8 2014 - Curs 8 -Variabilitatea Genetica

7/21/2019 8 2014 - Curs 8 -Variabilitatea Genetica

1/153

Variabilitatea genetica(curs pt studentii anului I MG 2014/2015)


2/153

Genetica 2 laturi

EREDITATEA VARIABILITATEA


3/153

DEFINITIE

Variabilitatea descrie potentialul sau

capacitatea de a varia, de a fi diferit.

La nivel molecular, variabilitatea genetica

poate fi estimata prin determinarea ratei

mutatiilor.


4/153

DEFINITIE: variabilitateaeste (1) teninta caracteristicil!r "enetice

iniviuale e a # i$erite la nivel

%!%ulati!nal

(2) %!tentialul unui "en!ti% e a se

&!i#ca' atunci can este su%us actiunii

un!r $act!ri e &eiu sau "enetici


5/153

e&ni#catiaVG

u cat VG este &ai

&are' cu atat este &ai

a%ta %!%ulatia sa se

aa%te*e la

&!i#carile &eiului'

eci sa re*iste la b!li'

&!i#cari ale cli&ei'

s%ecii c!&%etit!are'

etc+


6/153

Cat de diferiti sunt acesti oameni?

Din cele

,+---+---+--- e

%erec.i e ba*e ale

"en!&ului/ u&an in

&eie 00+0 suntsi&ilare

Aica a%r!i&ativ !ba*a a*!tata in

1--- este i$erita+


7/153

Deci intre 2

%ers!ane' intr3

! secventa (a

unei catene) e

1--- %b eista

! sin"ura

i$erenta+

Diferenta aici

(mai putin

evidenta) este

inlocuirea C cu

G.


8/153

Intre 2 persoane neinrudite, cate

diferente vor in secventa de !"#$

Ce trebuie sa luam in considerare?

?

Raspuns: 6.000.000?

1 diferenta la 1000 de baze 3.000.000.000 baze/ set genomic 2 seturi genomice/ persoana


9/153

urse e

variabilitate Pentru ca selectia naturalasa poata actiona in

cadrul unei populatii, este nevoie ca indivizii ce o

alcatuiesc sa fie diferiti.

Variabilitatea la eucariote are urmatoarele

mecanisme posibile:

!. "paritia mutatiilor

#. $iploidia %. Reproducerea se&uata

'. (ncrucisarile in afara speciei

. Polimorfismele fenotipice ec)ilibrate in populatia

studiata


10/153

Natura !veeste cale"enele isi au

raacinile in realitate+

Mutatia = sursa devariabilitate


11/153

4utatiileasi"ura a%aritia un!r n!i

variante alelice (%!lialelis& sau

%!li&!r#s& "enic)+

Di%l!iia' aica %re*enta cel!r !i

cr!&!*!&i !&!l!"i in celule'c!ntribuie la %astrarea in

"en!$!n (5 t!talitatea "enel!r

unei %!%ulatii) a alelel!r recesive+In stare e .eter!*i"!tie aceste

alele nu sunt su%use selectiei

naturale' ra&an 6ascunse7 si

6e%!*itate7 %entru "eneratiile


12/153

Re%r!ucerea seuatacreea*ainivi*i cu n!i c!&binatii alelice+

Aceste rearanjamente (sau

aceasta rec!&binare "enetica)isiau !ri"ineain , eveni&ente' care

au l!c in ca*ul !r"anis&el!r cu

re%r!ucere seuata: 1+ cr!ssin"3!verul 2+ as!rtarea ine%enenta a

!&!l!"il!r

,+ cu%larea inta&%lat!are a "a&etil!r


13/153

Recombinarea intracromozomica

!. Crossing * overulsau sc)imbul de

fragmente egale de "$+ intre

cromatidele nesurori ale cromozomilor

omologi din pa)itenul si diplotenulprofazei meiozei reductionale

)eterotipice are drept urmare

modificarea continutului informational al

cromozomilor recombinanti. "cesti

cromozomi nu vor mai aduce informatia

de la un singur ascendentpredecesor+


14/153

Meiotic chromosome pairing culminates in the formation of the synaptonemal complex

Pentru a avea loc recombinarea intracromozomica

cromozomii omologi alcatuiesc bivalenti (tetrade)

fiind uniti prin compleul sinaptonemal.


15/153

!iecare cromatida este alcatuita

din "D# bicatenar(si proteine).

(n anumite puncte "$+ul se rupe

si o catena se desface de cea

partenera -complementara.

Monocatenele libere cauta impre$ur o

alta catena cu care sa se uneasca prin

complementaritatea bazelor azotate.

+oua /partenera nu poate fi

cromatida sora, ci trebuie

sa fie din componenta

cromozomului omolog.


16/153

#ou unitele fragmente mono%

catenare sunt complementare.

!ragmentul ce alcatuia inainte

dubla catena (desenat in negru)

este impins la distanta& solutia

fiind unirea sa cu catena

'singura de pe cromozomul

omolog.


17/153

%o&ple&entaritatea ba'elor a'otate sta la ba'a alinierii cro&o'o&ilor o&ologi

Rezultatul:

cromozomii omologi sunt

* corect imperec)eati pentru metafaza

si* precis aliniati prin crossing*over

1rmare a recombinarii intracromozomice

vor aparea la descendenti noi combinatii

ale alelelor parentale.


18/153

%e se inta&pla, de fapt$

Capetele catenare libere se

/imperec)eaza -aliniaza cu

partenerul /gresit..

$eoarece alinierea s*a facut pe baza

de complementaritate secventa este

intacta, doar cone&iunea s*a sc)imbat.

Crossing*over*ul leaga impreuna

cei doi cromozomi omologi-cu

origine materna si respectiv

paterna


19/153

$ar de ce nu se despart

aceste fragmente

catenare -nou imbinate

cand fibrele fusului de

diviziune se depoli*

merizeaza si trag cu forta

de 2inetocor?


20/153

Crossing over*ul leaga

omologii, acolo unde era

comple&ul sinaptonemal.

Cromatidele surori sunt si

ele unite prin coezina, iar

astfel ele nu se despart.

Coezina mentine unitecromatidele surori din 3

pana in metafaza.

Proteine MC

(structuralmaintenance of

c*romosomes)

alcatuiesc

C+,-#"


21/153

n "#"!"-"

fosfataza cdc/0

activeaza "PC

(anap*ase 1

promoting comple)&

care la randul sau

activeaza separaza&

care desface inelele

de coezinace tin

atasate cromatidele

surori.

,venimente care au loc in orice diviziune.

s


22/153

!ibre opuse ale fusului de diviziunetrag2imping 3inetocorii omologilor catre

ecuatorul celulei& astfel incat ii aliniaza

in 'placa metafazica.

+mologii sunt trasi

spre polii celulei& "R

CR+M+-+M 4+R

! R,C+M5#"#6

45(7" (

eparaza taie inelele de

coezina eceptand

centromerul.


23/153

45(7" ((

restul de coezinade la nivel

centromeric este

clivat proteoliticde separaza

meioza


24/153

Microtubulii se alungesc prin polimerizare si se

scurteaza prin depolimerizare


25/153

e observa comparativ

prinderea microtubulilor la

nivelul 3inetocorului in

metafaza si .

De asemenea 7imbratisarea8

sau 7impletirea8 cromatidelor

de la doi cromozomi omologi in

vederea recombinarii

intracromozomice


26/153

!iecare cromatida prezinta in regiunea

centromerului o secventa specifica de

"D# inalt repetitiv unde se fieaza

compleele proteice C,#P (centromer

protein) alcatuind 3inetocorul.

magine

electrono%

microscopica a

unui 3inetocoruman.

Doar unilateral se ataseaza in meioza microtubulii9 (de cromatida din dreapta)


27/153

Recombinarea

intercromozomica

#. "sortarea independenta a omologilorin metafazaprimara creeaza celule fiice -/cite de ordinul ( avand

combinatii intamplatoare de cromozomi materni si

paterni

$ispunerea intamplatoare a cromozomilor in placa

metafazica a influentat orientarea lor spre un pol saucelalalt al celulei in anafaza primara.

1rmare: daca unii cromozomi vor fi de origine

materna, altii vor fi de origine paterna in ovocitele de

ordin (( si spermatocitele de ordin ((


28/153

8rin as!rtarea ine%enenta a cr!&!*!&il!r se %!t

$!r&a 22,ti%uri e "a&eti' aica %este 9' &ili!ane

e "a&eti i$eriti' la #ecare intre cele !ua see+

Du%a $ecunare %!t re*ulta te!retic 2; c!&binatii'

val!are ce e%aseste e !%t &ii e !ri %!%ulatia

actuala a "l!bului+

Aceste cifre sunt insa calculate pentru situatia in

care cromozomii se deosebesc prin alelele unei

singure perechi de gene, ceea ce nu corepunde

realitatii!

In c!nclu*ie #ecare inivi are ! structura "enica


29/153

Rec!&binarea"en!&ica

,+ !&binarea inta&%lat!are a "a&etil!rin cursul $ertili*arii c!ntribuie la

iversi#carea c!&binatiil!r "enice lanivelul *i"!tului+

Desi se c!nsiera ca #inun eveni&ent in &are

&asura su%us inta&%larii'nu t!ti s%er&at!*!i*ii auaceeasi vite*a ee%lasare (le"at se %are

e $!r&a l!r)+


30/153

I&%!rtanta rec!&binarii

1+ &areste rata starii e.eter!*i"!tie

2+ eter&ina ina&ica ev!lutieibi!l!"ice' %rin a&%li#careaiversitatii

,+ eter&ina ! ca%acitate e

aa%tare (ras%uns) i$erentiata ainivi*il!r la &!i#carile $act!ril!re &eiu (e e+ &eica&ente)

+ intervine in reali*area ti%ului"enetic c!nstituti!nal iniviual


31/153

urse e

variabilitate la eucariote :

!. "paritia mutatiilor

#. $iploidia

%. Reproducerea se&uata

'. (ncrucisarile in afara speciei

. Polimorfismele fenotipice ec)ilibrate

in populatia studiata


32/153

Incrucisari in a$ara s%eciei


33/153

ncrucisarile in afara speciei

Liger= *ibrid intre un leu

(Panthera leo) si o tigroaica

(Panthera tigris)& avand parinti

apartinand aceluiasi gen dar unor

specii diferite.,ste diferit de tiglon.

,ste cea mai mare felina cunoscuta.

noata precum tigrii si este sociabil

precum leii.

,ista doar in captivitate deoarece

*abitatele speciilor parentale nu se

suprapun.

De observat& tipic ei cresc atat cat

sunt ambii parinti pusi la un loc.

*ttp:22en.;i3ipedia.org2;i3i2


34/153

8!li&!r#s&ele $en!ti%ice

ec.ilibrate in %!%ulatiastuiata

Dese!ri un sin"ur $en!ti% asi"uracea &ai buna aa%tare' in ti&% cealtele sunt &ai %utin avanta=!ase

In ast$el e ca*uri' $recventa alelel!r

%entru caracterul avanta=!s vacreste in %!%ulatie in etri&entul$recventei cel!rlalte alele(>e*ec.ilibru?)


35/153

8!li&!r#s&ele $en!ti%ice

In "eneral insa' in &ulte %!%ulatii se!bserva c!eistenta a !ua sau &ai

&ulte $en!ti%uri i$erite (>ec.ilibru?) 8re*enta %!li&!r#s&el!r in carul

%!%ulatiil!r se e%lica %rin ,

&ecanis&e: 3 .eter!sis (.ibri*i vi"ur!si)

3 avanta=ul &in!ritatii

3 avanta=ul .eter!*i"!til!r


36/153

8!li&!r#s&ele $en!ti%ice @eter!sisulc!nsta in selectarea

%rin .ibriare a un!r l!ci avanta=!si esi.eter!*i"!ti e e+ %!ru&bul va # &ai re*istent lai&b!lnaviri' ur&are a reucerii l!cil!r cu alele recesive.!&!*i"!te' ce il %reis%un la b!ala+

Re%r!ucerea seuata %rinrec!&binarea "en!&ica asi"ura atat ereitatea(c!ntinuitatea' %astrarea "enel!r si res%ectivcaracterel!r)' cat si variabilitatea+ Descenentii

inivi*il!r neinruiti v!r %re*enta ! vitalitates%!rita' calitati n!i' ! aa%tabilitate si !$eritilitate crescute' at!rita .eter!*i"!tis&ului+

In ca*ul c!nsan"uinitatii' "raul e VGse reuce si a%are ! !&!"eni*are "enetica si

res%ectiv $en!ti%ica (se reuce sau is%are


37/153

8!li&!r#s&ele $en!ti%ice Avanta=ul &in!ritatiia%are can cel &ai

%utin !bisnuit $en!ti% re%re*inta un

avanta= selectiv e e+' atunci can ! %raa %re*entancaracteristici rare!ri intalnite este evitata e %raat!r' acesta avan !

6i&a"ine e cautare7 sau re%re*entare stanar a vanatului+ La !&' e e+ in in$ectia cu @IV (virusul

i&un!e#cientei u&ane) sunt %re*ente !

serie e s%ecii virale &utante' care see*v!lta ine%enent e restul %!%ulatieivirale si care eluea*a trata&entulantiviral initial &in!ritareacestea %!t

eveni insa !&inante servin re%t unre*erv!r e variabilitate si acceleran


38/153


39/153

8!li&!r#s&ele $en!ti%ice Avanta=ul .eter!*i"!til!r a%are atunci can

starea e .eter!*i"!t ac!ra un avanta=

selectiv su%eri!r starii e .!&!*i"!t' a+i

t!ate cele , "en!ti%uri si i&%licit

$en!ti%urile %e care le eter&ina' se v!r

%astra in carul %!%ulatiei+

In cursul ev!lutiei e !bicei la un &!&ent

at au %re!&inat .eter!*i"!tii' aa%tati

&ai bine c!nitiil!r e &eiu+


40/153

n alcatuirea unei molecule de *emoglobina intra lanturi de globina


41/153

Genele care c!i#ca "l!bina' in $unctie e %eri!aa!nt!"enetica+

>& altele pe cromozomul >

@emoglobina " este

alcatuita din doua

lanturi alp*a si doua

lanturi beta de

globina& urmare a

activarii genelor cu

acelasi nume la

adult


42/153

Paloare(anemie)

5ose frontaleA

febra

@epato% si

splenomegalie

(*emoliza)

DureriDureri

osoase

,deme palmare si plantareA

!rotiu sanguin: *ematii in

secera

#u toti copii

au tabloul

clinic complet

ubstitutia

%uncti$!r&a/ (A

T) in c!!nul ; alB"l!bineieter&inainl!cuirea aciduluiglutamic cu valina.

/ transversie: %urinainl!cuita cu %iri&iina


43/153

,lectroforeza *emoglobinei unui *eterozigot& a unei persoane cu anemiefalciforma si a uneia normale. Petele de culoare arata pozitiile in care au

migrat *emoglobinele in gelul de agaroza fata de punctul de origine

Care este

oare tipul de

transmitere aacestei boli?


44/153

M"


45/153

@e&atii n!r&ale si una in $!r&a esecera+("+5 re%an!cit!*a)

n conditii speciale de

presiune scazuta a +/

celulele normale se

deformeaza dovedind

starea de *eterozigot9

Parazitului

Plasmodium

falciparum nu 'ii

plac nici eritrocitele

persoanei bolnave

(*omozigotul )

si nici cele ale

persoanei purtatoare(*eterozigotul ").


46/153

deces

selectati

deces


47/153

In i&a"inea anteri!ara s3a %utut !bserva

cu& in ur&a cu sute e ani &utatia%r!ucat!are e @b s3a %astrat in carul%!%ulatiei u&ane+

In acel &!&ent' starea e .eter!*i"!t era

avanta=!asa' e!arece nu eista untrata&ent %entru &alarie+

Asta*i' %!%ulatiile cu risc crescut suntc!nsiliate' sa e$ectue*e anali*e %renu%tiale inveerea cun!asterii %!sibilei stari e.eter!*i"!*itate+

Daca s!tii sunt .eter!*i"!ti se rec!&anaia"n!sticul %renatal+ Daca %r!usul ec!nce%tie se !veeste a # .!&!*i"!t

%entru &utatia cau*at!are e ane&ie

C l b li it it dit i l ti d t it l i i


48/153

Cele boli eritrocitare s%au raspandit in populatia umana datorita malariei.


49/153

VariabilitateaTrans$erul ADNului %!ate sa se $aca

si %rin alte &ecanis&e' in a$ara e

re%r!ucere seuata' rec!&binare sianu&e %rin: 3 c!n=u"area bacteriana

3 transuctia intre bacteri!$a"i si

bacterii 3 trans$!r&area bacteriil!r %rin

%las&ie

3 trans$ectia in culturi e celule

eucari!te


50/153

Rec!&binarea la

bacterii In 10;' Leerber" si Tatu& au

aratat ca in$!r&atia "enetica %!ate

# sc.i&bataC trans&isa e la !bacterie la alta sau e la ! tul%inae bacterii la alta+

Aceasta ar c!res%une unei asa

nu&ite 6seualitati7 si ar c!nuce larec!&binarea &aterialului "eneticla %r!cari!te


51/153

Rec!&binarea la %r!cari!te

Bacteriile sunt avanta=!s e stuiatcaci:

3 sunt !r"anis&e .a%l!ie 3 au un ti&% e viata reus

3 se &ulti%lica ra%i (ti&% reus %er"eneratie)

3 !r"anis&ele &utante %!t # us!rienti#cate

8rin ur&are' un nu&ar a%r!a%eneli&itat %!ate # testat in scurt ti&%'

ceea ce le $ace utile in stuiul


52/153

n >E/ Fos*ua si ,st*er


53/153

5&perimentul identifica bacteriile mutante

Primul vas Petri contine colonia martor2normalan al doilea este cultura cu mediu mai putin nutritiv (= minimal)& iar in

urmatoarele doua este mediu minimal imbogatit diferentiat.

5acteriile care lipsesc in al doilea vas sunt fie deficitare in 6*r& fie in "rg&

fapt dovedit de prezenta unora in al treilea si a altora in al patrulea vas

Petri& unde s%a adaugat cate unul din acesti aminoacizi.


54/153

Rec!&binarea labacterii

In e%eri&entul l!r evenit clasic'Leerber" si Tatu& au $!l!sit 2 tul%inibacteriene i$erite' a&bele au!tr!$e

(&utante' nu %!t creste $ara anu&itesubstante in &eiul e cultura)

Ce au observat? Cand se amesteca cele 2tulpini, fara a adauga aminoacizi in mediulde cultura, vor creste colonii.

Neaste%tatul $en!&en a%are estul e rar(a%r!+1 in 1- celule cultivate in 8etri)'ar a $!st evient at!rita nu&arului &aree bacterii %use %e %laca+


55/153

6ulpina " necesita metionina si biotina& iar cea 5 treonina si leucina.

"par insa colonii pe un mediu minimal& fara a.a.& cand se cultiva impreuna

cele / tulpini.

nterpretare: a avut loc o recombinareintre tulpinile " si 5.

Proprietatile genetice ale celulelor din tulpinile parentales%au completat

reciproc (7complementare genetica8)

R bi


56/153

Rec!&binarea la bacterii

c*imbul de material genetic intre bacterii

(C+#FG"R,") a fost evidentiat cu microscopul

optic.

6ransferul de "D# bacterian decurge numai intr%unsingur sens: materialul cromozomial 7masculin8 este

introdus intr%o celula 7feminina8

5acteriile ,sc*eric*ia coli difera in functie de

prezenta2absenta factorului de fertilitate ! Cand sunt miate celule !Hsi !%& se formeaza niste

perec*i 'con$ugale: un pil(us) seual al bacteriei

masculine (!H) se ataseaza la suprafata celulei !%.

Rec!&binarea


57/153

Rec!&binareala bacterii

!actorul ! (de fertilitate)

poate fi integrat (>) in cz.

bacterian printr%un

crossing%over specific.

Cz. nou format se numeste

@fr (7*ig* freIuencJ of

recombination8)&deoarece are

o frecventa mare de

recombinare cu genele

altor bacterii in urma

procesului de con$ugare.


58/153

Recombinarea

bacteriana

5acteriile pot contine factorul ! de fertilitate sub

forma unui cz. mic aditional (/)&respectiv o molecula

circulara de "D# de apro. 000pb&plasmidul !

"cesta reprezinta cam >20

din totalul informatiei

genetice continute in cz.

bacterian.

ntr%o celula apare un singur

plasmid si el poate fi

transferat altei bacterii.


59/153

"pro. >2 din "D#ul

factorului ! (plasmidului)

consta din gene de transfer&

inclusiv gene pentru

formarea pililor seuali.

6ransferul factorului ! incepe dupa ce

se desc*ide dubla catena. +

monocatena este transferata celulei

acceptoare& se replica si devine dubla.i monocatena ramasa in celula

donoare se replica redevenind dubla.

n final ambele celule sunt de tip !H

Rec!&binarea


60/153

Rec!&binareabacteriana

ne!ri cr!&!*!&ul se ru%e in ti&%ul

trans$erului+ Ast$el' bacteriile F3 rece%t!are &!stenesc !

c!%ie inc!&%leta a ele&entului F+

elulele F3 ' care au %ri&it !ar ! %arte in c*+

!n!r se nu&esc *i"!ti %artiali sau .e&i*i"!tisi ra&an e ti% F3

Daca trans$erul este c!&%let' bacteria

rece%t!are va &!steni un ele&ent F c!&%let

si %r!%rietatea @$r escenentii sai v!r # t!t

celule @$r' res%ectiv F

an cr!&!*!&ii bacterieni c!ntin i$eriti


61/153

5acteriofag =

4irus bacterianDesi initial (>>) s%a

crezut ca s%a identifi%

cat o modalitate de

combatere a infectii%

lor bacteriene& de faptacestia au fost utilizati

pt a analiza bacteriile.

Reproducerea bacteriofagilor nu

are loc totdeauna imediat dupa

infectarea celulei.

+cazional& "D#ul fagic este

integrat in cz. bacterian si

replicat odata cu acesta (ciclul

lizogenic)


62/153

n acest caz bacteriofagul


63/153

n >E/ -inder si


64/153

- 8. eneralizata: fagul

se insera oriunde in

genomul gazdei

- 8. 3pecializata: fagul seinsera numai la nivelul

unui segment de "D#

cz. particular

6ransductia poate

fi de / feluri:


65/153

Celulele modificate genetic prin incorporarea de "D# sunt considerate

7transformate8. 6ermenul se refera de obicei la rezultat si nu la

mecanism.8ransformarea prin plasmide

Plasmidele= molecule mici& circulare de

"D#& care se replica autonom si care nu

intra in componenta cz. din celula

bacteriana in care se gasesc

Deseori contin gene de rezistenta la

antibiotice (de e. la ampicilina)

ncorporarea plasmiduluitransformacelula bacteriana initial sensibila la

ampicilina in una rezistenta.


66/153

Pentru aceasta se utilizeaza

un mediu selectia.i vor

creste pe el doar bacteriile

care au incorporat

plasmidul recombinant

continand "D#ul

de investigat.

Plasmidele sunt

utilizate ca vectori intransferul de "D#.


67/153

8ransfectia = transferul de

"D# intre celule eucariote incultura

% Poate fi folosita in analizatransmiterii unor caracteristici

genetice

n cele / cazuri alaturate

fibroblastele normale pierd

7contactul de in*ibitie8 si se

transforma asemanator

celulelor cu care vin in contact.

"stfel de studii au fost initial

utilizate pentru a identifica

oncogene (gene cauzatoare de

cancere)


68/153

!ntrar cel!r cre*ute anteri!r' c!%ia ARN nu este t!teauna

#ela ADN3ului+

Atat la c!%il' cat si la ault s3au evientiat niste &!i#cari' ce

intial au %arut er!ri e transcri%tie+

Aceste &!i#cari au $!st etectate in nu&ar se&ni#cativ in

ARN3ul leuc!citel!r' celulel!r in %iele si in creier+

4!i#carile #in &ereu aceleasi se %resu%une' ca au un r!l+

De ee&%lu' in li&$!citele B (la un "ru% e 2 %ers!ane)

%este 1- --- e nucle!tie au $!st "asite &!i#cate' ceea ce

a inse&nat una (sau &ai &ulte) >er!ri? in #ecare "ena

transcrisa' res%ectiv in - in "enele translatate (trause)+

1n alt nivel al variabilitatii genetice


69/153

DEFINITIE

Variatia "eneticaa unei %!%ulatii este

&asurata %rin "raul e %!li&!r#s&'

res%ectiv .eter!*i"!*itate

Variatiase re$era la actualele i$erente

%re*ente la inivi*ii unei %!%ulatii sau

"ru% stuiat si %!ate # direct observata ca! c!lectie e trasaturiCcaracteristice+


70/153

8!li&!r#s&ele 3 %r!teice au $!st stuiate %ri&ele (AB@'

R.' etc)+ el &ai %!li&!r#c siste& "enetic

u&an este c!nsierat siste&ul @LA

3 "enetice sunt res%!nsabile %entru cea

&ai &are %arte in iversitatea siiniviualitatea !bservate in carul s%eciei

u&ane (e $a%t' sunt !ri"inea

%!li&!r#s&ului %r!teic)


71/153

8!li&!r#s&e %r!teice 3 ee&%le

1+ Anti"ene eritr!citare: AB@' R.' 4N' "'

Lut.eran' LeHis' etc

2+ 8r!teine serice: @%' Tr$' i&un!"l!buline' al$a313

antitri%sina (A1AT)' etc

,+ En*i&e eritr!citare: 8AE' G;8D' etc

+ En*i&e %las&atice: %seu!c!linestera*a' etc

+ En*i&e tisulare: alc!!l3e.ir!"ena*a' etc

4ariatia individuala in populatia generala a polimorfismelor proteice

poate atinge /0K din totalul proteinelor.

Diferente genomice la persoanele


72/153

4ariatia

genetica la

africani

!;;

;neutre?'

care nu &!i#ca aa%tabilitatea !r"anis&ului la &eiul sau e

viata+

Diversitatea "enetica este unul in &i=l!acele %rin care

%!%ulatiile se aa%tea*a la &eiul &ereu sc.i&bat!r+

Diversitatea este cu atat &ai &are cu cat:

3 nu&arul e alele ale unei "ene este &ai &are

3 $recventele alelice sunt a%r!%iate' aica nu eista una &ai $recventa

3 $recventele inivi*il!r .eter!*i"!ti si .!&!*i"!ti sunt

ec.ilibrate in ! ulatia res ectiva+


80/153

e esti&ea*a ca a%r!+ 1 in

2-- %erec.i e ba*e a*!tate

sunt .eter!*i"!te in re"iunile ce

c!i#ca %r!teine in "en!&+

8!li&!r#s&ele %!t # l!cali*ate:

intre "enein intr!ni

in e!ni

in re"iunile re"lat!are


81/153

Vari!&3ul 5 t!talitatea &!i#caril!r "enetice"asite in %!%ulatiile s%eciil!rcare au avut !

sc.i&bare ev!lutiva relativ scurta

De ee&%lu' la !&' a%r!+ 1 in 12--

nucle!tie i$era+

%ecia u&ana a a%arut acu& !ar 1--+--- e

ani' rata variatiei #in c!&%arativ &ica+

In %ractica' vari!&ul %!ate # su&a N8s (

sin"le nucle!tie %!l&!r%.is&s) e la nivelul
http://en.wikipedia.org/wiki/Specieshttp://en.wikipedia.org/wiki/Single_nucleotide_polymorphismshttp://en.wikipedia.org/wiki/Single_nucleotide_polymorphismshttp://en.wikipedia.org/wiki/Species


82/153

6Variatia cea &ai &are la nivelul unui

l!cus se evientia*a in interi!rul unei%!%ulatii si nu intre%!%ulatii7S++aevaratC$alsO milioane

de #Ps (>K din genom)& > #P la circa >.000 de nucleotide& dar

frecventa poate fi mai inalta in anumite regiuni& precum insulele CpG

s.a > la >00 sau mai redusa in interiorul unor gene s.a > la /.E00 pb.


92/153

#Ps neutre sunt folosite ca mar3eri genetici


93/153

#P inlantuit cu gena


94/153

In %re*ent N8s utili*ate %entru:

L!cali*area "enel!r esusce%tibilitate in ca*ul b!lil!r

&ulti$act!riale (iabet) $!l!sinu3sestuii e e*ec.ilibru al inlantuirii sie as!ciere a .a%l!ti%uril!r

tuii e $ar&ac!"enetica

Intele"erea !ri"inii si ev!lutiei


95/153

#Ps au fost identificate prin digestia "D#%ului cu endonucleaze de

restrictieA aceste enzime bacteriene recunosc si sectioneaza "D#%ul

la nivelul unei secvente specifice. n acest caz CC6G"GG. rmare amutatiei punctiforme (#P) dispare un situs de restrictie& iar

fragmentele de "D# vor fi diferite in cazul lantului normal si

respectiv anormal de globina. R!

.*tm


96/153

Variatiile ienti#cate in "en!&ul

u&an Variatii e secventa3 %rin &!i#carea unuisin"ur nucle!ti: %rin substitutie

NV (sin"le nucle!ti variati!n) 1 in %!%+

N8 M1

%rin insertieCeletie 5 DI8 (deleti!n3inserti!np!l&!r%.is& !$ !ne base %air)

Variante structurale $ra"&ente e ADN

&!i#cate: Variatiile $ra"&entel!r avan intre 2 1+---

nucle!tie

Variatiile sub&icr!sc!%ice ( 1b cateva 4b)

Variatiile &icr!sc!%ice cr!&!*!&iale sau "en!&ice


97/153

Variatiile $ra"&entel!r ADN cu lun"i&e intre 2 1+---%b:

1+ VNTR (variable nu&ber tane& re%eats) sunt e 2$eluri:

Microsateliti (sau STR=short tandem repeats sau SSR = simple

sequence repeats): repetitii foarte scurte (1-15pb), frecvent

dinucleotidice (CA/TA) sau trinucleotidice, ce formeaza

fragmente de100pbfoarte numeroase, polimorfe (cu circa 10

alele/locus)si cu o distributie uniforma: un microsatelit la

1.000pb

Minisateliti: repetitii de secvente scurte (15-500pb), ce formeaza

fragmente de1-20 kb, dispersate in structura autozomilor si

ocupand situsuri specifice (peste 1.000 de localizari)

Ambele tipuri utile in medicina legala pentru realizareaprofi-lului

genetic individual,specific(identificare sau paternitate)


98/153

ocusul !este ! re%etitie in tane& G%: alele posibile' cucate 2',' sau re%etitii (!2' !-' !4' an !5)+ocusul .cu &!tivul !G%* : 2 alele' cu 2 sau , re%etitii

(.2an .-)+ A48RENTA GENETIA inclue si&ultan a&bii l!ci+

.ndivid>:@eterozigot"si*omozigot5.ndivid/:*eterozigot"si5

Cele / persoane

se diferentiaza

prin ambii loci.

"MPR,#6,0 loci

polimorfi*ttp:22;;;.mun.ca2biologJ2scarr24#6RQfin

gerprinting.*tml vezi *ome;or3

Genotipuri hTERT MNS16 A
http://www.mun.ca/biology/scarr/VNTR_fingerprinting.htmlhttp://www.mun.ca/biology/scarr/VNTR_fingerprinting.htmlhttp://www.mun.ca/biology/scarr/VNTR_fingerprinting.htmlhttp://www.mun.ca/biology/scarr/VNTR_fingerprinting.html


99/153

Hofer P et al. Carcinogenesis 211!"2#$66%$&1

The Author 2011. Published by Oxford University Press. All rights reserved. For Permissions

!le"se em"il# $ourn"ls.!ermissions%ou!.&om

4+3!6" minisateliti ai genei umane pentru telomeraza :

un factor de risc pentru cancerul colorectal

%au identificat E 4#6R (/ curte si 0

combinatii alelice


100/153

*eterocromatina


101/153

Variatiile $ra"&entel!r ADN cu lun"i&e

intre 2 1+--- %b: 1+ VNTR

2+ INDEL 5 inserti!n eleti!n

3 secventele nucle!tiice sunt scurte 3 1C, in ele sunt intre 2-- -- %b si

reJecta %!li&!r#s&ul secventel!rAluin "en!&ul u&an

3 utili*ate in stuiul ev!lutiei "en!&uluiu&an si %entru intele"erea structuriisale ina&ice


102/153

8!li&!r#s&ele sub&iscr!sc!%ice

(1b cateva 4b) 1+ Variatiile nu&arului e c!%ii (NV)

re%re*inta %rinci%ala sursa e variatie

"enetica intre inivi*i

N8 5 %!li&!r#s&ul nu&arului e c!%ii'

can NV au ! $recventa %este 1 in

%!%ulatie

,, in "en!&ul u&an

2+ 8!li&!r#s&ul inversiil!r sau

transl!catiil!r


103/153

+rice clasificare este

relativa& prin ea

incercam doar sa

intelegem putin mai mult

lumea


104/153

lasi#care


105/153

a

&utatiil!r

1+ s!&atice sau "er&inale

2+ "en!&ice' cr!&!*!&iale sau "enice

,+ AD' AR' 3lincat D' 3lincat R' W3lincate

+ nucleare sau &it!c!nriale

+ stabile sau instabile ( 5 &utatii ina&ice)

;+ e ti% substitutii' eletii' insertii (e nucle!tie)

+ 6&issense7' 6n!nsense7 sau 6$ra&e3s.i$t7

9+ s%!ntane sau inuse (#*ic' c.i&ic) 0+ silenti!ase sau vi*ibile in $en!ti%

1-+ %uncti$!r&e sau lar"i (5 e%ansiuni)

11+ avanta=!ase' neutre sau


106/153

%re e!sebire

e cele

s!&atice'

&utatiile

"er&inale

a$ectea*a

intre"ul

!r"anis& si

sunt ereitare


107/153

Mutatiile genomice: poliploidii si

aneuploidii

Mutatiile cromozomiale = aberatiile cromozomiale

de structura

Mutatiile genice


108/153

Mutatia auto'o&al do&inanta

De e+ la nivelul "enei care c!i#ca rece%t!rul , al$act!rului e crestere a #br!blastel!rG- (broblast

grot factor receptor -)

FGFR, 6re"lea*a ne"ativ7 cresterea !asel!r+

r&are a s%licin"3ului alternativ al "enei FGFR, eista &ai

multe izoforme ale proteinei ce intervin in %r!cese

%recu&:

o 3 re"larea cresterii si ivi*iunii celulare

o 3 eter&inarea ti%ului e celula

o 3 $!r&area vasel!r san"uine

o 3 vinecarea ranil!r


109/153


110/153

Reactii in cascada in

interiorul celulei

dupa legarea !G! cu

!G!R


111/153

4utatii ale genei >>R% determina activarea e&agerata areceptorului, ceea ce interfera cu osificarea si conduce la

tulburari ale cresterii oaselor, fenomen caracteristic

acondroplaziei.Aceasta teorie este sustinuta de catre modelul

soarecilor knockout, care nu au receptorul, reglarea

negativa a formarii oaselor fiind deci pierduta.


112/153

!arecele n!c3!ut FGFR, are !ase

ecesiv e lun"i si vertebre el!n"ate'

res%ectiv ! c!aa lun"a.


113/153

a

b


114/153

Mutatia este complet

penetranta(si nu incompletpenetranta 1 alta clasificare)A

in E%O0K din cazuri este

o mutatie de novo p >.

Cele / substitutii punctiforme produc aceeasi modificare:

aminoacidul glicinaeste inlocuit cu aminoacidul argininain pozitia

O0 (GlJO0"rg sau GO0R) din structura receptorului. "stazi se

considera ca aceasta modificare suprastimuleaza receptorul& astfel

determinand modificari osoase caracteristice acondroplaziei.


115/153

nvatand intelegeti tot mai mult& da?


116/153

4utatia aut!*!&al

recesiva De e+ "ena 8A@ ($enil3alanin .ir!ila*a) are 1-- b'

l!cusul ei #in %e cr!&!*!&ul 12K22K2+1

Gena 8A@ cu%rine 1, e!ni+ Eista cateva sute e &utatii/ ce %!t eter&ina a%aritia

b!lii+

Dat!rita acestei .eter!"enitati alelice' cei &ai &ulti

b!lnavi sunt .eter!*i"!ti c!&%usi (aica au !ua &utatii

i$erite)


117/153

4utatia "enei 8A@ eter&ina inca%acitatea en*i&ei

.e%atice $enilalanin3.ir!ila*a (8A@) e a &etab!li*a

a&in!3aciul fenilalaninasi eci e a3l trans$!r&a ina&in!3aciultir!*ina+

an activitatea 8A@ este reusa' $enilalanina se

acu&ulea*a si este c!nvertita in aciul $enil%iruvic'

aciul $enillactic si $eniletila&ina ($enilcet!ne)' ce %!t #

etectate in urina

(test "+) (8@E este &etab!li*ata %e calea &in!ra a transa&ina*el!r %ana la$enilcet!ne)

!enilcetonuria
http://en.wikipedia.org/wiki/Phenylalanine_hydroxylase


118/153

De#citul e GLOO3;3FOFATDE@IDROGENAA (FAVI4) e e&utatie 3lincata recesiva

' "3I%I* de G" deter&ina o !#3MI3 63M7I*I%! cronica

'

Du%a ienti#carea b!lii si a !ri"inii &!i#caril!r %ecr!&!*!&ul in anii 10- si e&!nstrarea eistentei

variantel!r electr!$!retice ale en*i&ei in anii 10;-' s3a

inteles i&%!rtanta se&ni#catie "enetica' clinica si

bi!c.i&ica a acestui %!li&!r#s&+

' T!ate &utatiile care eter&ina b!ala se "asesc la K2;+

' Gena nor&alaa en*i&ei G;8D are 19+ b #in nu&ita

GB+ Eista 0 bine3cun!scute variante si &utatii ale


119/153

("ri"ntele "leli&e si mut"tiile &"u)"to"re *de ti! substitutii !un&tiforme+

GLOO3;3FOFAT DE@IDROGENAA


120/153

' Variante i$erite ale en*i&ei sunt "asite in A$rica' Asia si

*!na &eiteraniana

' Dar' e ce ar # &utatia an!r&ala GB3 sau G& &ai

$recventa in aceste %!%ulatii. "D# normal&

fara mutatia- T !E0O

/. "D# cu mutatiaT !E0O

- *tz: >&&

- *z:/&&&E&O

Ce se intampla? #u uitati: b. autoz.rec == se manifesta doar la *omozigotii recesivi

Deci la @tz trebuie sa mai fie alta mutatie prezenta pt a fi bolnavi9

ar pacientul are / mutatii diferite de T !E0O (*ttp:22;;;.glo;m.com2?p=glo;m.cml2sectionQvie;Uarticleid=)
http://www.glowm.com/?p=glowm.cml/section_view&articleid=344http://www.glowm.com/?p=glowm.cml/section_view&articleid=344http://www.glowm.com/?p=glowm.cml/section_view&articleid=344


142/153

%onfor& ba'ei de date canadiene (stic Fibr!sis 4utati!n Database) %este1800&utatii ale genei %* au fost descrise din 1989,cand a fost descoperita

Traiti!nal' &utatiile FTR sunt i&%artite in ; clase %eba*a e$ectului %r!babil:

lasa I %r!uc ! proteina nefunctionala

lasa II eter&ina ! procesaree$ectu!asa a %r!teinei(e+ Deletia F-9)

lasa III %r!uc ! reglaree$ectu!asa a canalului

lasa IV eter&ina ! conductanta decitara lanivelulcanalului

lasa V se caracteri*e*a %rin splicing anor&al+

lasa VI sunt &utatii cu e$ecte necunoscute

Clasificarea mutatiilor ce produc mucoviscidoza
http://www.genet.sickkids.on.ca/Home.htmlhttp://www.genet.sickkids.on.ca/Home.html


143/153


144/153

Du%a l!cali*are &utatiile %!t#:

Nucleare t!ate ti%urile iscutate

anteri!r si care acti!nea*a la nivelul

ADNului in nucleu

4it!c!nriale ce a$ectea*a ADNul

&it!c!nrial


145/153

Ov!citul %ri&ar u&an c!ntine in =ur e 1--+--- e

&it!c!nrii' ar %iere &a=!ritatea in ecursul

&aturarii+

Ast$el ca in !vul sunt intre 1- si 1-- e &it!c!nrii+

In ti&%ul ivi*iunii *i"!tului nu&arul l!r creste %ana

la a%r!a%e 1-+---C celula+

Reucerea rastica a &it!c!nriil!r in !vul %!arta

enu&irea e b!ttlenec+ Daca ! &utatie este inclusa in cele 1- 1-- e

&it!c!nrii in !vul' atunci eista riscul ca ea sa #e

re"asita in celulele e&bri!nare


146/153

Dupa diviziunea celulara mitocondriile sunt distribuite la intamplare in celulele

fiice& astfel incat doar si numaipe baza de sansa celulele pot primi2mosteni mai

multe sau mai putine (c*iar 0) mitocondrii cu "D# mutant.

S


147/153

#oua mutatie poate fi prezenta in cateva celule& dar daca se gaseste si intr%un ovocit &

va putea fi transmisa la descendenti. "stfel& o mama (aparent) sanatoasa poate

transmite mitocondrii cu "D# mutant in numar mai mare decat in celulele sale&

datorita efectului 7bottle%nec37& respectiv mitocondriile cu mutatii pot fi

disproportional incluse in ovul comparativ cu alte celule.

"poi& aceste mitocondrii cu "D# mutant se pot multiplica si ca urmare pot avea o

frecventa mai mare printre cele zeci de mii de mitocondrii intalnite intr%un caz

sporadic (rar& intamplator).

Cazurile sporadice de

boli mitoocondriale audrept cauza o noua

mutatie mitocondriala

@eteroplasmiadescrie situatia in


148/153

@eteroplasmie

@omeoplasmie

p

care o celula contine atat "D#mt

normal cat si cu mutatii.

@omeoplasmia descrie uniformitatea

"D#mt (normal sau cu mutatii) in

celule.

6esuturile bogate in mitocondrii cu mutatii produc mai putin "6P


149/153

Pedigree%ul ilustreaza atat baieti cat si fete bolnave& iar boala se

mosteneste doar de la mama (6R"#M6,R, M"6R+C


150/153

Trans&iterea &utatiil!r &it!c!nriale este

eclusiv &aterna+

%er&at!*!iul c!ntribuie nu&ai cu nucleul sau

(%r!nucleu)+

Eista &ai &ulte e%licatii %!sibile ale acestui$en!&en:

3 diluarea&it!c!nriil!r %aterne %rintre

nu&er!asele &it!c!nrii ale !vulului

3 %re*enta &it!c!nriil!r %aterne !ar in %iesa

inter&eiara si eci %ierera l!r in ur&a fertilizarii

3 descompunerea activa a &it!c!nriil!r %aterne

,reditatea matroclina


151/153

Deci& mitocondriile

spermatozoidului (in

galben pe desen) suntde obicei distruse in

ovul imediat dupa

fertilizare.

,reditatea matroclina


152/153

*ttp:22;;;.nature.com2pr2$ournal2v2nE2full2pr>/Ea.*tml

Cele eemple arata procentul mutatiilor mitocondriale de tip 6OC (o substitutie puncti%

forma). Manifestarea fenotipica anormala (boala) apare atunci cand mutatiile depasesc un

anumit prag (peste 0K). Multe persoane suntpurtatoareale mutatiei analizate& dar sunt

sanatoase.

"nalizele au fost facute pe

mitocondrii din

5 = sange

M = musc*i! = fibroblaste din piele


153/153

8 2014 - Curs 8 -Variabilitatea Genetica

Documents

Transcript of 8 2014 - Curs 8 -Variabilitatea Genetica