BI 211 Genetikk Vår 2003
  Kapittel 14     From gene to Phenotype

Stikkord
Komplementering, komplementeringstest

Pleiotropi
Interaksjoner mellom alleler
Inkomplett dominans
Kodominans
Letale alleler
Interaksjoner mellom gener
Epistase
Suppresjon
"Modifier"-gener

Gjennomtrengning ("penetrance")
Ekspressivitet

Kji-kvadrat-test
 

Definisjoner:

Pleiotropi:Ett gen påvirker to eller flere, tilsynelatende ubeslektede egenskaper

Ukomplett dominans: En heterozygot for to alleler har en fenotype som er en mellomting av de to homozygotene for en gitt egenskap.

Kodominans: En heterozygot for to alleler har egenskapene til begge homozygotene.

Letale alleler: Et allel for et gen gir en så drastisk fenotype at det fører til at individet dør. L.a. kan være recessive eller dominante.

Epistase: Et allel for et gen er istand til å maskere uttrykket/fenotypen til alleler på et annet gen. Kan være recessiv eller dominant.

Suppresjon: Et "suppressor"-allel på ett gen er istand til å motvirke effekten av en mutasjon i et annet gen, noe som fører til normal fenotype.

Multiple alleler: Det finnes flere alleler for ett gen.

"Modifier"-gener: Gener som kontrollerer uttrykket av andre gener

Gjennomtrengning ("penetrance"): Den andel av individer med en gitt genotype som uttrykker fenotypen som er forbundet med genotypen.

Ekspressivitet: Det nivå som en gitt genotype blir uttrykt på det fenotypiske nivå.

En teori som har vist seg å stemme i det store og hele, er ett gen - ett enzym-hypotesen (nå modifisert til ett gen - ett polypeptid).
Denne hypotesen kan ikke videreføres til fenotyper: alleler på ett gen kan påvirke flere egenskaper som tilsynelatende ikke har noe med hverandre å gjøre. Dette kalles pleiotropi.
Det samme gjelder hvis man snur det hele på hodet: èn fenotype er i de aller fleste tilfeller forårsaket av en rekke gener.
 

Komplementering:

Def:     Dannelse av en villtype- (normal) fenotype når to recessive mutasjoner blir kombinert i en diploid celle (eller en heterokaryon).
Komplementering kan utnyttes til å undersøke hvorvidt to mutasjoner er ulike alleler av det samme genet eller av forskjellig gener, ved en komplementeringstest.

Eks. fig. 14-3 Blåklokke-mutanter

Har tre hvite mutanter (villtype er som kjent blå...): £, $ og @
Alle er recessive mutanter.
I diploide organismer utføres komplementeringstesten ved å krysse homozygot recessive mutanter med hverandre og observere fenotypen til avkommet.
Hvis avkommet har en normal (villtype) fenotype, har det skjedd en komplementering, fordi de to mutasjonene ligger på hvert sitt gen. Avkommet vil ha en normal, funksjonell (villtype-) kopi av begge genene, og siden mutasjonene er recessive, vil dette gi en normal fenotype.
Hvis avkommet har en mutant fenotype, betyr det at begge mutasjonene ligger på samme gen.
Hvordan kan mutasjoner i to forskjellige gener gi en til forveksling lik fenotype?
En mulighet er at de to genene koder for ulike enzymer i det samme biokjemiske sporet. Eks. fig. 14-3; alle de tre mutasjonene forhindrer dannelsen av antocyanin i blomstene. Mutasjon £ og $ fører til produksjon av ufunksjonelt enzym i ett av trinnene i det biokjemiske sporet. Mutasjon @ fører til at et annet trinn i prosessen blir ødelagt.

Krysser to homozygote mutanter for hvert gen:

Man observerer her en modifisert mendelsk fordeling.

Komplementeringstesten kan også utføres i haploide organismer, som sopp. Når soppceller fra to ulike stammer fusjonerer, dannes det en celle med to cellekjerner, kalt en heterokaryon. Siden begge kjernene produserer mRNA, vil en heterokaryon fungere som en diploid celle med tanke på proteinene som uttrykkes. Hvis to stammer som begge er mutanter for en gitt fenotype fusjoneres til en heterokaryon, kan denne få en nomal fenotype ved komplementering (fig. 14-4).
 

Interaksjoner mellom ulike alleler på et gen

Ukomplett dominans

Kodominans

Def:    En heterozygot for to alleler har egenskapene til begge homozygotene.

Eks. blodtyper: ABO-systemet og MN-systemet (overhead).

ABO-systemet:

Genotype     Blodtype
L^M/L^M             M
L^N/L^N               N
L^M/L^N            MN

Letale alleler

Et allel for et gen gir en så drastisk fenotype at det fører til at individet dør. L.a. kan være recessive eller dominante.
Eks. yellow-mutasjon hos mus.
Yellow-mutasjonen gir lys pelsfarge. Hvis to gule mus krysses med hverandre, får man et avkom med følgende fordeling:

Årsaken er at yellow-allelet er dødelig i dobbel dose, slik at mus som er homozygote for det mutante allelet, dør på fosterstadiet.
Den egentlige fordelingen blir da:

Epistase

Def:    Et allel for et gen er istand til å maskere uttrykket/fenotypen til alleler på et annet gen. Kan være recessiv eller dominant.

Eks. pelsfarge hos rotter eller hos hunder (fig. 4-14).
To gener, B og C bestemmer pelsfarge.
Gen B: Allel B (svart pels) er dominant over allel b (brun pels).
Gen C: Allel C (pigmentering) er dominant over allel c (ikke pigmentering).
Allel c er epistatisk over allel B og b, siden rotter med genotype cc ikke utvikler pigmentering, uansett hva genotypen for gen B er. Fordi et recessivt allel (c) er epistatisk, kalles dette for recessiv epistase.

Ofte ligger det epistatiske genet "oppstrøms" i et biokjemisk spor i forhold genet som det maskerer.

Eks.                Forbindelse A     Þ     B    Þ     C
                                                  ­            ­
                                              gen X      gen Y

I eksemplet med pelsfarge ligger det epistatiske genet (c) utviklingsmessig "nedstrøms", allelet C eller c bestemmer om det kan dannes pigment i cellen.

Suppresjon

Et "suppressor"-allel på ett gen er istand til å motvirke effekten av en mutasjon i et annet gen, noe som fører til normal fenotype.
Eks. Øyefarge i Drosophila (bananflue)
Et recessivt allel pd gir lilla øyne, men et recessivt suppressor-allel su for et annet gen er istand til å motvirke denne mutasjonen, slik at øynene blir normalt røde.

Disse reverserer mutasjoner som fører til dannelse av et "stopp"-kodon midt i et gen. En nonsense suppressor-mutasjon i genet for et tRNA vil føre til at anti-kodonet i tRNA-molekylet vil gjenkjenne "stopp"-kodonet og sette inn en aminosyre istedet, noe som gir en reversjon av mutasjonen (fig. 14-16) . Hjemmesida til gentikk-boka  har en animasjon som beskriver mekanismen for en nonsense suppressor.

Multiple alleler:
Def::    Det finnes tre eller flere alleler for ett gen.
Eks. pelsfarge hos kaniner (overhead).
Ulike alleler: c, c^h, c^ch og c⁺
Hva er forholdet mellom de ulike allelene?
c⁺ er dominant over de andre allelene
c er recessiv i forhold til de andre allelene.
c^h og c^ch er kodominante(?).
Det normale er at et stort antall gener bidrar til ulike fenotyper.

Eks. s 4680-470. Gener som kontrollerer pelsfarge hos mus.

Gen A, B, C, D og S.
Gen A bestemmer distribusjon av pigment i håret, mer presist tilstedeværelsen av et gult bånd i håret eller ikke (fig. 14-17).
AA og Aa: agouti (gult bånd)
aa: hele håret likt farget.
Gen B og C er nevnt under epistase, fig. 14-18 viser albinoer (cc).
Gen D er et såkalt "Modifier" gen, dvs. et gen som kontrollerer uttrykket av andre gener.
Gen D regulerer intensiteten i pelsfargen ved å kontrollere ekspresjonen av ett eller flere av genene som gir pelsfarge. "Modifier"-gener koder ofte for proteiner som binder seg til regulatoriske elementer oppstrøms for det kodende området av et gen og stimulerer eller nedregulerer uttrykket av genet. Fig. 14-20 viser effekten av gen D hos hester.
Gen S kontrollerer dannelse eller fravær av flekker i pelsen. SS og Ss gir ingen flekker, mens ss gir flekker ("piebald").

Penetrans ("penetrance"):
Def:    Den andel av individer med en gitt genotype som uttrykker fenotypen som er forbundet med genotypen.
 

Ekspressivitet:
Def.    Det nivå som en gitt genotype blir uttrykt på det fenotypiske nivå.

Eks. fig 4-23: varierende ekspressivitet i flekkdannelse hos beagle.
Varierende penetrans og ekspressivitet er en følge av effekter fra andre gener og fra miljøet.
Dette kan ofte gjøre det vanskelig å foreta genetisk analyser.

Denne siden tar for seg pelsfarge hos katter, og viser eksempler på de fleste typene interaksjoner mellom gener som blir omtalt i dette kapittelet. Og så er det mange bilder av søte katter... http://www.janecky.com/runyen/bio554/cat/sld002.htm.