Mendel genetiği ve prensipleri

18.02.2015
Mendel genetiği ve
prensipleri
Dr. Umut Fahrioglu, Phd MSc
Genetik tüm veyaganizmalarda
variasyon ve kalıtsallıkla ilgilenir.
Genotip ile fenotip arasındaki ilişkiye
bakar ve genetik materyalin bir nesilden
diğerine geçişini anlamaya çalışır.
Tıbbi genetik insanlar arasındaki genetik
farklılıkları ve bu farklılıkların tıp ve
araştırma için olan önemini araştırır.
1
18.02.2015
Giriş
 Mendel Avusturyalı bir rahipti.
 Bu önemli çalışmasını manastırın bahçesindeki 115 x 23 ayaklık bir bölgede yaptı.
 1856-1864 yılları arasında binlerce eşleşme gerçekleştirdi.
 Yaptıklarıyla ilgili çok muazzam notlar tuttu.
 Yaptığı çalışma1866’da yayınlandı.
 34 yıl kimse kaale almadı.
 Çalışmanın başlığı çok iyi değildi.
 Kromozom kalıtshepsiığı çok iyi anlaşılmış değildi.
 1900’de, Mendel’in çalışması bir birinden bağımsız çalışan 3 botanist tarafından
tekrar keşfedildi.
 Hugo de Vries of Holland
 Carl Cveyarens of Germany
 Erich von Tschermak of Austria
Mendel bezelye bitkisini deney
veyaganizması olarak seçti.
beyaz
Remove anthers
from menekşe flower.
 Bezelye avantajlı bir seşimdi:
 1. farklı tür ve çeşitleri vardı
Anthers
 2. Yapısı kolay eşleme yapılmasına uygundu
ebeveyn seçimi kolayca yapılabilirdi.
Parental
jenerasyon
menekşe
Transfer pollen
from anthers of
beyaz flower to
the stigma of a
menekşe flower.
eşleşme-pollinated flower
produces tohumlar.
Plant the tohumlar.
Firstjenerasyon
offspring
2
18.02.2015
Mendel çalışmak için 7 tane
safkan özelliği seçti
 Bir veyaganizmanın
mveyafolojik özelliklerine
«karakteristikleri»
CHARACTER
 Özellik (trait) bir karakteristiğin
farklı özelliklerini tarif eder.
Boy
VARIANTS
VARIANTS
Tohum rengi
Sarı
Yeşil
Tohum şekli
Cüce
Uzun
 Göz rengi bir karakteristiktir,
mavi göz de özellik
 Nesillerdir ayni özelliği üreten
türlere safkan denildi.
CHARACTER
Yuvarlak
Buruşuk
Yeşil
Sarı
Zarf rengi
Çiçek rengi
Menekşe
Beyaz
Zarf şekli
düzgün
Boğumlu
Çiçek pozisyonu
Aksihepsi
Terminal
Experimental level
2. Collect many tohumlar. The following
spring, plant the tohumlar and hepsiow the
plants to grow. These are the plants of
the F1 jenerasyon.
Conceptual level
P plants
1. Fveya each of seven characters, Mendel
eşleşme-fertilized two different
true-breeding lines. Keep in mind
that each eşleşme involved two plants
that differed in regard to only one of
the seven characters studied. The
illustveyaann at the right shows one
eşleşme between a uzun and cüce plant.
This is chepsied a P (parental) eşleşme.
x
tt
x
cüce
uzun
Note: The P
eşleşme produces
tohumlar that are
part of the F1
jenerasyon.
F1 tohumlar
F1 plants
hepsi
uzun
3. hepsiow the F1 jenerasyon plants to
self-fertilize. This produces tohumlar that
are part of the F2 jenerasyon.
hepsi Tt
Tt
Selffertilization
Selffertilization
F2 tohumlar
4. Collect the tohumlar and plant them the
following spring to obtain the F2
jenerasyon plants.
5. Analyze the characteristics found
in each jenerasyon.
TT
TT + 2 Tt + tt
F2 plants
uzun
uzun
cüce
uzun
3
18.02.2015
Monuhibris eşleşmelerden veyaanlar
P eşleşme
F1 jenerasyon
F2 jenerasyon
veyaan
uzun X
cüce sap
hepsi uzun
787 uzun,
277 cüce
2.84:1
yuvarlak X
hepsi yuvarlak
buruşuk tohumlar
5,474 yuvarlak,
1,850 buruşuk
2.96:1
sarı X yeşil
tohumlar
hepsi sarı
6,022 sarı, 2,001
yeşil
3.01:1
menekşe X
beyaz flowers
hepsi menekşe
705 menekşe,
224 beyaz
3.15:1
aksial X
terminal flowers
hepsi aksial
651 aksial,
207 terminal
3.14:1
düz X boğumlu
zarflar
hepsi düz
882 düz,
boğumlu
2.95:1
yeşil X
zarflar
hepsi yeşil
428 yeşil,
sarı
sarı
229
152
2.82:1
Veriyi analiz
Tüm yedi karakteristik de çalışıldı
1. F1 jenerasyon ebeveyn
özelliklerinden sadece birini
gösterdi
2. F2 jenerasyonu ebeveyn
özelliklerini 3:1 veyaanında
gösterdi
4
18.02.2015
1. Bir bezelye bitkisinde her karakteristik için iki faktör
bulunur. Biri anneden biri de babadan.
2. Bu iki faktör bir biri ile ayni de olabilir farklı da
olabilir.
3. Bu iki faktör bir birinden farklı ise ve ayni bitkide
bulunuyveyas:
 Bir faktör dominant (baskın)’tır ve etkisi görülür
Diğeri resesif (çekinik)’tir ve etkisi görülmez
4. Gamet üretiminde, karakteristiklerin eşlenmiş
faktörleri, rast gele ayrılırlar ve dolayısı ile üretilen
gametlerin bir yarısı bir faktörü diğer yarısı da diğer
faktörü alır.
 Bu Mendel’in Segregasyon Kanunudur.
Ama önce bazı terminolojilerden bahsedelim:
Mendelin faktörlerine genler denir.
Alleller ayni genin farklı versiyonlarıdır.
İki tane ayni allele sahip kişiye homozigot denir.
İki tane farklı allele sahip kişiye heterozigot denir.
Hemizigot bir genin tek bir kopyası olduğu
anlmanına gelir.
Genotip kişinin allelik yapısına denir.
Fenotip Kişinin dışa yansıyan görünüşüne denir.
5
18.02.2015
uzun
cüce
x
P jenerasyon
TT
tt
Segregation
Gametes
T
t
T
t
eşleşme-fertilization
uzun
F1 jenerasyon
(hepsi uzun)
Tt
Segregation
Gametes
F2 jenerasyon
Genotypes:
(1 : 2 : 1)
Phenotypes:
(3 : 1)
T
t
T
t
TT
Tt
Tt
tt
uzun
uzun
uzun
Selffertilization
cüce
6
18.02.2015
Punnett Kareleri
Punnett karesi basit genetik eşleşmelerin
sonuçlarını tahmin etmeye yardımcı olan
bir araçtır.
İngiliz genetikçi, Reginald Punnett
tarafından önerildi.
Punnett karesi kullanımını heterozigot
uzun bitkilerin eşleşmesi örnek olarak
kullanarak yapacayız.
Punnett Kareleri
 1. Her iki ebeveynin de genotiplerini yaz.
Erkek ebevyn= Tt
Dişi Ebevyn= Tt
 2. her ebevynin üretebileceği gametleri yaz.
Erkek gameteler: T veya t
Dişi gameteler: T veya t
7
18.02.2015
 3. Boş bir Punnett karesi hazırla
Dişi gameteler
Erkek gameteler
T
t
t
4. Punnett Karesini gametlerin allellerini
kullanarak bir sonraki neslin olası genotipleri
ile doldur
Erkek gametes
T
Dişi gameteler

T
T
t
TT
Tt
Tt
tt
t
8
18.02.2015
5. Genotiplerin ve fenotiplerin relatif
oranlarını belirler
Genotipik oran
TT : Tt : tt
 1 : 2 : 1
Fenotipik oran
uzun : cüce
 3 : 1
Mendel’in Deneyleri
Mendel ayrıca dihibrid eşleşmeler de gerçekleştirdi
İki farklı karakteristikte farklılık gösteren bitkileri
eşleştirdi
Örneğin:
Karakteristik 1 = tohum yapısı (yuvarlak vs.
buruşuk)
Karakteristik 2 = tohum rengi (sarı vs. yeşil)
Bu karakteristikler için iki olası kalıtım şekli vardır.
9
18.02.2015
P jenerasyon
RRYY
Haploid gametes
rryy
RY
rryy
ry
x
RY
ry
x
RrYy
F1 jenerasyon
Haploid gametes
RRYY
1/
2
RY
1/
2
RrYy
ry
1/
Haploid gametes
(a) HYPOTHESIS: Bağımlı assortment
4
RY
1/
4
Ry
1/
4
rY
1/
4
ry
(b) HYPOTHESIS: Bağımsız assortment
eşleşme: TtYy x TtYy
TY
Ty
tY
ty
TTYY
TTYy
TtYY
TtYy
uzun, sarı
uzun, sarı
uzun, sarı
uzun, sarı
TTYy
TTyy
TtYy
Ttyy
uzun, sarı
uzun, yeşil
uzun, sarı
uzun, yeşil
TtYY
TtYy
ttYY
ttYy
uzun, sarı
uzun, sarı
TtYy
Ttyy
TY
Ty
tY
cüce, sarı
cüce, sarı
ttYy
ttyy
ty
uzun, sarı
uzun, yeşil cüce, sarı
Genotipler: 1 TTYY : 2 TTYy : 4 TtYy : 2 TtYY
:
Fenotipeler:
9 uzun
sarı tohumlu
bitkiler
cüce, yeşil
1 TTyy : 2 Ttyy
3 uzun
yeşil tohumlu
bitkiler
1 ttYY : 2 ttYy
1 ttyy
3 cüce
1 cüce
sarı tohumlu yeşil tohumlu
bitkiler
bitkiler
10
18.02.2015
Modern Genetik
Modern genetikçilerçoğunluklar genlerin
moleküler ifadesi ve ortaya çıkavak
özelliklerin buna bağlı olarak nasıl olacağı
ile ilgilenirler.
 Şu yaklaşımı izlerler:
İlgilendikleri genin bozuk bir kopyasını
taşıyan bir kişi bulmaya çalışırlar.
Bu bozuk kopyanın organizanın
fenotipini nasıl etkileyeceğini araştırırlar.
Modern Genetik
Genlerin bozuk kopyaları loss-of-function
(fonksiyon kaybı) allelleridir
Bilmeden Mendel çalışmalarında 7 tane lossof function alleli kullandı
Loss-of-function allellerinin resesif kalıtımları
vardır.
11
18.02.2015
Pedigri Analizi
İnsanlar üzerinde çalışma yaparken
Mendelin bezelyelerde yaptığı gibi parental
eşleşmeyi kontrol etmek etik değildir.
Bunun yerinde aile ağaçlarından veya
pedigrilerde olan bilgilerden yararlanmamız
lazım.
İnsan özelliklerinin/hastalıklarının kalıtımını
analiz etmek için pedigri analizi kullanılır.
Feerkek
I -1
I-2
Male
Sex unknown veya not
specified
Miscarriage
Deceased individual
II-1
II-2
II-3
II-4
II -5
Unaffected individual
Affected individual
Presumed heterozygote
(the dot notation indicates
sex-linked traits)
III-1
III-2
III-3
III-4
III-5
III-6
Consanguineous mating
(between related individuals)
III-7
Fraternal (dizygotic) twins
(a) Human pedigree showing cystic fibrosis
Identical (monozygotic) twins
(b) Symbols used in a human pedigree
12
18.02.2015
I -1
II -1
III -1
I-2
II -2
III -2
III -3
II -3
III -4
III -4
III -5
II -5
III -6
III -7
(a) Human pedigree showing cystic fibrosis
Pedigri Analizi
İnsan özelliklerinin/hastalıklarının kalıtımını analiz
etmek için pedigri analizi kullanılır.
Hastalıkta rol alan genler iki şekilde var olabilirler
Normal allel
Hastalık semptompları verenMutant allel that
causes disease symptoms
Basit bir Mendel kalıtım şekli izleyen hastalıklar
Dominant
Resesif olabilirler
13
18.02.2015
Resesif kalıtım şekilleri iki önemli öngörüde
bulunurlar:
1. 2 normal heterozigot kişinin çocuklarının yaklaşık
%25’i hasta olacak
2. 2 hasta kişinin çocuklarının %100’ü hasta
olacaktır.
Dominant (baskın) kalıtım şekli şunları öngörür:
Hasta kişi mutant geni en az bir ebevynden
almıştır.
Alternafi olarak, hastalık gamet oluşumu
esnasında oluşan yeni bir mutasyon nedeniyle
ortaya çıkmış da olabilir.
Kistik Fibrozis(CF)
İnsanlarda çekinik (resesif) bir hastalıktır
About 3% of Caucasians are carriers
Bu hastalığa neden olan gen kistik fibrozis
transmembran konduktans regülatörü (CFTR)
isimli bir protein üretmektedir.
CFTR protein, hücre zarındaki iyon
taşımacılığını kontrol eder.
Mutant allel CFTR proteinin işlevini değiştirir ve
iyon dengesizliğine neden olur.
Bu da pankreas, bağırsaklar, ter bezleri ve
akciğerlerde problemelere neden olur.
14
18.02.2015
Statistics, probability and genetics
 Kalıtım kuralları genetik eşleşmelerin sonuçlarını tahminde kullanılabilir.
 Örneğin:
 Hayvan ve bitki üreticiler yaptıkları eşeleştirmelerden ortaya çıkacak
ürünlerin ne olacağını kontrol etmek isteyebilirler.
 Ebeveynler çocuklarının özelliklerini kontrol etmke isteyebilirler:
 Bu özellikler belli başlı genetik hastalıkların olduğu ailelerde önelidir.
 Tabii ki gelecekte ne olacağını kesin olarak belirlemek mümkün değildir.
 Ama genetik danışmanlar ailelere hasta bir çokcuk sahibi olabilme
olasılıkları konusunda yardımcı olabilirler.
 Bu ailenin çocuk yapıp yapmama konusundaki kararlarını etkileyebilir.
Olasılık
Bir olayın olasılığı o olayın gelecekte olma şansıdır:
Olasılık

=
Bir olasyın olma sayısı
Toplan olay sayısı
Örneğin yazı ve tura:
Ptura =
1 tura
(1 tura + 1 yazı)
= 1/2 = 50%
15
18.02.2015
Olasılık hesaplarının hassasiyet derecesi örnek
nüfüsün büyüklüğüne bağlıdır.
Beklenen ile gerçek arasında sapmalar olabilir.
Bu random örnekleme hatalarına bağlıdır
Random örnekleme hataları büyük örnekler için küçük
küçük örnekler için büyüktür.
Örneğin
Bir bozuk para 10 kez atılırsa
 %70 yazı %30 tura çıkması normaldır
Ama bir bozuk para 1000 kez atılırsa
 Yazı çıkma olasılığı Beklenen %50’ye çok yakın olacaktır.
Olasılık hesapları genetik eşlemelerin sonuçlarını
tahminde de kullanılmıştır
Olasılığı hesaplamak için 3 tane statistik kuralı
kullanılmıştır
Toplama kuralı
Çarpma kuralı
Binom dağılım denklemi
16
18.02.2015
Toplama kuralı
İki veya daha fazla bir birinden bağımsız olaylardan
birinin olma olasılığı ayrı ayrı olasılıklarının
toplamıdır.
Şu örneğe bakalım

Kulağı etkileyen gen








Ct = Normal allel
ct = Buruşuk kuyruk
9 adet normal kulakve normal kuyruk
3 adet normal kuyruk ve buruşuk kuyruk
3 adet düşük kulak ve normal kuyruk
1 adet düşük kulak ve buruşuk kuyruk
Bu dört fenotip bir birinden bağımsız olaylardır


Kuyruğu etkileyen gen
Eğer iki heterozigot fare eşleştirilmişse (Dede Ctct)
Beklenen olası yavru oranları şöyledir


De = Normal allel
de = Düşük kulaklar

Düşük kulaklı ve normal kuyruklu bir fare ayni zamanda
normal kulak ve buruşuk kuyruğa sahip olamaz
Soru:

Yukardaki eşlemeden oluşacak yavruların normal kulak
ve normal kuyruğa veya düşük kulak ve buruşuk
kuyruğa sahip olma olasılığı nedir?
17
18.02.2015

Toplama kuralını uygularsak:
Birinci adım: bahsedilen olasılıkların ayrı ayrı olma
hesaplaması yapılır
9 (9 + 3 + 3 + 1) = 9/16
P(normal kulak ve normal kuyruk) =

P(düşük kulak ve buruşuk kuyru=


1
(9 + 3 + 3 + 1) = 1/16
İkinci adım: Ayrı ayrı olasılıkları topla
9/16 + 1/16 = 10/16
10/16 ayrıca 0.625 olarak da yazılabilir.
 dolayısıyla yavruların %62.5’i normal kulak ve normal
kuyruğa veya düşük kulak ve buruşuk kuyruğa sahip
olacağı beklenmektedir.
Çarpma kuralı
İki veya daha fazla bağımsız olayın olam olasılığı bu
olayların olma olasılıklarının çarpımına eşittir.
Note
Bağımsız olaylarda bir olayın olması diğerinin
olma olasığını değiştirmez.
18
18.02.2015
Konjenital analgezi hastalığını ele alalım
İnsanlarda çekinik bir hastalıktır
Bu kişilerde çok aşırı hisler acı olarak algılanmaz
İki allel vardır
P = normal allel
p = Conjenital analgezi
Soru
İki heterozigot kişi çocuk sahibi olmak istiyorlar:
Bu çiftin ilk 3 çocuğunun da konjenital analgezi olma
olasılığı nedir?

Çarpma kuralını uygulama

Birinci basamak: tek tek olay olasılıklarını hesapla
Bu Punnett karesi ile yapılabilir
P(congenital analgesia) = 1/4


İkinci basamak: Olasılıkları çarp
1/4 X 1/4 X 1/4 = 1/64
1/64 ayrıca 0.016 olarak da yazılabilir.
 Dolayısıyla %1.6 ilk 3 çocuğunda hasta olma şansı var.
19
18.02.2015
Binom dağılım denklemi
 Sıralanmamış farklı olayların tüm olasılıklarının hesabını yapar.
P=


burda
 P = sıralanmamış olayların olma olasılığıdır
 n = toplam olay sayısı
 x = bir kategorideki olay sayısı
 p = x olayının olasılığı
 q = diğer kategorideki olayın olma olasılığı
Note:



n!
px qn – x
x! (n – x)!
p+q=1
The symbol ! denotes a factveyaial
 n! is the product of hepsi integers from n down to 1
 4! = 4 X 3 X 2 X 1 = 24
 An exception is 0! = 1
Question


Two heterozygous brown-eyed (Bb) individuals have
five children
What is the probability that two of the couple’s five
children will have blue eyes?
20
18.02.2015

Birinci basamak: ayarı ayrı riskler hesaplanır
 Bu Punnett karesi ile yapılabilir
P(blue eyes) = p = 1/4
P(brown eyes) = q = 3/4


İkinci basamak: Olay sayılarını hesapla
 n = toplam çocuk sayısı = 5
 x = mavi gözlü çocuk sayısı = 2
Üçüncü basamak: değerleri dekleme yerleştir
P=
n!
px qn – x
x! (n – x)!
P=
5!
(1/4)2 (3/4)5 – 2
2! (5 – 2)!
P=
5X4X3X2X1
(1/16) (27/64)
(2 X 1) (3 X 2 X 1)
P = 0.26 veya 26%

Dolayısıyla heterozigot bir çiftin beş çocuğundan 3
tanesinin kahverengi gözlü 2 tanesinin mavi gözlü
olma olasılığı %26’dır.
21