vjezba 10

Praktikum iz Biologije I

Vjeba br. 10 187

GENI I NASLJEIVANJE I

Na poetku treba ponoviti i objasniti osnovne pojmove vezane uz gene i

nasljeivanje:

Gen se najee definira kao osnovna jedinica nasljeivanja. To je odsjeak

molekule DNA koji nosi informaciju za sintezu odreenog proteina ili funkcionalne

RNA.

U jezgrama eukariotskih stanica nalazi se vei broj linearnih molekula DNA. One su

u interfazi staninog ciklusa relativno razmotane (dekondenzirane) i, zajedno sa

histonskim proteinima, tvore kromatin. Za vrijeme stanine diobe (mitoze ili

mejoze), svaka linearna molekula DNA se kondenzira u kromosom.

Kromosomi dolaze u parovima. Po dva kromosoma su jednake duine, centromere su

im na istom mjestu i nose gene za ista svojstva na istim poloajima du kromosoma

(Slika 1). Takva 2 kromosoma nazivamo homologni kromosomi, a itava stanica

(budui da ima dva seta kromosoma, odnosno po dva od svakog homolognog

kromosoma) je diploidna, to oznaavamo sa 2n. n predstavlja broj kromosoma u

pojedinom setu (npr. kod ovjeka n = 23, 2n = 46). Stanica u kojoj svaki homologni

kromosom dolazi u samo jednom primjerku, odnosno stanica koja ima jedan set

kromosoma, je haploidna, n.

Svaki diploidni organizam ima po dva gena za isto svojstvo koji se nazivaju aleli

(Slika 1). Oni se uvijek nalaze na paru homolognih kromosoma, po jedan alel na

svakom kromosomu. Nadalje, uvijek se nalaze na tono odreenom poloaju (lokusu)

na homolognim kromosomima. Aleli su varijante gena, odnosno linearni odsjeci DNA

molekule koji mogu imati identinu sekvencu nukleotida (pa ih onda oznaavamo istim

slovom, npr. A), ili se njihove sekvence mogu meusobno manje ili vie razlikovati (pa

ih onda oznaavamo razliitim simbolima, npr. velikim i malim slovom: A i a).

Ako organizam ima dva ista alela za neko svojstvo kaemo da je homozigot (znai

npr. AA ili aa) za to svojstvo, a ako ima dva razliita alela kaemo da je heterozigot

(npr. Aa) (Slika 1).

U genetici je potrebno razlikovati dva pojma: genotip i fenotip. Genotip predstavlja


Vjeba br. 10 188

toan set gena, odnosno alela koje jedinka posjeduje. Za dva organizma iji se geni

razlikuju na samo jednom lokusu kaemo da imaju razliit genotip. Genotip je dakle

potpuna nasljedna informacija organizma. Fenotip, s druge strane, predstavlja

ukupni izraaj morfolokih i fiziolokih svojstava organizma, odnosno konkretna

fizika svojstva organizma, kao to su visina, teina, boja kose itd. Kao to emo

vidjeti, jedinke s istim fenotipom mogu imati razliit genotip.

S obzirom da diploidan organizam ima dva alela za neko svojstvo, fenotipski izraaj

tog svojstva ovisi o njihovom meusobnom odnosu. Najei odnos alela je

dominantno-recesivan. Jedan alel je dominantan, a drugi recesivan ako, kada su

prisutni zajedno u heterozigotu, uinak dominantog alela maskira uinak recesivnog.

Dakle, dominantni alel maskira ekspresiju recesivnog, odnosno kodira za protein koji

je zasluan za vidljivu ekspresiju neke osobine. Npr. alel za tamnu boju oiju u ljudi

kodira za protein (enzim) ija aktivnost ima za posljedicu prisutnost tamnog

pigmenta (eumelanina) u arenici oka. Ako je alel za boju oiju na homolognom

kromosomu recesivan, on nosi informaciju za enzim koji e proizvesti svjetliji

pigment (feomelanin) koji je sakriven tamnim pigmentom, produktom dominantnog

alela. Stoga heterozigoti za ovo svojstvo imaju tamne oi. Ekspresija recesivnog

alela je vidljiva samo kada osoba ima oba recesivna alela (recesivni homozigot). Tada

osoba ima svijetle oi.

Osim dominantno-recesivnog odnosa alela, taj odnos moe biti i kodominantan. Tada

se u fenotipu heterozigota izraavaju znaajke odreene objema alelima. Primjer

kodominacije su aleli IA i IB kod krvnih grupa ABO sustava ovjeka (detaljno

objanjenje vidi u Vjebi br. 11).

Prema konvenciji, dominantni alel se oznaava velikim slovom (npr. A), a recesivan

malim (npr. a). Drugi nain oznaavanja, koji se ee koristi kada postoji vie od dva

alela za neko svojstvo u populaciji je da za dominantni alel tj. alel divljeg tipa,

stavimo oznaku +, a niz recesivnih alela oznaimo malim slovima. Obino se uzme

prvo slovo rijei koja opisuje fenotipsku karakteristiku koju odreuje taj alel npr.

crno tijelo vinske muice (engl. black body) odreuje recesivan alel b. (Obratite

panju na to da jedan diploidni organizam uvijek ima dva alela za neko svojstvo, ali u


Vjeba br. 10 189

itavoj populaciji moe biti vie od dva razliita alela za to svojstvo i tada govorimo

o multiplim alelima, o emu e biti vie rijei u Vjebi br. 11.) Geni koji se nalaze na

spolnim kromosomima, X i Y, obino se oznaavaju ovako: Xw za alel koji odreuje

bijelu boju oiju (engl. white eyes) kod vinske muice i nalazi se na X kromosomu.

Slika 1. Par homolognih (jednostrukih) kromosoma s dva lokusa odnosno dva para alela (A, a i B, B). Lokus je poloaj alela na kromosomu.


Vjeba br. 10 190

MENDELOVI ZAKONI NASLJEIVANJA

Gregor Johann Mendel (1822-1884) je austrijski sveenik koji je otkrio osnovne

zakone nasljeivanja. Od 1858. do 1866. godine uzgajao je i kriao graak u vrtu svog

samostana i analizirao potomstvo. Na temelju dobivenih rezultata formulirao je dva

genetika zakona koji opisuju kako se svojstva prenose iz jedne generacije u drugu.

Mendelovi zakoni su:

1. Zakon segregacije: prilikom stvaranja gameta, parovi alela za isto svojstvo se

neovisno razdvajaju u razliite gamete.

2. Zakon nezavisnog odvajanja alela: aleli za jedno svojstvo se razdvajaju u gamete

neovisno od alela za drugo svojstvo.

Takoer, opisao je i kako se svojstva ispoljavaju u jedinkama, te uveo termine

dominantan i recesivan.

Kod istraivanja nasljeivanja vre se krianja. Mendel je kriao graak, a iste

tipove krianja moe se provesti i na drugim modelnim organizmima, pa tako i na vinskoj

muici.

Monohibridno krianje

Kod monohibridnog krianja prati se nasljeivanje jednog svojstva kroz

generacije. Primijetite da se, iako ispitivani organizmi imaju sva razliita fenotipska

svojstva, kod monohibridnog krianja odabere jedno svojstvo, npr. boja zrna graka, i

prati se nasljeivanje tog svojstva kroz generacije.

U sljedeem primjeru bit e prikazano monohibridno krianje kod graka gdje e

se pratiti nasljeivanje boje zrna. Zrna graka mogu biti uta i zelena . uta boja

zrna odreena je dominatnim alelom A, a zelena recesivnim alelom a. Vano je primijetiti

da, s obzirom na ovo svojstvo, jedinke graka mogu imati dva razliita fenotipa: uto

zrno i zeleno zrno. Nadalje, mogua su tri razliita genotipa: AA, Aa i aa, od kojih prva

dva daju uti fenotip, a genotip aa zeleni.


Vjeba br. 10 191

Kod prikaza krianja prvo ispie genotip roditelja (jedinke parentalne, roditeljske

generacije, P). Oznakom naznauje se da se radi o krianju. U dolje prikazanom sluaju

kriaju se dvije jedinke graka: jedan roditelj ima uto zrno (fenotip) i genotip AA

(dominantni homozigot), a drugi zeleno zrno (fenotip) i genotip aa (recesivni homozigot).

Nakon toga se odrede sve mogue vrste gameta koje takvi roditelji mogu

proizvesti. Prisjetite se da gamete nastaju mejozom (Vjeba 9) i da su stoga haploidne,

odnosno da u njima ostaje samo jedan set kromosoma, po jedan od svakog homolognog

para kromosoma a time i po jedan alel za svako svojstvo. Dakle, s obzirom na promatrane

alele za boju zrna, jedinka AA moe dati samo jedan tip gameta gamete koje nose alel

A, a jedinka aa daje gamete koje nose alel a:

gamete A a

Prilikom oplodnje gamete se spajaju u 2n zigotu iz koje se brojnim mitotskim

diobama razvije nova jedinka. Jedinke nastale krianjem roditeljske (P) generacije

njihovi su izravni potomci, te se oznaavaju s F1, jedinke prve filijalne generacije (prema

lat. filius, sin), gdje indeks iza slova F oznaava broj generacije iz koje potjeu potomci

(F1 - prva filijalna generacija, F2 druga, itd.) Kao rezultat gore navedenog krianja

odnosno spajanja gameta s obzirom na promatrano svojstvo, moe nastati samo jedna

kombinacija alela:

F1 Aa

Dakle, sve jedinke (100%) u F1 generaciji imat e dominantni fenotip (uto zrno) i

biti e heterozigoti za promatrano svojstvo.

Ukoliko kriamo jedinke iz F1 generacije meusobno ili dozvolimo samooplodnju

(primjerice, u graka), dobit emo F2 generaciju.

P AA aa


Vjeba br. 10 192

F1 Aa Aa

Heterozigoti s obzirom na promatrano svojstvo stvaraju dvije vrste gameta s

jednakom uestalou: polovica gameta nosi alel A, a druga polovica alel a (1. Mendelov

zakon: Zakon segregacije!). Mogue gamete koje proizvode jedinke iz F1 su:

gamete A, a A, a

Prilikom oplodnje dolazi do nasuminog kombiniranja odnosno spajanja gameta

roditelja. Mogue kombinacije gameta najlake se odrede uz pomo tzv. Punnettovog

kvadrata:

F2

Dakle, u drugoj filijalnoj, F2, generaciji oekujemo sljedee omjere kod

potomaka:

F2 AA Aa aa

Omjer genotipova: 1 : 2 : 1

Omjer fenotipova: 3 : 1

Iako ljudi jo od davnina znaju da se osobine prenose s roditelja na potomstvo jer

djeca slie na svoje roditelje, u vrijeme dok je Mendel radio svoja istraivanja nije se

A a

A AA Aa

a Aa aa gamete drugog roditelja

gamete jednog roditelja


Vjeba br. 10 193

znalo nita o DNA i genima kao nosiocima nasljednih svojstava. Bilo je jasno da spolne

stanice moraju nositi nasljedne informacije, ali nije se znalo kako su te informacije tamo

uope dole. Mendel je mogao samo promatrati fenotipska obiljeja biljaka graka s

kojima je radio krianja. Primijetio je da se neke osobine koje posjeduju roditelji izgube

kod potomaka (F1 generacija kod gore opisanog monohibridnog krianja nema potomaka

sa zelenim zrnom, iako je jedan od roditelja imao zeleno zrno), ali se zato pojave u

kasnijim generacijama (F2 generacija kod gore opisanog krianja). Mendel se pitao to je

uzrok tome i postoji li prepoznatljiv sustav po kojem se to dogaa. Nakon to je niz

godina provodio krianja na graku i paljivo statistiki obraivao rezultate, uoio je

odreene pravilnosti nasljeivanja (1. i 2. Mendelov zakon), a uveo je i pojmove gena i

alela (iako ih Mendel nije nazvao tim imenom), te pojmove dominantnosti i recesivnosti.

Napomena: Oekivani omjeri genotipova 1:2:1 i fenotipova 3:1 vrijede samo za

sluaj kada se prati jedno svojstvo (monohibridno krianje!) odreeno s dominantnim i

recesivnim alelom prilikom krianja dva heterozigota. U sluaju da se primjerice kriaju

dominantni homozigot i recesivni homozigot, oekujemo da e svi potomci imati

dominantan fenotip, odnosno biti heterozigoti (genotip) (vidi gore). Monohibridno je

svako krianje gdje se prati jedno svojstvo.


Vjeba br. 10 194

Zadatak 1:

Rijeite monohibridno krianje izmeu divljeg tipa vinske muice i mutanta bez

krila (a engl. apterous). Oba roditelja su homozigoti. Koje omjere fenotipova i

genotipova oekujete u prvoj filijalnoj (F1) generaciji? Rijeite krianje jedinki iz F1

generacije. Koje omjere fenotipova i genotipova oekujete u tako nastaloj drugoj

filijalnoj (F2) generaciji?

Zadatak 2:

Krianjem dvije vinske muice crvenih oiju dobiveno je potomstvo od 110

crvenookih i 35 smeookih muica. Prikaite ovo krianje i utvrdite koji je alel

dominantan.

Test-krianje

Kao to se vidi na Slici 2,

jedinke dominantnog fenotipa

(ljubiasta boja cvijeta)

genotipski mogu biti dominantni

homozigoti (AA) ili heterozigoti

(Aa). Da bi se utvrdilo kakav

genotip ima jedinka dominantnog

fenotipa koristi se tzv. test-

krianje. Jedinka dominantnog

fenotipa (ali nepoznatog

genotipa) kria se s recesivnim

homozigotom (jedinkom kojoj se

prema fenotipu zna genotip u

primjeru na Slici 2 to je biljka s

bijelim cvjetovima). Prema

Slika 2. Test-krianje


Vjeba br. 10 195

fenotipu potomstva iz F1 generacije moe se zakljuiti kakav genotip ima roditelj

dominantnog fenotipa: ako svo potomstvo ima ljubiaste cvjetove znai da roditelj

dominantnog fenotipa ima genotip AA, a ako pola potomaka ima bijele cvjetove, genotip

roditelja je Aa.

Zadatak 3:

U pasa postoji nasljedni oblik gluhoe koju uzrokuje recesivni gen d. Uzgajiva

pasa ima mujaka koji uje i kojeg bi elio koristiti za parenje, ali ne zna njegov genotip.

Na koji nain vlasnik moe ustanoviti da li je genotip psa Dd ili DD? Nacrtajte Punettov

kvadrat za oba sluaja i objasnite mogue rezultate!

Dihibridno krianje

Kod dihibridnog krianja prati se nasljeivanje dvaju svojstava, odnosno dva para

alela. Ovdje se primjenjuje 2. Mendelov zakon Zakon nezavisnog odvajanja alela.

Uzmimo Mendelov primjer s grakom. Pratimo nasljeivanje dvaju svojstava:

boja zrna graka uta (A) ili zelena (a)

oblik zrna graka okruglo (B) ili naborano (b)

Dominantna svojstva su uta boja i okrugli oblik zrna., a recesivna zelena boja i

naborani oblik zrna. Kriamo li dva homozigota za oba svojstva, dominantni homozigot

(AABB, fenotip je uto okruglo zrno) i recesivni homozigot (aabb, fenotip je zeleno

naborano zrno) to prikazujemo na sljedei nain:

P AABB aabb

Sada treba odrediti gamete koje roditelji mogu proizvesti. Budui da se aleli za

dva promatrana svojstva nalaze na razliitim kromosomima, oni se u gamete odvajaju

neovisno (2. Mendelov zakon), te u svaku gametu odlazi samo jedan alel za svako

svojstvo. Kako promatramo dva svojstva (dihibridno krianje), u svaku od gameta e se

rasporediti po jedan alel za boju zrna (A ili a) i po jedan alel za oblik zrna (B ili b).


Vjeba br. 10 196

Budui da su oba roditelja homozigoti za oba svojstva, stvaraju svaki po jednu vrstu

gameta:

gamete AB ab

Spajanjem ovih gameta nastaje samo jedna kombinacija u F1 generaciji, pa su sve

jedinke (100%) iz F1 generacije heterozigoti za oba svojstva (genotip), a fenotipski

imaju uto okruglo zrno:

F1 AaBb

Slijedi meusobno krianje (ili samooplodnja) jedinki F1 generacije kako bi se

dobila F2 generacija:

F1 AaBb AaBb

Budui da u svaku gametu dolazi po jedan alel za svako od dva promatrana

svojstva, i da je rasporeivanje kromosoma u gamete nasumino (vidi Vjebu 9),

heterozigoti za dva svojstva daju etiri vrste gameta u omjeru 1:1:1:1.

Pomou Punnettovog kvadrata odreuje se koje kombinacije alela mogu nastati

kao rezultat spajanja tih gameta:

F2

gamete AB, Ab, aB, ab AB, Ab, aB, ab

AB Ab aB ab

AB AABB AABb AaBB AaBb

Ab AABb AAbb AaBb Aabb

aB AaBB AaBb aaBB aaBb

ab AaBb Aabb aaBb aabb


Vjeba br. 10 197

Dakle, u drugoj filijalnoj, F2, generaciji oekivani omjer genotipova je sljedei:

F1: AABB 1/16 Aabb 2/16

AABb 2/16 aaBB 1/16

AAbb 1/16 aaBb 2/16

AaBB 2/16 aabb 1/16

AaBb 4/16

ili:

AABB : AABb : AAbb : AaBB : AaBb : Aabb : aaBB : aaBb : aabb = 1 : 2 : 1 : 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1

Omjer fenotipova u F1 je:

9 : 3 : 3 : 1

Primijetite da kod monohibridnog krianja postoje 2 razliita fenotipa i 3

razliita genotipa, a kod dihibridnog 4 razliita fenotipa (uto okruglo, uto naborano,

zeleno okruglo i zeleno naborano zrno) i 9 razliitih genotipova (AABB, AABb, AAbb,

AaBB, AaBb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb).

Zadatak 4:

Rijeite krianje homozigotnog mujaka vinske muice s tamnim tijelom (e) i

homozigotne enke bez krila (a). Obje mutacije su autosomalne i recesivne. Koje omjere

fenotipova i genotipova oekujete u prvoj filijalnoj (F1) generaciji?

Rijeite krianje jedinki iz F1 generacije. Koje omjere fenotipova i genotipova

oekujete u tako nastaloj drugoj filijalnoj (F2) generaciji?


Vjeba br. 10 198

VINSKA MUICA, Drosophila melanogaster

Vinske muice (engl. fruit fly) su maleni kukci koji se skupljaju na trulom vou. U

genetikim istraivanjima se koriste od 1909. godine, kada ih je u svoje pokuse uveo

Thomas Hunt Morgan. Postoji niz razloga za veliku omiljenost vinskih muica kao modela

u genetikim (i embrionalnim) istraivanjima:

malene su (duge oko 3 mm)

mogu se lako (i uz mala materijalna sredstva) uzgajati u laboratoriju u velikom broju

o njima je dostupna velika koliina informacija jer se ve itavo stoljee koriste kao

modelni organizam (na tritu su dostupne muice mutirane u bilo kojem od nekoliko

tisua gena, a itav genom je sekvenciran)

kratak ivotni ciklus generacijsko vrijeme je oko 2 tjedna (vrijeme od oplodnje do

spolne zrelosti te generacije)

velik broj potomaka enka tijekom svog kratkog ivota moe poloiti stotine

jajaaca, pa istraiva dobije velik broj liinki i statistika obrada podataka je laka i

pouzdana

zrele liinke u jezgrama lijezdi slinovnica imaju divovske (politene) kromosome

(Vjeba 6) na kojima se moe razabrati mnogo vie strukturnih detalja nego na

kromosomima normalne veliine i prisutni su za vrijeme interfaze kada su kromosomi

normalno nevidljivi

embrio se razvija izvan tijela i moe se lako prouavati u svakoj fazi razvoja

za ivotinju imaju relativno malen genom (manje od 1/10 veliine ljudskog ili mijeg

genoma) i mali broj kromosoma (2n = 8). Kariotip mujaka i enke vinske muice

prikazan je na Slici 3.

Vinska muica je toliko popularan modelni organizam da bi bilo gotovo nemogue

nabrojati sva istraivanja koja se vre na njoj. Ranije se koristila veinom u genetikim

istraivanjima (npr. otkrie veze gena i proteina i prouavanje zakona nasljeivanja), a u

posljednje vrijeme se sve vie koristi u razvojnoj biologiji.


Vjeba br. 10 199

GENOM VINSKE MUICE

Vinska muica ima 4 para

kromosoma, 2n = 8: 3 para autosoma

(parovi II, III i IV), i jedan par

spolnih kromosoma, X i Y (vidi

Vjebu 6 i Sliku 3). Kromosom broj 4

je vrlo malen. Veliina genoma je oko

165 106 parova baza i procijenjeno

je da sadri oko 13.600 gena (za

usporedbu, ljudski genom ima 3.300

106 pb i oko 30.000 gena, a genom

kvasca, Saccharomyces cerevisiae,

oko 5.800 gena u 13,5 106 pb).

2000. godine je objavljena sekvenca

itavog genoma vrste Drosophila

melanogaster.

ivotni ciklus

ivotni ciklus vinske muice sastoji se od pet stadija: jaje, zametak, liinka,

kukuljica i odrasla muica (Slika 4). Broj jajaaca koje izlee oploena enka jako varira,

tako da enke divljeg tipa legu 1000 do 3000 jajaaca tijekom ivota, dok mutanti ili

visoko srodstveno parene linije (engl. inbreed linije) daju puno manje jajaaca.

Jajaca su duga 0,5 do 1 mm, bijela, s parom filamenata (Slika 5). Iz oploenog

jajaca se razvija zametak, a iz njega se, 22 do 24 sata nakon polaganja jajaca, izlee

crvolika liinka (larva, Slika 4). Ona se neprestano hrani i raste, te se tri puta presvlai

(1, 2 i 3 dana nakon izlijeganja). Jedan do dva dana nakon treeg presvlaenja liinka se

zakukulji (postane nepokretna kukuljica, pupa). Tijekom sljedea 4 dana tijelo joj se

posve preobrazi (metamorfoza) i razvije se odrasli (adultni) oblik s krilima koji izlazi iz

mujak

enka

Slika 3. Kariotip enke i mujaka vinske muice, 2n = 8.


Vjeba br. 10 200

kukuljice. (Navedena vremena vrijede za razvitak pri 25C; pri 18C razvoj traje

otprilike dvostruko due, tj. 18 umjesto 10 dana.) Vinske muice ive 2-3 tjedna i enke

kroz cijelo to razdoblje mogu lei jajaca.

U Tablici 1 prikazan je priblian vremenski raspored ivotnog ciklusa vinske

muice.

Dan Stadij 0 Poloeno jaje 1 Izlaenje iz jaja 2 Prvo presvlaenje 3 Drugo presvlaenje 4 Tree presvlaenje 5 Poetak kukuljienja 10 Odrasla muica

Uzgoj vinske muice u laboratoriju

Optimalna temperatura za praktini rad s vinskim muicama je 25C. Kulture

vinske muice treba drati zatiene od izravnog sunevog svjetla.

Slika 5. Jajace vinske muice.

enka mujak

zametak

liinka prije 1. presvlaenja



predkukuljica

kukuljica

Slika 4. ivotni ciklus vinske muice, Drosophila melanogaster.

Tablica 1. Vremenski raspored pojavljivanja razliitih faza ivotnog ciklusa vinske muice, Drosophila melanogaster, pri 25C.


Vjeba br. 10 201

Slika 6. Mujak i enka vinske muice.

U laboratoriju se vinske muice mogu uzgajati na relativno jednostavnim

podlogama. Prvi istraivai koji su radili s vinskim muicama uzgajali su ih na zgnjeenim

bananama uz dodatak suspenzije ivog kvasca. Mi emo koristiti sljedeu podlogu:

Podloga za uzgoj muica

voda 400 ml

agar 4 g

eer 40 g

svjei kvasac (ili 2 vreice suhog kvasca) 40 g

kukuruzna krupica 40 g

maslana (propionska) kiselina 4 ml Kada se voda malo zagrije uz mijeanje se dodaju sastojci sljedeim

redoslijedom: agar, eer, kvasac, pa kukuruzna krupica. Nakon oko 5 minuta kuhanja se

uz stalno mijeanje dokapava propionska kiselina. Podloga se u tekuem stanju lijeva u

velike epruvete ili neke druge posude za uzgoj muica. Ostavi se preko noi da ispari

viak tekuine i tada se na krutu podlogu mogu nasaditi muice.

Spolno dvolije (seksualni dimorfizam)

Kod vinskih muica je relativno dobro izraeno spolno dvolije (razlike izmeu

mujaka i enki iste vrste; sekundarne spolne osobine). Na Slici 6 i u Tablici 2 navedene

su razlike izmeu mujaka i enki vinske muice.


Vjeba br. 10 202

Tablica 2. Sekundarne spolne osobine kod vinske muice.

Mujak enka

manji vea zaobljen zadak zailjen zadak

distalni dio zatka tamno obojen na distalnom dijelu zatka tamne i svijetle pruge

na prvom paru nogu ealj za hvatanje enke pri kopulaciji

nema elja na prvom paru nogu

kopulatorni organi izmeu dva genitalna nabora

vanjsko genitalno polje s legilicom

Zadatak 5: Spolno dvolije vinske muice (Drosophila melanogaster).

Usporedite mujaka i enku vinske muice na trajnom mikroskopskom preparatu pod

malim poveanjem. Uoite spolne razlike navedene u Tablici 2. Nacrtajte mujaka i

enku te na slici oznaite:

mujak (manji)

enka (vea)

zaobljen zadak

zailjen zadak

distalni dio zatka tamno obojen

tamne i svijetle pruge na

distalnom dijelu zatka

ealj za hvatanje enke pri

kopulaciji

Mutacije

Mutacije su promjene na genima ili kromosomima i mogu uzrokovati promjenu

odreenih karakteristika organizma. U genetikim istraivanjima koriste se normalne

muice (divlji tip, ++, engl. wild type, wt) i razliiti mutanti (Tablica 3 i Slika 7).

Muice divljeg tipa imaju duga ticala, ravna krila dua od tijela, duge noge, sivo tijelo i

arko crvene oi (Slike 4, 6 i 7a).

Thomas H. Morgan je u svojoj knjizi The Genetics of Drosophila iz 1925. opisao

61 razliitu mutaciju vinske muice. Danas ih je poznato mnogo vie i veina ih je

komercijalno dostupna. Mutanti se od divljeg tipa mogu razlikovati po:

morfologiji - obliku i veliini krila, rasporedu ila na krilima, boji tijela, obliku i

boji oiju, mogu imati razliite defekte na glavi itd.


Vjeba br. 10 203

dugovjenosti obino ive krae

mogu biti sterilni (nemogunost stvaranja potomstva)

ako se radi o smrtonosnoj (letalnoj) mutaciji ugibaju rano u embrionalnom

razvoju.

Zapravo, veina mutanata u prirodi ne bi preivjela, ali u laboratorijima ih se

moe odravati kroz niz generacija.

Mutacije mogu biti recesivne (mutantni fenotip se ispoljava samo ako se radi o

recesivnom homozigotu) i dominantne (mutantni fenotip se ispoljava i kod dominantnog

homozigota i kod heterozigota). Mogu se nalaziti na autosomima (autosomalne mutacije;

kod vinske muice na kromosomima II do IV) ili na spolnim kromosomima, X i Y. Mutanti

imaju razliita imena, ovisno o vrsti mutacije odnosno o fenotipu. Recesivne mutacije se

oznaavaju malim, a dominantne velikim slovom. Neke poznate mutacije navedene su u

Tablici 3 i prikazane na Slikama 7 i 8.

Tablica 3. Razliite mutacije kod vinske muice, Drosophila melanogaster.

Kromosom Oznaka mutanta Naziv mutanta Fenotip

I, X w white eyes bijele oi wa warty naranaste oi

II

bw brown smee oi Cy curly wings savijena krila, dominantna mutacija

(dom. homozigoti ugibaju) b black body crno tijelo cn cinnabar cinober oi vg vestigial zakrljala krila wg wingless

(apterous) bez krila, recesivna letalna mutacija

III

Antp antennapedia na glavi umjesto ticala narastu noge, dominantna letalna mutacija

e ebony tamno tijelo st scarlet grimizne oi

IV ey eyeless bez oiju


Vjeba br. 10 204

Zadatak 6: Rukovanje ivim vinskim muicama, odreivanje spola i razliitih

mutacija.

ivotinjski materijal:

vinske muice, Drosophila melanogaster, divlji tip i razliiti mutanti

Kemikalije:

eter

Pribor:

epruveta zaepljena vatom

lupa

automatska pipeta

nastavci za automatsku pipetu

petrijeve zdjelice

predmetna stakalca

mekani kist

aluminijska folija

Automatskom pipetom stavite 1000 l etera na vateni ep epruvete s vinskim

muicama. Vatu odnosno epruvetu brzo poklopite komadiem aluminijske folije. Pri tome

budite oprezni, eter je lako zapaljiv, ima snaan miris i moe ubiti muice ako su mu

predugo izloene. Takoer pazite da sami ne budete previe izloeni parama etera. Kada

Slika 7. Razliiti fenotipovi vinskih muica. (a) divlji tip (engl. wild type); (b) zakrljala krila (engl. vestigial); (c) savijena krila (engl. curly wings); (d) uto tijelo (engl. yellow body); (e) tamno tijelo (engl. ebony); (f) naranaste oi (engl. orange eyes); (g) bijele oi (engl. white eyes); (h) bez oiju (engl. eyeless); (i) na glavi se nalaze noge umjesto ticala (lat. antennapedia).


Vjeba br. 10 205

uspavate muice tj. kada one padnu na dno epruvete, uklonite komadi vate i dobro ga

umotajte u aluminijsku foliju. Omamljene muice stavite u Petrijevu zdjelicu. Odvajajte

ih mekanim kistom da ih ne biste otetili. Pregledajte ih pod malim poveanjem na

mikroskopu i pod lupom. Odvojite mujake od enki. Usporedite muice divljeg tipa s

razliitim mutantima.

Napiite:

koliko ste ukupno vidjeli muica, koliko od toga mujaka, a koliko enki.

koje mutante ste vidjeli na vjebama, te navedite njihove genotipove i opiite

njihove fenotipove!

NASLJEIVANJE SVOJSTAVA VEZANIH UZ SPOL

U ovjeka, vinske muice i mnogih drugih vrsta spol je odreen (determiniran)

parom spolnih kromosoma. enke imaju homomorfan par kromosoma (XX), a mujaci

heteromorfan (XY) (Slika 3). Zato se kae da su mujaci heterogametni (stvaraju dvije

vrste gameta, jedne nose X, a druge Y kromosom), a enke homogametne (sve gamete

nose X kromosom). Kod vinske muice je, za razliku od ovjeka, Y kromosom vei od X-a.

Treba naglasiti da sami kromosomi ne odreuju spol, ve to ine geni koje ti

kromosomi nose. Geni odreuju koji e se tip gonada razviti (sjemenici ili jajnici), a

gonade kasnije ponu izluivati spolne hormone koji oblikuju muki ili enski fenotip.

Nasljeivanje svojstava vezanih uz spol je nasljeivanje onih svojstava koje

odreuju geni koji se nalaze na spolnim kromosomima. Budui da su i X i Y spolni

kromosomi, postoje tri mogunosti: aleli koji se nasljeuju mogu se nalaziti samo na X-u,

samo na Y-u, ili i na X-u i na Y-u. Meutim, pod terminom spolno vezani geni se obino

misli samo na X-vezane gene (nalaze se samo na X-kromosomu), jer je Y-vezanih gena i

gena koji se nalaze i na X i na Y kromosomu vrlo malo. Geni koji se nalaze samo na Y-u

obino se nazivaju holandrini (ili Y-vezani), a lokusi koji se nalaze i na X-u i na Y-u

nazivaju se pseudoautosomalni (jer se nasljeuju na isti nain kao autosomalni geni, a

nalaze se na spolnim kromosomima).


Vjeba br. 10 206

Slika 8. Vinska muica bijelih oiju (recesivno X-vezano svojstvo) (lijevo) i crvenih oiju (divlji tip) (desno).

to se tie X-vezanih gena, mujaci imaju samo jedan alel, a enke dva. Stoga

enke, budui da imaju dva X kromosoma, mogu biti homozigotne ili heterozigotne s

obzirom na X-vezani alel. Za razliku od njih, mujaci imaju samo jedan X i stoga ne mogu

biti ni homozigotni ni heterozigotni. Umjesto toga, za X-vezane gene kod mujaka se

koristi termin hemizigotnost. Budui da je prisutan samo jedan alel, jedna kopija

recesivnog alela odreuje fenotip, i ta se pojava naziva pseudodominacija.

Slijedom gore navedenog, nasljeivanje X-vezanih gena razlikuje se od

nasljeivanja autosomalnih gena koji uvijek dolaze u paru (po jedan na svakom

homolognom kromosomu) i ije nasljeivanje ne ovisi o spolu. X-vezani geni se nasljeuju

ovisno o spolu potomaka - aleli s oevog X kromosoma se prenose samo na keri (a ne na

sinove). Isto tako, sinov X kromosom dolazi od majke, a Y od oca.

T. H. Morgan je 1910. prvi put demonstrirao X-vezano nasljeivanje kada se

mujak s bijelim oima pojavio u kulturi crvenookih enki (divlji tip) (Slika 8). Izvrio je

sljedee krianje (dani su samo fenotipovi):

Dakle, svo potomstvo F1 generacije nastalo krianjem crvenooke enke i bjelookog

mujaka imalo je crvene oi. Nakon meusobnog krianja jedinki prve filijalne

generacije, sve enke i polovica mujaka iz F2 generacije bili su crvenooki, a druga

polovica mujaka imala je bijele oi. Na temelju ovakvih rezultata Morgan je zakljuio

P1 enka Mujak divlji tip bijele oi F1 Mujaci i enke divlji tip F2 enke Mujaci divlji tip 50% divlji tip

50% bijele oi


Vjeba br. 10 207

da se lokus za bijele oi nalazi na X kromosomu. Isto krianje moemo prikazati i

genotipski (kromosom X koji nosi alel za bijele oi oznaen je kao Xw

, a X+

je kromosom

X koji nosi alel divljeg tipa):

P1 enka, divlji tip Mujak, bijele oi X

+

X+ X

w

Y gamete X

+

Xw

, Y F1 enke i mujaci divlji tip X

+

Xw

X+

Y

gamete enka: X

+

, Xw

mujak: X+

, Y F2 X

+

X+

: X+Xw : X+Y : XwY 1 : 1 : 1 : 1

Vidi se da mujak sa samo jednim alelom Xw

ima bijele oi, pa se taj recesivni alel

ponaa kao dominantni (pseudodominacija).

Zadatak 7:

Kod ljudi, recesivne mutacije odreenih X-vezanih gena uzrokuju neke

poremeaje, poput daltonizma i hemofilije. Rijeite sljedee probleme:

(a) Par ljudi normalnog vida dobije sina s daltonizmom. Prikaite ovo krianje!

(b) Kakvo potomstvo moe oekivati ena iz zadatka (a) ako se uda za mukarca s

daltonizmom? Prikaite to krianje!

Zadatak 8:

Kod vinske muice podrezana krila kontrolira recesivni spolno vezani alel (Xc

) a

enke divlji tip

mujaci

divlji tip

bijele oi


Vjeba br. 10 208

kovravo tijelo (fuzzy) autosomalni recesivni alel (f). Fuzzy enka se kria s mujakom

podrezanih krila i svo potomstvo iz F1 generacije je divlji tip. Kakvi su oekivani

fenotipski omjeri potomstva iz F2 generacije prema spolu?

vjezba 10

Documents