GENA

Conceptul de gena a fost introdus in 1909 de Johansen

Gena    - este unitatea functionala a materiei genetice (materialului genetic)

controleaza caracterul fenotipic (morfologic, biochimic, psihic, etc.) caractere care pot fi identificate si cuantificate

in 1915 Morgan defineste gena ca unitate de functie, de recombinare, de mutatie. In conformitate cu Morgan, definitia genei este:

GENA este un segment polinucleotidic de ADN ce contine informatie genetica sufucienta si necesare sintezei unui lant polipeptidic cu structura si functie specifica.

Particularitatile genei:

localizata pe cromozom determinand un caracter cu expresie fenotipica

pozitia = locus; pe cromozom genele au dispozitie liniara dar sunt independente si strict limitate

sunt inlantuite pe acelasi cromozom si se transmit grupat

gena este unitatea de recombinare : prin crossing-over, genele alelomorfe isi pot schimba locusurile realizand noi constelatii genice; structua poate fi modificata prin mutatie => ALELE

ca functie are 3 subunitati active: de functie, de recombinare, de mutatie

Subunitatea de functie = CISTRON = secventa polinucleotidica suficienta si necesara pentru codificarea sintezei unui polipeptid cu valoare de marker fenotipic(subunitate ce asigura transcrierea si translatia informatiei genetice. La randul sau CISTRONUL are 2 subunitati active care reprezinta in fapt subunitati de recombinare(RECON) si de mutatie MUTON)

Subunitatea de recombinare RECON = cel mai mic fragment din genom, separabil prin recombinare; poate corespunde unui nucleotid

Subunitatea de mutatie MUTON = cel mai mic fragment polinuceotid dare prin alterare modifica exprexia fenotipica a unei gene

se constata ca la transcrierea secv ADN pe ARNmesager nu inteaga informatie de pe ADN se regaseste sub forma codificata pe ARNm-ul care va controla sinteza lantului peptidic (la eucariote)(nu tot lantul ADN se gaseste la nivelul ARNm care va controla sinteza unui lant peptidic) => se evidentiaza "zone albe", netranscriptibile ale secventei ADN = 'ZONE NONINFORMATIONALE"

Zona noninformationala de pe ADN, care nu apare pe ARNm-ul matur ce trece in citoplasma se numeste = INTRON, iar zonele care se regasesc in ARNm-ul matur se numesc = EXONI

INTRON - orice secventa de ADN de la nivelul unei gene care este transcrisa la nivelul ARN-ului si apoi eliminata in cursul maturarii acesteia astfel incat in final o gena se poate prezenta ca un mozaic in urma succesiunii EXONI-INTRONI; ca numar intronii pot varia de la 0 la 16 sau mai mult.(in medie 10-12)

- structural, secventa intronica are 60-1000 nucleotide, lungimea totala a intronilor o depaseste pe cea a exonilor (exista gene cu 50 introni)

CARACTERISTICILE GENEI

Fiecare cromozom are un anumit numar de gene, dar indiferent de numar, genele au o dispozitie particualera bine definita

Fiecare gena ocupa un situs specific numit LOCUS

Despre LOCUS: - in cromozomii somatici exista la nivelul cromozomilor omologi 2 locusuri cu gene ce controleaza acelasi caracter fenotipic

daca locusurile sunt ocupate de aceeasi structura genica se numeste CUPLU HOMOZIGOT

daca locusurile sunt ocupate de structuri genice diferite se numeste CUPLU HETEROZIGOT

niciodata o gena care controleaza acelasi caracter fenotipic nu poate ocupa locuri diferita de la o generatie la alta, sau sa se gaseasca in locusuri diferite - situatie fiziologic normala

este o anomalie atunci cand , datorita alterarii structurii cromozomiale, locusurile pot fi mutate pe alti cromozomi;

LOCUSUL = pozitie stricta pe cromozom ocupata de o gena irepetabila in genotip

Secventa genica care ocupa un locus controleaza un caracter, dar structural secventa polinucleotidica a genei din locusul specific poate fi diferita => gene ALELE

Genele alele sunt versiuni alternative ale unei gene cu locus specific. Ele controleaza expresiifenotipice diferite pentru acelasi caracter

Un caracter fenotipic este controlat de o gena care ocupa un locus specific

Diversitatea genelor in diferite forme alelice poate fi rezultatul mai multor mecanisme:

mutatiilor punctiforme, intragenice

crossing-overului incomplet

duplicatiei unei secvente cu sau fara mutatie

2 sau mai multe alele sunt alelomorfe daca ocupa acelasi locus , sunt separabile prin meioza reduct. sun reductionale, sunt heterozigote si pot suferi mutati

Filogenetic o gena originara poate fi supusa unei succesiuni de mutatii punctiforme => variante alelice . Ele pot fi in locusul care controleaza caracterul respectiv =POLIALELIE (polimorfism alelic) a. antigen eritrocitar (HLA) (?ABl, HLA,etc?)

Dispozitia liniara a genelor la nivel cromozomial datorata structurii ADN a fost demonstrata de Ianovsky.

Acesta a studiat bacteriofagii si a expus unui flux punctiform de radiatii X un locus pe ADN-ul bacteriofag care controleaza replicarea ADN-ului. La alt bacteriofag a mutat directia fascicolului si a modificat si tusul pentru multiplicarea celulara (lama B) => a fost oprita multiplicare in ambele cazuri. Daca ambele culturi sunt suprapuse, se reia multiplicarea => ca situsul A modificat este acoperit de situsul A nemodificat de la al doilea bacteriofag (analog si pentru B)

Procedeul se numeste suprimare prin acoperire si se produce doar daca genele sunt dispuse succesiv, liniar la nivel cromozomial.

Transmitere prin inlantuire =LINKAGE GENIC

Primul model de demonstratie a linkageului genelor a fost realizat pe drosofila de Morgan pentru 2 caracteristici: culoarea corpului si lungimea aripilor.

Culoarea corpului - Normal corp de culoare gri - gena cu caracter dominant b+

- Mutant corp de culoare neagra - gena recesiva b-;

Lungimea aripilor: - Normal aripi lungi - gena dominanta Vg+

- Mutant aripi scurte - gena recesiva Vg-

In cazul in care in cuplul de gene care controleaza culoarea una este dominanta => culoarea gri pentru b+b+ si b+b-

si culoarea neagra daca mutanta b- se afla in cuplu homozigot b-b-

Duble beak-cross = se incruciseaza un dublu heterozigot cu un dublu homozigot recesiv; permite urmarirea si prevederea distributiei genelor la generatiile urmatoare. In prima generatie (A) toti hetreozigotii vor fi corp gri si aripi lungi. Apoi se incruciseaza o femela dublu homozigota recesiva cu un mascul dublu heterozigot (nu se constata recombinare la mascul); dpdv gameti, ar trebui sa fie 4 tipuri de gameti/fenotipuri, dar sunt doar 2 tipuri morfologice: gri +lungi (original; 50%) si negru +scurte (mutant, 50%) ; celelalte 2 tipuri nu se obtin => dpdv al structurii gametilor, genotipul se exprima corect b+Vg+ si b-Vg- cu toate posibilitatile gametice b+Vg+, b-Vg+, b+Vg-, b-Vg- in combinatiile zigotice b+vg+/b+Vg+, b+Vg-/b+Vg+. => transmiterea inlantuita a genelor => morfotipurile obtinute vor fi restrictionate in functie de linkage

La om sistemele linkare sunt: MN/Ss, Rh/Duffy, Ln/St

Pentru 2 locusuri A si B situate pe acelasi cromozom, alelele pot fi cuplate sau in repulsie

Aa         AB/ab - cuplate

Bb         Ab/aB - repulsie

Astfel, datorita faptului ca locusurile trebuie sa fie in echilibru de la o generatie la alta, proportia relativa a combinatiilor Aa/Bb poate fi determinata matematic prin expresia frecventei alelelor (υ), functie de cuplajul din gene

A = 0.7, a = 0.3

B = 0.6               b = 0.4 υ_AB = 0.42; υ_ab = 0.12; υ_aB = 0.18; υ_Ab = 0.28

Exista posibilitatea aparitiei unui dezechilibru intre υ asteptata si cea prezenta.. Nu intotdeauna asocierea trasaturilor genetice presupunelinkage. Acest dezechilibru poate fi determinat si de un factor major intr-o populatie: selectia naturala: populatia poate rezulta din amestecul a 2 diferite dar timpul dintre amestec si determinare nu a fost suficient pentru a echilibra combinatiile aleatorii ale genelor linkate.

Alt factor care poate afecta expresia linkageuluii = mutatii genice + modificarea structurii cromozomiale (modificarea pozitiei alelelor pe cromozomi)

Factorii favorizanti ai unor combinatii in selectiile naturale(populatie panmictica = indivizii participa egal si nu sunt inruditi)

in absenta crossing-overului, este modificata structura cromozomuluii si a mutatiei , un cuplu de caractere controlate de gene linkate va avea un raport de transmitere in descendenta asemanator cu segregarea in cazurile de monohibridare.

Cc Dd Ee = exemplu de linkage

CdE cde

Cde cdE

RECOMBINAREA CROSSING-OVER

-femela hibrida b+b-/Vg+Vg- si mascul dublu homozigot recesiv b-b-/Vg-Vg-

rezulta => 42% femele b+Vg+ homo/heterozigote (majoritatea b+Vg-/b-Vg+

42% masculi dublu homozigoti recesivi

8% b+Vg- indiferent de sex fenotipuri recombinate

8% b-Vg+ indiferent de sex

Aparitia fenotipurilor recombinate se explica prin faptul ca in meioza apare crossing-over la femela

Crossing - over = recombinare genetica prin schimb reciproc de segmente cromatidice intre omologi (prin modelul Holliday)

S-a constatat ca in conditii constante numarul de recombinari pentru cupluri de gene pe aceleasi locusuri ale omologilor tinde sa fie constant . deci valoarea crossing -overului este constanta si se poate calcula prin fractia de recombinare (FR)

Pentru 2 cupluri genice Aa si Bb, in functie de cuplaj/repulsie rezulta AB/ab. Posibilitatile fenotipice sunt:

a₁ = AB

a₂ = aB

a₃ = Ab

a₄ = ab, iar FR, daca genele sunt in cuplaj, recombinantii vor fi AB/ab

FR = (a₂+ a₃)/(a₁+a₂+a₃+a₄)*100 %

De remarcat ca pentru distante mici intre gene, valoarea crossing - overului reala este egala cu FR dar la distante mari intre gene egalitatea dispare (oricare ar fi crossing-overul care priveste alte gene poate determina recombinarea lor

Distanta intte doua locusuri se exprima in %

Unitatea de masura a crossing-overului este "morgan = M" 1 M = 100 Kbaze

1 cM = 1 Kbaza (1 Kbaza = 1000 nucleotide)

Determinarea FR si a valorii crossing-overului se constituie intr-o metoda importanta de cartografiere a genelor. Distanta maxima pentru ca 2 gene sa fie considerate linkate este de 50 cM si provine din lungimea relativa a unei gene.

Srudierea crossing-overului la nivel ul tetradelor din meioza poate determina distanta centromer-gene ( e necesar ca punctul de crossing-over sa fie intre locusul genic si centromer).

Se calculeaza (η) frecventa tetradelor pre si postreductie => ca daca exista cuplu alelic Aa atunci =>

tetradele prereductie sunt AA , aa la cuplaj si Aa, aA la repulsie

distanta intre centromer si gena este ½*FR unde FR = fractia de recombinare

Deci sunt 2 posibilitati de a determina p. (?) gena     - FR si

distanta centromer - gena