och växter hr i vrje cellkärn ett visst ntl kromosomer som är specifikt för rten. En människ hr 46 kromosomer, hundr 78, myggor 6 och guldfiskr 94. Viss sorters ormbunkr hr änd upp till 1200 kromosomer. Det är i kromosomern som genern (rvsnlgen) finns. Spermier och ägg är enskild celler med hälften v det norml ntlet kromosomer. Dess celler klls hploid (enkl). Då befruktning äger rum och könscellern förens bilds åter en diploid (dubbel) cell som hr det för rten specifik ntlet kromosomer. Kromosomern finns i cellern. Vrje kromosom innehåller en molekyl v DN. En gen är en kortre del v DN-molekylen. Vrje kromosom innehåller lltså mång gener. DN (deoxiribonukleinsyr) DN liknr en spirlvriden repstege. I DN ingår fyr olik kvävebser, nämligen denin (), tymin (T), gunin (G) och cytosin (C). Vrje DN-brygg (stegen i repstegen!) består v ntingen denin och tymin (-T) eller gunin och cytosin (G-C). Den ordning som bspren -T och G-C sitter i klls genens bssekvens. Bssekvensen innehåller ll den informtion som behövs för tt levnde individer sk kunn byggs upp v enkl kemisk ämnen. DN kn kopier sig själv. Dett klls DNrepliktion. Det går till så tt de båd strängrn i DN, som vr för sig hr den informtion som behövs för tt skp dess komplementsträng, delr sig. Två exkt kopior v DN bilds då. I prktiken är det dock betydligt mer komplicert och ännu inte helt utforskt. Exempel 1: DN-repliktion 4
Muttioner Muttioner uppkommer genom felkopiering vid DN-repliktionen. Felkopieringens läge och rt är vgörnde för hur stor förändringen på individen blir. Bortfll eller tillskott v ett helt bspr i DNstrukturen ger i llmänhet ett stort hndikpp och resulterr oftst i tidigt missfll. Någr defekter som är exempel på tämligen små förändringr i rvsmssn är lbinism eller oväntd ögonfärg hos djur och människor. Muttioner som inträffr i kroppscellern går inte i rv, men det gör däremot muttioner som inträffr i könscellern. Blnd nnt jonisernde strålning (till exempel röntgenstrålning), viss kemisk ämnen och solens ultrviolett strålning hr vist sig vr mutgen, det vill säg ökr ntlet muttioner. Dett hr mn utnyttjt blnd nnt inom växtförädlingen. En växt som mn med frmgång hr muttionsförädlt i Sverige är korn. Gregor Mendel Gregor Mendel levde melln år 1822 och 1884. Hn vr ugustinermunk i Brünn i Österrike (numer Brno i Tjeckien). På sin fritid odlde Mendel ärtor i klosterträdgården. Hn studerde sin ärtor nog och upptäckte tt det fnns och låg plntor, plntor med ärtor och plntor med knölig. Det fnns grön ärtor och gul, grå fröskl och vit, vit blommor och och så vidre. Nedärvningen v dess egenskper fscinerde Mendel, så hn börjde let efter någr lgr som nedärvningen följde. 5
Mendels metod Eftersom ärtblommor hr både hnlig och honlig orgn så befruktr de normlt sig själv. För tt förhindr dett och för tt kunn plner veln vr Mendel lltså tvungen tt klipp v ståndrn innn de hunnit mogn. Sedn stde hn pollen från en utvld fdersplnt på moderplntns märke. För tt inte även nnt pollen skulle kunn befrukt moderplntn knöt hn till sist påsr över blommorn. Monohybrid klyvning (mendelklyvning) Mendels först stor resultt blev upptäckten v dominns. Hn upptäckte tt då hn korsde en och en låg plnt blev vkommn inte medel som väntt utn ll plntorn blev. Mendel drog då slutstsen tt plnt hos ärtor är dominnt över låg plnt. nlget för låg plnt kllde hn för recessivt. Mn brukr då mn skriver nvänd stor bokstv för dominnt nlg och liten bokstv för recessiv nlg. Då Mendel hde gjort ytterligre experiment upptäckte hn tt det lltid fnns ett dominnt och ett recessivt nlg. När Mendel lät de heterozygot (hetero = olik; plntor med olik nlg;. Motstsen är homozygot = lik nlg; eller ) som hn fått då hn korsde en och en låg plnt självbefrukt sig, blev cirk ¼ v vkommn låg och resten. Dett tolkde Mendel som tt det finns någonting i pollen och ägg som bestämmer plntorns höjd. Hn kllde dess nlg för gener. Gener kn vr v två olik sorter. Dess två sorter klls för lleler. Den en llelen,, står i dett fll för plnt som är dominnt, och den ndr,, står för låg plnt som är recessiv. Eftersom det finns en höjdgen i vrje pollenkorn och ägg så måste det finns två i vrje plnt. En plnt kn h två lik eller två olik lleler vseende ett visst nlg. Eftersom llelen är dominnt över blir en plnt med kombintionen. Den bär dock på nlg för 6
lågväxthet och kn vid självbefruktning få lågväxt vkomm. Dett bevisr tt de båd llelern inte smmnsmälter vid befruktning utn åter kn skiljs i näst genertion. Om en befrukts v en får vrje pollenkorn en kopi v genen, det vill säg ett. Då från fdersplntn smmnsmälter med från moderplntn får mn en vkomm med genuppsättningen, liksom föräldrrn. På smm sätt kn två -plntor endst få vkomm. Dett kn också illustrers i ett rutschem där den vågrät rden med tjock bokstäver betecknr modern och den lodrät fdern. () () (låg) (låg) () () (låg) (låg) Exempel 2 Exempel 3 I exempel 1 ser vi tt två homozygot dominnt föräldrr endst kn få vkomm som hr smm genuppsättning som de själv. Det smm gäller, som exempel 2 visr, även homozygot recessiv föräldrr. Klyvningstlet, det vill säg tlförhållndet melln de utkluvn typerns utseende, är här 4:0, eftersom ll ju är lik. Då Mendel korsde en plnt med genuppsättningen med en plnt som hde genuppsättningen, fick smtlig vkommor genuppsättningen. Dess plntor vr, men br på nlg för lågväxthet. Om vi gör ett rutschem över dess plntors vkomm vid självbefruktning ser vi tt resulttet bör bli det som Mendel fick frm; tre plntor och en låg. 7
låg Exempel 4 Klyvningstlet blir då mn korsr med 3:1, men v de plntorn hr 2/3 genuppsättningen och 1/3. Vilk plntor som är respektive kn mn inte vet utn tt kors plntorn med ndr plntor med känd genuppsättning, till exempel. Blir då någon vkomm, det vill säg låg, så vet mn tt plntn vr heterozygot. Denn metod klls återkorsning. Inom husdjursveln tlr mn istället om kontrollprningr. Dihybrid klyvning Dihybrid klyvning innebär tt mn tr hänsyn till två nlg på en gång. Ett exempel på dihybrid klyvning är korsningen melln en ärtplnt med ärtor och en låg plnt med knölig ärtor. Om mn nvänder bokstven R för ärtformen blir llelen för ärtor R och llelen för knölig ärtor r. Vid korsning v en dubbelt homozygot plnt med ärtor (RR) och en dubbelt homozygot låg plnt men knölig ärtor (rr) får mn enbrt dubbelt heterozygot plntor med ärtor (Rr). Då dess dubbelt heterozygot plntor får befrukt sig själv bör mn få resultt enligt rutschemt få näst sid. 8
R r R r R RR Rr RR Rr r Rr rr knölig Rr rr knölig R RR Rr RR låg Rr låg r Rr rr knölig Rr låg rr låg knölig Exempel 5 Klyvningstlet är 9:3:3:1 Det vill säg: 1 RR 2 RR 9, 2 Rr 4 Rr 1 rr 3, knölig 2 rr 1 RR 3 låg, 2 Rr 1 rr 1 låg, knölig Dett vr också det resultt som Mendel fick och hn drog v dett slutstsen tt nlgen fördels oberoende v vrndr (i vrje fll hos Mendels ärtor!). 9
Polyhybrid klyvning På motsvrnde sätt kn mn gör ett rutschem om mn hr tre eller fler nlg tt t hänsyn till. Dett klls för polyhybrid klyvning. ntlet rutor liksom ntlet kombintionsmöjligheter blir då givetvis betydligt större. Intermediär klyvning Klyvningen klls intermediär om de båd llelern är lik strk och lltså inte dominnt respektive recessiv i förhållnde till vrndr. Hos underblommn (mirbilis) till exempel finns det blommor () och vit blommor (). Då dess korss blir vkommn ros (). Korsr mn två ros blommor får mn tillbk de blommorn igen; ¼ v vrje. Hälften v vkommn till ros blommor blir dock ros. Dett kn illustrers i ett rutschem där klyvningstlet är 1:2:1 ros ros vit Exempel 6 Genotyp och fenotyp Genotypen är en individs rvsnlg. Genotypen för en ärtplnt med ärtor kn lltså vr RR, Rr, RR eller Rr. Fenotypen är resulttet v genotypen och miljön. Exempel på fenotypisk egenskper är solbränn och fetm. 10
Smverknde (komplementär) gener Iblnd måste två eller fler gener smverk för tt en viss egenskp sk komm frm. Ett exempel är vit luktärtor, som iblnd kn ge upphov till blommor. Dett beror på tt luktärtor kn vr vit på grund v det dominnt nlget C eller på grund v det likledes dominnt nlget R. Om C och R finns i smm plnt (smverkr) blir dock blommn. Om mn korsr två heterozygot blommor får mn följnde teoretisk resultt: CR Cr cr cr CR CCRR CCRr CcRR CcRr Cr CCRr CCrr vit CcRr Ccrr vit cr CcRR CcRr ccrr vit ccrr vit cr CcRr Ccrr vit ccrr vit ccrr vit Exempel 7 Klyvningstlet är 9:7 Könsbestämning Hos människn liksom hos de flest djurrter är könskromosomern v typen XX (honligt kön) och XY (hnligt kön). X-kromosomen är en medelstor kromosom som är rik på gener. De nlg som finns i X- kromosomen klls för könsbundn nlg. Y-kromosomen är liten och innehåller troligen br de gener som bestämmer hnligt kön. 11
Hos fåglr, fjärilr och viss fiskrter hr istället honorn kromosomuppsättningen XY och hnrn XX. Hnr v gräshoppor beteckns XO eftersom y-kromosomen helt skns. Könsbundet rv Exempel på egenskper som ärvs könsbundet hos människn är grön färgblindhet, en form v blödrsjuk och olik typer v muskeldystrofier (sjukdomr då musklern förtvinr). Dess defekter beror på en recessiv gen som är belägen i X-kromosomen. Kvinnor drbbs sälln v dess åkommor eftersom de hr den dominnt frisk genen i sin ndr X-kromosom. Könsbundn egenskper kn endst ärvs från en frisk men nlgsbärnde moder till hennes brn eller från fr till dotter. Kvinnor kn endst drbbs v könsbundn defekter om det defekt recessiv nlget i homozygot form. I Sverige är cirk 7-8% v männen blödrsjuk, men br 0,5% v kvinnorn. Könsbegränsde egenskper Könsbegränsde egenskper kn till skillnd från könsbundn egenskper endst komm till uttryck hos det en könet, trots tt det kn ärvs från båd föräldrrn. Någr exempel på könsbegränsde egenskper är kors mjölkproduktion, hönors värpegenskper och formen på hjorthnrs horn. Dödlig (letl) muttioner Dödlig gener finns både i dominnt och recessiv form. De dominnt är i egentlig mening inte ärftlig eftersom de redn i heterozygot uppsättning gör sin bärre livsoduglig. 12
Recessiv letlgener kn däremot förs vidre v frisk nlgsbärre. Endst den vkomm som ärver letlgenen från båd föräldrrn och blir homozygot () dör. Redn tidigt fnn mn vvikelser från de mendelsk klyvningstlen. Dess vvikelser visde sig bero på letlitet. En stm gul möss gv, då de korsdes inbördes, 2/3 gul ungr och 1/3 svrt. Det visde sig omöjligt tt vl bort dess svrt inslg och få en renvld gul stm. Förklringen visde sig vr tt den gul färgen beror på den dominnt effekten v en letl recessiv gen. Dett innebär tt ll gul möss är heterozygot, och vid korsning melln två gul möss blir resulttet följnde: letl gul gul svrt Exempel 8 Klyvningstlet blir 3:1, men eftersom den homozygot dominnt ungen dör redn på fosterstdiet blir proportionen född ungr 2/3 gul och 1/3 svrt. Dett är lltså en dominnt letl gen, men för tt komm till uttryck måste den vr homozygot. Om en recessiv letlgen är könsbunden kn den endst förs vidre v honor som är symtomfri bärre v genen. Om genen hr dödlig verkn redn på fosterstdiet föds dubbelt så mång honor som hnr. 13
Ärftlig sjukdomr och defekter De sjukdomr och defekter som ts upp här styrs v nlg i utosomern som är ll kromosomer utom könskromosomern. Dominnt nedärvd sjukdomr Mn känner till cirk 800 sjukdomr och defekter som ärvs utosomlt och dominnt hos människn. Eftersom den som bär på ett dominnt sjukdomsnlg nästn lltid är heterozygot ärvs nlgen v hälften v vkommn. Iblnd kn dominnt nlg uppstå som muttioner utn tt någon v föräldrrn bär på nlget. Det händer också tt sjukdomsnlget hoppr över en genertion eller endst drbbr en liten del v vkommn. nlget sägs i sådn fll h nedstt penetrns. Någr exempel på dominnt ärvd egenskper är dvärgväxt, kortfingrighet, skelettmissbildningr på till exempel fingrr och tår och förtjockde nglr. Recessivt nedärvd sjukdomr Det finns över 1000 olik sjukdomr hos människ som ärvs utosomlt recessivt. Mång v dess är medfödd ämnesomsättningsrubbningr. Tillstånden är genomgående betydligt llvrligre än vid dominnt nedärvning. För tt en individ sk få en sjukdom som ärvs recessivt måste båd föräldrrn vr nlgsbärre. Risken tt två nlgsbärnde frisk föräldrr sk få ett sjukt brn () är 25% (jämför monohybrid klyvning). Som exempel på llvrlig recessiv defekter kn nämns cystisk fibros och PKU (phenylketonuri), även klld Föllings sjukdom. Cystisk fibros vr förr en sjukdom som dödde den drbbde redn i tidig ålder. Den sjuke hr mycket krftig slembildning vilket orskr stor besvär med frmför llt ndningsvägr och bukspottkörtel. Nu kn sjukdomen lindrs med medicinering och dglig sjukgymnstik. 14
Sjukdomen PKU gör tt den drbbde inte kn bild enzymet fenyllninhydroxyls som bryter ner minosyrn fenyllnin till minosyrn tyrosin. Istället för tyrosin bilds fenylpyrodruvsyr som tillsmmns med en förhöjd hlt v fenylnin är skdligt för de växnde nervcellern. I Sverige ts blodprov på ll nyfödd där mn upptäcker PKU. Ett tiotl fll om året upptäcks. Den mentl efterblivenhet som PKU normlt leder till kn förhindrs genom en kost som är mycket fttig på fenyllnin. Föräldrr Könsceller Brn Sjuk Frisk Frisk Sjuk nlgsbärre Sjuk Exempel 9 Digrmmet visr skillnden melln dominnt (till vänster) och recessiv (till er) nedärvning. Sickle-cell-nemi (sickle=hlvmåne, nemi=blodbrist) I frik och blnd de svrt i US förekommer en ärftlig sjukdom som heter sickle-cell-nemi. Personer med sickle-cell-nemi hr istället för de vnlig och pltt blodkropprn blodkroppr som är skärformig. Dett beror på tt de istället för det norml hemoglobinet Hb hr hemoglobinet HbS. Drbbde personer lider v blodbrist, får återkommnde smärtttcker och de råkr lätt ut för bkterieinfektioner. 15
Personer som är heterozygot och lltså hr en gen för Hb och en för HbS hr två olik slgs hemoglobin. De är symtomfri och hr ett bättre skydd mot mlri än personer som endst hr Hb. Dett är nledningen till tt HbS-genen, och därmed också sickle-cell-nemi, gynnts och blivit vnlig där mlri hott befolkningen. 16
nlgens överlevndsvärde En gens överlevndsvärde påverkr i grd dess förekomst. I digrmmet nedn viss hur gener som orskr en defekt försvinner (-E) eller hur den ökr i frekvens om den ger en fördel (F). Digrmmet, som är hämtt ur Focus, nturen, omfttr nio genertioner. 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 E 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 F B C D Exempel 10 B C D E är en recessiv letlgen där och hr smm livsduglighet, men där givetvis inte kn fortplnt sig. b är en recessiv skdlig gen som ger bb ett tioprocentigt hndikpp. c är en recessiv letlgen som även ger Cc ett tioprocentigt hndikpp. d är en recessiv könsbunden gen där honor med dd och hnr med d i sin x-kromosom är hndikppde. e är en dominnt letlgen som försvinner på en genertion. F f är en letlgen, men Ff är mer gynnd än FF. f ökr till ett jämviktsläge. 17
Invel En stor del v de ärftlig defekter och sjukdomr som finns beror på recessiv nlg. Det är större risk tt besläktde individer är bärre v smm defektgen än tt obesläktde individer är det. Kusiner hr till exempel cirk 1/8 v sin gener gemensmm. Om en defektgen förekommer hos 1 v 1000 individer i en popultion så är risken tt genen sk uppträd i homozygot form () hos brn till obesläktde föräldrr (1/1000) 2 det vill säg 1/1000000. Är föräldrrn kusiner är risken 63 gånger större. I de svensk djurprkern fnns det länge br vrgr som härstmmde från två vrgpr. Med tiden blev dess vrgr krftigt invlde och drbbdes v en ärftlig ögonsjukdom. För tt förhindr denn sjukdom, som hr gjort mång vrgr blind, vr mn tvungen tt skff obesläktde vrgr utifrån till de svensk djurprkern. I Europ och Jpn hr mn undersökt ntlet ingift föräldrr till brn som drbbts v fyr olik sjukdomr som ärvs recessivt. Sjukdomrn är lbinism, PKU, hudsjukdomen ichtyosis congenit och mikrocefli (bnormt litet huvud). De vit stplrn i digrmmet på näst sid visr ndelen kusinäktenskp och de färgde övrig äktenskp. Som digrmmet visr är risken för recessivt ärftlig sjukdomr betydligt större hos brn till ingift än hos brn till obesläktde föräldrr. Uppgiftern i digrmmet nedn är hämtde ur Focus, nturen. 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Europ lbinism Jpn lbinism Europ PKU Exempel 11 Europ Ichtyosis congenit Jpn Mikrocefli 18
Källförteckning Biologi Liv i utveckling v Lrs Ljunggren, Ntur och Kultur 1984 Focus, nturen rv och utveckling v Bertil och Mrinne Rsmuson, Focus 1984 Genetiken i bild och bubblor v Lrry Gonick och Mrk Wheelis, Bokskogen 1983 vel med sällskpsdjur v Per-Erik Sundgren, IC-förlget 1990 Hunduppfödren kpitel v Per-Erik Sundgren, Svensk Kennelklubbens förlg 1990 19