Aπαντήσεις ερωτήσεων
και πρ ο βλ ηµάτω ν
Κεφάλαιο 2 Μεντελική γενετική
θέσεις του προβλήµατος, θα πρέπει να επιλεχθεί
2.1 α. Ας συµβολίσουµε µε R το αλληλόµορφο
φυτό µε γονότυπο Cc. Εφόσον στην F2 συναντώ-
του κόκκινου χρώµατος και µε r το αλληλόµορφο
νται χρωµατιστά φυτά µε αναλογία 1 CC : 2 Cc, η
του κίτρινου. Όλοι οι απόγονοι της διασταύρω-
πιθανότητα επιλογής ενός φυτού µε γονότυπο
σης RR × rr είναι Rr. Όλα τα άτοµα της F1 έχουν
καρπούς κόκκινου χρώµατος.
β. Η F2 προκύπτει από αυτογονιµοποίηση των
ατόµων της F1. Η διασταύρωση Rr × Rr δίνει 3/4
R – : 1/4 rr. Τα 3/4 των ατόµων της F2 έχουν καρπούς κόκκινου χρώµατος και το 1/4 έχει καρπούς
κίτρινου χρώµατος.
γ. Όλοι οι απόγονοι της διασταύρωσης Rr ×
RR είναι R – και έχουν καρπούς κόκκινου χρώµατος.
δ. Η διασταύρωση Rr × rr δίνει 1/2 Rr : 1/2 rr.
Εποµένως, το 1/2 των απογόνων έχει καρπούς
κόκκινου χρώµατος και το 1/2 έχει καρπούς κίτρινου χρώµατος.
2.3 Στους µεντελικούς µονοϋβριδισµούς, στα φυτά της F2 εµφανίζεται η φαινοτυπική αναλογία
3/4 επικρατής φαινότυπος : 1/4 υποτελής φαινότυπος. Στην περίπτωση αυτή, η αναλογία της F2
εδώ είναι 3 χρωµατιστά : 1 άχρωµο. Ας συµβολίσουµε µε C το αλληλόµορφο που καθιστά το φυτό χρωµατιστό και µε c το αλληλόµορφο το
οποίο στην οµόζυγη κατάσταση καθιστά το φυτό άχρωµο. Η γονοτυπική αναλογία στην F2 είναι
1 CC : 2 Cc : 1 cc. Υπάρχουν λοιπόν δύο τύποι
χρωµατιστών φυτών, τα CC και τα Cc. Αν επιλεχθεί για αυτογονιµοποίηση ένα φυτό µε γονότυπο CC, οι απόγονοί του θα είναι αποκλειστικά
χρωµατιστά φυτά. Αν επιλεχθεί για αυτογονιµοποίηση ένα φυτό µε γονότυπο Cc, οι απόγονοί
του θα είναι τόσο χρωµατιστά φυτά όσο και
άχρωµα φυτά. Για να ικανοποιηθούν οι προϋπο-
Cc είναι 2/3.
2.4 α. Οι γονείς έχουν γονότυπο Rr (τραχύ τρίχωµα) και rr (λείο τρίχωµα). Στα άτοµα της F1 εµφανίζεται η φαινοτυπική αναλογία 1 Rr (τραχύ
τρίχωµα) : 1 rr (λείο τρίχωµα).
β. Η διασταύρωση είναι Rr × Rr, οπότε αναµένονται οι αναλογίες 1/4 RR : 1/2 Rr : 1/4 rr και 3/4
τραχύ τρίχωµα (R –) : 1/4 λείο τρίχωµα (rr ).
2.6 Ας συµβολίσουµε το επικρατές αλληλόµορφο
µε Ρ (µοβ χρώµα άνθους) και το υποτελές µε p
(λευκό χρώµα άνθους). Για να προκύψει η αναλογία 3 φυτά µε µοβ άνθη : 1 φυτό µε λευκά άνθη,
το άτοµο που αυτογονιµοποιήθηκε θα πρέπει να
ήταν ετερόζυγο (Pp). Οι απόγονοί του που έχουν
µοβ άνθη έχουν δύο πιθανούς γονοτύπους: PP ή
Pp. Η µεταξύ τους αναλογία είναι 2 Pp : 1 PP.
Αµιγή είναι µόνο τα φυτά ΡΡ, δηλαδή το 1/3 των
απογόνων που έχουν µοβ χρώµα.
2.7 Το µαύρο χρώµα είναι επικρατές έναντι του καφέ. Ας συµβολίσουµε µε Β το αλληλόµορφο για το
µαύρο και µε b το αλληλόµορφο για το καφέ χρώµα τριχώµατος. Το θηλυκό Χ έχει γονότυπο Bb, το
θηλυκό Υ έχει γονότυπο ΒΒ και το αρσενικό bb.
2.10
Γονείς
Θηλυκό × Αρσενικό
Γκρι × Λευκό
Γκρι × Γκρι
Γκρι × Λευκό
Γκρι × Γκρι
Γκρι
Λευκοί
Γονότυπος
θηλυκού
γονέα
81
118
74
90
82
39
0
0
Gg
Gg
GG
GG ή Gg (G–)
Απόγονοι
2
Κεφάλαιο 2
2.11 Τα άτοµα µαύρου χρώµατος που προµηθεύ-
σταύρωσης µπορεί να επιλεγεί ένας λευκός αρ-
τηκε ο κτηνοτρόφος, εφόσον προέκυψαν λευκοί
σενικός απόγονος [P = 1/4 (bb) × 1/2 (αρσενικό)
απόγονοι, θα πρέπει να ήταν ετερόζυγα µε γονό-
= 1/8] και να διασταυρωθεί µε τη µητέρα του (εί-
τυπο Bb. Εποµένως, η γονοτυπική αναλογία µε-
ναι µειωµένη η γονιµότητα των λευκών θηλυκών,
ταξύ των απούλητων µαύρων απογόνων θα πρέ-
όχι όµως και των λευκών αρσενικών). Αυτή η δια-
πει να είναι 1 ΒΒ : 2 Bb.
σταύρωση είναι Bb × bb, οπότε οι αναµενόµενες
α. Για να προκύψουν λευκοί απόγονοι (bb)
αναλογίες στους απογόνους είναι 1 λευκού χρώ-
από τη διασταύρωση δύο γονέων µαύρου χρώµα-
µατος (bb) : 1 µαύρου χρώµατος (Bb). Επιλέγο-
τος, θα πρέπει και οι δύο γονείς να έχουν γονό-
ντας ζώα από τους απογόνους αυτούς, ο ίδιος τύ-
τυπο Bb. Η πιθανότητα να επιλεχθεί τυχαία ένα
πος διασταύρωσης µπορεί να επαναλαµβάνεται
άτοµο Bb µεταξύ των ατόµων της F1 είναι 2/3. Η
πιθανότητα να προκύψει λευκός απόγονος bb
χρώµατος Bb), ώστε σταθερά τα µισά από τα άτο-
(αρσενικό λευκού χρώµατος bb × θηλυκό µαύρου
από τη διασταύρωση δύο ατόµων Bb είναι 1/4.
µα που θα προκύπτουν να έχουν λευκό χρώµα.
Εποµένως:
2.14 Προσπαθήστε να προσαρµόσετε τα δεδοµέ-
Ρ(να προκύψει
λευκός απόγονος) = Ρ(να έχουν και τα δύο
άτοµα της F1 γονότυπο
Bb) × Ρ(να προκύψει ο
γονότυπος bb στους απογόνους)
= (2/3 × 2/3) × (1/4)
= 1/9
β. Αν διασταυρώσει ένα αρσενικό άτοµο της
F1 (Bb ή ΒΒ) µε το θηλυκό άτοµο της πατρικής
γενιάς (Bb), υπάρχουν δύο πιθανοί τύποι διασταύρωσης. Οι διασταυρώσεις και οι πιθανότητές
τους είναι: (1) Bb (αρσενικό της F1) × Βb (θηλυκό
της πατρικής γενιάς), Ρ = 2/3 × 1 = 2/3 και (2) ΒΒ
(αρσενικό της F1) × Βb (θηλυκό της πατρικής γενιάς), Ρ = 1/3 × 1 = 1/3. Μόνο η πρώτη διασταύρωση µπορεί να δώσει απογόνους µε λευκό χρώµα µε αναλογία 1/4. Με βάση τον κανόνα του γινοµένου, η πιθανότητα η στρατηγική αυτή να δώσει λευκούς απογόνους είναι:
Ρ = 2/3 (πιθανότητα διασταύρωσης Bb × Bb) ×
1/4 (πιθανότητα να προκύψει ο γονότυπος bb στους απογόνους) = 1/6.
γ. Αν και προϋποθέτει περισσότερη δουλειά
σε πρώτη φάση, µια µακροπρόθεσµα αποτελεσµατική στρατηγική είναι να διασταυρωθούν ξανά
τα δύο αρχικά ζώα. Από τους απογόνους της δια-
να σε ένα µοντέλο στο οποίο η ευαισθησία προς
το µαγιόχορτο ή η απουσία αυτής ελέγχεται από
ένα ζεύγος αλληλοµόρφων. Εφόσον η ευαισθησία στο µαγιόχορτο παρατηρείται σε όλους τους
απογόνους της αρχικής διασταύρωσης ανάµεσα
στην Κλεοπάτρα, που έχει αυτό το γνώρισµα, και
τον Αντώνιο, που δεν το έχει, υποθέστε ότι η ευαισθησία προς το φυτό αυτό είναι το επικρατές
γνώρισµα. Ας συµβολίσουµε µε S το αλληλόµορφο της ευαισθησίας προς το φυτό και µε s το αλληλόµορφο της απουσίας ευαισθησίας. Εποµένως, η αρχική διασταύρωση είναι S – × ss και οι
απόγονοι είναι Ss. Αν δύο από τους απογόνους
Ss διασταυρωθούν µεταξύ τους, η αναµενόµενη
αναλογία στους απογόνους τους είναι 3 µε ευαισθησία στο φυτό (S –) : 1 χωρίς ευαισθησία στο
φυτό (ss). Η διασταύρωση µε τον Αύγουστο είναι
Ss × ss και η αναµενόµενη αναλογία στους απογόνους είναι 1 Ss (µε ευαισθησία στο φυτό) : 1 ss
(χωρίς ευαισθησία στο φυτό). Οι παρατηρούµενες αναλογίες στους απογόνους δεν απέχουν
πολύ από τις αναµενόµενες.
Μια εναλλακτική υπόθεση είναι ότι η ευαισθησία στο µαγιόχορτο (s) είναι το υποτελές γνώρισµα και η απουσία αυτής (S ) το επικρατές. Για να
προκύψουν απόγονοι µε το χαρακτηριστικό (ss)
από τη διασταύρωση του Αντώνιου µε την Κλεοπά-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
τρα, θα πρέπει οι γονότυποί τους να είναι Ss και ss
αντίστοιχα. Από τη διασταύρωση µεταξύ δύο απογόνων τους µε ευαισθησία στο µαγιόχορτο, θα
έπρεπε να προκύπτουν µόνο απόγονοι µε ευαισθησία (ss). Εφόσον κάτι τέτοιο δεν παρατηρείται, η
δεύτερη υπόθεση δεν µπορεί να είναι σωστή.
2.15 α. Ww Dd × ww dd
– 9/64 µε καφέ χρωστική και πρότυπο agouti,
χωρίς πρότυπο των Ιµαλαΐων,
– 9/64 µαύρη χρωστική και κανένα από τα
δύο πρότυπα,
– 3/64 µε καφέ χρωστική και πρότυπα agouti
και των Ιµαλαΐων,
β. Ww dd × ww dd
– 3/64 µε µαύρη χρωστική και πρότυπο των
δ. Ww Dd × ww dd
– 3/64 καφέ χρωστική και κανένα από τα δύο
γ. ww DD × WW dd
ε. Ww Dd × Ww dd
2.16 Για να προσδιορίσετε τις πιθανότητες που
σας ζητούνται στη διασταύρωση Αa Bb Cc × Αa
Bb Cc, εξετάστε κάθε γονίδιο χωριστά και εφαρµόστε στη συνέχεια τον κανόνα του γινοµένου.
α. Στη διασταύρωση Αa × Αa, η πιθανότητα να
προκύψει άτοµο Α – είναι 3/4. Οµοίως, η πιθανότητα να προκύψει άτοµο Β – από τη διασταύρωση
Bb × Bb είναι 3/4 και η πιθανότητα να προκύψει
άτοµο C – από τη διασταύρωση Cc × Cc είναι 3/4.
Εφαρµόζοντας τον κανόνα του γινοµένου, υπολογίζουµε ότι η πιθανότητα εµφάνισης απογόνων
που θα εκδηλώνουν και τα τρία επικρατή χαρακτηριστικά (A – B – C –) είναι 3/4 × 3/4 × 3/4 = 27/64.
β. Η πιθανότητα να προκύψουν απόγονοι ΑΑ
από τη διασταύρωση Αa × Αa είναι 1/4. Τόση
ακριβώς είναι και η πιθανότητα να προκύψουν
απόγονοι ΒΒ ή CC από τη διασταύρωση Βb × Bb
ή Cc × Cc αντίστοιχα. Εφαρµόζοντας τον κανόνα
του γινοµένου, υπολογίζουµε ότι η πιθανότητα
εµφάνισης απογόνων µε γονότυπο AΑ BΒ CC είναι 1/4 × 1/4 × 1/4 = 1/64.
2.20 α. Η διασταύρωση είναι aa BB CC × ΑΑ bb
c hc h. Τα τριυβρίδια της F1 είναι όλα Αa Bb Cc h και
είναι agouti µε µαύρη χρωστική. Αν φτιάξουµε
ένα διάγραµµα διακλάδωσης, θα διαπιστώσουµε
ότι η F2 παρουσιάζει αναλογία:
– 27/64 µε µαύρη χρωστική και πρότυπο
agouti, χωρίς πρότυπο των Ιµαλαΐων,
– 9/64 µε µαύρη χρωστική και πρότυπα agouti
και των Ιµαλαΐων,
Ιµαλαΐων, χωρίς πρότυπο agouti,
πρότυπα,
– 1/64 µε καφέ χρωστική και πρότυπο των
Ιµαλαΐων, χωρίς πρότυπο agouti.
β. Τα άτοµα της F2 µε µαύρη χρωστική και
πρότυπο agouti, χωρίς πρότυπο των Ιµαλαΐων είναι A – B – C –. Ανάµεσα στα άτοµα Α –, τα 2/3 είναι Αa. Από τα άτοµα Β–, το 1/3 είναι ΒΒ. Από τα
άτοµα C –, τα 2/3 είναι Cc h, οπότε η αναλογία
ατόµων Αa BB Cch είναι 2/3 × 1/3 × 2/3 = 4/27.
γ. Από τη διασταύρωση Αa Bb Cc h × Αa Bb
Cc h, το 1/4 των απογόνων θα είναι bb και θα έχει
καφέ χρωστική. Αυτό θα ισχύει ανεξάρτητα από
το αν τα ζώα φέρουν χρωστική σε ολόκληρο το
σώµα τους ή αν εµφανίζουν το πρότυπο των Ιµαλαΐων. Εποµένως, το 1/4 των ποντικιών µε πρότυπο των Ιµαλαΐων θα έχει καφέ χρωστική.
δ. Από τη διασταύρωση Αa Bb Cc h × Αa Bb
Cc h, τα 3/4 των απογόνων θα είναι Β – και θα
έχουν µαύρη χρωστική. Αυτό θα ισχύει ανεξάρτητα από το αν τα ζώα εµφανίζουν ή όχι το πρότυπο agouti. Εποµένως, τα 3/4 των ποντικιών µε
πρότυπο agouti θα έχουν µαύρη χρωστική.
2.24 Ο συζευκτικός τύπος C προκύπτει µόνο από
το γονότυπο aa bb. Κατά συνέπεια, τα άτοµα µε
συζευκτικό τύπο C έχουν όλα γονότυπο aa bb.
Έτσι οι διασταυρώσεις των άλλων στελεχών µε
το C είναι διασταυρώσεις ελέγχου και οι γονότυποί τους µπορούν να προσδιοριστούν µε βάση τις
αναλογίες των απογόνων. Εποµένως, το Α είναι
Αa Bb, το Β είναι aa Bb και το D είναι Αa bb.
2.25 α. Η αρχική διασταύρωση είναι Ww Rr × W r.
Οι θηλυκοί απόγονοι προκύπτουν από τα αυγά
3
4
Κεφάλαιο 2
της βασίλισσας (1/4 W R, 1/4 W r, 1/4 w R, 1/4 w r ),
λάβει το φυσιολογικό αλληλόµορφο Α από τη µη-
τα οποία γονιµοποιούνται από τα σπερµατοζωά-
τέρα του, θα είναι ετερόζυγο Αa (II.1, II.3, II.4) και
ρια του κηφήνα (όλα W r ). Τα άτοµα αυτά θα εί-
φαινοτυπικά φυσιολογικό.
ναι εργάτριες και θα είναι 1/2 W – Rr (µαύρα µά-
δ. Στη διασταύρωση Αa × aa προβλέπεται ότι
τια, χρήστες κεριού) και 1/2 W – rr (µαύρα µάτια,
το 1/2 των απογόνων θα είναι Αa (φυσιολογικοί)
χρήστες ρητίνης).
και το 1/2 θα είναι aa (θα εκδηλώνει το γνώρι-
β. Τα αρσενικά προκύπτουν µόνο από µη γο-
σµα). Υπάρχουν πέντε παιδιά, από τα οποία τα
νιµοποιηµένα αυγά και λαµβάνουν χρωµοσώµατα
δύο εκδηλώνουν το γνώρισµα και τα τρία είναι
µόνο από τη µητέρα τους. Οι αρσενικοί απόγονοι
φυσιολογικά. Εποµένως, η παρατηρούµενη ανα-
θα είναι 1/4 W R (µαύρα µάτια, χρήστες κεριού),
λογία πρακτικά συµπίπτει µε την αναµενόµενη.
1/4 W r (µαύρα µάτια, χρήστες ρητίνης), 1/4 w R
2.29 α. ∆εν είναι βέβαιο αν ο αδερφός της για-
(λευκά µάτια, χρήστες κεριού), 1/4 w r (λευκά µά-
γιάς της συζύγου από την πλευρά του πατέρα
τια, χρήστες ρητίνης).
της έπασχε από την ασθένεια του Gaucher. Αν
γ. Από το αυγό που γονιµοποιείται από το
αυτός ο µακρινός συγγενής έφερε την ασθένεια,
σπερµατοζωάριο το οποίο φέρει τη µεταλλαγή
θα µπορούσε να έχει κληροδοτήσει ένα αλληλό-
προκύπτει ένα θηλυκό άτοµο Cc (η Μαντόνα).
µορφό της στη σύζυγο. Εποµένως, στη χειρότε-
Εφόσον η γονιµοποίηση γίνεται εν πτήσει, τα αρ-
ρη περίπτωση, ο µακρινός αυτός συγγενής θα
σενικά που γονιµοποιούν τη βασίλισσα θα πρέπει
έφερε την ασθένεια. Στην περίπτωση αυτή, το
να είναι C. Εποµένως, η πρώτη γενιά της Μαντό-
γενεαλογικό δέντρο έχει ως εξής:
να προκύπτει από τη διασταύρωση Cc × C. Η πιθανότητα απόκτησης θηλυκών ατόµων µε γονότυπο Cc είναι 1/2. Εφόσον ένα θηλυκό άτοµο Cc
µπορεί επίσης να γονιµοποιηθεί µόνο από αρσενικό άτοµο C, η πιθανότητα απόκτησης θηλυκού
ατόµου µε γονότυπο Cc είναι και πάλι 1/2. Συνεπώς, η πιθανότητα να αποκτήσει η Μαντόνα εγγονή που θα γεννά κατά 1/2 αρσενικά χωρίς φτε-
ρά είναι 1/2 × 1/2 = 1/4.
δ. Η πιθανότητα να είναι ετερόζυγο το θηλυκό άτοµο της γενιάς F4 είναι (1/2)4 = 1/16.
Σε αυτό το γενεαλογικό δέντρο, ο άντρας εί-
2.26 α. Η µητέρα θα πρέπει να είναι ετερόζυγη
ναι το άτοµο IV.5, η αδερφή του που πάσχει από
Αa, εφόσον οι απόγονοί της εµφανίζουν το υποτελές γνώρισµα.
β. Ο πατέρας θα πρέπει να είναι οµόζυγος aa,
εφόσον εκδηλώνει το γνώρισµα.
γ. Εφόσον η διασταύρωση είναι Αa (µητέρα)
× aa (πατέρας), όλοι οι απόγονοι λαµβάνουν το
υποτελές αλληλόµορφο a από τον πατέρα τους.
Αν ένα παιδί λάβει το υποτελές αλληλόµορφο a
και από τη µητέρα του, θα είναι οµόζυγο aa (II.2,
II.5) και θα εµφανίζει το γνώρισµα. Αν ένα παιδί
τη νόσο είναι το άτοµο IV.4, η γυναίκα του είναι
το άτοµο IV.6 και ο αδερφός της γιαγιάς της συζύγου του από την πλευρά του πατέρα της είναι
το άτοµο ΙΙ.7. Εφόσον το άτοµο ΙΙ.7 πάσχει, όχι
όµως και οι γονείς του, η ασθένεια θα πρέπει να
είναι υποτελές γνώρισµα και οι δύο γονείς του
θα πρέπει να ήταν ετερόζυγοι.
β. Για να αποκτήσει το ζευγάρι IV.5 και IV.6
παιδί που πάσχει (V.1), θα πρέπει να του κληροδοτήσουν από ένα υποτελές αλληλόµορφο a ο
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
καθένας. Εφόσον το γνώρισµα είναι υποτελές
αναπαραγωγικό σύστηµα. Η µείωση µπορεί να
και τα άτοµα IV.5 και IV.6 δεν πάσχουν, γνωρίζου-
αρχίσει µόνο σε διπλοειδή κύτταρα. Αν υπάρχει
µε ότι είναι Α–. Θα πρέπει να υπολογίσουµε την
ένα σύστηµα φυλετικής αναπαραγωγής, δύο
πιθανότητα να έχουν και τα δύο γονότυπο Αa,
απλοειδή κύτταρα µπορεί να συντηχθούν για να
ώστε να κληροδοτήσουν και τα δύο το αλληλό-
παραγάγουν ένα διπλοειδές, το οποίο στη συνέ-
µορφο a στους απογόνους τους.
χεια υπόκειται σε µείωση για να παραχθούν
Η αδερφή του ατόµου IV.5 πάσχει, οπότε οι γο-
απλοειδείς απόγονοι. Οι µύκητες Neurospora
νείς του θα πρέπει να είναι και οι δύο Αa. Η πιθανό-
crassa και Saccharomyces cerevisiae αποτελούν
παραδείγµατα αυτής της θέσης της µείωσης σε
ένα βιολογικό κύκλο.
β. Όχι, επειδή σε ένα απλοειδές άτοµο δεν
µπορεί να σχηµατιστεί ένα διπλοειδές κύτταρο
και η µείωση µπορεί να ξεκινήσει µόνο σε ένα διπλοειδές κύτταρο.
3.8 γ. Για παράδειγµα, σε έναν οργανισµό µε
απλοειδή βιολογικό κύκλο, τόσο οι γαµέτες όσο
και τα σωµατικά κύτταρα είναι 1Ν.
3.10 α. Μετάφαση: Μετάφαση στη µίτωση, µετάφαση Ι και µετάφαση ΙΙ στη µείωση.
β. Ανάφαση: Ανάφαση στη µίτωση, ανάφαση Ι
και ανάφαση ΙΙ στη µείωση.
3.14 α. Η πιθανότητα ένας γαµέτης να φέρει ένα
συγκεκριµένο µητρικό χρωµόσωµα είναι 1/2. Εφαρµόζοντας τον κανόνα του γινοµένου, η πιθανότητα να πάρουµε ένα γαµέτη και µε τα τρία µητρικά
χρωµοσώµατα είναι (1/2)3 = 1/8.
β. Η οµάδα των γαµετών µε µερικά µητρικά
και µερικά πατρικά χρωµοσώµατα περιλαµβάνει
όλους τους γαµέτες, εκτός από εκείνους που
έχουν µόνο µητρικά ή µόνο πατρικά χρωµοσώµατα. ∆ηλαδή είναι P (γαµέτες τόσο µε µητρικά όσο
και µε πατρικά χρωµοσώµατα) = 1 – P (γαµέτης
µε µόνο µητρικά χρωµοσώµατα ή γαµέτης µε µόνο πατρικά χρωµοσώµατα). Από την απάντηση
στο (α) είναι προφανές ότι η πιθανότητα ενός γαµέτη να έχει χρωµοσώµατα µόνο από ένα γονέα
είναι 1/8. Χρησιµοποιώντας τον κανόνα του αθροίσµατος, P (γαµέτες τόσο µε µητρικά όσο και µε
πατρικά χρωµοσώµατα) = 1 – (1/8 + 1/8) = 3/4.
3.15 Επειδή τα κύτταρα είναι φυσιολογικά και διπλοειδή, τα χρωµοσώµατα πρέπει να εµφανίζο-
τητα να είναι το άτοµο IV.5 Αa είναι 2/3. Εποµένως,
η πιθανότητα να κληροδοτήσει το άτοµο IV.5 το αλληλόµορφο a στο V.1 είναι 2/3 × 1/2 = 1/3.
Ρ(το IV.6 να είναι Αa) = Ρ(το ΙΙΙ.3 να είναι Αa
και να κληροδοτήσει
το αλληλόµορφο a
στο ΙV.6)
= Ρ[(το ΙΙ.6 να είναι Αa
και να κληροδοτήσει
το αλληλόµορφο a
στο ΙΙΙ.3) και (το ΙΙΙ.3
να κληροδοτήσει το
αλληλόµορφο a στο
IV.6)]
= [(2/3 × 1/2) × 1/2)] = 1/6.
Υπάρχει λοιπόν πιθανότητα 1/6 × 1/2 = 1/12
το άτοµο IV.6 να κληροδοτήσει το αλληλόµορφο
a στο άτοµο V.1. Στη χειρότερη αυτή περίπτωση,
η πιθανότητα να κληροδοτήσουν και οι δύο γονείς το αλληλόµορφο a και να αποκτήσουν παιδί
που πάσχει είναι 1/12 × 1/3 = 1/36. Αν ο αδερφός
της γιαγιάς της συζύγου από την πλευρά του πατέρα της δεν έφερε την ασθένεια, το άτοµο IV.6
θα ήταν ΑΑ και έτσι θα ήταν βέβαιο ότι το άτοµο
V.1 θα έχει φυσιολογικό φαινότυπο.
Κεφάλαιο 3 Η χρωµοσωµική βάση της κληρονοµικότητας
3.1 γ.
3.3 γ.
3.6 α. Ναι, µε την προϋπόθεση πως στο βιολογικό
κύκλο του είδους περιλαµβάνεται ένα φυλετικό
5
6
Κεφάλαιο 3
νται σε ζεύγη. Υπάρχουν ζεύγη µεσαίων και µε-
είναι ετερόζυγη για το χαρακτηριστικό της αχρω-
γάλων χρωµοσωµάτων και περισσεύουν αζευγά-
µατοψίας (c +c). O σύζυγός της έχει φυσιολογική
ρωτα ένα κοντό και ένα µακρύ χρωµόσωµα. Αυτά
όραση, άρα είναι c +Y. Η διασταύρωση δηλαδή εί-
µπορεί να είναι µέλη ενός ετεροµορφικού ζεύ-
ναι c +c x c +Y. Όλες οι κόρες θα πάρουν το πατρι-
γους όπως τα χρωµοσώµατα Χ και Υ ενός αρσε-
κό Χ που φέρει το αλληλόµορφο c + και θα έχουν
νικού (ετερογαµετικού) θηλαστικού.
φυσιολογική όραση. Οι γιοι θα λάβουν το ένα
3.17 Λάθος. Η γενετική ποικιλοµορφία στο σπέρ-
από τα δύο χρωµοσώµατα Χ της µητέρας τους,
µα του αρσενικού επιτυγχάνεται κατά τη διάρ-
οπότε οι µισοί από αυτούς θα έχουν αχρωµατο-
κεια της µείωσης, όταν συµβαίνει διασκελισµός
ψία (cY) και οι άλλοι µισοί θα έχουν φυσιολογική
µεταξύ µη αδελφών χρωµατίδων και ανεξάρτητη
όραση (c +Y).
µεταβίβαση των µητρικών και πατρικών χρωµοσωµάτων του αρσενικού. Αυτές οι διαδικασίες
καθιστούν απίθανη την περίπτωση εµφάνισης γενετικά όµοιων σπερµατικών κυττάρων.
3.19 α. 17 + 26 = 43 χρωµοσώµατα.
β. Μόνο όµοια χρωµοσώµατα ζευγαρώνουν
στη µείωση. Το πρότυπο ζευγαρώµατος που παρατηρείται στο υβρίδιο υποδηλώνει πως µερικά από
τα χρωµοσώµατα σε αυτά τα δύο είδη έχουν εξελικτικές οµοιότητες, ενώ άλλα όχι. Τα µη ζευγαρωµένα χρωµοσώµατα δε θα διαχωριστούν µε σωστό τρόπο, παράγοντας µη ισορροπηµένα µειωτικά προϊόντα είτε µε επιπλέον είτε µε λιγότερα
χρωµοσώµατα. Αυτό µπορεί να οδηγήσει σε στειρότητα για δύο λόγους. Πρώτον, τα µειωτικά προϊόντα που έχουν λιγότερα χρωµοσώµατα µπορεί
να µη διαθέτουν γονίδια απαραίτητα για το σχηµατισµό γαµετών. ∆εύτερον, ακόµη κι αν οι γαµέτες
µπορούν να σχηµατιστούν, το ζυγωτό που θα δηµιουργηθεί από αυτούς δε θα έχει µια πλήρη χρωµοσωµική σειρά είτε από το υβρίδιο είτε από την
κόκκινη είτε από την αρκτική αλεπού. Το ζυγωτό
θα είναι ένα ανευπλοειδές µε λιγότερα ή επιπλέον
γονίδια, γεγονός που προκαλεί στειρότητα.
3.20 Η πιθανότητα ένα συγκεκριµένο πατρικό
χρωµόσωµα να βρίσκεται σε ένα γαµέτη είναι 1/2.
Χρησιµοποιώντας τον κανόνα του γινοµένου, η
πιθανότητα όλα τα πατρικά χρωµοσώµατα να βρίσκονται στον ίδιο γαµέτη είναι (1/2)5 = 1/32.
3.23 Ο πατέρας δίνει πάντα το χρωµόσωµα Χ
στις κόρες του, εποµένως η γυναίκα πρέπει να
3.25 α. Η γονική διασταύρωση είναι ww vg +vg + ×
w +Y vgvg. Από αυτή τη διασταύρωση προκύπτουν στην F1 αρσενικά µε γονότυπο w Y vg +vg
(λευκά µάτια, µακριά φτερά) και θηλυκά µε w +w
vg +vg (κόκκινα µάτια, µακριά φτερά).
β. Τόσο στα θηλυκά όσο και στα αρσενικά
άτοµα, στην F2 θα έχουµε 3/8 µε λευκά µάτια και
µακριά φτερά, 3/8 µε κόκκινα µάτια και µακριά
φτερά, 1/8 µε λευκά µάτια και υπολειµµατικά φτερά και 1/8 µε κόκκινα µάτια και ατροφικά φτερά.
γ. Αν τα αρσενικά της F1 διασταυρωθούν µε
το θηλυκό γονέα, η διασταύρωση είναι ww vg +vg + ×
w Y vg +vg. Όλοι οι απόγονοι έχουν λευκά µάτια και
µακριά φτερά. Αν τα θηλυκά της F1 διασταυρωθούν
µε τον αρσενικό γονέα, η διασταύρωση είναι w +w
vg +vg × w +Y vgvg. Οι αρσενικοί απόγονοι είναι: 1/4
µε λευκά µάτια και µακριά φτερά, 1/4 µε λευκά µάτια και ατροφικά φτερά, 1/4 µε κόκκινα µάτια και
υπολειµµατικά φτερά και 1/4 µε κόκκινα µάτια και
µακριά φτερά. Όλοι οι θηλυκοί απόγονοι θα έχουν
κόκκινα µάτια, ενώ οι µισοί από αυτούς θα έχουν
µακριά και οι άλλοι µισοί ατροφικά φτερά.
3.28 Αυτό το πρότυπο διασταυρούµενης κληρονοµικότητας (από τον πατέρα στην κόρη) υποδηλώνει ένα χαρακτηριστικό συνδεδεµένο µε το Χ.
Ο άντρας Α παντρεύεται µια φυσιολογική γυναίκα και όλες οι κόρες τους έχουν το χαρακτηριστικό, άρα το χαρακτηριστικό πρέπει να είναι επικρατές. Ας ορίσουµε ως ΧΒ το αλληλόµορφο
ελαττωµατικής αδαµαντίνης και ως Χb το φυσιολογικό αλληλόµορφο. Ο άντρας Α είναι ΧΒΥ και η
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
γυναίκα του ΧbΧb, εποµένως όλες οι κόρες τους
στ. Για οποιοδήποτε αυτοσωµικό γονίδιο, η
είναι Χ Χ . Ως ετεροζυγώτες, έχουν ελαττωµατι-
πιθανότητα να προκύψει οποιοδήποτε είδος οµο-
κή αδαµαντίνη και το 50% των απογόνων τους
ζυγώτη (π.χ., BB, bb) είναι 1/4 και η πιθανότητα
λαµβάνει το αλληλόµορφο Χ και εκφράζει το
να προκύψει ένας ετεροζυγώτης (π.χ., Bb) είναι
γνώρισµα. Οι γιοι κληρονοµούν το Χ από τη µη-
1/2. Στην περίπτωση του γονιδίου Α/a, η διασταύ-
Β
b
Β
b
τέρα τους, άρα είναι όλοι φυσιολογικοί και κλη-
ρωση είναι Αa × AY, οπότε η πιθανότητα να προ-
ροδοτούν µόνο το φυσιολογικό αλληλόµορφο.
κύψει ένα αρσενικό ΑΥ ή ένα αρσενικό aΥ είναι
3.30 α. Οι γονείς που δεν εκφράζουν το χαρακτη-
1/4 για κάθε περίπτωση και η πιθανότητα να προ-
ριστικό έχουν παιδιά µε µια αυτοσωµική υποτελή
κύψει ένα θηλυκό Α– είναι 1/2. Χρησιµοποιώντας
διαταραχή, άρα και οι δύο πρέπει να είναι ετερό-
τον κανόνα του γινοµένου, η πιθανότητα να πά-
ζυγοι (φορείς). Αν το c είναι το φυσιολογικό αλ-
ρουµε (1) ένα Α– bb CC dd (θηλυκό) είναι P =
+
ληλόµορφο και το c το αλληλόµορφο της διατα-
ραχής, η διασταύρωση είναι c c × c c και υπάρχει
+
+
πιθανότητα 1/4 να γεννηθεί παιδί cc. Κάθε σύλληψη είναι ανεξάρτητη, οπότε η πιθανότητα το επόµενο παιδί τους να έχει κυστική ίνωση είναι 1/4.
β. Υγιή παιδιά αναµένονται σε αναλογία 1
c c : 2 c +c, εποµένως υπάρχει πιθανότητα 2/3
ένα υγιές παιδί να είναι ετερόζυγο.
3.32 α. Επειδή µελετάται µόνο ένα χαρακτηριστικό, εξετάστε αποκλειστικά αυτό το τµήµα της
διασταύρωσης: ΑΑ × aY. Οι απόγονοι θα είναι Αa
ή ΑΥ, οπότε η πιθανότητα να υπάρχει ένα άτοµο
Α– στην F1 είναι 1.
β. Από το (α) προκύπτει ότι δεν υπάρχει πιθανότητα (P = 0) να προκύψει αρσενικό άτοµο
aΥ στην F1.
γ. Οι απόγονοι της F1 θα είναι Α– Βb Cc Dd.
Οι µισοί από αυτούς θα είναι θηλυκοί, άρα P = 1/2.
δ. ∆ύο, θηλυκά Αa Βb Cc Dd και αρσενικά
ΑΥ Βb Cc Dd.
ε. Για το συνδεδεµένο µε το Χ χαρακτηριστικό, η διασταύρωση της F1 είναι ΑΥ × Aa. Οι µισοί
από τους θηλυκούς απογόνους (1/4 όλων των
απογόνων) θα είναι ετερόζυγα άτοµα Αa. Για καθένα από τα αυτοσωµικά χαρακτηριστικά, το 1/2
των απογόνων θα είναι ετερόζυγα άτοµα (π.χ., η
διασταύρωση Bb × Bb δίνει 1/2 απογόνους Βb).
Έτσι, η πιθανότητα ένα άτοµο της γενιάς F2 να
είναι ετερόζυγο και για τα τέσσερα χαρακτηριστικά είναι 1/4 × 1/2 × 1/2 × 1/2 = 1/32.
+ +
(1/2 × 1/4 × 1/4 × 1/4) = 1/128, (2) ένα aY ΒΒ Cc
Dd (αρσενικό) είναι P = (1/4 × 1/4 × 1/2 × 1/2) =
1/64, (3) ένα ΑΥ bb CC dd είναι P = (1/4 × 1/4 ×
1/4 × 1/4) = 1/256 και (4) ένα aa bb Cc Dd (θηλυκό) είναι P = (0 × 1/4 × 1/2 × 1/2) = 0.
3.33 Ο πρωτογενής µη διαχωρισµός των φυλετικών χρωµοσωµάτων σε ένα θηλυκό ww παράγει
δύο τύπους ωαρίων: ωάρια ww που έχουν δύο
χρωµοσώµατα Χ και ωάρια χωρίς κανένα χρωµόσωµα Χ. Τα αρσενικά άτοµα µε κόκκινα µάτια φέρουν στο σπέρµα τους το w + ή το χρωµόσωµα Υ.
Όπως φαίνεται στο τετράγωνο του Punnett, ο
µόνος τύπος βιώσιµων και γόνιµων απογόνων
που µπορούν να παραχθούν από αυτή τη διασταύρωση είναι θηλυκά ww Y:
Σπέρµα
Ww
Ωάρια
O
w+
www+
συνήθως
πεθαίνει
Y
wwY
λευκά
♀
w+O
στείρα
κόκκινα ♂
YO
πεθαίνει
Τα θηλυκά ww Y είναι το αποτέλεσµα του πρωτογενούς µη διαχωρισµού. Έχουν γαµέτες ΧΥ (wΥ)
και Χ (w ) που προκύπτουν από φυσιολογικό διαχωρισµό και, λιγότερο συχνά, γαµέτες ΧΧ (ww ) και Υ
που προκύπτουν από δευτερογενή µη διαχωρισµό.
Τα αποτελέσµατα της ανάδροµης διασταύρωσης
7
8
Κεφάλαιο 3
ενός θηλυκού ww Y µε ένα αρσενικό w +Y φαίνο-
στικό συνδεδεµένο µε το Χ δε θα µπορούσε να εί-
νται στο ακόλουθο τετράγωνο του Punnett:
ναι συµβατό µε το συγκεκριµένο γενεαλογικό δέντρο επειδή θα έπρεπε όλες οι κόρες ενός πατέρα
Σπέρµα
Φυσιολογικός
διαχωρισµός
των Χ
Ωάρια
∆ευτερογενής
µη διαχωρισµός
w+
Y
wY
w+wY
κόκκινα
♀
wYY
λευκά
♂
w
w+w
κόκκινα
♀
wY
λευκά
♂
w+ww
wwY
τριπλό Χ,
λευκά
ww
συνήθως
♂
πεθαίνει
w+Y
YY
κόκκινα πεθαίνει
Y
3.37 Αυτό το πρόβληµα επαναφέρει το ζήτηµα ότι ο
τρόπος κληρονοµικότητας ενός χαρακτηριστικού
που εκδηλώνει το χαρακτηριστικό να εκδηλώσουν
το χαρακτηριστικό (αφού όλες παίρνουν το Χ από
τον πατέρα τους). Τα γενεαλογικά δέντρα Β και Γ
εξηγούνται µε παρόµοια αιτιολόγηση.
Γενεαλογικό δέντρο
Α
Γενεαλογικό δέντρο
Β
Γενεαλογικό δέντρο
Γ
Αυτοσωµικό
υποτελές
Ναι
Ναι
Ναι
Αυτοσωµικό
επικρατές
Ναι
Ναι
Όχι
Υποτελές
συνδεδεµένο
µε το Χ
Ναι
Ναι
Όχι
Επικρατές
συνδεδεµένο
µε το Χ
Όχι
Όχι
Όχι
δεν µπορεί να αναγνωριστεί όταν το γενεαλογικό
δέντρο είναι µικρό και η συχνότητα του χαρακτηρι-
3.39 α. Η περίπτωση συνδεδεµένης µε το Υ κληρο-
στικού σε έναν πληθυσµό είναι άγνωστη. Για παρά-
νοµικότητας µπορεί να απορριφθεί επειδή υπάρ-
δειγµα, το γενεαλογικό δέντρο Α θα µπορούσε να
χουν θηλυκά που εκδηλώνουν το χαρακτηριστι-
αντιστοιχεί σε αυτοσωµικό επικρατές χαρακτηριστι-
κό. Η συνδεδεµένη µε το Χ υποτελής κληρονοµι-
κό (ΑΑ και Αa = εκφράζουν το χαρακτηριστικό): ο
κότητα µπορεί επίσης να απορριφθεί, καθώς µια
πατέρας µε το χαρακτηριστικό θα είναι ετερόζυγος
γυναίκα που εκδηλώνει το χαρακτηριστικό (Ι-2)
για το χαρακτηριστικό (Αa), η µητέρα δε θα φέρει
έχει ένα φυσιολογικό γιο (ΙΙ-5). Η αυτοσωµική
το αλληλόµορφο Α (aa) και οι µισοί από τους απο-
υποτελής κληρονοµικότητα µπορεί επίσης να
γόνους τους θα φέρουν το χαρακτηριστικό (Α –).
απορριφθεί επειδή δύο γονείς µε το χαρακτηρι-
Εντούτοις, το γενεαλογικό δέντρο Α µπορεί επίσης
στικό, ΙΙ-1 και ΙΙ-2, έχουν παιδιά χωρίς αυτό.
να αντιστοιχεί σε αυτοσωµικό υποτελές χαρακτηρι-
β. Οι δύο εναποµείναντες µηχανισµοί κληρο-
στικό (aa = εκφράζουν το χαρακτηριστικό): ο πατέ-
νοµικότητας είναι η συνδεδεµένη µε το Χ επικρα-
ρας θα είναι οµόζυγος για το χαρακτηριστικό (aa), η
τής κληρονοµικότητα και η αυτοσωµική επικρα-
µητέρα θα είναι ετερόζυγη (Αa) και οι µισοί από
τής. Οι γονότυποι µπορούν να προσδιοριστούν σε
τους απογόνους τους θα εκφράζουν το χαρακτηρι-
όλα τα µέλη του γενεαλογικού δέντρου που ικα-
στικό (aa). Επιπλέον, το γενεαλογικό δέντρο Α µπο-
νοποιούν τους δύο αυτούς µηχανισµούς. Από αυ-
ρεί να αντιστοιχεί σε ένα χαρακτηριστικό συνδεδε-
τούς τους δύο, η συνδεδεµένη µε το Χ επικρατής
µένο µε το Χ: η µητέρα θα είναι ετερόζυγη (Χ Χ ), ο
κληρονοµικότητα είναι περισσότερο πιθανή, κα-
πατέρας θα είναι ηµίζυγος (Χ Υ) και µισά από τα
θώς οι ΙΙ-6 και ΙΙ-7 έχουν κόρες που όλες εκδηλώ-
παιδιά τους θα εκδηλώνουν το χαρακτηριστικό (θα
νουν το χαρακτηριστικό, γεγονός που υποδηλώ-
είναι είτε Χ Χ είτε Χ Υ). Ένα επικρατές χαρακτηρι-
νει διασταυρούµενη κληρονοµικότητα. Αν το χα-
Α
a
a
a
a
a
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
ρακτηριστικό ήταν αυτοσωµικό επικρατές, οι µι-
ετερόζυγος. Σε αυτή την περίπτωση, τα µισά από
σές από τις κόρες και οι µισοί από τους γιους θα
τα παιδιά θα είχαν το χαρακτηριστικό.
έπρεπε να εκδηλώνουν το χαρακτηριστικό.
3.45 Επειδή η αιµοφιλία είναι ένα χαρακτηριστικό
3.42 Η απάντηση (α) είναι λανθασµένη επειδή, αν
συνδεδεµένο µε το Χ, η πιο πιθανή εξήγηση είναι
ένας πατέρας µε το χαρακτηριστικό είναι ετερό-
πως η τυχαία απενεργοποίηση του ενός χρωµοσώ-
ζυγος, θα πρέπει µόνο τα µισά από τα παιδιά του
µατος Χ παράγει άτοµα που έχουν διαφορετικά πο-
να έχουν το χαρακτηριστικό. Η απάντηση (β) εί-
σοστά κυττάρων µε ενεργό το φυσιολογικό αλλη-
ναι λανθασµένη επειδή, αν µια µητέρα µε το χα-
λόµορφο. Αυτό οδηγεί µε τη σειρά του στην παρα-
ρακτηριστικό είναι ετερόζυγη, θα πρέπει τα µισά
γωγή διαφορετικών ποσοτήτων παράγοντα πήξης.
από τα παιδιά της να έχουν το χαρακτηριστικό,
Φυσιολογικοί χρόνοι πήξης θα αναµένονται σε θη-
ανεξάρτητα από το φύλο τους. Η απάντηση (γ) εί-
λυκά των οποίων τα χρωµοσώµατα Χh είναι απενερ-
ναι λανθασµένη επειδή από δύο ετερόζυγους γο-
γοποιηµένα σε µεγαλύτερο ποσοστό κυττάρων απ’
νείς θα πρέπει το 1/4 των παιδιών να είναι οµόζυ-
ό,τι το χρωµόσωµα Χ µε το φυσιολογικό αλληλό-
γα για το υποτελές, φυσιολογικό αλληλόµορφο.
µορφο. Σε αυτά τα άτοµα, τα περισσότερα κύτταρα
Η απάντηση (δ) είναι σωστή. Εντούτοις, στην πε-
έχουν ένα λειτουργικό αλληλόµορφο h + και σχε-
ρίπτωση που το χαρακτηριστικό προέκυψε από
δόν φυσιολογικές ποσότητες παράγοντα πήξης.
µια µεταλλαγή σε ένα από τα παιδιά ή στους γο-
Αντίθετα, κλινικά συµπτώµατα αιµοφιλίας θα παρα-
νείς του, οι παππούδες του και οι γιαγιάδες του
τηρούνται σε γυναίκες που έχουν απενεργοποιηµέ-
δε θα εκδήλωναν το χαρακτηριστικό αυτό.
νο το χρωµόσωµα Χh , για παράδειγµα σε ποσοστό
3.43 Η απάντηση (α) είναι σωστή επειδή δύο άτο-
90% των κυττάρων. Σε αυτά τα άτοµα, µόνο το 10%
µα µε το χαρακτηριστικό θα δίνουν πάντα παιδιά
των κυττάρων έχει ενεργό το λειτουργικό αλληλό-
µε το χαρακτηριστικό (από τη διασταύρωση aa ×
aa µπορεί να προκύψουν µόνο παιδιά aa). Η απάντηση (β) είναι λανθασµένη επειδή ένα αυτοσωµικό χαρακτηριστικό κληρονοµείται ανεξάρτητα από
το φύλο. Η απάντηση (γ) δεν είναι απαραίτητα
σωστή, καθώς το χαρακτηριστικό µπορεί να καλυφθεί από φυσιολογικά επικρατή αλληλόµορφα κατά τη διάρκεια πολλών γενεών πριν παντρευτούν
δύο ετεροζυγώτες και κάνουν οµόζυγα παιδιά µε
το χαρακτηριστικό. Η απάντηση (δ) θα µπορούσε
επίσης να είναι σωστή. Αν το χαρακτηριστικό είναι
σπάνιο, τότε είναι πολύ πιθανό ένα άτοµο που δεν
εκφράζει το συγκεκριµένο χαρακτηριστικό να είναι οµόζυγο για το φυσιολογικό αλληλόµορφο.
Επειδή το χαρακτηριστικό είναι υποτελές και τα
παιδιά παίρνουν το επικρατές, φυσιολογικό αλληλόµορφο από το γονέα που δεν εκφράζει το χαρακτηριστικό αυτό, τότε όλα τα παιδιά θα είναι
φυσιολογικά. Η απάντηση (δ) θα ήταν λανθασµένη αν ο γονέας χωρίς το χαρακτηριστικό ήταν
+
µορφο h +, οπότε συντίθεται πολύ µικρή, δηλαδή
ανεπαρκής, ποσότητα παράγοντα πήξης.
Κεφάλαιο 4 Προεκτάσεις των αρχών της µεντελικής γενετικής
4.2 Οι πιθανοί γονότυποι είναι έξι: w 1/w 1, w 1/w 2,
w 1/w 3, w 2/w 2, w 2/w 3, w 3 /w 3 .
4.6 Ο γονότυπος της γυναίκας είναι I AI B και ο γονότυπος του άντρα είναι I Ai. Οι απόγονοί τους θα
διαθέτουν τέσσερις εξίσου πιθανούς γονοτύπους
(I AI A, I AI B, I Ai, I Bi ) και τρεις φαινοτύπους: A (P =
1/2), AB (P = 1/4) και B (P = 1/4).
α. P = 1/2 × 1/2 = 1/4.
β. P = 0, αφού δεν υπάρχει καµία πιθανότητα
να γεννηθεί παιδί οµάδας O.
γ. P [(πρώτο παιδί αρσενικό και AB) και (δεύτερο παιδί αρσενικό και B)] = (1/2 × 1/4) × (1/2 ×
1/4) = 1/64.
4.8 Οµάδα αίµατος O, επειδή ο γονότυπος είναι i /i.
4.10 Η διασταύρωση C R/C W × C R/C W δίνει αναλο-
9
10
Κεφάλαιο 4
γία απογόνων 1 C W/C W : 2 C R/C W : 1 C R/C R. Συνεπώς, οι µισοί απόγονοι µοιάζουν µε τους γονείς τους στο χρώµα τριχώµατος.
4.12 Η γονική διασταύρωση είναι F/F G N/G N × f/f
G O/G O.
α. Τα φυτά της γενιάς F1 έχουν γονότυπο
F/f G N/G O και φέρουν χνουδωτούς καρπούς και
στρογγυλούς αδένες φύλλων.
β. Εφόσον τα αλληλόµορφα του γονιδίου G
εµφανίζουν ατελή επικράτηση, η αναλογία 9:3:3:1
θα είναι τροποποιηµένη στη γενιά F2. Οι απόγονοι θα είναι 3/16 µε χνουδωτούς καρπούς και ωοειδείς αδένες (F/– G O/G O), 6/16 µε χνουδωτούς
καρπούς και στρογγυλούς αδένες (F/– G N/G O),
3/16 µε χνουδωτούς καρπούς και χωρίς αδένες
(F/– G N/G N), 1/16 µε λείους καρπούς και ωοειδείς
αδένες (f/f G O/G O), 2/16 µε λείους καρπούς και
στρογγυλούς αδένες (f/f G O/G N) και 1/16 µε λείους καρπούς και χωρίς αδένες (f/f G N/G N).
γ. Οι απόγονοι της διασταύρωσης F/f G N/G O
× f/f G O/G O θα είναι 1/4 µε χνουδωτούς καρπούς
και ωοειδείς αδένες (f/f G O/G O), 1/4 µε χνουδωτούς καρπούς και στρογγυλούς αδένες (f/f
G O/G N), 1/4 µε λείους καρπούς και ωοειδείς αδένες (F/f G O/G O) και 1/4 µε λείους καρπούς και
στρογγυλούς αδένες (F/f G N/G O).
4.18 Η αναλογία 9:7 της γενιάς F2 αποτελεί µια
τροποποιηµένη αναλογία 9:3:3:1 από τη διασταύρωση A/a B/b × A/a B/b της γενιάς F1. Τα 9/16
φυτά µε έγχρωµα άνθη είναι A/– B/– και θα εµφανίζουν τη γονοτυπική αναλογία 1 A/A B/B : 2
A/a B/B : 2 A/A B/b : 4 A/a B/b. Εφόσον και τα δύο
αλληλόµορφα A και B είναι απαραίτητα για την
εµφάνιση έγχρωµων ανθέων, µόνο η αυτογονιµοποίηση ενός αµιγούς φυτού A/A B/B θα έχει
ως αποτέλεσµα να µην εµφανιστούν και οι δύο
παραπάνω φαινότυποι στους απογόνους του. Τα
φυτά A/A B/B είναι το 1/9 των φυτών µε έγχρωµα άνθη και εποµένως η πιθανότητα είναι 1/9.
4.19 Η αναλογία 9:7 στη γενιά F2 είναι µια τροποποιηµένη αναλογία 9:3:3:1, όπου οι γονότυποι
A/– B/– είναι «έρπον» και οι γονότυποι A/– b/b,
a/a B/– και a/a b/b είναι «ορθόκλαδο». Πρόκειται
για ένα παράδειγµα διπλής υποτελούς επίστασης. ∆ύο υποτελή αλληλόµορφα σε ένα τουλάχιστον από τα δύο γονίδια ασκούν επιστατική επίδραση στον έρποντα φαινότυπο, δηλαδή τον παρεµποδίζουν, µε αποτέλεσµα να εµφανίζεται ο
ορθόκλαδος φαινότυπος.
4.20 α. Η διασταύρωση είναι A/a B/b × A/a B/b και
δίνει 9/16 A/– B/–, 3/16 A/– b/b, 3/16 a/a B/– και
1/16 a/a b/b. Τα άτοµα A/– b/b, a/a B/– και a/a b/b
είναι κωφά, επειδή είναι οµόζυγα για ένα από τα
δύο ή και για τα δύο υποτελή αλληλόµορφα. Μόνο τα άτοµα A/– B/– δεν είναι κωφά. Εποµένως,
η φαινοτυπική αναλογία είναι 9 µη κωφά κουνέλια : 7 κωφά κουνέλια.
β. Πρόκειται για ένα παράδειγµα διπλής υποτελούς επίστασης. Οµόζυγα υποτελή αλληλόµορφα σε οποιοδήποτε από τα δύο γονίδια εµποδίζουν την ακοή και ασκούν επιστατική επίδραση
στα επικρατή αλληλόµορφα του άλλου γονιδίου.
γ. Η διασταύρωση είναι a/a B/b × A/a B/b και
δίνει 5/8 κωφούς απογόνους (1/8 A/a b/b + 1/2
a/a –/–) και 3/8 µη κωφούς απογόνους (A/a B/–).
4.23 Ας ονοµάσουµε C/c τα αλληλόµορφα του
γενετικού τόπου που ελέγχει τη σύνθεση χρωστικής και Y/y τα αλληλόµορφα του γενετικού
τόπου για τους χρωµατισµούς κίτρινο/agouti. Η
αναλογία 3 έγχρωµοι απόγονοι : 1 αλφικό απόγονο αποτελεί ένδειξη ότι τα άτοµα C/– συνθέτουν χρωστική, ενώ τα άτοµα c/c δε συνθέτουν
χρωστική και είναι αλφικά. Η αναλογία 2 κίτρινοι
απόγονοι : 1 agouti απόγονο αποτελεί µια τροποποιηµένη αναλογία µονοϋβριδισµού που αποτελεί ένδειξη υποτελούς θνησιγονίας: τα άτοµα
Y/Y πεθαίνουν, τα Y/y είναι κίτρινα και τα y/y είναι agouti. Εφόσον τα αλφικά ποντίκια δεν εκφράζουν τα αλληλόµορφα του γενετικού τόπου
agouti, ο γονότυπος c/c ασκεί επιστατική επίδραση στα αλληλόµορφα Y και y, µε αποτέλεσµα τα
άτοµα c/c Y/y και c/c y/y να είναι αλφικά.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
α. Αρχικά, προσδιορίζουµε τους γονοτύπους
27/64 των απογόνων. Το υπόλοιπο 1 – 27/64 =
εν µέρει: τα κίτρινα ποντίκια είναι C/– Y/y και τα
37/64 των απογόνων θα είναι άχρωµα άτοµα οµό-
αλφικά ποντίκια είναι c/c –/y. Στη συνέχεια,
ζυγα για το υποτελές µη λειτουργικό αλληλόµορ-
προσδιορίζουµε τους πλήρεις γονοτύπους από
τις αναλογίες των απογόνων για κάθε χαρακτη-
φο ενός τουλάχιστον γονιδίου. Στη γενιά F2 αναµένεται η αναλογία 27 µαύρα : 37 άχρωµα.
ριστικό. Η αναλογία απογόνων από τη διασταύ-
β. Για να εµφανιστεί ο µαύρος φαινότυπος
1 αλφικό και από τη διασταύρωση Y/y × Y/y ανα-
µε το συγκεκριµένο µονοπάτι, τα άτοµα πρέπει
να διαθέτουν τις λειτουργίες των A και B αλλά
µένεται να είναι 2 κίτρινοι : 1 agouti. Εποµένως,
οι γονικοί γονότυποι ήταν C/c Y/y × c/c Y/y.
όχι την κατασταλτική λειτουργία του C: πρέπει
β. Η διασταύρωση είναι C/c Y/y × C/c Y/y και,
να είναι A/– B/– c/c. Η πιθανότητα εµφάνισης του
εφόσον οι απόγονοι Y/Y δεν είναι βιώσιµοι, θα
συγκεκριµένου γονοτύπου στη γενιά F2 είναι 3/4
× 3/4 × 1/4 = 9/64. Το υπόλοιπο 1 – 9/64 = 55/64
προκύψει η φαινοτυπική αναλογία 1 αλφικός : 2
των απογόνων θα είναι άχρωµα άτοµα. Στη γενιά
κίτρινους : 1 agouti. ∆ε θα υπάρχει αµιγές κίτρινο
F2 αναµένεται η αναλογία 9 µαύρα : 55 άχρωµα.
ρωση C/c × C/c αναµένεται να είναι 1 έγχρωµος :
ποντίκι, καθώς όλα είναι Y/y.
4.25 α. Η διασταύρωση Y/Y R/R (βυσσινί) × y/y r/r
(λευκό) δίνει γενιά F1 Y/y R/r (πορφυρό-τριανταφυλλί). Η αυτογονιµοποίηση της γενιάς F1 δίνει
γ. Η συχνότητα εµφάνισης µαύρων και
άχρωµων ατόµων στη γενιά F2 µπορεί να χρησιµοποιηθεί προκειµένου να διαπιστωθεί ποια από
τις εναλλακτικές υποθέσεις που αφορούν τα δύο
γενιά F2 που είναι 1/16 βυσσινί (Y/Y R/R ), 1/8
πορτοκαλoκόκκινo (Y/Y R/r ), 1/16 κίτρινο (Y/Y
µονοπάτια τα οποία προτάθηκαν στα ερωτήµατα
r/r ), 1/8 βαθύ πορφυρό (Y/y R/R ), 1/4 πορφυρότριανταφυλλί (Y/y R/r ), 1/8 απαλό κίτρινο (Y/y r/r )
και 1/4 λευκό (y/y –/–) χρώµα. Η ανάδροµη διασταύρωση της γενιάς F1 µε το βυσσινί γονέα θα
δώσει 1/4 βυσσινί (Y/Y R/R ), 1/4 πορφυρό-τριανταφυλλί (Y/y R/r ), 1/4 βαθύ πορφυρό (Y/y R/R )
και 1/4 πορτοκαλoκόκκινo (Y/Y R/r ).
β. Η διασταύρωση Y/Y R/r (πορτοκαλoκόκκινo) × Y/y r/r (απαλό κίτρινο) δίνει 1/4 πορτοκαλoκόκκινo (Y/Y R/r ), 1/4 πορφυρό-τριανταφυλλί (Y/y R/r ), 1/4 κίτρινο (Y/Y r/r ) και 1/4 απαλό κίτρινο (Y/y r/r ) χρώµα.
γ. Η διασταύρωση Y/Y r/r (κίτρινο) × y/y R/r
(λευκό) δίνει 1/2 πορφυρό-τριανταφυλλί (Y/y R/r )
και 1/2 απαλό κίτρινο (Y/y r/r ).
4.27 α. Για να εµφανιστεί ο µαύρος φαινότυπος µε
το συγκεκριµένο µονοπάτι, τα άτοµα πρέπει να
διαθέτουν και τα τρία λειτουργικά αλληλόµορφα:
πρέπει να είναι A/– B/– C/–. Η γενιά F1 είναι A/a
B/b C/c και, όταν αυτογονιµοποιηθεί, δίνει µαύρα
άτοµα A/– B/– C/– σε αναλογία (3/4 × 3/4 × 3/4) =
αποτελέσµατα της γενιάς F2 ταιριάζουν µε κάθε
µονοπάτι χρησιµοποιώντας τη δοκιµασία χ2.
(α) και (β) ισχύει. Θα πρέπει να εκτιµήσετε αν τα
4.32 Η εµφάνιση κεράτων είναι φυλοεπηρεαζόµενο χαρακτηριστικό. Στα αρσενικά άτοµα, οι γονότυποι H/H και H/h εµφανίζουν κέρατα και ο γονότυπος h/h δεν εµφανίζει κέρατα. Στα θηλυκά άτοµα, µόνο ο γονότυπος H/H εµφανίζει κέρατα. Η
διασταύρωση είναι H/H W/W ♂ × h/h w/w ♀. Η γε-
νιά F1 είναι H/h W/w και τα αρσενικά άτοµα είναι
λευκά µε κέρατα, ενώ τα θηλυκά άτοµα είναι λευκά χωρίς κέρατα. Η διασταύρωση µεταξύ των ατόµων της γενιάς F1 δίνει την ακόλουθη γενιά F2:
Αρσενικά
Θηλυκά
3/16 H/H W/– λευκά µε κέρατα
λευκά µε κέρατα
6/16 H/h W/– λευκά µε κέρατα
λευκά χωρίς κέρατα
3/16 h/h W/–
λευκά χωρίς κέρατα λευκά χωρίς κέρατα
1/16 H/H w/w µαύρα µε κέρατα
µαύρα µε κέρατα
2/16 H/h w/w µαύρα µε κέρατα
µαύρα χωρίς κέρατα
1/16 h/h w/w
µαύρα χωρίς κέρατα µαύρα χωρίς κέρατα
11
12
Κεφάλαιο 5
Συνοπτικά, οι αναλογίες για τα αρσενικά άτο-
ένα αλληλόµορφο w. Εποµένως, ο αρσενικός γο-
µα είναι 9/16 λευκά µε κέρατα : 3/16 λευκά χωρίς
νέας και το θηλυκό ∆ είναι H/h W/w, το θηλυκό Α
κέρατα : 3/16 µαύρα µε κέρατα : 1/16 µαύρα χωρίς
είναι H/h w/w, το θηλυκό Β είναι H/h W/w ή h/h
κέρατα. Οι αναλογίες για τα θηλυκά άτοµα είναι
W/w και το θηλυκό Γ είναι H/H w/w.
4.35 γ.
3/16 λευκά µε κέρατα : 9/16 λευκά χωρίς κέρατα :
1/16 µαύρα µε κέρατα : 3/16 µαύρα χωρίς κέρατα.
4.34 Αρχικά, χρησιµοποιήστε τις πληροφορίες από
Κεφάλαιο 5 Ποσοτική γενετική
την Ερώτηση 4.32 για να προσδιορίσετε εν µέρει
5.1 α. Ο µέσος όρος του δείγµατος υπολογίζεται
τους γονοτύπους από τους φαινοτύπους:
αν διαιρεθεί το άθροισµα όλων των µεµονωµένων τιµών µε το πλήθος των τιµών αυτών. Ο µέ-
Άτοµο
Φαινότυπος
Εν µέρει προσδιορισµένος
φαινότυπος
Αρσενικός
γονέας
λευκό αρσενικό µε
κέρατα
H/– W/–
Θηλυκό Α
µαύρο θηλυκό
χωρίς κέρατα
–/h w/w
Απόγονος
θηλυκού Α
λευκό θηλυκό µε
κέρατα
H/H W/–
Θηλυκό Β
λευκό θηλυκό χωρίς
κέρατα
–/h W/–
Απόγονος
θηλυκού Β
µαύρο θηλυκό
χωρίς κέρατα
–/h w/w
Θηλυκό Γ
µαύρο θηλυκό µε
κέρατα
H/H w/w
Απόγονος
θηλυκού Γ
λευκό θηλυκό µε
κέρατα
H/H W/–
Θηλυκό ∆
λευκό θηλυκό χωρίς
κέρατα
–/h W/–
Απόγονος
θηλυκού ∆ #1
µαύρο αρσενικό
χωρίς κέρατα
H /h w/w
Απόγονος
θηλυκού ∆ #2
λευκό θηλυκό µε
κέρατα
H/H W/–
σος όρος του πλάτους κεφαλής είναι 25,21/8 =
3,15 cm και ο µέσος όρος του µήκους φτερούγας
είναι 281,7/8 = 35,21 cm.
Η τυπική απόκλιση ισούται µε την τετραγωνική ρίζα της διακύµανσης (s 2). Η διακύµανση υπολογίζεται αν διαιρεθεί το άθροισµα των τετραγωνισµένων διαφορών µεταξύ κάθε µέτρησης και
√
του µέσου όρου µε το συνολικό αριθµό των µετρήσεων µείον 1:
sπλάτος κεφαλής = √ s 2 =
=
√
1,70
7
sµήκος φτερούγας = √ s 2 =
=
√
Σ(xi – x )2
n–1
= √ 0,24 = 0,49 cm
√
Σ(xi – x )2
413,35
7
n–1
= √59,05 = 7,68 cm
β. Ο συντελεστής συσχέτισης (r ) υπολογίζεΣτη συνέχεια, συγκρίνετε τους απογόνους µε
ται από τη συνδιακύµανση (cov) δύο συνόλων δε-
τους γονείς τους. Εφόσον ο αρσενικός απόγο-
δοµένων. Αν το πλάτος κεφαλής είναι x και το
νος του προβάτου ∆ είναι h/h w/w, τότε και το
µήκος φτερούγας είναι y, τότε ο συντελεστής
θηλυκό ∆ και ο αρσενικός γονέας πρέπει να δια-
συσχέτισης ορίζεται ως:
θέτουν τουλάχιστον ένα υποτελές αλληλόµορφο
Σxiyi – nxy
κάθε γονιδίου. Εφόσον τα θηλυκά Α και ∆ έχουν
απογόνους H/H, καθένα από τα δύο θηλυκά πρέπει να διαθέτει ένα αλληλόµορφο H. Εφόσον το
θηλυκό Β έχει απόγονο w/w, πρέπει να διαθέτει
r=
covxy
sxsy
=
n–1
sxsy
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
Ο πρώτος παράγοντας (Σxiyi) υπολογίζεται
από το άθροισµα των γινοµένων των µετρήσεων
ρούµε να εφαρµόσουµε συγκεκριµένες στατιστι-
του πλάτους κεφαλής και του µήκους φτερούγας
α.
κές τεχνικές για την ανάλυσή τους.
για κάθε πάπια. Ο επόµενος παράγοντας είναι το
γινόµενο του πλήθους των ατόµων και των µέσων
όρων των δύο συνόλων µετρήσεων. Η διαφορά
των δύο αυτών παραγόντων διαιρείται µε (n – 1)
και στη συνέχεια διαιρείται µε τα γινόµενα των
τυπικών αποκλίσεων κάθε µέτρησης. Συνεπώς:
913,50 – 8 × 3,15 × 35,21
r=
7
0,49 × 7,68
=
3,74
Τα δεδοµένα φαίνεται να ακολουθούν κανονι-
= 0,99
3,76
κή κατανοµή και µπορούµε να υποθέσουµε ότι είναι αντιπροσωπευτικά των φαινοτυπικών δεδοµέ-
γ. Το πλάτος κεφαλής και το µήκος φτερού-
νων που θα βλέπαµε σε ένα ποσοτικό χαρακτηρι-
γας εµφανίζουν ισχυρή θετική συσχέτιση, σχε-
στικό. Πράγµατι, πρόκειται για 40 τιµές δείγµατος
δόν 1,0. Αυτό σηµαίνει ότι πάπιες µε µεγαλύτερα
που έχουν ληφθεί από µια κανονική κατανοµή µε
κεφάλια θα διαθέτουν σχεδόν πάντα µακρύτερες
µ = 50 και s 2 = 5.
φτερούγες και πάπιες µε µικρότερα κεφάλια θα
β.
διαθέτουν σχεδόν πάντα κοντύτερες φτερούγες.
5.2 Όταν διαθέτουµε ένα σύνολο δεδοµένων που
θέλουµε να αναλύσουµε, η καλύτερη αρχική προσέγγιση είναι να φτιάξουµε ένα γράφηµα. Μπορούµε να προσδιορίσουµε τις ελάχιστες και τις
µέγιστες τιµές και να κατασκευάσουµε ιστογράµµατα οµαδοποιώντας τα δεδοµένα και χρησιµοποιώντας διάφορες τιµές για το εύρος των οµάδων (π.χ. 1, 2, 5 κτλ.) ώστε να αποκτήσουµε αίσθηση της κατανοµής των δεδοµένων. Μερικά
Τα δεδοµένα φαίνεται να εµφανίζουν µια
από αυτά τα ιστογράµµατα απεικονίζονται στα
σαφή κορυφή στη µέση, χωρίς «ώµους» να την
γραφήµατα που παρουσιάζονται εδώ µαζί µε ση-
πλαισιώνουν, όπως απεικονίζεται στο γράφηµα
µειώσεις για την ερµηνεία και τις πηγές των δεδο-
(α). Θα µπορούσαµε να συµπεράνουµε ότι τα
µένων. Μια τελική επισήµανση είναι ότι, πολλές
συγκεκριµένα δεδοµένα δεν είναι αντιπροσω-
φορές, δεδοµένα από ένα συγκεκριµένο δείγµα
πευτικά ενός ποσοτικού χαρακτηριστικού. Πράγ-
δε φαίνεται να εµφανίζουν τη χαρακτηριστική για
µατι, τα δεδοµένα αφορούν 10 τιµές δείγµατος
τα ποσοτικά χαρακτηριστικά κατανοµή µε σχήµα
από µια κανονική κατανοµή µε µ = 20 και s 2 = 2
καµπάνας (κανονική κατανοµή), ενώ γνωρίζουµε
σε συνδυασµό µε 20 τιµές από µια κατανοµή µε
ότι το χαρακτηριστικό είναι ποσοτικό. Σε αυτή την
µ = 20 και s 2 =2 και 10 τιµές από µια κατανοµή
περίπτωση, συχνά υποθέτουµε ότι τα δεδοµένα
µε µ = 30 και s 2 = 2. Είναι αυτό που θα περιµέ-
εµφανίζουν κανονική κατανοµή και εποµένως µπο-
ναµε να δούµε στην περίπτωση ενός απλού µε-
13
14
Κεφάλαιο 5
ντελικού χαρακτηριστικού µε κάποια περιβαλλο-
προέρχεται αποκλειστικά από το περιβάλλον και
ντική διακύµανση.
δε θα είναι µεγαλύτερη από την ποικιλοµορφία
γ.
των γονικών στελεχών.
5.4 α. Αφού η διασταύρωση είναι AA BB × aa bb,
ο γονότυπος της γενιάς F1 θα είναι Aa Bb. Εφόσον τα κεφαλαία αλληλόµορφα καθορίζουν το
ύψος αθροιστικά και άτοµα µε τέσσερα κεφαλαία
αλληλόµορφα διαθέτουν ύψος 50 cm ενώ άτοµα
χωρίς κεφαλαία αλληλόµορφα διαθέτουν ύψος
30 cm, κάθε κεφαλαίο αλληλόµορφο φαίνεται ότι
συνεισφέρει (50 – 30)/4 = 5 cm στο ύψος µε βάση τα 30 cm. Τα άτοµα µε γονότυπο Aa Bb, δηλαδή µε δύο κεφαλαία αλληλόµορφα, θα πρέπει να
Τα δεδοµένα εµφανίζουν µια υψηλή κορυφή,
έχουν ενδιάµεσο ύψος 40 cm.
αλλά όχι το χαρακτηριστικό σχήµα µιας κανονι-
β. Οποιοδήποτε άτοµο µε δύο κεφαλαία αλλη-
κής κατανοµής. Μπορείτε να δείτε ότι η κορυφή
λόµορφα θα έχει ύψος 40 cm. Εποµένως, τα άτο-
δεν πλαισιώνεται από «ώµους» και ότι µειώνεται
µα Aa Bb, AA bb και aa BB θα έχουν ύψος 40 cm.
σταδιακά από την αριστερή πλευρά αλλά όχι από
τη δεξιά. Πράγµατι, τα δεδοµένα συµπεριλαµβά-
γ. Στην F2, το 1/16 των απογόνων είναι AA
bb, τα 4/16 Aa Bb και το 1/16 aa BB. Συνεπώς,
νουν 10 τιµές δείγµατος από µια κανονική κατα-
6/16 = 3/8 των απογόνων θα έχουν ύψος 40 cm.
νοµή µε µ = 25 και s = 5, 20 τιµές από µ = 42 και
δ. Προκειµένου να απαντήσουµε στην ερώτη-
s = 5 και 10 τιµές από µ = 55 και s = 5. Πρόκειται για κατανοµή που θα περιµέναµε να δούµε
από ένα χαρακτηριστικό που εµφανίζει απλή µεντελική κληρονοµικότητα µε ένα µικρό βαθµό
επικράτησης και µε σηµαντική περιβαλλοντική
διακύµανση.
5.3 Ο βαθµός φαινοτυπικής ποικιλοµορφίας σχετίζεται µε το βαθµό γενετικής ποικιλοµορφίας.
Εφόσον κάθε αµιγής γονέας είναι οµόζυγος για
τα γονίδια (όσα και να είναι) που ελέγχουν το µέγεθος, η ποικιλοµορφία που εµφανίζεται στα γονικά στελέχη οφείλεται αποκλειστικά στην επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων. Μια διασταύρωση µεταξύ δύο αµιγών στελεχών θα παράγει γενιά F1 η οποία θα είναι ετερόζυγη για
τους γενετικούς τόπους που ελέγχουν το χαρακτηριστικό του µεγέθους, αλλά γενετικά θα
υπάρχει όση οµοιογένεια υπάρχει σε καθέναν
από τους δύο γονείς. Εποµένως, η ποικιλοµορφία που θα περιµέναµε να δούµε στη γενιά F1
ση αυτή, θεωρήσαµε δεδοµένο ότι οι γενετικοί
2
2
2
τόποι Α και Β δρουν ανεξάρτητα και κάθε τόπος,
όπως και κάθε αλληλόµορφο, συµβάλλει ισόποσα στο φαινότυπο.
5.10 Το µεσογονάτιο διάστηµα εµφανίζει τα γνωρίσµατα ενός συνεχούς χαρακτηριστικού. Ένα
από τα γνωρίσµατα αυτά είναι ότι η γενιά F1 έχει
φαινότυπο ενδιάµεσο των δύο γονέων, ενώ η F2
επιδεικνύει ένα φάσµα φαινοτύπων που εκτείνεται στα φαινοτυπικά όρια των δύο γονέων και συµπεριλαµβάνει άτοµα µε όλα τα αρχικά γονικά
αλληλόµορφα.
5.13 Για να παρατηρηθεί υπερβατικός διαχωρισµός, θα πρέπει ο σχετικός φαινότυπος να ελέγχεται από περισσότερους από ένα γενετικούς
τόπους και τουλάχιστον ένας από τους γονείς να
φέρει σε έναν από αυτούς τους γενετικούς τόπους αλληλόµορφα µε «αντίθετη» επίδραση σε
σχέση µε αυτά των υπόλοιπων. Ας υποθέσουµε
ότι υπάρχουν έξι γενετικοί τόποι που επηρεά-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
ζουν το ύψος και ότι τα κεφαλαία αλληλόµορφα
λαία αλληλόµορφα). Τα υπόλοιπα θα είναι γκρι-
συνεισφέρουν αύξηση κατά 5 cm µε ύψος βάσης
ζωπά-καφέ. Αρχικά, υπολογίστε την πιθανότητα
το 1 µέτρο. Tότε, από µια διασταύρωση µεταξύ
ένας γαµέτης των ατόµων της F1 να φέρει 0, 1, 2
ενός ατόµου AA BB CC DD EE FF (160 cm) και
ή 3 κεφαλαία αλληλόµορφα. Στη συνέχεια, προσ-
ενός ατόµου aa bb cc dd ee ff (100 cm) τα άτοµα
διορίστε πώς από τον τυχαίο συνδυασµό των γα-
µε ακραίο φαινότυπο της γενιάς F2 θα είναι τόσο
µετών αυτών προκύπτουν οι φαινότυποι που µας
ψηλά ή τόσο κοντά όσο το ψηλό ή το κοντό άτο-
ενδιαφέρουν.
µο της πατρικής γενιάς αντίστοιχα. Αν όµως τα
Εφόσον ο γονέας είναι ετερόζυγος και για
άτοµα της πατρικής γενιάς έχουν γονότυπο AA
τους πέντε γενετικούς τόπους, η πιθανότητα να
BB CC DD EE ff (150 cm) και aa bb cc dd ee FF
(110 cm), στη γενιά F2 µπορεί να προκύψουν απόγονοι µε γονότυπο AA BB CC DD EE FF (160 cm)
και aa bb cc dd ee ff (100 cm), οι οποίοι είναι ψηλότεροι και κοντύτεροι από το ψηλό και το κοντό
άτοµο της πατρικής γενιάς αντίστοιχα. Σε αυτή
την περίπτωση, το ψηλότερο γονικό άτοµο σε
ένα γενετικό τόπο φέρει τα «κοντά» αλληλόµορφα και αντιστρόφως. ∆ηλαδή τα δύο άτοµα της
πατρικής γενιάς, σε ένα από τους γενετικούς τόπους που ελέγχουν το ύψος, φέρουν αλληλόµορφα µε «αντίθετη» επίδραση σε σχέση µε αυτά των υπόλοιπων γενετικών τόπων.
Μια πιο ακραία περίπτωση αφορά όµοιους γονείς, των οποίων οι απόγονοι της γενιάς F2 διαφοροποιούνται από τον κοινό φαινότυπό τους.
Φανταστείτε, για παράδειγµα, µια διασταύρωση
ενός ατόµου AA BB CC dd ee ff (130 cm) µε ένα
άτοµο aa bb cc DD EE FF (130 cm). Οι απόγονοί
τους στη γενιά F1 θα έχουν πάλι ύψος 130 cm
(Aa Bb Cc Dd Ee Ff ), αλλά στη γενιά F2 θα υπάρχουν άτοµα µε ύψος από 160 cm (AA BB CC DD
EE FF ) ως 100 cm (aa bb cc dd ee ff )!
5.14 Τα άτοµα της γενιάς F1 έχουν γονότυπο Aa
Bb Cc Dd Ee και άρα είναι γκριζωπά-καφέ. Οι
φαινότυποι των ατόµων της γενιάς F2 εξαρτώνται από τον αριθµό των κεφαλαίων αλληλοµόρφων που φέρουν. Ο ευκολότερος τρόπος να συνεχίσουµε είναι να προσπαθήσουµε να προσδιορίσουµε τη συχνότητα εµφάνισης ατόµων της F2
µε ανοιχτό καφέ χρώµα (2 ή 3 κεφαλαία αλληλόµορφα) και µε ανοιχτό µπλε χρώµα (0 ή 1 κεφα-
υπάρχει ένα καθορισµένο σύνολο πέντε αλληλοµόρφων σε ένα γαµέτη είναι (1/2)5. Η πιθανότητα
να υπάρχει ένας συγκεκριµένος αριθµός κεφαλαίων αλληλοµόρφων ισούται µε τον αριθµό των
τρόπων µε τους οποίους ο αριθµός αυτός των
αλληλοµόρφων µπορεί να σχηµατιστεί επί (1/2)5.
Υπάρχει ένας τρόπος να αποκτηθούν 0 κεφαλαία
αλληλόµορφα, πέντε τρόποι να αποκτηθεί ένα
κεφαλαίο αλληλόµορφο, δέκα τρόποι να αποκτηθούν δύο κεφαλαία αλληλόµορφα και δέκα τρόποι να αποκτηθούν τρία κεφαλαία αλληλόµορφα.
Με βάση αυτές τις πληροφορίες, µπορούµε να
κατασκευάσουµε έναν πίνακα (βλ. επόµενη σελίδα) στον οποίο θα υπολογίζεται η συχνότητα µε
την οποία προκύπτουν οι κατηγορίες των απογόνων που µας ενδιαφέρουν.
Η συχνότητα µε την οποία θα εµφανίζονται
στη γενιά F2 άτοµα µε ανοιχτό µπλε χρώµα είναι
11 × (1/2)10 = 11/1.024, ενώ η συχνότητα µε την
οποία θα εµφανίζονται στη γενιά F2 άτοµα µε
ανοιχτό καφέ χρώµα είναι 165 × (1/2)10 =
165/1.024. Εποµένως, η συχνότητα µε την οποία
θα εµφανίζονται στη γενιά F2 άτοµα µε γκριζωπό-
καφέ χρώµα είναι [1 – (176 × (1/2)10)] = 848/1.024.
Υπάρχει άλλη µία µέθοδος για να λυθεί αυτό
το πρόβληµα: Χρησιµοποιήστε τους συντελεστές
του διωνυµικού αναπτύγµατος ώστε να προσδιορίσετε τα ποσοστά των απογόνων µε διαφορετικούς αριθµούς κεφαλαίων και πεζών αλληλοµόρφων. Ας ορίσουµε n = συνολικός αριθµός αλληλοµόρφων, s = αριθµός κεφαλαίων αλληλοµόρφων, t = αριθµός πεζών αλληλοµόρφων, a = πιθα-
15
16
Κεφάλαιο 5
Γαµέτης F1 #1
Κεφαλαία
αλληλόµορφα
Γαµέτης F1 #2
Κλάσµα
γαµετών
Κεφαλαία
αλληλόµορφα
Άτοµα της F2
Κλάσµα
γαµετών
Κλάσµα ατόµων της F2
Φαινότυπος
0
(1/2)10
ανοιχτό µπλε
ανοιχτό µπλε
0
(1/2)5
0
(1/2)5
0
(1/2)
1
5(1/2)
1
5(1/2)
10
1
5(1/2)
0
(1/2)
1
5(1/2)
10
ανοιχτό µπλε
0
(1/2)
2
10(1/2)
2
10(1/2)
10
ανοιχτό καφέ
1
5(1/2)
1
5(1/2)
2
25(1/2)
10
ανοιχτό καφέ
2
10(1/2)
0
(1/2)
2
10(1/2)
10
ανοιχτό καφέ
0
(1/2)
3
10(1/2)
3
10(1/2)
10
ανοιχτό καφέ
1
5(1/2)
ανοιχτό καφέ
2
3
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
2
10(1/2)
3
50(1/2)
10
10(1/2)
5
1
5(1/2)
3
50(1/2)
10
ανοιχτό καφέ
10(1/2)
5
0
(1/2)
3
10(1/2)
10
ανοιχτό καφέ
5
5
5
5
νότητα απόκτησης κεφαλαίου αλληλοµόρφου,
}
}
b = πιθανότητα απόκτησης πεζού αλληλοµόρφου
και x! = (x)(x – 1)(x – 2) … (1), µε 0! = 1. Τότε η
πιθανότητα p να παραχθούν απόγονοι µε έναν
καθορισµένο αριθµό από κάθε τύπο αλληλοµόρφου υπολογίζεται σύµφωνα µε τα παρακάτω:
p (s, t ) =
n!
s!t !
p (0, 10) =
p (1, 9) =
p (2, 8) =
p (3, 7) =
1–
Κεφαλαία
αλληλόµορφα
10!
ab
s
t
( )( )
( )( )
( )( )
( )( )
0
1
0!10! 2
10!
1!9!
10!
2!8!
10!
3!7!
11 + 165
1.024
1
2
1
2
1
2
=
1
2
1
1
2
848
1.024
=
8
2
3
=
9
2
2
1
1
10
=
7
=
1
1.024
10
αυξάνουν τον κίνδυνο για την εµφάνιση AD και
κάποια από αυτά φαίνεται ότι ενεργούν µε αθροιστικό τρόπο. Εποµένως, στην εκδήλωση της νόσου θα µπορούσε να συνεισφέρει ένα σύνολο
διαφορετικών γονιδίων, µε κάποια από αυτά να
συνεισφέρουν περισσότερο από άλλα. Αυτό παραπέµπει σε πολυγονιδιακή κληρονοµικότητα, µε
τα αλληλόµορφα πολλαπλών γονιδίων να συνεισφέρουν στο φαινότυπο µε αθροιστικό τρόπο.
β. Παρά τη συνεισφορά γενετικών παραγό-
11 ανοιχτό
1.024 µπλε
ντων, είναι πιθανό να ενέχονται και περιβαλλοντικοί παράγοντες στην εκδήλωση της νόσου. Ενδεχοµένως λοιπόν η εµφάνιση της νόσου σε ένα µό-
1.024
νο από τα δίδυµα να οφείλεται σε διαφορές όσον
45
αφορά την έκθεσή τους σε έναν ή περισσότερους
1.024
120
11
επιβαρυντικούς παράγοντες του περιβάλλοντος.
ανοιχτό
1.024 καφέ
1.024
γκριζωπό-καφέ
5.18 Οι αρουραίοι SHR αντιδρούν στο αλάτι εµφανίζοντας υπέρταση. Εφόσον το στέλεχος είναι ενδογαµικό, οποιαδήποτε ποικιλοµορφία της
αρτηριακής πίεσης θα οφείλεται στο βαθµό της
έκθεσης στο αλάτι και όχι σε γενετική ποικιλοµορφία. Εποµένως, η κληρονοµησιµότητα για το
συγκεκριµένο πληθυσµό θα είναι µηδενική. (Για
5.15 α. Από τα δεδοµένα του προβλήµατος, φαί-
τον ίδιο λόγο, στους επίσης ενδογαµικούς αρου-
νεται ότι κάποιο ποσοστό των περιπτώσεων της
ραίους TIS που δεν είναι ευαίσθητοι στο αλάτι
AD µπορεί να αποδοθεί σε γενετικούς παράγο-
και διατηρούν χαµηλή αρτηριακή πίεση, η κληρο-
ντες. Έχουν εντοπιστεί πολλαπλά γονίδια που
νοµησιµότητα θα είναι επίσης µηδενική.)
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
5.20 α. Η κληρονοµησιµότητα στενής έννοιας
µε 13,0 – 9,7 = 3,3 cm. Η κληρονοµησιµότητα στε-
του αριθµού των σηµείων τριών ακτίνων θα ισού-
νής έννοιας HN2 ισούται µε R/S = 3,3/4,6 = 0,72.
ται µε την κλίση, b, της ευθείας παλινδρόµησης
5.26 Η απόκριση στην επιλογή εξαρτάται (α) από
που προκύπτει από τη συσχέτιση του µέσου
τη φαινοτυπική ποικιλοµορφία πάνω στην οποία
όρου του φαινοτύπου των απογόνων µε τη µέση
η επιλογή µπορεί να δράσει και (β) από την κλη-
γονική τιµή.
ρονοµησιµότητα στενής έννοιας: αν αυτή είναι
υψηλή, τα επιλεγµένα άτοµα παράγουν απογό-
Σxiyi – nxy
b=
covxy
sxsy
=
n–1
Σ(xi – x )2
νους οι οποίοι µοιάζουν πολύ µε αυτά. Η κληρο=
νοµησιµότητα στενής έννοιας για καθένα από τα
Σxiyi – nxy
χαρακτηριστικά είναι VA/VP: 0,165 για το µήκος
του σώµατος, 0,061 για τον αριθµό των τριχών
Σ(xi – x )2
στις κεραίες και 0,144 για τον αριθµό των παρα-
n–1
γόµενων αυγών. Η µεγαλύτερη φαινοτυπική ποιΣτο συγκεκριµένο σύνολο δεδοµένων, x είναι
κιλοµορφία εµφανίζεται επίσης στο µήκος του
η µέση γονική τιµή των σηµείων τριών ακτίνων
σώµατος. Εποµένως, το µήκος του σώµατος θα
στους γονείς και y είναι ο µέσος όρος του αριθ-
αποκριθεί περισσότερο στην επιλογή και ο αριθ-
µού των σηµείων τριών ακτίνων στους απογό-
µός των τριχών στις κεραίες θα αποκριθεί λιγό-
νους. Χρησιµοποιώντας έναν υπολογιστή ή ένα
τερο στην επιλογή.
στατιστικό πρόγραµµα, µπορείτε να βρείτε τα
5.27 Υποθέστε ότι το βάρος του καρπού και ο
ακόλουθα:
αριθµός των ηµερών ως την πρώτη ανθοφορία
επηρεάζονται από πολλαπλούς γενετικούς τό-
Σxi = 111, x = 11,1
Σyi = 108,5, y = 10,85
Σ(xi – x )2 = 51,4
Σxiyi = 1.257,5
b=
1257,5 – 10 × 11,1 × 10,85
51,4
πους µε ίση συνεισφορά. Για να ανακτήσετε τον
καλλιεργήσιµο φαινότυπο από την επιλογή µετά
τη διασταύρωση της καλλιεργήσιµης ποικιλίας
µε την άγρια, θα πρέπει να βρείτε τη διασταύρω=
53,15
ση στην οποία το µεγαλύτερο µέρος της φαινοτυπικής ποικιλοµορφίας οφείλεται σε αθροιστι-
= 1,04
51,4
κές επιδράσεις. Ένας γρήγορος τρόπος για να
το εξακριβώσετε είναι να εξετάσετε το φαινότυ-
β. Η κλίση 1,04 υποδεικνύει ότι ουσιαστικά
όλη η φαινοτυπική ποικιλοµορφία που παρατηρείται οφείλεται σε γονίδια µε αθροιστικές επιδράσεις. Προσέξτε ότι η εκτίµηση για την τιµή h
2
πο της γενιάς F1: Αν η εµφάνιση µεγαλύτερης
ποικιλοµορφίας οφείλεται σε αθροιστικές επιδράσεις, ο φαινότυπος της γενιάς F1 θα είναι
ενδιάµεσος των δύο γονέων. Αν ο φαινότυπος
υποδεικνύει ότι οι µέθοδοι για την εκτίµηση της
της γενιάς F1 είναι πιο κοντά στον ένα ή στον
άλλο γονέα, µπορεί να είναι ένδειξη ότι ο συ-
κληρονοµησιµότητας στενής έννοιας µπορεί να
γκεκριµένος γονέας κρύβει κάποια ποσότητα µη
οδηγήσουν σε υπερεκτίµηση της αθροιστικής γε-
αθροιστικής ποικιλοµορφίας. Χρησιµοποιώντας
νετικής ποικιλοµορφίας µεταξύ των ατόµων ενός
αυτό το κριτήριο και για τα δύο χαρακτηριστικά,
πληθυσµού.
οι διασταυρώσεις 2 και 4 φαίνεται ότι είναι οι κα-
5.22 Το διαφορικό επιλογής (S ) ισούται µε 14,3 –
λύτερες επιλογές για να ξεκινήσετε το πρόγραµ-
9,7 = 4,6 cm. Η απόκριση στην επιλογή (R ) ισούται
µα βελτίωσης.
είναι µεγαλύτερη από τη µονάδα, γεγονός που
17
18
Κεφάλαιο 6
Γαµέτες vg+ m/vg m+ ♂
Κεφάλαιο 6 Χαρτογράφηση γονιδίων στους ευκαρυωτικούς οργανισµούς
vg+ m
(γονικοί)
6.2 Αν στα δεδοµένα αυτά εφαρµόσουµε τη δοκιµασία χ2 σύµφωνα µε την υπόθεση του ανεξάρτητου συνδυασµού, υπολογίζουµε ότι χ2 =
16,1 και Ρ < 0,01. Η πιθανότητα δηλαδή να παρατηρηθεί τυχαία αυτή η απόκλιση από τις αναµενόµενες τιµές είναι < 1%. Μπορεί να φαίνεται
λογικό αρχικά να υποθέσουµε ότι τα δύο γονίδια είναι συνδεδεµένα, αυτό όµως δεν είναι
σύµφωνο µε το γεγονός ότι οι κατηγορίες µε το
Γαµέτες
vg+ m/vg
m+ ♀
µικρότερο αριθµό ατόµων δεν είναι αµοιβαίες
(και οι δύο φέρουν το γονότυπο a/a). Αν εξετά-
vg m+
(γονικοί)
vg+ m
(γονικοί)
vg+ m/ vg+ m vg+ m/ vg m+
καστανοκόκ- άγριου τύκινο
που
vg m+
(γονικοί)
vg m+/vg+ m
άγριου τύπου
vg m+/vg m+
ατροφικά
vg+ m+
(ανασυνδυασµένοι)
vg+ m+/vg+ m vg+ m+/vg m+
άγριου τύάγριου τύπου
που
vg m
(ανασυνδυασµένοι)
vg m/vg+ m
καστανοκόκκινο
σουµε το διαχωρισµό σε κάθε γενετικό τόπο,
παρατηρούµε ότι η αναλογία Β/– : b/b είναι περίπου 1:1 (203:197), όχι όµως και η αναλογία Α/– :
a/a (240:160). Η µεγάλη αυτή απόκλιση οφείλεται στο µειωµένο αριθµό ατόµων a/a. Η µείωση
αυτή θα πρέπει να επιβεβαιωθεί µε άλλες διασταυρώσεις για τον έλεγχο διαχωρισµού στο
γενετικό τόπο Α/a. Στο καλαµπόκι ενδέχεται να
προκύψουν περαιτέρω στοιχεία, για παράδειγµα
µπορεί να βρεθεί µια κατηγορία σπόρων που δε
βλασταίνουν ή φυτών που πεθαίνουν πριν αναπτυχθούν.
6.5 Αν το γονίδιο m ήταν συνδεδεµένο µε το Χ, η
γονική διασταύρωση θα γραφόταν Xm/Xm vg +/vg + ♀
× Xm +/Y vg/vg ♂. Τα αρσενικά άτοµα της F1 θα
ήταν Xm/Y vg +/vg, εποµένως θα είχαν καστανοκόκκινα µάτια. Εφόσον όλα τα άτοµα της F1 που
παρατηρούµε είναι άγριου τύπου, το m δεν µπορεί να είναι συνδεδεµένο µε το Χ. Αν τα vg και m
ήταν συνδεδεµένα, οι διασταυρώσεις θα γράφονταν vg + m/vg + m ♀ × vg m +/vg m + ♂. Θα προέκυπτε έτσι η γενιά F1 µε άτοµα vg + m/vg m +, τα
οποία θα είχαν όλα φαινότυπο άγριου τύπου. Οι
απόγονοι της διασταύρωσης F1 × F1 παρουσιάζονται στο παρακάτω διάγραµµα, λαµβάνοντας
υπόψη ότι στην Drosophila ανασυνδυασµός µπορεί να εµφανιστεί σε γαµέτες θηλυκών ατόµων,
όχι όµως και σε γαµέτες αρσενικών ατόµων:
vg m/vg m+
ατροφικά
Στα αρσενικά άτοµα δε συµβαίνει ανασυνδυασµός, εποµένως είναι αδύνατον να προκύψει
άτοµο vg m/vg m από τη διασταύρωση αυτή.
Εφόσον βρέθηκε ένα διπλά µεταλλαγµένο άτοµο στους απογόνους της F2, δεν είναι δυνατόν
τα γονίδια να είναι συνδεδεµένα. Η εύρεση ενός
διπλά µεταλλαγµένου ατόµου είναι επαρκής ένδειξη για να συµπεράνουµε ότι τα γονίδια συνδυάζονται ανεξάρτητα, αφού µόνο έτσι µπορούν
να προκύψουν γαµέτες vg m και από τους δύο
γονείς. Εφόσον το m δε βρίσκεται ούτε στο
χρωµόσωµα Χ ούτε στο χρωµόσωµα 2, θα πρέπει να εδράζεται σε ένα από τα χρωµοσώµατα 3
και 4.
6.6 Οι πολλαπλοί διασκελισµοί που συµβαίνουν
σε µια περιοχή η οποία ορίζεται από γενετικούς
δείκτες που βρίσκονται σε µεγάλη απόσταση µεταξύ τους οδηγούν σε υψηλές συχνότητες ανασυνδυασµού, µε αποτέλεσµα να αποτελούν λιγότερο ακριβείς εκτιµήσεις της χαρτογραφικής απόστασης απ’ ό,τι οι χαµηλές συχνότητες ανασυνδυασµού σε γειτονικές θέσεις (περιοχές στις
οποίες οι δείκτες βρίσκονται κοντά ο ένας στον
άλλο). Η κατασκευή του χάρτη θα πρέπει λοιπόν
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
να γίνει ξεκινώντας από τις µικρότερες συχνότη-
τον κανόνα του γινοµένου και πολλαπλασιάστε µε-
τες ανασυνδυασµού προς τις µεγαλύτερες.
ταξύ τους τις πιθανότητες να κληρονοµήσει ένας
απόγονος το συγκεκριµένο αλληλόµορφο από κάθε χρωµόσωµα.
α. Ρ(A B C D E F ) = 0,40 × 0,45 × 0,35 =
Εξαιτίας των πολλαπλών διασκελισµών, οι
συχνότητες ανασυνδυασµού ανάµεσα στους γενετικούς τόπους δεν είναι ακριβώς αθροιστικές.
Αν και η συχνότητα ανασυνδυασµού δεν ξεπερνά το 50%, οι χαρτογραφικές αποστάσεις µπορεί
να υπερβαίνουν τις 50 µονάδες. Η απόσταση µεταξύ των c και b είναι 66 χαρτογραφικές µονάδες
(= 7 + 8 + 38 + 13), αν και τα c και b εµφανίζουν
0,063 ή 6,3%.
β. Ρ(Α Β C d e f ) = 0,40 × 0,05 × 0,35 =
0,007 ή 0,7%.
γ. Ρ(Α b c D E f ) = 0,10 × 0,05 × 0,15 =
0,00075 ή 0,075%.
δ. Ρ(a B C d e f ) = 0,10 × 0,05 × 0,35 =
0,00175 ή 0,175%.
ε. Ρ(a b c D e F ) = 0,40 × 0,05 × 0,15 =
ανασυνδυασµό σε ποσοστό 50%.
0,003 ή 0,3%.
6.10 Σε αυτή τη διασταύρωση ελέγχου, οι γονότυ-
6.15 Στην περίπτωση των γενετικών τόπων D/d
ποι των γαµετών του διυβριδίου καθορίζουν τους
και P/p, υπάρχουν 95% γονικού τύπου και 5%
φαινοτύπους των απογόνων. Ο γονέας a b /a b
ανασυνδυασµένοι απόγονοι. Ο γενετικός τόπος
παράγει γαµέτες γονικού τύπου (a b , a b) σε πο-
Η/h συνδυάζεται ανεξάρτητα.
α. 47,5% για καθέναν από τους D P h και d
p h, 2,5% για καθέναν από τους D p h και d P h.
β. 23,75% για καθέναν από τους d P H, d P
h, D p H και D p h, 1,25% για καθέναν από τους D
P H, D P h, d p H και d p h.
6.19 Σε όλες τις περιπτώσεις, οι φαινότυποι που
πρoέρχονται από διπλό διασκελισµό θα έχουν τη
χαµηλότερη συχνότητα.
α. F m W, f M w.
β. M f W, m F w.
γ. F w M, f W m.
6.21. α. Οι διασταυρώσεις είναι (η σωστή σειρά των
γενετικών τόπων δεν έχει προσδιοριστεί ακόµη):
P: + + dp/ + + dp ♀ × b hk +/ b hk + ♂
F1 (διασταύρωση ελέγχου): + + dp/ b hk + ♀ ×
b hk dp/ b hk dp ♂
Φτιάξτε έναν πίνακα µε τα δεδοµένα στον
οποίο να συµπεριλαµβάνονται οι κατηγορίες γονικών γονοτύπων και οι κατηγορίες γονοτύπων
που προέκυψαν από απλό διασκελισµό (SCO) ή
από διπλό διασκελισµό (DCO), οι οποίες προσδιορίζονται µε βάση τη συχνότητα των αντίστοιχων φαινοτύπων:
+
+
+
+
σοστό 90% και ανασυνδυασµένους γαµέτες (a b,
a + b +) σε ποσοστό 10%. Εποµένως, οι απόγονοί του
θα είναι 45% a b +, 45% a +b, 5% a b και 5% a + b +.
6.11 Η απόσταση µεταξύ των γονιδίων είναι 7 mu,
οπότε το θηλυκό άτοµο παράγει ανασυνδυασµένους γαµέτες σε ποσοστό 7% (3,5% γαµέτες a b
και 3,5% a + b +) και γονικούς γαµέτες σε ποσοστό
93% (46,5% a + b και 46,5% a b +). Το αρσενικό
άτοµο άγριου τύπου παράγει είτε γαµέτες a + b +
είτε γαµέτες Υ.
α. Ρ = 0,035 (a + b +) + 0,465 (a b +) = 0,50.
β. Ρ = 1, καθώς όλοι οι θηλυκοί απόγονοι
λαµβάνουν το χρωµόσωµα Χ του πατέρα, το οποίο
φέρει τα a + b +.
6.14 Υπολογίστε τη συχνότητα ανασυνδυασµού
ανάµεσα στα δύο γονίδια από τη χαρτογραφική
απόσταση µεταξύ τους. Για παράδειγµα, τα a και
b απέχουν 20 mu, οπότε οι γαµέτες ενός ατόµου
µε γονότυπο Α Β/a b θα είναι ανασυνδυασµένοι
σε ποσοστό 20% (10% A b και 10% a B ) και γονικού τύπου σε ποσοστό 80% (40% Α Β και 40% a
b). Στη συνέχεια, επειδή κάθε ζεύγος χρωµοσωµάτων διαχωρίζεται ανεξάρτητα, χρησιµοποιήστε
19
20
Κεφάλαιο 6
Φαινότυπος
Γονότυπος
γαµέτη Αριθµός Κατηγορία
δεν επιζούν λόγω του αλληλοµόρφου l και το χρωµόσωµα που φέρει το l διαιωνίζεται µόνο από τους
εγκολπωµένα
+ + dp
305
γονικός
µαύρο, καψαλισµένες
b hk +
301
γονικός
καψαλισµένες,
εγκολπωµένα, µαύρο
b hk dp
171
SCO
άγριου τύπου
+ + +
169
SCO
εγκολπωµένα, καψαλισµένες
+ hk dp
21
SCO
µαύρο
b + +
19
SCO
προσωπεύει µία από τις δύο αµοιβαίες κατηγορίες
καψαλισµένες
+ hk +
8
DCO
απογόνων (δηλαδή µόνο αυτές τις κατηγορίες βιώ-
εγκολπωµένα, µαύρο
b + dp
6
DCO
σιµων απογόνων) αυτής της διασταύρωσης τριών
θηλυκούς απογόνους, στους οποίους η δράση του
καλύπτεται από το επικρατές αλληλόµορφο άγριου
τύπου. Στην περίπτωση που εξετάζουµε, οι µισοί
αρσενικοί απόγονοι δεν επιζούν λόγω του αλληλοµόρφου l. Έτσι, καθεµία από τις τέσσερις κατηγορίες που παρατηρούνται στα αρσενικά άτοµα αντι-
σηµείων. Οι κατηγορίες που δεν παρατηρούνται φέΣυγκρίνετε τις κατηγορίες DCO µε τις γονικές
ρουν το αλληλόµορφο l. Φτιάξτε έναν πίνακα ταξι-
για να προσδιορίσετε τη σωστή σειρά των γονι-
νοµώντας τα δεδοµένα των αρσενικών απογόνων
δίων: το b βρίσκεται στη µέση. Ξαναγράψτε το
σε γονικές κατηγορίες, κατηγορίες απλού διασκελι-
τριυβρίδιο F1 χρησιµοποιώντας τη σωστή σειρά
µεταξύ των γονιδίων (dp + +/+ b hk) και προσδιο-
σµού (SCO) και κατηγορίες διπλού διασκελισµού
(DCO) (διακρίνονται από τη συχνότητά τους), συ-
ρίστε ποια άτοµα των κατηγοριών SCO προέρχο-
µπεριλαµβάνοντας και τον τρίτο (l /+) γενετικό τόπο:
νται από ανασυνδυασµό που έγινε σε κάθε διάστηµα: στα dp b hk και + + + ο µονός ανασυν-
Γονότυπος γαµέτη
Αριθµός
Κατηγορία
δυασµός συνέβη ανάµεσα στα dp και b, ενώ στα
a ++
405
γονικός
dp + hk και + b + συνέβη ανάµεσα στα b και hk.
Υπολογίστε τις συχνότητες ανασυνδυασµού (RF):
RF(dp – b) = [(171 + 169 + 6 + 8)/1.000] ×
100% = 35,4%
RF(b – hk) = [(21 + 19 + 6 + 8)/1.000] × 100%
= 5,4%
Οι χαρτογραφικές αποστάσεις είναι: dp – b
35,4 mu, b – hk 5,4 mu, dp – hk 40,8 mu.
β. Παρεµβολή = 1 – συντελεστής σύµπτωσης
= 1 – συχνότητα παρατηρούµενων DCO/συχνότητα αναµενόµενων DCO
= 1 – (14/1.000)/0,354 × 0,054)
= 1 – 0,73 = 0,27
6.25 Ξεκινήστε εξετάζοντας µια πιο απλή διασταύρωση µεταξύ ενός θηλυκού ετερόζυγου ως προς
ένα θνησιγόνο γονίδιο (l ) το οποίο είναι συνδεδεµένο µε το χρωµόσωµα Χ και ενός φυσιολογικού
αρσενικού ατόµου: Ρ: l /+ ♀ × +/Y ♂, F1: +/Y ♂, l /Y ♂
(πεθαίνει), l /+ ♀, +/+ ♀. Οι µισοί αρσενικοί απόγονοι
+b+
44
SCO
+++
48
SCO
a b+
2
DCO
Η σύγκριση των γονικών κατηγοριών µε τις κατηγορίες DCO δείχνει ότι η σωστή σειρά είναι a – b – l.
Εφόσον ένα από τα γονικά χρωµοσώµατα είναι
a + +, το άλλο θα πρέπει να είναι το αµοιβαίο + b l.
Αυτό σηµαίνει ότι το ετερόζυγο θηλυκό άτοµο
ήταν a + +/+ b l. Οι 44 απόγονοι + b + προέκυψαν
από απλό διασκελισµό ανάµεσα στα b και l, οι 48
απόγονοι + + + από απλό διασκελισµό ανάµεσα
στα a και b και οι 2 απόγονοι a b + από διπλό διασκελισµό (ταυτόχρονους απλούς διασκελισµούς
στις δύο διαγονιδιακές περιοχές). Σε κάθε κατηγορία, οι απόγονοι αντιστοιχούν στο ήµισυ των συνολικών διασκελισµών, καθώς µόνο ένα από τα δύο
αµοιβαία γεγονότα σε κάθε κατηγορία δίνει βιώσιµους απογόνους. Με δεδοµένο λοιπόν ότι οι µισοί
απόγονοι σε κάθε κατηγορία πεθαίνουν, χρησιµοποιήστε τους παραπάνω αριθµούς για να υπολογί-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
σετε τις συχνότητες ανασυνδυασµού (RF) και να
σουµε τη συχνότητά τους, θα πρέπει να λάβουµε
φτιάξετε το σχετικό γενετικό χάρτη:
υπόψη τους διπλούς διασκελισµούς, δηλαδή
RF(a – b ) = [(48 + 2)/499] × 100% = 10%
τους διασκελισµούς που συµβαίνουν ταυτόχρονα
RF(b – l ) = [(44 + 2)/499] × 100% = 9,2%
και στα δύο διαστήµατα. Η συχνότητα των
απλών διασκελισµών σε κάθε διάστηµα ισούται
µε τη διαφορά µεταξύ της συχνότητας διασκελισµών στο διάστηµα αυτό (που υπολογίζεται µε
6.26 Εφόσον ο αρσενικός γονέας είναι τριπλά
βάση τη χαρτογραφική απόσταση) και της συ-
υποτελής, οι φαινότυποι τόσο των αρσενικών όσο
χνότητας των διπλών διασκελισµών. Μεταξύ των
και των θηλυκών απογόνων καθορίζονται από τους
a και c η συχνότητα απλών διασκελισµών θα είναι 14% – 0,5% = 13,5% (6,75% για καθένα από
τα a c +, + + b) και 12% – 0,5% = 11,5% ανάµεσα
στα c και b (5,75% για καθένα από τα a + +, + c b).
Οι υπόλοιποι απόγονοι [100% – (13,5% +
11,5% + 0,5%) = 74,5%] θα είναι οι γονικοί τύποι
(37,25% για καθένα από τα a + b,+ c +). Εποµένως, οι τύποι των απογόνων είναι:
γαµέτες του θηλυκού. Οι χαρτογραφικές αποστάσεις ανάµεσα στους γενετικούς τόπους µάς δίνουν τη συχνότητα ανασυνδυασµού (δηλαδή διασκελισµών) σε κάθε διάστηµα µεταξύ των γονιδίων. Το ποσοστό ανασυνδυασµένων ατόµων για
το διάστηµα a – c είναι 14% (7% για καθένα από
τα a c, + +) και για το διάστηµα c – b είναι 12% (6%
για καθένα από τα + +, c b). Αυτοί οι ανασυνδυασµοί κατανέµονται στις κατηγορίες τόσο των
απλών όσο και των διπλών διασκελισµών.
Γονότυπος
Ποσοστό
Αριθµός
a+b
37,25
745
Ο συντελεστής σύµπτωσης δίνει το ποσοστό
+c+
37,25
745
των αναµενόµενων διπλών διασκελισµών που πα-
a c+
6,75
135
ρατηρούνται. Η αναµενόµενη συχνότητα διπλού
διασκελισµού είναι (0,12 × 0,14) × 100% = 1,68%.
++b
6,75
135
a ++
5,75
115
Αφού ο συντελεστής σύµπτωσης είναι 0,3, παρα-
+ cb
5,75
115
τηρείται µόνο το 30% των αναµενόµενων διπλών
Acb
0,25
5
+++
0,25
5
διασκελισµών, δηλαδή το 1,68% × 0,30 = 0,50%
(0,25% για καθένα από τα a c b και + + +).
6.29 α. Εξετάστε δύο γονίδια κάθε φορά (βλ. πί-
Οι υπόλοιποι ανασυνδυασµένοι απόγονοι προέρχονται από απλό διασκελισµό. Για να υπολογί-
νακα που ακολουθεί):
Γονιδιακό ζεύγος
Γονικοί απόγονοι
Ανασυνδυασµένοι
απόγονοι
Συχνότητα
ανασυνδυασµού
Συνδεδεµένα;
a, b
a, c
a, d
a, e
b, c
b, d
b, e
c, d
c, e
d, e
902
973
957
497
875
945
497
930
498
496
98
27
43
503
125
55
503
70
502
504
9,8
2,7
4,3
50,0
12,5
5,5
50,0
7,0
50,0
50,0
ναι
ναι
ναι
όχι
ναι
ναι
όχι
ναι
όχι
όχι
21
22
Κεφάλαιο 6
Τα γονίδια a, b, c και d είναι συνδεδεµένα,
φέρεται στην ερώτηση, και την υπόθεση της δοκι-
επειδή οι συχνότητες ανασυνδυασµού µεταξύ τους
µασίας χ2, ότι το καστανό χρώµα τριχώµατος και
είναι µικρότερες του 50%. Το γονίδιο e δεν είναι
η ανώτερη κλάση δε σχετίζονται µεταξύ τους.
συνδεδεµένο µε τα άλλα τέσσερα γονίδια – είτε
Από την αρχική υπόθεση ότι δεν υπάρχει κα-
βρίσκεται σε διαφορετικό χρωµόσωµα είτε στο
µία σχέση ανάµεσα στην ανώτερη κλάση και το
καστανό χρώµα τριχώµατος, η πιθανότητα ένας
απόγονος του Sharpen Up να είναι άλογο ανώτερης κλάσης είναι οµοιόµορφη σε σχέση µε το
χρώµα του τριχώµατός του. Προέκυψαν 83 άλογα ανώτερης κλάσης από ένα σύνολο 367 + 260
= 627 απογόνων. Η πιθανότητα, εποµένως, κάποιος απόγονος του Sharpen Up να είναι άλογο
ανώτερης κλάσης ανεξάρτητα από το χρώµα του
τριχώµατός του είναι 83/627 = 13,24%. Κατά τη
δοκιµασία χ2 συγκρίνουµε τον αναµενόµενο µε
τον παρατηρούµενο αριθµό καστανών και κοκκινωπών αλόγων ανώτερης κλάσης.
Παραδοχή Ι: Ο Sharpen Up ζευγάρωσε µε
ίση συχνότητα µε φοράδες οµόζυγες για
το κοκκινωπό χρώµα, ετερόζυγες για το
κοκκινωπό/καστανό και οµόζυγες για το
καστανό. Το καστανό χρώµα είναι υποτελές σε σχέση µε το κοκκινωπό. Ας συµβολίσουµε λοιπόν το καστανό µε c και το
κοκκινωπό µε C. Ο Sharpen Up έχει καστανό χρώµα (cc), οπότε οι πιθανές διασταυρώσεις και οι απόγονοί τους είναι
(1) cc × CC → όλα C – (κοκκινωπό χρώµα),
(2) cc × Cc → 1/2 Cc (κοκκινωπό), 1/2 cc
(καστανό) και (3) cc × cc → όλα cc (καστανό). Αν καθεµιά από τις παραπάνω διασταυρώσεις έχει την ίδια πιθανότητα να
συµβεί (Ρ = 1/3), ο αναµενόµενος αριθµός
απογόνων µε καστανό χρώµα, µε στρογγυλοποίηση στην πλησιέστερη µονάδα,
είναι 627 × [(1/3 × 0) + (1/3 × 1/2) + (1/3 ×
1)] = 314. Οι υπόλοιποι 627 – 314 = 313
απόγονοι αναµένεται να έχουν κοκκινωπό
χρώµα. Με βάση την παραδοχή Ι και θεωρώντας ότι η συχνότητα παραγωγής αλόγων ανώτερης κλάσης είναι οµοιόµορφη
ίδιο χρωµόσωµα αλλά σε πολύ µεγάλη απόσταση
από τους άλλους γενετικούς τόπους. Φτιάξτε
ένα χάρτη ξεκινώντας µε τις µικρότερες αποστάσεις, καθώς έχουν µεγαλύτερη ακρίβεια:
β. Ξαναγράψτε τη διασταύρωση χρησιµοποιώντας τη σωστή σειρά µεταξύ των γονιδίων:
b + d a + c/b d + a c +, e/e + × b d a c/b d a c, e/e. Μια
µύγα b + d + a + c + προκύπτει από τριπλό διασκελισµό. Θα πρέπει να συµβαίνουν διασκελισµοί ανάµεσα στα b και d, d και a, a και c. Τα αµοιβαία
προϊόντα του τριπλού διασκελισµού είναι b + d +
a + c + και b d a c. Ανάµεσα σε αυτά, τα µισά θα είναι e + και τα άλλα µισά e. Εποµένως:
Ρ (b + d + a + c + e +) = Ρ (να προκύψει ένα από
τα δύο προϊόντα του τριπλού διασκελισµού και να
είναι e +)
= 1/2 × (0,055 × 0,043 ×
0,027) × 1/2
= 1,6 × 10–5
= 0,0016%.
6.31 Αρχικά, χρησιµοποιήστε τη δοκιµασία χ2 για
να αξιολογήσετε την υπόθεση ότι δεν υπάρχει
καµία σχέση ανάµεσα στο καστανό χρώµα τριχώµατος και την ανώτερη κλάση. Η περαιτέρω µελέτη της ενδεχόµενης σύνδεσης του γονιδίου που
ευθύνεται για το χρώµα του τριχώµατος και του
υποθετικού γονιδίου που καθορίζει την ανώτερη
κλάση εξαρτάται από το αν είµαστε σε θέση να
απορρίψουµε την υπόθεση αυτή. Οι παραδοχές
που κάνουµε σε αυτή την αρχική δοκιµασία χ2
αφορούν τους γονοτύπους των αλόγων µε τα
οποία διασταυρώνεται ο Sharpen Up, όπως ανα-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
(13,24%) σε σχέση µε το χρώµα του τρι-
τους απορρίπτεται ως απίθανη. Εποµένως,
χώµατός τους, ο αναµενόµενος αριθµός
θα ήταν λογικό να υποθέσουµε ότι ένα γο-
καστανών απογόνων ανώτερης κλάσης είναι 314 × 0,1324 = 42 και ο αναµενόµενος
νίδιο στενά συνδεδεµένο µε αυτό που
αριθµός κοκκινωπών απογόνων ανώτερης
κλάσης είναι 313 × 0,1324 = 41. Οι παρα-
µπορούσε να συµβάλει στην ανάπτυξη
τηρούµενοι αριθµοί αλόγων ανώτερης
Προσέξτε ότι τα στοιχεία που αποδεικνύουν
κλάσης είναι 45 καστανά και 38 κοκκινω-
τη σχέση ανάµεσα στο καστανό χρώµα τριχώµα-
πά. Για τις τιµές αυτές, χ = [(45 – 42) /42
τος και την κλάση εξαρτώνται από το αν γνωρίζου-
+ (38 – 41) /41] = 0,43, df = 1, 0,50 < P <
µε ποια αλληλόµορφα του γονιδίου καστανό/κόκ-
0,70. Με βάση την παραδοχή Ι, λοιπόν, η
κινο διέθεταν οι φοράδες µε τις οποίες διασταυ-
υπόθεση ότι το καστανό χρώµα τριχώµα-
ρώθηκε ο Sharpen Up. Η πληροφορία αυτή είναι
τος και η ανώτερη κλάση απογόνων δε
διαθέσιµη (αν και όχι στο πρόβληµα αυτό). Επιπρό-
συνδέονται γίνεται δεκτή ως πιθανή.
σθετες παραδοχές που απαιτούνται για να ελέγ-
2
2
2
Παραδοχή ΙΙ: Ο Sharpen Up ζευγάρωσε µε
ίση συχνότητα µε φοράδες ετερόζυγες
για το κοκκινωπό/καστανό χρώµα και οµόζυγες για το καστανό. Οι διασταυρώσεις
αυτές και οι απόγονοί τους είναι (1) cc ×
CC → 1/2 Cc (κοκκινωπό), 1/2 cc (καστανό) και (2) cc × cc → όλα cc (καστανό). Αν
καθεµία από τις παραπάνω διασταυρώσεις
είχε την ίδια πιθανότητα να συµβεί (Ρ =
1/2), ο αναµενόµενος αριθµός καστανών
απογόνων είναι 627 × [(1/2 × 1/2) + (1/2 ×
1)] = 470. Ο αναµενόµενος αριθµός κοκκινωπών απογόνων είναι 627 – 470 = 157.
Με βάση την παραδοχή ΙΙ και θεωρώντας
ότι η συχνότητα των απογόνων ανώτερης
κλάσης είναι οµοιόµορφη (13,24%) σε
σχέση µε το χρώµα του τριχώµατός τους,
οι απόγονοι ανώτερης κλάσης αναµένεται
να είναι 470 × 0,1324 = 62 καστανό και
157 × 0,1324 = 21 κοκκινωπό. Οι παρατηρούµενοι αριθµοί αλόγων ανώτερης κλάσης ήταν 45 καστανό και 38 κοκκινωπό.
Για τις τιµές αυτές, χ2 = [(45 – 62)2/62 +
(38 – 21)2/21] = 18,4, df = 1, Ρ < 0,001. Με
βάση την παραδοχή ΙΙ, λοιπόν, η υπόθεση
ότι το καστανό χρώµα του τριχώµατος και
η ανώτερη κλάση δε σχετίζονται µεταξύ
ελέγχει το καστανό/κόκκινο χρώµα θα
ανώτερης κλάσης.
ξουµε ειδικά τη σύνδεση µε ένα γονίδιο ανώτερης
κλάσης µπορεί να αφορούν τον αριθµό των αλληλοµόρφων στον πληθυσµό των αλόγων, τις σχέσεις επικράτησης ανάµεσά τους και τα αλληλόµορφα που εδράζονται στο ίδιο οµόλογο χρωµόσωµα µε το αλληλόµορφο για το καστανό χρώµα.
Kεφάλαιο 7 Χαρτογράφηση γονιδίων στους ευκαρυωτικούς οργανισµούς µε προηγµένες µεθόδους
7.3 Η εµφάνιση οκτώ φαινοτυπικών οµάδων στους
απογόνους, οι οποίες (ανά δύο) έχουν διαφορετικές συχνότητες, υποδηλώνει ότι τα τρία γονίδια είναι συνδεδεµένα. Με βάση τις συχνότητες
των φαινοτυπικών οµάδων, υπολογίζουµε τις
χαρτογραφικές αποστάσεις, όπως στην περίπτωση διασταύρωσης ελέγχου τριών σηµείων.
7.5 Η διασταύρωση είναι p – a × p + α και από αυτή
παράγονται οι παρακάτω τύποι τετράδων: 20 PD,
18 NPD και 8 Τ. Επειδή οι PD ≈ ΝPD, αυτά τα γονίδια συνδυάζονται ανεξάρτητα και εδράζονται
σε διαφορετικά χρωµοσώµατα.
7.7 α. Αναλύστε ένα ζεύγος γενετικών τόπων κάθε φορά και προσδιορίστε ποιοι τύποι τετράδων
23
24
Κεφάλαιο 7
παράγονται. Έπειτα προσδιορίστε τις χαρτογρα-
φυσιολογική µιτωτική διαίρεση ενός κυττάρου
φικές αποστάσεις εφαρµόζοντας την εξίσωση:
w/w ch, η οποία παρουσιάζεται διαγραµµατικά στο
επάνω µέρος της Εικόνας 7.Α, δηµιουργούνται
δύο όµοια θυγατρικά κύτταρα w/w ch. Όπως φαίνεται στο κάτω µέρος της εικόνας, αν συµβεί ένας
µόνο διασκελισµός ανάµεσα στο γενετικό τόπο w
και το κεντροµερές, παράγονται δύο γενετικά
διακριτά θυγατρικά κύτταρα µετά την κυτταρική
διαίρεση: w/w και w ch/w ch.
Τα αλληλόµορφα του γονιδίου white ελέγχουν
την ποσότητα χρωστικής στα κύτταρα του µατιού
(Κεφάλαιο 4). Στα οµόζυγα άτοµα µε τα λευκά µάτια (w/w ) τα κύτταρα του µατιού έχουν το 0,44%
των επιπέδων της χρωστικής που βρίσκεται στα
κύτταρα του άγριου τύπου, ενώ στα οµόζυγα άτοµα
µε τα κερασί µάτια (w ch/w ch) τα κύτταρα του µατιού
έχουν το 4,1%. Σε ένα ετερόζυγο άτοµο w/w ch εµφανίζεται περίπου το 2% των επιπέδων της χρωστικής του άγριου τύπου και γι’ αυτό το λόγο το
µάτι της µύγας έχει ένα ενδιάµεσο ροζ χρώµα. Αν
συµβεί µιτωτικός ανασυνδυασµός κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του µατιού, θα παραχθούν θυγατρικά κύτταρα µε γονοτύπους w/w και w ch/w ch.
Αυτά τα οµόζυγα κύτταρα που προκύπτουν από το
µιτωτικό ανασυνδυασµό θα πρέπει να βρίσκονται σε
διπλανές θέσεις. Έτσι, καθώς αυτά τα οµόζυγα κύτταρα αλλά και τα ετερόζυγα κύτταρα που τα περι-
χαρτογραφική απόσταση = [(1/2 Τ + NPD)/συνολικός αριθµός ασκών] × 100%. Οι αποστάσεις είναι: a-b 19,7 mu, b-c 11 mu, a-c 14 mu. Εποµένως, η σειρά των γονιδίων είναι a-c-b.
β. Αφού γνωρίζουµε τη σειρά των γονιδίων
και τις αποστάσεις ανάµεσά τους, αρκεί να προσδιορίσουµε αν το a ή το b είναι πιο κοντά στο κεντροµερές. Μελετήστε κάθε γενετικό τόπο ξεχωριστά για να αναγνωρίσετε τα πρότυπα διαχωρισµού της δεύτερης διαίρεσης (ΜΙΙ). Στη συνέχεια,
προσδιορίστε τις χαρτογραφικές αποστάσεις γονιδίου-κεντροµερούς εφαρµόζοντας την εξίσωση:
χαρτογραφική απόσταση = [(1/2 × πρότυπα τύπου
MII)/(συνολικός αριθµός ασκών)] × 100%. Οι απο-
στάσεις είναι: a-cen 20,7 mu και b-cen 6 mu. Κατασκευάστε το χάρτη χρησιµοποιώντας τις µικρότερες αποστάσεις, οι οποίες είναι πιο ακριβείς
επειδή η επίδραση των πολλαπλών διασκελισµών
είναι εντονότερη στα µεγαλύτερα διαστήµατα.
7.9 Η διασταύρωση είναι w/Y (λευκά µάτια, ♂) ×
w ch/w ch (κερασί µάτια, ♀), εποµένως οι θηλυκοί
απόγονοι είναι όλοι ετεροζυγώτες w/w ch. Από τη
Εικόνα 7.A
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
βάλλουν πολλαπλασιάζονται µιτωτικά, σχηµατίζε-
δ. Οι δύο οµάδες υβριδίων έχουν τµήµατα
ται το ώριµο µάτι στο οποίο θα υπάρχουν δίδυµες
DNA ανθρώπου µε διαφορετικό µέσο µήκος, χα-
κηλίδες. ∆ηλαδή θα παρατηρούνται γειτονικές
ρακτηριστικό που καθορίζει την αποτελεσµατικό-
άσπρες (w/w ) και κερασί (w /w ) δίδυµες κηλίδες
τητά τους στην ανάλυση κοντινών δεικτών. Πα-
σε ένα ροζ φόντο ετερόζυγων (w/w ) κυττάρων.
ρόλο που η οµάδα GB4 έχει παρόµοιο συνολικό
7.12 Τα δύο χρωµοσώµατα κάθε ζεύγους οµόλο-
αριθµό υβριδίων τα οποία περιέχουν κάθε δείκτη,
γων χρωµοσωµάτων µεταβιβάζονται ανεξάρτητα
η χρήση της δεν είναι αποτελεσµατική για τον
κατά την απλοειδοποίηση. Εδώ, τρεις οµάδες γο-
προσδιορισµό της σχετικής θέσης των δεικτών.
νιδίων διαχωρίζονται ανεξάρτητα, υποδεικνύο-
Και οι τρεις δείκτες βρίσκονται ταυτόχρονα στα
ντας τρεις οµάδες σύνδεσης: οι οµάδες ad w pu
περισσότερα θετικά υβρίδια, εποµένως αυτοί οι
και ad w pu διαχωρίζονται ανεξάρτητα από τις
δείκτες βρίσκονται σε σχετικά κοντινές αποστά-
y bi και y bi, οι οποίες διαχωρίζονται ανεξάρτητα από τις sm phe και sm + phe +.
7.15 α. Η οµάδα υβριδίων GB4 έχει [(3 × 109 bp/γονιδίωµα × 0,32 γονιδιώµατος)/(25 × 106 bp/τµήµα)]
≈ 38 τµήµατα. Η G3 έχει ~200 τµήµατα.
β. Οι δύο δείκτες µπορεί να βρίσκονται σε
τµήµατα που προέρχονται από διαφορετικά χρωµοσώµατα τα οποία, κατά τύχη, βρίσκονται στο
ίδιο υβρίδιο. Η συνύπαρξή τους σε ένα ή σε περισσότερα υβρίδια δεν επαρκεί για να επιβεβαιωθεί η σύνδεση χωρίς να συνυπολογιστεί η πιθανότητα του τυχαίου γεγονότος.
γ. Για να προσδιοριστεί η σχετική σειρά µιας
οµάδας δεικτών, πρέπει να χρησιµοποιηθούν επικαλυπτόµενα τµήµατα DNA που φέρουν υποσύνολα
της οµάδας αυτών των δεικτών. Η οµάδα υβριδίων
GB4 έχει µεγαλύτερα τµήµατα DNA, οπότε είναι
χρήσιµη για τη χαρτογράφηση δεικτών που έχουν
µεγάλη απόσταση µεταξύ τους, τουλάχιστον 1 Μb.
Ωστόσο, αυτή η οµάδα υβριδίων δεν είναι χρήσιµη
για τον προσδιορισµό της διάταξης πιο κοντινών
δεικτών, επειδή συχνά αυτοί θα βρίσκονται στο ίδιο
τµήµα DNA. Αντίθετα, η οµάδα υβριδίων G3, επειδή
έχει µικρότερα τµήµατα DNA, θα µπορεί να χρησιµεύσει στην ανάλυση δεικτών που απέχουν µεταξύ
τους τουλάχιστον 250.000 bp. Οι διαφορετικές
ιδιότητες των δύο οµάδων υβριδίων τις καθιστούν
συµπληρωµατικές: η GB4 δίνει πληροφορίες για το
χάρτη σε µεγάλη κλίµακα, ενώ η G3 προσφέρει
υψηλή ανάλυση σε τοπικό επίπεδο.
σεις, πιθανόν λιγότερο από 1 Μb. Χρησιµοποιώ-
ch
ch
ch
+
+
+
+
+
ντας την οµάδα G3, µπορούµε να προσδιορίσουµε τη σχετική θέση των δεικτών, αν βρούµε υβρίδια που περιέχουν µόνο ένα ή δύο δείκτες.
Υπάρχουν περισσότερα υβρίδια θετικά µόνο για
τους δείκτες Α και Β σε σχέση µε τα υβρίδια που
είναι θετικά για τους Α και C, ενώ δεν υπάρχουν
υβρίδια που είναι θετικά για τους Β και C ή τους
Α, Β και C. Αυτό συνάδει µε την υπόθεση πως τα
Α και Β είναι πιο κοντά µεταξύ τους σε σχέση µε
τα Α και C και ότι η σειρά τους είναι Β-Α-C.
7.17 Από το διάγραµµα της τιµής του θ σε σχέση µε
την τιµή lod βρίσκουµε ότι η µέγιστη τιµή lod (4,01)
αντιστοιχεί σε χαρτογραφική απόσταση περίπου
25 mu. Επειδή η τιµή lod είναι µεγαλύτερη από 3, ο
δείκτης συνδέεται µε το γονίδιο waf, όχι όµως στενά. Χρησιµοποιώντας την εκτίµηση που έχει γίνει
για το γονιδίωµα του ανθρώπου, ότι δηλαδή 1 mu
αντιστοιχεί κατά µέσο όρο σε 1 Μb, o δείκτης βρίσκεται περίπου 25 Μb µακριά από το γονίδιο waf.
25
26
Κεφάλαιο 8
Κεφάλαιο 8 Μεταβολές στον αριθµό και στη δοµή των χρωµοσωµάτων
Οι περιοχές που αναστρέφονται σε κάθε βήµα
απεικονίζονται παρακάτω.
8.1 α. Περικεντρική αναστροφή (η περιοχή D E F
είναι ανεστραµµένη).
β. Μη αµοιβαία µετατόπιση (τα Β C έχουν µετατοπιστεί από τον αριστερό στο δεξιό βραχίονα).
γ. ∆ιαδοχικός διπλασιασµός (τα E F έχουν διπλασιαστεί).
δ. Αντίστροφος διαδοχικός διπλασιασµός (τα
8.9 α. Στο ακόλουθο διάγραµµα φαίνεται ένα φυ-
E F έχουν διπλασιαστεί).
ε. Έλλειµµα (το C έχει διαγραφεί).
8.2 Μια περικεντρική αναστροφή περιλαµβάνει
το κεντροµερές, ενώ µια παρακεντρική βρίσκεται
εξ ολοκλήρου στον ένα χρωµοσωµικό βραχίονα
(βλ. Εικόνα 8.8).
8.4 α. Πρόκειται για µια παρακεντρική αναστροφή, επειδή το κεντροµερές δε συµπεριλαµβάνεται στο ανεστραµµένο χρωµοσωµικό τµήµα.
β.
σιολογικό χρωµόσωµα που φέρει το αλληλόµορφο άγριου τύπου w +, ένα χρωµόσωµα που φέρει
την αναστροφή στην οποία οφείλεται η µεταλλαγή w M 4 και ένα χρωµόσωµα που φέρει επιπλέον
µια δεύτερη αναστροφή η οποία επαναφέρει τη
µεταλλαγή w M 4 στον άγριο τύπο. Τα γονίδια a, b,
c και d είναι τοποθετηµένα κοντά στα σηµεία ρήξης των διαφόρων αναστροφών για να διευκολυνθεί ο προσδιορισµός των άκρων τους. Η ευχρωµατίνη αναπαρίσταται µε λεπτή γραµµή, η
κεντροµερική ετεροχρωµατίνη µε παχιά γραµµή
και το κεντροµερές µε έναν κύκλο. Οι αγκύλες
κάτω από τις γραµµές υποδεικνύουν τις ανεστραµµένες περιοχές.
γ. Ένας διασκελισµός µεταξύ του B και του C
έχει ως αποτέλεσµα τη δηµιουργία των ακόλουθων χρωµοσωµάτων:
ABCDE
A B C DA
EBCDE
A B C DA
O φαινότυπος mottled σχετίζεται µε χρωµοσω-
(φυσιολογική σειρά)
µικές αναδιατάξεις του χρωµοσώµατος Χ, οι οποί-
(δικεντρικό, διπλασιασµός του Α,
ες φέρνουν το γονίδιο w + κοντά στην ετεροχρω-
έλλειµµα του Ε )
µατίνη. Όταν η αναδιάταξη είναι σε ετεροζυγωτία
(ακεντρικό, διπλασιασµός του Ε,
µε ένα αλληλόµορφο w, µόνο το αλληλόµορφο w +
έλλειµµα του Α)
στο αναδιαταγµένο χρωµόσωµα ενδέχεται να εί-
(ανεστραµµένη σειρά, παρακεντρι-
ναι λειτουργικό. Ο φαινότυπος mottled υποδεικνύ-
κή αναστροφή)
ει ότι το γονίδιο λειτουργεί σε µερικά, όχι σε όλα
8.7 H σειρά µε την οποία εµφανίστηκαν οι διάφο-
τα κύτταρα. Αυτό υποδηλώνει ότι η αλληλουχία
ρες αναστροφές είναι:
DNA του γονιδίου white παραµένει αναλλοίωτη.
a→c→e→d
↓
Πιθανότερα πρόκειται για ένα επιγενετικό φαινό-
b
δή µια φαινοτυπική αλλαγή εξαιτίας της αδρανο-
µενο που προκαλείται από επίδραση θέσης, δηλα-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
ποίησης του αλληλοµόρφου w + σε ορισµένα κύτ-
ροζυγώτες µε την αναστροφή, θα διαφέρουν
ταρα από τη γειτονική ετεροχρωµατίνη.
στη συµπτωµατολογία εξαιτίας των διαφορών
β. Η δεύτερη αναστροφή που συµβαίνει στο
χρωµόσωµα w
επανατοποθετεί το γονίδιο w
στα γονίδια που διπλασιάζονται και απουσιάζουν.
+
(2) Μπορεί να υπάρχει επίδραση θέσης. (3) Το
στην ευχρωµατινική περιοχή. Έτσι καθίσταται
γενετικό υπόβαθρο ποικίλλει. Η φαινοτυπική επί-
πλέον λειτουργικό σε όλα τα κύτταρα. Η διαπί-
δραση της έλλειψης ή του διπλασιασµού γονι-
στωση αυτή ενισχύει την άποψη ότι ο φαινότυ-
δίων εξαρτάται από γενετικές αλληλεπιδράσεις
πος mottled οφείλεται σε επίδραση θέσης.
µε άλλα γονίδια του γονιδιώµατος. Σε αυτή την
8.10 α. Οι γονείς των ατόµων που πάσχουν από
περίπτωση, µπορεί να συνεισφέρουν στο φαινότυ-
Rec(8) είναι ετερόζυγοι για την περικεντρική ανα-
πο κάποια αλληλόµορφα άλλων γενετικών τόπων.
στροφή µε σηµεία ρήξης στα 8p23.1 και 8q22.1.
(4) Αστάθµητοι περιβαλλοντικοί παράγοντες µπο-
Απόγονοί τους που εµφανίζουν Rec(8) µε διπλα-
ρεί να επηρεάζουν την έκφραση των εµπλεκόµε-
σιασµό στο 8q και έλλειµµα στο 8p είναι πιθανό
νων γονιδίων συµβάλλοντας στην παρατηρούµε-
να προκύπτουν από ένα διασκελισµό µέσα στην
νη φαινοτυπική ποικιλοµορφία.
M4
περικεντρική αναστροφή (βλ. Εικόνα 8.10).
δ. Το παιδί έχει αναστροφή στο χρωµόσωµα
β. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 8.10, αν
8, όµως δεν έχει το χρωµόσωµα µε διπλασιασµό
πραγµατοποιηθεί διασκελισµός µεταξύ δύο µη
και έλλειµµα που προκύπτει από διασκελισµό
αδελφών χρωµατίδων σε ένα άτοµο ετερόζυγο
εντός µιας ετερόζυγης αναστροφής. Το παιδί εί-
για µια αναστροφή, προκύπτουν δύο χρωµατίδες
ναι ένα άτοµο µε µη τυπικό σύνδροµο Rec(8).
που δεν έχουν υποστεί διασκελισµό (µία µε τη
Υπάρχουν διάφορες εξηγήσεις γιατί µερικά από
φυσιολογική σειρά γονιδίων και µία µε κάποια
τα συµπτώµατά του είναι παρόµοια µε εκείνα του
αναστροφή) και δύο χρωµατίδες µε ένα διπλα-
συνδρόµου Rec(8). Μπορεί να έχει µια επιπλέον
σιασµό και ένα έλλειµµα η καθεµιά. Από το γαµέ-
µεταλλαγή κοντά σε ένα από τα σηµεία ρήξης
τη που φέρει τη χρωµατίδα µε διπλασιασµό στο
του Rec(8), σε µια περιοχή που διπλασιάζεται ή
8q και έλλειµµα στο 8p προκύπτει ένα βιώσιµο
απαλείφεται στο σύνδροµο Rec(8). Ενδέχεται
ζυγωτό µε σύνδροµο Rec(8). Το ζυγωτό που προ-
επίσης να έχει µια επιπλέον µεταλλαγή σε ένα
κύπτει από το γαµέτη που φέρει τη χρωµατίδα µε
γονίδιο που αλληλεπιδρά µε τα γονίδια της πε-
έλλειµµα στο 8q και διπλασιασµό στο 8p πιθανόν
ριοχής η οποία διπλασιάζεται ή απαλείφεται στο
δεν επιβιώνει και γι’ αυτό στο πρόβληµα δεν ανα-
σύνδροµο Rec(8). Εναλλακτικά, είναι πιθανό η
φέρεται αυτού του τύπου η χρωµοσωµική ανωµα-
αναστροφή, αν και φυσιολογικά δεν προκαλεί πα-
λία. Σε αυτή την περίπτωση, το 1/3 των ζυγωτών
θολογικά συµπτώµατα, να καταστέλλει τη λει-
που επιβιώνουν εκδηλώνει το σύνδροµο Rec(8).
τουργία ενός γονιδίου ή γονιδίων σε ένα ή και
Από τα 2/3 των φυσιολογικών ζυγωτών, το 1/2
στα δύο σηµεία ρήξης, µε αποτέλεσµα το χρωµό-
φέρει την αναστροφή στο χρωµόσωµα 8.
σωµα µε την αναστροφή να φέρει µία ή δύο υπο-
γ. Οι φαινότυποι των ατόµων µε Rec(8) µπο-
τελείς µεταλλαγές. Ενδέχεται όµως και το χρω-
ρεί να ποικίλλουν για έναν ή περισσότερους λό-
µόσωµα που προέρχεται από τον πατέρα να φέ-
γους. (1) Είναι πιθανό να υπάρχουν διάφορες
ρει ανεξάρτητα ένα επίσης υποτελές µεταλλαγ-
αναστροφές του χρωµοσώµατος 8 στον πληθυ-
µένο αλληλόµορφο στον ένα ή στους δύο γενετι-
σµό οι οποίες ποικίλλουν λίγο ως προς τα ση-
κούς τόπους των οποίων η λειτουργία καταστέλ-
µεία ρήξης. Τα άτοµα µε σύνδροµο Rec(8), τα
λεται λόγω της αναστροφής. Σε αυτή την περί-
οποία προέρχονται από ένα διασκελισµό σε ετε-
πτωση, η απουσία των γονιδιακών προϊόντων
27
28
Κεφάλαιο 8
µπορεί να οδηγήσει στην εκδήλωση παθολογικών
γ. Οι ανωµαλίες του παιδιού προέρχονται
συµπτωµάτων. Αυτό θα µπορούσε επίσης να εξη-
από την ύπαρξη τριών αντιγράφων κάποιων πε-
γεί γιατί το παιδί έχει µόνο µερικά από τα συ-
ριοχών του χρωµοσώµατος 6 και την ύπαρξη
µπτώµατα του συνδρόµου Rec(8): επειδή θα επη-
ενός µόνο αντιγράφου κάποιων άλλων. Το άνω
ρεάζονται λιγότερα γονίδια σε σχέση µε άλλα
µέρος του κοντού βραχίονα είναι διπλασιασµένο
άτοµα που πάσχουν από τυπικό σύνδροµο Rec(8).
και ταυτόχρονα υπάρχει έλλειµµα στο άκρο του
Μικρά ελλείµµατα δε θα είναι κυτταρολογι-
µακρού βραχίονα.
κά αόρατα, όπως και οι σηµειακές µεταλλαγές.
δ. Η αναστροφή καλύπτει περισσότερο από
Έτσι, τα πιθανά σενάρια που εξετάζονται παρα-
το µισό µήκος του χρωµοσώµατος 6, οπότε στην
πάνω δεν είναι δυνατόν να ελεγχθούν µόνο µε
πλειονότητα των µειώσεων θα συµβεί διασκελι-
ανάλυση καρυοτύπου. Προκειµένου να επαλη-
σµός σε αυτή την περιοχή. Στις περιπτώσεις των
θευτούν ή να απορριφθούν, θα πρέπει επιπλέον
µειώσεων όπου υπάρχει διπλός διασκελισµός
να πραγµατοποιηθούν αναλύσεις FISH, αναλύ-
δύο χρωµατίδων µέσα στο βρόχο ή όπου ο δια-
σεις δεικτών DNA και/ή αναλύσεις της αλληλου-
σκελισµός συµβαίνει έξω από το βρόχο, καθώς
χίας DNA (βλ. Κεφάλαια 16 και 17).
και στις περιπτώσεις όπου ένας διασκελισµός
8.11 α. Το ακτινοβοληµένο χρωµόσωµα έχει µια
έχει συµβεί µέσα στο βρόχο αλλά το παιδί κλη-
παρακεντρική αναστροφή. Ο διασκελισµός εντός
ρονοµεί ένα χρωµόσωµα που δε συµµετείχε στο
της αναστροφής δηµιουργεί δικεντρικά χρωµοσώ-
διασκελισµό, το παιδί θα είναι φυσιολογικό. Επει-
µατα και χρωµοσωµικά τµήµατα χωρίς κεντροµε-
δή υπάρχει υψηλός κίνδυνος σοβαρών γενετικών
ρές. Ένας διπλός διασκελισµός τεσσάρων χρωµα-
ανωµαλιών σε περίπτωση εγκυµοσύνης, τα χρω-
τίδων δηµιουργεί δικεντρικά χρωµοσώµατα µε
µοσώµατα του εµβρύου πρέπει να ελεγχθούν.
δύο γέφυρες και δύο χρωµοσωµικά τµήµατα χω-
8.15
ρίς κεντροµερές.
β. Το χρωµόσωµα µε τη γέφυρα θα προκύπτει από ένα διασκελισµό µέσα στο βρόχο της
αναστροφής (βλ. Εικόνα 8.9).
8.13 α. Ο κύριος Lambert είναι ετερόζυγος για µια
περικεντρική αναστροφή στο χρωµόσωµα 6. Σε
σχέση µε το κεντροµερές του φυσιολογικού χρωµοσώµατος 6, το ένα σηµείο ρήξης βρίσκεται στην
τέταρτη ανοιχτόχρωµη ζώνη πάνω από το κεντρο-
8.17 α. O κύριος Denton έχει φυσιολογικά χρω-
µερές, ενώ το άλλο βρίσκεται στην έκτη σκουρό-
µοσώµατα. Η κυρία Denton είναι ετερόζυγη για
χρωµη ζώνη κάτω από το κεντροµερές. Τα χρωµο-
µια ισορροπηµένη αµοιβαία µετατόπιση µεταξύ
σώµατα της κυρίας Lambert είναι φυσιολογικά.
των χρωµοσωµάτων 6 και 12. Το µεγαλύτερο
β. Όταν τα χρωµοσώµατα 6 του κυρίου
τµήµα του κοντού βραχίονα του χρωµοσώµατος
Lambert ζευγάρωσαν κατά τη διάρκεια της µείω-
6 έχει αµοιβαία µετατοπιστεί στο µακρύ βραχίο-
σης, σχηµάτισαν ένα βρόχο αναστροφής ο οποί-
να του χρωµοσώµατος 12. Τα σηµεία ρήξης βρί-
ος περιλαµβάνει το κεντροµερές. Ο διασκελι-
σκονται στην πρώτη παχιά, σκουρόχρωµη ζώνη
σµός συνέβη µέσα στο βρόχο και έδωσε το µερι-
ακριβώς πάνω από το κεντροµερές του 6 και
κώς διπλασιασµένο, µερικώς ελλειµµατικό χρω-
στην τρίτη σκουρόχρωµη ζώνη κάτω από το κε-
µόσωµα 6 που µεταβιβάστηκε στο παιδί.
ντροµερές του 12.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
β. Το παιδί κληρονόµησε ένα φυσιολογικό
λιών, θα πρέπει να πραγµατοποιηθεί προγεννητι-
χρωµόσωµα 6 και ένα φυσιολογικό χρωµόσωµα
κός έλεγχος του εµβρύου προκειµένου να προσ-
12 από τον πατέρα του. Κατά την πρόφαση Ι της
διοριστεί ο καρυότυπός του. Με δεδοµένη τη σο-
µείωσης στην κυρία Denton, τα φυσιολογικά χρω-
βαρότητα των επιπλοκών που προκαλούνται (µε-
µοσώµατα 6 και 12 και αυτά που φέρουν την
γάλη πιθανότητα αποβολής και πολλαπλές συγγε-
αµοιβαία µετατόπιση σχηµάτισαν µια σταυροειδή
νείς ανωµαλίες), θα πρέπει να ληφθεί υπόψη το
δοµή. Ακολούθησε ο διαχωρισµός των γειτονι-
ενδεχόµενο θεραπευτικής αποβολής των χρωµο-
κών, µη οµόλογων κεντροµερών προς τον ίδιο
σωµικά µη ισορροπηµένων εµβρύων.
πόλο. Το ζυγωτό σχηµατίστηκε από ένα γαµέτη
8.21 α. 45.
που έφερε ένα φυσιολογικό χρωµόσωµα 6 και
β. 47.
ένα από τα χρωµοσώµατα µε τη µετατόπιση (βλ.
γ. 23.
Εικόνα 8.12, όπου παρουσιάζεται ένας παρακεί-
δ. 69.
µενος διασκελισµός 1).
ε. 48.
γ. Το παιδί έχει ένα φυσιολογικό χρωµόσω-
8.22 β. Tρισωµικό.
µα 6 και ένα φυσιολογικό χρωµόσωµα 12 από
8.23 α. Πρόκειται για µία διασταύρωση Χ+Χ+ ×
τον κύριο Denton. Έχει επίσης ένα φυσιολογικό
ΧcΥ (όπου Χc το φυλοσύνδετο υποτελές αλληλό-
χρωµόσωµα 6 από την κυρία Denton. Όµως, έχει
µορφο που ευθύνεται για την αχρωµατοψία). Το
και ένα από τα χρωµοσώµατα της κυρίας Denton
παιδί ΧcΟ έλαβε το Χc από τον πατέρα του. Ένα
µε τη µετατόπιση. Λόγω αυτού του χρωµοσώµα-
χρωµοσωµικά φυσιολογικό σπερµατοζωάριο που
τος, το παιδί είναι µερικώς τρισωµικό, καθώς και
έφερε αυτό το Χc γονιµοποίησε ένα ωάριο χωρίς
µερικώς µονοσωµικό. Έχει τρία αντίγραφα ενός
χρωµόσωµα Χ. Εποµένως, ο µη διαχωρισµός συ-
τµήµατος του κοντού βραχίονα του χρωµοσώµα-
νέβη στη µητέρα.
τος 6 και µόνο ένα αντίγραφο του µεγαλύτερου
β. Το παιδί Χ+Ο έλαβε το Χ+ από τη µητέρα
τµήµατος του µακρού βραχίονα του χρωµοσώµα-
του. Ένα χρωµοσωµικά φυσιολογικό ωάριο που
τος 12. Αυτή η ανωµαλία στη γονιδιακή δόση εί-
έφερε αυτό το Χ+ γονιµοποιήθηκε από ένα σπερµα-
ναι η αιτία της παθολογικής του κατάστασης.
τοζωάριο χωρίς χρωµόσωµα Χ και χωρίς Υ. Εποµέ-
δ. Ο διαχωρισµός των παρακείµενων οµόλο-
νως, ο µη διαχωρισµός συνέβη στον πατέρα.
γων κεντροµερών προς τον ίδιο πόλο είναι σχετι-
8.24 Σε αυτό το πρόβληµα µελετώνται οι συνέ-
κά σπάνιος. Το πρότυπο διαχωρισµού που παρα-
πειες της απώλειας ενός χρωµοσώµατος κατά
τηρείται σε αυτό το παιδί (παρακείµενος διαχωρι-
την πρώτη µιτωτική διαίρεση (και µόνο σε αυτή
σµός 1) και ο εναλλασσόµενος διαχωρισµός (βλ.
τη διαίρεση).
Εικόνα 8.12) είναι πιο συχνοί. Περίπου στις µισές
α. Η διασταύρωση είναι y/y +/+ (θηλυκό) ×
περιπτώσεις συµβαίνει εναλλασσόµενος διαχω-
+/Υ pal/pal (αρσενικό), µε απογόνους y/+ pal/+
ρισµός, από τον οποίο προκύπτουν γαµέτες µε
(θηλυκά) και y/Y pal/+ (αρσενικά). Το Χ που προ-
πλήρη απλοειδή σειρά γονιδίων. Τα έµβρυα που
έρχεται από τον πατέρα βρίσκεται µόνο στα y/+
σχηµατίζονται από τους γαµέτες αυτούς πρέπει
pal/+ θηλυκά, οπότε πρέπει να µας απασχολήσουν µόνο οι συνέπειες της απώλειάς του στις
κόρες. Αν χαθεί ένα χρωµόσωµα Χ (+) πατρικής
προέλευσης κατά την πρώτη µιτωτική διαίρεση
σε ένα y/+ pal/+ ζυγωτό, ένα από τα θυγατρικά
κύτταρα θα είναι y pal/+. Το άλλο θυγατρικό κύτ-
να είναι φυσιολογικά. Εντούτοις, οι µισοί από
τους γαµέτες που προκύπτουν µε εναλλασσόµενο διαχωρισµό θα φέρουν τη µετατόπιση.
ε. Σε περίπτωση εγκυµοσύνης, επειδή υπάρχει υψηλός κίνδυνος σοβαρών γενετικών ανωµα-
29
30
Κεφάλαιο 9
ταρο θα έχει δύο χρωµοσώµατα Χ και θα είναι
την αυτογονιµοποίηση ατόµων της F1 προκύπτει η
y/+ pal/+. Το κύτταρο µε τα δύο χρωµοσώµατα Χ
θα είναι θηλυκό (ΧΧ) και δε θα παράγει κίτρινα
κύτταρα (y/+), ενώ το κύτταρο µε µόνο ένα χρωµόσωµα Χ θα είναι αρσενικό (ΧΟ) και θα παράγει
κίτρινα κύτταρα (y). Το έντοµο θα είναι µωσαϊκό
µε κύτταρα και των δύο φύλων, µε αποτέλεσµα
να εµφανιστεί το κίτρινο χρώµα σώµατος (στα
αρσενικά κύτταρα) και το άγριου τύπου χρώµα
σώµατος (στα θηλυκά κύτταρα).
β. Η διασταύρωση είναι +/+ eye/eye (θηλυκό)
× pal/pal +/+ (αρσενικό), µε απογόνους pal/+
eye/+. Το πατρικής προέλευσης χρωµόσωµα 4
έχει γονότυπο +. Αν αυτό χαθεί κατά την πρώτη
µιτωτική διαίρεση σε ένα ζυγωτό pal/+ eye/+, το
ένα θυγατρικό κύτταρο θα είναι pal/+ eye. Το άλλο θυγατρικό κύτταρο θα έχει δύο χρωµοσώµατα
4 και θα είναι φυσιολογικό. Το κύτταρο µε ένα
χρωµόσωµα 4 θα έχει γονότυπο eye. Το έντοµο
θα είναι µωσαϊκό, καθώς µερικά κύτταρα θα είναι
απλοειδή για το χρωµόσωµα 4 και µερικά διπλοειδή. Αν στην ανάπτυξη των µατιών συµµετέχουν
απλοειδή κύτταρα, τότε αυτά θα έχουν µειωµένο
µέγεθος.
γ. Η διασταύρωση είναι +/+ e/e (θηλυκό) ×
pal/pal +/+ (αρσενικό), µε απογόνους pal/+ e/+. To
πατρικής προέλευσης χρωµόσωµα 3 έχει γονότυπο +. Αν αυτό χαθεί κατά την πρώτη µιτωτική
διαίρεση σε ένα ζυγωτό pal/+ e/+, το ένα θυγατρικό κύτταρο θα είναι pal/+ e. Αυτό το κύτταρο
δεν είναι βιώσιµο, εποµένως δε θα συµµετέχει
στην ανάπτυξη του οργανισµού. Κατά συνέπεια,
αν ο οργανισµός επιβιώσει, θα είναι φαινοτυπικά
φυσιολογικός (pal/+ e/+).
8.28 α. Ο γονότυπος των µπιζελιών της F1 θα είναι ΑΑ aa.
β. Αν συµβολίσουµε τα τέσσερα αλληλόµορφα
στη γενιά F1 Α1, Α2, a1 και a 2, υπάρχουν έξι πιθανοί
γαµέτες, οι Α1Α2, Α1a1, Α1a 2, Α2a1, Α2a 2 και a1a 2, οι
οποίοι δίνουν 1/6 ΑΑ, 4/6 Αa και 1/6 aa. Όπως φαίνεται στο ακόλουθο τετράγωνο του Punnet, από
φαινοτυπική αναλογία 35 Α – : 1 aa.
1/6 ΑΑ
4/6 Αa
1/6 aa
1/6 ΑΑ
1/36 ΑΑΑΑ
4/36 ΑΑΑa
1/36 ΑΑaa
4/6 Αa
4/36 ΑΑΑa
16/36 ΑΑaa
4/36 Αaaa
1/6 aa
1/36 ΑΑaa
4/36 Αaaa
1/36 aaaa
8.32 Το αρχικό αλλοπολυπλοειδές θα έχει 17
χρωµοσώµατα. Μετά το διπλασιασµό, τα σωµατικά κύτταρα θα έχουν 34 χρωµοσώµατα.
Κεφάλαιο 9 Η γενετική των βακτηρίων και των βακτηριοφάγων
9.1 Για να µετατραπεί ένας δέκτης σε δότη, θα
πρέπει να µεταφερθεί σε αυτόν ένας πλήρης πα-
ράγοντας F. Στις διασταυρώσεις F + × F – µεταφέρεται µόνο ο παράγοντας F, και αυτό συµβαίνει
µε σχετικά γρήγορο ρυθµό. Στις διασταυρώσεις
Hfr × F –, η µεταφορά ξεκινά από το σηµείο έναρξης εντός του στοιχείου F και κατόπιν πρέπει να
προχωρήσει µέσω του βακτηριακού χρωµοσώµατος πριν φτάσει στο υπόλοιπο τµήµα του παράγοντα F. Για να µεταφερθεί ολόκληρος ο παράγοντας F, θα έπρεπε να µεταφερθεί ολόκληρο το
χρωµόσωµα. Αυτό θα διαρκούσε περίπου 100 λεπτά, όµως η σύζευξη συνήθως διακόπτεται νωρίτερα, οπότε πρακτικά είναι σχεδόν αδύνατον να
µεταφερθεί ολόκληρος ο παράγοντας F στη διασταύρωση αυτού του τύπου.
9.2
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
9.5 Το στέλεχος A είναι thy – leu +, ενώ το στέλε-
νται µε κατεύθυνση αντίθετη προς αυτή του c +,
χος B είναι thy + leu –. Το DNA από το A µπορεί να
είτε (3) F΄, µε το c + στο βακτηριακό χρωµόσωµα.
µετασχηµατίσει το B, αν το DNA του A µπορεί να
∆ε θα µπορούσε να είναι F +, διότι τότε θα ήταν
µετασχηµατίσει το αλληλόµορφο leu – του B σε
δυνατόν να προκύψουν, έστω µε πολύ χαµηλή
leu . Εξετάστε αυτή την πιθανότητα προσθέτοντας DNA που αποµονώθηκε από το στέλεχος A
σε µια καλλιέργεια του στελέχους B η οποία περιέχει λευκίνη. Επωάστε για να πραγµατοποιηθεί
ο µετασχηµατισµός και στη συνέχεια επιστρώστε
τα κύτταρα B σε ελάχιστο θρεπτικό µέσο ή σε
θρεπτικό µέσο που περιέχει συµπλήρωµα θυµίνης. Με τον τρόπο αυτό επιλέγονται τα κύτταρα
Β που έχουν µετασχηµατιστεί και έχουν αποκτήσει το φαινότυπο leu +.
9.6 α. Αρχικά, επιλέχθηκαν ανασυνδυασµένα
στελέχη c + str R επιστρώνοντας τους απογόνους
της διασταύρωσης σε ελάχιστο θρεπτικό µέσο
που δεν περιείχε την ένωση C αλλά στο οποίο είχε προστεθεί στρεπτοµυκίνη και οι ενώσεις A, B,
D, E, F, G και H. Για τον πλήρη προσδιορισµό του
γονοτύπου των ανασυνδυασµένων στελεχών c +
str R έγινε επίστρωση αντιγράφων σε διαφορετικά ελάχιστα µέσα καλλιέργειας που το καθένα
περιείχε συµπλήρωµα στρεπτοµυκίνης και όλων
των ενώσεων εκτός από δύο (ένωση C και άλλη
µία, διαφορετική σε κάθε µέσο). Για παράδειγµα,
για να εξεταστεί αν µια αποικία c + str R ήταν και
a +, έγινε επίστρωση αντιγράφων σε θρεπτικό µέσο που δεν περιείχε την ένωση A, αλλά που περιείχε συµπλήρωµα στρεπτοµυκίνης και ενώσεων
B, D, E, F, G και H. Αν µια αποικία ήταν σε θέση
να αναπτυχθεί στο συγκεκριµένο θρεπτικό µέσο,
θα ήταν a + c + str R. Αν δεν µπορούσε να αναπτυχθεί, θα ήταν a c + str R.
β. Στέλεχος 1: Εφόσον δεν προκύπτουν ποτέ
ανασυνδυασµένα στελέχη c +, το στέλεχος 1 δεν
είναι ικανό να µεταδώσει το γονίδιο c +. Αυτό σηµαίνει ότι είναι είτε (1) F –, είτε (2) Hfr αλλά µε
τον παράγοντα F ενσωµατωµένο σε µεγάλη απόσταση από το c + ή κοντά σε αυτό, µε τέτοιο όµως
προσανατολισµό ώστε τα γονίδια να µεταφέρο-
συχνότητα, κάποια ανασυνδυασµένα στελέχη c +.
+
Στέλεχος 2: Εφόσον τα ανασυνδυασµένα στελέχη c + προκύπτουν στα 6 λεπτά, ενώ τα ανασυνδυασµένα g +, h +, a + και b + προκύπτουν αργότερα,
το στέλεχος 2 είναι Hfr. Τα γονίδια µεταφέρονται
µε τη σειρά c +, g +, h +, a + και b +. Από τους χρόνους
µεταφοράς των γονιδίων συµπεραίνουµε ότι οι θέσεις των γονιδίων στο χάρτη είναι οι εξής: θέση
έναρξης (0) – c +(6) – g +(8) – h +(11) – a +(14) – b +(16).
Οι θέσεις των γονιδίων d +, e + και f + δεν µπορούν
να προσδιοριστούν µε ακρίβεια. Επειδή τα γονίδια
αυτά δε µεταφέρονται κατά τη διάρκεια µιας δια-
σταύρωσης Hfr × F –, θα πρέπει είτε να εντοπίζο-
νται σε µεγάλη απόσταση από τη θέση ενσωµάτωσης του παράγοντα F είτε να βρίσκονται σε µικρή
απόσταση από αυτήν αλλά κοντά στα γονίδια γονιµότητας, τα οποία σπάνια µεταφέρονται από
ένα στέλεχος Hfr. Όταν τα ανασυνδυασµένα στελέχη που προέκυψαν από τη σύζευξη στέλεχος 2
× F – σε χρονικό διάστηµα 16 λεπτών διασταυρωθούν µε ένα στέλεχος F – amp R, το c + δε µεταφέρεται. Αν αυτά τα ανασυνδυασµένα στελέχη αδυνατούν να συζευχθούν µε το F –, αυτό αποτελεί
ένδειξη ότι, παρόλο που το στέλεχος 2 είναι γόνιµο, δε µετέφερε έναν πλήρη παράγοντα F. Κατά
συνέπεια, θα πρέπει να είναι Hfr.
Στέλεχος 3: Το στέλεχος 3 µεταφέρει το c +
σε 1 λεπτό και το g + σε 3 λεπτά. Από την ανάλυ-
ση της διασταύρωσης στέλεχος 2 × F – βρήκαµε
ότι αυτά τα γονίδια απέχουν µεταξύ τους 2 λεπτά. Αυτά τα στοιχεία επιβεβαιώνουν το προηγούµενο συµπέρασµα. Εφόσον δεν προκύπτουν
άλλα ανασυνδυασµένα στελέχη, δε µεταφέρονται άλλα γονίδια. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει
ότι το στέλεχος 3 είναι F΄ και ότι το τµήµα DNA
που περιλαµβάνει τα c + και g + βρίσκεται στον παράγοντα F΄. Αν πράγµατι ισχύει αυτή η περίπτω-
31
32
Κεφάλαιο 9
ση, ο πλήρης παράγοντας F θα µεταφερθεί κατά
τη διασταύρωση στέλεχος 3 × F , αν η χρονική
βρίσκονται στις πιο µακρινές θέσεις. Συνεπώς,
διάρκεια της σύζευξης είναι αρκετή. Παρατηρή-
cmlB εµφανίζουν ενδιάµεση συχνότητα συµµεταγωγής, όπως θα αναµενόταν αν το cmlB εντοπιζόταν µεταξύ των aroA και pyrD. Κατά συνέπεια,
η σωστή σειρά είναι η (α), aroA cmlB pyrD.
9.12 Εφόσον οι γενετικοί τόποι µε σχετικά µικρότερη απόσταση µεταξύ τους εµφανίζουν σχετικά
υψηλότερη συχνότητα συµµεταγωγής, τα ζεύγη
των γενετικών τόπων µπορούν να διαταχθούν µε
βάση την εγγύτητά τους ανά ζεύγη. Η διάταξη
(από τα κοντινότερα µεταξύ τους στα µακρινότερα) είναι cheB-eda, cheA-eda, cheA-supD, cheBsupD, eda-supD. Η διάταξη των γονιδίων που είναι σύµφωνη µε τις σχέσεις αυτές είναι η edacheB-cheA-supD.
9.13 Η γενετική απόσταση είναι 0,07 mu. Οι πλάκες που δηµιουργούνται στην E. coli K12(λ) είναι
r +, ενώ εκείνες στην E. coli B µπορεί να είναι είτε
r + είτε r –. Εποµένως, ο συνολικός αριθµός των
απογόνων µπορεί να προσδιοριστεί από τον αριθµό πλακών που σχηµατίζονται στην E. coli B: Συνολικός αριθµός απογόνων σε 1 mL = (παράγοντας αραίωσης) × (αριθµός απογόνων φάγων/mL)
= 1.000 × (672/0,1) = 6,72 × 106/mL. Εφόσον η E.
coli B έχει µολυνθεί ταυτόχρονα µε τα rIIx και rIIy,
ο µόνος τρόπος να προκύψει απόγονος φάγος r +
είναι να συµβεί διασκελισµός στο εσωτερικό του
γενετικού τόπου rII. Οι απόγονοι που θα προέκυπταν από το διασκελισµό θα ήταν ανασυνδυασµένα στελέχη 1/2 r + και 1/2 rIIxy. Ο αριθµός των
ανασυνδυασµένων φάγων είναι διπλάσιος του
αριθµού των φάγ ων r + και µπορεί να εκτιµηθεί µε
ανάπτυξη σε E. coli K12(λ): Αριθµός ανασυνδυασµένων απογόνων σε 1 mL = 2 × (αριθµός φάγων
r +/mL) = 2 × (470/0,2) = 4.700/mL. Η χαρτογραφική απόσταση µεταξύ των rIIx και rIIy είναι
[4.700/(6,72 × 106)] × 100% = 0,07 mu.
9.15 Αναλύστε τα στοιχεία όπως θα αναλύατε
µια σειρά διασταυρώσεων δύο παραγόντων. ∆ύο
χάρτες είναι συµβατοί µε τα δεδοµένα:
–
θηκε επίσης το εξής: τα ανασυνδυασµένα στελέχη c + που προέκυψαν από τη διασταύρωση στέλεχος 3 × F – στα 16 λεπτά µπορούν να µεταβιβά-
σουν το c + σε ένα στέλεχος F – amp R. Κατά συνέπεια, το στέλεχος 3 είναι F΄.
γ. Στο παρακάτω διάγραµµα απεικονίζονται
όλες οι πληροφορίες που είναι γνωστές µε βεβαιότητα. Οι θέσεις των γονιδίων στα στελέχη 1
και 3 συνάγονται από τις διασταυρώσεις µε το
στέλεχος 2. Οι θέσεις των γονιδίων d +, e + και f +
είναι άγνωστες.
9.8 α. ΓΜ.
β. ΕΜ.
γ. ΕΜ.
δ. ΓΜ.
ε. ΓΜ.
στ. ∆.
ζ. ∆.
η. ∆.
θ. Κ.
9.10 Όσο πιο µικρή είναι η απόσταση δύο γονιδίων, τόσο υψηλότερη είναι η συχνότητα συµµεταγωγής τους. Τα γονίδια pryD και cmlB εµφανίζουν την υψηλότερη συχνότητα συµµεταγωγής,
εποµένως θα πρέπει να βρίσκονται σε πολύ κοντινές θέσεις. Γι’ αυτό, η σειρά (γ) αποκλείεται. Τα
γονίδια aroA και pyrD εµφανίζουν τη χαµηλότερη
συχνότητα συµµεταγωγής, οπότε θα πρέπει να
απορρίπτεται και η σειρά (β). Τα γονίδια aroA και
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
κληρωµένα τη λειτουργία rII. Εποµένως, και τα
δύο µεταλλάγµατα πρέπει να είναι ελαττωµατικά
ως προς την ίδια λειτουργία (απουσιάζει είτε η
λειτουργία rIIA είτε η λειτουργία rIIB ).
9.17 Ταυτοποιήστε την περιοχή που λείπει από
κάθε ελλειµµατικό µετάλλαγµα µε την εφαρµογή
δύο αρχών: (1) Αν δεν προκύψουν ανασυνδυασµένα στελέχη r +, το έλλειµµα αποµακρύνει τη
θέση της σηµειακής µεταλλαγής. (2) Αν προκύψουν ανασυνδυασµένα στελέχη r +, η θέση της
σηµειακής µεταλλαγής δεν εντοπίζεται ανάµεσα
στα όρια του ελλείµµατος.
9.20 α. Οι τρεις οµάδες συµπληρωµατικότητας
αντιστοιχούν σε τρία γονίδια.
β. Στα µεταλλάγµατα A, F και D είναι ελαττωµατικό το ένα γονίδιο, στα B και G είναι ελαττωµατικό ένα δεύτερο γονίδιο και στα C και E είναι ελαττωµατικό ένα τρίτο γονίδιο.
9.22 α. Αν το DNA που έχει µεταφερθεί µε µεταγωγή σε ένα συγκεκριµένο µετάλλαγµα leu ανασυνδυαστεί µε το χρωµόσωµα του µεταλλαγµένου βακτηρίου και προκύψει ένα στέλεχος leu +,
9.18 Εφαρµόστε δύο αρχές για να προσδιορίσετε
το DNA που προέρχεται από µεταγωγή θα πρέπει
την περιοχή όπου εντοπίζεται ένα σηµειακό µε-
να φέρει τις αλληλουχίες άγριου τύπου που µπο-
τάλλαγµα: (1) Αν ένα σηµειακό µετάλλαγµα µπο-
ρούν να αντικαταστήσουν τη µεταλλαγµένη θέση
ρεί να ανασυνδυαστεί µε ένα ελλειµµατικό µε-
leu. Κατά συνέπεια, στα ζεύγη µεταλλαγµάτων
από τα οποία προκύπτουν ανασυνδυασµένα στελέχη άγριου τύπου (leu +) οι µεταλλαγές θα πρέπει να εντοπίζονται σε διαφορετικές θέσεις, ενώ
στα ζεύγη µεταλλαγµάτων από τα οποία δεν
µπορούν να δηµιουργηθούν ανασυνδυασµένα
στελέχη leu + οι µεταλλαγές θα πρέπει να εντοπίζονται στην ίδια θέση (ή να έχουν τουλάχιστον
µία κοινή µεταλλαγµένη θέση αν οι µεταλλαγές
είναι περισσότερες από µία). Οι θέσεις αυτές
µπορεί να αντιστοιχούν σε ένα ή περισσότερα
ζεύγη βάσεων. Τα µεταλλάγµατα που επηρεάζουν περισσότερες από µία θέσεις πρέπει να φέρουν ελλείµµατα. Τα ελλείµµατα αναγνωρίζονται
τάλλαγµα, θα πρέπει η θέση της µεταλλαγής να
βρίσκεται εκτός της περιοχής του ελλείµµατος.
(2) Αν ένα σηµειακό µετάλλαγµα δεν µπορεί να
ανασυνδυαστεί µε ένα ελλειµµατικό µετάλλαγµα, θα πρέπει η θέση της σηµειακής µεταλλαγής
να βρίσκεται µέσα στην περιοχή του ελλείµµατος. Χρησιµοποιήστε τα στοιχεία συµπληρωµατικότητας για να προσδιορίσετε τις θέσεις των κιστρονίων A και B: Αν κατά τη µόλυνση E. coli
K12(λ) µε µείγµα των δύο µεταλλαγµάτων δεν
µπορούν να αναπτυχθούν πλάκες, τα δύο µεταλλαγµένα στελέχη δεν αλληλοσυµπληρώνονται
και δεν µπορούν από κοινού να παρέχουν ολο-
33
34
Κεφάλαιο 9
µέσω της ταυτοποίησης µεταλλαγµάτων τα οποία
τάλλαγµα επηρεάζεται το γονίδιο µιας πρω-
δεν µπορούν να δηµιουργήσουν ανασυνδυασµέ-
τεΐνης που τροποποιεί και καθιστά λειτουργικό
να στελέχη leu σε συνδυασµό µε δύο άλλα µε-
το ενζυµικό πολυπεπτίδιο (για παράδειγµα, θα
ταλλάγµατα που έχουν χαρτογραφηθεί σε δια-
µπορούσε να επηρεάζει κάποια πρωτεάση που
φορετικές περιοχές. Για παράδειγµα, τα µεταλ-
υδρολύει εξειδικευµένα ένα προένζυµο ώστε να
λάγµατα 3 και 8 µπορούν να ανασυνδυαστούν
δηµιουργηθεί ένα ενεργό ένζυµο ή θα µπορούσε
ώστε να δηµιουργηθούν ανασυνδυασµένα στελέ-
να επηρεάζει κάποια κινάση που φωσφορυλιώνει
χη leu , εποµένως εδράζονται σε διαφορετικές
την ανενεργή µορφή του ενζύµου ώστε να την
θέσεις. Το µετάλλαγµα 7 δεν µπορεί να ανασυν-
καταστήσει ενεργή).
δυαστεί µε κανένα από τα µεταλλάγµατα 3 ή 8,
9.26 α. Εφόσον και τα εννιά µεταλλάγµατα του
εποµένως θα πρέπει να φέρει ελλείµµατα και
πολύ πρώιµου σταδίου µπορούν να αντιστρα-
στις δύο θέσεις. Με αυτή τη λογική, τα µεταλ-
φούν, όλα φέρουν σηµειακές µεταλλαγές.
+
+
λάγµατα 2, 4 και 7 πρέπει να φέρουν ελλείµµατα.
β. Και τα εννιά µεταλλάγµατα του πολύ
Στο χάρτη που ακολουθεί, τα ελλείµµατα απεικο-
πρώιµου σταδίου αποτυγχάνουν να αλληλοσυ-
νίζονται µε κενά παραλληλόγραµµα.
µπληρωθούν (κανένα δεν παρήγαγε αρκετό ιό
µετά από ταυτόχρονες µολύνσεις ανά ζεύγη
ώστε να θεωρηθεί θετικό), εποµένως σε όλα έχει
απενεργοποιηθεί η ίδια λειτουργία.
γ. Οκτώ από τα µεταλλάγµατα (B2, B21,
β. Μια µεταλλαγµένη θέση µπορεί να περιλαµβάνει ένα ή περισσότερα ζεύγη βάσεων. Για
να εξακριβώσετε αν µια µεταλλαγή είναι σηµειακή, ελέγξτε αν το µετάλλαγµα µπορεί να αντιστραφεί. Τα σηµειακά µεταλλάγµατα µπορούν να
αντιστραφούν, τα ελλείµµατα όµως όχι.
γ. Με αυτή την ανάλυση δεν µπορεί να
προσδιοριστεί ο αριθµός των κιστρονίων µιας περιοχής του γενετικού υλικού. Για το σκοπό αυτό
απαιτούνται δοκιµασίες συµπληρωµατικότητας.
9.25 Υπάρχουν τουλάχιστον δύο πιθανές ερµηνείες. Πρώτον, το ένζυµο θα µπορούσε να αποτελείται από πολλαπλές πολυπεπτιδικές υποµονάδες. Στα µεταλλάγµατα επηρεάζονται διαφορετικά γονίδια, καθένα από τα οποία κωδικοποιεί ένα
πολυπεπτίδιο που αποτελεί συστατικό ενός πολυµερούς ενζύµου. ∆εύτερον, το πολυπεπτίδιο
του ενζύµου θα µπορούσε να τροποποιείται πριν
καταστεί ενεργό ως ένζυµο. Στο ένα µετάλλαγµα επηρεάζεται το γονίδιο το οποίο κωδικοποιεί
το πολυπεπτίδιο που θα πρέπει να τροποποιηθεί
ώστε να σχηµατιστεί το ένζυµο. Στο δεύτερο µε-
B27, B28, B32, 901, LB2 και D) µπορούν να ανασυνδυαστούν µεταξύ τους, κατά συνέπεια οι µεταλλαγές επηρεάζουν διαφορετικές θέσεις. Το
µετάλλαγµα c75 αποτυγχάνει να ανασυνδυαστεί
µε το µετάλλαγµα D, εποµένως είναι πιθανό στα
δύο αυτά µεταλλάγµατα οι µεταλλαγές να επηρεάζουν την ίδια θέση.
δ. Στο µετάλλαγµα c75 µπορεί να επηρεάζονται πολλαπλές θέσεις. Αντιστρέφεται µε χαµηλότερη συχνότητα από αυτή των άλλων µεταλλαγµάτων και επίσης παρουσιάζονται ιδιοµορφίες στον ανασυνδυασµό του µε τα άλλα µεταλλάγµατα.
ε. Τα µεταλλάγµατα δεν παρεµποδίζουν
εντελώς την ιική ανάπτυξη, εποµένως από κάθε
µετάλλαγµα παράγεται κάποια µικρή ποσότητα
ιού. Ο δείκτης I εκφράζει την ποσότητα του ιού
που παράγεται από την ταυτόχρονη µόλυνση µε
δύο µεταλλάγµατα σε σχέση µε το άθροισµα των
ποσοτήτων που παράγονται από τη µόλυνση µε
κάθε ιό ξεχωριστά. Αν στους δύο ιούς είναι ελαττωµατική η ίδια λειτουργία, τότε από την ταυτό-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
χρονη µόλυνση πρέπει να παραχθεί µικρή ποσό-
ζ. Ο ρυθµός αντιστροφής του µεταλλάγµατος
τητα ιού, παρόµοια µε το άθροισµα των ποσοτή-
c75 είναι µικρότερος από αυτόν των άλλων µεταλλαγµάτων, γεγονός που υποδηλώνει ότι η φύση
της µεταλλαγής που φέρει είναι πιο πολύπλοκη
από µια απλή σηµειακή µεταλλαγή. Όταν επηρεάζονται πολλαπλές θέσεις, τότε εµφανίζονται ιδιοµορφίες ή αντιφατικά στοιχεία κατά τη µελέτη του
ανασυνδυασµού µε άλλα µεταλλάγµατα.
9.27 α. ∆ιασταυρώστε κάθε µετάλλαγµα µε το στέλεχος άγριου τύπου και βαθύ κόκκινο χρώµα µατιών και σηµειώστε τους φαινοτύπους των απογόνων. Εξ ορισµού, µια επικρατής µεταλλαγή επηρεάζει το φαινότυπο του ετεροζυγώτη. Εποµένως,
αν οι απόγονοι έχουν καφέ µάτια, η µεταλλαγή είναι επικρατής, ενώ αν έχουν βαθύ κόκκινο χρώµα
µατιών, η µεταλλαγή είναι υποτελής.
β. ∆ιασταυρώστε τα µεταλλάγµατα ανά ζεύγη για να ελέγξετε τη συµπληρωµατικότητα των
µεταλλαγών που φέρουν. Αν διασταυρωθούν
στελέχη που φέρουν µεταλλαγές οι οποίες επηρεάζουν την ίδια γονιδιακή λειτουργία, θα προκύψουν απόγονοι µε καφέ µάτια, οπότε αυτές οι
µεταλλαγές θα ανήκουν στην ίδια οµάδα συµπληρωµατικότητας. Αν διασταυρωθούν στελέχη
που φέρουν µεταλλαγές οι οποίες επηρεάζουν
διαφορετικές λειτουργίες, θα προκύψουν απόγονοι µε βαθύ κόκκινο χρώµα µατιών, οπότε αυτές
οι µεταλλαγές θα ανήκουν σε διαφορετικές οµάδες συµπληρωµατικότητας. Από τον υπολογισµό
του αριθµού των διαφορετικών οµάδων συµπληρωµατικότητας θα προκύψει ο αριθµός των γονιδίων που επηρεάζονται.
γ. Οι αλληλοµορφικές µεταλλαγές είναι
εκείνες που ανήκουν στην ίδια οµάδα συµπληρωµατικότητας, όπως προσδιορίστηκε στο (β).
δ. Θα µπορούσατε να διαπιστώσετε αν σε
ένα συγκεκριµένο µετάλλαγµα είναι µεταλλαγµένο ένα αλληλόµορφο κάποιου γνωστού γονιδίου
για το χρώµα των µατιών ελέγχοντας τη συµπληρωµατικότητα του µεταλλάγµατος αυτού µε µεταλλάγµατα όλων των γνωστών γονιδίων που κα-
των που παράγονται από τις ξεχωριστές µολύνσεις µε καθένα από τα δύο µεµονωµένα στελέχη,
και ο δείκτης I θα είναι περίπου 1,0. Αν τα δύο
µεταλλάγµατα έχουν διαφορετικές ελαττωµατικές λειτουργίες, τότε η ταυτόχρονη µόλυνση θα
επιτρέψει να συµβεί συµπληρωµατικότητα, καθώς η λειτουργία που είναι ελαττωµατική στο
ένα µετάλλαγµα θα παρέχεται από το άλλο µετάλλαγµα. Η ποσότητα ιών που θα παραχθεί θα
είναι σηµαντικά µεγαλύτερη και ο δείκτης I θα είναι πολύ µεγαλύτερος από τη µονάδα.
Στην περιοριστική θερµοκρασία των 39 °C δεν
µπορούν να αναπτυχθούν ούτε τα γονικά ούτε τα
ανασυνδυασµένα διπλά µεταλλάγµατα. Μπορούν
να αναπτυχθούν µόνο οι ανασυνδυασµένοι ιοί
άγριου τύπου, οι οποίοι θα αντιστοιχούν στους µισούς ανασυνδυασµένους ιούς. Εποµένως, αν διπλασιάσουµε την ποσότητα του ιού που παράγεται στους 39 °C, µπορούµε να υπολογίσουµε τον
αριθµό των ανασυνδυασµών µεταξύ των δύο µεταλλαγµένων θέσεων. Στην επιτρεπτική θερµοκρασία των 34 °C µπορούν να αναπτυχθούν τόσο
οι µεταλλαγµένοι ιοί όσο και οι ιοί άγριου τύπου.
Κατά συνέπεια, η ποσότητα του ιού που παράγεται στους 34 °C αποτελεί µέτρηση της συνολικής
ποσότητας ιών που παράγονται από την ταυτόχρονη µόλυνση µε τα δύο µεταλλαγµένα στελέχη. Η τιµή RF υπολογίζεται από το διπλασιασµό
της ποσότητας του ιού που παράγεται από την
ταυτόχρονη µόλυνση µε δύο µεταλλάγµατα στους
39 °C και τη διαίρεση αυτού του αριθµού µε την
ποσότητα ιού που παράγεται από την ταυτόχρονη
µόλυνση µε τα δύο µεταλλάγµατα στους 34 °C.
Εποµένως, µε την τιµή RF υπολογίζεται η συχνότητα ανασυνδυασµού δύο µεταλλαγµάτων.
στ.
35
36
Κεφάλαιο 10
θορίζουν το χρώµα των µατιών. Αυτός ο έλεγχος
10.4 Για τα ερωτήµατα (α), (β) και (γ): Τα κενά κα-
θα βασιζόταν στη διασταύρωση του µεταλλαγµέ-
ψίδια των φάγων (υπερκείµενο) και οι απόγονοι
νου στελέχους µε άτοµα από µια συλλογή στελε-
φάγοι θα περιέχουν ραδιενεργό ισότοπο. Τόσο
χών µε γνωστές µεταλλαγές για το χρώµα των
τα αµινοξέα όσο και τα νουκλεϊκά οξέα περιέ-
µατιών και στην παρατήρηση των απογόνων κάθε
χουν C, N και Η, οπότε ο γονικός φάγος που ση-
διασταύρωσης. Αν οι απόγονοι µιας διασταύρω-
µαίνεται µε ισότοπα των C, N και Η θα έχει σηµα-
σης έχουν µεταλλαγµένο χρώµα µατιών, µπορείτε
σµένα πρωτεϊνικά καψίδια και DNA. Τα ισότοπα
να συµπεράνετε ότι οι µεταλλαγές που φέρουν τα
αυτά θα ανακτηθούν στο DNA των απογόνων φά-
δύο στελέχη είναι αλληλοµορφικές. Εντούτοις,
γων, καθώς και στα κενά καψίδια φάγων που πα-
θα επρόκειτο για τεράστιο όγκο εργασίας. Υπάρ-
ραµένουν στο υπερκείµενο µετά τη µόλυνση. Αυ-
χουν πολλές µεταλλαγές για το χρώµα των µα-
τό το πείραµα δε θα µας βοηθούσε να προσδιορί-
τιών και αυτό θα απαιτούσε µεγάλο αριθµό δια-
σουµε αν το γενετικό υλικό είναι το DNA ή η
σταυρώσεων. Πιο γρήγορη διαδικασία θα ήταν να
πρωτεΐνη, καθώς κανένα από τα δύο δε σηµαίνε-
προσδιοριστεί αρχικά ποιες από τις έξι µεταλλα-
ται επιλεκτικά.
γές είναι αλληλοµορφικές και κατόπιν να επιλε-
10.9 α. 3΄-TCAATGGACTAGCAT-5΄
γεί ένα αντιπροσωπευτικό αλληλόµορφο από κάθε οµάδα συµπληρωµατικότητας και να ταυτοποιηθεί η χρωµοσωµική του θέση του µε µια σει-
(ή 5΄-TACGATCAGGTAACT-3΄).
β. 3΄-ΑΑGAGTTCTTAAGGT-5΄
(ή 5΄-TGGAATTCTTGAGAA-3΄).
ρά διασταυρώσεων δύο και/ή τριών χαρτογραφι-
10.10 Το ζεύγος βάσεων αδενίνης-θυµίνης συ-
κών σηµείων. Αφού ολοκληρωθεί αυτό, εξετά-
γκρατείται από δύο δεσµούς υδρογόνου ενώ το
ζουµε δηµοσιευµένους γενετικούς χάρτες του
ζεύγος βάσεων γουανίνης-κυτοσίνης από τρεις
γονιδιώµατος της Drosophila (επισκεφθείτε το δι-
δεσµούς υδρογόνου. Για το λόγο αυτό, το ζεύ-
κτυακό τόπο http://www.flybase.org) και αναζητού-
γος βάσεων γουανίνης-κυτοσίνης απαιτεί περισ-
µε να βρούµε αν εδράζονται οποιεσδήποτε γνω-
σότερη ενέργεια για να διαχωριστεί και είναι πιο
στές µεταλλαγές του χρώµατος των µατιών στην
δύσκολο να διασπαστεί.
ίδια περιοχή. Στη συνέχεια, µπορούµε να προµη-
10.12 Επειδή (G) = (C) και (Α) = (Τ), συνεπάγεται
θευτούµε στελέχη µε αυτές τις µεταλλαγές του
ότι (G + A) = (C + T) και (G + T) = (A + C). Συνε-
χρώµατος των µατιών και να πραγµατοποιήσουµε
πώς, τα (β), (γ) και (δ) ισούνται όλα µε 1.
δοκιµασίες συµπληρωµατικότητας µεταξύ αυτών
10.15 Επειδή το µόριο DNA είναι δίκλωνο, (Α) = (Τ)
των µεταλλαγµένων στελεχών και ενός αντιπρο-
και (G) = (C). Αν υπάρχουν 80 κατάλοιπα Τ,
σωπευτικού µεταλλάγµατος από κάθε οµάδα συ-
πρέπει να υπάρχουν 80 κατάλοιπα Α. Αν υπάρ-
µπληρωµατικότητας που ταυτοποιήσαµε µε τις νέ-
χουν 110 κατάλοιπα G, πρέπει να υπάρχουν 110
ες µεταλλαγές για το χρώµα των µατιών.
κατάλοιπα C. Εποµένως, το µόριο έχει (110 +
110 + 80 + 80) = 380 νουκλεοτίδια, ή 190 ζεύγη
Κεφάλαιο 10 DNA: Το γενετικό υλικό
βάσεων.
10.2 α. Επέζησαν.
10.16 Παρατηρούµε ότι στην περίπτωση αυτή
β. Πέθαναν.
(Α) ≠ (Τ) και (G) ≠ (C), άρα το DNA δεν είναι δί-
γ. Επέζησαν.
κλωνο. Το γονιδίωµα του βακτηριακού ιού είναι
δ. Πέθαναν (DNA από τα βακτήρια IIIS µετα-
µονόκλωνο DNA.
σχηµάτισε τα βακτήρια IIS σε µια µολυσµατική
10.17 Τα ζεύγη βάσεων GC έχουν τρεις δεσµούς
µορφή).
υδρογόνου, ενώ τα ζεύγη ΑΤ έχουν δύο. Κατά
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
συνέπεια, τα ζεύγη βάσεων GC είναι πιο ισχυρά
Κάθε αλυσίδα έχει δύο αζευγάρωτες βάσεις
συνδεδεµένα από τα ζεύγη ΑΤ. Αν ένα δίκλωνο
που εξέχουν στα άκρα της. Αυτές οι βάσεις είναι
µόριο σε διάλυµα θερµανθεί, η θερµική ενέργεια
συµπληρωµατικές µεταξύ τους, έτσι ώστε το µό-
«λιώνει» τους δεσµούς υδρογόνου, αποδιατάσ-
ριο να µπορεί να κυκλοποιηθεί και να πάρουµε:
σοντας το δίκλωνο µόριο σε µονόκλωνες αλυσίδες. Τα δίκλωνα µόρια µε περισσότερα ζεύγη βάσεων GC απαιτούν περισσότερη θερµική ενέργεια για να σπάσουν οι δεσµοί υδρογόνου τους,
εποµένως αποδιατάσσονται σε υψηλότερες θερµοκρασίες. Με άλλα λόγια, όσο περισσότερα είναι τα ζεύγη βάσεων GC ενός δίκλωνου µορίου
DNA, τόσο υψηλότερη είναι η θερµοκρασία τήξης του. Βάζοντας σε σειρά τα µόρια από εκείνο
µε το µικρότερο προς εκείνο µε το µεγαλύτερο
ποσοστό GC, η σειρά των θερµοκρασιών τήξης
β. Η αλληλουχία της αλυσίδας 3 είναι συµπλη-
είναι: (β) 69 °C, (α) 73 °C, (δ) 78 °C, (ε) 82 °C και
ρωµατική µε την αλληλουχία της αλυσίδας 4. Οι
(γ) 84 °C.
δύο αλυσίδες επίσης έχουν αντίθετη πολικότητα,
10.22 α. Κάθε ζεύγος βάσεων έχει δύο νουκλεοτί-
οπότε µπορούν να ζευγαρώσουν. Έτσι παίρνουµε:
δια. Εποµένως το µόριο έχει 200.000 νουκλεοτίδια.
β. Υπάρχουν 10 ζεύγη βάσεων ανά πλήρη
στροφή 360°. Κατά συνέπεια, θα υπάρχουν
100.000/10 = 10.000 πλήρεις στροφές ανά µόριο.
γ. Υπάρχουν 0,34 nm µεταξύ των γειτονικών
10.29 α. Μόνο τα ευκαρυωτικά χρωµοσώµατα
(διαδοχικών) ζευγών βάσεων. Έτσι, το µήκος θα είναι 100.000 × 0,34 nm = 3,4 × 10 nm = 34 µm.
διαθέτουν κεντροµερή, δηλαδή το τµήµα των
10.24 Η πιθανότητα να βρεθεί η αλληλουχία
πρόσδεσης των ινιδίων της µιτωτικής ή της µειω-
4
χρωµοσωµάτων που βρίσκεται κοντά στο σηµείο
5΄-GUUA-3΄ είναι (0,30 × 0,25 × 0,25 × 0,20) =
τικής ατράκτου. Σε ορισµένους οργανισµούς, όπως
0,00375. Σε ένα µόριο µήκους 10 νουκλεοτιδίων
ο S. cerevisae, σχετίζονται µε ειδικές αλληλου-
υπάρχουν σχεδόν 10 οµάδες των τεσσάρων βά-
χίες CEN. Σε άλλους οργανισµούς έχουν µια πιο
σεων. Η πρώτη οµάδα είναι οι βάσεις 1, 2, 3 και
πολύπλοκη επαναλαµβανόµενη δοµή.
6
6
4, η δεύτερη οµάδα είναι οι βάσεις 2, 3, 4 και 5
β. Σάκχαρα εξόζης δε βρίσκονται ούτε στα
κ.ο.κ. Έτσι, ο αριθµός των φορών που αναµένε-
ευκαρυωτικά ούτε στα βακτηριακά χρωµοσώµα-
ται να εµφανιστεί αυτή η αλληλουχία είναι
0,00375 × 10 = 3.750.
τα, καθώς το DNA περιέχει σάκχαρα πεντόζης.
10.25 α. Η αλληλουχία CGAGG στο µόριο 2 είναι
που εµπλέκονται στη συσπείρωση των χρωµοσω-
συµπληρωµατική µε την αλληλουχία GCTCC στο
µάτων, όπως είναι οι πρωτεΐνες που συγκρατούν
µόριο 3. Αυτές µπορούν να ζευγαρώσουν, ώστε
µαζί τα άκρα των περιοχών µε βρόχους στα προ-
να προκύψει το µερικώς δίκλωνο µόριο:
καρυωτικά χρωµοσώµατα, καθώς και οι ιστόνες
6
γ. Τα αµινοξέα εντοπίζονται σε πρωτεΐνες
και οι µη ιστόνες στην ευκαρυωτική χρωµατίνη.
δ. Τόσο τα ευκαρυωτικά όσο και τα βακτηριακά χρωµοσώµατα εµφανίζουν υπερελίκωση.
37
38
Κεφάλαιο 10
ε. Τα τελοµερή εντοπίζονται µόνο στα άκρα
χνει ο αντίχειράς σας όταν τα δάχτυλα του χεριού
των ευκαρυωτικών χρωµοσωµάτων και είναι απα-
σας τυλίγονται γύρω από το κουτί (κανόνας δεξιού
ραίτητα για την αντιγραφή και τη σταθερότητά
χεριού). Έτσι, η ζώνη έχει σχηµατίσει µια δεξιό-
τους. Συνδέονται µε ειδικούς τύπους αλληλου-
στροφη έλικα.
χιών: απλές τελοµερικές αλληλουχίες και αλλη-
β. Υπήρχαν τρεις στροφές.
λουχίες που συνδέονται µε τα τελοµερή.
γ. Υπήρχαν τρεις στροφές. Ο αριθµός των
στ. Οι µη ιστόνες εντοπίζονται µόνο σε ευκαρυωτικά χρωµοσώµατα και έχουν δοµικό ρόλο
(εµπλέκονται στα ανώτερα επίπεδα συµπύκνωσης) και πιθανόν άλλες λειτουργίες.
ελικοειδών στροφών δεν αλλάζει, αν και αλλάζει
η γωνία στροφής.
δ. Η ζώνη φαίνεται περισσότερο περιελιγµένη επειδή ο ρυθµός στρέψης άλλαξε και οι ακ-
ζ. Το DNA συναντάται τόσο στα ευκαρυωτι-
µές της ζώνης (που είναι τοποθετηµένες περίπου
κά όσο και στα προκαρυωτικά χρωµοσώµατα
όπως τα ζεύγη των συµπληρωµατικών αζωτού-
(ωστόσο, κάποια ιικά χρωµοσώµατα περιέχουν
χων βάσεων της διπλής έλικας) στρέφονται πιο
RNA ως γενετικό υλικό).
έντονα.
η. Τα νουκλεοσώµατα είναι η θεµελιώδης
ε. Όσο η ζώνη βρίσκεται τυλιγµένη γύρω
δοµική µονάδα οργάνωσης του γενετικού υλικού
από το κουτί, το µήκος της µειώνεται περίπου 70-
στα ευκαρυωτικά χρωµοσώµατα και δεν παρατη-
80% σε σχέση µε το αρχικό της µήκος.
ρείται στα προκαρυωτικά χρωµοσώµατα.
θ. Κυκλικά χρωµοσώµατα εντοπίζονται µόνο
στους προκαρυώτες, όχι στους ευκαρυώτες.
στ. Η απάντηση είναι ναι. Καθώς το DNA
των γραµµικών χρωµοσωµάτων τυλίγεται γύρω
από τις ιστόνες για να σχηµατιστεί ένα ινίδιο
ι. Η δηµιουργία βρόχων παρατηρείται τόσο
χρωµατίνης των 10 nm, γίνεται υπερελικωµένο.
στα ευκαρυωτικά όσο και στα προκαρυωτικά
Όπως πρέπει να προσθέσετε στροφές στη ζώνη
χρωµοσώµατα. Στα ευκαρυωτικά χρωµοσώµατα,
για να τυλιχθεί γύρω από την επιφάνεια του κου-
το ινίδιο χρωµατίνης των 30 nm συµπυκνώνεται
τιού, µε τον ίδιο τρόπο πρέπει να εισαχθούν υπε-
σε περιοχές βρόχων χάρη σε χρωµοσωµικές µη
ρέλικες στο DNA για να τυλιχθεί γύρω από τις
ιστόνες. Στα βακτηριακά χρωµοσώµατα, όπως
ιστόνες.
αυτό της E. coli, υπάρχουν περίπου 100 περιοχές
ζ. Οι τοποϊσοµεράσες αυξάνουν ή µειώνουν
βρόχων, που η καθεµία περιλαµβάνει υπερελικω-
το επίπεδο της αρνητικής υπερελίκωσης του DNA.
µένο DNA µήκους περίπου 400 kb.
Για να γίνει συµπύκνωση του γραµµικού DNA, πρέ-
10.31 α. Η ζώνη σχηµατίζει µια δεξιόστροφη έλι-
πει να εισαχθούν σε αυτό αρνητικές υπερέλικες.
κα. Αν και τυλίξατε τη ζώνη γύρω από τον άξονα
10.32 Τα 16 κεντροµερή του ζυµοµύκητα έχουν
του κουτιού µε αριστερόστροφη κατεύθυνση
παρόµοιες αλλά όχι πανοµοιότυπες αλληλουχίες
(κοιτάζοντας το κουτί από πάνω), η ζώνη στρε-
DNA που ονοµάζονται αλληλουχίες CEN. Καθε-
φόταν γύρω από το κουτί δεξιόστροφα από τον
µία περιλαµβάνει τρεις επικράτειες, οι οποίες
άξονα του κουτιού. Ενώ η ζώνη είναι τυλιγµένη
ονοµάζονται στοιχεία DNA του κεντροµερούς
γύρω από το κουτί, λυγίστε τα δάχτυλα του δεξιού
(CDE, Centromere DNA Elements). Η CDEII, µια
σας χεριού πάνω από τη ζώνη και χρησιµοποιή-
περιοχή µήκους 76-86 bp που περιέχει >90% ΑΤ,
στε το δείκτη σας για να ακολουθήσετε την κα-
περιβάλλεται από τη CDEI, µια συντηρηµένη
τεύθυνση της τυλιγµένης ζώνης. Ο δεξιός δεί-
RTCACRTG αλληλουχία (όπου R = A ή G), και τη
κτης σας θα ακολουθήσει τη σπείρα προς τα πά-
CDEIII, µια συντηρηµένη περιοχή µήκους 25 bp
νω, δηλαδή προς την ίδια κατεύθυνση που δεί-
πλούσια σε ΑΤ. Οι περιοχές CDE αλληλεπιδρούν
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
µε πρωτεΐνες του κινητοχώρου που µεσολαβούν
Κεφάλαιο 11 Η αντιγραφή του DNA
στην πρόσδεση των κεντροµερών στους µικρο-
11.2 Συµβολισµοί:
σωληνίσκους της ατράκτου. Σύµφωνα µε ένα µο-
DNA = ΗL, 14Ν-14Ν = LL.
15
Ν-15Ν DNA = ΗΗ,
15
Ν-14Ν
ντέλο, στην περιοχή CDEI προσδένεται ο παρά-
α. Γενιά 1: όλα HL, 2: 1/2 HL, 1/2 LL, 3: 1/4
γοντας πρόσδεσης στο κεντροµερές 1 (Cbf1,
HL, 3/4 LL, 4: 1/8 HL, 7/8 LL, 6: 1/32 HL, 31/32 LL,
Centromere-binding factor 1), η CDEII τυλίγεται
8: 1/128 HL, 127/128 LL.
γύρω από ένα οκταµερές ιστονών και στην
β. Γενιά 1: 1/2 HH, 1/2 LL, 2: 1/4 HH, 3/4 LL,
CDEIII προσδένεται το πρωτεϊνικό σύµπλοκο
3: 1/8 HH, 7/8 LL, 4: 1/16 HH, 15/16 LL, 6: 1/64
Cbf3. Ο Cbf3 προσδένεται µε τη σειρά του στο
HH, 63/64 LL, 8: 1/256 HH, 255/256 LL.
µικροσωληνίσκο της ατράκτου µέσω µιας πρω-
11.4 α. Το γεγονός ότι η αντιγραφή του DNA είναι
τεΐνης πρόσδεσης.
ηµισυντηρητική δεν εξασφαλίζει ότι θα είναι ηµια-
10.34 Θα τα βρείτε σε DNA ενός αντιγράφου.
συνεχής. Για παράδειγµα, αν οι γονικές αλυσίδες
10.36 α. Αυτές οι διαπιστώσεις υποστηρίζουν τη
ξετυλίγονταν πλήρως και η αντιγραφή ξεκινούσε
σύγχρονη άποψη ότι τα τελοµερή είναι ειδικές
από το 3΄ άκρο της καθεµιάς, θα προχωρούσε συ-
χρωµοσωµικές δοµές µε δύο διακριτά δοµικά
νεχώς µε κατεύθυνση 5΄ προς 3΄ κατά µήκος κά-
στοιχεία: απλές τελοµερικές αλληλουχίες και
θε αλυσίδας. Εναλλακτικά, αν η DNA πολυµεράση
αλληλουχίες συνδεδεµένες µε τα τελοµερή.
ήταν σε θέση να συνθέσει DNA και στην κατεύ-
Επίσης δείχνουν ότι τα λειτουργικά γονίδια δε
θυνση 3΄ προς 5΄ και στην κατεύθυνση 5΄ προς 3΄,
βρίσκονται στην τελοµερική περιοχή, γεγονός
η αντιγραφή του DNA θα µπορούσε να προχωρά
που συνάδει µε την άποψη ότι τα τελοµερή είναι
µε συνεχή τρόπο και στις δύο αλυσίδες DNA.
µέρος της ετεροχρωµατίνης και έχουν ειδικές
β. Το γεγονός ότι η αντιγραφή του DNA εί-
προστατευτικές λειτουργίες για τα χρωµοσώµα-
ναι ηµιασυνεχής εξασφαλίζει ότι είναι ηµισυντη-
τα. Οι διαπιστώσεις αυτές συµβάλλουν σηµαντι-
ρητική. Στο µοντέλο ηµιασυνεχούς αντιγραφής,
κά στην κατανόηση της δοµής των τελοµερικών
κάθε γονική αποδιαταγµένη αλυσίδα χρησιµεύει
περιοχών και των περιοχών που βρίσκονται κο-
ως µήτρα για τη σύνθεση µιας νέας αλυσίδας (η
ντά στα τελοµερή. Για παράδειγµα, καταγρά-
µία αντιγράφεται µε συνεχή τρόπο ενώ η άλλη
φουν τη σηµαντική απόσταση στην οποία εκτεί-
µε ασυνεχή τρόπο). Αυτή είναι η ουσία του µο-
νονται οι συνδεδεµένες µε τα τελοµερή αλλη-
ντέλου της ηµισυντηρητικής αντιγραφής.
λουχίες, γύρω στα 36 kb, και έτσι έχουµε µια αί-
γ. Η ηµισυντηρητική αντιγραφή του DNA
σθηση του αριθµού, του µεγέθους και της πυκνό-
εξασφαλίζεται µε δύο ενζυµικές ιδιότητες της
τητας των γονιδίων στην περιοχή κοντά σε αυτό
DNA πολυµεράσης: συνθέτει µόνο µία νέα αλυσί-
το τελοµερές.
δα από κάθε γονική µονόκλωνη µήτρα και µπορεί
β. Τουλάχιστον σε αυτή την περιοχή, οι
να συνθέσει νέο DNA µόνο προς µία κατεύθυνση
παρατηρήσεις υποδεικνύουν ότι οι αλληλουχίες
(5΄ προς 3΄).
Alu εντοπίζονται πιο συχνά σε περιοχές που είναι πλούσιες σε ΑΤ. Αυτές οι περιοχές δεν είναι
τόσο πλούσιες σε γονίδια όσο οι περιοχές που
είναι πλούσιες σε GC. Έτσι, αυτή η οµάδα των
µέτρια επαναλαµβανόµενων αλληλουχιών και
των γονιδίων δεν έχει τυχαία κατανοµή σε αυτή
την περιοχή.
11.5 Για τη σύνθεση DNA in vitro απαιτείται DNA
πολυµεράση Ι, τα τριφωσφορικά δεοξυριβονουκλεοτίδια dATP, dGTP, dCTP και dTTP, ιόντα µαγνησίου και ένα τµήµα δίκλωνου DNA που χρησιµεύει ως µήτρα.
11.6 Η βασική απόδειξη ότι το ένζυµο του
Kornberg δεν είναι το κύριο ένζυµο για τη σύνθε-
39
40
Κεφάλαιο 11
ση του DNA in vivo προέρχεται από τη µελέτη
κύτταρο της E. coli. Κατά τη διάρκεια της αντι-
της ανάπτυξης και του βιοχηµικού φαινοτύπου
γραφής υπολογίζουµε την ενζυµική ενεργότητα
των µεταλλαγµάτων polA1 και polAex1. Το µε-
των προϊόντων γονιδίων που βρίσκονται σε διά-
τάλλαγµα polA1 έχει κατά 99% µειωµένη ενερ-
φορες θέσεις του χρωµοσώµατος της E. coli.
γότητα DNA πολυµεράσης, όµως είναι σε θέση
Αναµένεται να διαπιστώσουµε ότι µερικά γονίδια
να αναπτύσσεται, να αντιγράφει το DNA του και
(εκείνα που εντοπίζονται ακριβώς δίπλα στη θέ-
να διαιρείται. Στην απαγορευτική θερµοκρασία
ση έναρξης της αντιγραφής) θα διπλασιάζουν
των 42 °C, το υπό συνθήκη µετάλλαγµα polAex1,
την ενεργότητά τους πολύ σύντοµα µετά την
ενώ εξακολουθεί να διατηρεί το µεγαλύτερο πο-
έναρξη της αντιγραφής. Χρησιµοποιώντας ένα
σοστό της ενεργότητας πολυµεράσης, έχει χά-
γενετικό χάρτη των γονιδίων που µελετάµε, µπο-
σει την ενεργότητα εξωνουκλεάσης 5΄ προς 3΄.
ρούµε να συσχετίσουµε τη θέση των γονιδίων
Έτσι, στην απαγορευτική θερµοκρασία δεν µπο-
που έχουν διπλασιάσει την ενεργότητά τους µε
ρεί να επιτελέσει αντιγραφή των χρωµοσωµάτων
το χρονικό διάστηµα που διανύθηκε από την
και διαίρεση, παρόλο που διαθέτει ενεργότητα
έναρξη της αντιγραφής. Αν η αντιγραφή είναι αµ-
DNA πολυµεράσης.
φίδροµη, θα πρέπει να παρατηρηθεί διπλασια-
11.9 Καµία ένωση δεν είναι ανάλογο της αδενί-
σµός της ενεργότητας των γονιδιακών προϊό-
νης, οι B και D είναι ανάλογα της θυµίνης, η C εί-
ντων των γονιδίων που εντοπίζονται εκατέρωθεν
ναι ανάλογο της κυτοσίνης και η Α είναι ανάλογο
της θέσης έναρξης της αντιγραφής.
της γουανίνης.
11.17 Είναι σαφές ότι η αντιγραφή του DNA στο
11.14 Η DNA λιγάση καταλύει το σχηµατισµό ενός
µικροοργανισµό από το ∆ία δε συµβαίνει όπως
φωσφοδιεστερικού δεσµού µεταξύ του 3΄-ΟΗ και
στην E. coli. Αν δεχτούµε ότι το δίκλωνο DNA στο
της 5΄-φωσφορικής οµάδας σε κάθε πλευρά µιας
µικροοργανισµό αυτό είναι αντιπαράλληλο, όπως
εγκοπής σε µία αλυσίδα DNA, µε αποτέλεσµα να
και στην E. coli, οι DNA πολυµεράσες από το ∆ία
σφραγίζεται η εγκοπή και να αποκαθίσταται η
θα πρέπει να είναι σε θέση να συνθέτουν DNA
οµοιοπολική συνέχεια της αλυσίδας (βλ. Εικόνα
στην κατεύθυνση 5΄ προς 3΄ (στην προπορευόµε-
11.7). Τα θερµοευαίσθητα µεταλλάγµατα της λι-
νη αλυσίδα), καθώς και στην κατεύθυνση 3΄ προς
γάσης δε θα ήταν σε θέση να σφραγίσουν τέτοι-
5΄ (στην καθυστερηµένη αλυσίδα). Αυτό δε συνα-
ες εγκοπές στην απαγορευτική (υψηλή) θερµο-
ντάται σε καµία DNA πολυµεράση στη Γη.
κρασία, γεγονός που θα οδηγούσε σε διακεκοµ-
11.19 α. Η DNA ενδονουκλεάση που κωδικοποιεί-
µένες καθυστερηµένες αλυσίδες και ενδεχοµέ-
ται από το γονίδιο ter αναγνωρίζει αλληλουχίες
νως σε κυτταρικό θάνατο. Αν διεξαγόταν βιοχη-
σε θέσεις cos οι οποίες εµφανίζονται µία µόνο
µική ανάλυση στο DNA που συντέθηκε µετά τη
φορά σε κάθε αντίγραφο του γονιδιώµατος λ.
µεταφορά της E. coli στην απαγορευτική θερµο-
Στις θέσεις αυτές πραγµατοποιεί από µία ασυ-
κρασία, θα υπήρχε συσσώρευση τµηµάτων DNA
µπτωτική εγκοπή σε κάθε αλυσίδα, µε αποτέλε-
µεγέθους
τµηµάτων
σµα να παράγονται µόρια DNA µε µήκος που
Okazaki. Αυτό θα αποτελούσε επιπλέον απόδειξη
αντιστοιχεί στο γονιδίωµα του φάγου. Aυτά τα
ότι η αντιγραφή του DNA πρέπει να είναι ασυνε-
µόρια DNA, µόλις αποκοπούν, συσκευάζονται
χής στη µία αλυσίδα.
στα άδεια καψίδια.
ίσου
µε
εκείνου
των
11.15 Θεωρούµε ότι η ποσότητα ενός γονιδιακού
β. Το ένζυµο ter δηµιουργεί συµπληρωµατι-
προϊόντος είναι ευθέως ανάλογη του αριθµού
κά («κολλώδη») µονόκλωνα άκρα µήκους 12 βά-
των αντιγράφων του γονιδίου που υπάρχουν στο
σεων. Αφού ο λ µολύνει την E. coli, τα άκρα αυτά
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
ζευγαρώνουν και οι εγκοπές στο φωσφοσακχαρι-
τοµή από µία ενδονουκλεάση µετά ακριβώς από
δικό σκελετό των αλυσίδων σφραγίζονται µε φω-
την αντιγραφή ενός πλήρους αντιγράφου του
σφοδιεστερικούς δεσµούς που καταλύονται από
γονιδιώµατος. Για το σχηµατισµό κλειστού κύ-
την DNA λιγάση. Έτσι, σχηµατίζεται ένα δίκλωνο,
κλου, τα άκρα των µορίων θα έπρεπε να ενώνο-
κλειστό κυκλικό µόριο. Το µόριο αυτό ανασυνδυά-
νται µεταξύ τους.
ζεται µε το χρωµόσωµα της E. coli, αν ο φάγος
11.21 Έχουν ταυτοποιηθεί πολυάριθµες DNA πο-
ακολουθήσει τη λυσιγονική πορεία, ή αντιγράφε-
λυµεράσες σε όλα τα κύτταρα: υπάρχουν πέντε
ται µε το µηχανισµό του κυλιόµενου κύκλου, αν ο
στους προκαρυώτες και τουλάχιστον δεκαπέντε
φάγος ακολουθήσει τη λυτική πορεία.
στους ευκαρυώτες. Όλες οι DNA πολυµεράσες
11.20 α. Αφού ο Μ13 διαθέτει κλειστό κυκλικό
συνθέτουν DNA στην κατεύθυνση 5΄ προς 3΄.
γονιδίωµα µε (Α) ≠ (Τ) και (G) ≠ (C), θα πρέπει να
Χρησιµοποιούν µία αλυσίδα ως µήτρα και επιµη-
διαθέτει γονιδίωµα µονόκλωνου DNA. Η αµφί-
κύνουν το 3΄ άκρο της αλυσίδας, την οποία χρη-
δροµη αντιγραφή του θα απαιτούσε αρχικά τη
σιµοποιούν ως εκκινητή. Τόσο στους ευκαρυώτες
σύνθεση µιας συµπληρωµατικής αλυσίδας. Για την
όσο και στους προκαρυώτες, ορισµένες DNA πο-
παραγωγή πολλών φάγων θα ήταν απαραίτητοι
λυµεράσες χρησιµοποιούνται κατά την αντιγρα-
πολλοί κύκλοι αµφίδροµης αντιγραφής. Εντού-
φή, ενώ άλλες συµµετέχουν στους µηχανισµούς
τοις, κατά την ολοκλήρωση της αντιγραφής και
επιδιόρθωσης. Οι προκαρυώτες και οι ευκαρυώ-
πριν από τη συσκευασία, η µη γονιδιωµατική αλυ-
τες διαφέρουν ως προς τον αριθµό των πολυµε-
σίδα των δίκλωνων µορίων DNA που θα προέκυ-
ρασών τους, καθώς και ως προς τον τρόπο µε
πταν θα έπρεπε να αποικοδοµηθεί µε κάποιον
τον οποίο τις χρησιµοποιούν σε καθεµία από αυ-
επιλεκτικό µηχανισµό.
τές τις διαδικασίες.
β. Για την παραγωγή µονόκλωνων µορίων
Στην E. coli, οι DNA πολυµεράσες Ι και ΙΙΙ
µε την ίδια αλληλουχία και σύσταση βάσεων
πραγµατοποιούν την αντιγραφή του DNA. Και οι
όπως αυτή του συσκευασµένου γονιδιώµατος
δύο διαθέτουν ενεργότητα εξωνουκλεάσης µε
του Μ13, θα πρέπει κατά την αντιγραφή κυλιόµε-
κατεύθυνση 3΄ προς 5΄ που χρησιµοποιείται κα-
νου κύκλου να χρησιµοποιηθεί ως µήτρα µια αλυ-
τά το διορθωτικό έλεγχο. Η DNA πολυµεράση ΙΙΙ
σίδα συµπληρωµατική προς αυτήν που αποτελεί
είναι το κύριο συνθετικό ένζυµο και συναντάται
το γονιδίωµα του φάγου. Εποµένως, η DNA πο-
είτε ως ενζυµικός πυρήνας µε τρία πολυπεπτίδια
λυµεράση θα πρέπει να συνθέσει αρχικά τη συ-
είτε ως ολοένζυµο µε έξι επιπλέον διαφορετικά
µπληρωµατική αλυσίδα του γονιδιώµατος, ώστε
πολυπεπτίδια. Η DNA πολυµεράση Ι αποτελείται
να δηµιουργηθεί ένα δίκλωνο µόριο. Στη συνέ-
από ένα πολυπεπτίδιο. Σε αντίθεση µε την DNA
χεια, η γονιδιωµατική αλληλουχία θα πρέπει να
πολυµεράση ΙΙΙ, το ένζυµο αυτό διαθέτει ενεργό-
υποστεί τοµή από µία νουκλεάση, ώστε να δηµι-
τητα εξωνουκλεάσης 5΄ προς 3΄, η οποία απαι-
ουργηθεί µία διχάλα εκτόπισης. Με το µηχανισµό
τείται για την αποµάκρυνση του RNA από το
συνεχούς αντιγραφής κυλιόµενου κύκλου, χρησι-
5΄ άκρο των τµηµάτων Okazaki. Οι DNA πολυµε-
µοποιώντας την άθικτη αλυσίδα ως µήτρα και χω-
ράσες ΙΙ, ΙV και V συµµετέχουν στην επιδιόρθωση
ρίς να γίνεται ασυνεχής αντιγραφή στην εκτοπι-
του DNA.
σµένη γονιδιωµατική αλυσίδα, θα µπορούσαν να
Στους ευκαρυώτες, για την αντιγραφή του
δηµιουργηθούν µονόκλωνα γονιδιώµατα του Μ13.
πυρηνικού DNA απαιτούνται τρεις DNA πολυµε-
Για την παρεµπόδιση σχηµατισµού αλυσοµερών
ράσες: η Pol α/πριµάση, η Pol δ και η Pol ε. Αρχι-
θα πρέπει το DNA που αντιγράφεται να υποστεί
κά η πριµάση πραγµατοποιεί την εκκίνηση νέων
41
42
Κεφάλαιο 11
αλυσίδων συνθέτοντας περίπου 10 νουκλεοτίδια
Αυτή η παρατήρηση υποστηρίζει το µοντέλο
ενός εκκινητή RNA και στη συνέχεια η Pol α τα
ηµισυντηρητικής αντιγραφής του DNA. Μετά από
επιµηκύνει προσθέτοντας περίπου 30 δεοξυριβο-
έναν κύκλο αντιγραφής, κάθε µόριο DNA διαθέ-
νουκλεοτίδια. Οι εκκινητές RNA/DNA επεκτείνο-
τει µία (νέα) αλυσίδα σηµασµένη µε BUdR και µία
νται από τις Pol δ και Pol ε στην προπορευόµενη
(παλιά) σηµασµένη µε Τ. Μετά από δύο κύκλους
και στην καθυστερηµένη αλυσίδα. Παρ’ όλα αυ-
αντιγραφής, καθένα από αυτά τα µόρια DNA πα-
τά, δεν είναι σαφές ποια αλυσίδα συντίθεται από
ράγει ένα µόριο µε δύο αλυσίδες σηµασµένες µε
κάθε ένζυµο. Άλλες DNA πολυµεράσες συµµετέ-
BUdR (η ανοιχρόχρωµη χρωµατίδα) και ένα µό-
χουν στην επιδιόρθωση του DNA και στην αντι-
ριο DNA µε µία αλυσίδα σηµασµένη µε BUdR και
γραφή του µιτοχονδριακού DNA.
µία αλυσίδα σηµασµένη µε Τ (η σκουρόχρωµη
11.23 Εφόσον τα κύτταρα παραµένουν 4 ώρες
χρωµατίδα).
β. Στα χρωµοσώµατα µε χρωµατίδες που
στη φάση G2, η µετάβαση από τα τελευταία 30
λεπτά της φάσης S ως τη φάση Μ διαρκεί 4,5
περιέχουν τµήµατα DNA σηµασµένου µε Τ και
ώρες. Οι χρωµοσωµικές περιοχές που αντιγρά-
τµήµατα DNA σηµασµένου µε BUdR έχει συµβεί
φονται τελευταίες είναι δυνατόν να εντοπιστούν
ανταλλαγή τµηµάτων των αδελφών χρωµατίδων
µε την προσθήκη Η-θυµιδίνης στο θρεπτικό µέ-
(µιτωτικός διασκελισµός).
σο, µε αναµονή για 4,5 ώρες και στη συνέχεια µε
11.28 Η τελοµεράση συνθέτει µονάδες τελοµερι-
την παρασκευή µιας αντικειµενοφόρου πλάκας
κών επαναλήψεων στα άκρα των χρωµοσωµά-
µε µεταφασικά χρωµοσώµατα. Οι χρωµοσωµικές
των. Το ένζυµο αποτελείται από πρωτεΐνη και
περιοχές που θα εµφανίζουν κόκκους αργύρου
RNA. Το RNA της τελοµεράσης διαθέτει αλλη-
µετά από αυτοραδιογραφία θα είναι αυτές που
λουχία βάσεων συµπληρωµατική προς την αλλη-
αντιγράφονται τελευταίες, καθώς τα κύτταρα
λουχία των τελοµερικών επαναλήψεων. Το RNA
που βρίσκονταν στα προηγούµενα στάδια της S,
αυτό χρησιµοποιείται ως µήτρα για τη σύνθεση
όταν προστέθηκε η Η, δε θα προλάβουν να φτά-
τελοµερικών επαναλήψεων, έτσι ώστε, αν αυτό
σουν στη µετάφαση σε 4,5 ώρες.
µεταβαλλόταν, να συνέβαινε το ίδιο και στην αλ-
11.26 α. Τα χρωµοσώµατα-αρλεκίνοι παρασκευά-
ληλουχία των τελοµερικών επαναλήψεων. Κατά
ζονται αφού επιτραπεί σε κύτταρα καλλιέργειας
συνέπεια, το µετάλλαγµα στο οποίο αναφέρεται
να διέλθουν από δύο κύκλους αντιγραφής του
το ερώτηµα θα έφερε πιθανότατα τροποποιηµένο
DNA παρουσία BUdR. Μετά την ενσωµάτωση της
RNA της τελοµεράσης.
BUdR (ανάλογο βάσης που αντικαθιστά την Τ)
11.31 Οι διασταυρώσεις αφορούν αλληλόµορφα
στο DNA, τα µεταφασικά χρωµοσώµατα που
ενός µόνο γονιδίου. Σε όλες τις περιπτώσεις
έχουν υποστεί χρώση µε αντιδραστήριο Giemsa
βρέθηκαν τετράδες που περιείχαν διπλά µεταλ-
και µε µία φθορίζουσα χρωστική εµφανίζουν µία
λάγµατα και/ή σπόρια µε αποκλειστικά άγριου
σκουρόχρωµη και µία ανοιχτόχρωµη χρωµατίδα.
τύπου αλληλόµορφα εξαιτίας φαινοµένων ενδο-
Εφόσον το DNA που φέρει BUdR βάφεται λιγότε-
γονιδιακού ανασυνδυασµού. Στη διασταύρωση
3
3
ρο έντονα απ’ ό,τι το DNA που φέρει Τ, η παρουσία χρωµατίδων µε διαφορετική ένταση χρώσης
δείχνει ότι η µία χρωµατίδα φέρει δύο αλυσίδες
σηµασµένες µε BUdR, ενώ η άλλη χρωµατίδα φέρει µία αλυσίδα σηµασµένη µε BUdR και µία που
περιέχει αποκλειστικά Τ (και καθόλου BudR).
a1 a2+ × a1+ a2, κάθε αλληλόµορφο παρουσιάζει
πρότυπο διαχωρισµού 2:2, ενώ τα δύο µεσαία
σπόρια είναι ανασυνδυασµένα και προκύπτουν
από την εκτοµή µιας ενδιάµεσης δοµής Holliday
µεταξύ των θέσεων a1 και a2, ώστε να δηµιουργηθούν µατισµένα δίκλωνα προϊόντα. Για τις δια-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
σταυρώσεις a1 a3+ × a1+ a3 και a2 a3+ × a2+ a3
Κεφάλαιο 12 Γονιδιακή λειτουργία
υπάρχουν ενδείξεις ότι ο διαχωρισµός ενός από
12.4 Ένα διπλά οµόζυγο άτοµο θα εµφάνιζε PKU,
τα αλληλόµορφα στην τετράδα έχει προκύψει
όχι όµως και ΑΚU. Επειδή στη φαινυλκετονουρία
από γονιδιακή µετατροπή λόγω επιδιόρθωσης
δεν πραγµατοποιείται η πρώτη αντίδραση του µο-
αταίριαστου ζεύγους ετεροδίκλωνου DNA. Η διασταύρωση a1 a3 × a1 a3 εµφανίζει διαχωρισµό
νοπατιού, εµποδίζεται σε µεγάλο βαθµό η σύνθε-
2:2 των a3 : a3 και διαχωρισµό 3:1 των a1 : a1.
νατόν να συσσωρευτεί σε υψηλά επίπεδα και να
Οι αναλογίες αυτές προκύπτουν από τη γονιδια-
προκαλέσει αλκαπτονουρία.
κή µετατροπή ενός αλληλοµόρφου a1 σε a1 .
Στη διασταύρωση a2 a3 × a2 a3, το αλληλόµορ-
12.6 Τα αυτοσωµικά χρωµοσώµατα βρίσκονται σε
φο a2 διαχωρίζεται µε µεντελικό τρόπο, ενώ το
θηλυκά άτοµα. ∆ηλαδή αυτοσωµικά είναι όλα τα
αλληλόµορφο a3 διαχωρίζεται µε αναλογία a3 :
χρωµοσώµατα πλην των χρωµοσωµάτων Χ και Υ.
a3 3:1, ως αποτέλεσµα γονιδιακής µετατροπής
ενός αλληλοµόρφου a3 σε a3+.
11.34 Εφόσον τα µεταλλάγµατα ry 206 και ry 209 φέρουν σηµειακές µεταλλαγές, η σπάνια αναστροφή του ry206 σε ry+ θα δηµιουργούσε χρωµοσώµατα kar ry+ ace και kar+ ry+ ace+. Η απουσία ανταλλαγής των γειτονικών δεικτών εκατέρωθεν του
γονιδίου ry σε αυτά τα χρωµοσώµατα είναι επίσης συµβατή µε το ενδεχόµενο το αλληλόµορφο
ry+ να έχει προκύψει από γονιδιακή µετατροπή
µέσω επιδιόρθωσης αταίριαστου ζεύγους. Το αλληλόµορφο ry206 στο χρωµόσωµα kar ry206 ace µετατράπηκε σε ry+ χρησιµοποιώντας τις αλληλουχίες άγριου τύπου που βρίσκονται στο γενετικό
τόπο ry στο χρωµόσωµα kar + ry 209 ace+, ανοδικά
από τη µεταλλαγµένη θέση 209. Το αλληλόµορφο ry209 στο χρωµόσωµα kar+ ry 209 ace + µετατράπηκε σε ry+ χρησιµοποιώντας τις αλληλουχίες
άγριου τύπου που βρίσκονται στο γενετικό τόπο
ry στο χρωµόσωµα kar ry206 ace, καθοδικά από τη
µεταλλαγµένη θέση 206 (βλ. Εικόνα 11.18). Τα
χρωµοσώµατα των οποίων οι γειτονικοί γενετικοί τόποι των δεικτών kar και ace (kar+ ry+ ace,
kar ry+ ace+) έχουν ανταλλαχθεί προκύπτουν από
ενδογονιδιακό ανασυνδυασµό: η ενδιάµεση δοµή
Holliday που σχηµατίστηκε µεταξύ των θέσεων
ry206 και ry209 αποκόπηκε µε τέτοιο τρόπο, ώστε
να δηµιουργηθούν µατισµένα παράγωγα (βλ. Εικόνα 11.17).
Εφόσον κάθε άτοµο φέρει δύο αντίγραφα από
+
+
+
+
+
+
+
+
ση οµογεντισικού οξέος, εποµένως δεν είναι δυ-
δύο αντίγραφα τόσο στα αρσενικά όσο και στα
κάθε αυτοσωµικό χρωµόσωµα, είναι προφανές
ότι θα διαθέτει δύο αντίγραφα από κάθε γονίδιο
που βρίσκεται σε αυτά. Οι µορφές του γονιδίου,
δηλαδή τα αλληλόµορφα, µπορεί να είναι ίδιες ή
διαφορετικές. Ένα άτοµο µπορεί να έχει είτε δύο
φυσιολογικά αλληλόµορφα (οµόζυγο ως προς το
φυσιολογικό αλληλόµορφο), είτε ένα φυσιολογικό αλληλόµορφο και ένα µεταλλαγµένο (ετερόζυγο ως προς το φυσιολογικό και το µεταλλαγµένο αλληλόµορφο), είτε δύο µεταλλαγµένα αλληλόµορφα (οµόζυγο ως προς το µεταλλαγµένο
αλληλόµορφο). Μια µεταλλαγή ονοµάζεται υποτελής αν ο φαινότυπός της εκδηλώνεται µόνο
όταν αυτή βρίσκεται σε οµόζυγη κατάσταση.
Εποµένως, µια µεταλλαγή η οποία εδράζεται σε
οποιοδήποτε χρωµόσωµα εκτός από τα χρωµοσώµατα Χ και Υ και προκαλεί την εµφάνιση του
µεταλλαγµένου φαινοτύπου µόνο όταν βρίσκεται
σε οµόζυγη κατάσταση ονοµάζεται αυτοσωµική
υποτελής. Τα ετερόζυγα άτοµα εµφανίζουν φυσιολογικό φαινότυπο.
Από τις ασθένειες που εξετάσαµε σε αυτό το
κεφάλαιο, πολλές είναι αυτοσωµικές υποτελείς.
Για παράδειγµα, η φαινυλκετονουρία, ο αλφισµός,
η νόσος Tay-Sachs και η κυστική ίνωση είναι αυτοσωµικές υποτελείς ασθένειες. Τα άτοµα που είναι
ετερόζυγα ως προς το µεταλλαγµένο αλληλόµορφο είναι φυσιολογικά, ενώ αυτά που φέρουν το
43
44
Κεφάλαιο 12
µεταλλαγµένο αλληλόµορφο σε οµόζυγη κατά-
τους θα οδηγήσουν στην εκδήλωση της ασθένει-
σταση νοσούν. Στις περιπτώσεις της φαινυλκετο-
ας. Τα παραδείγµατα που παρουσιάζονται σε αυ-
νουρίας και του αλφισµού, τα οµόζυγα άτοµα νο-
τό το κεφάλαιο δείχνουν ότι οι γενετικές ασθέ-
σούν λόγω έλλειψης ενός απαραίτητου ενζύµου.
νειες µπορεί να συνδέονται µε µεταλλαγές ενός
Στις περιπτώσεις αυτές, τα ετερόζυγα άτοµα πα-
µεµονωµένου γονιδίου οι οποίες επηρεάζουν τις
ρουσιάζουν φυσιολογικό φαινότυπο επειδή το ένα
πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από αυτό. Για
φυσιολογικό αλληλόµορφο που διαθέτουν παρέ-
παράδειγµα, η δρεπανοκυτταρική αναιµία προκα-
χει επαρκή ενζυµική ενεργότητα.
λείται από µεταλλαγές στο γονίδιο που κωδικο-
Οι γονείς µεταβιβάζουν ένα από τα δύο αυ-
ποιεί τη β-σφαιρίνη. Οι µεταλλαγές αυτές οδη-
τοσωµικά χρωµοσώµατα που διαθέτουν στους γα-
γούν σε αµινοξικές αντικαταστάσεις που προκα-
µέτες τους, εποµένως κάθε απόγονος ενός ζευ-
λούν λανθασµένη αναδίπλωση του πολυπεπτιδί-
γαριού λαµβάνει ένα αυτοσωµικό χρωµόσωµα
ου της β-σφαιρίνης. Αυτό µε τη σειρά του οδηγεί
από κάθε γονέα. Αν σε µια συγκεκριµένη σύλλη-
στην παραγωγή ερυθρών αιµοσφαιρίων δρεπανο-
ψη καθένας από τους δύο ετερόζυγους γονείς συ-
ειδούς σχήµατος και στην εµφάνιση αναιµίας. Το
νεισφέρει ένα χρωµόσωµα µε το φυσιολογικό αλ-
περιβάλλον µπορεί να ασκήσει σηµαντική επί-
ληλόµορφο, οι απόγονοι θα είναι οµόζυγοι ως
δραση στη σοβαρότητα µε την οποία εκδηλώνε-
προς αυτό και θα είναι φυσιολογικοί. Αν σε µια
ται η νόσος και πολλές γενετικές ασθένειες είναι
συγκεκριµένη σύλληψη ένας από τους δύο ετερό-
δυνατόν να αντιµετωπιστούν. Για παράδειγµα, η
ζυγους γονείς συνεισφέρει ένα χρωµόσωµα µε το
φαινυλκετονουρία µπορεί να αντιµετωπιστεί µε
φυσιολογικό αλληλόµορφο και ο άλλος γονέας
έλεγχο της διατροφής. Σε αντίθεση µε ασθένειες
συνεισφέρει ένα χρωµόσωµα µε το µεταλλαγµένο
που οφείλονται στην εισβολή ενός µικροοργανι-
αλληλόµορφο, οι απόγονοι θα είναι ετερόζυγοι,
σµού ή άλλου εξωγενούς παράγοντα, οι οποίες
αλλά θα έχουν φυσιολογικό φαινότυπο. Αν σε µια
µπορούν να αντιµετωπιστούν µε τους αµυντικούς
συγκεκριµένη σύλληψη κάθε γονέας συνεισφέρει
µηχανισµούς του ανθρώπινου ανοσοποιητικού
το χρωµόσωµα µε το µεταλλαγµένο αλληλόµορ-
συστήµατος, έχουν συνήθως βραχυχρόνια κλινι-
φο, οι απόγονοι θα είναι οµόζυγοι ως προς αυτό
κά συµπτώµατα και γενικά είναι θεραπεύσιµες, οι
και θα εµφανίσουν την ασθένεια. Εποµένως, οι
γενετικές ασθένειες προκαλούνται από κληρονο-
ετερόζυγοι γονείς είναι δυνατόν να έχουν και φυ-
µήσιµες αλλαγές του DNA οι οποίες επιφέρουν
σιολογικά και πάσχοντα παιδιά. Εφόσον κάθε σύλ-
χρόνια αλλαγή των επιπέδων ή της µορφής ενός
ληψη είναι ανεξάρτητη, δύο ετερόζυγοι γονείς
ή περισσότερων γονιδιακών προϊόντων.
µπορούν να έχουν µόνο φυσιολογικά παιδιά, ή µόνο πάσχοντα παιδιά, ή φυσιολογικά και πάσχοντα
παιδιά σε οποιαδήποτε αναλογία.
12.10 Η διασταύρωση F1 × F1 είναι a +/a b +/b c +/c
d +/d × a +/a b +/b c +/c d +/d.
α. Για να προκύψει ένα άχρωµο άτοµο στην
12.7 Μια γενετική ασθένεια όπως η δρεπανοκυτ-
F2, θα πρέπει να έχει οµοζυγωτία a /a, b /b και/ή
ταρική αναιµία προκαλείται από µία αλλαγή του
c /c. Εποµένως, ένα άχρωµο άτοµο µπορεί να
προκύπτει από πολλούς διαφορετικούς πιθανούς
γονοτύπους. Αντί να βρείτε όλους αυτούς τους
συνδυασµούς, χρησιµοποιήστε τη σχέση: ποσοστό άχρωµων ατόµων = 1 – ποσοστό ατόµων που
φέρουν χρωστική. Το ποσοστό των ατόµων που
φέρουν χρωστική (γονότυποι a +/– b +/– c +/–) είναι
DNA που τροποποιεί τα επίπεδα έκφρασης ή τη
µορφή ενός ή περισσότερων γονιδιακών προϊόντων. Στη συνέχεια, τα µη φυσιολογικά επίπεδα
έκφρασης ή οι τροποποιηµένες µορφές των γονιδιακών προϊόντων επιφέρουν αλλαγές στις λειτουργίες του κυττάρου, οι οποίες µε τη σειρά
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
3/4 × 3/4 × 3/4 = 27/64. Η πιθανότητα να µην προ-
12.15 Οι φάγοι Τ4 άγριου τύπου θα παραγάγουν
κύψει τέτοιος γονότυπος είναι 1 – 27/64 = 37/64.
απογόνους και στις τρεις θερµοκρασίες. Σκεφτεί-
β. Ένα άτοµο καφέ χρώµατος έχει γονότυ-
τε τι θα συµβεί σύµφωνα µε το κάθε µοντέλο, αν
πο a /– b /– c /– d /d. Το ποσοστό ατόµων καφέ
η E. coli µολυνθεί µε ένα διπλά µεταλλαγµένο
+
+
+
χρώµατος είναι 3/4 × 3/4 × 3/4 × 1/4 = 27/256.
φάγο (το ένα βήµα είναι ευαίσθητο στο ψύχος
12.12 α. Εφόσον οποιοδήποτε από τα φυσιολογι-
και το άλλο στη ζέστη) και η θερµοκρασία ανά-
κά αλληλόµορφα a , b ή c επαρκεί για την κα-
πτυξης µεταβληθεί από 17 °C σε 42 °C κατά την
τάλυση της αντίδρασης που δηµιουργεί το χρώ-
ανάπτυξη των φάγων. Ας υποθέσουµε ότι το µο-
µα, η παντελής απουσία χρώµατος αντιστοιχεί
ντέλο 1 είναι σωστό και τα κύτταρα που µολύνο-
σε απουσία και των τριών φυσιολογικών αλληλο-
νται µε το διπλό µετάλλαγµα επωάζονται αρχικά
µόρφων. ∆ηλαδή τα άχρωµα άτοµα της F2 θα
πρέπει να έχουν γονότυπο a /a b /b c /c. Η πιθανό-
στους 17 °C και στη συνέχεια στους 42 °C. Θα
1/4 × 1/4 = 1/64.
κυττάρων, καθώς κάθε βήµα του µονοπατιού θα
+
+
+
τητα να προκύψει ένα τέτοιο άτοµο είναι 1/4 ×
προκύψουν απόγονοι και θα προκληθεί λύση των
µπορεί να πραγµατοποιηθεί µε τη σωστή σειρά.
β. Λαµβάνοντας υπόψη την ύπαρξη του γο-
Σύµφωνα µε το µοντέλο 1, το πρώτο βήµα, Α
νιδίου d, τα άχρωµα άτοµα της F2 προκύπτουν αν
παρεµποδιστεί είτε το ένα είτε και τα δύο βήµατα
προς Β, ελέγχεται από ένα γονίδιο του οποίου το
του µονοπατιού. ∆ηλαδή τα άχρωµα άτοµα της F2
αλλά όχι στο ψύχος. Στους 17 °C, το ένζυµο λει-
έχουν έναν από τους ακόλουθους φαινοτύπους:
τουργεί και ο µεταβολίτης Α µετατρέπεται σε Β.
είτε d /d –/– –/– –/– (παρεµπόδιση του πρώτου βή-
Ενώ οι φάγοι βρίσκονται στους 17 °C, το δεύτε-
µατος ή και των δύο βηµάτων) είτε d /– a /a b /b c /c
ρο βήµα, το οποίο είναι ευαίσθητο στο ψύχος,
(παρεµπόδιση του δεύτερου βήµατος). Η πιθανό-
εµποδίζει την παραγωγή ώριµων φάγων. Παρ’
1 × 1) + (3/4 × 1/4 × 1/4 × 1/4) = 67/256.
όλα αυτά, όταν η θερµοκρασία γίνει 42 °C, το
συσσωρευµένο προϊόν Β µπορεί να χρησιµοποιη-
12.14 α. 1/2 w /w bw /bw st /st , θηλυκοί απόγο-
θεί για την παραγωγή ώριµων φάγων και να συµ-
νοι έχουν µάτια µε χρώµα κόκκινο της φωτιάς,
βεί λύση των βακτηρίων. Σύµφωνα µε το µοντέλο
1/2 w /Y bw /bw st /st , αρσενικοί απόγονοι έχουν
1, αν η µεταβολή της θερµοκρασίας γίνει προς την
λευκά µάτια.
αντίθετη κατεύθυνση, δε θα επιτραπεί η ανάπτυ-
+
τητα να προκύψουν τέτοια άτοµα είναι (1/4 × 1 ×
+
+
β. w /w
+
+
+
se /se bw /bw και w /Y se/se
bw/bw , όλοι οι απόγονοι έχουν µάτια µε χρώµα
κόκκινο της φωτιάς ανεξαρτήτως φύλου.
γ. w /w + v /v + bw /bw, και w +/Y v /v + bw/bw,
όλοι οι απόγονοι έχουν καφέ µάτια ανεξαρτήτως
φύλου.
δ. 1/4 w +/w ή w +/Y bw /bw + st /st +, µε µάτια
στο κόκκινο της φωτιάς, 1/4 w +/w ή w +/Y bw /bw
st /st +, µε καφέ µάτια, 1/4 w +/w ή w +/Y bw /bw + st /st,
µε έντονα κόκκινα µάτια, 1/4 w +/w ή w +/Y bw /bw
st/st, µε µάτια λευκά ή στο χρώµα που παράγεται
από το συνδυασµό της 3-υδροξυκυνουρενίνης µε
το χρώµα του προδρόµου της βιοπτερίνης.
+
+
+
+
+
+
προϊόν είναι ευαίσθητο στην υψηλή θερµοκρασία
ξη. Όταν τα κύτταρα E. coli µολυνθούν µε διπλά
µεταλλαγµένο φάγο και τοποθετηθούν στους
42 °C, το πρώτο βήµα, το οποίο είναι ευαίσθητο
στη ζέστη, εµποδίζει τη συσσώρευση της ένωσης Β. Η επώαση της καλλιέργειας, στη συνέχεια, στη θερµοκρασία των 17 °C επιτρέπει τη
συσσώρευση Β, όµως τώρα το δεύτερο βήµα δεν
είναι δυνατόν να πραγµατοποιηθεί, µε αποτέλεσµα να µην είναι δυνατή η παραγωγή νέων φάγων. Εποµένως, αν ισχύει το µοντέλο 1, θα παρατηρηθεί λύση µόνο αν η µεταβολή της θερµοκρασίας είναι από τους 17 °C στους 42 °C. Αν
ισχύει το µοντέλο 2, θα παρατηρηθεί λύση µόνο
45
46
Κεφάλαιο 12
αν η µεταβολή της θερµοκρασίας είναι από τους
γ. Το µονοπάτι είναι Υ → Χ → Ζ. Στο µετάλ-
42 °C στους 17 °C. Μπορούµε λοιπόν να προσ-
λαγµα c µπλοκάρεται η σύνθεση του Χ από το Υ.
διορίσουµε το σωστό µοντέλο πραγµατοποιώ-
Στο µετάλλαγµα d µπλοκάρεται η σύνθεση του Υ.
ντας ένα πείραµα µεταβολής θερµοκρασίας προς
12.18 Μια προσέγγιση σε αυτό το πρόβληµα θα
κάθε κατεύθυνση και παρατηρώντας σε ποια πε-
ήταν να προσπαθήσουµε να ταιριάξουµε µε τη
ρίπτωση είναι δυνατή η παραγωγή νέων φάγων.
σειρά τα δεδοµένα σε κάθε µονοπάτι θεωρώντας
12.16 Ένα στέλεχος του οποίου ένα µεταβολικό
ότι αυτό είναι το σωστό. Στη συνέχεια, θα ελέγ-
µονοπάτι µπλοκάρεται σε ένα µεταγενέστερο
χαµε σε ποιο σηµείο θα µπορούσε να µπλοκάρε-
βήµα συσσωρεύει ένα µεταβολικό ενδιάµεσο
ται κάθε µετάλλαγµα (θυµηθείτε ότι κάθε µετάλ-
προϊόν το οποίο µπορεί να «θρέψει» ένα άλλο
λαγµα φέρει µόνο µία µεταλλαγή), αν θα ήταν σε
στέλεχος που µπλοκάρεται σε κάποιο πιο πρώιµο
θέση να αναπτυχθεί κατόπιν προσθήκης του θρε-
βήµα του ίδιου µεταβολικού µονοπατιού. Το πρώ-
πτικού στοιχείου που παρατίθεται στον πίνακα και
το στέλεχος εκκρίνει στο µέσο της καλλιέργειας
αν θα του ήταν αδύνατον να αναπτυχθεί κατόπιν
το µεταβολικό ενδιάµεσο προϊόν που συσσωρεύ-
προσθήκης του ενδιάµεσου µορίου που σύµφωνα
ει, παρέχοντας έτσι µια θρεπτική ουσία η οποία
µε τον πίνακα δεν οδηγεί σε ανάπτυξη. Τα δεδο-
επιτρέπει σε ένα άλλο µεταλλαγµένο στέλεχος
µένα του µεταλλάγµατος 4 δεν είναι συµβατά µε
να ξεπεράσει το εµπόδιο ενός πιο πρώιµου βήµα-
το µονοπάτι α, τα δεδοµένα των µεταλλαγµάτων
τος του µεταβολικού µονοπατιού. Συνεπώς, ένα
1 και 4 δεν είναι συµβατά µε το µονοπάτι β και τα
δεδοµένα των µεταλλαγµάτων 3 και 4 δεν είναι
συµβατά µε το µονοπάτι γ. Το µόνο µονοπάτι µε
το οποίο είναι συµβατά τα δεδοµένα όλων των
µεταλλαγµάτων είναι το δ, εποµένως αυτό θα
πρέπει να είναι το σωστό µονοπάτι.
Μια δεύτερη εναλλακτική προσέγγιση στο
πρόβληµα αυτό είναι να σκεφτούµε ότι σε κάθε
γραµµικό τµήµα ενός βιοχηµικού µονοπατιού (τµήµα χωρίς διακλάδωση) ένα µπλοκάρισµα νωρίς στο
µονοπάτι µπορεί να παρακαµφθεί µε την προσθήκη οποιουδήποτε µεταβολίτη συντίθεται αργότερα στο ίδιο τµήµα. Συνεπώς, αν δύο (ή περισσότερα) ενδιάµεσα προϊόντα µπορούν να υποστηρίξουν την ανάπτυξη ενός µεταλλάγµατος, τότε
αυτά θα πρέπει να συντίθενται σε κάποια σηµεία
του µονοπατιού τα οποία βρίσκονται µετά το
µπλοκάρισµα του γραµµικού τµήµατος του µονοπατιού. Με βάση τα δεδοµένα, οι ενώσεις D και E
αντισταθµίζουν την έλλειψη του µεταβολίτη που
δεν µπορεί να συντεθεί από το µετάλλαγµα 4.
Αυτό σηµαίνει ότι οι δύο αυτές ενώσεις (D και E)
συντίθενται µετά από το βήµα που µπλοκάρεται
στο µετάλλαγµα 4 σε ένα γραµµικό τµήµα του µε-
στέλεχος που «τροφοδοτεί» όλα τα άλλα (εκτός
από το ίδιο) µπλοκάρεται στο τελευταίο βήµα
του µονοπατιού, ενώ ένα στέλεχος που δεν τροφοδοτεί κανένα άλλο µπλοκάρεται στο πρώτο
βήµα του µονοπατιού. Το µετάλλαγµα a µπλοκάρεται στο πρώτο βήµα του µονοπατιού, επειδή
δεν µπορεί να τροφοδοτήσει κανένα από τα άλλα µεταλλάγµατα. Το µετάλλαγµα c ακολουθεί,
αφού παρέχει την ουσία που χρειάζεται το a αλλά δεν µπορεί να τροφοδοτήσει τα b ή d. Ακολουθεί το µετάλλαγµα d, ενώ το µετάλλαγµα b
είναι το τελευταίο του µονοπατιού επειδή µπορεί
να τροφοδοτήσει όλα τα άλλα. Συνεπώς, το µο-
νοπάτι είναι a → c → d → b.
12.17 α. Οι γονότυποι των απλοειδών στελεχών
είναι c d + και c + d.
β. Το διπλοειδές άτοµο c /c + d /d + παράγει
ισόποσα τετράδες PD (γονικού διτύπου, 4 σπόρια
cd + και 4 σπόρια c +d, όλα εµφανίζουν το µεταλλαγµένο φαινότυπο) και τετράδες NPD (µη γονικού διτύπου, 4 σπόρια c +d + και 4 σπόρια cd, 4 σπόρια άγριου τύπου και 4 µε το µεταλλαγµένο φαινότυπο), εποµένως τα c και d δεν είναι συνδεδεµένα.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
ταβολικού µονοπατιού. Το µοναδικό µονοπάτι στο
ρήγηση του προϊόντος της αντίδρασης, της 1,25-
οποίο οι δύο αυτές ενώσεις βρίσκονται σε µη δια-
διυδροξυχοληκαλσιφερόλης (βιταµίνη D), συνι-
κλαδιζόµενο, γραµµικό τµήµα είναι το µονοπάτι
στά αποτελεσµατική θεραπεία, η ασθένεια αυτή
δ. Το µετάλλαγµα 4 θα µπορούσε να µπλοκάρεται
διαφέρει από εκείνες του ερωτήµατος (α). Όπως
µεταξύ των Α και Ε στο µονοπάτι αυτό. Σύµφωνα
φαίνεται, η ασθένεια αυτή προκαλείται από την
µε όλα τα υπόλοιπα µονοπάτια που παρουσιάζο-
έλλειψη του τελικού προϊόντος της αντίδρασης
νται, τα δεδοµένα που αφορούν το µετάλλαγµα 4
και όχι από τη συσσώρευση πρόδροµων µορίων.
δεν µπορούν να ερµηνευτούν µε βάση την αδυνα-
12.22 Κάθε αλληλόµορφο p + παρέχει το 50% της
µία σύνθεσης µιας µόνο ουσίας, οπότε το σωστό
ενζυµικής ενεργότητας που παρατηρείται σε ένα
µονοπάτι είναι το δ.
οµόζυγο άτοµο p +/p +. Εφόσον το p + είναι επικρα-
12.19 Αν το ένζυµο που καταλύει την αντίδραση
τές (δηλαδή τα φυτά µε γονότυπο p +/– c +/c + έχουν
d → e απουσιάζει, το µεταλλαγµένο στέλεχος θα
µοβ χρώµα), η ενεργότητα αυτή φαίνεται ότι επαρ-
συσσωρεύσει την ουσία d και θα είναι σε θέση να
κεί για την εµφάνιση φαινοτύπου άγριου τύπου.
αναπτυχθεί σε ελάχιστο µέσο στο οποίο έχει
Αν ένα φυτό µε λιγότερο από 50% της φυσιολο-
προστεθεί η ουσία e. Επιπλέον, αναµένεται ότι δε
γικής ενεργότητας δε συνθέτει αρκετή µοβ χρω-
θα είναι σε θέση να αναπτυχθεί σε ελάχιστο µέσο
στική ώστε να εµφανιστεί ο φαινότυπος άγριου
ή σε ελάχιστο µέσο στο οποίο έχουν προστεθεί
τύπου (π.χ. 25% της φυσιολογικής ενεργότητας
οι ουσίες Χ, c ή d, ενώ θα µπορεί να αναπτυχθεί
δίνει άνθος µε ανοιχτό µοβ χρώµα) και ένα φυτό
εφόσον προστεθεί η ουσία Υ. Εποµένως, θα πρέ-
µε περισσότερο από 100% της φυσιολογικής
πει να επιστρώσετε το µεταλλαγµένο στέλεχος
ενεργότητας έχει εµφανώς σκουρότερο µοβ χρώ-
σε αυτά τα µέσα και να ελέγξετε ποια από αυτά
µα, θα πρέπει να παρατηρηθούν οι φαινότυποι
επιτρέπουν την ανάπτυξη του στελέχους. Τέλος,
του Πίνακα 12.Α.
µπορείτε να ελέγξετε ποιο ενδιάµεσο προϊόν
12.23 α. Εφόσον από φυσιολογικούς γονείς προ-
συσσωρεύεται όταν το στέλεχος τοποθετηθεί σε
κύπτουν απόγονοι που πάσχουν, η ασθένεια φαί-
ελάχιστο µέσο.
νεται να είναι υποτελής. Παρ’ όλα αυτά, αφού οι
12.20 α. Σε καθεµία από αυτές τις ασθένειες, η
ασθενείς µε ποσοστό 50% της ενεργότητας της
ανεπάρκεια ενός ενζυµικού βήµατος οδηγεί στη
GSS εµφανίζουν µια ήπια µορφή της ασθένειας,
συσσώρευση ενός πρόδροµου µορίου ή ενός πα-
τα άτοµα µπορεί να παρουσιάζουν ήπια συµπτώ-
ραπροϊόντος που είναι τοξικό για τον οργανισµό.
µατα αν φέρουν σε ετερόζυγη κατάσταση (µε-
Οι προτεινόµενες θεραπείες είναι αναποτελεσµα-
ταλλαγή/+) µία µεταλλαγή που εξαλείφει την
τικές, γιατί δεν εµποδίζουν τη συσσώρευση του
ενεργότητα της GSS. Σε έναν πληθυσµό, µπορεί
τοξικού πρόδροµου µορίου. Η χορήγηση πουρι-
να µην εµφανίζουν τα ίδια συµπτώµατα όλα τα
νών σε ασθενείς που πάσχουν από το σύνδροµο
άτοµα που έχουν την ασθένεια και ορισµένα
Lesch-Nyhan θα επιδείνωνε την κατάστασή τους,
µπορεί να την εκδηλώνουν σε βαρύτερη µορφή
αφού η ασθένεια οφείλεται στη συσσώρευση
απ’ ό,τι άλλα. Η σοβαρότητα εκδήλωσης της
πουρινών.
ασθένειας σε ένα άτοµο εξαρτάται από τη φύση
β. Η ανεπάρκεια της 1α-υδροξυλάσης της
της µεταλλαγής της GSS στο άτοµο αυτό και πι-
25-υδροξυχοληκαλσιφερόλης θα οδηγούσε σε
θανώς από το αν φέρει το αλληλόµορφο που ευ-
αύξηση των επιπέδων της 25-υδροξυχοληκαλσι-
θύνεται για την ασθένεια σε οµόζυγη ή ετερόζυ-
φερόλης, δηλαδή του πρόδροµου µορίου πάνω
γη κατάσταση. Τα αλληλόµορφα της συγκεκριµέ-
οποίο δρα, στον ορό του αίµατος. Εφόσον η χο-
νης περίπτωσης φαίνεται να είναι υποτελή.
47
48
Κεφάλαιο 12
Πίνακας 12.Α
Ποσοστό
ενεργότητας
µετά από
ανάµειξη σε
αναλογία
50:50 µε εκχύλισµα από
άτοµο +/+ σε
σύγκριση µε
την ενεργό(Α) Φαινότυπος
τητα ενός
οµοζυγωτών
ατόµου +/+
Γονότυπος
Ποσοστό
ενεργότητας
σε σύγκριση
µε την ενεργότητα ενός
ατόµου +/+
p+/p+
100
100
µοβ
µοβ
µοβ
άγριου τύπου
p /p
(Β) Φαινότυπος
ετεροζυγωτών
(Γ) Φαινότυπος
ηµιζυγωτών
(∆) Χαρακτηρισµός
αλληλοµόρφων
20
60
ανοιχτό µοβ
µοβ
πολύ ανοιχτό µοβ
υποµορφικό
2
p /p
2
0
50
λευκό
µοβ
λευκό
αµορφικό
3
p /p
3
300
200
πολύ σκούρο µοβ
σκούρο µοβ
σκούρο µοβ
υπερµορφικό
4
p /p
4
0
5
λευκό
πολύ ανοιχτό µοβ
λευκό
αντιµορφικό
p /p
5
0
50
κόκκινο
κόκκινο-µοβ
κόκκινο
νεοµορφικό
1
5
1
β. Ο ασθενής 1, ο οποίος εµφανίζει µόνο
δ. Όπως στην ασθένεια φαινυλκετονουρία,
9% της φυσιολογικής ενεργότητας GSS, εκδη-
που εξετάσαµε στο κυρίως κείµενο του κεφαλαί-
λώνει βαρύτερη µορφή της ασθένειας, ενώ ο
ου, έτσι και στην περίπτωση αυτή, η 5-οξοπρολί-
ασθενής 2, ο οποίος διαθέτει το 50% της φυσιο-
νη παράγεται µόνο όταν ένα πρόδροµο της γλου-
λογικής ενεργότητας GSS, εκδηλώνει ηπιότερη
ταθειόνης συσσωρεύεται σε µεγάλες ποσότητες
µορφή της ασθένειας. Εποµένως, τα συµπτώµα-
λόγω διακοπής ενός βιοσυνθετικού µονοπατιού.
τα της ασθένειας γίνονται σοβαρότερα όσο µειώ-
Όταν τα επίπεδα της GSS βρίσκονται στο 9% της
νεται η ενζυµική ενεργότητα της GSS.
φυσιολογικής τους τιµής, συσσωρεύεται 5-οξο-
γ. Οι δύο διαφορετικές αµινοξικές αντικατα-
προλίνη. Όταν τα επίπεδα GSS βρίσκονται στο
στάσεις µπορεί να επηρεάζουν διαφορετικές πε-
50% της φυσιολογικής τους τιµής, η ενζυµική
ριοχές της δοµής του ενζύµου (σκεφτείτε την επί-
ενεργότητα της GSS επαρκεί για τη µερική ολο-
δραση που έχουν διάφορες αµινοξικές αντικατα-
κλήρωση του µονοπατιού και την αποτροπή της
στάσεις στη λειτουργία της αιµοσφαιρίνης). Κα-
εµφάνισης υψηλών επιπέδων 5-οξοπρολίνης.
θώς τα διάφορα αµινοξέα έχουν διαφορετική πο-
ε. Οι µεταλλαγές είναι αλληλοµορφικές
λικότητα και φορτίο, κάθε αντικατάσταση που
(στο ίδιο γονίδιο), αφού τόσο η βαριά όσο και η
συµβαίνει στην ίδια περιοχή του πολυπεπτιδίου θα
ήπια µορφή της ασθένειας σχετίζονται µε αλλα-
µπορούσε να έχει διαφορετική επίδραση στη δοµή
γές του ίδιου πολυπεπτιδίου, δηλαδή της πρω-
της πρωτεΐνης. Κάτι τέτοιο θα µπορούσε επίσης
τεΐνης που φέρει την ενζυµική ενεργότητα GSS.
να επιφέρει διαφορετικά επίπεδα ενζυµικής ενερ-
(Προσέξτε ότι, ενώ τα δεδοµένα στο πρόβληµα
γότητας. (Οι φυσικοχηµικές ιδιότητες των αµινο-
αυτό υποδηλώνουν ότι το ένζυµο GSS αποτελεί-
ξέων παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 14.)
ται από ένα µόνο πολυπεπτίδιο, δεν αποκλείουν
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
την πιθανότητα το GSS να αποτελείται από πε-
στην περίπτωση απότοµης πτώσης της τάσης
ρισσότερες από µία πολυπεπτιδικές υποµονάδες
οξυγόνου, εποµένως αυτά τα διπλά ετερόζυγα
που κωδικοποιούνται από διαφορετικά γονίδια.)
άτοµα εµφανίζουν ήπια αναιµία.
στ. Αν η GSS βρίσκεται φυσιολογικά στους
β. Τόσο η HbC όσο και η HbS επηρεάζουν
εµβρυϊκούς ινοβλάστες, θεωρητικά θα µπορούσε
το έκτο αµινοξύ της αλυσίδας β. Η µεταλλαγή
κανείς να µετρήσει την ενεργότητα GSS σε ινο-
HbC µετατρέπει το γλουταµινικό οξύ σε λυσίνη,
βλάστες που αποµονώνονται µε αµνιοκέντηση.
ενώ η µεταλλαγή HbS το µετατρέπει σε βαλίνη.
Τα επίπεδα του ενζύµου GSS στα κύτταρα εµ-
Εφόσον και οι δύο µεταλλαγές επηρεάζουν την
βρύων µε αυξηµένο κίνδυνο εµφάνισης της νό-
αλυσίδα β, δεν υπάρχουν φυσιολογικά µόρια αι-
σου θα µπορούσαν να συγκριθούν µε τα αντίστοι-
µοσφαιρίνης. Όπως είδαµε στο κείµενο, σε κάθε
χα επίπεδα σε φυσιολογικά δείγµατα ελέγχου,
µόριο αιµοσφαιρίνης συναντάται µόνο ένας τύπος
ώστε να γίνει διάγνωση της νόσου βάσει των
αλυσίδας β. Εποµένως, ένα ετερόζυγο HbC/HbS
ανεπαρκών επιπέδων GSS. Είναι πιθανό να παρα-
άτοµο έχει δύο τύπους αιµοσφαιρίνης: αυτόν
τηρηθούν ορισµένες διαφοροποιήσεις ως προς τα
που φέρει αλυσίδες β HbC και αυτόν που φέρει
επίπεδα GSS, ανάλογα µε το αλληλόµορφο (ή τα
αλυσίδες β HbS.
αλληλόµορφα) που θα έφερε το άτοµο. Εφόσον
12.31 α. Στους καυκάσιους πληθυσµούς, η φαι-
στον πληθυσµό υπάρχουν περισσότερες από µία
νυλκετονουρία συναντάται µε συχνότητα 1 ανά
µεταλλαγές, θα πρέπει να επινοηθεί µια λειτουρ-
12.000 γεννήσεις ενώ η κυστική ίνωση µε συχνό-
γική δοκιµή που να µετρά την ενεργότητα της
τητα περίπου 1 στις 2.000 γεννήσεις. Στους αφρο-
GSS και όχι µια δοκιµή που να εντοπίζει µόνο ένα
αµερικανικούς και στους ασιατικούς πληθυσµούς,
συγκεκριµένο µεταλλαγµένο αλληλόµορφο.
η συχνότητα της κυστικής ίνωσης είναι 1 ανά
12.27 α. Σύµφωνα µε την Εικόνα 12.11, στην Hb
17.000 και 1 ανά 90.000 γεννήσεις αντίστοιχα.
Norfolk είναι ελαττωµατική η πολυπεπτιδική αλυ-
Λαµβάνοντας υπόψη τις σχετικές συχνότητες
σίδα α, ενώ στην HbS επηρεάζεται η αλυσίδα β
των δύο ασθενειών στους καυκάσιους πληθυ-
της αιµοσφαιρίνης. Εφόσον κάθε αλυσίδα κωδι-
σµούς, είναι φανερό ότι η συχνότητα δεν είναι ο
κοποιείται από διαφορετικό γονίδιο, ένα διπλά
µόνος παράγοντας που λαµβάνεται υπόψη για να
ετερόζυγο άτοµο εξακολουθεί να έχει ένα φυ-
επιλεγεί σε ποια ασθένεια θα εφαρµόζεται υπο-
σιολογικό αλληλόµορφο για κάθε τύπο αλυσίδας
χρεωτικός έλεγχος.
στο γονιδίωµά του. Έτσι, σχηµατίζονται ορισµέ-
β. Η δοκιµή Guthrie είναι ένας απλός κλινι-
να φυσιολογικά µόρια αιµοσφαιρίνης (από το
κός έλεγχος για τον εντοπισµό φαινυλαλανίνης
συνδυασµό φυσιολογικών αλυσίδων α και β) και
στο αίµα. Μία σταγόνα αίµατος τοποθετείται σε
τα άτοµα αυτά δεν εµφανίζουν βαριά µορφή
ένα δίσκο από χάρτινο φίλτρο, ο οποίος στη συ-
αναιµίας. Παρ’ όλα αυτά, σε αντίθεση µε τα τυπι-
νέχεια τοποθετείται σε µέσο στερεής καλλιέρ-
κά διπλά ετερόζυγα ως προς δύο διαφορετικές
γειας που περιέχει το µικροοργανισµό B. subtilis
πλήρως υποτελείς µεταλλαγές που βρίσκονται
και την ένωση β-2-θειενυλαλανίνη. Αυτή η χηµική
στο ίδιο βιοχηµικό µονοπάτι, αυτοί οι ετεροζυγώ-
ένωση καταστέλλει την ανάπτυξη του B. subtilis,
τες εµφανίζουν µη φυσιολογικό φαινότυπο. Αυτό
αλλά η παρουσία φαινυλαλανίνης αίρει την κατα-
συµβαίνει επειδή ορισµένες µεταλλαγές στις
στολή. Εποµένως, ο βαθµός ανάπτυξης του µι-
αλυσίδες α και β της αιµοσφαιρίνης παρουσιά-
κροοργανισµού είναι µέτρο της ποσότητας φαι-
ζουν µερική επικράτηση. Συγκεκριµένα, τα ετε-
νυλαλανίνης που περιέχεται στο αίµα. Η δοκιµή
ρόζυγα HbS/+ εµφανίζουν συµπτώµατα αναιµίας
αυτή αποτελεί ένα εύκολο και σχετικά οικονοµι-
49
50
Κεφάλαιο 12
κό µέσο αξιόπιστης ποσοτικοποίησης των επιπέ-
12.33 α. Οι έλεγχοι µπορεί είτε να βασίζονται
δων φαινυλαλανίνης στο αίµα, γεγονός που την
στην ανάλυση του DNA για τον προσδιορισµό
καθιστά αποτελεσµατική για τον αρχικό έλεγχο
του γονοτύπου του γονέα ή του εµβρύου είτε να
τη φαινυλκετονουρίας στα νεογέννητα.
έχουν βιοχηµική βάση και να προσδιορίζουν κά-
γ. Για τον υποχρεωτικό διαγνωστικό έλεγ-
ποια στοιχεία της φυσιολογίας του ατόµου. Για
χο απαιτείται µια δοκιµή υψηλής ακρίβειας, δη-
παράδειγµα, µε τη δοκιµή Guthrie προσδιορίζεται
λαδή µια δοκιµή µε πολύ χαµηλά ποσοστά θετι-
η σχετική ποσότητα φαινυλαλανίνης σε µία στα-
κού και αρνητικού σφάλµατος. Ο λόγος είναι ότι
γόνα αίµατος, ώστε να διαπιστωθεί αν ένα άτοµο
η εσφαλµένη διάγνωση µιας γενετικής ασθένει-
πάσχει από φαινυλκετονουρία. Οι ενζυµικές δοκι-
ας σε ένα φυσιολογικό άτοµο µπορεί να προκα-
µές µπορούν να προσδιορίσουν αν ένα άτοµο
λέσει µεγάλη συναισθηµατική επιβάρυνση στην
έχει πλήρη ή µερική ενζυµική ανεπάρκεια. Με την
οικογένεια του παιδιού, ενώ η εσφαλµένη διά-
ηλεκτροφόρηση σε πήκτωµα µπορεί να προσδιο-
γνωση ενός πάσχοντος ατόµου ως φυσιολογικού
ριστεί αν ένα άτοµο έχει µια τροποποιηµένη µορ-
µπορεί να επιφέρει καθυστέρηση στην εφαρµογή
φή της σφαιρίνης α ή της σφαιρίνης β που µπορεί
της απαραίτητης θεραπείας. Μια σειρά από µε-
να σχετίζεται µε αναιµία. Με τις δοκιµές DNA
ταλλαγές µε µεγάλο εύρος διαφορετικών παθο-
διαπιστώνεται η παρουσία ή η απουσία µιας συ-
λογικών φαινοτύπων µπορεί να καταστήσει δύ-
γκεκριµένης µεταλλαγής και συνήθως εφαρµό-
σκολη την ανεύρεση µιας διαγνωστικής µεθόδου
ζονται µόνο όταν υπάρχει ήδη υποψία ότι ένα
που θα µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε όλες τις πε-
άτοµο µπορεί να φέρει τη µεταλλαγή αυτή (π.χ.
ριπτώσεις. Για παράδειγµα, η ύπαρξη διαφορετι-
το ζευγάρι έχει ήδη παιδί που πάσχει από ανάλο-
κών µεταλλαγών µπορεί να καθιστά τη χρήση
γη ασθένεια). Οι βιοχηµικοί έλεγχοι επικεντρώ-
µιας µόνο δοκιµής DNA µη αποτελεσµατική. Από
νονται συνήθως στην εκτίµηση της γονιδιακής
την άλλη πλευρά, οι δοκιµές που δε βασίζονται
λειτουργίας, οπότε συχνά χρησιµοποιούνται σε
στο DNA µπορεί να µην είναι εξίσου αποτελε-
εκτεταµένους ελέγχους. Ωστόσο, µπορεί να µην
σµατικές στη διάγνωση ήπιων µορφών της ασθέ-
παρέχουν λεπτοµερείς πληροφορίες σχετικά µε
νειας, καθώς τα αποτελέσµατά τους µπορεί να
το γονίδιο ή το βιοχηµικό βήµα που παρουσιάζει
συγχέονται µε αυτά των φυσιολογικών ατόµων.
πρόβληµα και προϋποθέτουν την παρουσία της
δ. Η δοκιµή για τη διάγνωση της φαινυλ-
βιοχηµικής ενεργότητας στον υπό δοκιµή κυττα-
κετονουρίας στα νεογέννητα είναι απαραίτητη
ρικό πληθυσµό, όπως τα κύτταρα που αποκτώ-
για την έγκαιρη παρέµβαση µε σκοπό την απο-
νται µε αµνιοκέντηση.
τροπή της συσσώρευσης των τοξικών φαινυλκε-
β. Το σύνδροµο Lesch-Nyhan οφείλεται σε
τονών και της επακόλουθης νευρολογικής βλά-
φυλοσύνδετη µεταλλαγή. Αφού το χρωµόσωµα Χ
βης κατά την πρώιµη βρεφική ηλικία. Εκτός από
του πάσχοντος γιου προέρχεται από τη µητέρα,
τις περιπτώσεις στις οποίες συνάγεται ότι η
θα πρέπει να γίνει έλεγχος DNA για να διαπιστω-
άµεση παρέµβαση είναι κρίσιµη για τη διαχείριση της κυστικής ίνωσης, η δοκιµή για τη διάγνω-
θεί αν η κυρία Chávez είναι φορέας της ίδιας µεταλλαγής µε αυτήν που φέρει ο γιος της. Η νό-
ση αυτής της ασθένειας στα νεογέννητα είναι
σος Tay-Sachs οφείλεται σε αυτοσωµική υποτε-
λιγότερο αναγκαία. Η δοκιµή κρίνεται απαραίτη-
λή µεταλλαγή και καθένας από τους γονείς µετα-
τη για την επιβεβαίωση µιας διάγνωσης όταν
βίβασε ένα αυτοσωµικό χρωµόσωµα στον πάσχο-
ένα νεογέννητο εµφανίζει βαριά συµπτώµατα
ντα γιο. Συνεπώς, θα πρέπει να εφαρµοστεί ανά-
κυστικής ίνωσης.
λυση DNA για να διαπιστωθεί αν και οι δύο γο-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
νείς είναι ετερόζυγοι ως προς ένα αλληλόµορφο
ναι µονόκλωνο. Τα µονόκλωνα RNA µπορούν να
που φέρει ο γιος τους. Αν κάποιος από τους δύο
σχηµατίζουν περίπλοκες και σταθερές δοµές στε-
γονείς δε φέρει τη µεταλλαγή που έχει ο γιος,
λέχους-βρόχου µε λειτουργικές ιδιότητες, όπως
τότε αυτός φέρει µια νέα µεταλλαγή.
είναι αυτές που παρατηρούνται στα µόρια των
γ. Από κάθε σύλληψη προέκυψε ένας θηλυ-
tRNA. Το δίκλωνο DNA σχηµατίζει διπλή έλικα
κός φορέας. Ο κύριος και η κυρία Lieberman θα
και συµπυκνώνεται από ειδικές πρωτεΐνες σε ένα
ανακουφιστούν, καθώς η κόρη τους είναι ετερόζυ-
χρωµόσωµα, που εµφανίζεται είτε ως ένα πυρη-
γη ως προς το υποτελές αλληλόµορφο που προκα-
νοειδές στους προκαρυωτικούς οργανισµούς είτε
λεί την ασθένεια και εποµένως δεν πρόκειται να
ως διακριτή (ιδιαίτερα κατά τη µίτωση) δοµή µέσα
αναπτύξει τη νόσο Tay-Sachs. Ωστόσο, το ζεύγος
Chávez εξακολουθεί να ανησυχεί, αφού ο θηλυκός
στον ευκαρυωτικό πυρήνα. Μετά τη µεταγραφή
φορέας µιας φυλοσύνδετης υποτελούς διαταρα-
στο κυτταρόπλασµα. Αν ανήκει στην κατηγορία
χής µπορεί να είναι συµπτωµατικός λόγω της τυ-
των mRNA, τότε µπορούν να προσδεθούν επάνω
χαίας απενεργοποίησης του χρωµοσώµατος Χ. Αν
σε αυτό ριβοσώµατα και να το µεταφράσουν. Τα
το χρωµόσωµα που φέρει το φυσιολογικό αλληλό-
ευκαρυωτικά µετάγραφα υφίστανται ειδική επε-
µορφο απενεργοποιηθεί στα περισσότερα κύττα-
ξεργασία ωρίµανσης πριν από τη µεταφορά τους
ρα, το µεταλλαγµένο αλληλόµορφο θα εκφραστεί
έξω από τον πυρήνα. Το DNA λειτουργεί ως µό-
και η κόρη τους θα αναπτύξει το σύνδροµο Lesch-
ριο στο οποίο «αποθηκεύεται» η γενετική πληρο-
Nyhan. Αν το χρωµόσωµα Χ που φέρει το µεταλ-
φορία, ενώ το RNA είτε λειτουργεί ως αγγελια-
λαγµένο αλληλόµορφο απενεργοποιηθεί στα πε-
φόρος (το mRNA µεταφέρει πληροφορία στο ρι-
ρισσότερα κύτταρα, το φυσιολογικό αλληλόµορφο
βόσωµα), είτε συµµετέχει στις βιοχηµικές διαδι-
θα εκφραστεί και η κόρη τους θα είναι φυσιολογι-
κασίες της µετάφρασης (το rRNA αποτελεί συ-
κή. Στην περίπτωση αυτή, και αν υποθέσουµε ότι
στατικό του ριβοσώµατος και το tRNA µεταφέρει
δεν πρόκειται για νέα µεταλλαγή, η κόρη θα είναι
αµινοξέα στο ριβόσωµα), είτε εµπλέκεται στην
φορέας, όπως και η µητέρα της. Τα εµβρυϊκά κύτ-
ωρίµανση του ευκαρυωτικού RNA (τα snRNA
ταρα που ελήφθησαν µε αµνιοκέντηση ή µε λήψη
εκτελούν εξειδικευµένες λειτουργίες στο πλαί-
χοριακών λαχνών µπορεί να µην είναι αντιπροσω-
σιο του σωµατίου µατίσµατος).
του από το DNA, το RNA µπορεί να µεταφερθεί
πευτικά του προτύπου απενεργοποίησης του χρω-
Οι DNA πολυµεράσες καθώς και οι RNA πολυ-
µοσώµατος Χ που έχουν όλα τα εµβρυϊκά κύττα-
µεράσες καταλύουν τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέ-
ρα. Έτσι, δεν είναι δυνατόν να συµπεράνει κανείς
ων µε κατεύθυνση 5΄ προς 3΄. Και οι δύο χρησιµο-
αποκλειστικά από αυτές τις δοκιµές αν η κόρη του
ποιούν DNA ως µήτρα για να συνθέσουν ένα πο-
ζεύγους θα αναπτύξει τη νόσο Lesch-Nyhan.
λυνουκλεοτίδιο το οποίο είναι συµπληρωµατικό
της αλυσίδας-µήτρας. Ωστόσο, οι DNA πολυµερά-
Κεφάλαιο 13 Γονιδιακή έκφραση: Μεταγραφή
σες χρειάζονται ένα ελεύθερο 3΄-OH για να ξεκι-
13.1 Παρόλο που τόσο το DNA όσο και το RNA
νήσουν τη σύνθεση ενώ οι RNA πολυµεράσες όχι.
συνίστανται από γραµµικά πολυµερή νουκλεοτι-
∆ηλαδή οι RNA πολυµεράσες µπορούν να ξεκινή-
δίων, οι βάσεις τους και τα σάκχαρά τους διαφέ-
σουν τη σύνθεση αλυσίδων χωρίς εκκινητές, ενώ
ρουν. Το DNA περιέχει δεοξυριβόζη και θυµίνη,
οι DNA πολυµεράσες δεν µπορούν. Επιπλέον, οι
ενώ το RNA περιέχει ριβόζη και ουρακίλη. Η δευ-
RNA πολυµεράσες χρειάζονται ειδικές νουκλεοτι-
τεροταγής δοµή τους είναι επίσης διαφορετική.
δικές αλληλουχίες στο DNA οι οποίες σηµατοδο-
Το DNA είναι συνήθως δίκλωνο, ενώ το RNA εί-
τούν τα σηµεία έναρξης της µεταγραφής.
51
52
Κεφάλαιο 13
13.3 Σε όλους τους οργανισµούς, οι RNA πολυµε-
αποσυνδέεται από το ολοένζυµο και ο κεντρικός
ράσες µεταγράφουν το RNA µε κατεύθυνση 5΄
πυρήνας του ενζύµου συνεχίζει τη µεταγραφή.
προς 3΄, χρησιµοποιώντας ως µήτρα µια αλυσίδα
Αν και οι γενικές αρχές που διέπουν την
DNA µε πολικότητα 3΄ προς 5΄. Ωστόσο, υπάρ-
πρόσδεση των ευκαρυωτικών RNA πολυµερασών
χουν πολλές διαφορές µεταξύ των διαφόρων εν-
στους υποκινητές τους είναι παρόµοιες όσον
ζύµων. Στην E. coli υπάρχει ένα µοναδικό κεντρι-
αφορά το ότι χρησιµοποιούν µια σειρά από επι-
κό ένζυµο RNA πολυµεράσης για τη µεταγραφή
κουρικές πρωτεΐνες –τους µεταγραφικούς παρά-
όλων των γονιδίων. Αντίθετα, στους ευκαρυωτι-
γοντες– για να ασκήσουν τη δράση τους, οι λε-
κούς οργανισµούς υπάρχουν τρία διαφορετικά
πτοµέρειες είναι αρκετά διαφορετικές. Στους ευ-
µόρια RNA πολυµερασών: οι RNA πολυµεράσες I,
καρυωτικούς οργανισµούς, καθεµία από τις τρεις
II και III. Η RNA πολυµεράση I συνθέτει τα 28S,
διαφορετικές RNA πολυµεράσες αναγνωρίζει
18S και 5,8S rRNA και βρίσκεται στον πυρηνίσκο.
διαφορετικό σύνολο υποκινητών µε τη βοήθεια
Η RNA πολυµεράση II συνθέτει hnRNA (από το
µιας οµάδας µεταγραφικών παραγόντων που εί-
οποίο προκύπτει µε τη διαδικασία της ωρίµανσης
ναι ειδικοί για κάθε πολυµεράση και οι µηχανι-
το mRNA) και µερικά snRNA και συναντάται στο
σµοί της αλληλεπίδρασης είναι διαφορετικοί.
πυρηνόπλασµα. Η RNA πολυµεράση III βρίσκεται
13.7 α. β. Παρατηρούµε ότι η αλληλουχία 5΄-AG-3΄
επίσης στο πυρηνόπλασµα και συνθέτει τα tRNA,
υπάρχει πολλές φορές σε κάθε αλυσίδα και γνω-
το 5S rRNA και µερικά είδη snRNA.
ρίζουµε ότι η µεταγραφή µπορεί να διεξάγεται
Καθεµία από τις RNA πολυµεράσες χρησιµο-
προς οποιαδήποτε από τις δύο κατευθύνσεις.
ποιεί έναν ιδιαίτερο µηχανισµό για να αναγνωρί-
Προσδιορίζουµε τη σωστή θέση έναρξης της µε-
σει τους υποκινητές στους οποίους θα ξεκινήσει
ταγραφής εντοπίζοντας τις πρότυπες αλληλου-
τη µεταγραφή. Σε προκαρυωτικούς οργανισµούς
χίες για τις περιοχές –10 και –35 οι οποίες ανα-
όπως η E. coli, µια πρωτεΐνη που ονοµάζεται πα-
γνωρίζονται από την RNA πολυµεράση και τον
ράγοντας σ επιτρέπει την αναγνώριση των ειδι-
παράγοντα σ70. Πράγµατι, στο παράδειγµα αυτό,
κών θέσεων των υποκινητών όπου προσδένεται
τέτοιες αλληλουχίες βρίσκονται στην επάνω
σταθερά το κεντρικό ένζυµο (το οποίο αποτελεί-
αλυσίδα. Η µία ταιριάζει µε την περιοχή –35
ται από τέσσερα πολυπεπτίδια). Το ολοένζυµο
(TTGACA) και ξεκινάει από το νουκλεοτίδιο που
δεσµεύεται χαλαρά σε µια αλληλουχία η οποία
βρίσκεται στην 8η θέση από το 5΄ άκρο και η άλ-
βρίσκεται περίπου 35 bp πριν από το σηµείο
λη µε την περιοχή –10 (TATAAT) και ξεκινάει από
έναρξης της µεταγραφής (περιοχή –35), αλλάζει
το νουκλεοτίδιο που βρίσκεται στην 32η θέση
διαµόρφωση και κατόπιν προσδένεται ισχυρά σε
από το 5΄ άκρο. Η παρατήρηση αυτή αποτελεί
µια περιοχή περίπου 10 bp πριν από το σηµείο
σηµαντική ένδειξη ότι η θέση έναρξης της µετα-
έναρξης της µεταγραφής (περιοχή –10), προκα-
γραφής είναι η αλληλουχία 5΄-AG-3΄ που βρί-
λώντας την αποδιάταξη περίπου 17 bp DNA γύ-
σκεται στο 44ο νουκλεοτίδιο από το 5΄ άκρο της
ρω από την περιοχή αυτή. Αυτά τα δύο βήµατα
συγκεκριµένης αλυσίδας.
του µηχανισµού πρόσδεσης στον υποκινητή οδηγούν στον κατάλληλο προσανατολισµό της RNA
γ. Η µεταγραφή στο παράδειγµα αυτό διεξάγεται από αριστερά προς τα δεξιά.
πολυµεράσης επάνω στο DNA, διευκολύνοντας
δ. Η κάτω (3΄ προς 5΄) αλυσίδα.
την έναρξη της µεταγραφής από το σωστό ση-
ε. Η επάνω (5΄ προς 3΄) αλυσίδα.
µείο. Μετά την ενσωµάτωση οκτώ µε εννέα νου-
13.9 α. Οι υποκινητές της E. coli διαφέρουν ανά-
κλεοτιδίων στο νέο µετάγραφο, ο παράγοντας σ
λογα µε τον τύπο του παράγοντα σ που χρησιµο-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
ποιείται για την αναγνώρισή τους. Υπάρχουν πε-
τεΐνες του κυττάρου. Τα tRNA µεταφέρουν αµι-
ρισσότεροι από τέσσερις τύποι υποκινητών, κα-
νοξέα στο ριβόσωµα για να τα διαθέσουν στην
θένας από τους οποίους διαθέτει διαφορετικές
αυξανόµενη πολυπεπτιδική αλυσίδα κατά τη
αλληλουχίες αναγνώρισης. Οι περισσότεροι υπο-
διάρκεια της πρωτεϊνοσύνθεσης. Τα µικρά πυρη-
κινητές στις περιοχές –35 και –10 διαθέτουν αλ-
νικά RNA συµµετέχουν σε διαδικασίες που συµ-
ληλουχίες οι οποίες αναγνωρίζονται από τον πα-
βαίνουν στον πυρήνα, όπως είναι το µάτισµα και
ράγοντα σ . Άλλοι υποκινητές διαθέτουν πρότυ-
η ωρίµανση των µορίων RNA.
πες αλληλουχίες που αναγνωρίζονται από δια-
13.18 Στους ευκαρυωτικούς οργανισµούς, τα γο-
φορετικούς παράγοντες σ. Τέτοιοι υποκινητές
νίδια των 18S, 28S και 5,8S rRNA µεταγράφονται
ελέγχουν τη µεταγραφή γονιδίων τα οποία βοη-
από το rDNA σε ένα ενιαίο µόριο pre-rRNA, το
θούν το κύτταρο να αντιµετωπίσει αλλαγές στις
οποίο στη συνέχεια υφίσταται περαιτέρω επε-
περιβαλλοντικές συνθήκες που προκαλούν στρες,
ξεργασία κατά την οποία αφαιρούνται εξωτερι-
όπως είναι το θερµικό σοκ (σ ), η περιορισµένη
κές αλλά και εσωτερικές ενδιάµεσες αλληλου-
διαθεσιµότητα αζώτου (σ ) και η µόλυνση κυττά-
χίες, οδηγώντας στην παραγωγή των ώριµων µο-
ρων από το φάγο T4 (σ ).
ρίων rRNA (βλ. Εικόνα 13.19). Το ευκαρυωτικό
70
32
54
23
β. Παρά το γεγονός ότι υπάρχει ένα µοναδι-
5S RNA µεταγράφεται ανεξάρτητα και παράγε-
κό κεντρικό ένζυµο RNA πολυµεράσης, συγκρο-
ται άµεσα το ώριµο 5S rRNA, το οποίο δε χρειά-
τούνται διάφορα ολοένζυµα µε τους διαφορετι-
ζεται περαιτέρω επεξεργασία. Τα ευκαρυωτικά
κούς παράγοντες σ. Η αναγνώριση του υποκινητή
5S rRNA εισέρχονται στον πυρηνίσκο, όπου συ-
καθορίζεται κάθε φορά από τον παράγοντα σ.
ναρµολογούνται µαζί µε τα άλλα ώριµα rRNA και
γ. Η χρήση διαφορετικών παραγόντων σ
τις ριβοσωµικές πρωτεΐνες σχηµατίζοντας τις
επιτρέπει την άµεση απόκριση του κυττάρου σε
λειτουργικές υποµονάδες των ριβοσωµάτων. Με-
αλλαγές των περιβαλλοντικών συνθηκών (για
ρικά pre-rRNA του οργανισµού Tetrahymena δια-
παράδειγµα, θερµικό σοκ, χαµηλή συγκέντρωση
θέτουν αυτο-µατιζόµενα ιντρόνια στο 28S rRNA
N2, µόλυνση από φάγο) µέσω της συντονισµένης
(ιντρόνια οµάδας I). Θυµηθείτε ότι η αφαίρεση
σύνθεσης γονιδιακών προϊόντων τα οποία είναι
του ιντρονίου στο 28S rRNA µέσω αυτο-µατίσµα-
απαραίτητα για την αντιµετώπιση ή την προσαρ-
τος είναι µια διαδικασία εντελώς διαφορετική
µογή στις νέες συνθήκες.
από την αφαίρεση των ενδιάµεσων αλληλουχιών
13.10 Η RNA πολυµεράση I µεταγράφει τα γονί-
από τo pre-rRNA (βλ. Εικόνα 13.14).
δια που κωδικοποιούν τα 18S, 5,8S και 28S
Τα ευκαρυωτικά µετάγραφα που κωδικοποι-
rRNA. Η RNA πολυµεράση II µεταγράφει τα γονί-
ούν πρωτεΐνες συντίθενται από την RNA πολυ-
δια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες συνθέτοντας
µεράση II και υφίστανται εκτεταµένη επεξεργα-
µόρια mRNA. Μεταγράφει επίσης και µερικά από
σία. Όταν η RNA πολυµεράση II έχει συνθέσει
τα snRNA. Η RNA πολυµεράση III µεταγράφει τα
περίπου 20 µε 30 νουκλεοτίδια του RNA, τότε
γονίδια του 5S rRNA, των tRNA και µερικά µικρά
στο 5΄ άκρο της νεοσυντιθέµενης αλυσίδας προ-
πυρηνικά RNA.
στίθεται µια καλύπτρα m7Gppp µε έναν 5΄-5΄ τρι-
Μέσα στο κύτταρο, τα 18S, 5,8S, 28S και 5S
φωσφορικό δεσµό. Μια ουρά πολυ(A), η οποία
rRNA αποτελούν δοµικά και λειτουργικά συστα-
ποικίλλει σε µήκος, µπορεί να προστεθεί στο 3΄
τικά µόρια του ριβοσώµατος, το οποίο επιτελεί
άκρο του µεταγράφου και οι αλληλουχίες των
τη διαδικασία της µετάφρασης. Τα mRNA µετα-
ιντρονίων αφαιρούνται στα σωµάτια µατίσµατος.
φράζονται προκειµένου να παραχθούν οι πρω-
Η θέση προσθήκης της ουράς πολυ(A), καθώς και
53
54
Κεφάλαιο 13
η επιλογή των θέσεων µατίσµατος είναι δυνατόν
υπήρχε κάποια συνέπεια στο µάτισµα του ιντρο-
να ρυθµίζονται µε ειδικούς µοριακούς µηχανι-
νίου 2 και εποµένως παραγόταν τροποποιηµένο
σµούς. Έτσι, µερικές φορές παράγονται περισσό-
mRNA, µια τέτοια µεταλλαγή σε οµόζυγη µορφή
τερα από ένα εναλλακτικά ώριµα mRNA από το
θα µπορούσε να έχει ως αποτέλεσµα τη σύνθεση
ίδιο πρόδροµο µετάγραφο. Μερικά mRNA στοιχει-
µόνο µη λειτουργικής αιµοσφαιρίνης, οδηγώντας
οθετούνται σε µετα-µεταγραφικό επίπεδο, υφί-
σε οξεία αναιµία και θάνατο.
στανται δηλαδή προσθήκη ή αφαίρεση νουκλεο-
δ. Το έλλειµµα που περιγράφεται θα µπο-
τιδίων, ή µετατροπή µιας βάσης σε µια άλλη.
ρούσε να επηρεάζει την 3΄ θέση µατίσµατος του
13.21 Θνησιγόνος είναι µια µεταλλαγή η οποία
ιντρονίου 2, οδηγώντας, στην καλύτερη περίπτω-
προκαλεί θάνατο όταν βρίσκεται σε οµόζυγη κα-
ση, σε µη φυσιολογικό µάτισµα του συγκεκριµέ-
τάσταση, όταν δηλαδή σε ένα άτοµο υπάρχουν
νου ιντρονίου. Αν η µεταλλαγή ήταν οµόζυγη, θα
µόνο µεταλλαγµένα αλληλόµορφα. Ετερόζυγα
παραγόταν αποκλειστικά µη λειτουργική πρω-
άτοµα για τέτοιες µεταλλαγές µπορεί να είναι
τεΐνη, γεγονός που θα προκαλούσε οξεία αναι-
βιώσιµα. Οι υποτελείς θνησιγόνες µεταλλαγές
µία και θάνατο.
προκαλούν το θάνατο διότι ο οργανισµός στερεί-
13.22 1 (5΄ καλύπτρα m7G) + 100 (εξόνιο 1) + 50
ται κάποιας απαραίτητης λειτουργίας. Στην οµό-
(εξόνιο 2) + 25 (εξόνιο 3) + 200 (ουρά πολυ(A)) =
ζυγη κατάσταση, κανένα από τα αντίγραφα του
376 βάσεις.
γονιδίου δεν είναι λειτουργικό και γι’ αυτό προ-
13.23 Οι πρώτες δύο βάσεις ενός ιντρονίου είναι
καλείται ο θάνατος.
5΄-GU-3΄ και είναι απαραίτητες για να γίνει το
α. Το έλλειµµα των γονιδίων U1 θα είναι
ζευγάρωµα των βάσεων µε το U1 snRNA κατά τη
υποτελές θνησιγόνο, αφού το U1 snRNA είναι
συναρµολόγηση του σωµατίου µατίσµατος. Μια
απαραίτητο για την αναγνώριση της 5΄ θέσης µα-
µεταλλαγή GC προς TA στο αρχικό ζεύγος βάσε-
τίσµατος κατά την ωρίµανση του mRNA. Η αδυνα-
ων του πρώτου ιντρονίου παρεµποδίζει το ζευγά-
µία να γίνει σωστά το µάτισµα θα οδηγούσε στη
ρωµα βάσεων µε το U1 snRNA, µε αποτέλεσµα
σύνθεση µη λειτουργικών γονιδιακών προϊόντων
να µην αναγνωρίζεται η 5΄ θέση µατίσµατος του
για πολλά γονίδια, µε καταστροφικά αποτελέσµα-
πρώτου ιντρονίου. Αυτό το γεγονός προκαλεί τη
τα για το κύτταρο το οποίο δε θα ήταν βιώσιµο.
διατήρηση του πρώτου ιντρονίου στο tub mRNA
β. Η µεταλλαγή αυτή θα εµπόδιζε τη δηµι-
και τη δηµιουργία ενός µεγαλύτερου µεταγράφου
ουργία ζευγών βάσεων µεταξύ του U1 snRNA
mRNA στα οµόζυγα στελέχη tub/tub. Όταν µετα-
και των 5΄ θέσεων µατίσµατος. Εποµένως, µε
φραστεί το µεταλλαγµένο tub mRNA, η παρουσία
τον ίδιο συλλογισµό που αναφέρθηκε στο ερώ-
του πρώτου ιντρονίου θα µπορούσε να προκαλέ-
τηµα (α), η µεταλλαγή θα ήταν υποτελής θνησι-
σει την εισαγωγή αµινοξέων που δεν υπάρχουν
γόνος.
στην πρωτεΐνη tub + ή, αν το ιντρόνιο περιέχει ένα
γ. Αν το έλλειµµα στο εσωτερικό του
κωδικόνιο τερµατισµού, θα µπορούσε να προκα-
ιντρονίου 2 δεν επηρέαζε κάποια σηµαντική πε-
λέσει πρόωρο τερµατισµό της µετάφρασης και
ριοχή για το µάτισµά του (για παράδειγµα, τη θέ-
την παραγωγή µιας µικρότερης σε µέγεθος, ελλι-
ση διακλάδωσης ή τις περιοχές κοντά στις 5΄ ή
πούς πρωτεΐνης. Και στις δύο περιπτώσεις παρά-
3΄ θέσεις µατίσµατος), τότε δε θα είχε συνέπει-
γεται ένα µη λειτουργικό γονιδιακό προϊόν.
ες στην παραγωγή του ώριµου mRNA. Συνεπώς,
Η µεταλλαγή tub είναι υποτελής, επειδή το
µια τέτοια µεταλλαγή δε θα είχε κάποιο φαινότυ-
φυσιολογικό αλληλόµορφο tub + σε έναν ετερο-
πο αν ήταν σε οµόζυγη κατάσταση. Ωστόσο, αν
ζυγώτη tub/tub + παράγει µετάγραφα τα οποία
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
υφίστανται φυσιολογική επεξεργασία προς ώρι-
από τα πρωτεολυτικά ένζυµα του πεπτικού συ-
µα mRNA. Από τη µετάφραση αυτών των ώριµων
στήµατος και εποµένως θα καταστραφεί η πρω-
µορίων mRNA του ετεροζυγώτη παράγεται επαρ-
τοταγής δοµή τους.
κής ποσότητα φυσιολογικού προϊόντος, µε απο-
ε. Η βαλίνη είναι ένα ουδέτερο, µη πολικό
τέλεσµα να εµφανίζεται ο φαινότυπος άγριου τύ-
αµινοξύ, αντίθετα µε το γλουταµινικό οξύ, που
που. Μόνο το αλληλόµορφο tub παράγει µη φυ-
είναι όξινο (βλ. Εικόνα 14.2). Μια αλλαγή στις
σιολογικά µετάγραφα. Στους οµοζυγώτες tub/tub,
χηµικές ιδιότητες του έκτου αµινοξέος ενδέχεται
επειδή και τα δύο αντίγραφα του γονιδίου είναι
να µεταβάλει τη λειτουργία του µορίου της αιµο-
µεταλλαγµένα, δεν παράγεται καθόλου λειτουρ-
σφαιρίνης επιδρώντας σε πολλαπλά επίπεδα της
γικό προϊόν και έτσι προκύπτει ο µεταλλαγµένος
πρωτεϊνικής δοµής. Εφόσον πρόκειται για αντι-
φαινότυπος της παχυσαρκίας.
κατάσταση αµινοξέος, αλλάζει η πρωτοταγής δο-
13.26 α. 3.
µή του πολυπεπτιδίου β. Αυτή η αλλαγή θα µπο-
β. 1, 2, 3, 4.
ρούσε να επηρεάσει τις τοπικές αλληλεπιδρά-
γ. 3.
σεις µεταξύ των αµινοξέων που βρίσκονται γύρω
δ. 1, 2.
από τη θέση στην οποία συνέβη και κατά συνέ-
ε. 1 (σηµειώστε ότι ορισµένα µόρια tRNA
πεια να µεταβάλει τη δευτεροταγή δοµή του πο-
και rRNA διαθέτουν ιντρόνια).
λυπεπτιδίου β. Ενδέχεται επίσης να επηρεάσει
στ. 4.
την αναδίπλωση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας
ζ. 1.
στο χώρο, µεταβάλλοντας έτσι την τριτοταγή
δοµή του πολυπεπτιδίου β. Τέλος, είναι γνωστό
Κεφάλαιο 14 Γονιδιακή έκφραση: Μετάφραση
ότι η συγκεκριµένη αλλαγή παίζει σηµαντικό ρό-
14.1 Το β.
λο στις αλληλεπιδράσεις µεταξύ των τεσσάρων
14.3 α. Οι τέσσερις υποµονάδες της αιµοσφαιρί-
υποµονάδων της αιµοσφαιρίνης, δεδοµένου ότι
νης θα διαχωριστούν, επειδή η θέρµανση θα απο-
οδηγεί σε δρεπανοκυτταρική αναιµία (βλ. Εικόνα
σταθεροποιήσει τους ιοντικούς δεσµούς που στα-
12.10). Εποµένως, θα µπορούσε να µεταβάλει
θεροποιούν την τεταρτοταγή δοµή της πρωτεΐνης.
την τεταρτοταγή δοµή της αιµοσφαιρίνης.
Η τριτοταγής δοµή κάθε µεµονωµένης υποµονά-
14.4 α. Η πρωτοταγής δοµή, δηλαδή η αµινοξική
δας µπορεί επίσης να αλλάξει, επειδή η θερµική
αλληλουχία, της πράιον δε θα µεταβληθεί, καθώς
ενέργεια µπορεί να αποσταθεροποιήσει την αναδί-
η ασθένεια δεν προκαλείται από µεταλλαγή αλλά
πλωση του πολυπεπτιδίου.
από τη λανθασµένη αναδίπλωση της πρωτεΐνης.
β. Η πρωτεΐνη θα αποδιαταχθεί καθώς η τρι-
Επειδή οι λανθασµένα αναδιπλωµένες πρωτεΐνες
τοταγής δοµή της θα αποσταθεροποιηθεί λόγω
είναι µολυσµατικές, προκαλούν τη µετατροπή των
της θέρµανσης.
φυσιολογικά αναδιπλωµένων µορίων σε παθολο-
γ. Η πρωτεΐνη θα αποδιαταχθεί καθώς η τρι-
γικά. Η δευτεροταγής δοµή επηρεάζεται, καθώς
τοταγής δοµή της θα αποσταθεροποιηθεί λόγω
α-έλικες µετατρέπονται σε β-πτυχωτές επιφάνει-
της θέρµανσης.
ες. Αυτό ενδεχοµένως οδηγεί σε αλλαγή της τρι-
δ. Είναι πιθανό οι πρωτεΐνες του κρέατος
να αποδιαταχθούν όταν οι τριτοταγείς και τε-
τοταγούς δοµής µε αποτέλεσµα το σχηµατισµό
αµυλοειδούς.
ταρτοταγείς δοµές τους αποσταθεροποιηθούν
β. Αν µια µεταλλαγή οδηγεί σε αντικατά-
λόγω των όξινων συνθηκών του στοµάχου. Επί-
σταση κάποιου αµινοξέος, επηρεάζεται η πρωτο-
σης, οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες θα τεµαχιστούν
ταγής δοµή της πράιον. Μια συγκεκριµένη αντι-
55
56
Κεφάλαιο 14
κατάσταση αµινοξέος στην πρωτεΐνη µπορεί να
ζευγαρώνει µε την αλληλουχία Shine-Dalgarno
την καθιστά πιο επιρρεπή σε λανθασµένη αναδί-
του mRNA προκειµένου να ξεκινήσουν οι διαδι-
πλωση και να οδηγήσει, όπως στο (α), σε αλλα-
κασίες της µετάφρασης. ∆εύτερον, το 23S rRNA
γές της δευτεροταγούς και της τριτοταγούς δο-
διαθέτει ενεργότητα πεπτιδυλοτρανσφεράσης.
µής της.
Μελέτες της ατοµικής δοµής της µεγάλης ριβο-
14.6 Υπάρχουν πολλές ενδείξεις που υποστηρί-
σωµικής υποµονάδας οδήγησαν στο συµπέρασµα
ζουν την άποψη ότι το rRNA δεν έχει µόνο δοµι-
ότι η ενεργότητα της πεπτιδυλοτρανσφεράσης
κό ρόλο. Πρώτον, το 3΄ άκρο του 16S rRNA είναι
εδράζεται εξ ολοκλήρου στο 23S rRNA. Το συ-
σηµαντικό για τον προσδιορισµό της θέσης
µπέρασµα αυτό ενισχύεται και από πειράµατα
πρόσδεσης της µικρής ριβοσωµικής υποµονάδας
που έδειξαν ότι η ενεργότητα της πεπτιδυλο-
στο mRNA. Το rRNA της E. coli φέρει µια αλλη-
τρανσφεράσης εξακολουθεί να υφίσταται ακόµα
λουχία συµπληρωµατική προς την αλληλουχία
και µετά την αποµάκρυνση των πρωτεϊνών της
Shine-Dalgarno, που αποτελεί τη θέση πρόσδε-
υποµονάδας 50S, αλλά όχι µετά την πέψη του
σης του ριβοσώµατος στο mRNA (RBS, Ribo-
rRNA µε τη ριβονουκλεάση Τ1.
some Binding Site). Πειράµατα στα οποία χρησιµο-
14.9 H Εικόνα 14.7 και ο Πίνακας 14.1 βοηθούν
ποιήθηκαν µεταλλαγµένα 16S rRNA ή/και mRNA
στην απάντηση αυτής της ερώτησης. Η απάντη-
έδειξαν ότι το 3΄ άκρο του 16S rRNA πρέπει να
ση δίνεται στον ακόλουθο Πίνακα:
Αµινοξύ
Απαιτούµενα
tRNA
Ile
Phe
Tyr
His
Gln
Asn
Lys
Asp
Glu
Cys
Trp
Met
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
Val
Pro
Thr
Ala
Gly
Leu
Arg
Ser
2
2
2
2
2
3
3
3
3 κωδικόνια µπορούν να χρησιµοποιήσουν 1 tRNA (ταλάντευση)
2 κωδικόνια µπορούν να χρησιµοποιήσουν 1 tRNA (ταλάντευση)
»
»
»
»
»
» »
»
»
»
»
»
»
» »
»
»
»
»
»
»
» »
»
»
»
»
»
»
» »
»
»
»
»
»
»
» »
»
»
»
»
»
»
» »
»
»
»
»
»
»
» »
»
»
»
»
»
»
» »
»
1 κωδικόνιο
Μονό κωδικόνιο, αλλά απαιτείται 1 tRNA για έναρξη και 1 tRNA για
επιµήκυνση
4 κωδικόνια: ανά 2 µπορούν να χρησιµοποιήσουν 1 tRNA (ταλάντευση)
»
»
» »
»
»
»
» »
»
»
»
» »
»
»
»
» »
»
»
»
» »
»
»
»
» »
»
»
»
» »
»
»
»
» »
»
6 κωδικόνια: ανά 2 µπορούν να χρησιµοποιήσουν 1 tRNA (ταλάντευση)
»
»
» »
»
»
»
» »
»
»
»
» »
»
»
»
» »
»
Σύνολο
32
61 κωδικόνια
Αιτιολογία
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
P (CCC) = 0,6 × 0,6 × 0,6 = 0,216 ή 21,6% Pro
P (CCA) = 0,6 × 0,6 × 0,4 = 0,144 ή 14,4% Pro
(συνολικά 36% Pro)
P (CAC) = 0,6 × 0,4 × 0,6 = 0,144 ή 14,4% His
P (CAA) = 0,6 × 0,4 × 0,4 = 0,096 ή 9,64% Gln
14.10 Από τη στιγµή που θα σχηµατιστεί ένα διπεπτίδιο, δεν επηρεάζεται η έναρξη της µετάφρασης, ούτε το πρώτο βήµα της επιµήκυνσης –
η δέσµευση ενός φορτισµένου tRNA στη θέση Α
του ριβοσώµατος και ο επακόλουθος σχηµατισµός πεπτιδικού δεσµού. Όµως, εφόσον σχηµατίζεται µόνο ένα διπεπτίδιο, φαίνεται ότι κατα-
β. Στο συµπολυµερές 4 G : 1 C θα υπάρχουν
στέλλεται η µετατόπιση.
2 = 8 διαφορετικά κωδικόνια, και συγκεκριµένα
14.14 Τα ευκαρυωτικά mRNA τροποποιούνται
τα ακόλουθα: GGC, GCG, GCC, CGG, CGC, CCC
ώστε να φέρουν στο 5΄ άκρο τους µία δοµή η
και CCG. Επειδή υπάρχουν 80% G και 20% C:
οποία ονοµάζεται καλύπτρα και αποτελείται από
7-µεθυλο-G ενώ στο 3΄ άκρο τους µια ουρά πολυ(A). Η καλύπτρα παίζει σηµαντικό ρόλο στην
έναρξη της µετάφρασης. Σ’ αυτή προσδένεται το
σύµπλοκο eIF-4F ακριβώς πριν από την πρόσδεση ενός συµπλόκου που αποτελείται από τη ριβοσωµική υποµονάδα 40S, το εναρκτήριο MettRNA. Met και άλλους eIF. Επίσης, οι διαδικασίες
έναρξης της µεταγραφής προάγονται από το
σχηµατισµό ενός βρόχου ο οποίος δηµιουργείται
επειδή η πρωτεΐνη πρόσδεσης στο πολυ(A) αλληλεπιδρά µε τον eIF-4G, µία από τις πρωτεΐνες
του συµπλόκου eIF-4F το οποίο βρίσκεται προσ-
3
P (GGG) = 0,8 × 0,8 × 0,8 = 0,512 ή 51,2% Gly
P (GGC) = 0,8 × 0,8 × 0,2 = 0,128 ή 12,8% Gly
(συνολικά 64% Gly)
P (GCG) = 0,8 × 0,2 × 0,8 = 0,128 ή 12,8% Ala
P (GCC) = 0,8 × 0,2 × 0,2 = 0,032 ή 3,2% Ala
(συνολικά 16% Ala)
P (CGG) = 0,2 × 0,8 × 0,8 = 0,128 ή 12,8% Arg
P (CGC) = 0,2 × 0,8 × 0,2 = 0,032 ή 3,2% Arg
(συνολικά 16% Arg)
P (CCC) = 0,2 × 0,2 × 0,2 = 0,008 ή 0,8% Pro
P (CCG) = 0,2 × 0,2 × 0,8 = 0,032 ή 3,2% Pro
(συνολικά 4% Pro)
δεδεµένο στην καλύπτρα.
14.17 Προσδιορίστε σε κάθε περίπτωση τις τρι-
γ. Στο συµπολυµερές 1 Α : 3 U : 1 C θα υπάρ-
πλέτες όλων των πιθανών κωδικονίων και την πι-
χουν 33 = 27 διαφορετικά κωδικόνια. Ένα από αυ-
θανότητα (Ρ) µε την οποία αναµένεται να εµφα-
τά, το UAA, είναι κωδικόνιο τερµατισµού. Επειδή
νίζονται. Με βάση αυτές προσδιορίστε τα αντί-
υπάρχουν 20% Α, 60% U και 20% C, η πιθανότητα
στοιχα αµινοξέα και τις συχνότητες µε τις οποίες
να εµφανιστεί αυτό το κωδικόνιο είναι 0,6 × 0,2 ×
αναµένεται να εµφανίζονται στα πολυπεπτίδια
0,2 = 0,024 ή 2,4%. Τα υπόλοιπα 26 (97,6%) κωδι-
που θα συντεθούν.
κόνια θα είναι σηµαίνοντα. Προχωρήστε µε τον
α. Στο συµπολυµερές 4 Α : 6 C θα υπάρχουν
ίδιο τρόπο όπως στα (α) και (β) για να προσδιορίσε-
2 = 8 διαφορετικά κωδικόνια, και συγκεκριµένα τα
τε την αναµενόµενη συχνότητα αυτών των κωδικο-
ακόλουθα: AAA, AAC, ACC, ACA, CCC, ACA, CAC
νίων και των αντίστοιχων αµινοξέων. Αφού προσ-
και CAA. Επειδή υπάρχουν 40% Α και 60% C:
διορίσετε τη συχνότητα εµφάνισης κάθε αµινοξέ-
3
P (AAA) = 0,4 × 0,4 × 0,4 = 0,064 ή 6,4% Lys
P (AAC) = 0,4 × 0,4 × 0,6 = 0,096 ή 9,6% Asn
P (ACC) = 0,4 × 0,6 × 0,6 = 0,144 ή 14,4% Thr
P (ACA) = 0,4 × 0,6 × 0,4 = 0,096 ή 9,6% Thr
(συνολικά 24% Thr)
ος θεωρώντας πως υπάρχουν 27 πιθανά κωδικόνια,
θα πρέπει να λάβετε υπόψη σας ότι το ένα από αυτά είναι κωδικόνιο τερµατισµού. Εποµένως θα πρέπει να διαιρέσετε τις τιµές που θα έχετε υπολογίσει µε τη συχνότητα της εµφάνισης ενός οποιουδήποτε σηµαίνοντος κωδικονίου. Έχουµε λοιπόν:
57
58
Κεφάλαιο 14
(0,8/0,976)% = 0,82% Lys
Lys
2
3,28%
(3,2/0,976)% = 3,28% Asn
Asp
2
3,28%
(12,0/0,976)% = 12,3 % Ile
Glu
2
3,28%
(9,6/0,976)% = 9,84% Tyr
Cys
2
3,28%
19,2/0,976)% = 19,67% Leu
Ile
3
3/61 = 4,92%
(28,8/0,976)% = 29,5% Phe
Val
4
4/61 = 6,56%
(4,0/0,976)% = 4,1% Thr
Pro
4
6,56%
(0,8/0,976)% = 0,82% Gln
Thr
4
6,56%
(3,2/0,976)% = 3,28% His
Ala
4
6,56%
(4,0/0,976)% = 4,1% Pro
Gly
4
6,56%
(12,0/0,976)% = 12,3% Ser
Leu
6
6/61 = 9,84%
Arg
6
9,84%
Ser
6
9,84%
Οι διάφορες αλυσίδες που θα παραχθούν θα ποικίλλουν σε µέγεθος ανάλογα µε τη θέση του κωδικονίου τερµατισµού στο συγκεκριµένο συνθετι-
14.18 Προκειµένου να κωδικοποιηθούν και τα 20
κό µόριο που τις κωδικοποιεί.
αµινοξέα, απαιτούνται το λιγότερο 20 κωδικόνια.
δ. Στο συµπολυµερές A : 1 U : 1 G : 1 C θα
Στον ακόλουθο πίνακα δίνεται ο ελάχιστος αριθ-
υπάρχουν 4 = 64 διαφορετικά κωδικόνια: όλα τα
µός βάσεων από τις οποίες θα πρέπει να αποτελεί-
κωδικόνια του γενετικού κώδικα. Η πιθανότητα
ται κάθε κωδικόνιο, ανάλογα µε τον υποτιθέµενο
εµφάνισης κάθε κωδικονίου είναι 1/64. Εποµέ-
αριθµό διαφορετικών βάσεων στο mRNA, ώστε να
νως, η πιθανότητα εµφάνισης ενός κωδικονίου
υπάρχουν 20 τουλάχιστον διαφορετικά κωδικόνια.
3
τερµατισµού είναι 3/64, ενώ για κάθε σηµαίνον
κωδικόνιο η πιθανότητα εµφάνισης είναι 1/61. Οι
Ελάχιστος αριθµός
βάσεων κωδικονίου
Αριθµός κωδικονίων
α. 5
25 = 32
β. 3
33 = 27
γ. 2
52 = 25
διάφορες αλυσίδες που θα παραχθούν θα ποικίλλουν σε µέγεθος ανάλογα µε τη θέση των κωδικονίων τερµατισµού στο συγκεκριµένο συνθετικό µόριο που τις κωδικοποιεί. Λαµβάνοντας υπόψη τον εκφυλισµό του γενετικού κώδικα (Εικόνα
14.20 α. 3΄-TAC AAA ATA AAA ATA AAA ATA AAA
14.7), στον ακόλουθο πίνακα δίνονται οι αναµε-
ATA...-5΄. (Η πρώτη fMet ή Met συνήθως αποµα-
νόµενες συχνότητες εµφάνισης των διαφόρων
κρύνεται από το νεοσυντιθέµενο πολυπεπτίδιο.)
β. 5΄-ATG TTT TAT TTT TAT TTT TAT TTT
αµινοξέων.
TAT...-3΄.
Αµινοξύ
Αριθµός
κωδικονίων
Συχνότητα
Trp
1
1/61 = 1,64%
Met
1
1,64%
Phe
2
2/61 = 3,28%
Try
2
3,28%
His
2
3,28%
Gln
2
3,28%
Asn
2
3,28%
γ. Η αλληλουχία του αντικωδικονίου του
tRNA της Phe είναι 3΄-ΑΑΑ-5, ενώ του αντικωδικονίου του tRNA της Tyr είναι 3΄-AUA-5΄.
14.22 Στα µόρια RNA του πληθυσµού Α αναµένεται να υπάρχουν τα ακόλουθα κωδικόνια: Lys
(AAA, AAG), Arg (AGG, AGA), Glu (GAG, GAA)
και Gly (GGA, GGG). Καθώς όλα είναι σηµαίνοντα, θα συντεθούν µακριές πολυπεπτιδικές αλυσίδες πλήρους µήκους οι οποίες θα απαρτίζονται
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
από αυτά τα αµινοξέα. Στα µόρια RNA του πλη-
14.26 Τα µεταλλάγµατα α, β, γ, δ και στ φέρουν
θυσµού Β αναµένεται να υπάρχουν τα ακόλουθα
σηµειακές µεταλλαγές στις οποίες έχει αντικα-
κωδικόνια: Lys (AAA), Asn (AAU), Ile (AUA, AUU),
τασταθεί µία βάση από µία άλλη. Στο µετάλλαγ-
Tyr (UAU), Leu (UUA), Phe (UUU) και το κωδικό-
µα ε υπάρχει έλλειµµα µιας βάσης. Πρόκειται
νιο τερµατισµού (UAA). Η αναµενόµενη συχνότη-
εποµένως για µια µεταλλαγή µετατόπισης ανα-
τα εµφάνισης του κωδικονίου τερµατισµού είναι
γνωστικού πλαισίου. Συνεπώς, οι αλληλουχίες
(1/4 × 3/4 × 3/4) = 9/64 = 0,14 ή 14%. Εποµένως,
των πρωτεϊνών που θα παραχθούν είναι οι ακό-
πολλά από τα πολυπεπτίδια που θα συντεθούν
λουθες (µε υπογράµµιση υποδεικνύονται οι αντι-
από τα µόρια RNA του πληθυσµού Β θα είναι
καταστάσεις αµινοξέων σε σχέση µε την αλλη-
βραχύτερα από εκείνα τα οποία κωδικοποιούν τα
λουχία του άγριου τύπου):
µόρια του πληθυσµού Α. Aν ένα κωδικόνιο τερµατισµού εµφανίζεται µε συχνότητα 14%, αναµένε-
Άγριος τύπος:
ται να συναντάται κατά µέσο όρο κάθε περίπου
Met-Phe-Ser-Asn-Tyr- ... -Met-GlyTrp-Val
επτά κωδικόνια (1/0,14 = 7,14). Το µέσο λοιπόν
Μετάλλαγµα α:
Met-Phe-Ser-Asn
µήκος των πολυπεπτιδικών αλυσίδων που θα
Μετάλλαγµα β:
...-Met-Gly-Trp-Val (Εφόσον ως
προκύψουν από τα µόρια RNA του πληθυσµού Β
εναρκτήριο κωδικόνιο χρησιµο-
είναι έξι αµινοξέα.
ποιηθεί ένα επόµενο AUG.)
14.24 Το αντικωδικόνιο 5΄-GAU-3΄ αναγνωρίζει
Μετάλλαγµα γ : Met-Phe-Ser-Asn-Tyr- ... -Met-Gly-
το κωδικόνιο 5΄-AUC-3΄, το οποίο κωδικοποιεί
Ile. Το µεταλλαγµένο αντικωδικόνιο 5΄-CAU-3΄
Trp-Val
Μετάλλαγµα δ:
αναγνωρίζει το κωδικόνιο 5΄-AUG-3΄, το οποίο
κωδικοποιεί Met. Το µεταλλαγµένο tRNA εποµέ-
Met-Phe-Ser-Lys-Tyr- ... -Met-GlyTrp-Val
Μετάλλαγµα ε:
Met-Phe-Ser-Asn-Ser- ... (Η πρω-
νως θα ανταγωνίζεται µε το tRNA.Met για την
τεϊνοσύνθεση συνεχίζεται µέχρι
πρόσδεση στο κωδικόνιο 5΄-AUG-3΄, µε αποτέ-
το επόµενο κωδικόνιο τερµατι-
λεσµα στο εσωτερικό της πολυπεπτιδικής αλυσί-
σµού. Αν δε δηµιουργείται κωδι-
δας, σε αρκετές περιπτώσεις, να υπάρχει Ile σε
κόνιο τερµατισµού στο τµήµα
θέσεις όπου θα έπρεπε φυσιολογικά να υπάρχει
της αλληλουχίας που παραλεί-
Met. Εφόσον όµως κατά την έναρξη της µετά-
πεται, τότε έχουµε ...Trp-Gly-
φρασης χρησιµοποιείται ένα ειδικό tRNA.Met,
Gly-Cys...)
στην πρώτη θέση της πρωτεΐνης θα υπάρχει πά-
Μετάλλαγµα στ : Met-Phe-Ser-Asn-Tyr-...-Met-Gly-
ντα Met. Κατά συνέπεια, το αµινοτελικό άκρο αυ-
Trp-Val-Trp... (Η πρωτεϊνοσύνθε-
τής της πρωτεΐνης θα συναντάται στις ακόλου-
ση συνεχίζεται µέχρι το επόµε-
θες τέσσερις εκδοχές, ανάλογα µε το ποιο tRNA
νο κωδικόνιο τερµατισµού.)
θα καταλαµβάνει τη θέση Α του ριβοσώµατος κατά τη µετάφραση των κωδικονίων AUG που έπο-
14.30 α. Το ώριµο mRNA προκύπτει αφού αφαιρε-
νται του εναρκτήριου κωδικονίου:
θούν από το πρωτογενές µετάγραφο τα ιντρόνια
κατά το µάτισµα, καθώς και ένα τµήµα του 5΄
Met-Val-Ser-Ser-Pro-Ile-Gly-Ala-Ala-Ile-Ser
άκρου του κατά την προσθήκη της ουράς πολυ(Α).
Met-Val-Ser-Ser-Pro-Met-Gly-Ala-Ala-Ile-Ser
β. Ένα ανοικτό αναγνωστικό πλαίσιο το
Met-Val-Ser-Ser-Pro-Ile-Gly-Ala-Ala-Met-Ser
οποίο κωδικοποιεί µια πρωτεΐνη 1.480 αµινοξέων
Met-Val-Ser-Ser-Pro-Met-Gly-Ala-Ala-Met-Ser
αποτελείται από 1.480 × 3 = 4.440 βάσεις. Οι 5΄
59
60
Κεφάλαιο 15
και 3΄ µη µεταφραζόµενες περιοχές καταλαµβά-
15.6 α. Εφόσον το φυσιολογικό κωδικόνιο είναι
νουν τις υπόλοιπες 6.500 – 4.440 = 2.060 βάσεις,
5΄-CUG-3΄, το αντικωδικόνιο του φυσιολογικού
δηλαδή περίπου 32% της αλληλουχίας του mRNA.
tRNA είναι 5΄-CAG-3΄. Εφόσον το µεταλλαγµέ-
γ. Η µεταλλαγή ∆F508 θα πρέπει να έχει
νο tRNA αναγνωρίζει το κωδικόνιο 5΄-GUG-3΄, θα
προκληθεί από την αφαίρεση τριών ζευγών βά-
πρέπει το αντικωδικόνιό του να είναι 5΄-CAC-3΄.
σεων του DNA.
Η αρχική µεταλλαγή είναι µεταστροφή CG προς
δ. Ένα έλλειµµα τριών ζευγών βάσεων στο
GC.
ανοικτό αναγνωστικό πλαίσιο οδηγεί είτε σε ένα
β. Leu.
mRNA από το οποίο λείπει ένα κωδικόνιο είτε σε
γ. Val.
ένα mRNA από το οποίο λείπουν τρεις βάσεις
δ. Leu.
από δύο γειτονικά κωδικόνια. Στην πρώτη περί-
15.8 Η ακριδίνη είναι ένας παρεµβαλλόµενος
πτωση, από το πολυπεπτίδιο θα λείπει ένα αµινο-
παράγοντας. Αναµένεται λοιπόν να επάγει µε-
ξύ. Στη δεύτερη περίπτωση, αν δηλαδή απαλει-
ταλλαγές µετατόπισης αναγνωστικού πλαισίου.
φθούν τρεις από τις έξι βάσεις δύο γειτονικών
Η 5BU είναι ανάλογο βάσης και ενσωµατώνεται
κωδικονίων, οι βάσεις που θα παραµείνουν θα
στο DNA στη θέση της Τ. Κατά την αντιγραφή
σχηµατίζουν ένα µονό κωδικόνιο. Ανάλογα µε το
του DNA είναι πιθανό να µετατοπιστεί από την
ποιο θα είναι το κωδικόνιο αυτό, ενδέχεται η µό-
κετονική στην ενολική της µορφή και να διαβα-
νη διαφορά στη µεταλλαγµένη πρωτεΐνη να
στεί ως C από την DNA πολυµεράση. Αυτό έχει
έγκειται στο έλλειµµα ενός αµινοξέος, είτε από
ως αποτέλεσµα να εµφανίζονται σηµειακές µε-
τη µεταλλαγµένη πρωτεΐνη να λείπει ένα αµινο-
ταλλαγές, συνήθως µεταπτώσεις TA προς CG.
ξύ και επιπλέον το ακριβώς προηγούµενο να έχει
Με βάση τα παραπάνω, µπορούµε να υποθέσου-
αντικατασταθεί από κάποιο άλλο, είτε να έχει
µε ότι στο lacZ-1 η αµινοξική αλληλουχία θα εί-
δηµιουργηθεί ένα κωδικόνιο τερµατισµού, οπότε
ναι εντελώς διαφορετική από ένα σηµείο και µε-
από τη µεταλλαγµένη πρωτεΐνη θα λείπει ένα
τά, αν και θα µπορούσε να προκύψει και ένα µι-
καρβοξυτελικό τµήµα.
κρότερο, ατελές προϊόν λόγω της δηµιουργίας
14.31 Ορισµένα γονίδια καταστέλλουν την ενερ-
ενός κωδικονίου τερµατισµού. Σε κάθε περίπτω-
γότητα άλλων. Αν η ακτινοµυκίνη D εµποδίσει τη
ση, είναι πολύ πιθανό να έχει διαφορετικό µο-
µεταγραφή ενός γονιδίου που κωδικοποιεί έναν
ριακό βάρος και φορτίο και άρα να µεταναστεύει
καταστολέα της ενεργότητας κάποιου ενζύµου,
διαφορετικά απ’ ό,τι το µόριο άγριου τύπου κατά
η επίδρασή της θα οδηγήσει σε αύξηση της ενερ-
την ηλεκτροφόρηση σε πήκτωµα (βλ. Εικόνα
γότητας του ενζύµου αυτού.
12.8). Το lacZ-2 είναι πιθανό να φέρει ένα διαφορετικό αµινοξύ, λόγω µιας παρερµηνεύσιµης µε-
Κεφάλαιο 15 Μεταλλαγές του DNA, επιδιόρθωση
του DNA και µεταθετά στοιχεία
ταλλαγής, παρόλο που δεν αποκλείεται να προκύψει και σε αυτό ένα κωδικόνιο τερµατισµού.
15.1 β.
Μια µη νοηµατική µεταλλαγή θα µπορούσε να
15.3 ε. Κανένα από τα παραπάνω (όλες είναι κα-
οδηγήσει στη σύνθεση ατελούς πρωτεϊνικού
τηγορίες µεταλλαγών).
προϊόντος µε µικρότερο µοριακό βάρος. Και στις
15.4 γ. Η λέξη-κλειδί για την απάντηση του προ-
δύο περιπτώσεις η µεταλλαγµένη πρωτεΐνη θα
βλήµατος αυτού είναι η λέξη «συνήθως». Οι άλ-
µεταναστεύει διαφορετικά κατά την ηλεκτροφό-
λες επιλογές µπορεί να ισχύουν σπάνια, δεν εί-
ρηση σε πήκτωµα σε σχέση µε την πρωτεΐνη
ναι όµως συνήθεις.
άγριου τύπου.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
15.9 α. Έξι.
β. Τρία, αφού το κωδικόνιο του mRNA UGG
θα µετατραπεί σε UAG, ένα κωδικόνιο τερµατισµού, µε αποτέλεσµα να προκύψει η αλληλουχία
5΄-AUG-ACC-CAU-UAG-…-3΄.
15.11 α. UAG: Gln (CAG), Lys (AAG), Glu (GAG),
Leu (UUG), Ser (UCG), Trp (UGG), Tyr (UAC,
UAU), τερµατισµός αλυσίδας (UAA).
β. UAA: Lys (AAA), Gln (CAA), Glu (GAA),
Leu (UUA), Ser (UCA), Tyr (UAC, UAU), τερµατι-
15.23 Η κατεργασία του µορίου-µήτρας µε νιτρώ-
σµός αλυσίδας (UGA, UAG).
δες οξύ προκαλεί απαµίνωση της G και µετατρο-
γ. UGA: Arg (AGA, CGA), Gly (GGA), Leu
πή της σε Χ, απαµίνωση της C και µετατροπή της
(UUA), Ser (UCA), Cys (UGC, UGU), Trp (UGG),
σε U και απαµίνωση της Α και µετατροπή της σε
τερµατισµός αλυσίδας (UAA).
Η. Η Χ θα ζευγαρώσει και πάλι µε την C, αλλά η
15.13
U θα ζευγαρώσει µε την Α και η Η µε την C:
15.18 α. Στη φυσιολογική της κατάσταση η 5βροµοουρακίλη είναι ένα ανάλογο της Τ που
15.27 Το νιτρώδες οξύ απαµινώνει τη C µετατρέ-
σχηµατίζει ζεύγος µε την Α. Στη σπάνια κατά-
ποντάς τη σε U. Η U ζευγαρώνει µε την Α. Έτσι η
στασή της µοιάζει µε τη C και ζευγαρώνει µε την
χρήση νιτρώδους οξέος προκαλεί µεταπτώσεις CG
G. Μπορεί λοιπόν να επάγει µετάπτωση ΑΤ προς
προς ΤΑ. Αναλύστε πώς θα επηρέαζε η διαδικασία
GC µε τον ακόλουθο τρόπο:
αυτή τα κωδικόνια της πρωτεΐνης. Με το γράµµα Ν
συµβολίστε οποιοδήποτε νουκλεοτίδιο ενώ µε το
γράµµα Υ µια πυριµιδίνη (U ή C). Τα κωδικόνια λοιπόν της Pro είναι CCN, τα (σχετικά) κωδικόνια της
Ser είναι UCΝ, τα κωδικόνια της Leu είναι CUN και
τα κωδικόνια της Phe είναι UUY. (Τα νουκλεοτίδια
β. Το νιτρώδες οξύ µπορεί να απαµινώσει
τη C µετατρέποντάς τη σε U και έτσι να προκαλέσει µετάπτωση CG προς TA.
είναι γραµµένα µε κατεύθυνση 5΄ προς 3΄, εκτός
αν επισηµαίνεται κάτι διαφορετικό.)
Σε επίπεδο DNA, από την απαµίνωση της 5΄-C
15.21 Η απουσία dGTP εµποδίζει τη συνέχιση
του κωδικονίου της Pro προκύπτει ένα κωδικόνιο
του πολυµερισµού µετά την ενσωµάτωση των
UCN που κωδικοποιεί τη Ser, ενώ η αντίστοιχη αλ-
δύο πρώτων νουκλεοτιδίων:
ληλουχία στη µη κωδική αλυσίδα είναι 3΄-AGN-5΄.
61
62
Κεφάλαιο 15
Από την απαµίνωση της µεσαίας C του κωδικονίου
της Pro στο DNA, προκύπτει ένα κωδικόνιο CUN
που κωδικοποιεί τη Leu, ενώ η αντίστοιχη αλληλουχία στη µη κωδική αλυσίδα είναι 3΄-GAN-5΄. Η
περαιτέρω χρήση νιτρώδους οξέος σε οποιοδήποτε µετάλλαγµα µπορεί να οδηγήσει σε απαµίνωση
της εναποµείνασας C στο DNA, µε αποτέλεσµα να
προκύψει ένα κωδικόνιο ΤΤΝ (UUN στο mRNA),
ενώ η αντίστοιχη αλληλουχία στη µη κωδική αλυσίδα είναι 3΄-ΑΑΝ-5΄. Εφόσον γνωρίζουµε ότι µετά την έκθεση σε νιτρώδες οξύ τα νέα µεταλλαγµένα στελέχη φέρουν Phe στη συγκεκριµένη θέση, το Ν θα πρέπει να είναι είτε C είτε Τ (U στο
mRNA) και η µη κωδική αλυσίδα θα πρέπει να είναι
3΄-ΑΑΑ-5΄ ή 3΄-ΑΑG-5΄.
∆εδοµένου ότι το νιτρώδες οξύ δρα µόνο µέσω απαµίνωσης της C µετατρέποντάς τη σε U και
ότι η εκ νέου επεξεργασία µε αυτό δεν επιφέρει
καµία άλλη αλλαγή στο συγκεκριµένο αµινοξύ, το
Ν θα πρέπει να είναι Τ (U στο mRNA) και το κωδικόνιο της Phe στο DNA πρέπει να είναι ΤΤΤ, ενώ η
αντίστοιχη αλληλουχία στη µη κωδική αλυσίδα πρέπει να είναι 3΄-ΑΑΑ-5΄. Επειδή λοιπόν οι βάσεις Τ
και Α δεν επηρεάζονται από την παρουσία νιτρώδους οξέος, το νιτρώδες οξύ δεν µπορεί να έχει καµία περαιτέρω επίδραση στο κωδικόνιο αυτό.
15.28 Οι συχνότητες εµφάνισης αντίστροφων
µεταλλαγµάτων που δίνονται στη στήλη «κανένα» (µεταλλαξιγόνο) αντιστοιχούν στη συχνότητα αυθόρµητης επαναφοράς στο φαινότυπο
άγριου τύπου.
ara-1: Οι ουσίες BU και ΑΡ, όχι όµως η ΗΑ ή
µια µεταλλαγή µετατόπισης αναγνωστικού πλαισίου, µπορούν να προκαλέσουν επαναφορά του ara-1
στο φαινότυπο άγριου τύπου. Οι BU και ΑΡ προκαλούν µεταπτώσεις CG προς ΤΑ και ΤΑ προς GC,
ενώ η ΗΑ προκαλεί µόνο µεταπτώσεις CG προς
ΤΑ. Αν η ΗΑ δεν µπορεί να προκαλέσει αντιστροφή του ara-1, τότε, για να γίνει αυτό, πρέπει να
απαιτείται µετάπτωση TA προς CG και η αρχική µεταλλαγή πρέπει να είναι µετάπτωση CG προς ΤΑ.
ara-2: Αντιστροφή της προκαλείται από τα µεταλλαξιγόνα BU, AP και HA, όχι όµως από µεταλλαγές µετατόπισης αναγνωστικού πλαισίου.
Αφού η ΗΑ προκαλεί µόνο µεταπτώσεις CG προς
ΤΑ, η αρχική µεταλλαγή θα πρέπει να προκλήθηκε από µετάπτωση TA προς CG.
ara-3: Με την ίδια λογική, η αρχική µεταλλαγή θα πρέπει να προκλήθηκε από µετάπτωση ΤΑ
προς CG. Εφόσον πρόκειται για αντιπροσωπευτικό δείγµα, το µεταλλαξιγόνο Χ φαίνεται να προκαλεί µεταπτώσεις τόσο ΤΑ προς CG όσο και CG
προς ΤΑ. ∆ε φαίνεται να προκαλεί µεταλλαγές
µετατόπισης αναγνωστικού πλαισίου.
15.35 Όπως περιγράφεται στην Εικόνα 15.24, οι
σπόροι µε κηλίδες προκύπτουν από τη µετάθεση
των στοιχείων Ds (ατελών τρανσποζονίων που
δεν έχουν δυνατότητα αυτόνοµης µετάθεσης),
τα οποία εγκαταλείπουν το γονίδιο C κατά την
ανάπτυξη του σπόρου. Αυτό σηµαίνει ότι η µεταλλαγή στο στέλεχος µε τους άχρωµους σπόρους Β προκαλείται από την ένθεση ενός στοιχείου Ds στο γονίδιο C. Το στοιχείο Ds µπορεί να
µετατεθεί επειδή το στέλεχος C διαθέτει στοιχεία Ac –τρανσποζόνια πλήρους µήκους–, τα
οποία ενεργοποιούν τη µετακίνησή του.
Σπόροι µε κηλίδες δεν παρατηρούνται σε καµία άλλη διασταύρωση. Στις περιπτώσεις λοιπόν
αυτές δε γίνεται µετάθεση στοιχείων Ds. Εφόσον δεν παρατηρούνται σπόροι µε κηλίδες στη
διασταύρωση Α × C, παρά το γεγονός ότι το
στέλεχος C διαθέτει στοιχεία Ac, ο άχρωµος
φαινότυπος στο στέλεχος Α δεν προκαλείται
από την ένθεση ενός στοιχείου Ds. Θα µπορούσε να έχει προκύψει, για παράδειγµα, από µια
σηµειακή µεταλλαγή του γονιδίου C. Εφόσον
δεν παρατηρούνται σπόροι µε κηλίδες στη διασταύρωση B × D, το στέλεχος D δε διαθέτει
στοιχεία Ac. Για τους λόγους αυτούς, οι διασταυρώσεις Α × C, A × D και B × D παρουσιάζουν µόνο τα αναµενόµενα από τους νόµους
του Mendel πρότυπα κληρονόµησης.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
15.37 Εφόσον το µάτισµα των ιντρονίων γίνεται
northern εντοπίζονται µόρια DNA και RNA, αντί-
µόνο σε επίπεδο RNA, αν η µετάθεση οδηγεί σε
στοιχα, µέσω της υβριδοποίησής τους µε ένα ση-
απώλεια του ιντρονίου (όπως στην περίπτωση
µασµένο ιχνηθέτη συµπληρωµατικό µε αλληλου-
των στοιχείων Ty), αυτό σηµαίνει ότι λαµβάνει
χίες που συναντώνται στα µονόκλωνα µόρια νου-
χώρα µέσω ενός ενδιάµεσου µορίου RNA. Επο-
κλεϊκών οξέων τα οποία βρίσκονται ακινητοποιη-
µένως, η µετάθεση του Α είναι πιθανό να γίνεται
µένα σε µια µεµβράνη.
µέσω ενός ενδιάµεσου µορίου RNA. Το γεγονός
16.4 Ο µέσος όρος του µεγέθους των τµηµάτων
ότι το ιντρόνιο δεν αφαιρείται κατά τη µετάθεση
που παράγονται κατά την πέψη µορίων DNA σχε-
του Β υποδεικνύει ότι το Β χρησιµοποιεί ένα µη-
τίζεται άµεσα µε τη συχνότητα εµφάνισης της
χανισµό µετάθεσης που δεν περιλαµβάνει ένα
αντίστοιχης θέσης περιορισµού. Αν σε ένα µόριο
ενδιάµεσο µόριο RNA και λαµβάνει χώρα εξ ολο-
DNA τα τέσσερα νουκλεοτίδια A, T, C και G συ-
κλήρου σε επίπεδο DNA (είτε µε συντηρητικό εί-
ναντώνται µε την ίδια συχνότητα, τότε η πιθανό-
τε µε αντιγραφικό µηχανισµό).
τητα εύρεσης ενός συγκεκριµένου ζεύγους βάσεων (Α-Τ, Τ-Α, G-C ή C-G) σε µια συγκεκριµένη
Κεφάλαιο 16 Η τεχνολογία του ανασυνδυασµένου DNA
θέση είναι 1/4. Η πιθανότητα εύρεσης δύο συγκεκριµένων διαδοχικών ζευγών βάσεων είναι (1/4)2.
16.2 Οι αρχές πολλών από τις µεθόδους που
Γενικά, η πιθανότητα εύρεσης n διαδοχικών συ-
χρησιµοποιούνται στην τεχνολογία του ανασυν-
γκεκριµένων ζευγών βάσεων είναι (1/4)n. Στη συ-
δυασµένου DNA στηρίζονται στον κανόνα της
γκεκριµένη περίπτωση, η µέση συχνότητα εµφά-
συµπληρωµατικότητας. Μεταξύ αυτών περιλαµ-
νισης είναι 1/4.096 = (1/4)6, εποµένως το ένζυµο
βάνονται:
αναγνωρίζει µία θέση µήκους έξι ζευγών βάσε-
(1) Η συνένωση δύο τµηµάτων DNA µε κολλώδη συµπληρωµατικά άκρα.
(2) Η υβριδοποίηση που λαµβάνει χώρα κατά:
ων.
16.7 Αν το συγκεκριµένο γονίδιο δεν απενεργοποιηθεί, τότε το ένζυµο που κωδικοποιεί θα κόβει
– τη σάρωση βιβλιοθηκών,
όσα µόρια DNA εισάγονται µέσω µετασχηµατι-
– την ανάλυση κατά Southern και
σµού στην E. coli και φέρουν την αλληλουχία
– την ανάλυση τύπου northern.
αναγνώρισής του χωρίς να είναι µεθυλιωµένο το
Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις, ένας ση-
συγκεκριµένο κατάλοιπο αδενίνης. Το γεγονός
µασµένος ιχνηθέτης ζευγαρώνει µε ένα µονό-
αυτό θα καθιστά αδύνατη την κλωνοποίησή τους.
κλωνο µόριο DNA ή RNA το οποίο έχει ακινητο-
16.12 Θα πρέπει να χρησιµοποιήσετε ένα φορέα
ποιηθεί σε µεµβράνη.
έκφρασης. Οι φορείς έκφρασης διαθέτουν όλα
(3) Η υβριδοποίηση ενός εκκινητή ολιγο(dT)
τα ρυθµιστικά στοιχεία που είναι απαραίτητα για
µε µια ουρά πολυ(Α) κατά τη σύνθεση
τη µεταγραφή και τη µετάφραση των κλωνοποιη-
cDNA από mRNA.
µένων σε αυτούς γονιδίων. Για την έκφραση σε
(4) Η υβριδοποίηση ενός εκκινητή µε ένα
µόριο-µήτρα κατά την PCR.
προκαρυωτικούς οργανισµούς, ο φορέας θα πρέπει να φέρει ανοδικά του σηµείου ένθεσης του
Σε καθεµία από τις παραπάνω περιπτώσεις
cDNA έναν υποκινητή από προκαρυωτικό γονίδιο
λαµβάνει χώρα σχηµατισµός ενός δίκλωνου τµή-
και, πιθανώς, καθοδικά από αυτό µια αλληλουχία
µατος από δύο µονόκλωνες αλυσίδες που αλλη-
τερµατισµού. Στα ευκαρυωτικά συστήµατα έκ-
λεπιδρούν µεταξύ τους. Για παράδειγµα, στην
φρασης ανοδικά από τη θέση κλωνοποίησης του
ανάλυση κατά Southern και στην ανάλυση τύπου
cDNA θα πρέπει να υπάρχει ένας υποκινητής ευ-
63
64
Κεφάλαιο 16
καρυωτικού γονιδίου και καθοδικά από αυτή µια
πρωτεΐνη η οποία θα φέρει επιπλέον αλληλου-
θέση πολυαδενυλίωσης. Αν το cDNA δεν είναι
χίες της β-γαλακτοζιδάσης, οπότε υπάρχει περί-
πλήρες και δε διαθέτει κωδικόνιο έναρξης, τότε
πτωση να επηρεάζεται η ενεργότητά της. Επί-
είναι απαραίτητο ο φορέας που θα χρησιµοποιη-
σης, ένα ευκαρυωτικό cDNA µπορεί να κωδικο-
θεί να φέρει ανοδικά της θέσης κλωνοποίησης ένα
ποιεί την πρόδροµη µορφή µιας πρωτεΐνης από
AUG. Επιπλέον, στην περίπτωση αυτή, θα πρέπει
την οποία στο κυτταρόπλασµα του ευκαρυωτικού
να δοθεί ιδιαίτερη έµφαση στο σχεδιασµό της
κυττάρου αποκόπτεται ένα τµήµα προκειµένου
στρατηγικής που θα ακολουθηθεί κατά την κλωνο-
να προκύψει η ενεργή πρωτεΐνη. Στην πραγµατι-
ποίηση, ώστε να διασφαλιστεί ότι το ανοικτό ανα-
κότητα, αυτό ισχύει στην περίπτωση της ανθρώ-
γνωστικό πλαίσιο του cDNA θα βρίσκεται στο ίδιο
πινης ινσουλίνης. Προκειµένου να ξεπεραστεί
αναγνωστικό πλαίσιο µε το κωδικόνιο έναρξης του
αυτό το πρόβληµα και να παραχθεί ενεργή αν-
φορέα. Επίσης, ένας βακτηριακός φορέας έκφρα-
θρώπινη ινσουλίνη σε βακτήρια, πρέπει από το
σης πρέπει να φέρει ανοδικά του κωδικονίου
cDNA να αφαιρεθεί όχι µόνο η 5΄ αµετάφραστη
έναρξης µια αλληλουχία Shine-Dalgarno, ενώ σε
περιοχή αλλά και το τµήµα του αναγνωστικού
έναν ευκαρυωτικό φορέα έκφρασης το κωδικόνιο
πλαισίου που κωδικοποιεί τα επιπλέον αµινοξέα
έναρξης πρέπει να αποτελεί τµήµα µιας αλλη-
της πρόδροµης µορφής. Γενικά, πολλές ευκα-
λουχίας Kozak.
ρυωτικές πρωτεΐνες υφίστανται ποικίλες µετα-
16.13 Πρέπει να χρησιµοποιήσετε cDNA. Τα γονί-
µεταφραστικές τροποποιήσεις. ∆εδοµένου ότι τα
δια του ανθρώπου περιέχουν συνήθως ιντρόνια,
βακτήρια δε διαθέτουν µηχανισµούς µετα-µετα-
ενώ το cDNA συντίθεται από ώριµο πολυαδενυ-
φραστικής τροποποίησης αντίστοιχους µε αυ-
λιωµένο mRNA και δεν περιέχει ιντρόνια. Οι προ-
τούς των ευκαρυωτικών οργανισµών, συχνά είναι
καρυωτικοί οργανισµοί δεν έχουν τη δυνατότητα
ακατάλληλα για την έκφραση ανθρώπινων πρω-
να αποµακρύνουν τα ιντρόνια από τα pre-mRNA,
τεϊνών.
εποµένως ως γενικός κανόνας ισχύει ότι οι γονι-
16.16 Η κατασκευή µιας γονιδιωµατικής βιβλιοθή-
διωµατικοί κλώνοι δεν είναι δυνατόν να χρησιµο-
κης ζυµοµύκητα σε έναν πλασµιδιακό φορέα πε-
ποιηθούν για την έκφραση πρωτεϊνών σε βακτή-
ριλαµβάνει τα παρακάτω βήµατα:
ρια. Επειδή το cDNA δεν περιέχει ιντρόνια, µπορεί
1. Αποµόνωση γονιδιωµατικού DNA.
να µεταφραστεί αποτελεσµατικά στα βακτήρια.
2. Μερική πέψη του DNA µε κάποιο ένζυµο
16.14 Ο pUC19 δεν είναι φορέας έκφρασης. Φέ-
το οποίο αναγνωρίζει ένα τετρανουκλεοτίδιο
ρει µια αλληλουχία Shine-Dalgarno ανοδικά από
(όπως η Sau 3A) σε τµήµατα µε µέσο µέγεθος κα-
το κωδικόνιο έναρξης του γονιδίου lacZ. Για να
τάλληλο για κλωνοποίηση σε πλασµιδιακό φορέα
εκφραστεί ένα ευκαρυωτικό cDNA που έχει εντε-
(5-10 kb).
θεί στον pUC19, θα πρέπει το ανοικτό αναγνω-
3. Αποµόνωση των τµηµάτων µεγέθους 5-
στικό πλαίσιό του να βρίσκεται στο ίδιο αναγνω-
10 kb µε ηλεκτροφόρηση σε πήκτωµα αγαρόζης
στικό πλαίσιο µε το lacZ. Επιπλέον, σε περίπτωση
(εναλλακτικά µπορεί να πραγµατοποιηθεί φυγο-
που έχει συµπεριληφθεί στο cDNA τµήµα της 5΄
κέντριση σε κλίση πυκνότητας σακχαρόζης).
αµετάφραστης περιοχής του γονιδίου, θα πρέπει
4. Πέψη ενός πλασµιδιακού φορέα όπως ο
το αναγνωστικό πλαίσιο να µη διαταράσσεται και
pUC19 µε κατάλληλο ένζυµο, για παράδειγµα
να µη διακόπτεται από κωδικόνιο τερµατισµού.
BamHI, αν η µερική πέψη έχει πραγµατοποιηθεί
µε Sau 3A. Η Bam HI δηµιουργεί τα ίδια κολλώδη
άκρα µε την Sau 3A.
Εποµένως, ακόµα και αν µεταφραστεί σωστά το
κλωνοποιηµένο cDNA, θα παραχθεί µια υβριδική
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
5. Ένθεση των τµηµάτων του γονιδιωµατικού DNA στον πλασµιδιακό φορέα (για παράδειγµα, στον pUC19), µε τη βοήθεια λιγάσης.
θα αναλυθούν και θα χρησιµοποιηθούν οι κλωνοποιηµένες αλληλουχίες.
γ. Οι γονιδιωµατικοί κλώνοι προσφέρονται
6. Μετασχηµατισµός κυττάρων E. coli.
για την ανάλυση της δοµής του γονιδίου, π.χ. για
7. Καλλιέργεια σε στερεό θρεπτικό µέσο
τον προσδιορισµό των ορίων µεταξύ ιντρονίων
που περιέχει κατάλληλο αντιβιοτικό (το pUC19
και εξονίων, το χαρακτηρισµό των περιοχών που
φέρει το γονίδιο ανθεκτικότητας στην αµπικιλλί-
ρυθµίζουν τη µεταγραφή και τον εντοπισµό των
νη) και X-gal, ώστε να επιλεγούν τα µετασχηµα-
θέσεων πολυαδενυλίωσης. Η µελέτη των παρα-
τισµένα βακτήρια και να εντοπιστούν όσα φέ-
πάνω αλληλουχιών αποτελεί προϋπόθεση για
ρουν ανασυνδυασµένο πλασµίδιο (σάρωση µπλε-
την κατανόηση της µοριακής βάσης ορισµένων
λευκών αποικιών).
µεταλλαγών που εντοπίζονται σε αυτές και επη-
Σε ένα φορέα BAC θα χρησιµοποιούνταν πο-
ρεάζουν την έκφραση του γονιδίου.
λύ µεγαλύτερα τµήµατα DNA (µεγέθους 200 έως
16.22 Η ερευνήτρια θα µπορούσε να κλωνοποιή-
300 kb).
σει τα τρία γονίδια µέσω λειτουργικής συµπληρω-
16.17 Ισχύει ο τύπος Ν = ln(1 – P)/ln(1 – f ), όπου
µατικότητας. Αρχικά, θα πρέπει να πραγµατοποι-
N είναι ο απαιτούµενος αριθµός κλώνων, Ρ η επιθυµητή πιθανότητα, f το µέσο µέγεθος των τµηµάτων DNA που εισάγονται στο φορέα διαιρεµένο µε το συνολικό µέγεθος του γονιδιώµατος και
ln ο φυσικός λογάριθµος. Στη συγκεκριµένη περίπτωση, p = 0,90, f = (2 × 105)/(3 × 109) και εποµένως Ν = 34.538.
16.20 α. Όπως και στην Ερώτηση 16.17, Ν = [ln (1
– p)]/[ln(1 – f )]. Εδώ, p = 0,95. Για το (i), f = (7 ×
103)/(3 × 109). Για το (ii), f = (1 × 106)/(3 × 109). Ο
αριθµός των κλώνων που απαιτούνται είναι (i)
1,28 × 106 και (ii) 8,99 × 103.
β. Όσο µεγαλύτερο είναι το µέσο µέγεθος
των κλωνοποιηµένων τµηµάτων, τόσο λιγότεροι
κλώνοι χρειάζεται να σαρωθούν. Ωστόσο, θα
πρέπει να ληφθεί υπόψη και η δυσκολία που
απορρέει από το γεγονός ότι η ανάλυση των
κλωνοποιηµένων τµηµάτων µεγάλου µεγέθους
παρουσιάζει αρκετά προβλήµατα. Για παράδειγµα, η κατασκευή του χάρτη περιορισµού ενός
τµήµατος 1 Μb είναι σηµαντικά δυσκολότερη
από τη χαρτογράφηση ενός τµήµατος 7 kb. Εφόσον το µέγεθος ενός γονιδίου κυµαίνεται από
εκατοντάδες ζεύγη βάσεων ως εκατοντάδες ζεύγη κιλοβάσεων, ένα ζήτηµα που ανακύπτει αφορά και τον τρόπο µε τον οποίο θα ταυτοποιηθούν,
ήσει κατάλληλες διασταυρώσεις, έτσι ώστε οι µεταλλαγές να βρεθούν σε γενετικό υπόβαθρο ura3
που επιτρέπει την επιλογή µετασχηµατισµένων
κυττάρων µε το δείκτη URA3. Στη συνέχεια, θα
πρέπει να µετασχηµατίσει κάθε µεταλλαγµένο
στέλεχος µε τη βιβλιοθήκη που διαθέτει. Η βιβλιοθήκη έχει κατασκευαστεί σε ένα φορέα που
φέρει το γονίδιο URA3. Στην επιτρεπτική θερµοκρασία σε θρεπτικό µέσο που καθιστά δυνατή την
επιλογή µέσω URA3 (απουσία ουρακίλης), µετά
το µετασχηµατισµό θα αναπτυχθούν αποικίες από
όλα τα µετασχηµατισµένα κύτταρα. Όµως, στην
περιοριστική θερµοκρασία τα µόνα κύτταρα από
αυτά που είναι δυνατόν να πολλαπλασιαστούν
και να σχηµατίσουν αποικίες είναι εκείνα που
έχουν τη δυνατότητα να αναπληρώσουν την απώλεια της λειτουργίας του µεταλλαγµένου γονιδίου, επειδή το ανασυνδυασµένο πλασµίδιο το
οποίο φέρουν περιέχει ένα αντίγραφο άγριου τύπου του γονιδίου αυτού. Μετά την ταυτοποίηση
των θετικών κλώνων, η ερευνήτρια µπορεί να
αποµονώσει τα ανασυνδυασµένα πλασµίδια και
να χαρακτηρίσει τα αντίστοιχα γονίδια.
16.24 Αρχικά, θα πρέπει να προσδιοριστεί µε βάση
το γενετικό κώδικα η αλληλουχία του DNA που
κωδικοποιεί τα επτά αµινοξέα του αµινοτελικού
65
66
Κεφάλαιο 16
άκρου της υπό µελέτη πρωτεΐνης. Στην προκειµέ-
διαδροµής, µε αποτέλεσµα να έχει τη µορφή
νη περίπτωση, η αλληλουχία είναι 5΄-ATG TT(T ή
µιας συνεχούς λευκής ταινίας. Το πλασµίδιο
G) TA(T ή C) TGG ATG AT(T, C ή A) GG(A, G, T ή
pUC19 φέρει µια θέση αναγνώρισης της EcoRI
C) T A(T ή C)-3΄. Υπάρχουν λοιπόν 96 πιθανά ολι-
στην οποία έχει κλωνοποιηθεί η ένθεση των 10 kb.
γονουκλεοτίδια. Κατόπιν, θα πρέπει να συντεθούν
Εποµένως, στο δείγµα του πλασµιδίου θα εµφα-
τα ολιγονουκλεοτίδια αυτά και να σηµανθούν
νίζονται δύο ζώνες: το κλωνοποιηµένο τµήµα
ώστε να χρησιµοποιηθούν ως ιχνηθέτες για τη σά-
του γονιδιωµατικού DNA (10 kb) και το DNA του
ρωση µιας βιβλιοθήκης cDNA (βλ. Εικόνα 16.11).
φορέα (2,69 kb).
16.27 Κατασκευάστε το χάρτη αναλύοντας βήµα
β. Ο ιχνηθέτης θα ανιχνεύσει µόνο το τµή-
προς βήµα τη σχέση µεταξύ των τµηµάτων που
µα EcoRI των 10 kb, εποµένως και στις δύο δια-
παράγονται από τη διπλή πέψη µε αυτά που πα-
δροµές θα εµφανίζεται µια ζώνη µεγέθους 10 kb.
ράγονται από πέψη µε ένα µόνο ένζυµο. Ξεκινή-
16.30 Το DNA πρέπει να δεσµευτεί στη µεµβρά-
στε µε τα µεγαλύτερα τµήµατα. Το τµήµα των
νη αποδιαταγµένο (σε µονόκλωνη µορφή), προ-
1.900 bp που προκύπτει από τη διπλή πέψη είναι
κειµένου σε επόµενο στάδιο ο ιχνηθέτης να
µέρος του τµήµατος των 2.100 bp που παράγεται
µπορεί να ζευγαρώσει µε τη συµπληρωµατική
από την πέψη µε το Α και του τµήµατος των
του αλληλουχία.
2.500 bp που παράγεται από την πέψη µε το Β.
16.31 α. Θα πρέπει να ανιχνευθεί µια ζώνη 2,0 kb,
Εποµένως, τα τµήµατα των 2.500 bp και 2.100 bp
καθώς ο ιχνηθέτης είναι µια αλληλουχία DNA
επικαλύπτονται κατά 1.900 bp, αφήνοντας ένα
που υπάρχει στο γονιδίωµα σε ένα µόνο αντίγρα-
τµήµα Α-Β 200 bp στη µία πλευρά και ένα τµήµα
φο και δε φέρει εσωτερική θέση αναγνώρισης
Α-Β 600 bp στην άλλη.
της EcoRI.
β. Εφόσον η επαναλαµβανόµενη αλληλουχία φέρει µια εσωτερική θέση αναγνώρισης της
Ακολουθώντας αυτή την τακτική, ο χάρτης επεκτείνεται βήµα προς βήµα, έως ότου ενσωµατωθούν σε αυτόν όλα τα τµήµατα DNA που προκύπτουν από τις πέψεις.
16.29 α. Στη διαδροµή µε το γονιδιωµατικό DNA
δε θα διακρίνονται οι ζώνες που αντιστοιχούν
στα επιµέρους προϊόντα της πέψης, επειδή στο
γονιδίωµα υπάρχουν πολλές θέσεις EcoRI και οι
αποστάσεις µεταξύ τους ποικίλλουν. Λόγω λοιπόν του µεγάλου αριθµού και των πολλών διαφορετικών µεγεθών των τµηµάτων EcoRI, το
DNA θα φθορίζει σε όλο σχεδόν το µήκος της
EcoRI, κάθε επαναλαµβανόµενο στοιχείο του γονιδιωµατικού DNA θα υποστεί πέψη από την
EcoRI. Έτσι, από κάθε επαναλαµβανόµενη αλληλουχία θα προκύψουν δύο τµήµατα, το µέγεθος
των οποίων θα ποικίλλει ανάλογα µε τη θέση της
στο γονιδίωµα. Ο ιχνηθέτης θα υβριδοποιηθεί και
µε τα δύο τµήµατα. Εποµένως, θα ανιχνευτούν
πολλές ζώνες διαφορετικού µεγέθους.
γ. Όπως και στο (β), θα ανιχνευτούν πολλές ζώνες διαφορετικού µεγέθους. Τα µεγέθη
τους θα αντανακλούν τις αποστάσεις µεταξύ των
θέσεων EcoRI στο γονιδίωµα, εκατέρωθεν κάθε
αντιγράφου του επαναλαµβανόµενου στοιχείου.
Όλες οι ζώνες θα έχουν µέγεθος µεγαλύτερο
από το στοιχείο, καθώς αυτό δεν υφίσταται πέψη
από την EcoRI. Από τη µέτρηση του αριθµού των
ζωνών λαµβάνεται µια εκτίµηση του αριθµού των
αντιγράφων του στοιχείου αυτού στο γονιδίωµα.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
δ. Εφόσον ο ιχνηθέτης αποµονώνεται µετά από πλήρη πέψη µε EcoRI ενός ανασυνδυασµένου πλασµιδίου, δε φέρει εσωτερική θέση
αναγνώρισης της EcoRI. Θα ζευγαρώσει λοιπόν
µε το τµήµα EcoRI µήκους 3,0 kb που προέρχεται από το φυσιολογικό χρωµόσωµα 14 του ετερόζυγου για τη µετατόπιση ατόµου. Το σηµείο
ρήξης του χρωµοσώµατος 14 εντοπίζεται µέσα
στον ιχνηθέτη. Εποµένως, ο ιχνηθέτης θα ζευγαρώσει και µε ένα τµήµα κάθε χρωµοσώµατος
που συµµετέχει στη µετατόπιση. Τα µεγέθη των
δύο αυτών τµηµάτων εξαρτώνται από την απόσταση µεταξύ των θέσεων EcoRI στο γονιδίωµα, εκατέρωθεν των σηµείων ρήξης στα δύο
χρωµοσώµατα. Συνεπώς, θα ανιχνευτούν συνολικά τρεις ζώνες, από τις οποίες η µία θα έχει
µέγεθος 3,0 kb.
ε. Εφόσον το γονίδιο TDF εδράζεται στο
χρωµόσωµα Υ και το γονιδιωµατικό DNA προέρχεται από θηλυκό άτοµο, δε θα ανιχνευθεί καµία
ζώνη.
16.32 α. Η Not I αναγνωρίζει µια αλληλουχία µήκους 8 bp, ενώ η Bam HI αναγνωρίζει µια αλληλουχία µήκους 6 bp. Οι θέσεις αναγνώρισης µήκους 8 bp εµφανίζονται 16 φορές λιγότερο συχνά από τις θέσεις αναγνώρισης µήκους 6 bp
(βλ. και Ερώτηση 16.6).
β. Το µόνο τµήµα Not I που φέρει αλληλουχίες οι οποίες υβριδοποιούνται µε το cDNA είναι
αυτό που έχει µήκος 47 kb. Εποµένως, θα πρέπει
να περιέχει ολόκληρο το γονίδιο.
γ. Τα τµήµατα Bam HI 10,5 kb, 8,2 kb και
4,1 kb είναι τα µόνα που υβριδοποιούνται µε το
cDNA. Εποµένως, σε αυτά θα πρέπει να περιέχεται ολόκληρο το γονίδιο.
δ. Η περιοχή που κωδικοποιεί το RNA έχει
µέγεθος τουλάχιστον 28,9 kb. Είναι µεγαλύτερη
από το cDNA, επειδή το γονιδιωµατικό DNA περιέχει ιντρόνια.
ε. Στο BAC υπάρχουν αρκετές αλληλουχίες αναγνώρισης της BamHI και λιγότερες της
Not I. Με τη στρατηγική που ακολούθησαν οι
ερευνητές µπόρεσαν να εντοπίσουν ένα συγκεκριµένο τµήµα περιορισµού στο οποίο εντοπίζεται το γονίδιο: το 47 kb Not I. Τώρα έχουν τη δυνατότητα να υποκλωνοποιήσουν το µικρότερο
αυτό τµήµα που περιέχει ολόκληρο το γονίδιο,
προκειµένου να το µελετήσουν αναλυτικότερα.
Η επακόλουθη πέψη µε BamHI επέτρεψε τον
ακριβέστερο εντοπισµό της περιοχής στην οποία
εκτείνεται το γονίδιο.
16.34 Αν το ίδιο γονίδιο λειτουργεί και στον
εγκέφαλο, τότε θα πρέπει να µεταγράφεται, το
pre-mRNA του να υφίσταται επεξεργασία και στη
συνέχεια το mRNA να µεταφράζεται, ώστε να
παραχθεί το λειτουργικό ένζυµο. Εποµένως,
στον εγκέφαλο θα πρέπει να εντοπίζονται µετάγραφα του γονιδίου. Για να διαπιστώσετε αν αυτό συµβαίνει, µπορείτε να σηµάνετε το κλωνοποιηµένο DNA και να το χρησιµοποιήσετε ως
ιχνηθέτη σε ανάλυση τύπου northern µε δείγµατα
mRNA από εγκέφαλο. Ίσως θα ήταν σκόπιµο να
χρησιµοποιήσετε mRNA αποµονωµένο από συγκεκριµένα τµήµατα του εγκεφάλου, όπως είναι
ο υποθάλαµος, γιατί το γονίδιο ενδέχεται να εκφράζεται µόνο σε ορισµένες περιοχές του εγκεφάλου. Η συγκέντρωση λοιπόν του mRNA του
γονιδίου σε ένα δείγµα από ολόκληρο εγκέφαλο
ίσως θα είναι χαµηλή, γεγονός που θα δυσχεραίνει την ανίχνευσή του. Εναλλακτικά θα µπορούσατε να προσδιορίσετε την αλληλουχία του κλωνοποιηµένου DNA, να την αναλύσετε, να ταυτοποιήσετε την κωδική αλληλουχία και στη συνέχεια να σχεδιάσετε κατάλληλους εκκινητές και
να πραγµατοποιήσετε RT-PCR µε cDNA που θα
συντεθεί από mRNA αποµονωµένο από εγκέφαλο. Η ανίχνευση προϊόντος θα υποδεικνύει ότι το
γονίδιο µεταγράφεται στον εγκέφαλο. Αν ακολουθήσετε αυτή τη µέθοδο, θα ήταν σκόπιµο οι
εκκινητές σας να προσδένονται σε διαφορετικά
εξόνια του γονιδίου. Έτσι, ακόµα και αν στα δείγµατά σας υπάρχει πρόσµειξη µε γονιδιωµατικό
67
68
Κεφάλαιο 16
DNA, το µέγεθος του προϊόντος της PCR θα εί-
λυση κατά Southern δειγµάτων γονιδιωµατικού
ναι διαφορετικό όταν ως µήτρα χρησιµοποιείται
DNA χρησιµοποιείται ως ιχνηθέτης ένα cDNA,
το cDNA. Εποµένως, θα µπορείτε να αποκλείσε-
τότε αυτό υβριδοποιείται µόνο µε γονιδιωµατικά
τε την πιθανότητα ψευδώς θετικού αποτελέσµα-
τµήµατα που φέρουν αλληλουχίες του ώριµου
τος λόγω ενδεχόµενης πρόσµειξης µε γονιδιω-
µεταγράφου. Όµως τα τµήµατα αυτά ενδέχεται
µατικό DNA.
να περιέχουν επιπλέον αλληλουχίες ιντρονίων
16.35 α. Εφόσον το πρότυπο που προέκυψε στο
ή/και επιπλέον µη µεταγραφόµενες αλληλου-
αυτοραδιογράφηµα
κατά
χίες. Στο συγκεκριµένο παράδειγµα φαίνεται
Southern ήταν και για τους δύο ιχνηθέτες cDNA
πως οι ζώνες µήκους 2,0 kb, 1,4 kb και 1,3 kb συ-
το ίδιο, κατά πάσα πιθανότητα τα mRNA προέρ-
ναντώνται και στο cDNA του ήπατος και κατά
χονται από το ίδιο γονίδιο.
συνέπεια πρέπει να αποτελούνται εξ ολοκλήρου
από
την
ανάλυση
β. Το γεγονός ότι στο στύπωµα northern
από αλληλουχίες εξονίων. Οι ζώνες µήκους 7,8 kb,
ανιχνεύονται σε διαφορετικούς ιστούς ζώνες
7,4 kb, 6,1 kb και 3,6 kb περιλαµβάνουν τµήµατα
διαφορετικού µεγέθους υποδεικνύει ότι το pre-
του cDNA και επιπλέον µη µεταγραφόµενες αλ-
mRNA του γονιδίου υφίσταται διαφορετική επε-
ληλουχίες. Με βάση αυτά τα αποτελέσµατα, εί-
ξεργασία στον εγκέφαλο και στο ήπαρ. Για παρά-
ναι δυνατόν να σχεδιαστεί ο ακόλουθος χάρτης
δειγµα, είναι πιθανό η διαφορά µεγέθους 0,8 kb
που παρουσιάζει την πιθανή οργάνωση του γο-
µεταξύ των δύο ζωνών να οφείλεται σε ένα
νιδίου.
ιντρόνιο µήκους 0,8 kb, το οποίο, κατά το µάτισµα, αποµακρύνεται στον εγκέφαλο αλλά όχι
στο ήπαρ.
γ. Τα δύο cDNA είναι αντίγραφα των
mRNA που συναντώνται στους δύο διαφορετικούς ιστούς. Τα αποτελέσµατα από την ανάλυση
τύπου northern υποδηλώνουν ότι το pre-mRNA
υφίσταται διαφορετική επεξεργασία (πιθανότατα
εναλλακτικό µάτισµα) στους δύο ιστούς. Εποµένως, είναι αναµενόµενο να µην είναι όµοιοι οι
δύο χάρτες περιορισµού. Παρατηρήστε ότι οι
χάρτες περιορισµού είναι πανοµοιότυποι στις
ακραίες περιοχές των δύο µορίων (υπάρχουν τα
16.36 Ο εκκινητής θα προσδεθεί µε βάση τον κα-
ίδια τµήµατα Eco RI-Hin dIII και Bam HI), ενώ στο
νόνα της συµπληρωµατικότητας στη µία αλυσίδα
εσωτερικό παρατηρούνται διαφορές (το cDNA
του DNA και θα ξεκινήσει από το 3΄ άκρο του ο
του εγκεφάλου στερείται του εσωτερικού τµήµα-
πολυµερισµός νουκλεοτιδίων. Πραγµατοποιού-
τος Eco RI-Hin dIII µήκους 0,5 kb, καθώς και µέ-
νται τέσσερις αντιδράσεις πολυµερισµού, σε κα-
ρους των παρακείµενων τµηµάτων).
θεµία από τις οποίες περιλαµβάνεται µικρή ποσό-
δ. Τα αποτελέσµατα από την ανάλυση κα-
τητα ενός διδεοξυνουκλεοτιδίου. Όταν σε µια
τά Southern της γονιδιωµατικής περιοχής ενός
αλυσίδα ενσωµατώνεται διδεοξυνουκλεοτίδιο, η
γονιδίου παρέχουν δεδοµένα σχετικά µε την ορ-
επιµήκυνσή της σταµατά. Τα νεοσυντιθέµενα µό-
γάνωσή του, ενώ οι χάρτες των cDNA του αφο-
ρια εµφανίζονται ως διακριτές ζώνες στο αυτο-
ρούν τα ώριµα µετάγραφά του. Όταν στην ανά-
ραδιογράφηµα.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
λειτουργικό. Σύµφωνα µε την πρώτη υπόθεση, τα
ετερόζυγα άτοµα εκδηλώνουν την ασθένεια επειδή διαθέτουν µόνο τη µισή ποσότητα φυσιολογικής πρωτεΐνης. Αν ισχύει αυτό, τότε τα ετερόζυγα ποντίκια που φέρουν ένα αδρανοποιηµένο αλληλόµορφο και ένα φυσιολογικό θα πρέπει επίσης να διαθέτουν τη µισή µόνο ποσότητα πρωτεΐνης και εποµένως θα πρέπει να εκδηλώνουν τα
συµπτώµατα της ασθένειας. Αν κάτι τέτοιο δεν
παρατηρηθεί, τότε η δεύτερη υπόθεση, σύµφωνα
µε την οποία η παρανοηµατική µεταλλαγή τροποποιεί τις ιδιότητες της πρωτεΐνης µε αποτέλεσµα
αυτή να παρεµβαίνει σε µια φυσιολογική διαδικα16.42 Το τµήµα του οποίου την αλληλουχία προσ-
σία, καθίσταται σαφώς πιθανότερη και θα πρέπει
διόρισε η Κατερίνα έχει προκύψει µετά από πέψη
να διερευνηθεί περαιτέρω.
γονιδιωµατικού DNA, ενώ τα τµήµατα των οποίων
17.6 Οι SNP είναι πολυµορφισµοί έκτασης ενός
την αλληλουχία προσδιόρισε η Μαρίνα είναι προϊ-
νουκλεοτιδίου. Εφόσον η αλλαγή µιας βάσης
όντα της PCR. Κατά την PCR, επειδή η DNA πο-
µπορεί να αλλάξει τη θέση αναγνώρισης κάποιας
λυµεράση Taq δε διαθέτει ενεργότητα διορθωτι-
ενδονουκλεάσης περιορισµού, ένας SNP µπορεί
κού ελέγχου, εισάγονται λανθασµένα νουκλεοτί-
επίσης να είναι RFLP. ∆εδοµένου ότι οι STR και
δια σε µερικά µόρια, γεγονός που έχει ως αποτέ-
οι VNTR προκύπτουν από διαδοχικά επαναλαµ-
λεσµα την παρουσία µικρού ποσοστού µορίων που
βανόµενες αλληλουχίες (µήκους 2 έως 6 bp για
φέρουν αλλαγές σε µία ή παραπάνω βάσεις.
τις STR και 7 ως µερικές δεκάδες bp για τις
Ωστόσο, το ποσοστό των µορίων που φέρουν αλ-
VNTR), δεν µπορεί να είναι SNP.
λαγές σε µια συγκεκριµένη θέση της αλληλουχίας
17.7 Ένα άτοµο οµόζυγο ως προς κάποιο αλλη-
είναι µικρό, µε αποτέλεσµα, όταν πραγµατοποιεί-
λόµορφο STR δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε
ται προσδιορισµός της αλληλουχίας απευθείας
µελέτες χαρτογράφησης, καθώς όλοι οι γαµέτες
στα προϊόντα της PCR, να µην είναι δυνατόν να
του θα φέρουν το ίδιο αλληλόµορφο και εποµέ-
ανιχνευθούν οι αλλαγές αυτές. Εντούτοις, όταν
νως δεν είναι δυνατόν να εντοπιστούν γεγονότα
τα προϊόντα της PCR κλωνοποιούνται, οπότε κά-
ανασυνδυασµού. Σε έναν πληθυσµό, τα άτοµα εί-
θε πλασµίδιο που αποµονώνεται φέρει ένα τµήµα
ναι πιο συχνά ετερόζυγα ως προς εκείνες τις
που προέρχεται από κάποιο συγκεκριµένο µόριο-
STR που έχουν περισσότερα αλληλόµορφα. Οι
προϊόν της PCR, οι αλλαγές που έχουν συµβεί εί-
ανασυνδυασµένοι απόγονοι τέτοιων ατόµων εί-
ναι εύκολο να ανιχνευθούν µε την αλληλούχιση.
ναι δυνατόν να διακριθούν από τους απόγονους
γονικού τύπου, οπότε αντλούνται χρήσιµες πλη-
Κεφάλαιο 17 Εφαρµογές της τεχνολογίας του
ανασυνδυασµένου DNA
ροφορίες για τις µελέτες χαρτογράφησης.
Αν ένας γενετικός τόπος STR έχει λίγα αλλη-
17.3 Όταν σε ένα ποντίκι πραγµατοποιείται στο-
λόµορφα και παρουσιάζει χαµηλή ετεροζυγωτία,
χευµένη αδρανοποίηση ενός γονιδίου (για παρά-
τότε πολλά άτοµα σε έναν πληθυσµό θα έχουν
δειγµα, µέσω της δηµιουργίας ενός µεγάλου ελ-
τους ίδιους γονοτύπους ως προς αυτόν. Στατιστι-
λείµµατος), τότε το γονίδιο αυτό καθίσταται µη
κά λοιπόν θα υπάρχουν πολλά άτοµα των οποίων
69
70
Κεφάλαιο 17
ο γονότυπος θα είναι ίδιος µε αυτόν ενός υπό
Η δεύτερη πολυµορφική αυτή θέση υποδεικνύε-
έλεγχο δείγµατος DNA. Εποµένως, µια τέτοια
ται µε x στο διάγραµµα που ακολουθεί. Προσέξτε
STR δε θα είναι πολύ χρήσιµη στις µελέτες ταυ-
ότι, επειδή το τµήµα του 1,0 kb που περιβάλλεται
τοποίησης DNA.
από τις θέσεις α και x δεν εντοπίζεται στο αυτο-
17.8 α. Ο ιχνηθέτης υβριδοποιείται στην ίδια γονι-
ραδιογράφηµα, ο ιχνηθέτης που χρησιµοποιήθηκε θα πρέπει να µην εκτείνεται προς τα αριστερά
πέραν της θέσης x.
διωµατική περιοχή και στα 10 άτοµα. Παρατηρούνται διαφορετικά πρότυπα υβριδοποίησης προφανώς λόγω του πολυµορφισµού στις θέσεις EcoRI
της περιοχής: αν µια θέση υπάρχει σε ένα άτοµο
αλλά απουσιάζει από ένα άλλο, τότε τα πρότυπα
υβριδοποίησης θα είναι διαφορετικά. Φαίνεται
λοιπόν πως στην περιοχή που αναγνωρίζει ο
ιχνηθέτης υπάρχουν κάποιοι RFLP. Προκειµένου
Ανάλογα µε το αν είναι παρούσες οι πολυ-
να διακρίνετε τις θέσεις EcoRI που είναι αµετά-
µορφικές θέσεις x και β στο ένα ή και στα δύο
βλητες σε όλα τα άτοµα από αυτές που είναι πο-
αλληλόµορφα ενός ατόµου, παρατηρούνται ζώ-
λυµορφικές, πρέπει να αναλύσετε το πρότυπο
νες (ή συνδυασµοί ζωνών) στα ακόλουθα µεγέ-
των ζωνών που εµφανίζονται. Προσέξτε ότι τα
θη: 5,0 kb, 3,1 kb, 1,9 kb, 4,0 kb και 2,1 kb. Για πα-
µεγέθη των ζωνών στο άτοµο 1 δίνουν άθροισµα
ράδειγµα, το άτοµο 5 έχει ένα χρωµόσωµα που
5,0 kb, όσο είναι το µέγεθος της µοναδικής ζώ-
δε διαθέτει τις θέσεις x και β και ένα χρωµόσωµα
νης στο άτοµο 2. Από τις παρατηρήσεις αυτές
µε τη θέση β, όµως όχι τη θέση x. Στον παρακάτω
µπορούµε να συµπεράνουµε ότι υπάρχει µια πο-
πίνακα δίνεται ο γονότυπος κάθε ατόµου.
λυµορφική θέση EcoRI µέσα σε µια περιοχή 5,0
kb. Με βάση τα παραπάνω, στο διάγραµµα που
ακολουθεί απεικονίζεται ο χάρτης περιορισµού
της περιοχής των 5,0 kb όπως προκύπτει µε βάση
τις ζώνες των ατόµων 1 και 2. Με α, β, γ υποδεικνύονται οι θέσεις EcoRI. Η πολυµορφική θέση
πρέπει να είναι η β, γεγονός που επισηµαίνεται
µε έναν αστερίσκο.
Άτοµο
Θέσεις σε κάθε
χρωµόσωµα
Οµόζυγο ή
ετερόζυγο;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
α, β, γ / α, β, γ
α, γ / α, γ
x, γ / x, γ
x, β, γ / x, β, γ
α, γ / α, β, γ
x, γ / α, β, γ
α, β, γ / x, β, γ
α, γ / x, γ
α, γ / x, β, γ
x, γ / x, β, γ
Οµόζυγο
Οµόζυγο
Οµόζυγο
Οµόζυγο
Ετερόζυγο
Ετερόζυγο
Ετερόζυγο
Ετερόζυγο
Ετερόζυγο
Ετερόζυγο
β. Εφόσον το άτοµο 1 είναι οµόζυγο µε γοΠροσέξτε επίσης ότι το µέγεθος της µοναδι-
νότυπο α, β, γ / α, β, γ, όλοι του οι απόγονοι θα
κής ζώνης στο άτοµο 3 ισούται µε το άθροισµα
κληρονοµήσουν ένα χρωµόσωµα του τύπου α, β,
των µεγεθών των ζωνών του ατόµου 4. Εποµέ-
γ το οποίο σε µια ανάλυση κατά Southern, όπως
η προηγούµενη, θα δώσει δύο ζώνες: µία στα 3,1
και µία στα 1,9 kb. Το άτοµο 6 είναι ετερόζυγο µε
γονότυπο α, β, γ / γ, x. Μπορεί λοιπόν να µεταβιβάσει στους απογόνους του είτε ένα χρωµόσωµα
νως, υπάρχει µία ακόµα πολυµορφική θέση στην
περιοχή των 5,0 kb. Εφόσον η ζώνη των 1,9 kb
διατηρείται στο άτοµο 4, η επιπρόσθετη θέση θα
πρέπει να βρίσκεται µέσα στο τµήµα των 3,1 kb.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
του τύπου α, β, γ είτε ένα χρωµόσωµα του τύπου
ληλόµορφο που δεν περιέχει τη θέση Tsp 45I, θα
γ, x το οποίο θα δώσει µία ζώνη στα 4,0 kb. Εποµένως, οι γονότυποι των απογόνων θα πρέπει να
είναι α, β, γ / α, β, γ και α, β, γ / γ, x σε αναλογία
1:1. Πρόκειται για τους ίδιους γονοτύπους µε αυτούς των γονέων και εποµένως τα δύο πιθανά
πρότυπα ζωνών των απογόνων στο αυτοραδιογράφηµα είναι ίδια µε αυτά των γονέων (είτε 3,1 /
1,9 kb είτε 4,0 / 3,1 / 1,9 kb).
17.9 Η ζώνη που προκύπτει από τα χρωµοσώµατα που φέρουν τη µεταλλαγή είναι µικρότερη
από αυτή που προκύπτει από τα χρωµοσώµατα
που φέρουν το αλληλόµορφο άγριου τύπου. Και
στους δύο γονείς εµφανίζονται δύο ζώνες, γεγονός που σηµαίνει ότι και οι δύο φέρουν ένα φυσιολογικό χρωµόσωµα και ένα µεταλλαγµένο. Οι
γονείς λοιπόν είναι ετερόζυγοι. Το έµβρυο εµφανίζει µόνο τη µικρή ζώνη, γεγονός που υποδεικνύει ότι είναι οµόζυγο για το µεταλλαγµένο αλληλόµορφο. Προσέξτε πως η ένταση της ζώνης
στο έµβρυο είναι περίπου διπλάσια από αυτή της
αντίστοιχης ζώνης στους γονείς. Αυτό συµβαίνει
επειδή το διπλοειδές γονιδίωµα του εµβρύου
έχει δύο αντίγραφα του µεταλλαγµένου χρωµοσώµατος, ενώ το διπλοειδές γονιδίωµα κάθε γονέα έχει µόνο ένα. Εφόσον το έµβρυο είναι οµόζυγο ως προς τη µεταλλαγή, το νεογνό θα πρέπει να πάσχει από κυστική ίνωση. (Μη συγχέετε
τις µαύρες ζώνες που υποδεικνύουν τις θέσεις
υβριδοποίησης µε τα λευκά πλαίσια τα οποία
συµβολίζουν τα πηγαδάκια στα οποία φορτώθηκε
το DNA για να γίνει η ηλεκτροφόρηση.)
17.10 α. Χρησιµοποιήστε τη µέθοδο PCR-RFLP:
αποµονώστε γονιδιωµατικό DNA από τον ασθενή
και πολλαπλασιάστε µε PCR το τµήµα 200 bp
του εξονίου 4. Αποµονώστε το προϊόν της PCR,
υποβάλετέ το σε πέψη µε Tsp 45I και διαχωρίστε
τα προϊόντα της πέψης µε ηλεκτροφόρηση σε
πήκτωµα αγαρόζης. Το φυσιολογικό αλληλόµορφο που περιέχει τη θέση Tsp 45I θα δώσει δύο
τµήµατα 120 bp και 80 bp. Το µεταλλαγµένο αλ-
δώσει µόνο ένα τµήµα 200 bp.
β. Αν πραγµατοποιήσετε PCR-RFLP, από
το DNA ατόµων οµόζυγων ως προς το φυσιολογικό αλληλόµορφο θα προκύπτουν τµήµατα 120 bp
και 80 bp. Από άτοµα οµόζυγα ως προς το µεταλλαγµένο αλληλόµορφο θα προκύπτει ένα τµήµα
200 bp. Από τα ετερόζυγα άτοµα θα προκύπτουν
τµήµατα 200 bp, 120 bp και 80 bp.
γ. Πραγµατοποιήστε RT-PCR για να πολλαπλασιάσετε το cDNA του γονιδίου και κατόπιν
υποβάλετε το προϊόν της αντίδρασης PCR σε
πέψη µε Tsp 45I. Αρχικά, αποµονώστε mRNA από
τον ιστό. Στη συνέχεια, συνθέστε cDNA χρησιµοποιώντας αντίστροφη µεταγραφάση και έναν εκκινητή ολιγο(dT). Κατόπιν, πολλαπλασιάστε το
εξόνιο 4 του cDNA µε PCR, υποβάλετε το προϊόν της αντίδρασης σε πέψη µε Tsp 45I και διαχωρίστε τα προϊόντα της πέψης µε ηλεκτροφόρηση
σε πήκτωµα. Αν εντοπίσετε ένα τµήµα 200 bp σε
ένα ετερόζυγο άτοµο, τότε το µεταλλαγµένο αλληλόµορφο εκφράζεται. Αν εντοπίσετε µόνο
τµήµατα 120 και 80 bp, τότε το µεταλλαγµένο
αλληλόµορφο δεν εκφράζεται. Προσέξτε ότι κατά την πραγµατοποίηση αυτού του πειράµατος,
είναι κρίσιµο τα δείγµατα cDNA τα οποία θα χρησιµοποιηθούν ως µήτρα στην RT-PCR να µην είναι επιµολυσµένα µε γονιδιωµατικό DNA.
17.14 Οι James και Susan Scott δεν είναι γονείς του δεκαεξάχρονου. Αρκετές ζώνες στο
αποτύπωµα του DNA του αγοριού δεν υπάρχουν
στο αποτύπωµα του DNA κανενός από τους δύο
και έτσι δε θα µπορούσε να τις έχει κληρονοµήσει από αυτούς (π.χ. οι ζώνες α, β, γ και δ στην
εικόνα που ακολουθεί). Αντιθέτως, δεν υπάρχει
καµία ζώνη στο DNA του αγοριού που δε θα µπορούσε να έχει κληρονοµηθεί είτε από τον κύριο
είτε από την κυρία Larson. Τα παραπάνω δεδοµένα υποστηρίζουν την άποψη ότι το αγόρι είναι
στην πραγµατικότητα ο Bobby Larson. Για να επιβεβαιωθεί όµως αυτό, χρειάζονται και άλλα στοι-
71
72
Κεφάλαιο 17
χεία πέραν αυτών που προκύπτουν από την ανά-
ρετικών αντιδράσεων) και (2) περιορισµένες πο-
λυση του DNA που παρουσιάζεται εδώ.
σότητες δειγµάτων DNA επαρκούν για την ανάλυση πολλών γενετικών τόπων.
γ. Ρ(τυχαίας ταύτισης) = (0,112 × 0,036 ×
0,081 × 0,195) = 6,369 × 10–5. Περίπου 1 άτοµο
στα 15.701 θα τυχαίνει να έχει τον ίδιο γονότυπο
µε αυτόν ενός υπό σύγκριση δείγµατος, αν χρησιµοποιούνται µόνο αυτοί οι τέσσερις δείκτες.
δ. Ρ(τυχαίας ταύτισης) = (0,112 × 0,036 ×
0,081 × 0,195 × 0,062 × 0,075 × 0,158 × 0,065 ×
0,067 × 0,085 × 0,089 × 0,028 × 0,039) = 1,683 ×
10–15. Περίπου 1 άτοµο στα 5,94 × 1014 θα τυχαίνει να έχει τον ίδιο γονότυπο µε αυτόν ενός υπό
17.15 α. Η PCR πραγµατοποιείται µε πολύ µικρή
σύγκριση δείγµατος, αν χρησιµοποιούνται και οι
ποσότητα (νανογραµµάρια) DNA-µήτρας και, αν
δεκατρείς δείκτες.
σχεδιαστούν εκκινητές για τον πολλαπλασιασµό
17.20 Κατά το χρωµοσωµικό περίπατο, κάθε
µικρών περιοχών, λειτουργεί και µε µερικώς αποι-
βήµα οδηγεί σε έναν κλώνο επικαλυπτόµενο µε
κοδοµηµένο DNA-µήτρα. Αντιθέτως, οι µέθοδοι
τον προηγούµενο. Στην περίπτωση των χρωµο-
για την ανάλυση των VNTR απαιτούν µεγαλύτε-
σωµικών αλµάτων, µε κάθε βήµα µετακινούµαστε
ρες ποσότητες (µικρογραµµάρια) άθικτου DNA,
σε µια πιο αποµακρυσµένη περιοχή του χρωµο-
καθώς οι πέψεις µε ένζυµα περιορισµού χρησιµο-
σώµατος χωρίς να «προσγειωνόµαστε» στο DNA
ποιούνται για την παραγωγή σχετικά µεγάλων
που παρεµβάλλεται. Υπάρχουν διάφορες µέθο-
τµηµάτων (χιλιάδων bp), τα οποία στη συνέχεια
δοι οι οποίες θα µπορούσαν να µας βοηθήσουν
ανιχνεύονται µε ανάλυση κατά Southern. Ορισµέ-
να προσδιορίσουµε την κατεύθυνση προς την
να από τα βιολογικά δείγµατα που χρησιµοποιού-
οποία κινούµαστε τόσο στην περίπτωση του χρω-
νται στην ιατροδικαστική ανάλυση συλλέγονται
µοσωµικού περίπατου όσο και στην περίπτωση
από σκηνές εγκληµάτων και µπορεί να βρίσκο-
των χρωµοσωµικών αλµάτων. Για παράδειγµα,
νται σε κακή κατάσταση (το DNA να είναι µερι-
µπορούµε να αναζητήσουµε στους κλώνους µας
κώς αποικοδοµηµένο) και σε µικρή ποσότητα. Οι
δείκτες RFLP των οποίων η θέση στο γονιδίωµα
µέθοδοι ανάλυσης STR είναι δυνατόν να χρησι-
σε σχέση µε το γονίδιο το οποίο αναζητούµε αλ-
µοποιηθούν ακόµη και σε τέτοια δείγµατα, ενώ οι
λά και µεταξύ τους είναι γνωστή από µελέτες
µέθοδοι ανάλυσης VNTR όχι.
χαρτογράφησης. Προσδιορίζοντας µε ανάλυση
β. Οι αντιδράσεις PCR πολλαπλών εκκινη-
κατά Southern τη σειρά µε την οποία συναντάµε
τών διασφαλίζουν ότι: (1) τα αποτελέσµατα της
τους δείκτες στους κλώνους µας, µπορούµε να
γονοτύπησης όλων των STR προέρχονται από
καταλάβουµε αν κινούµαστε προς το γονίδιο που
ένα δείγµα DNA και προκύπτουν κάτω από τις
µας ενδιαφέρει ή αν αποµακρυνόµαστε από αυ-
ίδιες για όλες συνθήκες (λόγω των λιγότερων
τό. Μια εναλλακτική µέθοδος είναι η υβριδοποίη-
χειρισµών ελαχιστοποιείται η πιθανότητα να
ση in situ στα χρωµοσώµατα. Στην περίπτωση αυ-
µπερδευτούν δείγµατα µεταξύ τους και µειώνο-
τή, χρησιµοποιούµε ως ιχνηθέτες µοναδικές αλ-
νται τα τεχνικά σφάλµατα που οφείλονται σε τυ-
ληλουχίες από τα άκρα των κλώνων που συλλέ-
χαίες µικροδιαφορές κατά την επιτέλεση διαφο-
γουµε καθώς προχωράει σταδιακά η διαδικασία.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
Έτσι είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η θέση κάθε
κλώνου πάνω στο χρωµόσωµα σε σχέση µε το
κεντροµερές και τα τελοµερή.
17.23 Χρησιµοποιήστε το σύστηµα δύο υβριδίων.
Κατασκευάστε ένα πλασµίδιο έκφρασης το οποίο
θα φέρει την κωδική περιοχή του fru (την οποία
θα λάβετε από ένα cDNA) συνδεδεµένη µε την
αλληλουχία που κωδικοποιεί την BD της Gal4p.
Κατόπιν πραγµατοποιήστε συµµετασχηµατισµό
κυττάρων ζυµοµύκητα µε το παραπάνω πλασµίδιο και µε τα πλασµίδια µιας βιβλιοθήκης που φέρουν την αλληλουχία που κωδικοποιεί την ΑD
της Gal4p συνδεδεµένη µε τα cDNA γονιδίων
που εκφράζονται στον εγκέφαλο αρσενικών ατόµων της Drosophila. Στη συνέχεια, αποµονώστε
τις αποικίες που εκφράζουν το γονίδιο αναφοράς
(βλ. Εικόνα 17.15). Στις αποικίες αυτές, η µεταγραφή του γονιδίου αναφοράς ενεργοποιείται
επειδή οι AD και BD πλησιάζουν µεταξύ τους λόγω της αλληλεπίδρασης της πρωτεΐνης του fru
µε µια άγνωστη πρωτεΐνη η οποία κωδικοποιείται
από ένα εκ των cDNA του εγκεφάλου. Αποµονώστε πλασµιδιακό DNA από τις θετικές για την αλληλεπίδραση αποικίες και χαρακτηρίστε τα cDNA
που εκφράζουν.
17.25 Αποµονώστε RNA από το ήπαρ αρουραίων
των δύο πληθυσµών και προσδιορίστε τα επίπεδα
του mRNA της αλκοολικής αφυδρογονάσης είτε
(1) µε ανάλυση τύπου northern (ηλεκτροφόρηση
mRNA σε πήκτωµα αγαρόζης, µεταφορά του σε
µεµβράνη και υβριδοποίηση χρησιµοποιώντας ως
ιχνηθέτη ένα τµήµα του cDNA της αλκοολικής αφυδρογονάσης είτε (2) µε ποσοτικοποιητικό RT-PCR.
Κεφάλαιο 18 Γονιδιωµατική
18.3 α. Σε µια τυχαία αλληλουχία µε ποσοστό
25% για κάθε βάση Α, Τ, G, C, η πιθανότητα να
βρεθεί µια θέση µήκους 6 bp µε συγκεκριµένη αλληλουχία είναι (1/4)6 = 1/4.096 και η πιθανότητα
να βρεθεί µια θέση µήκους 8 bp είναι (1/4)8
=1/65.536. Σε µια τέτοια αλληλουχία, τα ένζυµα
Apa I, Hin dIII, Sac I και Ssp I θα παράγουν τµήµατα
µε µέσο µήκος 4.096 bp και τα ένζυµα Srf I και Not I
θα παράγουν τµήµατα µε µέσο µήκος 65.536 bp.
β. i. Η µεγάλη διακύµανση στο µέσο µέγεθος των τµηµάτων που δηµιουργούνται όταν ένα
ένζυµο περιορισµού χρησιµοποιείται για να κόψει
διαφορετικά γονιδιώµατα φανερώνει: (1) τη µη τυχαία κατανοµή των ζευγών βάσεων στα διαφορετικά γονιδιώµατα (π.χ. στα διαφορετικά γονιδιώµατα υπάρχουν διαφορές στις συχνότητες συγκεκριµένων αλληλουχιών που περιλαµβάνονται στην
αλληλουχία της θέσης περιορισµού) και/ή (2) τη
διαφορετική σύσταση των γονιδιωµάτων (π.χ. γονιδιώµατα που είναι πλούσια σε ζεύγη βάσεων
Α-Τ θα πρέπει να περιέχουν λιγότερους στόχους
ενζύµων περιορισµού που στις θέσεις αναγνώρισής τους έχουν µόνο ζεύγη βάσεων G-C).
ii. Η µεγάλη διακύµανση στο µέσο µέγεθος των τµηµάτων που δηµιουργούνται όταν το
ίδιο γονιδίωµα κόβεται µε διαφορετικά ένζυµα τα
οποία αναγνωρίζουν περιοχές ίδιου µήκους φανερώνει: (1) τη µη τυχαία κατανοµή των ζευγών βάσεων στο συγκεκριµένο γονιδίωµα και/ή (2) τη σύσταση σε βάσεις του συγκεκριµένου γονιδιώµατος.
iii. Αν η αλληλουχία του Mycobacterium
tuberculosis ήταν τυχαία και αποτελούνταν κατά
25% από καθεµία βάση (Α, Τ, C και G), τα ένζυµα
που αναγνωρίζουν µια θέση µήκους 6 bp θα πρέπει να παράγουν τµήµατα που είναι περίπου 16
φορές µικρότερα από τα ένζυµα που αναγνωρίζουν µια θέση 8 bp. Αυτό δεν παρατηρείται στο
παράδειγµά µας, γεγονός που σηµαίνει πως µία
τουλάχιστον από τις δύο αυτές υποθέσεις είναι
λανθασµένη. ∆ύο πιθανές ερµηνείες είναι ότι το
γονιδίωµα του Mycobacterium tuberculosis είναι
πολύ πλούσιο σε ζεύγη βάσεων G-C και φτωχό σε
Α-Τ και/ή ότι η κατανοµή των βάσεων είναι µη τυχαία, µε αποτέλεσµα η συχνότητα των δινουκλεοτιδίων 5΄-ΑΑ-3΄, 5΄-ΤΤ-3΄, 5΄-ΑΤ-3΄ και/ή 5΄-ΤΑ-3΄
να είναι σχετικά µικρή. Τα δεδοµένα που δίνονται
για το ένζυµο Sac I υποδηλώνουν πως οι αλληλου-
73
74
Κεφάλαιο 17
χίες 5΄-AG-3΄ και 5΄-CT-3΄, που περιλαµβάνονται
χρησιµοποιήσετε στον πολλαπλασιασµό του γονι-
στη θέση Hin dIII, δεν είναι σπάνιες.
διωµατικού DNA µε PCR. Το µέγεθος των προϊό-
γ. Επιλέξτε ένα ένζυµο που αφενός να µην
ντων της αντίδρασης PCR θα είναι ενδεικτικό του
κόβει υπερβολικά συχνά, έτσι ώστε να είναι εφικτή
µήκους των πολλαπλασιασµένων τµηµάτων. Αν
η κατασκευή ενός χάρτη περιορισµού, και αφετέ-
ένας δείκτης STS είναι πολυµορφικός, θα εντοπί-
ρου να κόβει αρκετά συχνά, έτσι ώστε να υπάρχει
ζονται πολλαπλά αλληλόµορφα που θα έχουν δια-
επαρκής όγκος πληροφοριών στο χάρτη. Η απά-
φορετικά µήκη εξαιτίας του διαφορετικού αριθµού
ντηση εξαρτάται εν µέρει από το µέγεθος του
επαναλήψεων στα διάφορα άτοµα. Οι πολυµορφι-
τµήµατος που χαρτογραφείται και εν µέρει από
κοί δείκτες STS είναι δυνατόν να χρησιµοποιη-
την εφαρµογή για την οποία σχεδιάζεται ο χάρ-
θούν σε πειράµατα χαρτογράφησης. Με αντιδρά-
της. Για παράδειγµα, αν χαρτογραφείται µια πε-
σεις PCR µπορούν να προσδιοριστούν οι γονότυ-
ριοχή 4 Μb του γονιδιώµατος του Caenorhabditis
ποι των απογόνων µιας διασταύρωσης και να εκτι-
elegans, η πέψη µε Hin dIII θα παράγει περίπου
1.333 τµήµατα, ενώ η πέψη µε Srf I θα παράγει 4
τµήµατα. Θα είναι δύσκολο να κατασκευαστεί
ένας χάρτης από 1.333 τµήµατα, ενώ ένας χάρτης
τεσσάρων τµηµάτων µάλλον δεν έχει µεγάλη
χρησιµότητα. Η πέψη µε Not I θα παράγει 15 τµήµατα. Αυτός ο αριθµός τµηµάτων επιτρέπει την
κατασκευή ενός χάρτη που θα περιέχει χρήσιµο
όγκο πληροφορίας. Λογικές επιλογές που µπορούµε να σκεφτούµε είναι: για την E. coli το
Apa Ι, το Srf I ή το Not I, για το M. tuberculosis το
Hin dII ή το Ssp I, για τα A. thaliana και C. elegans
το Not I και για τα S. cerevisiae, D. melanogaster,
M. musculus και Η. sapiens το Srf I ή το Not I.
18.4 α. Συνθέστε ένα ολιγονουκλεοτίδιο µεγέθους ~30 βάσεων, το οποίο έχει σύσταση είτε
(ΑΤ)Ν είτε (CAG)N. Σηµάνετε το ένα ολιγονουκλεοτίδιο µε 32Ρ, χρησιµοποιώντας πολυνουκλεοτιδική κινάση. Έπειτα χρησιµοποιήστε το ως ανιχνευτή σε πείραµα υβριδισµού για να εξετάσετε τις
αποικίες. Αλληλουχίστε τα ένθετα τµήµατα των
θετικών κλώνων χρησιµοποιώντας παγκόσµιους
εκκινητές που υβριδοποιούνται κοντά στις θέσεις
πολλαπλής κλωνοποίησης των πλασµιδίων.
β. Μετά την αλληλούχιση των θετικών κλώνων, σχεδιάστε εκκινητές (µε βάση τις µοναδικές
αλληλουχίες δίπλα στις επαναλαµβανόµενες αλληλουχίες DNA κάθε ένθετου τµήµατος) για PCR.
Πρώτα πρέπει να τους συνθέσετε και να τους
µηθεί η σύνδεση µεταξύ δύο διαφορετικών δεικτών STS ή µεταξύ ενός STS και ενός φαινοτύπου (π.χ. εµφάνιση µιας ασθένειας).
γ. 960 × 8.203 = 7.874.880 αντιδράσεις PCR.
δ. (i) Σύµφωνα µε τον τρόπο οµαδοποίησης
των δειγµάτων που αναφέρθηκε, οι 96 θέσεις σε
κάθε πλάκα συγκεντρώνονται σε 12 (σειρές) + 8
(στήλες), δηλαδή σε 20 δείγµατα. Για το σύνολο
των 10 πλακών θα υπάρχουν 200 δείγµατα. (ii) Για
τη χαρτογράφηση 8.203 δεικτών STS θα πρέπει να
εκτελεστούν 200 × 8.203 = 1.640.600 αντιδράσεις
PCR. (iii) Πλάκα ΙΙ, σειρά F, στήλη 6. (iv) Πιθανώς,
πρόκειται για ένα ψευδώς θετικό αποτέλεσµα.
ε. Οι δείκτες STS που είναι κοινοί σε έναν
αριθµό κλώνων YAC ορίζουν τις περιοχές των
YAC που αλληλεπικαλύπτονται. Αναγνωρίστε ποιοι κλώνοι YAC µοιράζονται τους ίδιους δείκτες
και στη συνέχεια σχεδιάστε ένα συναρµολόγηµά
τους. Μια πιθανή διάταξη των κλώνων φαίνεται
στην Εικόνα 18.Α. Η ακριβής σειρά µερικών οµάδων δεικτών δεν µπορεί να προσδιοριστεί από τα
δεδοµένα. Οι παρακάτω οµάδες δεικτών µπορεί
να έχουν ανεστραµµένη σειρά: 2631 και 63 – 210
και 6892 – 5192 και 719 – 6193 και 991 – 3097,
4630 και 552.
στ. Είναι πιθανά διάφορα σχήµατα οµαδοποίησης. ∆εν εξασφαλίζεται όµως σε όλες τις
περιπτώσεις ότι θα αναγνωριστούν όλα τα θετικά
YAC µε απόλυτη αξιοπιστία. ∆οκιµάστε να συν-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
Εικόνα 18.A
YAC
(2631
63)
(210
6892)
1071
(5192
∆ΕΙΚΤΕΣ
719) (6193
991)
714
(3087
4630
522)
713
II-6A
IV-C3
X-H9
VII-E12
I-C8
δυάσετε τους κλώνους που βρίσκονται στην ίδια
ριέχουν ένα δείκτη STS. Αυτό µπορεί να πραγµα-
θέση σε καθεµία από τις 10 διαφορετικές πλάκες
τοποιηθεί µε έλεγχο κάθε τµήµατος περιορισµού
µικροτιτλοποίησης: συνδυάστε τα ΙΑ1, ΙΙΑ1, …
για την παρουσία ενός δείκτη STS, χρησιµοποιώ-
ΧΑ1 στην οµάδα Α1, συνδυάστε τα ΙΒ1, ΙΙΒ1, …
ντας PCR ή υβριδισµό κατά Southern µε σηµα-
ΧΒ1 στην οµάδα Β1 κτλ., για να προκύψουν 96
σµένο STS ως ανιχνευτή.
οµάδες. Επίσης, χρησιµοποιήστε την οµαδοποίη-
= 1,22 × 1010 νουκλεοτίδια.
ση των κλώνων από όλες τις θέσεις κάθε σειράς
ανά πλάκα που περιγράφονται στην ερώτηση.
18.7 α. Περίπου 500 × (13.543.099 + 10.894.467)
β. Αν ένα πλασµίδιο µε ένα ένθετο τµήµα µή-
Αυτό θα απαιτούσε 96 + 80 = 176 οµάδες (176 ×
κους 2 kb έχει µια µοναδική αλληλουχία στο ένα
8.203 = 1.443.728 PCR) και περίπου όσες αντι-
άκρο αλλά µια επαναλαµβανόµενη αλληλουχία
δράσεις χρειάζονται για την ανάλυση των 200
στο άλλο άκρο, δε θα είναι δυνατόν να συνεχί-
οµάδων που περιγράφηκε προηγουµένως.
σουµε τη συγκρότηση του συναρµολογήµατος
18.5 α, β. Χρησιµοποιήστε τη µέθοδο FISH για να
πέρα από αυτόν τον κλώνο, επειδή πολλοί άλλοι
επαληθεύσετε ότι ένας φθορίζων σηµασµένος
κλώνοι στη βιβλιοθήκη, αν και προέρχονται από
κλώνος BAC υβριδοποιείται σε µια µοναδική χρω-
διαφορετικές θέσεις του γονιδιώµατος, έχουν
µοσωµική θέση και ταυτοποιήστε τη θέση αυτή.
την ίδια επαναλαµβανόµενη αλληλουχία. Επειδή
γ. Σηµάνετε τα τµήµατα κάθε άκρου του συ-
οι περισσότερες επαναλαµβανόµενες αλληλου-
ναρµολογήµατος των κλώνων BAC µε µια φθορί-
χίες έχουν µήκος µικρότερο από 5 kb, η αλληλού-
ζουσα οµάδα διαφορετικού χρώµατος και χρησι-
χιση πλασµιδίων µε ένθετα τµήµατα µήκους 10 kb
µοποιήστε τα ταυτόχρονα για ανάλυση FISH στο
επιλύει αυτό το πρόβληµα. Μερικά από τα ένθετα
ίδιο χρωµόσωµα. Ο προσανατολισµός των διαφο-
τµήµατα των 10 kb θα έχουν στο ένα άκρο τους
ρετικών χρωµάτων σε σχέση µε το κεντροµερές
µια αλληλουχία που επικαλύπτεται µε το άκρο
και τα τελοµερή θα αποκαλύψει τον προσανατο-
του κλώνου των 2 kb το οποίο φέρει τη µη επανα-
λισµό του συναρµολογήµατος.
λαµβανόµενη αλληλουχία, ενώ στο άλλο άκρο
δ. Μια επίπονη αλλά ακριβής προσέγγιση εί-
τους θα έχουν µια άλλη µοναδική αλληλουχία
ναι η αλληλούχιση κάθε κλώνου BAC και η χρησι-
που θα προέρχεται από µια θέση πέρα από το
µοποίηση αλγορίθµων για την αναζήτηση των αλ-
επαναλαµβανόµενο στοιχείο. Έτσι, θα µπορεί να
ληλουχιών των δεικτών STS στις αλληλουχίες
ταυτοποιηθεί η σειρά των κλώνων και να συνεχι-
των BAC. Μια πιο γρήγορη αλλά όχι τόσο ακρι-
στεί η συγκρότηση του συναρµολογήµατος.
βής προσέγγιση είναι να δηµιουργηθεί ένας χάρ-
γ. Η αλληλουχία της κεντρικής περιοχής
της περιορισµού κάθε κλώνου ΒΑC χρησιµοποιώ-
συνάγεται από την αλληλουχία των αλληλεπικα-
ντας ένζυµα περιορισµού που κόβουν σπάνια και
λυπτόµενων κλώνων κατά τη διάρκεια της συ-
να αναγνωριστούν ποια τµήµατα περιορισµού πε-
ναρµολόγησης.
75
76
Κεφάλαιο 18
18.8 Οι επαναλαµβανόµενες αλληλουχίες δηµι-
από τον παράγοντα σ70 θα περιέχουν στα πλαίσια
ουργούν τουλάχιστον δύο είδη προβληµάτων για
–35 (TTGACA) και –10 (TATAAT) χαρακτηριστικές
την αλληλούχιση ευκαρυωτικών γονιδιωµάτων.
πρότυπες αλληλουχίες. Μέσα στη µεταγραφόµε-
Αλληλουχίες υψηλής επαναληπτικότητας που
νη αλληλουχία, αλλά πριν από το ORF, θα πρέπει
σχετίζονται µε την ετεροχρωµατίνη του κεντρο-
να
µερούς αποτελούνται από βραχείες, απλές επα-
(UAAGGAGG) που χρησιµοποιείται για την πρόσ-
ναλαµβανόµενες αλληλουχίες. Αυτές δεν µπο-
δεση στο ριβόσωµα. Εκεί κοντά θα πρέπει να
ρούν να κλωνοποιηθούν, καθιστώντας αδύνατη
υπάρχει ένα κωδικόνιο έναρξης AUG (ή GUG σε
την πλήρη αλληλούχιση του γονιδιώµατος των
µερικά συστήµατα) που ακολουθείται από µια
οργανισµών που τις φέρουν. Οι πιο σύνθετες επα-
οµάδα κωδικονίων, στο ίδιο αναγνωστικό πλαί-
ναλαµβανόµενες αλληλουχίες, όπως εκείνες που
σιο, µέχρι τη θέση ενός κωδικονίου τερµατισµού
βρίσκονται σε ευχρωµατινικές περιοχές, µπορούν
(UAG, UAA, UGA), όπου τελειώνει το ORF.
υπάρχει
µια
αλληλουχία
Shine-Dalgarno
να κλωνοποιηθούν και να αλληλουχηθούν. Ωστό-
β. Τα ιντρόνια των ευκαρυωτικών οργανι-
σο, επειδή µπορεί να προέρχονται από διαφορετι-
σµών είναι µεταγραφόµενες αλλά όχι µεταφρα-
κές γενετικές θέσεις και αφού η προσέγγιση τυ-
ζόµενες αλληλουχίες ενός γονιδίου. Οι αλλη-
φλής στόχευσης δίνει µόνο βραχείες αλληλου-
λουχίες των ιντρονίων αποκόπτονται από το
χίες, η συναρµολόγηση των επικαλυπτόµενων
πρωτογενές µετάγραφο και απουσιάζουν από το
αλληλουχιών µπορεί να είναι αµφίβολης πιστότη-
ώριµο mRNA. Αν δεν αποµακρυνθούν από το µε-
τας. Σε κάποιες περιπτώσεις, η σωστή διάταξη
τάγραφο, οι αλληλουχίες των ιντρονίων µπορούν
µπορεί να προσδιοριστεί συγκρίνοντας αυτές τις
να εισάγουν επιπλέον αµινοξέα, µεταλλαγές µε-
αλληλουχίες µε επικαλυπτόµενες αλληλουχίες
τατόπισης του αναγνωστικού πλαισίου και σήµα-
που δηµιουργούνται από την αλληλούχιση κλώ-
τα τερµατισµού της µετάφρασης.
νων µε µεγαλύτερα ένθετα τµήµατα.
γ. Το µικρό µέσο µήκος των εξονίων σε
18.9 Η αλληλούχιση γονιδιωµάτων Αρχαίων έχει
συνδυασµό µε τη µεγάλη διακύµανση του µή-
δείξει πως δεν εµφανίζουν όλα τα γονίδιά τους
κους των ιντρονίων καθιστά πολύ δύσκολο να
τον ίδιο βαθµό οµοιότητας µε τα γονίδια των Βα-
προβλεφθεί αν µια περιορισµένης έκτασης οµά-
κτηρίων και των Ευκαρυωτών που επιτελούν αντί-
δα κωδικονίων που βρίσκονται στο ίδιο αναγνω-
στοιχες λειτουργίες. Ενώ τα περισσότερα από τα
στικό πλαίσιο αντιπροσωπεύει ένα εξόνιο. Τέτοιες
γονίδια των Αρχαίων που εµπλέκονται στην πα-
περιοχές θα µπορούσαν να έχουν προκύψει είτε
ραγωγή ενέργειας, στην κυτταρική διαίρεση και
κατά τύχη είτε ως αποµεινάρια εξονίων που δε
στο µεταβολισµό είναι όµοια µε τα αντίστοιχα
χρησιµοποιούνται πλέον εξαιτίας µεταλλαγών
γονίδια των Βακτηρίων, τα γονίδιά τους που
στα σήµατα των θέσεων µατίσµατος.
εµπλέκονται στην αντιγραφή του DNA, στη µετα-
δ. Τα τυπικά χαρακτηριστικά των ιντρονίων
γραφή και στη µετάφραση είναι όµοια µε τα αντί-
περιλαµβάνουν το δινουκλεοτίδιο GU στο 5΄
στοιχα γονίδια των Ευκαρυωτών.
άκρο τους, το δινουκλεοτίδιο ΑG στο 3΄ άκρο
18.12 α. Επειδή τα προκαρυωτικά ORF πρέπει να
τους και την αλληλουχία ΥΝCURAY στη θέση
βρίσκονται σε µεταγραφικές µονάδες, θα πρέπει
διακλάδωσης, η οποία βρίσκεται συνήθως 18-38
να βρίσκονται δίπλα σε ένα βακτηριακό υποκινη-
νουκλεοτίδια ανοδικά από το 3΄ άκρο τους. Για
τή ο οποίος φέρει µια πρότυπη αλληλουχία που
την αναγνώριση ευκαρυωτικών ORF σε γονιδιω-
αναγνωρίζεται από έναν παράγοντα σίγµα. Για
µατικές αλληλουχίες, θα πρέπει να εξεταστούν
παράδειγµα, οι υποκινητές που αναγνωρίζονται
οι αλληλουχίες που ακολουθούν έναν ευκαρυω-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
τικό υποκινητή για να διαπιστωθεί, µέσω της
γ. Τα γονίδια δεν κατανέµονται οµοιόµορ-
αναζήτησης των τριών παραπάνω χαρακτηριστι-
φα στα διαφορετικά χρωµοσώµατα. Μερικά χρω-
κών πρότυπων αλληλουχιών, αν υπάρχουν πιθα-
µοσώµατα έχουν περισσότερα γονίδια σε σχέση
νά ιντρόνια. Στη συνέχεια, προσπαθήστε να µε-
µε άλλα. Ενώ αυτό είναι σύµφωνο µε την ανακά-
ταφράσετε τις αλληλουχίες που αποµένουν όταν
λυψη πλούσιων σε γονίδια περιοχών και γονιδια-
αποµακρύνονται τα πιθανά ιντρόνια, εξετάζο-
κών ερήµων στα χρωµοσώµατα, απαιτείται περισ-
ντας αν µπορεί να σχηµατιστεί ένα µακρύ ORF
σότερη έρευνα για να διευκρινιστεί η σχέση ανά-
µε συχνότητες κωδικονίων οι οποίες είναι σύµ-
µεσα στην εκτίµηση της γονιδιακής πυκνότητας
φωνες µε την προτίµηση χρήσης κωδικονίων του
ενός χρωµοσώµατος και του αριθµού των γονι-
συγκεκριµένου οργανισµού. Επειδή σε πολλά γο-
δίων που πραγµατικά περιέχει. Για παράδειγµα,
νίδια συµβαίνει εναλλακτικό µάτισµα, µπορεί να
ένα χρωµόσωµα µε πολλά µικρά γονίδια είναι πι-
εντοπιστούν περισσότερα από ένα πιθανά ORF
θανό να εξακολουθεί να ταξινοµείται ως γονιδια-
σε µια δεδοµένη γονιδιωµατική αλληλουχία.
κή έρηµος.
18.14 α. Η σύγκριση του cDNA και των αλληλου-
δ. ∆ύο πιθανές εξηγήσεις είναι οι εξής:
χιών του γονιδιωµατικού DNA µπορεί να βοηθή-
(1) Μερικές περιοχές της γονιδιωµατικής αλλη-
σει στον εντοπισµό των µεταγραφικών µονάδων,
λουχίας µπορεί να έχουν συναρµολογηθεί λανθα-
καθώς επιτρέπει την ταυτοποίηση των θέσεων
σµένα (π.χ. εξαιτίας του µεγάλου αριθµού των
των ορίων ιντρονίων-εξονίων, των θέσεων πο-
επαναλαµβανόµενων αλληλουχιών που περιέ-
λυαδενυλίωσης και, κατά προσέγγιση, των πε-
χουν), έτσι ώστε ένα cDNA να µην είναι δυνατόν
ριοχών των υποκινητών. Η σύγκριση διαφορετι-
να χαρτογραφηθεί σε µία µόνο περιοχή, και (2) µε-
κών µορίων cDNA πλήρους µεγέθους που προέρ-
ρικά από τα γονίδια µπορεί να βρίσκονται σε πε-
χονται από το ίδιο γονίδιο µπορεί να βοηθήσει
ριοχές που δεν έχουν συναρµολογηθεί ακόµη (π.χ.
στην αναγνώριση θέσεων εναλλακτικού µατίσµα-
επειδή είναι δύσκολο να κλωνοποιηθούν ή να αλ-
τος, εναλλακτικών θέσεων πολυαδενυλίωσης και
ληλουχηθούν χρησιµοποιώντας τη σύγχρονη τε-
εναλλακτικών υποκινητών.
χνολογία). Καθώς η αλληλουχία του γονιδιώµατος
β. Η ανάλυση των cDNA πλήρους µεγέθους
αναθεωρείται, αυτά τα ζητήµατα θα λυθούν.
παρέχει πληροφορίες τόσο για ολόκληρο το
18.15 Μια προσέγγιση είναι να χρησιµοποιηθούν
ανοικτό αναγνωστικό πλαίσιο όσο και για τη θέ-
οργανισµοί (π.χ. διαγονιδιακά ποντίκια) που έχουν
ση έναρξης της µεταγραφής, την περιοχή του
αναπτυχθεί ως µοντέλα για να µελετηθεί µια συ-
υποκινητή και τη θέση πολυαδενυλίωσης. Τα
γκεκριµένη ασθένεια του ανθρώπου. Εκθέστε αυ-
cDNA µερικού µεγέθους µπορεί να προσφέρουν
τούς τους οργανισµούς-µοντέλα, καθώς και άτο-
µόνο µερικές από αυτές τις πληροφορίες. Παρό-
µα αναφοράς (δείγµα ελέγχου που συνήθως πε-
λο που είναι δυνατόν να συγκρίνουµε και να συ-
ριλαµβάνει άτοµα άγριου τύπου) σε ειδικές περι-
ναρµολογήσουµε πολλαπλά EST ώστε να πάρου-
βαλλοντικές συνθήκες και στη συνέχεια εκτιµή-
µε περισσότερες πληροφορίες, η διαδικασία συ-
στε την πρόοδο της ασθένειας και τις τροποποιή-
ναρµολόγησης των αλληλουχιών των EST απο-
σεις στα πρότυπα γονιδιακής έκφρασης µε µι-
δεικνύεται ιδιαίτερα δύσκολη καθώς οι διάφοροι
κροσυστοιχίες. Με αυτή την προσέγγιση θα µπο-
κλώνοι EST µπορεί να διαφέρουν µεταξύ τους
ρούσε να ελεγχθεί η πιθανή σχέση των συγκε-
δραµατικά εξαιτίας του εναλλακτικού µατίσµα-
κριµένων περιβαλλοντικών παραγόντων µε το
τος, της χρήσης εναλλακτικών υποκινητών και/ή
πρότυπο γονιδιακής έκφρασης που σχετίζεται µε
εναλλακτικών θέσεων πολυαδενυλίωσης.
την έναρξη της ασθένειας ή την πρόοδό της.
77
78
Κεφάλαιο 18
18.18 Αποµονώστε DNA από το αίµα του ασθενή
Λ, Σ
Προσδιορισµός της λειτουργίας των γο-
και σηµάνετέ το µε κόκκινη φθορίζουσα χρωστική,
νιδίων του ανθρώπου µέσω της µελέτης
ενώ το DNA από το αίµα ενός φυσιολογικού ατό-
των οµολόγων τους σε άλλους οργανισµούς.
µου σηµάνετέ το µε πράσινη φθορίζουσα χρωστική. Ετοιµάστε µια µικροσυστοιχία που αποτελείται
Λ
Ανάπτυξη ενός αναλυτικού χάρτη όλων
από ολιγονουκλεοτίδια τα οποία συνολικά αντι-
των πρωτεϊνών του κυττάρου µετά από
προσωπεύουν ολόκληρο το φυσιολογικό γονίδιο
ηλεκτροφόρηση δύο διαστάσεων σε πήκτωµα πολυακρυλαµίδης.
δυστροφίας και υβριδοποιήστε τη µικροσυστοιχία
µε µείγµα από τα σηµασµένα µόρια DNA. Το φυ-
∆
Ανάπτυξη ενός φυσικού χάρτη του γονι-
κροσυστοιχίας. Οι φυσιολογικές αλληλουχίες
διώµατος.
∆, Λ, Σ Ανάπτυξη µικροσυστοιχιών DNA.
Λ, Σ Ταυτοποίηση, σε οργανισµούς που είναι
που υπάρχουν στο σηµασµένο µε την κόκκινη
κατάλληλοι για πειραµατισµό, οµολό-
χρωστική DNA του ασθενή θα υβριδοποιηθούν
γων των γονιδίων του ανθρώπου που
σιολογικό, σηµασµένο µε την πράσινη χρωστική
DNA θα υβριδοποιηθεί σε όλα τα στίγµατα της µι-
εµπλέκονται στην εκδήλωση παθήσεων.
στα ολιγονουκλεοτίδια της µικροσυστοιχίας, αλλά οι µεταλλαγµένες αλληλουχίες δε θα υβριδο-
∆
Ταυτοποίηση µιας µεγάλης συλλογής
ποιηθούν. Κατά συνέπεια, ο φυσιολογικός υβριδι-
βραχειών διαδοχικών επαναλήψεων (µι-
σµός θα φαίνεται ως κίτρινο (κόκκινο + πράσινο =
κροδορυφορικές αλληλουχίες) που θα
κίτρινο) στίγµα, ενώ µια µεταλλαγή θα αναγνωρί-
χρησιµοποιηθούν ως δείκτες DNA σε
ζεται ως πράσινο στίγµα. Ταυτοποιήστε την πεκλεοτιδικά στίγµατα τα οποία έχουν πράσινα σή-
έναν οργανισµό.
∆, Λ, Σ Χαρακτηρισµός δεικτών EST.
Λ, Σ ∆ηµιουργία
γονιδιακών
απαλοιφών
µατα υβριδισµού για να προσδιοριστεί η θέση ή οι
(knockout) και παρατήρηση των φαινοτυ-
ριοχή του γονιδίου που αντιστοιχεί σε ολιγονου-
πικών αλλαγών που σχετίζονται µε αυτά.
θέσεις της µεταλλαγής.
18.19
∆, Λ, Σ Στοίχιση αλληλουχιών DNA στις βάσεις
∆
οργανισµό χρησιµοποιώντας τη µέθοδο
της τιµής lod.
δεδοµένων για να καθοριστεί το ποσοστό της οµοιότητάς τους.
Λ, Σ
Λ
Αλληλούχιση µε την προσέγγιση τυφλής στόχευσης των επιµέρους κλώνων
αλληλουχηθεί.
BAC που έχουν σχηµατίσει ένα συναρµολόγηµα.
Χαρακτηρισµός του µεταγραφώµατος και
συγκεκριµένο αναπτυξιακό στάδιο ή σε
Λ
∆
Τεκµηρίωση ενός γονιδιώµατος που έχει
του πρωτεώµατος ενός κυττάρου σε ένα
Σ
Χαρτογράφηση ενός γονιδίου σε έναν
∆
Εφαρµογή υβριδισµού ολιγονουκλεοτιδίων για τη γονοτύπηση ενός SNP.
ένα συγκεκριµένο στάδιο παθογένειας.
18.21 α. Τα γονίδια κατανέµονται οµοιόµορφα
Σύγκριση της συνολικής διάταξης των
στα χρωµοσώµατα V και Χ. Ωστόσο, ειδικά στο
γονιδιακών και των µη γονιδιακών αλλη-
χρωµόσωµα V, συντηρηµένα γονίδια εντοπίζο-
λουχιών σε διαφορετικούς οργανισµούς
νται συχνότερα στις κεντρικές περιοχές. Αντίθε-
µε σκοπό την κατανόηση της εξέλιξης
τα, ανάστροφα και διαδοχικά επαναλαµβανόµε-
των γονιδιωµάτων.
νες αλληλουχίες εντοπίζονται συχνότερα στους
Περιγραφή της λειτουργίας όλων των
βραχίονες. Φαίνεται πως, τουλάχιστον στο χρω-
γονιδίων σε ένα γονιδίωµα.
µόσωµα V, υπάρχει µια αντίστροφη σχέση µετα-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
ξύ της συχνότητας των ανάστροφα και διαδοχικά
19.9 Ο γονότυπος του µερικώς διπλοειδούς στε-
επαναλαµβανόµενων αλληλουχιών και της συ-
λέχους είναι lacI + lacO c lacΡ + lacΖ + lacY –/lacI +
χνότητας των συντηρηµένων γονιδίων.
lacO + lacΡ + lacΖ – lacY + (Απαιτείται µόνο ένα αντίγραφο του γονιδίου lacI +, οπότε το ένα από τα
δύο αντίγραφα του γονιδίου lacI θα µπορούσε να
είναι lacI –).
19.11 Η απάντηση δίνεται στον Πίνακα 19.Α.
19.14 Η πρωτεΐνη CAP, σε µορφή συµπλόκου µε
το cAMP, απαιτείται για τη διευκόλυνση της
πρόσδεσης της RNA πολυµεράσης στον υποκινητή Plac. Η επαγωγή της πρόσδεσης της RNA πολυµεράσης από το σύµπλοκο CAP-cAMP πραγµατοποιείται µόνο απουσία γλυκόζης και η µεταγραφή µπορεί να αρχίσει µόνο αν ο χειριστής
δεν καταλαµβάνεται από τον καταστολέα (δηλαδή όταν απουσιάζει και η λακτόζη). Εποµένως,
µια µεταλλαγή του γονιδίου CAP θα καθιστούσε
το οπερόνιο lac µη επαγώγιµο επειδή η RNA πολυµεράση δε θα ήταν σε θέση να αναγνωρίζει και
να προσδένεται αποτελεσµατικά στον υποκινητή
ακόµα και απουσία γλυκόζης.
19.16 α. Το πείραµα προστασίας από την DNάση
είναι µια in vitro µέθοδος χαρτογράφησης των
θέσεων στις οποίες προσδένεται µια πρωτεΐνη
στο DNA. Αρχικά, η καθαρή πρωτεΐνη επωάζεται
µαζί µε ένα σηµασµένο στο ένα άκρο του τµήµα
DNA που φέρει την αλληλουχία στην οποία
προσδένεται µε ειδικό τρόπο η πρωτεΐνη, ώστε
να δηµιουργηθεί σύµπλοκο. Στη συνέχεια, γίνεται επίδραση µε DNάση, οπότε οι αλληλουχίες
που δεν καλύπτονται από την πρωτεΐνη (οι οποίες δεν είναι προστατευµένες αλλά παραµένουν
εκτεθειµένες στη νουκλεάση) υφίστανται πέψη.
Κατόπιν, η αλληλουχία της προστατευµένης περιοχής προσδιορίζεται µε ηλεκτροφόρηση και γίνεται χαρτογράφηση χρησιµοποιώντας ως σηµείο αναφοράς το άκρο του τµήµατος DNA που
ήταν σηµασµένο. Με πειράµατα προστασίας από
την DNάση έχουν καθοριστεί η θέση του χειριστή, η περιοχή του υποκινητή και η θέση πρόσδεσης του συµπλόκου CAP-cAMP.
β. Επειδή υπάρχουν λιγότερα συντηρηµένα
γονίδια στους βραχίονες, φαίνεται να υπάρχει
υψηλότερος ρυθµός εξέλιξης στους βραχίονες των
χρωµοσωµάτων απ’ ό,τι στις κεντρικές περιοχές.
γ. Ναι, επειδή οι συχνοί µειωτικοί ανασυνδυασµοί δίνουν µεγαλύτερο ρυθµό ανταλλαγής
γενετικού υλικού στους βραχίονες των χρωµοσωµάτων.
Κεφάλαιο 19 Ρύθµιση της γονιδιακής έκφρασης
σε βακτήρια και βακτηριοφάγους
19.2 Η αλλολακτόζη και η τρυπτοφάνη είναι µόριατελεστές που ρυθµίζουν τα οπερόνια lac και trp
αντίστοιχα. Οι τελεστές προκαλούν αλλοστερικές
µετατοπίσεις στις πρωτεΐνες-καταστολείς µεταβάλλοντας τη συγγένειά τους προς τις θέσεις των
χειριστών στο DNA. Όταν η αλλολακτόζη προσδένεται στον καταστολέα Lac, αυτός χάνει τη συγγένειά του προς το χειριστή lacΟ, µε αποτέλεσµα να
επάγεται η µεταγραφή του οπερονίου lac. Όταν η
τρυπτοφάνη αλληλεπιδρά µε την αποκατασταλτική
πρωτεΐνη TrpR, τη µετατρέπει σε ενεργό καταστολέα που µπορεί να προσδεθεί στο χειριστή trpO και
να καταστείλει τη µεταγραφή του οπερονίου trp.
19.5 Ο ιδιοστατικός φαινότυπος προκύπτει από
µεταλλαγές lacI – ή lacO c.
19.7 α. Μια παρανοηµατική µεταλλαγή οδηγεί σε
µερική ή πλήρη απώλεια της ενεργότητας της βγαλακτοζιδάσης, όχι όµως σε απώλεια της ενεργότητας της περµεάσης και της τρανσακετυλάσης.
β. Είναι πιθανό να εµφανίζεται πολικότητα,
µε εξαίρεση την περίπτωση που η µη νοηµατική
µεταλλαγή εντοπίζεται πολύ κοντά στο φυσιολογικό κωδικόνιο τερµατισµού της µετάφρασης
της β-γαλακτοζιδάσης. Εποµένως, είναι αναµενόµενο, µαζί µε την απώλεια της ενεργότητας
της β-γαλακτοζιδάσης, να χαθούν και οι ενεργότητες της περµεάσης και της τρανσακετυλάσης.
79
80
Κεφάλαιο 19
Πίνακας 19.A
Απουσία επαγωγέα
Γονότυποι
I P O Z Y
I + P + O + Z – Y+
I + P + O + Z + Y–
I – P + O + Z + Y+
I s P + O + Z + Y+
I + P + O c Z + Y+
I s P + O c Z + Y+
I + P + O c Z + Y–
I –d P + O + Z + Y+
I – P + O + Z + Y+
α.
β.
γ.
δ.
ε.
στ.
ζ.
η.
θ.
+
ι.
+
+
+
+
I + P + O + Z – Y–
I – P + O + Z + Y+
ια.
I + P + O + Z – Y–
I s P + O + Z + Y–
ιβ.
I + P + O + Z – Y+
I + P + O c Z – Y+
ιγ.
I + P + O + Z + Y–
I – P + O c Z + Y–
ιδ.
I + P + O + Z – Y+
I s P + O + Z + Y+
ιε.
I + P + O c Z + Y+
I –d P + O + Z + Y–
ιστ.
I + P + O + Z – Y+
I + P – O c Z + Y–
ιζ.
I + P + O + Z – Y+
I + P – O + Z + Y–
ιη.
I + P + O c Z – Y+
I – P – O + Z + Y+
ιθ.
I + P + O + Z – Y–
I – P + O + Z + Y–
κ.
I + P – O + Z – Y+
Παρουσία επαγωγέα
β-Γαλακτοζιδάση
Περµεάση
β-Γαλακτοζιδάση
Περµεάση
–
–
–
+
–
+
+
+
+
–
–
–
+
–
+
+
–
+
+
–
+
+
–
+
+
+
+
+
+
–
+
–
+
+
–
+
–
–
+
+
–
–
+
+
–
–
–
–
–
+
+
+
+
–
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
–
–
–
+
–
+
–
+
–
–
–
–
–
–
+
–
β. Βλ. Εικόνα 19.14.
µπορεί να εξακολουθεί να επάγεται συντονισµέ-
γ. i. Το έλλειµµα αυτό απενεργοποιεί το χει-
να σε απόκριση στον επαγωγέα, όµως τα επίπε-
ριστή, εποµένως το οπερόνιο θα εκφράζεται ιδιο-
δα της ενεργότητας της β-γαλακτοζιδάσης, της
στατικά.
περµεάσης και της τρανσακετυλάσης θα είναι
ii. Η µεταστροφή –12 µεταβάλλει την
µειωµένα.
πρότυπη αλληλουχία του υποκινητή στο πλαίσιο
iii. Η µεταστροφή –69 µεταβάλλει την
–10, µειώνοντας πιθανώς την αποτελεσµατικό-
πρότυπη αλληλουχία της θέσης πρόσδεσης του
τητα της έναρξης της µεταγραφής. Το οπερόνιο
ενεργοποιητή CAP. Αν το σύµπλοκο CAP-cAMP
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
δεν µπορεί να προσδεθεί στη θέση CAP, η RNA
θα σταµατούσε στο ίδιο σηµείο και ο αντιτερµα-
πολυµεράση δε θα στρατολογηθεί στον υποκινη-
τισµός θα οδηγούσε στη µεταγραφή των δοµι-
τή και δε θα γίνεται συντονισµένη επαγωγή του
κών γονιδίων.
Στο οπερόνιο trp άγριου τύπου, η παρουσία
οπερονίου.
iv. Η µετάπτωση +28 µεταβάλλει την αλ-
τρυπτοφάνης απενεργοποιεί τη µεταγραφή των
ληλουχία Shine-Dalgarno. Θα µπορούσε, λοιπόν,
δοµικών γονιδίων. Αυτό συµβαίνει επειδή η πα-
επηρεάζοντας την έναρξη της µετάφρασης, να
ρουσία τρυπτοφάνης προκαλεί µεγάλη διαθεσι-
οδηγήσει σε µείωση ή σε απουσία της β-γαλα-
µότητα Trp-tRNATrp, που επιτρέπει στο ριβόσωµα
κτοζιδάσης και, λόγω πολικών επιδράσεων, σε
να διαβάσει τα δύο κωδικόνια Trp και να προχω-
µείωση ή σε απουσία της έκφρασης της περµεά-
ρήσει απρόσκοπτα µέχρι το φυσιολογικό κωδικό-
σης και της τρανσακετυλάσης.
νιο τερµατισµού της αλληλουχίας-οδηγού. Όταν
v. Η µετάπτωση +9 τροποποιεί το χειρι-
το ριβόσωµα προωθηθεί σε αυτή τη θέση, το σή-
στή. Είτε δε θα έχει καµία επίδραση, είτε θα αυ-
µα αντιτερµατισµού δεν µπορεί να σχηµατιστεί
ξήσει τη συγγένεια του καταστολέα προς το χει-
στο νεοσυντιθέµενο mRNA. Αντιθέτως, σχηµατί-
ριστή (εµποδίζοντας τη συντονισµένη επαγωγή
ζεται ένα σήµα το οποίο οδηγεί σε πρόωρο τερ-
του οπερονίου µε cis-επικρατή τρόπο), είτε θα
µατισµό της µεταγραφής. Σε ένα µεταλλαγµένο
µειώσει τη συγγένεια του καταστολέα προς αυ-
οπερόνιο trp που φέρει δύο κωδικόνια τερµατι-
τόν (προκαλώντας ιδιοστατική έκφραση).
σµού στη θέση των κωδικονίων Trp, τα κωδικόνια
δ. Κανένα από τα µεταλλάγµατα δε θα επη-
τερµατισµού εµποδίζουν την άµεση προώθηση
ρεάσει την καταβολική καταστολή.
του ριβοσώµατος παρά την παρουσία τρυπτοφά-
19.19 Στο οπερόνιο trp άγριου τύπου, η απουσία
νης και Trp-tRNATrp. Αυτό οδηγεί στο σχηµατισµό
τρυπτοφάνης προκαλεί αντιτερµατισµό της µε-
σήµατος αντιτερµατισµού και στη µεταγραφή
ταγραφής στην περιοχή του εξασθενητή. ∆ηλα-
των δοµικών γονιδίων.
δή τα δοµικά γονίδια µεταγράφονται και συντί-
Περιληπτικά, τόσο παρουσία όσο και απουσία
θενται τα ένζυµα βιοσύνθεσης της τρυπτοφά-
τρυπτοφάνης, το µεταλλαγµένο οπερόνιο trp δε
νης. Αυτό συµβαίνει επειδή η έλλειψη τρυπτο-
θα παρουσιάζει εξασθένηση. Τα δοµικά γονίδια
φάνης οδηγεί σε πολύ χαµηλά ή µηδενικά επί-
θα µεταγράφονται και στις δύο περιπτώσεις και
πεδα Trp-tRNA . Αυτό µε τη σειρά του αναγκά-
θα εκφράζονται τα ένζυµα του µονοπατιού της
ζει το ριβόσωµα που µεταφράζει την αλληλου-
βιοσύνθεσης της τρυπτοφάνης.
χία-οδηγό να καθυστερήσει στα κωδικόνια Trp
19.20 1: Αν η αποκατασταλτική πρωτεΐνη δεν
(βλ. Εικόνα 19.17α). Όταν το ριβόσωµα καθυ-
µπορεί να δεσµεύσει την τρυπτοφάνη, δε θα µε-
στερεί στα κωδικόνια Trp της αλληλουχίας-οδη-
τατραπεί σε ενεργό καταστολέα παρουσία τρυ-
γού, το RNA που συντίθεται από την RNA πολυ-
πτοφάνης. Αυτό θα οδηγήσει σε ιδιοστατική έκ-
µεράση αποκτά µια συγκεκριµένη δευτεροταγή
φραση της συνθετάσης της τρυπτοφάνης. Σε
δοµή, ακριβώς µπροστά από το ριβόσωµα, η
θρεπτικό µέσο χωρίς τρυπτοφάνη, το οπερόνιο
οποία ευνοεί τη συνέχιση της µεταγραφής προς
θα εκφράζεται στα ίδια επίπεδα όπως στον άγριο
την περιοχή των δοµικών γονιδίων. Αν τα δύο
τύπο. Σε θρεπτικό µέσο µε τρυπτοφάνη, η έκ-
κωδικόνια Trp µετατραπούν σε κωδικόνια τερµα-
φραση θα µειώνεται µόνο µέσω του µηχανισµού
τισµού, το µεταλλαγµένο οπερόνιο θα λειτουρ-
της εξασθένησης, οπότε τα επίπεδά της θα είναι
γούσε, απουσία τρυπτοφάνης, µε τον ίδιο τρόπο
περίπου εβδοµήντα φορές υψηλότερα απ’ ό,τι
όπως το οπερόνιο άγριου τύπου. Το ριβόσωµα
παρατηρείται στο στέλεχος άγριου τύπου.
Trp
81
82
Κεφάλαιο 20
2: Το οπερόνιο trp θα εµφανίζει ιδιοστατική
έκφραση, εποµένως το µετάλλαγµα 2 θα παρουσιάζει το ίδιο πρότυπο έκφρασης µε το µετάλλαγµα 1.
3: Το γονίδιο trpΕ είναι το πρώτο γονίδιο
που µεταγράφεται στο οπερόνιο trp (βλ. Εικόνα
19.15). Μια µη νοηµατική µεταλλαγή θα εµφάνιζε
πολικότητα, δηλαδή θα επέφερε ελαχιστοποίηση
ή εκµηδενισµό της µετάφρασης των γονιδίων
trpΒ και trpΑ, τα οποία κωδικοποιούν τη συνθετάση της τρυπτοφάνης. Εποµένως, σε θρεπτικό µέσο χωρίς τρυπτοφάνη όπου το οπερόνιο δεν υφίσταται καταστολή, το µετάλλαγµα 3 θα παρήγε
µειωµένα επίπεδα συνθετάσης της τρυπτοφάνης
σε σύγκριση µε τα κύτταρα άγριου τύπου. Σε
θρεπτικό µέσο εµπλουτισµένο µε τρυπτοφάνη,
τα επίπεδα της συνθετάσης της τρυπτοφάνης θα
ήταν τα ίδια µε εκείνα των κύτταρων άγριου τύπου (πολύ χαµηλά).
4: Τα µόρια Trp-tRNATrp είναι απαραίτητα για
την εξασθένηση της µεταγραφής στο οπερόνιο
trp. Εποµένως, αν τα επίπεδα Trp-tRNATrp παραµένουν πάντοτε χαµηλά, η µεταγραφή του οπερονίου trp δε θα υποστεί εξασθένηση ακόµη και όταν
τα επίπεδα τρυπτοφάνης είναι υψηλά. Κατά συνέπεια, σε ένα θρεπτικό µέσο εµπλουτισµένο µε
τρυπτοφάνη, το µετάλλαγµα 4 θα περιέχει περίπου οκταπλάσια µε δεκαπλάσια επίπεδα συνθετάσης της τρυπτοφάνης απ’ ό,τι τα κύτταρα άγριου
τύπου. Σε θρεπτικό µέσο χωρίς τρυπτοφάνη δε
συµβαίνει εξασθένηση, εποµένως το µετάλλαγµα
4 θα παρουσιάζει επίπεδα συνθετάσης της τρυπτοφάνης όµοια µε αυτά του άγριου τύπου.
5: Στο µετάλλαγµα 5, η δευτεροταγής δοµή του εξασθενητή που προκύπτει από το ζευγάρωµα των περιοχών 3 και 4 (Εικόνα 19.17) δε θα
σχηµατιστεί, εποµένως δε θα παρατηρηθεί εξασθένηση ακόµα κι όταν τα επίπεδα τρυπτοφάνης
είναι υψηλά. Τα επίπεδα της συνθετάσης της
τρυπτοφάνης θα είναι όµοια µε αυτά του µεταλλάγµατος 4.
19.24 Το προϊόν του γονιδίου cI είναι ένας ρυθµιστής που καταστέλλει τις λειτουργίες του λυτικού
κύκλου του φάγου κατά τη λυσιγονία. Ένα στέλεχος που θα έφερε µεταλλαγή του γονιδίου cI δε
θα διέθετε λειτουργικό καταστολέα και δε θα
ήταν σε θέση να αποφύγει τη λύση, οπότε ο φάγος θα ακολουθούσε πάντα το λυτικό µονοπάτι.
19.26
Μετάλ- Μοριακός
λαγµα φαινότυπος
∆υνατότητα επαγωΛυσιγονι- γής µε
Λυτική κή ανά- ακτινοβοανάπτυξη πτυξη
λία UV
1
Η πρωτεΐνη
Cro δεν µπορεί να προσδεθεί στο DNA.
Όχι
Ναι
Όχι
2
Η πρωτεΐνη
pΝ δεν είναι
λειτουργική.
Όχι
Όχι
Όχι
3
Η πρωτεΐνη
cII δεν είναι
λειτουργική.
Ναι
Όχι
Ναι
4
Η πρωτεΐνη
pQ δεν είναι
λειτουργική.
Όχι
Ναι
Όχι
5
Ο υποκινητής
P RM δεν µπορεί να δεσµεύσει την RNA
πολυµεράση.
Ναι
Όχι
Ναι
Κεφάλαιο 20 Η ρύθµιση της γονιδιακής έκφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισµούς
20.2 Στους προκαρυωτικούς οργανισµούς, µια µη
νοηµατική µεταλλαγή σε ένα γονίδιο ενός πολυγονιδιακού µεταγράφου µπορεί να εµποδίσει την
επανέναρξη της µετάφρασης των άλλων γονιδίων
που βρίσκονται καθοδικά από τη θέση της µεταλλαγής και να προκαλέσει το φαινόµενο της πολικότητας. Τα πολυγονιδιακά µετάγραφα των ευκαρυωτικών οπερονίων υφίστανται 5΄ trans-µάτισµα
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
(κατά το οποίο προστίθεται ένα RNA-οδηγός το
τους στους υποκινητές και έτσι η µεταγραφή δεν
οποίο φέρει καλύπτρα), καθώς και 3΄ κοπή και
µπορεί να διεξαχθεί.
πολυαδενυλίωση, ώστε κάθε γονίδιο να µετα-
γ. Αν οι ρυθµιστικές πρωτεΐνες έχουν ήδη
φράζεται ανεξάρτητα. Συνεπώς, στους ευκαρυω-
προσδεθεί στους υποκινητές, τα νουκλεοσώµατα
τικούς οργανισµούς, οι µη νοηµατικές µεταλλα-
δεν µπορούν να συνδεθούν και η µεταγραφή
γές σε ένα ανοδικό γονίδιο δε θα επηρεάσουν τη
µπορεί να διεξαχθεί.
µετάφραση καθοδικών γονιδίων και δε θα εµφα-
δ. Οι ρυθµιστικές πρωτεΐνες που προσδέ-
νιστεί πολικότητα.
νονται στον ενισχυτή θα βοηθήσουν την πρόσδε-
20.5 α. Η απουσία της ζώνης των 4 kb δείχνει ότι
ση των ρυθµιστικών πρωτεϊνών στον υποκινητή
ο υποκινητής διαθέτει µια υπερευαίσθητη περιο-
ακόµη και παρουσία ιστονών. Συνεπώς, η µετα-
χή σε DNάση I, δηλαδή µια λιγότερο συσπειρω-
γραφή µπορεί να διεξαχθεί.
µένη περιοχή όπου το DNA είναι πιο προσβάσιµο
20.9 Το τελικό προϊόν ενός γονιδίου rRNA είναι
στην DNάση I. Η πέψη µε DNάση I δηµιουργεί µια
ένα µόριο rRNA. Κατά συνέπεια, απαιτείται ένας
ζώνη 2 kb, που σηµαίνει ότι η θέση υπερευαισθη-
µεγάλος αριθµός γονιδίων για τη σύνθεση του
σίας βρίσκεται περίπου στη µέση του τµήµατος
µεγάλου πλήθους µορίων rRNA που είναι απα-
των 4 kb που προκύπτει από την πέψη µε EcoRI.
ραίτητα για τη βιοσύνθεση των ριβοσωµάτων.
Η ένταση της ζώνης των 3 kb δε µειώνεται παρά
Αντίθετα, οι ριβοσωµικές πρωτεΐνες είναι τα τε-
µόνο όταν η συγκέντρωση DNάσης I είναι η µέγι-
λικά προϊόντα της µετάφρασης των αντίστοιχων
στη, που σηµαίνει ότι η περιοχή του γονιδίου
µορίων mRNA. Τα mRNA µπορούν να διαβα-
όπου εντοπίζεται το τµήµα των 3 kb της πέψης
στούν επανειληµµένα για τη σύνθεση του µεγά-
µε EcoRI διαθέτει µεγαλύτερο βαθµό συσπείρω-
λου αριθµού ριβοσωµικών πρωτεϊνών που απαι-
σης της χρωµατίνης.
τούνται για τη βιοσύνθεση των ριβοσωµάτων.
β. Μετά τον παλµό της εκδυσόνης, οι αυξη-
20.11 Τα δεδοµένα υποδεικνύουν ότι η σύνθεση
µένες συγκεντρώσεις DNάσης I προκαλούν την
ωαλβουµίνης εξαρτάται από την παρουσία της οι-
εξαφάνιση και των δύο ζωνών, 4 kb και 3 kb, που
στρογόνου ορµόνης, αλλά δεν αποκαλύπτουν το
σηµαίνει ότι η DNάση I διαθέτει αυξηµένη πρό-
µηχανισµό µε τον οποίο η ορµόνη επιτυγχάνει τις
σβαση και το γονίδιο έχει πιο αποσυσπειρωµένη
επιδράσεις της. Θεωρητικά, η δράση της οιστρογό-
δοµή κατά τη διάρκεια της µεταγραφής. Η εµφά-
νου ορµόνης µπορεί (1) να αυξήσει τη µεταγραφή,
νιση προϊόντων πέψης µικρού µοριακού βάρους
αφού πρώτα η ορµόνη προσδεθεί σε έναν ενδο-
υποδεικνύει ότι η DNάση I δε βρίσκει πρόσβαση
κυτταρικό υποδοχέα και δηµιουργηθεί ένα ενεργο-
σε κάποιες περιοχές των τµηµάτων EcoRI µή-
ποιηµένο σύµπλοκο που διεγείρει τη µεταγραφή
κους 3 kb και 4 kb. Σε αυτές τις περιοχές είναι πι-
του γονιδίου της ωαλβουµίνης, (2) να σταθεροποι-
θανό να προσδένονται πρωτεΐνες, για παράδειγ-
ήσει το πρόδροµο mRNA της ωαλβουµίνης, (3) να
µα γενικοί µεταγραφικοί παράγοντες.
διεγείρει την επεξεργασία του πρόδροµου mRNA
20.7 α. Οι ιστόνες καταστέλλουν τη γονιδιακή έκ-
της ωαλβουµίνης, (4) να επιταχύνει την έξοδο του
φραση, αφού η παρουσία τους πάνω στο DNA
mRNA της ωαλβουµίνης από τον πυρήνα, (5) να
εµποδίζει την πρόσδεση των ρυθµιστικών πρωτε-
σταθεροποιήσει το ώριµο mRNA της ωαλβουµίνης
ϊνών στους υποκινητές και γι’ αυτό δεν µπορεί
µετά τη µεταφορά του στο κυτταρόπλασµα, (6) να
να διεξαχθεί η µεταγραφή.
διεγείρει τη µετάφραση του mRNA της ωαλβουµί-
β. Οι ιστόνες ανταγωνίζονται αποτελεσµατι-
νης στο κυτταρόπλασµα, ή (7) να σταθεροποιήσει
κά τις ρυθµιστικές πρωτεΐνες για την πρόσδεσή
(ή να ενεργοποιήσει) την αρτιγενή ωαλβουµίνη. Η
83
84
Κεφάλαιο 20
πειραµατική µέτρηση της συγκέντρωσης του
mRNA από το οποίο µεταφράζονται πολλαπλά
mRNA της ωαλβουµίνης έχει δείξει ότι η ρύθµιση
πρωτεϊνικά προϊόντα. Τα προϊόντα αυτά δρουν
γίνεται κυρίως στο επίπεδο της µεταγραφής.
στο ίδιο βιοχηµικό µονοπάτι. Εδώ, δύο πρω-
20.16 α. Στο σύνδροµο του εύθραυστου X, η επέ-
τεΐνες που σχετίζονται µε τη σύνθεση και το πα-
κταση των επαναλαµβανόµενων τρινουκλεοτι-
κετάρισµα της ακετυλοχολίνης παράγονται από
δίων CGG προκαλεί υπερµεθυλίωση και µεταγρα-
ένα κοινό µετάγραφο πρόδροµου mRNA.
φική αποσιώπηση. Στη νόσο του Huntington, η
β. Αντίθετα µε τις πρωτεΐνες που µεταφρά-
επέκταση των επαναλαµβανόµενων τρινουκλεο-
ζονται από ένα mRNA το οποίο έχει συντεθεί
τιδίων CAG, που αντιστοιχούν στο κωδικόνιο που
από ένα βακτηριακό οπερόνιο, τα πρωτεϊνικά
καθορίζει τη γλουταµίνη, προκαλεί την εισαγωγή
προϊόντα που παράγονται από το γενετικό τόπο
µιας πολυγλουταµινικής περιοχής στην πρωτεΐνη
ChAT/VAChT δε µεταφράζονται µε τη σειρά από
το ίδιο mRNA. Στην περίπτωση αυτή, το πρόδροµο mRNA φαίνεται ότι µπορεί να υποστεί εναλλακτική επεξεργασία, ώστε να παράγονται δύο
διαφορετικά ώριµα mRNA. Η έναρξη της µετάφρασης των δύο αυτών mRNA εντοπίζεται σε
διαφορετικά σηµεία, µε αποτέλεσµα να παράγονται διαφορετικές πρωτεΐνες.
γ. Τουλάχιστον δύο µηχανισµοί σχετίζονται µε τη σύνθεση των διαφορετικών πρωτεϊνών ChAT και VAChT: πρόκειται για παράδειγµα
εναλλακτικής επεξεργασίας του mRNA και εναλλακτικής έναρξης της µετάφρασης. Εναλλακτικές 3΄ θέσεις µατίσµατος που βρίσκονται µετά
το πρώτο εξόνιο χρησιµοποιούνται για καθένα
από τα δύο διαφορετικά mRNA αντίστοιχα. Επιπλέον, χρησιµοποιούνται διαφορετικά κωδικόνια
έναρξης της µετάφρασης AUG.
20.21 α. Παράγονται τέσσερις πρωτεϊνικές ισοµορφές που διαφέρουν στα καρβοξυτελικά τους άκρα.
β. Η οργάνωση της δοµής των cDNA υποδεικνύει ότι οι διαφορετικές πρωτεϊνικές ισοµορφές
δηµιουργούνται µε εναλλακτικό µάτισµα του
mRNA. Ειδικότερα, χρησιµοποιούνται εναλλακτικές 5΄ θέσεις µατίσµατος: το τελευταίο εξόνιο του
cDNA 4 φέρει µια 5΄ θέση µατίσµατος που χρησιµοποιείται από τα cDNA 1, 2 και 3. Το τελευταίο
εξόνιο του cDNA 1 φέρει µια 5΄ θέση µατίσµατος
που χρησιµοποιείται από τα cDNA 2 και 3. Επίσης,
το τελευταίο εξόνιο του cDNA 2 φέρει µια 5΄ θέση
µατίσµατος που χρησιµοποιείται από το cDNA 3.
huntingtin, γεγονός που προσδίδει στην πρωτεΐνη µια νέα, µη φυσιολογική λειτουργία.
β. Ένας ετεροζυγώτης µε επέκταση των
επαναλήψεων του τρινουκλεοτιδίου CGG κοντά
στο ένα αντίγραφο του γονιδίου FMR-1 θα διαθέτει επίσης ένα φυσιολογικό αντίγραφο του γονιδίου αυτού. Το φυσιολογικό γονίδιο µπορεί να
παράγει ένα φυσιολογικό προϊόν ακόµη και όταν
το άλλο γονίδιο έχει αποσιωπηθεί. (Στην πραγµατικότητα, η περίπτωση περιπλέκεται από τη
διαδικασία της απενεργοποίησης του X στα θηλυκά άτοµα, αλλά, γενικά, µια µεταλλαγή που
προκαλεί µεταγραφική αποσιώπηση ενός αλληλοµόρφου δεν αναµένεται να επηρεάσει ένα φυσιολογικό αλληλόµορφο σε ένα οµόλογο χρωµόσωµα.) Αντίθετα, η επέκταση επαναλήψεων CAG
στο αλληλόµορφο της νόσου του Huntington
προκαλεί τη δηµιουργία µιας νέας, µη φυσιολογικής πρωτεΐνης. Η εµφάνιση της νόσου είναι επικρατής, διότι ο φαινότυπός της οφείλεται στην
παρουσία της µη φυσιολογικής πρωτεΐνης.
γ. Η µεταγραφική αποσιώπηση µπορεί να
απαιτεί υψηλό βαθµό υπερµεθυλίωσης και κατά
συνέπεια να απαιτούνται περισσότερες επαναλήψεις CGG για να παρατηρηθεί. Αντίθετα, η λειτουργία της πρωτεΐνης huntingtin µπορεί να τροποποιηθεί από µία περιοχή µε περισσότερες από
36 γλουταµίνες.
20.20 α. Στα βακτηριακά οπερόνια, µια κοινή ρυθµιστική περιοχή ελέγχει τη σύνθεση µονόκλωνου
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
Κεφάλαιο 21 Γενετική ανάλυση της ανάπτυξης
τα κυοφορήσει. Μετά την εδραίωση της εγκυµοσύ-
21.3 Το πείραµα αυτό καταδεικνύει το φαινόµε-
νης, θα παρακολουθείται η πρόοδός της.
νο του καθορισµού και προσδιορίζει το χρονικό
β. Ενώ το πυρηνικό γονιδίωµα θα ήταν γενικά
πλαίσιο στο οποίο πραγµατοποιείται η συγκεκρι-
πανοµοιότυπο µε αυτό του αρχικού κυττάρου της
µένη διαδικασία κατά την ανάπτυξη. Το τµήµα
µύτης, τα κυτταροπλασµατικά οργανίδια προφα-
που προέρχεται από το βλαστίδιο ή το γαστρίδιο
νώς θα προέρχονταν από τα οργανίδια του απύ-
δεν έχει ακόµα δεσµευθεί ως προς το πεπρωµέ-
ρηνου ωοκυττάρου του θηλυκού ατόµου-δότη.
νο του. ∆ηλαδή ο ιστός αυτός δεν έχει καθορι-
Εποµένως, το µιτοχονδριακό DNA δε θα ήταν
στεί ακόµη. Εποµένως, όταν µεταµοσχεύεται σε
ένα έµβρυο-δέκτη, αποκρίνεται στα τοπικά σήµατα της νέας του θέσης και υιοθετεί το πεπρωµένο των γειτονικών ιστών. Αντίθετα, κατά το
στάδιο του νευριδίου, το τµήµα αυτό έχει καθοριστεί. Στο αναπτυξιακό στάδιο του νευριδίου,
το αναπτυξιακό πρόγραµµα του συγκεκριµένου
τµήµατος έχει οριστεί. Με άλλα λόγια, στα µοσχεύµατα από το στάδιο του νευριδίου το πεπρωµένο έχει καθοριστεί. Έτσι, όταν εµφυτεύονται σε διαφορετική θέση στο έµβρυο-δέκτη,
διαφοροποιούνται σύµφωνα µε το δικό τους,
ήδη καθορισµένο, γενετικό πρόγραµµα. Ο ιστός
από νευρίδιο που εµφυτεύεται σε ένα έµβρυο
µεγαλύτερης ηλικίας αδυνατεί να αποκριθεί στα
σήµατα που προέρχονται από τους ιστούς της
νέας του θέσης, δηλαδή αναπτύσσεται στον τύπο ιστού για τον οποίο έχει ήδη καθοριστεί, στην
προκειµένη περίπτωση σε µάτι.
21.6 α. Βασιζόµενοι στην εργασία του Wilmut
και των συνεργατών του, αρχικά τα κύτταρα της
µύτης θα πρέπει να διαχωριστούν και να αναπτυχθούν σε κυτταροκαλλιέργεια. Στη συνέχεια, τα
κύτταρα θα καλλιεργηθούν σε θρεπτικό µέσο στο
οποίο έχει µειωθεί η συγκέντρωση του ορού, έτσι
ώστε να εισέλθουν σε κατάσταση ηρεµίας (φάση
G0 του κυτταρικού κύκλου). Θα ακολουθήσει σύντηξη των κυττάρων µε απύρηνα ωοκύτταρα από
ένα θηλυκό άτοµο-δότη και τα κύτταρα αυτά θα
επωαστούν σε κατάλληλες συνθήκες, προκειµένου να αναπτυχθούν και να διαιρεθούν µιτωτικά
για να σχηµατιστούν κατόπιν έµβρυα. Τα έµβρυα
θα εµφυτεθούν σε µια παρένθετη µητέρα, ώστε να
ίδιο µε αυτό του ηγέτη. Επιπλέον, τα τελοµερή
ενός ηλικιωµένου ατόµου είναι κοντύτερα από
αυτά των νεαρών ατόµων. Άρα, τα τελοµερή του
κλωνοποιηµένου ηγέτη θα είναι όπως αυτά ενός
ηλικιωµένου ατόµου.
γ. Στα ώριµα κύτταρα B έχουν συµβεί αναδιατάξεις των γονιδίων για τις βαριές και ελαφριές αλυσίδες των ανοσοσφαιρινών. Ο κλωνοποιηµένος ηγέτης θα αναµενόταν να εµφανίζει
ανοσοανεπάρκεια, καθώς θα αδυνατούσε να συνθέσει το ευρύ φάσµα αντισωµάτων που συναντώνται σε ένα φυσιολογικό άτοµο.
δ. Η διαδικασία της κλωνοποίησης είναι πιθανό να είναι ελάχιστα αποδοτική και οι περισσότεροι κλώνοι µπορεί να πεθάνουν πριν ή λίγο µετά τη γέννηση. Οι κλώνοι που θα επιβιώσουν είναι επίσης πιθανό να διαφέρουν στη µορφή και
στην προσωπικότητα, ενώ είναι απίθανο να είναι
φυσιολογικοί, καθώς η πιθανότητα να επαναπρογραµµατιστεί πλήρως ο πυρήνας-δότης από το
διαφοροποιηµένο κύτταρο είναι πολύ µικρή. Μια
εναλλακτική πρόταση είναι να αναθέσει η κυβέρνηση σε έναν πολύ καλό πλαστικό χειρούργο να
τροποποιήσει την εµφάνιση ενός καλού ηθοποιού που θα µπορούσε να υιοθετήσει το ρόλο ενός
απολυταρχικού ηγέτη.
ε. ∆εν υπάρχει τρόπος να προβλεφθεί το
ψυχολογικό προφίλ του κλωνοποιηµένου ηγέτη
µε βάση µόνο τη γενετική του ταυτότητα. Ακόµη
και τα µονοωικά δίδυµα δεν έχουν πάντοτε τα
ίδια χαρακτηριστικά συµπεριφοράς.
21.13 Το πείραµα Α έχει ως αποτέλεσµα τη σήµανση ολόκληρου του DNA µε ραδιενέργεια. Η
85
86
Κεφάλαιο 21
κατανοµή της ραδιενέργειας κατά µήκος των πο-
χρωµόσωµα X είτε το αυτόσωµα που φέρει το
λυταινικών χρωµοσωµάτων υποδεικνύει ότι το
Xic. Αν απενεργοποιηθεί το χρωµόσωµα X, το
γονίδιο gfp δε θα εκφραστεί.
γ. Εκφράζεται το γονίδιο Xist του αυτοσώµατος. Εφόσον το κύτταρο εµφανίζει πράσινο
φθορισµό, το χρωµόσωµα X µε το γονίδιο gfp
δεν έχει απενεργοποιηθεί, ενώ το αυτόσωµα που
φέρει το Xic έχει απενεργοποιηθεί. Το γονίδιο
Xist του αυτοσώµατος µεταγράφεται και το RNA
του καλύπτει το αυτόσωµα, µε αποτέλεσµα να
πυροδοτείται η µεθυλίωση της ιστόνης H3. Το
γεγονός αυτό προκαλεί την έναρξη της αναδιαµόρφωσης της δοµής της χρωµατίνης και την
αποσιώπηση των γονιδίων του αυτοσώµατος το
οποίο φέρει το Xic.
21.18 α. Η αναλογία X:A ανιχνεύεται µέσω των
αλληλεπιδράσεων που λαµβάνουν χώρα µεταξύ
των πρωτεϊνικών προϊόντων τριών γονιδίων του
αριθµητή που συνδέονται µε το X (sis-a, sis-b,
sis-c) και ενός αυτοσωµικού γονιδίου του παρονοµαστή (dpn). Τα προϊόντα των γονιδίων του
αριθµητή µπορούν να σχηµατίσουν είτε οµοδιµερή είτε ετεροδιµερή µε το προϊόν του γονιδίου
του παρονοµαστή. Όταν ο λόγος X:A είναι 2:2,
υπάρχει πλεόνασµα προϊόντων γονιδίων του
αριθµητή, µε αποτέλεσµα το σχηµατισµό πολλών
οµοδιµερών. Τα οµοδιµερή λειτουργούν ως µεταγραφικοί παράγοντες για την ενεργοποίηση της
µεταγραφής του Sxl από τον PE. Όταν ο λόγος
X:A είναι 1:2, οι περισσότερες υποµονάδες του
αριθµητή συναντώνται σε ετεροδιµερή, µε αποτέλεσµα να µην ενεργοποιείται η µεταγραφή του
Sxl. Εποµένως, η ενεργοποίηση του Sxl µέσω
του PE από τα οµοδιµερή εξυπηρετεί την ανίχνευση του λόγου X:A και οδηγεί σε πρώιµη σύνθεση της πρωτεΐνης SXL που είναι ειδική για το
φυλοκαθορισµό.
β. Η µεταγραφή µέσω του PE είναι απαραίτητη για την παραγωγή πρώιµης λειτουργικής
πρωτεΐνης SXL σε µύγες µε λόγο X:A ίσο µε 2:2.
Η σύνθεση αυτή δεν πραγµατοποιείται σε άτοµα
DNA αποτελεί κύριο συστατικό στοιχείο τους. Η
οµοιόµορφη κατανοµή της σήµανσης αποδεικνύει ότι ολόκληρο το χρωµόσωµα έχει διπλασιαστεί. Το αποτέλεσµα αυτό στηρίζει την άποψη
ότι η διαφορά που παρατηρείται ανάµεσα στις
ζώνες και στις διαζωνικές περιοχές είναι αποτέλεσµα διαφορετικού τύπου συµπύκνωσης και όχι
διαφορικού πολλαπλασιασµού του DNA. Το πείραµα Β έχει ως αποτέλεσµα τη ραδιενεργή σήµανση µορίων RNA. Το γεγονός ότι η σήµανση
εντοπίζεται αρχικά στις διογκώσεις υποδεικνύει
ότι αυτές αποτελούν θέσεις µεταγραφικής δραστηριότητας στις οποίες εντοπίζονται µόρια των
οποίων η σύνθεση βρίσκεται σε εξέλιξη. Η µετέπειτα εµφάνιση της σήµανσης στο κυτταρόπλασµα υποδεικνύει τη µετατόπιση µορίων RNA που
έχουν υποστεί επεξεργασία στο κυτταρόπλασµα
όπου θα µεταφραστούν. Το πείραµα Γ παρέχει
επιπλέον στοιχεία που στηρίζουν την υπόθεση
ότι η µεταγραφική δραστηριότητα συνδέεται µε
τις διογκώσεις. Η καταστολή της µεταγραφής
του RNA από την ακτινοµυκίνη D παρεµποδίζει
την εµφάνιση ραδιενεργής σήµανσης στις διογκώσεις, γεγονός που αποδεικνύει ότι η ενσωµάτωση της 3H-ουριδίνης σε RNA στις διογκωµένες
περιοχές είναι αποτέλεσµα µεταγραφικής δραστηριότητας. Το γεγονός ότι οι διογκώσεις είναι
πολύ µικρότερες δείχνει ότι για τα γονίδια µιας
συγκεκριµένης περιοχής του χρωµοσώµατος η
διαδικασία της διόγκωσης συνδέεται µε την
έναρξη της µεταγραφικής δραστηριότητας.
21.17 α. Όλα τα κύτταρα θα πρέπει να φθορίζουν,
εφόσον ο υποκινητής καθοδηγεί την έκφραση
του gfp ιδιοστατικά.
β. Περίπου τα µισά κύτταρα θα εµφανίσουν πράσινο φθορισµό. Αν υπάρχουν περισσότερα από ένα Xic, τότε θα συµβεί απενεργοποίηση του X σε ένα από τα χρωµοσώµατα που φέρουν Xic. Θα απενεργοποιηθεί τυχαία είτε το
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
µε λόγο X:A ίσο µε 1:2 και έτσι αυτές οι µύγες δε
σενικό άτοµο. Εποµένως, οι µύγες µε λόγο X:A
θα επηρεαστούν και θα διαφοροποιηθούν σε αρ-
ίσο µε 2:2 θα είναι αρσενικά άτοµα.
σενικά άτοµα. Στα άτοµα µε λόγο X:A ίσο µε 2:2,
δ. Οι µύγες από τις οποίες απουσιάζει λει-
η SXL προκαλεί την έναρξη ενός καταρράκτη
τουργικό προϊόν του dsx δε θα παράγουν ούτε
εναλλακτικών µατισµάτων των mRNA των Sxl, tra
την ισοµορφή DSX-Μ, η οποία καταστέλλει τη
και dsx που έχει ως αποτέλεσµα τη διαφοροποίη-
γονιδιακή έκφραση που είναι ειδική για θηλυκά
ση προς θηλυκό άτοµο. Αν δε γίνει µεταγραφή
άτοµα, ούτε την ισοµορφή DSX-F, η οποία κατα-
µέσω του PE, δεν παράγεται πρώιµη λειτουργική
πρωτεΐνη SXL οπότε δε θα πραγµατοποιηθεί µια
στέλλει τη γονιδιακή έκφραση που είναι ειδική
σειρά φυλοειδικών µατισµάτων στα pre-mRNA
καταστολή ούτε της ειδικής για τα αρσενικά ούτε
των Sxl, tra και dsx. Θεωρητικά, αυτή η διαδικασία
της ειδικής για τα θηλυκά άτοµα γονιδιακής έκ-
θα έχει ως αποτέλεσµα τη διαφοροποίηση των
φρασης, µε αποτέλεσµα να συνεχιστούν και τα
ατόµων µε λόγο X:A ίσο µε 2:2 σε αρσενικά άτο-
δύο µονοπάτια διαφοροποίησης.
µα. Ωστόσο, η SXL παρεµποδίζει και τη µετάφρα-
21.21 Προϋπάρχοντα µητρικά mRNA που έχουν
ση των µεταγράφων msl-2, ώστε στα άτοµα αυτά
πακεταριστεί και αποθηκευτεί στο ωοκύτταρο
να µην πραγµατοποιηθεί η αντιστάθµιση γονιδια-
στρατολογούνται στα πολυσώµατα, καθώς µετά
κής δόσης. Απουσία της SXL, τα µετάγραφα msl-2
τη γονιµοποίηση ξεκινά η ανάπτυξη.
θα µεταφραστούν και θα λάβει χώρα η αντιστάθ-
21.24
µιση γονιδιακής δόσης, οπότε τα γονίδια που εί-
Μετάλλαγµα
ναι συνδεδεµένα µε τα δύο γονίδια X θα εκφρα-
για αρσενικά άτοµα. Εποµένως, δε θα διεξαχθεί
Κατηγορία
a
γονίδιο µεταµερισµού (πολικότητας
µεταµερών)
b
γονίδιο µητρικής επίδρασης (εµπροσθοπίσθια διαβάθµιση συγκέντρωσης)
και των αυτοσωµικών γονιδίων είναι πιθανό να εί-
c
γονίδιο µεταµερισµού (χασµατικό)
ναι θνησιγόνος γι’ αυτές τις µύγες.
d
οµοιωτικό γονίδιο (µετασχηµατίζει
την ταυτότητα του µεταµερούς καθοδηγώντας το σχηµατισµό φτερού αντί
για µάτι)
e
γονίδιο µεταµερισµού (χασµατικό)
στούν µε ρυθµό µεταγραφής διπλάσιο από αυτόν
που παρατηρείται στα αυτοσώµατα. Η µη εξισορρόπηση της δόσης γονιδιακών προϊόντων του X
γ. Στο συγκεκριµένο µετάλλαγµα tra δεν
παράγεται λειτουργική πρωτεΐνη TRA. Εφόσον η
TRA δε συναντάται φυσιολογικά στις µύγες µε
λόγο X:A ίσο µε 1:2, η µεταλλαγή αυτή δε θα
έχει καµία επίδραση σε αυτές τις µύγες, οι οποί-
21.26 Προϋπάρχον mRNA που είχε συντεθεί κα-
ες θα διαφοροποιηθούν φυσιολογικά σε αρσενι-
τά την ωογένεση από τη µητέρα και είχε πακετα-
κά άτοµα. Η TRA συναντάται φυσιολογικά σε
ριστεί στο ωοκύτταρο πριν από τη γονιµοποίηση
άτοµα µε λόγο X:A ίσο µε 2:2, στα οποία λει-
µεταφράζεται µέχρι το στάδιο του γαστριδίου.
τουργεί για να ρυθµίσει το εναλλακτικό µάτισµα
Μετά τη γαστριδίωση όµως, είναι απαραίτητη η
του dsx, ώστε να παραχθεί η DSX-F. Η DSX-F
σύνθεση νέου mRNA για την παραγωγή των απα-
διεκπεραιώνει τη διαφοροποίηση στο θηλυκό κα-
ραίτητων πρωτεϊνών και την πρόοδο της εµβρυϊ-
ταστέλλοντας τη γονιδιακή έκφραση που είναι
κής ανάπτυξης.
ειδική για αρσενικά άτοµα. Απουσία της TRA, θα
παραχθεί µόνο DSX-M, η οποία καταστέλλει τη
Κεφάλαιο 22 Γενετική του καρκίνου
γονιδιακή έκφραση που είναι ειδική για τα θηλυ-
22.5 Αν ο FeSV είχε πράγµατι συµβάλει στο σάρ-
κά άτοµα και προάγει τη διαφοροποίηση σε αρ-
κωµα της γάτας, τότε ο ιός αυτός θα έπρεπε να
87
88
Κεφάλαιο 22
εντοπίζεται στους νεοπλασµατικούς ιστούς (µυ
µη υποδοχείς, υποδοχείς που δεν έχουν ενεργό-
και µυελό των οστών). Τα αποτελέσµατα της ανά-
τητα πρωτεϊνικής κινάσης, συνδεδεµένες µε τη
λυσης κατά Southern επιβεβαιώνουν την εµπλοκή
µεµβράνη πρωτεΐνες που δεσµεύουν GTP, κυτ-
του FeSV σε αυτή την περίπτωση καρκινογένε-
ταροπλασµατικούς ρυθµιστές που συµµετέχουν
σης. Ο ανιχνευτής από το cDNA του fes υβριδο-
στην ενδοκυτταρική σηµατοδότηση και πυρηνι-
ποιήθηκε µε ένα τµήµα µεγέθους 1,2 kb στις δια-
κούς µεταγραφικούς παράγοντες. Όλα αυτά τα
δροµές µε DNA από το µυϊκό ιστό και από το
γονιδιακά προϊόντα δρουν σε διακυτταρικά και
µυελό των οστών, καθώς και στη διαδροµή ελέγ-
ενδοκυτταρικά µονοπάτια τα οποία ρυθµίζουν
χου µε το cDNA του FeSV. Η διαφορά µεγέθους
την κυτταρική διαίρεση και διαφοροποίηση.
ανάµεσα στο εντοπιζόµενο τµήµα 1,2 kb και το
β. Υπενθυµίζεται ότι οι µεταλλαγές που
τµήµα του cDNA που χρησιµοποιήθηκε ως ανι-
ενεργοποιούν ένα πρωτο-ογκογονίδιο το µετα-
χνευτής (1,0 kb), το οποίο προέκυψε µετά από
τρέπουν σε ογκογονίδιο. Καθώς οι µεταλλαγές
πέψη του πρωτο-ογκογονιδίου fes µε το ένζυµο
που περιγράφονται στις περιπτώσεις (i), (iii) και
HindIII, οφείλεται στη διαφορετική προέλευσή
τους. Το πρωτο-ογκογονίδιο fes βρίσκεται φυσιολογικά στα κύτταρα της γάτας, ενώ το ογκογονίδιο fes του FeSV βρίσκεται σε ένα ρετροϊό. Το
µέγεθος του τµήµατος στο ρετροϊό ίσως να αντικατοπτρίζει µια πολυµορφική θέση Hin dIII και/ή
µια γονιδιακή αναδιάταξη. Το πρωτο-ογκογονίδιο
fes είναι αναµενόµενο να εντοπίζεται σε όλους
τους ιστούς της γάτας. Το τµήµα DNA µεγέθους
3,4 kb βρίσκεται σε όλους τους ιστούς της γάτας
και γι’ αυτό είναι πιθανό να αντιστοιχεί στη γονιδιωµατική αλληλουχία του γονιδιακού τόπου του
fes. Το γονιδιωµατικό τµήµα στην περίπτωση αυτή είναι µεγαλύτερο, πιθανώς λόγω της ύπαρξης
ιντρονίων (συνολικού µεγέθους 2,4 kb) τα οποία
δεν περιέχουν θέση Hin dIII.
22.6 Η µεγάλη συντηρητικότητα των πρωτοογκογονιδίων αποτελεί ένδειξη ότι συµµετέχουν
σε ζωτικές, συντηρηµένες, φυσιολογικές κυτταρικές διαδικασίες. Με δεδοµένη τη σχέση µεταξύ
ογκογονιδίων και πρωτο-ογκογονιδίων, µπορεί
επίσης να εξαχθεί το συµπέρασµα ότι ο καρκίνος
αναπτύσσεται όταν αυτές οι διαδικασίες δε ρυθµίζονται όπως πρέπει.
22.7 α. Τα πρωτο-ογκογονίδια κωδικοποιούν µια
ετερογενή οµάδα γονιδιακών προϊόντων που περιλαµβάνουν αυξητικούς παράγοντες, πρωτεϊνικές κινάσες-υποδοχείς και πρωτεϊνικές κινάσες-
(viii) προκαλούν µείωση της γονιδιακής έκφρασης, είναι απίθανο να οδηγούν στο σχηµατισµό
ενός ογκογονιδίου. Αφού τα (ii) και (vii) µπορεί
να ενεργοποιήσουν τη γονιδιακή έκφραση, θα
µπορούσαν να προκαλέσουν το σχηµατισµό
όγκου. Για τις µεταλλαγές (iv), (v) και (vi) δεν
µπορεί να γίνουν προβλέψεις. Η απαλοιφή µιας
3΄ θέσης µατίσµατος θα επέφερε αλλαγές στο
ώριµο mRNA και πιθανώς στην παραγόµενη πρωτεΐνη, και θα µπορούσε να επηρεάσει ή να µην
επηρεάσει τη λειτουργία και τη ρύθµιση της πρωτεΐνης. Οµοίως, είναι δύσκολο να προβλεφθεί το
αποτέλεσµα µιας µη ειδικής σηµειακής µεταλλαγής ή ενός πρώιµου κωδικονίου τερµατισµού. Στο
κεφάλαιο αυτό αναφέρθηκαν παραδείγµατα στα
οποία αυτοί οι τύποι µεταλλαγών προκαλούν την
ενεργοποίηση ενός πρωτο-ογκογονιδίου, διαδικασία η οποία οδηγεί στο σχηµατισµό ενός ογκογονιδίου.
22.8 α. Η αυξηµένη µεταγραφή θα δηµιουργήσει
υψηλότερα επίπεδα του αυξητικού παράγοντα, ο
οποίος στη συνέχεια θα διεγείρει τον κυτταρικό
πολλαπλασιασµό.
β. Η συνεχής λειτουργία µιας κινάσης τυροσίνης-µη υποδοχέα θα µπορούσε να οδηγήσει σε
ανώµαλη, ανεξέλεγκτη φωσφορυλίωση και ενεργοποίηση πολλών διαφορετικών πρωτεϊνών (συµπεριλαµβανοµένων υποδοχέων αυξητικών πα-
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
ραγόντων), οι οποίες συµµετέχουν σε σηµατοδο-
την ενσωµάτωση του προϊικού DNA σε γειτονική
τικούς καταρράκτες ρύθµισης της κυτταρικής αύ-
περιοχή. Το ογκογονίδιο µπορεί, µε διάφορους
ξησης και διαφοροποίησης.
µηχανισµούς που περιγράφονται στο κείµενο, να
γ. Το ερώτηµα µπορεί να απαντηθεί καλύ-
προκαλέσει ανώµαλο κυτταρικό πολλαπλασια-
τερα χρησιµοποιώντας το παράδειγµα του αυξη-
σµό. Η έκφραση ενός πρωτο-ογκογονιδίου, η
τικού παράγοντα EGF. Όταν ο EGF προσδένεται
οποία φυσιολογικά ρυθµίζεται αυστηρά κατά τη
στο µεµβρανικό υποδοχέα του, διεγείρει την αυ-
διάρκεια της ανάπτυξης και διαφοροποίησης,
τοφωσφορυλίωσή του, γεγονός που επιτρέπει
µπορεί να τροποποιηθεί αν αυτό βρεθεί υπό τον
στην Grb2 να συνδεθεί και να προσελκύσει τη
έλεγχο του υποκινητή και του ενισχυτή της πε-
SOS. Η SOS αποµακρύνει το GDP από τη Ras,
ριοχής LTR του ρετροϊού.
µια συνδεδεµένη µε τη µεµβράνη πρωτεΐνη G,
Οι ογκογόνοι ιοί DNA δε φέρουν ογκογονί-
ώστε να µπορεί να δεσµεύει GTP. Το σύµπλοκο
δια. Προκαλούν κυτταρικό µετασχηµατισµό λόγω
GTP-Ras προσελκύει και ενεργοποιεί τη Raf-1,
της δράσης ενός ή περισσότερων γονιδίων του
προκειµένου να ξεκινήσει ο σηµατοδοτικός κα-
γονιδιώµατός τους. Σε σπάνιες περιπτώσεις, για
ταρράκτης των κινασών ΜΑΡ. Ακολούθως, αυτός
παράδειγµα, ο ιός DNA µπορεί να ενσωµατωθεί
ο καταρράκτης σηµατοδότησης ενεργοποιεί µε-
στο γονιδίωµα του ξενιστή και η αντιγραφή του
ταγραφικούς παράγοντες όπως ο Elk-1, ώστε να
DNA του κυττάρου-ξενιστή είναι δυνατόν να διε-
γίνει επαγωγή της µεταγραφής συγκεκριµένων
γείρεται από µια ιική πρωτεΐνη που ενεργοποιεί
γονιδίων που εµπλέκονται στον κυτταρικό κύκλο.
την αντιγραφή του ιικού DNA. Κάτι τέτοιο θα
Κατά συνέπεια, αν αυτή η συνδεδεµένη µε τη
µπορούσε να προκαλέσει τη µετάβαση του κυτ-
µεµβράνη πρωτεΐνη G δεν ήταν ικανή να υδρολύσει GTP, θα ήταν συνεχώς στην ενεργή µορφή
τάρου από τη φάση G0 στη φάση S του κυτταρικού κύκλου.
και θα προκαλούσε συνεχώς την έκφραση γονι-
Τόσο στην περίπτωση των µεταγωγών ιών
δίων που χρειάζονται για την προώθηση του κυτ-
όσο και στην περίπτωση των ογκογόνων ιών
ταρικού κύκλου.
DNA, η µη φυσιολογική έκφραση ρυθµιστικών
22.12 Μπορούµε να υποθέσουµε ότι το προϊικό
πρωτεϊνών προκαλεί τη µετάβαση του κυττάρου
DNA ενσωµατώθηκε κοντά στο πρωτο-ογκογονίδιο και έτσι η έκφραση του πρωτο-ογκογονιδίου
από τη φάση G0 στη φάση S και πυροδοτεί τον
κυτταρικό πολλαπλασιασµό.
περιήλθε στον έλεγχο των αλληλουχιών του υπο-
22.14 Αρχικά, θα πρέπει να προκαλέσουµε τη
κινητή και του ενισχυτή που βρίσκονται στην πε-
συγχώνευση των κυττάρων για τη δηµιουργία
ριοχή LTR του ρετροϊού. Αυτή η υπόθεση θα µπο-
υβριδίων. Στη συνέχεια, θα πρέπει να ελέγξουµε
ρούσε να διερευνηθεί µε ανάλυση κατά Southern
τα υβρίδια που προκύπτουν ως προς την ικανότη-
ολόκληρου του γονιδιώµατος, προκειµένου να
τά τους να προκαλούν ογκογένεση. Στην περί-
προσδιοριστεί αν η οργάνωση των αλληλουχιών
πτωση που η ανεξέλεγκτη ανάπτυξη της καρκινι-
του γονιδιωµατικού DNA κοντά στο πρωτο-ογκο-
κής κυτταρικής σειράς οφείλεται σε µεταλλαγές
γονίδιο έχει υποστεί τροποποιήσεις.
στα αλληλόµορφα ενός ογκοκατασταλτικού γο-
22.13 Η επαγωγή της ανάπτυξης ενός όγκου από
νιδίου, τότε τα λειτουργικά αλληλόµορφα που
ρετροϊούς που προκαλούν µετασχηµατισµό κυτ-
υπάρχουν στη φυσιολογική κυτταρική σειρά θα
τάρων προκύπτει είτε από τη δράση ενός ιικού
«διασώσουν» την καρκινική κυτταρική σειρά και
ογκογονιδίου είτε από την ενεργοποίηση ενός
θα επαναφέρουν το φυσιολογικό φαινότυπο. Η
πρωτο-ογκογονιδίου η οποία προκαλείται από
υβριδική σειρά θα αναπτυσσόταν φυσιολογικά
89
90
Κεφάλαιο 22
και δε θα είχε ικανότητα να σχηµατίσει κάποιον
και BRCA2 υπόσχεται να προσφέρει πολύ σηµα-
όγκο. Στην περίπτωση που η ανεξέλεγκτη αύξη-
ντικές πληροφορίες όσον αφορά τον καρκίνο του
ση της καρκινικής κυτταρικής σειράς οφειλόταν
µαστού και των ωοθηκών.
σε κάποιο ογκογονίδιο, αυτό θα ήταν παρόν και
β. Η γενετική προδιάθεση για καρκίνο
στην υβριδική σειρά. Η υβριδική σειρά θα αυξα-
οφείλεται στην παρουσία µιας κληρονοµήσιµης
νόταν ανεξέλεγκτα και θα οδηγούσε σε σχηµατι-
µεταλλαγής η οποία, µαζί µε επιπλέον σωµατικές
σµό όγκου.
µεταλλαγές κατά τη διάρκεια της ζωής του ατό-
22.15 Η κληρονοµική µορφή ενός καρκίνου, αλ-
µου, µπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη καρκί-
λά όχι και η σποραδική, σχετίζεται µε την κληρο-
νου. Σε µορφές καρκίνου όπως το ρετινοβλάστω-
νόµηση µιας µεταλλαγής σε ένα ογκοκατασταλ-
µα, η γενετική προδιάθεση έχει συσχετιστεί µε
τικό γονίδιο µέσω της αναπαραγωγικής σειράς.
την κληρονόµηση ενός υποτελούς αλληλοµόρ-
Συνεπώς, ο κληρονοµικός καρκίνος προσβάλλει
φου του ογκοκατασταλτικού γονιδίου RB. Το ρε-
οικογένειες. Για ορισµένους τύπους καρκίνου,
τινοβλάστωµα εκδηλώνεται σε άτοµα µε γονότυ-
υπάρχουν τόσο κληρονοµικές όσο και σποραδι-
πο RB/rb όταν το µοναδικό φυσιολογικό αλληλό-
κές µορφές, µε την κληρονοµική µορφή να είναι
µορφο µεταλλάσσεται σε κάποια σωµατικά κύτ-
σχετικά πολύ πιο σπάνια. Για παράδειγµα, το ρε-
ταρα του αµφιβληστροειδούς χιτώνα του οφθαλ-
τινοβλάστωµα παρατηρείται όταν αδρανοποιού-
µού και δεν παράγεται πλέον λειτουργική πρω-
νται και τα δύο φυσιολογικά αλληλόµορφα του
τεΐνη pRB. Επειδή είναι πολύ πιθανό να συµβεί
ογκοκατασταλτικού γονιδίου RB. Στο κληρονοµι-
µια τέτοια σωµατική µεταλλαγή, η νόσος εµφανί-
κό ρετινοβλάστωµα, ένα µεταλλαγµένο, αδρα-
ζεται στα γενεαλογικά δέντρα ως επικρατής.
νές αλληλόµορφο µεταβιβάζεται µέσω της γα-
Παρόλο που έχουµε κατανοήσει σε σηµαντι-
µετικής σειράς. Το ρετινοβλάστωµα αναπτύσσε-
κό βαθµό τη γενετική βάση του καρκίνου και τις
ται από κύτταρα ενός ετεροζυγώτη µε γονότυπο
γενετικές ανωµαλίες που εντοπίζονται στα σω-
RB/rb όταν συµβεί µία επιπλέον σωµατική µεταλλαγή. Κατά τη σποραδική µορφή της νόσου,
το ρετινοβλάστωµα εµφανίζεται όταν και τα δύο
αλληλόµορφα αδρανοποιούνται σε σωµατικά κύτταρα.
22.18 α. Η µελέτη των κληρονοµικών µορφών
καρκίνου βοήθησε στην κατανόηση των βασικών
κυτταρικών διαδικασιών που ενοχοποιούνται και
στις περιπτώσεις σποραδικού καρκίνου. Για παράδειγµα, από την ανάλυση των γονιδίων που
ευθύνονται για τις κληρονοµικές µορφές του
καρκίνου του παχέος εντέρου προέκυψαν ουσιώδεις πληροφορίες που αφορούν το σηµαντικό ρόλο της επιδιόρθωσης του DNA στον καρκίνο και
τη σχέση µεταξύ του ελέγχου του κυτταρικού
κύκλου και της επιδιόρθωσης του DNA. Στην περίπτωση του καρκίνου του µαστού, η µελέτη της
φυσιολογικής λειτουργίας των γονιδίων BRCA1
µατικά καρκινικά κύτταρα, υπάρχουν επίσης σηµαντικοί περιβαλλοντικοί παράγοντες κινδύνου
που αφορούν πολλούς τύπους καρκίνου. Οι περιβαλλοντικοί παράγοντες κινδύνου θα πρέπει να
διερευνώνται σε βάθος κατά την αξιολόγηση
ενός γενεαλογικού δέντρου σχετικά µε τη γενετική προδιάθεση για καρκίνο.
22.22 Απόπτωση ονοµάζεται ο προγραµµατισµένος κυτταρικός θάνατος ή κυτταρική αυτοκτονία.
Η απόπτωση πυροδοτείται στα κύτταρα που
έχουν υποστεί σηµαντικά επίπεδα βλάβης στο
DNA τους και γι’ αυτό διατρέχουν µεγαλύτερο
κίνδυνο να µεταµορφωθούν σε νεοπλασµατικά.
Κατά την ανάπτυξη ορισµένων ιστών στους πολυκύτταρους οργανισµούς, ο κυτταρικός θάνατος µέσω απόπτωσης είναι µια φυσιολογική διαδικασία. Η απόπτωση ρυθµίζεται από διάφορες
πρωτεΐνες, στις οποίες περιλαµβάνεται και η p53.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
Σε κύτταρα µε υψηλά επίπεδα βλάβης στο DNA,
αιτία για τη δηµιουργία του όγκου ή η πρώτη από
η p53 συσσωρεύεται και δρα ως µεταγραφικός
τις πολλές µεταλλαγές που χρειάζονται για τη
παράγοντας, ενεργοποιώντας τη µεταγραφή γο-
δηµιουργία του καρκίνου.
νιδίων επιδιόρθωσης του DNA και του γονιδίου
β. Μια χιµαιρική πρωτεΐνη είναι δυνατόν να
WAF1. Το προϊόν του WAF1, η πρωτεΐνη p21,
αναγκάζει τα κύτταρα να παραµείνουν στη φάση
G1. Στην περίπτωση που τα επίπεδα βλάβης του
DNA είναι πολύ υψηλά, η p53 δεν επάγει τα γονίδια επιδιόρθωσης του DNA και το WAF1, αλλά
ενεργοποιεί το γονίδιο BAX, του οποίου το προϊόν παρεµποδίζει την πρωτεΐνη BCL-2 να καταστείλει το µονοπάτι της απόπτωσης. Παρεµποδίζοντας τη λειτουργία της BCL-2, ενεργοποιείται
το µονοπάτι της απόπτωσης.
22.25 Οι όγκοι προκαλούνται από πολλαπλές µεταλλαγές που συνήθως προκαλούν τόσο την ενεργοποίηση ογκογονιδίων όσο και την αδρανοποίηση
ογκοκατασταλτικών γονιδίων. Η ανάλυση της κληρονοµικής αδενωµατώδους πολυποδίασης, µιας
κληρονοµικής µορφής καρκίνου του εντέρου, έδειξε ότι τα περισσότερο διαφοροποιηµένα κύτταρα
των καλοήθων όγκων που βρίσκονται στα πρώτα
στάδια συσχετίζονται µε µικρότερο αριθµό µεταλλαγών. Από την άλλη, τα λιγότερο διαφοροποιηµένα κύτταρα στους κακοήθεις και µεταστατικούς
όγκους συσχετίζονται µε περισσότερες µεταλλαγές. Αν και ο µηχανισµός που προκαλεί τη συσσώρευση των µεταλλαγών µπορεί να διαφέρει από
όγκο σε όγκο, ο αυξανόµενος αριθµός µεταλλαγών που ενεργοποιούν ογκογονίδια και αδρανοποιούν ογκοκατασταλτικά γονίδια γενικά οδηγεί
στον αποσυντονισµό και στην κατάρρευση των
διαφόρων µηχανισµών που ρυθµίζουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασµό και διαφοροποίηση.
22.26 α. Το γεγονός ότι ορισµένες µεταθέσεις είναι η µοναδική κυτταρογενετική ανωµαλία που
παρατηρείται σε συγκεκριµένους τύπους καρκίνου σηµαίνει ότι η συγκεκριµένη κυτταρογενετική ανωµαλία είναι πιθανό να έχει καθοριστική
σηµασία κατά την ογκογένεση. Αυτό δε σηµαίνει
ότι η ανωµαλία αυτή είναι οπωσδήποτε η κύρια
έχει διαφορετικές λειτουργικές ιδιότητες σε σχέση µε τις πρωτεΐνες από τις οποίες προέκυψε. Αν
οδηγεί στην ενεργοποίηση ενός πρωτο-ογκογονιδίου δηµιουργώντας µια πρωτεΐνη που έχει ογκογόνες ιδιότητες ή αν οδηγεί στην αδρανοποίηση
του προϊόντος ενός ογκοκατασταλτικού γονιδίου,
θα µπορούσε να διαδραµατίζει καθοριστικό ρόλο
στη διαδικασία σχηµατισµού του όγκου.
γ. Πριν εξαχθούν συµπεράσµατα σχετικά
µε το αν αυτές οι χρωµοσωµικές ανωµαλίες καταστέλλουν τη λειτουργία ογκοκατασταλτικών
γονιδίων ή προκαλούν την ενεργοποίηση πρωτοογκογονιδίων, είναι απαραίτητο να υπάρχουν
επιπρόσθετες µοριακές πληροφορίες σχετικά µε
τα αποτελέσµατα των χρωµοσωµικών θραύσεων
σε συγκεκριµένα µετάγραφα. Η ανακάλυψη ότι
οι χρωµοσωµικές θραύσεις οδηγούν σε απώλεια
της γονιδιακής µεταγραφής ή σε µετάγραφα που
κωδικοποιούν µη λειτουργικά προϊόντα θα υποστήριζε την υπόθεση ότι η µετάθεση αδρανοποίησε ένα ογκοκατασταλτικό γονίδιο. Η ανακάλυψη ότι τα σηµεία θραύσης της µετάθεσης οδηγούν σε ενεργοποίηση της γονιδιακής µεταγραφής ή στην παραγωγή µιας δραστικής χιµαιρικής
πρωτεΐνης θα υποστήριζε την υπόθεση ότι από
τη µετάθεση ενεργοποιήθηκε ένα πρωτο-ογκογονίδιο που ήταν πριν αδρανές.
δ. Μια υπόθεση είναι ότι οι διάφορες χιµαιρικές πρωτεΐνες που προκύπτουν από διαφορετικές µεταθέσεις στις οποίες εµπλέκεται το γονίδιο EWS προκαλούν, µε κάποιον τρόπο, την
ενεργοποίηση της µεταγραφής διαφορετικών
πρωτο-ογκογονιδίων και αυτό οδηγεί στα διαφορετικά σαρκώµατα που παρατηρούνται. (Τα σαρκώµατα είναι τύποι καρκίνου που εντοπίζονται σε
ιστούς όπως οι µύες, τα οστά, τα αιµοφόρα αγγεία και ο λιπώδης ιστός.)
91
92
Κεφάλαιο 23
ε. Αν τα σηµεία θραύσης είναι συντηρηµένα
κυτταρικών ενζύµων. Αυτά τα προϊόντα ονοµάζο-
σε έναν τύπο όγκου, µπορούν να αναπτυχθούν
νται τελικά καρκινογόνα και έχουν επίσης την
µοριακές διαγνωστικές µέθοδοι για τη γρήγορη
ικανότητα να συνδέονται στο DNA και να δρουν
ταυτοποίηση των σηµείων θραύσης, οι οποίες βα-
ως µεταλλαξιγόνα.
σίζονται στην ανάλυση του γενετικού υλικού από
µια βιοψία ιστού. Για παράδειγµα, αν έχουν κλω-
Κεφάλαιο 23 Μη µεντελική κληρονοµικότητα
νοποιηθεί τα γονίδια που βρίσκονται στα σηµεία
23.1 α. Σύµφωνα µε τη θεωρία της ενδοσυµβίω-
της θραύσης, µπορούν να χρησιµοποιηθούν µέθο-
σης, τα αρχέγονα ευκαρυωτικά κύτταρα ήταν
δοι PCR για να διερευνηθεί αν το γονίδιο έχει πα-
αναερόβιοι οργανισµοί που δε διέθεταν µιτοχόν-
ραµείνει ανέπαφο ή αν έχει διακοπεί. Μπορούν
δρια και χλωροπλάστες. ∆ηµιούργησαν συµβιωτι-
να σχεδιαστούν εκκινητές προκειµένου να ενισχυ-
κές σχέσεις µε ένα πορφυρό µη θειώδες φωτο-
θούν διαφορετικά τµήµατα του φυσιολογικού γονι-
συνθετικό βακτήριο του οποίου οι δραστηριότη-
δίου. Ακολούθως, µε αυτούς τους εκκινητές µπο-
τες της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης ήταν ωφέ-
ρούν να πραγµατοποιηθούν αντιδράσεις PCR χρη-
λιµες γι’ αυτά. Καθώς αυξήθηκε το ατµοσφαιρικό
σιµοποιώντας ως µήτρα είτε φυσιολογικό DNA
οξυγόνο λόγω της φωτοσυνθετικής δραστηριότη-
ελέγχου (από υγιείς ιστούς) είτε DNA από κύττα-
τας, η φωτοσυνθετική ικανότητα του βακτηρίου
ρα του όγκου (από το υλικό της βιοψίας), ώστε να
δεν ήταν πλέον απαραίτητη και χάθηκε. Με το πέ-
διαπιστωθεί αν όλα τα τµήµατα ενός γονιδίου εί-
ρασµα του χρόνου, το ευκαρυωτικό κύτταρο άρχι-
ναι ανέπαφα (οπότε θα παράγεται προϊόν PCR µε
σε να εξαρτάται από το ενδοκυτταρικό βακτήριο
το προβλεπόµενο φυσιολογικό µέγεθος) ή αν κά-
για την επιβίωσή του και το βακτήριο εξελίχθηκε
ποιο από αυτά έχει διακοπεί (οπότε δε θα προκύ-
σε µιτοχόνδριο. Οι χλωροπλάστες δηµιουργήθη-
πτει κανένα προϊόν PCR, γιατί η αλληλουχία του
καν από µια παρόµοια συµβιωτική σχέση, όταν
γονιδίου θα έχει διακοπεί).
ένα φωτοσυνθετικό κυανοβακτήριο που παρήγα-
Τέτοιου είδους µοριακές αναλύσεις θα µπο-
γε οξυγόνο εισήχθη σε ευκαρυωτικά κύτταρα.
ρούσαν να παρέχουν γρήγορη και ακριβή διά-
β. Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης των µιτοχον-
γνωση του όγκου. Αν οι διάφοροι τύποι όγκων
δρίων και των χλωροπλαστών, κάποια από τα προ-
αποκρίνονται µε διαφορετικό τρόπο σε µεθόδους
γονικά τους γονίδια µεταφέρθηκαν στο πυρηνικό
θεραπευτικής παρέµβασης, τότε η άµεση και κα-
γονιδίωµα. Χωρίς αυτά τα γονίδια δεν µπορούσαν
τηγορηµατική διάγνωση ενός συγκεκριµένου τύ-
πλέον να επιβιώσουν ως ανεξάρτητοι οργανισµοί.
που όγκου θα επέτρεπε τον έγκαιρο καθορισµό
γ. Η φωτοσυνθετική δραστηριότητα οδήγησε
της καταλληλότερης θεραπευτικής αγωγής. Επι-
σε αύξηση του ατµοσφαιρικού O2, µε αποτέλεσµα
πρόσθετα, η κατανόηση της φυσιολογικής λει-
η φωτοσυνθετική δραστηριότητα που παρείχε το
τουργίας των γονιδιακών προϊόντων που προέρ-
πορφυρό µη θειώδες φωτοσυνθετικό βακτήριο να
χονται από γονίδια που εµπλέκονται στο σχηµα-
µην είναι πλέον απαραίτητη και να χαθεί.
τισµό αυτών των καρκίνων θα επέτρεπε την ανά-
δ. Όπως πολλά βακτηριακά γονιδιώµατα, τα
πτυξη θεραπειών ειδικών για τα σαρκώµατα.
περισσότερα µιτοχονδριακά και όλα τα χλωρο-
22.28 Τα άµεσα καρκινογόνα είναι χηµικές ενώ-
πλαστικά γονιδιώµατα είναι κυκλικά. Όπως τα
σεις που συνδέονται στο DNA και δρουν ως µε-
βακτηριακά γονιδιώµατα, όλα τα µιτοχονδριακά
ταλλαξιγόνα. Τα προκαρκινογόνα είναι χηµικές
και χλωροπλαστικά γονιδιώµατα είναι υπερελι-
ενώσεις που πρέπει να µετατραπούν σε ενεργά
κωµένα, δε φέρουν ιστόνες και εντοπίζονται στα
καρκινογόνα µέσω της δράσης φυσιολογικών
πυρηνοειδή. Η µετάφραση στα µιτοχόνδρια και
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
στους χλωροπλάστες δεν είναι πανοµοιότυπη µε
και να προσδιορίσετε την οµοιότητα της αλλη-
τη µετάφραση των προκαρυωτών. Ωστόσο, κά-
λουχίας του µε το µιτοχονδριακό DNA άλλων ζυ-
ποια χαρακτηριστικά της θυµίζουν τη µετάφραση
µοµυκήτων.
των προκαρυωτών. Τα ριβοσώµατα είναι 70S µε
23.6 Η µεταγραφή στα µιτοχόνδρια των ζώων
υποµονάδες 50S και 30S, η υποµονάδα 30S δια-
έχει πολλές διαφορές από τη µεταγραφή στον
θέτει 16S rRNA και η µετάφραση καταστέλλεται
πυρήνα και στα βακτήρια, από την άποψη ότι κάθε
από αναστολείς της βακτηριακής ριβοσωµικής
αλυσίδα του DNA µεταγράφεται σε ένα µοναδικό
λειτουργίας αλλά όχι της κυτταροπλασµατικής.
µόριο RNA το οποίο υφίσταται επεξεργασία για να
Επίσης, όπως και στους προκαρυώτες, η εναρ-
παραγάγει τα επιµέρους RNA των διαφόρων γονι-
κτήρια µεθειονίνη είναι µια τροποποιηµένη µεθει-
δίων. Μεταξύ των περισσότερων γονιδίων που κω-
ονίνη (η fMet).
δικοποιούν mRNA και rRNA παρεµβάλλονται γονί-
23.4 Το ερώτηµα αυτό µπορεί να προσεγγιστεί µε
δια tRNA. Τα επιµέρους mRNA και rRNA παράγο-
πολλούς τρόπους. Θα µπορούσατε να αποµονώ-
νται όταν οι αλληλουχίες των tRNA αναγνωρίζο-
σετε µιτοχόνδρια και στη συνέχεια να αποµονώ-
νται και αποκόπτονται από ειδικά ένζυµα. Επιπλέ-
σετε το DNA τους. Πραγµατοποιώντας φυγοκέ-
ον, τα µιτοχονδριακά mRNA δε φέρουν κωδικόνια
ντριση σε διαβάθµιση πυκνότητας CsCl, θα µπο-
τερµατισµού αλυσίδας (τελειώνουν σε U ή UA και
ρούσατε να προσδιορίσετε αν αυτό το DNA έχει
το κωδικόνιο τερµατισµού UAA συµπληρώνεται
την ίδια πυκνότητα µε αυτή της δευτερεύουσας
µε την πολυαδενυλίωση). Τέλος, σε αντίθεση µε
µορφής. Θα µπορούσατε επίσης να αποµονώσε-
τα πυρηνικά mRNA, στερούνται καλύπτρας στο
τε τη δευτερεύουσα µορφή και να δείτε το DNA
5΄ άκρο τους και ιντρονίων.
στο ηλεκτρονικό µικροσκόπιο. Αν τα µόρια είναι
23.8 α. Η χρήση αντιβιοτικών που καταστέλλουν
κυκλικά, είναι απίθανο να έχουν πυρηνική προέ-
επιλεκτικά τη µετάφραση είτε των µιτοχονδρια-
λευση. Θα µπορούσατε επιπλέον να καλλιεργή-
κών είτε των κυτταροπλασµατικών ριβοσωµάτων
σετε τη ζύµη παρουσία ενός παρεµβαλλόµενου
έχει δείξει ότι οι υποµονάδες 2, 5 και 6 της οξει-
παράγοντα όπως η ακριδίνη, που προκαλεί επιλε-
δάσης του κυτοχρώµατος συντίθενται σε µιτο-
κτικά απώλεια του µιτοχονδριακού (και όχι του
χονδριακά ριβοσώµατα, ενώ οι υποµονάδες 1, 3,
πυρηνικού) DNA, και να εξετάσετε αν αυτή η κα-
4 και 7 συντίθενται σε κυτταροπλασµατικά ριβο-
τεργασία προκαλεί την εξαφάνιση της δευτερεύ-
σώµατα (βλ. Εικόνα 23.5).
ουσας µορφής. Αν η δευτερεύουσα µορφή εξα-
β. Μπορείτε να συγκρίνετε τη δραστικότητα
φανίζεται, τότε θα πρέπει να προέρχεται από το
της οξειδάσης του κυτοχρώµατος µεταξύ cybid
οργανίδιο. Εναλλακτικά, θα µπορούσατε να απο-
που δηµιουργήθηκαν µε αιµοπετάλια ασθενών
µονώσετε τη δευτερεύουσα µορφή, να τη σηµά-
και cybid που δηµιουργήθηκαν µε αιµοπετάλια
νετε (για παράδειγµα, µε µετάφραση εγκοπής)
από υγιή άτοµα της ίδιας ηλικίας. Κατά τη διεξα-
και να υβριδοποιήσετε το σηµασµένο DNA µε το
γωγή των πειραµάτων αυτών είναι σηµαντικό να
DNA κατάλληλα επεξεργασµένων κυττάρων ζυ-
µετρήσετε τις δραστικότητες αρκετών µιτοχον-
µοµύκητα. Στη συνέχεια, χρησιµοποιώντας ηλε-
δριακών ενζύµων, προκειµένου να βεβαιωθείτε
κτρονικό µικροσκόπιο, θα µπορούσατε να προσ-
ότι η ασθένεια συνδέεται ειδικά µε µειωµένη
διορίσετε αν το σηµασµένο DNA εντοπίζεται
δραστικότητα της οξειδάσης του κυτοχρώµατος.
στον πυρήνα ή στα µιτοχόνδρια. Τέλος, θα µπο-
γ. Όπως συζητήθηκε στην Ενότητα 23.4, τα
ρούσατε να αποµονώσετε το DNA της δευτερεύ-
κύτταρα ατόµων µε ασθένειες που προκαλούνται
ουσας µορφής, να βρείτε την πρωτοδιάταξή του
από ελαττώµατα του µιτοχονδριακού DNA φέρουν
93
94
Κεφάλαιο 23
ένα µείγµα µεταλλαγµένων και φυσιολογικών µι-
δ. Κάθε χλωροπλάστης περιέχει πολλά αντί-
τοχονδρίων, δηλαδή εµφανίζουν ετεροπλασµία.
γραφα του cpDNA. ∆ιαφορετικά είδη διαθέτουν
Κατά τις αναλύσεις των cybid προσδιορίζεται η εν-
διαφορετικό αριθµό αντιγράφων. Σε είδη µε υψηλό
ζυµική δραστικότητα σε έναν πληθυσµό µιτοχον-
αριθµό αντιγράφων (π.χ. στο Chlamydomonas), µια
δρίων. Θα ήταν απίθανο κάθε µιτοχόνδριο ενός
µεταλλαγή σε ένα µόνο αντίγραφο θα ασκούσε
προσβεβληµένου ατόµου να φέρει τη µεταλλαγή.
αµελητέα επίδραση στην ποσότητα της λειτουργι-
23.9 Τα κωδικόνια δεν έχουν όλα το ίδιο νόηµα
κής διφωσφορικής ριβουλόζης του κυττάρου και
στους δύο κώδικες. Στο µιτοχονδριακό κώδικα το
πρακτικά δε θα επηρέαζε το φαινότυπο του φυτού.
φαινόµενο της ταλάντευσης (wobble) είναι πιο
Αν ο αριθµός των αντιγράφων του cpDNA είναι µι-
έντονο και έτσι χρειάζονται λιγότερα tRNA απ’
κρός, είναι πιθανό να επηρεαστεί ο φαινότυπος.
ό,τι στο κυτταρόπλασµα για να αναγνωστούν
Φυτά µε τη µεταλλαγή θα µπορούσαν επίσης να
όλα τα πιθανά ερµηνεύσιµα κωδικόνια. Κατά συ-
διαθέτουν κύτταρα µε διαφορετικούς αριθµούς µε-
νέπεια, χρειάζονται λιγότερα µιτοχονδριακά γο-
ταλλαγµένων µορίων cpDNA και να εµφανίζουν
νίδια tRNA, γεγονός που αποτελεί πλεονέκτηµα.
ποικιλοχρωµία.
23.11 α. Η διφωσφορική ριβουλόζη είναι το πρώ-
23.12 Τα χαρακτηριστικά που δε µεταβιβάζονται
το ένζυµο που χρησιµοποιείται στο µονοπάτι της
µεντελικά εµφανίζουν γενικά µονογονική κληρο-
δέσµευσης του διοξειδίου του άνθρακα κατά τη
νοµικότητα (δηλαδή οι φαινοτυπικές αναλογίες
φωτοσύνθεση.
που λαµβάνονται από αµοιβαίες διασταυρώσεις
β. Προσδιορίστε ποια υποµονάδα παράγεται
διαφέρουν από τις αναµενόµενες µεντελικές, αλ-
σε φυτικά κύτταρα που αναπτύσσονται σε καλ-
λά και µεταξύ τους), τα αντίστοιχα γονίδια δεν εί-
λιέργεια παρουσία ενός αντιβιοτικού το οποίο κα-
ναι δυνατόν να χαρτογραφηθούν στις γνωστές πυ-
ταστέλλει επιλεκτικά τη µετάφραση είτε στα µιτο-
ρηνικές οµάδες σύνδεσης (στα χρωµοσώµατα του
χόνδρια (π.χ. νεοµυκίνη) είτε στο κυτταρόπλα-
πυρήνα) και οι σχετικοί φαινότυποι διατηρούνται
σµα (π.χ. κυκλοεξιµίδιο).
ακόµη και µετά από αντικατάσταση του πυρήνα.
γ. Εφόσον η µικρή υποµονάδα κωδικοποιεί-
23.15 α. Η µεταλλαγή tudor είναι µητρικής επί-
ται από το πυρηνικό γονιδίωµα, µια µη νοηµατική
δρασης. Οι οµόζυγες για τη µεταλλαγή µητέρες
µεταλλαγή κοντά στο 5΄ άκρο της περιοχής που
είναι στείρες, ανεξάρτητα από το γονότυπο του
κωδικοποιεί την πολυπεπτιδική αλυσίδα της µι-
αρσενικού ατόµου µε το οποίο ζευγαρώνουν:
κρής υποµονάδας, στην ετερόζυγη κατάσταση
όλα τα ζυγωτά που προκύπτουν από αυτές πε-
(σε ένα από τα δύο αντίγραφα του γονιδίου), θα
θαίνουν είτε είναι οµόζυγα είτε είναι ετερόζυγα
προκαλέσει απώλεια παραγωγής των µισών περί-
για τη µεταλλαγή tudor.
που µικρών υποµονάδων και κατά συνέπεια τα
β. Οι οµόζυγες για τη µεταλλαγή µητέρες
επίπεδα της λειτουργικής διφωσφορικής ριβουλό-
είναι στείρες λόγω της απουσίας κάποιου µητρι-
ζης θα µειωθούν στο µισό περίπου. Τα φυτά αυτά
κού παράγοντα από τα ωάριά τους, ο οποίος εί-
ενδέχεται να παρουσιάζουν εµφανή προβλήµατα
ναι απαραίτητος για την πρώιµη ανάπτυξη των
(π.χ. βραδύτερη ανάπτυξη). Τα οµόζυγα µεταλ-
ζυγωτών.
λάγµατα δε θα διαθέτουν λειτουργική διφωσφο-
23.16 α. Αν συµβολίσουµε το φυσιολογικό κυττα-
ρική ριβουλόζη και δε θα µπορούν να φωτοσυνθέ-
ρόπλασµα µε [N ] και το αρσενικά στείρο κυττα-
σουν. Εποµένως, θα πεθαίνουν λίγο µετά τη βλά-
ρόπλασµα µε [CMS ], η διασταύρωση είναι [CMS ]
στηση του σπόρου. ∆ηλαδή µια τέτοια µεταλλαγή
θα πρέπει να είναι υποτελής θνησιγόνος.
rf/rf ♀ × [N ] Rf/Rf ♂ και τα άτοµα της γενιάς F1 θα
είναι αρσενικά γόνιµα µε γονότυπο [CMS ] Rf/rf.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
β. Η διασταύρωση είναι [CMS ] Rf/rf ♀ × [N ]
rf/rf ♂. Οι µισοί απόγονοι θα είναι [CMS ] Rf/rf και
αρσενικά γόνιµοι και οι υπόλοιποι µισοί θα είναι
[CMS ] rf/rf και αρσενικά στείροι.
23.17 α. Γονείς: [poky ]F ♀ × [N ]+ ♂. Απόγονοι:
ισάριθµοι [poky ]F (µε φαινότυπο [fast-poky ]) και
[poky ]+ (µε φαινότυπο [poky ]). Η αναλογία 1:1
υποδεικνύει ότι το γονίδιο F είναι πυρηνικό και
µεταβιβάζεται σύµφωνα µε τις µεντελικές αρχές
και ότι όλοι οι απόγονοι έχουν µιτοχόνδρια
[poky] (λόγω µητρικής κληρονοµικότητας). Εφόσον τα κύτταρα [poky ]+ έχουν φαινότυπο [poky ],
το γονίδιο F δεν πρέπει να προκαλεί κάποια µόνιµη τροποποίηση του κυτταροπλάσµατος [poky].
β. Γονείς: [N ]+ ♀ × [poky ]F ♂. Απόγονοι: ισάριθµοι [N ]+ και [N ]F. Όλοι οι απόγονοι έχουν φυσιολογικά µιτοχόνδρια και φαινότυπο άγριου τύπου.
23.19 1/2 petite, 1/2 άγριος τύπος (grande).
23.24 Αν ο θάνατος των αρσενικών ατόµων οφείλεται σε ένα φυλοσύνδετο µεταλλαγµένο αλληλόµορφο l το οποίο επηρεάζει µόνο αυτά, η διασταύρωση µπορεί να γραφτεί ως l /l ♀ × +/Y ♂ και δίνει
l/+ (♀) και l /Y (µη βιώσιµα ♂). Μια διασταύρωση θηλυκών ατόµων της F1 µε φυσιολογικά αρσενικά
άτοµα (l /+ ♀ × +/Y ♂) θα δώσει θηλυκά και αρσενικά
άτοµα σε αναλογία 2:1 (1/4 l /+ ♀, 1/4 +/+ ♀, 1/4 +/Y
♂ και 1/4 l /Y ♂, τα οποία όµως δεν είναι βιώσιµα).
Αν ο θάνατος των αρσενικών οφείλεται σε κυτταροπλασµατικό παράγοντα µε µητρική κληρονοµικότητα, τότε τα θηλυκά άτοµα της γενιάς F1 θα λάβουν το θνησιγόνο κυτταροπλασµατικό παράγοντα
από τις µητέρες τους και (όπως οι µητέρες τους)
θα δίνουν µόνο θηλυκούς απογόνους όταν διασταυρώνονται µε αρσενικά άτοµα άγριου τύπου.
23.27 Σχεδιάστε δύο γενεαλογικά δέντρα προκειµένου να απεικονίσετε τις δύο πιθανές γενεαλογίες του Carlos. Στο ένα να συµπεριλάβετε τα
ζεύγη Escobar και Sanchez, τα δολοφονηµένα
παιδιά τους και τον Carlos. Στο άλλο να συµπεριλάβετε το ζεύγος Mendoza και τον Carlos. Αναλύστε κάθε γενεαλογικό δέντρο ώστε να προσ-
διορίσετε τα άτοµα που θα µπορούσαν να έχουν
συνεισφέρει µιτοχονδριακό DNA στον Carlos.
α. Τα δεδοµένα της ανάλυσης µιτοχονδριακών RFLP µπορούν να βοηθήσουν στον προσδιορισµό της µητρικής γενεαλογίας ενός ατόµου. Ο
Carlos θα έχει κληρονοµήσει το µιτοχονδριακό
του DNA από τη βιολογική του µητέρα και αυτή
θα το έχει κληρονοµήσει από τη δική της µητέρα.
Εφόσον η κυρία Escobar και η κυρία Mendoza
διαφέρουν ως προς τα εξεταζόµενα µιτοχονδριακά RFLP, µπορεί να προσδιοριστεί ποια από τις
δύο συνεισέφερε µιτοχόνδρια στον Carlos.
β. Μόνο ο Carlos και τα άτοµα από τα
οποία µπορεί να έχει κληρονοµήσει τα µιτοχόνδριά του (η κυρία Escobar και η κυρία Mendoza)
χρειάζεται να εξεταστούν. Οι πιθανοί παππούδες
είναι περιττό να υποβληθούν σε αυτή την εξέταση. Ούτε η κυρία Sanchez χρειάζεται να εξεταστεί. Μπορεί να µεταβίβασε τα µιτοχόνδριά της
στο γιο της, αλλά αυτός δε θα µπορούσε να τα
έχει µεταβιβάσει στα παιδιά του.
γ. Αν η κυρία Escobar και η κυρία Mendoza
δεν εµφανίζουν διαφορές στα µιτοχονδριακά
RFLP που αναλύονται, τα αποτελέσµατα της
εξέτασης δε θα βοηθήσουν. Αν όµως τα µιτοχονδριακά RFLP των δύο γυναικών διαφέρουν, τότε
η υπόθεση θα διαλευκανθεί, καθώς ο Carlos θα
πρέπει να είναι απόγονος της γυναίκας µε την
οποία θα έχει κοινά µιτοχονδριακά RFLP.
23.30 Το σαλιγκάρι της γενιάς F1 δίνει αριστερόστροφους απογόνους όταν αυτογονιµοποιηθεί
και εποµένως είναι dd. Συνεπώς, κάθε γονέας
του διέθετε ένα αλληλόµορφο d. Εφόσον το ίδιο
είναι δεξιόστροφο, ο θηλυκός του γονέας ήταν
Dd. Ο αρσενικός γονέας του θα µπορούσε να
ήταν είτε Dd είτε dd.
Κεφάλαιο 24 Πληθυσµιακή γενετική
24.1 Εξισώστε τη συχνότητα κάθε χρώµατος µε την
αναµενόµενη συχνότητα της ισορροπίας HardyWeinberg. Ορίζετε p = f (C B), q = f (C P) και r = f (C Y).
95
96
Κεφάλαιο 24
Καφέ: f (C BC B) + f (C BC P) + f (C BC Y) = p 2 + 2pq +
2pr = 236/500 = 0,473
Ροζ: f (C PC P) + f (C PC Y) = q 2 + 2qr = 231/500 =
0,462
Κίτρινο: f (C YC Y) = r 2 = 33/500 = 0,066
χνότητα επικρατών αλληλοµόρφων και 2pq = 2 ×
0,4 × 0,6 = 0,48 = πιθανότητα ετερόζυγων διπλο-
ειδών. Άρα, 0,48/[(2 × 0,16) + 0,48] = 0,48/0,80 =
60% των υποτελών αλληλοµόρφων ανήκουν
στους ετεροζυγώτες.
β. Αν q 2 = 1% = 0,01, τότε q = 0,1, p = 0,9
Στη συνέχεια, λύστε τις εξισώσεις ως προς p, q
και r γνωρίζοντας ότι p + q + r = 1:
και 2pq = 0,18 ετερόζυγα διπλοειδή. Συνεπώς,
0,18/[0,18 + (2 × 0,01)] = 0,18/0,20 = 0,90 = 90%
των υποτελών αλληλοµόρφων ανήκουν στους
r = 0,066, άρα r = √0,066 = 0,26
ετεροζυγώτες.
2
24.5 2pq/q 2 = 8. Άρα, 2p = 8q. Τότε, 2(1 – q) = 8q
Υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για τη λύση ως προς
και 2 = 10q, οπότε q = 0,2.
q. Πρώτον, εφόσον q + 2qr = 0,462 και r = 0,26,
έχουµε q 2 + 2q(0,26) = 0,462. Αναγνωρίστε τη
δευτεροβάθµια εξίσωση q 2 + 0,52q – 0,462 = 0
και λύστε ως προς q:
24.8 α. Αν οι συχνότητες των S και s είναι p και q
2
αντίστοιχα, τότε:
q=
q=
– 0,52 ± √ (0,52)2 – 4(1)( – 0,462)
2(188)SS + 717Ss
=
2(3.146)
= 0,467
2(1)
p=
= 0,1737
6.292
717SS + 2(2.241)ss
2(3.146)
1.093
=
5.199
= 0,8263
6.292
Η δεύτερη προσέγγιση για τη λύση ως προς q είναι να αντιληφθείτε ότι:
q 2 + 2qr = 0,462
r 2 = 0,066
Αν προσθέσετε τα αριστερά και τα δεξιά σκέλη
των εξισώσεων, έχετε:
q 2 + 2qr + r 2 = 0,462 + 0,066
(q + r )2 = 0,528
q + r = 0,727
q = 0,727 – r = 0,727 – 0,26 = 0,467
Εφόσον p + q + r = 1:
p = 1 – (q + r ) = 1 – (0,26 + 0,467) = 0,273
24.4 α. √0,16 = 0,40 = 40% = συχνότητα υποτελών αλληλοµόρφων: 1 – 0,4 = 0,6 = 60% = συ-
β.
Κατηγορία
Παρατηρούµενοι
SS
188
Ss
ss
Αναµενόµενοι
d
d 2/e
95
+93
91,0
717
903
–186
38,3
2.241
2.148
+93
4,0
3.146
3.146
0
133,3
Υπάρχει µόνο ένας βαθµός ελευθερίας (df ),
αφού οι τρεις κατηγορίες γονοτύπων καθορίζονται πλήρως από δύο συχνότητες αλληλοµόρφων:
p και q (df = αριθµός φαινοτύπων – αριθµός αλληλοµόρφων = 3 – 2 = 1). Η τιµή χ2 είναι 133,3 και
για ένα βαθµό ελευθερίας: P < 0,0001. Εποµένως,
η κατανοµή των γονοτύπων διαφέρει σηµαντικά
από αυτή που θα αναµέναµε αν ο πληθυσµός ήταν
σε κατάσταση ισορροπίας Hardy-Weinberg.
24.11 Εφόσον η συχνότητα του χαρακτηριστικού
διαφέρει µεταξύ αρσενικών και θηλυκών ατόµων,
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
είναι πιθανό το χαρακτηριστικό να οφείλεται σε
24.30 α. Τα δεδοµένα είναι συµβατά µε την υπό-
ένα φυλοσύνδετο υποτελές γονίδιο. Αν η συχνό-
θεση ότι µια θέση περιορισµού του Bam HI διαφο-
τητα του γονιδίου είναι q, τα θηλυκά άτοµα θα
ροποιείται. Ο ανιχνευτής είναι οµόλογος µιας πε-
εµφανίζουν το χαρακτηριστικό µε συχνότητα q
2
ριοχής που εντοπίζεται εξ ολοκλήρου εντός της
και τα αρσενικά µε συχνότητα q. Η συχνότητα
ζώνης των 4,1 kb και οριοθετείται στο ένα άκρο
στα αρσενικά άτοµα είναι 0,4 και συνεπώς µπο-
από τη µεταβλητή θέση του Bam HI και στο άλλο
ρούµε να προβλέψουµε ότι η συχνότητα στα θη-
άκρο από µια σταθερή θέση. Όταν υπάρχει η µε-
λυκά άτοµα θα είναι (0,4) = 0,16 αν πρόκειται
ταβλητή θέση, το τµήµα που ανιχνεύεται έχει µέ-
για φυλοσύνδετο γονίδιο. Το αποτέλεσµα ταιριά-
γεθος 4,1 kb. Όταν απουσιάζει η µεταβλητή θέ-
ζει µε τα δεδοµένα. Η συχνότητα των ετερόζυ-
ση, το τµήµα επεκτείνεται ως την επόµενη στα-
γων θηλυκών ατόµων θα είναι 2pq = 2(0,6)(0,4) =
θερή θέση Bam HI και είναι µήκους 6,7 kb. Τα
0,48. ∆εν υπάρχουν αρσενικά ετερόζυγα άτοµα
άτοµα που εµφανίζουν µόνο µία από τις δύο ζώ-
για φυλοσύνδετα γονίδια.
νες είναι οµοζυγώτες και τα άτοµα που εµφανί-
24.13 64/10.000 πάσχουν από αχρωµατοψία. ∆η-
ζουν και τις δύο ζώνες είναι ετεροζυγώτες.
2
λαδή 0,0064 = q και τότε q = 0,08 = πιθανότητα
2
β. Το αλληλόµορφο + της µεταβλητής θέ-
αρσενικών ατόµων µε αχρωµατοψία.
σης υπάρχει σε 2(6) + 38 = 50 χρωµοσώµατα και
24.16
το αλληλόµορφο – υπάρχει σε 2(56) + 38 = 150
u
q=
u+v
=
=
χρωµοσώµατα. Άρα, f(+) = 0,25 και f(–) = 0,75.
6 × 10–7
γ. Αν ο πληθυσµός είναι σε κατάσταση ισορ-
(6 × 10–7) + (6 × 10–8)
6 × 10–7
(6 × 10–7) + (0,6 × 10–7)
=
6
ροπίας Hardy-Weinberg, θα αναµέναµε (0,25)2 ή
0,0625 του δείγµατος να εµφανίζει µόνο τη ζώνη
των 4,1 kb. Η τιµή αυτή αντιστοιχεί σε 6,25 άτο-
= 0,91
6,6
µα, ενώ παρατηρήθηκαν 6 άτοµα. Θα αναµέναµε
(0,75)2 ή 0,5625 του δείγµατος να εµφανίζει οµοζυγωτία για τη ζώνη των 6,7 kb. Το ποσοστό
Εποµένως, οι συχνότητες είναι 0,0081 AA,
αντιστοιχεί σε 56,25 άτοµα, ενώ παρατηρήθηκαν
0,1638 Aa και 0,8281 aa.
56. Τέλος, θα αναµέναµε 2(0,25)(0,75) ή 0,375
24.20 p΄x = mp + (1 + m)p
του δείγµατος να εµφανίζει ετεροζυγωτία. Θα
Εδώ:
p΄x = [20/(20 + 80)](0,50) + {1– [20/(20 +
80)]}(0,70) = 0,66
24.23 α. Τα επιλεκτικά ουδέτερα αλληλόµορφα
κατανέµονται σύµφωνα µε το νόµο των HardyWeinberg. ∆ηλαδή, οι συχνότητες είναι: 0,25 AA,
0,5 Aa και 0,25 aa.
β. q = 0,33.
γ. q = 0,66.
24.25 α. q = 0,63.
β. q = 0,64.
γ. q = 0,66.
24.27 q = u/s = (5 × 10–5)/0,8 = 0,0000625.
αναµέναµε δηλαδή 37,5 ετερόζυγα άτοµα, ενώ
παρατηρήθηκαν 38. Οι παρατηρούµενοι αριθµοί
είναι τόσο κοντά στους αναµενόµενους, που η
δοκιµασία χ2 είναι περιττή.
24.32 α. Η αναµενόµενη ετεροζυγωτία είναι
1 – (αναµενόµενη συχνότητα οµοζυγωτών). Αν οι
συχνότητες των αλληλοµόρφων στον πληθυσµό
είναι p1, p 2, p 3,…, pn, η αναµενόµενη συχνότητα
των οµοζυγωτών είναι p12 + p 22 + p 32 + … pn2. Για
το γενετικό τόπο G1A, η αναµενόµενη συχνότητα
των οµοζυγωτών είναι (0,398)2 + (0,240)2 + (0,211)2
+ (0,086)2 + (0,036)2 + (0,016)2 + (0,007)2 + (0,006)2
= 0,270 και η αναµενόµενη ετεροζυγωτία είναι
97
98
Κεφάλαιο 25
1 – 0,270 = 0,730. Η αναµενόµενη ετεροζυγωτία
γ. Η γενετική παρέκκλιση δηµιουργεί µετα-
για τους άλλους γενετικούς τόπους είναι 0,741 για
βολές στις ενδοπληθυσµιακές συχνότητες των
τον G10X, 0,740 για τον G10C και 0,662 για τον
αλληλοµόρφων. Μπορεί να µειώσει τη γενετική
G10L. Οι αναµενόµενες τιµές ετεροζυγωτίας προσεγγίζουν τις παρατηρούµενες τιµές ετεροζυγωτίας. Εφόσον δίνονται οι αριθµοί και οι τύποι διαφορετικών ετεροζυγωτών, δεν είναι δυνατόν να χρησιµοποιηθεί η δοκιµασία χ2 για να εκτιµηθεί άµεσα
αν ο πληθυσµός είναι σε κατάσταση ισορροπίας
Hardy-Weinberg. Ο πληθυσµός φαίνεται να είναι κοντά σε κατάσταση ισορροπίας Hardy-Weinberg.
β. Τα τρία µικρά της µητέρας αρκούδας εµφανίζουν στοιχεία πολλαπλής πατρότητας. Στους
γενετικούς τόπους G10X και G10L, τρία αλληλόµορφα των µικρών πρέπει να είναι πατρικής προέλευσης (G10X: X133, Χ135 ή X137, X141 και G10L:
L155, L157, L161). Για να συµβεί αυτό, θα πρέπει
να υπήρχαν τουλάχιστον 2 διαφορετικοί πατέρες.
Η πολλαπλή πατρότητα εντός ενός συνόλου απογόνων θα έτεινε να αυξήσει τη γενετική ποικιλότητα του πληθυσµού επειδή θα υπήρχε µεγαλύτερη
συνεισφορά αρσενικών γαµετών στην επόµενη γενιά. Εφόσον Ne = (4 × Nf × Nm)/(Nf + Nm), µία υψηλότερη τιµή Nm θα έτεινε να αυξήσει το δραστικό
µέγεθος του πληθυσµού.
24.34 α. Η µεταλλαγή µεταβάλλει τις ενδοπληθυσµιακές γονιδιακές συχνότητες των αλληλοµόρφων αν δεν επενεργούν άλλες δυνάµεις και συνεπώς εισάγει γενετική ποικιλοµορφία. Αν το µέγεθος του πληθυσµού είναι µικρό, η µεταλλαγή
µπορεί να προκαλέσει γενετική διαφοροποίηση
µεταξύ των πληθυσµών.
β. Η µετανάστευση αυξάνει το µέγεθος του
πληθυσµού και είναι δυνατόν να διαταράξει την
ισορροπία Hardy-Weinberg. Μπορεί να αυξήσει τη
γενετική ποικιλοµορφία και να επηρεάσει την
εξέλιξη των συχνοτήτων των αλληλοµόρφων
εντός των πληθυσµών. Μετά από πολλές γενιές,
η µετανάστευση µειώνει την απόκλιση µεταξύ
των πληθυσµών και εξισώνει τις συχνότητες των
αλληλοµόρφων τους.
ποικιλοµορφία και να αυξήσει την οµοζυγωτία
ενός πληθυσµού. Με το πέρασµα του χρόνου
οδηγεί σε γενετική µεταβολή. Όταν συγκρίνονται πολλοί πληθυσµοί, η γενετική παρέκκλιση
µπορεί να προκαλέσει αυξηµένες γενετικές διαφορές µεταξύ των πληθυσµών.
δ. Η οµοµιξία αυξάνει την οµοζυγωτία ενός
πληθυσµού και µειώνει τη γενετική ποικιλοµορφία.
24.38 Και στις δύο περιπτώσεις, οι µέθοδοι που
θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν για να συλλεχθούν πληροφορίες σχετικά µε τους γονοτύπους αιχµαλωτισµένων ατόµων και ατόµων από
νησιωτικούς πληθυσµούς είναι η ηλεκτροφόρηση
πρωτεϊνών, οι αναλύσεις RFLP και η ανάλυση
αλληλουχιών DNA συγκεκριµένων πολυµορφικών γονιδίων. Στην περίπτωση (α), κάθε αιχµαλωτισµένο άτοµο πρέπει να επιστραφεί στον
υποπληθυσµό µε τον οποίο εµφανίζει τη µέγιστη
γενετική οµοιότητα. Στην περίπτωση (β), βρείτε
τους γονοτύπους των δύο εξαφανισµένων χελωνών από τα δείγµατα αίµατος που είχαν συλλεχθεί και συγκρίνετέ τους µε τους γονοτύπους
των δύο αιχµαλωτισµένων χελωνών. Αν πρόκειται για τα ίδια ζώα, θα υπάρχει απόλυτο ταίριασµα γονοτύπων.
Κεφάλαιο 25 Μοριακή εξέλιξη
25.1 Καθεµία από τις τρεις θέσεις της τριπλέτας
ενός κωδικονίου µπορεί να αντικατασταθεί από
ένα εκ των τριών διαφορετικών νουκλεοτιδίων.
Έτσι, θα πρέπει να θεωρήσουµε 135 διαφορετικές πιθανές αντικαταστάσεις για την πρώτη θέση
των τριπλετών (45 τριπλέτες × 3 πιθανές διαφο-
ρετικές αντικαταστάσεις), 135 πιθανές αντικαταστάσεις για τη δεύτερη θέση και άλλες τόσες για
την τρίτη θέση. Μόνο 9 από τις 135 πιθανές αντικαταστάσεις στην πρώτη θέση δεν αλλάζουν το
αµινοξύ που κωδικοποιείται (δηλαδή 6,67% είναι
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
συνώνυµες αντικαταστάσεις). Όλες οι πιθανές
για παράδειγµα ατόµων του ίδιου είδους. Όταν
αντικαταστάσεις στη δεύτερη θέση των τριπλε-
µελετούµε την εξελικτική πορεία σε µεγαλύτερη
τών έχουν ως αποτέλεσµα την αλλαγή του αµι-
κλίµακα του χρόνου (π.χ. τα γεγονότα που οδή-
νοξέος που κωδικοποιείται (0,00% είναι συνώνυ-
γησαν στην ακτινωτή απόκλιση των θηλαστικών),
µες αντικαταστάσεις). Στην περίπτωση της τρί-
η ανάλυση δεικτών του πυρηνικού DNA, που εξε-
της θέσης των τριπλετών, 98 από τις 135 πιθανές
λίσσονται µε πολύ πιο αργό ρυθµό, είναι προτι-
αντικαταστάσεις δεν αλλάζουν το αµινοξύ που
µότερη επειδή η πιθανότητα να έχουν συµβεί σε
κωδικοποιείται (72,59% είναι συνώνυµες αντικα-
αυτούς πολλαπλές αντικαταστάσεις στην ίδια θέ-
ταστάσεις). Η φυσική επιλογή είναι πολύ πιο πι-
ση είναι πολύ µικρότερη.
θανό να δράσει σε περίπτωση µεταλλαγών που
25.7 Στα µιτοχόνδρια υπάρχουν πολύ µεγαλύτε-
αλλάζουν το αµινοξύ µιας πρωτεΐνης, αφού µια
ρες συγκεντρώσεις δυνητικά µεταλλαξιγόνων
τέτοια αλλαγή µπορεί να επηρεάζει τη λειτουργι-
ελεύθερων ριζών οξυγόνου σε σύγκριση µε τις
κότητα της πρωτεΐνης. Εποµένως, οι αντικατα-
συγκεντρώσεις που βρίσκονται στον πυρήνα.
στάσεις στη δεύτερη και στην πρώτη θέση των
Επίσης, τα γονίδια του µιτοχονδρίου είναι πιθανό
κωδικονίων είναι αυτές µε τη µικρότερη πιθανό-
να υφίστανται σχετικά µικρότερους λειτουργι-
τητα να παρατηρηθούν κατά την απόκλιση των
κούς περιορισµούς εξαιτίας του µεγάλου αριθ-
αλληλουχιών στην εξελικτική πορεία.
µού αντιγράφων τους που υπάρχουν σε κάθε
25.2 K = –3/4 ln[1 – 4/3(p)]
κύτταρο. Επιπλέον, οι µιτοχονδριακές DNA πολυ-
K = –3/4 ln[1 – 4/3(0,12)]
K = –3/4 ln(1 – 0,16)
K = –3/4(–0,17)
K = 0,13
25.3 r = K/2T
r = 0,13/[2(80.000.000)]
r = 8,1 × 10–10
25.4 Οι πραγµατικοί ρυθµοί µεταλλαγής θα είναι
ίσοι ή µεγαλύτεροι από τους παρατηρούµενους
ρυθµούς αντικατάστασης σε οποιονδήποτε γενετικό τόπο. Οι µεταλλαγές είναι οι αλλαγές των
νουκλεοτιδίων που συµβαίνουν κατά την αντιγραφή ή την επιδιόρθωση του DNA, ενώ οι αντικαταστάσεις είναι το αποτέλεσµα των µεταλλαγών που έχουν περάσει µέσα από το φίλτρο της
επιλογής. Πολλές από τις µεταλλαγές απαλείφονται από τη δράση της φυσικής επιλογής.
25.5 1 × 10–8 αντικαταστάσεις/νουκλεοτίδιο/έτος.
2 × 10–8 αντικαταστάσεις/νουκλεοτίδιο/έτος.
25.6 Ο υψηλός ρυθµός αντικαταστάσεων στο µιτοχονδριακό DNA των θηλαστικών αποδεικνύεται χρήσιµος για τον καθορισµό του βαθµού συγγένειας στενά συγγενικών οµάδων οργανισµών,
µεράσες και οι µηχανισµοί επιδιόρθωσης του
DNA µπορεί να έχουν µικρότερη αποτελεσµατικότητα σε σύγκριση µε τους αντίστοιχους ενζυµικούς µηχανισµούς του κυτταρικού πυρήνα.
25.8 Η διάρκεια γενιάς των διαφόρων ειδών µπορεί να είναι πολύ διαφορετική, είτε σήµερα είτε
σε διάφορες χρονικές περιόδους µετά την αρχική απόκλισή τους κατά την εξέλιξη. Επίσης, διαφορετικά είδη µπορεί να έχουν συστήµατα επιδιόρθωσης βλαβών µε διαφορετική αποτελεσµατικότητα και να εκτίθενται σε διαφορετικό βαθµό
σε µεταλλαξιγόνους παράγοντες. Επιπλέον, η
αναγκαιότητα προσαρµογής σε νέες οικοθέσεις
ή σε µεταβαλλόµενες περιβαλλοντικές συνθήκες
µπορεί να είναι διαφορετική από είδος σε είδος.
25.9 Η αλληλουχία Α είναι ένα ψευδογονίδιο, ενώ
η αλληλουχία Β είναι ένα λειτουργικό γονίδιο.
25.10 Το φαινόµενο αυτό µπορεί να ερµηνευτεί
από τη δράση της διαφοροποιούσας επιλογής.
25.11 Οι περιοχές που εµπλέκονται στο ζευγάρωµα βάσεων δεν µπορούν να συσσωρεύουν αντικαταστάσεις µε τον ίδιο ρυθµό όπως οι αλληλουχίες
που δε ζευγαρώνουν. Αν η δευτεροταγής δοµή
99
100
Κεφάλαιο 25
ενός µορίου RNA είναι σηµαντική για τη λειτουρ-
ση, αυξάνεται και η αξιοπιστία των συµπερασµά-
γία του, δέχεται την πίεση της φυσικής επιλογής
των. Με δεδοµένο ότι τα τάξα των ειδών που
και εποµένως η αλληλουχία στην περιοχή αυτή εί-
υπάρχουν σήµερα είναι πολύ πιο εύκολα διαθέσι-
ναι πιο συντηρηµένη. Οι µοναδικές αντικαταστά-
µα, η συνεισφορά τους στον προσδιορισµό των
σεις που µπορεί να βρεθούν σε τέτοιες περιοχές
φυλογενετικών σχέσεων κατά την εξελικτική πο-
είναι αυτές που αντισταθµίζονται από µια άλλη µε-
ρεία είναι ιδιαίτερα σηµαντική.
ταλλαγή στη συµπληρωµατική τους αλυσίδα.
25.15 Η ενδογονιδιακή απόκλιση µπορεί να συµ-
25.12 dHR = 6, dHD = 10, dRD = 11
βεί πριν από το διαχωρισµό των πληθυσµών που
dA1 = (dHR + dHD – dRD)/2
dA2 = (dHR + dRD– dHD)/2
dA1 = (6 + 10 – 11)/2
dA2 = (6 + 11 – 10)/2
dA1 = 2,5
dA2 = 3,5
Αφού οι παράµετροι dA1 και dA2 έχουν διαφορετικές τιµές, θα πρέπει να υπήρχαν διαφορετικοί
ρυθµοί αντικαταστάσεων σε αυτή την περιοχή
των γονιδιωµάτων του ανθρώπου και του κουνελιού από την εποχή που είχαν έναν κοινό πρόγονο.
Φαίνεται ότι στη γενεαλογία του ανθρώπου ο ρυθµός συσσώρευσης αντικαταστάσεων ήταν σχετικά µικρότερος.
25.13 Όλες οι διαφορές που παρατηρούνται σε
µορφολογικά χαρακτηριστικά οφείλονται σε αλλαγές στο µοριακό επίπεδο. Στα µειονεκτήµατα
της χρήσης των µορφολογικών γνωρισµάτων περιλαµβάνονται η αδυναµία εξαγωγής σωστών
συµπερασµάτων σε περιπτώσεις συγκλίνουσας
εξέλιξης, οι περιορισµένης έκτασης διαφορές
που παρατηρούνται σε συγγενικά τάξα και η αδυναµία άµεσων συγκρίσεων µορφολογικών χαρακτηριστικών αποµακρυσµένων τάξων.
25.14 Η ανάλυση δειγµάτων αρχαίου DNA µπορεί
να επιτρέψει την ταυτοποίηση αρχαίων αλληλουχιών (κι όχι απλώς τον υποθετικό προσδιορισµό
τους, όπως γίνεται µε άλλες έµµεσες προσεγγίσεις). Ωστόσο, είναι σχεδόν αδύνατον να αποδειχθεί ότι ένας αρχαίος οργανισµός ανήκει στην
ίδια γενεαλογία µε ένα είδος της σύγχρονης
εποχής. Σε κάθε περίπτωση, όταν αυξάνεται ο
αριθµός των τάξων σε µια φυλογενετική ανάλυ-
οδήγησε σε ειδογένεση. Η ασυµφωνία που περιγράφεται στο παράδειγµα µπορεί να οφείλεται
σε προϋπάρχοντες πολυµορφισµούς, όπως είναι
αυτοί που παρατηρούνται στο µείζον σύµπλεγµα
ιστοσυµβατότητας.
25.16 Οι πιθανότητες αυτές εξαρτώνται από το
συνολικό αριθµό των δέντρων µε ρίζα και των
δέντρων χωρίς ρίζα που είναι δυνατόν να δηµιουργηθούν για την περιγραφή των φυλογενετικών σχέσεων έξι τάξων.
Nrooted = (2n – 3)!/[2n –2(n – 2)!]
Nrooted = 9!/(16 × 4!)
Nrooted = 362.880/384
Nrooted = 945
Nunrooted = (2n – 5)!/[2n –3(n – 3)!]
Nunrooted = 7!/(8 × 3!)
Nunrooted = 5.040/48
Nunrooted = 105
Αφού υπάρχουν µόνο 105 πιθανά δέντρα χωρίς
ρίζα και 945 πιθανά δέντρα µε ρίζα, η πιθανότητα να επιλέξουµε το σωστό δέντρο είναι µεγαλύτερη στην περίπτωση που εξετάζονται δέντρα
χωρίς ρίζα.
25.19 Στις εξισώσεις που χρησιµοποιούνται για
να καθορίσουµε πόσα δέντρα µε ρίζα ή χωρίς ρίζα περιγράφουν τις σχέσεις των τάξων δεν περιλαµβάνεται κάποια παράµετρος η οποία να εκφράζει την ποσότητα των δεδοµένων που σχετίζονται µε κάθε τάξο, αλλά υπάρχει παράµετρος η
οποία είναι συνάρτηση του αριθµού των τάξων.
25.20 Στις αναλύσεις που βασίζονται στη µέγιστη
φειδωλότητα λαµβάνονται υπόψη µόνο όσες θέσεις περιέχουν πληροφορία.
Απαντήσεις ερωτήσεων και προβληµάτων
25.21 Τα περισσότερα νέα γονίδια προκύπτουν
διαδοχικές µεταλλαγές µη κωδικών αλληλουχιών
από τη διαδικασία µεταλλαγής περίσσιων αντι-
µέχρι η αλληλουχία αυτή να αρχίσει να κωδικο-
γράφων γονιδίων. Τα αντίγραφα των γονιδίων εί-
ποιεί κάποιο προϊόν που προσδίδει εξελικτικό
ναι ελεύθερα να συσσωρεύσουν νουκλεοτιδικές
πλεονέκτηµα. Η πιθανότητα µια αλληλουχία να
αντικαταστάσεις, ενώ το πρωτότυπο γονίδιο πα-
συσσωρεύσει, µε τυχαίο τρόπο, µεταλλαγές που
ραµένει αναλλοίωτο ως αποτέλεσµα της δράσης
θα δηµιουργήσουν ταυτόχρονα ένα ανοικτό ανα-
της πίεσης της φυσικής επιλογής. Μια εναλλα-
γνωστικό πλαίσιο και τα κατάλληλα στοιχεία
κτική διαδικασία θα µπορούσε να βασίζεται σε
υποκινητή είναι εξαιρετικά µικρή.
101

ΕΠΙΤΟΜΗ ΕΚΔΟΣΗ: Γλωσσάριο

Λουκάς Νικολάου Λουκάς Νικολάου ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΚΑΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΗ

Κεφάλαιο 02: Μεντελική γενετική

Τόμος περιλήψεων 6ου Πανελληνίου Συνεδρίου

Πρακτικά Συνεδρίου - Ελληνική Εταιρεία Βιολογικών Επιστημών

Γ` ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΕΚΦ

1. - Τ.Ε.Ι. Κεντρικής Μακεδονίας

Ο ρόλος του HLA Ο ρόλος του HLA

Γενετική Συµβουλευτική : Εισαγωγή & Τρόποι Κληρονόµησης

Άρθρο για τα μεταλλαγμένα