Genetik Tarihçe
Genetik:Organizmalarda kalıtım ve
varyasyonu araştıran bir bilim dalıdır.
Prof.Dr. Nermin Gözükırmızı
İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü
Malpighi (1628-1694) tarafından ileri sürülen teoriye göre,
Gametler önceden oluşmış bir mini embriyo taşırlar;
homunculus.
Leeuwenhock (1677) önceden oluşmuş embiryonun
spermin içerisinde olduğuna inanıyordu.
Spermistler
Ovistler yumurtanın parthenogenez ile sperma olmadan
yeni birey oluşturduklarına inanıyorlardı.
homunculus
Biyoloji eski Yunanca’da bio, “hayat"; ve logos,
“kavrama"“Hayatı kavrama“anlamına gelmektedir.
Doğal bilimlerin bir bölümü olup, canlı organizmalar,
onların çevre ile ilişkileri, sınıflandırılması, yapı, islev,
büyüme, köken, evolüsyon ve dağılımlarını araştırır.
Hücre teorisi, evolüsyon, genetik ve homostasis ile
ilgilenir. Ayrı bir bilim dalı olarak 19. yüzyılda
tanımlanmıştır.
Botanik, zooloji, mikrobiyoloji, biyokimya, moleküler
biyoloji, hücre biyolojisi, fizyoloji, ekoloji gibi alanları
vardır.
İnsanın Evolüsyonu
• 200. 000 yıl önce baslamıştır.
• 10. 000 yıl önce – Ziraat devrimi başlamıştır.
• Kültür Evolüsyonu
• 3.000 - 4.000 yıl önce – yazılı dil & alfabeler
• 600 yıldır – Kitaplar
• 50 yıldır – Elektronik Ortam
Genetik genler ile çalışan bir bilim dalıdır.
Genetikçiler moleküler, hücresel,
organizmal, ailesel, populasyon veya
evolüsyon düzeyinde genler ile çalışırlar.
Genetiğin tarihçesi
• Bitki ve hayvanların kültüre alınması tarih
öncesi kişilerin kalıtım kavramını
anladıklarını göstermektedir.
• Özellikler ebeveynlerden çocuklara
geçmektedir.
• İstenen özelliklerin seçilebilmesi– Yapay
seleksiyon
Germplasm Teorisi (August Weismann 1904)
Vücut hücreleri iki tiptir; Somatik hücreler ve germ
hücreleri.
Vücudun herbir bölümü germ hücrelerinde temsil edilirler
ve sonraki generasyonları oluştururlar.
August Weismann
ARISTOTLE
• Biyolojinin
kurucusudur.
• Filozof ve canlı ve
cansız arasındaki
bazı özellikleri örn.
çoğalma gibi
tanımlamıştır.
Mikroskop, 2 kelimeden
oluşmaktadır. "micro",küçük
"scope" ise nesnelere bakmaya
yarayan aygıt anlamına
gelmektedir.
• Robert Hooke, 16351703,İngiliz
Matematikçi,Fizikçi
Micrographia (1665) kitabında
;geliştirdiği bileşik mikroskopla, ince
kesilmiş şişe mantarında boşlukları
gözlemlemiş ve onları “Hücre” olarak
isimlendirmiştir.
1674 Leeuwenhoek protozoa’ları incelemiştir.
Dokuz yıl sonra ilk kez bakteri görmüştür.
• Antonie Leeuwenhoek
(1632-1723), şarap gurmesi,
vergi müfettişi, kumaş
tüccarı
• 1677 Eritrositler ve sperm
keşfi
• 1683 Bakterileri tanımlamış.
• Kan dolaşımı teorisine
katkıda bulunmuş.
• Tek mercekli mikroskobun
keşfi
x 200
1838 Schleiden ve Schwann Hücre teorisi bütün
canlılar hücrelerden yapılmıştır.
1761-1766 -Kölreuter bir çok melezlemeler yaptı. Böceklerin
ve diğer doğal olayların tozlaşmadaki önemini farketti.
1902 Boveri kromozomlar ve kalıtım ve arasındaki
ilişkiyi işaret etti.
Gregor Mendel
(1822-1884)
• Çaprazlama sonuçlarını kaydetti.
• Kalıtsal materyalin kalıtım biçimini
tanımladı.
• Özellikleri taşıyan elementleri
belirledi.
Johann Mendel 1822 yılında, Orta Avrupa’daki
Heinzendorf köyünde, köylü bir ailenin çocuğu olarak
dünyaya geldi.
• 1843 Olomouc Felsefe
Enstitüsü’nden mezun oldu.
• 1843’de Gregor adını alarak
Çek Cumhuriyetinin bir
bölgesi olan Bruno’daki
St.Thomas Augustinian
Manastırına kabul edildi.
• 1849’da papazlık görevini
alarak birkaç yıl sürecek
öğretim hayatına başladı.
• 1851-1853 Viyana
Üniversitesinde fizik ve
botanik konularında çalıştı.
Bitkilerde kalıtım üzerindeki
araştırmalarına başladı.
• 1854’de Bruno’ya döndü ve
16 yıl süreyle fizik ve doğa
bilimleri öğretti.
1865, Bitki melezleri ile ilgili makalesi Brno Doğa
Bilimleri Cemiyeti’nin dergisinde yayımlandı.
Mendel, 22 çeşit bezelye varyetesi elde etmiştir. Kalıtımın
temel ilkelerini bulmayı başarmıştır. Şans eseri seçtiği bitki
onu başarıya götürmüştür.
Çünkü
- Tek bir özellikle (karekterle) çalışmış (yeşil tohumları sarı
tohumla, pürüzlüleri düz tohumla),
- Sayısal (kalitatif) çalışmış, meydana gelen tipleri dikkatlice
fenotiplerine göre sayıp not etmiş,
- Bezelye bitkisinde oranlar belirgin ve açık olarak ortaya
çıkmıştır.
• Mendel,
iyi bir deneysel biyoloji için gerekli olan metedolojiye
olağanüstü bir anlayış getirmiştir.
• Yetiştirilmesi ve yapay olarak hibritleştirilmesi kolay olan bir
organizma seçmiş (bezelye doğada kendi kendine döllenebilir,
deneysel olarak da çapraz üretimi kolaydır, çok iyi ürer, bir
mevsimde olgunluğa erişir).
• Mendel araştırmalarını her deney için bir ya da çok az sayıda
zıt karakter çifti kullanımı ile sınırlamış.
•Genetik deneylere ait kantitatif kayıtları eksiksiz olarak
tutmuştur.
Mendel’in en basit deneyleri, sadece bir çift zıt
karekterlerle ilgiliydi.
Monohibrit çaprazıadı verilen bu deneyde Mendel,
herbiri çalışılan karakterin iki zıt formundan birini
gösteren atasal iki soydan elde ettiği bireyleri
eşleştirdi.
Genetik bir çaprazda:
Orijinal ebeveynler P1 (atasal nesil)
Yavruları F1 (birinci yavru birey)
F1 bireylerinin nesilleri kendilerini döllerse bunların
yavruları F2 (ikinci yavru birey)
Bağımsız Açılım
Gamet oluşumu sırasında, birim faktörlerin birbirinden ayrılan
çiftleri birbirlerinden bağımsız olarak dağılırlar.
Birim faktörün hangisi alınırsa alnsın, birçift, diğerinin açılım
sonucunu etkilemez.
Dolayısıyla, bağımsız açılım önermesine göre gametlerin
bütün olası kombinasyonlarıeşit frekansla gerçekleşecektir.
Mendel’in 1856’da başlayan çalışmaları, 1865’de Bruno ‘Society
of Natural Science’a sunulmuş ve yayınlanmıştır. Ancak bu
bulgular 35 yıl kadar dikkatten kaçmış.
Nedenleri:
- Olasılıklarının matematiksel analize bağlılığı (biyoloji
çalışmalarında bu durum olağandışı)
- Mendel sonuçları, organizmalar arasındaki çeşitliliğin kaynağı
ile ilgili mevcut hipotezlere iyi uymuyordu.
19th Yüzyıl ortaları (1850)
– Darwin ve Wallace
• Evolüsyon teorisi
– Lamarck
• Edinilmiş karekterlerin döle
geçiş teorisi
– Mendel
• Özelliklerin döle geçişi
Darwin
Genetik
• Klasik Genetik
– Mendel genetiği
• Genetik özelliklerin döle geçişlerinin altında yatan
temeller.
– İleri genetik
• Genetik olarak mutant organizmalar yaratma ve
tanımlama
• Kalıtım biçimini ve diğer mutantlar arasındaki ilişkiyi
tanımlama
• Mutasyonlu genleri tanımlama
• Fenotip ve biyokimyasal olaylar arasındaki ilişkiyi
tanımlama
• Moleküler Genetik
– Klasik buluşlardan temel alır
• Genetik soruları yanıtlama yöntemleri
• Güncel genetik çalışmalar moleküler temellidirler
– Geri genetik
• Önce genler tanımlanırlar
• Moleküler biyoloji yöntemleri ile genler mutasyona
uğratılırlar
• Mutant gen bir organizmaya yerleştirilerek fenotip
çalışılır
• Eski Yunan
– Çoğunlukla saçma
• Rönesans 1600-1800
– Preformasyon’ a karşı Epigenesis teorisi
• 1800’ler – Daha indirgemeci bir yaklaşım
– Dalton’nun Atom teorisi
– Schwann’hücre teorisi
Miescher, 1871, Nükleik asitlerin kimyasal yapısı
Walter Flemming, 1882, Hücre bölünmesinde kromozomların
hareketi
Wilhelm Waldeyer,
1888,
“Kromozom” terimi
Mendel yasaları
William Bateson (1861-1926)
“GENETİK terimi” 1909
Kalıtal fenotipik özelliklerin temel
ünitesi GEN tanımı (Johannsen 1909)
1910, Genler kromozomlar üzerindedirler
T.H. Morgan
T.H. Morgan Johns Hopkins Üniversitesi
(1891)
Kalıtımın kromozom teorisi
Kromozomlar genleri taşırlar.
1941, Bir gen-bir enzim, Beadle ve Tatum
George Beadle
E.L. Tatum
1944, DNA genetik materyaldir; Avery,
Mcleod ve McCarty
Oswald Avery
Colin MacLeod
Maclyn McCarty
1953, DNA yapısı ; Watson, Crick, Franklin,
Wilkins
James Francis Watson Crick
Rosalind Franklin
Maurice Wilkins
1961 mRNA keşfi; Brenner, Jacob ve Meseleson
Francois Jacob
Matthew Meselson
Sydney Brenner
1970- Hamilton Smith ilk restriksiyon enziminin
saflaştırılması.
1972- Rekombinant DNA yapılması Cohen ve Boyer.
1977- DNA dizileme yöntemi Fred Sanger.
1986- PCR Kary Mullis.
1990’lar- Genom projelerinin başlaması. Maya 1996 ve
C. Elegans 1998 tamamlanması.
1990’lar- DNA mikroarray Pat Brown ve ark.
1990’lar- DNA parmakizi, gen terapi, ve GMO
1995- Otomatik dizileme.
1996-7- Memeli klonlaması (Dolly) Wilmut ve ark
2000- Drosophila genomu ve Arabidopsis genomu
2001- İnsan genomu tamamlandı.
2009- İnsan klonlama, kök hücre ve GMO konusundaki
tartışmalar sürüyor.
1960’lar
DNA çift sarmal
Francis H.C. Crick
James D. Watson
1970’ler
Restriksiyon enzimleri
ve gen klonlama
Stanley N. Cohen
Herbert W. Boyer
46
1983 SCIENCE – Transgenik Fare
1997 TIME - Dolly
Science Vol. 222, Nov. 1983
Time Magazine, March 1997
47
• Genomik:Genomların analizi (yapısal ve
islevsel)
• Biyoinformatik: Biyolojik bilginin
depolanması
• Transkriptomik: Gen ürünü RNA’ların
analizi
• Proteomik: Proteinlerin analizi
• Metabolomik: Metabolitlerin analizi
• Sistem Biyoloji: Genomik, transkriptomik,
proteomik, metabolomik ve biyoinformatik
verilerin belli bir biyolojik sistemi oluşturmak
için integrasyonu
Epigenetik ve Epigenom
Epigenetik –DNA dizi değişimlerinin
(mutasyon) dışındaki faktörlerle
oluşan, gen
anlatımındaki tüm değişikliklere verilen
genel bir tanımlamadır. Epigenetik
değişiklikler kalıtsaldır fakat potansiyel
olarak geri dönüşebilir.
Gerstein ve ark. (2007) potansiyel
olarak üstüste binebilen işlevsel
ürünleri kodlayan genomik dizilerin
birliğine GEN denir.
Hayvan Teknolojisinin Tarihsel Gelişimi
2.000 MÖ
19.yy
erken 20.yy
1912
1965
1975
1980
1990
1997
2000
2001
2002
2010
Kültüre alma
Melezleme
Mutasyon ve
seleksiyon
Hücre kültürü
Füsyon
Monoklonal antikorlar
Transgenik fare
Gen terapi
Koyun kopyalama
Maymun kopyalama
İnsan genom projesi
Kök hücre teknolojisi
Genomik
Biyoinformatik
Proteomik
Metabolomik
Sistem Biyoloji
51
TUBITAK
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE
GENETİK BÖLÜMÜ
Bitki Teknolojisinin Tarihsel Gelişimi
2.000 MÖ
19.yy
erken 20.yy
Orta 20.yy
1930
1940
1950
1970
1980
1980
1990
2000
2010
Kültüre alma
Melezleme
Mutasyon ve seleksiyon
Hücre kültürü
Somaklonal varyasyon
Embriyo kurtarılması
Poliembriyogenez
Anter kültürü
Rekombinant DNA
Marker ile seleksiyon
Genomik
Biyoinformatik
Proteomik
Metabolomik
Sistem Biyoloji
52
Moleküler Biyoloji Tarihçe
1869 DNA discovered by F. Miescher
1910 Genes on chromosomes; T.H. Morgan
1941 One gene-one enzyme, Beadle & Tatum
1944 DNA is genetic material; Avery, Mcleod& McCarty
1953 Structure of DNA; Watson, Crick, Franklin, Wilkins
1961 Discovery of mRNA; Brenner, Jacob & Meseleson
1966 Finished unraveling the code; Nirenberg & Khorana
1972 Recombinant DNA made in vitro; P. Berg
1973 DNA cloned on a plasmid; H. Boyer & S. Cohen
1973 Discovery of reverse transcriptase; H. Temin
1977 Rapid DNA sequencing; F. Sanger & W. Gilbert
1977 Discovery of split genes; Sharp, Roberts et al.
1982 Discovery of ribozymes; T. Cech & S. Altman
1986 Creation of PCR; K. Mullis et al.
Human Genome Project; Venter, Collins and
many others
DNA
• 1953 - James Watson,
Francis Crick, Rosalind
Franklin ve Maurice
Wilkins
• 1959 – “Sentral Dogma”
– DNARNAprotein
• Kromozomlar
• Kromozom sayı ve
yapıları
– Karyotip
– n - haploid
– 2n – diploid
Y
• Genom
– Bir organizmayı oluşturan genetik materyalin tümü (n)
• Genotip
– Bir organizmada mevcut allelerin tümü.
• Fenotip
– Gen anlatımı sonucu oluşur.
– Çevre etkileri de fenotip oluşmasında önemlidir.
Gen Anlatımı
DNA
Gen
Transkripsiyon
RNA (messenger RNA)
Translasyon
Protein
Protein işlevleri organizmanın
oluşmasını sağlar.
Mutasyon ve Fenotipik Varyasyon
Pigmentasyon geni,
koyu allel
Pigmentasyon geni,
açık allel
Transkripsiyon
ve translasyon
Yüksek işlevli pigmentasyon
enzimi
Moleküler düzey
Düşük işlevli pigmentasyon
enzimi
Mutasyon ve Fenotipik Varyasyon
Pigmentasyon geni,
koyu allel
(a) Moleküler düzey
Pigmentasyon geni,
açık allel
Transkripsiyon
ve translasyon
Yüksek işlevli pigmentasyon Düşük işlevli pigmentasyon
enzimi
enzimi
(b) Hücresel düzey
Pigment
molekülleri
Kanat hücreleri
Çok miktarda pigment
yapılır.
Az miktarda pigment
yapılır.
Mutasyon ve Fenotipik Varyasyon
Koyu renkli kelebek
Organizma düzeyinde
Açık renkli kelebek
Koyu renkli kelebekler
Koyu renkli kelebekler
genelde orman bölgelerindedirler. genelde orman
Populasyon düzeyinde bölgelerindedirler
Cell
Kromosom
DNA
Nukleus
Nukleotidler
Download

Genetik Tarihçe - AVES - İstanbul Üniversitesi