Genetica

Genetica

INTRODUCERE

Genetica - ramura a biologiei care se ocupa cu studiul mecanismelor structurale si functionale ale informatiei ereditare, precum si a modificarilor sale.

Termenul - introdus de W. Bateson 1905

Obiectul de studiu - biodiversitatea, reprezentata prin:

ereditate ("mostenirea")

- variabilitate (modificarile) genotipica si fenotipica

Ramurile generale ale geneticii:

Genetica virala

Genetica bacteriana

Genetica animala

Genetica umana

Genetica vegetala

Ramurile speciale ale geneticii:

citogenetica (cromozomi)

radiogenetica (efectele mutagene ale radiatiilor ionizante si neionizante)

genetica moleculara

genetica patologica (eredopatologia)

imunogenetica (polimorfismul proteinelor in relatie cu imunitatea si grupele sanguine)

genetica dezvoltarii (embrion)

genetica cantitativa (productii)

genetica populationala

genetica ecologica (adaptarea populatiilor)

Importanta geneticii:

ingineria genetica - OMG (organisme transgenice), obtinandu-se:

insulina, hormonul de crestere uman, interferonul uman, factorii de coagulare antihemofilici.

- clonarea

Scurt istoric:

1865 - Gregor Johann Mendel - mazare

1900 - Hugo de Vries - redescoperirea legilor mendeliene

1905 - Wiliam Bateson - valabilitatea legilor mendeliene si la animale

1909 - Wilhelm Johannsen - "gena"

1910 Thomas Hunt Morgan - teoria cromozomiala a ereditatii

1927 - Herman Joseph M ller - efectul mutagen al radiatiilor ionizante

1944 - Oswald Avery - ADN bacterian

1953 - James Dewey Watson - structura helicoidala a ADN

1956 - Joe Hin Tjio - cariotipul uman - 46 cromozomi

1970 - bandarea

1972 - Paul Berg - primul ADN recombinat produs "in vitro"

1986 - Steen Willadsen - clonarea embrionara (oaie)

1996 - Ian Wilmut - clonarea somatica (Dolly)

2000 - Craig Venter si Francis Collins - secventionarea aproape completa a genomului uman (cca 30.000 gene)

Scurt istoric al geneticii animale romanesti

Dimitrie Voinov - bazele citogeneticii animale

1928 - G.K Constantinescu - ereditatea culorilor la Mangalita

1937 - Gh. Marinescu - primul laborator de genetica experimentala

Nicolaie Teodoreanu - Merinos de Palas, anomalii la taurine

CROMOZOMII

Morfologia cromzomilor

Cromozomii = unitati ale genomului, cu aspect filamentos, de natura nucleoproteica, individualizati in timpul metafazei mitotice (datorita condensarii materialului genetic).

Denumirea de cromozom

chroma = culoare, soma = corp

Waldeyer 1886

Elementele componente ale cromozomilor

Cromatide = doua subunitati filamentoase, care se mentin cuplate la nivelul centromerului

Centromerul = constrictia primara, zona de unire a cromatidelor;

fixarea cromatidelor - chinetocor (structura specializata);

permite clasificarea morfologica a cromozomilor.

Bratele - scurte (p) si lungi (q). Clasificare cromozomi

Constrictii secundare = zone nespiralizate, existente la unii cromozomi (organizatori nucleolari);

prezente mai ale pe bratele scurte (acrocentrici, submetacentrici);

markeri in cartografierea cromozomilor.

Sateliti = formatiuni mici cu aspect corpuscular, situati la extremitatea bratelor scurte ale cromozomului.

Telomere = extremitatile cromozomilor;

au rol in stabilitatea cromozomilor, impiedicand asocierea acestora.

Clasificarea cromozomilor

Cromozomi metacentrici = centromerul este plasat la mijlocul cromozomului; bratele cromozomului sunt egale.

Cromozomi submetacentrici = centromerul este plasat submedian; bratele cromozomului sunt putin inegale.

Cromozomi acrocentrici = centromerul este plasat in regiunea subterminala a cromozomului.

Cromozomii telocentrici = centromerul este plasat in regiunea terminala;

dupa 1980, s-a constatat ca este instabil, el neputand exista la animale (doar la plante).

Genetica 2

Identificarea cromozomilor

Bandarea = evidentierea prin metode diferite a benzilor (zone alternante, clare si intunecate din cromozom).

1971, Paris, Conferinta pentru standardizare a nomenclaturii

Tipuri de bandare:

Q, C, G, R, T

Benzi Q

- clorura de chinacrina (quinacrine)

- vizibile la microscopul cu fluorescenta

apar benzi fluorescente

polimorfismul benzilor este transmis mendelian

polimorfismul benzilor variaza de la individ la individ

analiza cromozomului Y.

permit studiul familial

Benzi G

Au aceleasi localizari ca si benzile Q

Metoda de evidentiere - colorarea Giemsa

evidentiaza zonele cu ADN repetativ, bogate in bazele A-T (adenina - timina)

Vizibile la microscopul optic obisnuit

Benzi R (reversibile)

- Metoda de evidentiere: denaturate termica la 96⁰C si colorare Giemsa sau cu acridin orange (preferabila)

- Benzile R au dispozitie inversa benzilor G

Prin colorare Giemsa - apar doar benzile R, in zonele bogate in ADN repetativ si baze G-C (guanina - citozina)

Prin colorare cu acridin orange, apar benzile R (culoare fluorescenta verde) si G (culoare rosie inchisa)

Benzi C

Permit evidentierea centromerului si a constrictiilor secundare

Metoda de evidentiere = coloratia centromerica

Benzi T

- tratament termic mai intens

In identificarea cromozomilor metafazici se utilizeaza 4 semne:

I = numarul perechii de omologi

II = bratul cromozomului

III = numarul regiunii cromozomiale

IV = numarul benzii

Exemplu: 14q32.3

- cromozomul 14, bratul lung, regiunea 3, banda 2, subbanda 3

Dimensiunile cromozomilor (talie)

Dimensiunile - caracteristice speciei

Lungimea: 1 - 50 m

Diametrul: 0,1 - 2 m

Clasificarea cromozomilor in functie de dimensiuni: mici, obisnuiti, mari

Mici (microcromozomi) - unele nevertebrate, reptile si pasari

Mari (obisnuiti) - mamifere, om

Uriasi (politeni) - glandele salivare la insecte; de 157 ori mai lungi

Tipuri de cromozomi

Cromozomi omologi

Fac parte din aceeasi pereche, au acelasi locus

Au aceeasi morfologie

Originea este diferita: unul de la mama, unul de la tata

Cromozomi neomologi

Sunt plasati pe loci diferiti

Nu au aceeasi morfologie

Numarul cromozomilor

Exista un numar haploid si un numar diploid

Numarul haploid = n, numarul de cromozomi din gameti (celule sexuale)

Numarul diplod = 2n,numarul de cromozomi din celulele somatice.

Numarul total de cromozomi reprezinta formula cromozomiala care defineste o specie.

Unele specii au acelasi numar de cromozomi, dar morfologia este diferita (capra - taurine, pisica - porc, caine - gaina)

Numarul cromozomilor (2n)

Cariotipul si idiograma

Cariotipul = ordonarea sistemica a perechilor de cromozomi omologi, in ordinea descrescatoare a marimii si pe grupe morfologice;

cromozomii sunt fotografiati la microscop, decupati si aranjati;

cromozomii sexuali - sunt identificati primii, dar sunt plasati la urma, intr-o grupa separata

Idiograma = reprezentarea schemica a cromozomilor, bazata pe masuratori in metafaza, obtinandu-se marimi medii pentru fiecare cromozom;

la o anumita scara.

Functiile cromozomilor

Continuitate genetica, determinism genetic, variabilitate

1. Continuitate genetica = duplicarea semiconservativa a cromozomilor si ADN-ului. Asigura evolutia biologica.

2. Determinism genetic - transcrierea informatiei genetice in structura ARNm, care asigura sinteza proteinelor

3. Variabilitate - prin recombinare genetica, mutageneza

DIVIZIUNEA CELULARA

Prin diviziune celulara se asigura multiplicarea celulelor (cresterea, diferentierea si inlocuirea celulelor imbatranite si moarte)

Perioada de timp necesara parcurgerii etapelor de evolutie a celulelor = ciclul celular

Ciclul celular

Este format din doua perioade:

interfaza (intercineza)

diviziunea celulara (directa, indirecta)

Interfaza: etape G1, S, G2

Etapa G1: sinteza ARN

Etapa S: sinteza ADN

Etapa G2: sinteza proteinelor citoplasmatice

In interfaza, cromozomii nu sunt vizibili ca entitati

Durata interfazei -15 ore: 5 ore G1, 7 ore S, 3 ore G2

Ciclul celular

Durata ciclului celular - variabila, functie de tipul celulelor

Categorii de celule:

Celule care nu se mai divid (neuronii)

Celule cu diviziune rapida si ciclu celular scurt (12 ore): celule epiteliale din mucoase si tegumente

Celule cu viteza medie de diviziune, ciclu celular de 24 ore: celule hematopoetice, celule limfoformatoare

Diviziunea celulara poate fi

Directa, la procariote (separare)

Indirecta, la eucariote - de 2 feluri:

Mitoza - celule somatice

Meioza - celule sexuale

Mitoza

Mitoza:

= diviziunea celulelor somatice

o celula genereaza doua celule fiice, cu acelasi numar de cromozomi ca si celula mama.

Cuprinde 4 etape majore: profaza, metafaza, anafaza, telofaza.

= diviziune indirecta

separarea materialului celular se realizeaza cu ajutorul aparatului mitotic

Profaza

Cromozomii au forma filamentoasa, sunt subtiri si slab colorabili

Pe masura avansarii profazei, cromozomii se condenseaza si devin mai colorabili

Nucleolii dispar

Membrana nucleara se dezintegreaza

Are loc diviziunea centrozomului

Incepe formarea fusului mitotic (diviziune)

Metafaza

Cromozomii au condensare maxima, sunt usor de numarat si caracterizat morfologic

Se formeaza fusul mitotic (fibre microtubulare)

Cromozomii sunt atasati de fusul mitotic (prin centromeri), se deplaseaza spre centrul celulei si formeaza placa ecuatoriala

Clivajul longitudinal al centromerului

Formarea a 2 cromozomi monocromatidici

Anafaza

Centromerii se divid

Se formeaza doua cromatide surori, care migreaza spre polii opusi ai fusului mitotic (contractia fibrelor)

Se formeaza 2 placi paraecuatoriale

Telofaza

Aparitia membranei celulare

Decondensarea cromozomilor

Reaparitia nucleolilor

Apare o zona de clivaj in regiunea ecuatoriala a celulei

Se formeaza un sept care imparte citoplasma in doua parti egale

Rezulta doua celule fiice

Semnificatia biologica a mitozei este urmatoarea:

asigura constanta numarului de cromozomi (a materialului ereditar) in procesul de dividere a celulelor somatice;

asigura integritatea structurala a tesuturilor in caz de pierdere a celulelor (substituirea eritrocitelor, a celulelor din epiteliul intestinului etc.);

asigura cresterea si dezvoltarea organismului pluricelular;

asigura regenerarea tesuturilor si a organelor.

Genetica 3

Meioza

= diviziune indirecta, apare la celulele sexuale

Descoperita de E. van Beneden in 1883 la Parascaris equorum

Formata din doua diviziuni succesive, rezultand in final 4 celule fiice (numar haploid n de cromozomi)

diviziunea reductionala (primara, heterotipica,

meioza I);

diviziunea ecuationala secundara, homotipica, meioza II).

Proces mai complex si mai lung de cat mitoza. Poata sa dureze 3 zile - cateva saptamani

Prima diviziune meiotica

O celula diploida 2n → doua celule haploida n

4 faze: profaza I, metafaza I, anafaza I, telofaza I

Profaza

o serie de modificari ale cromozomilor

cinci substadii: leptoten, zigoten, pachiten, diploten, diakinesis

1.1 Leptoten (leptonema)

Leptos = subtire

Numarul cromozomilor - diploid

Cromozomii - filamente lungi si subtiri, formati din 2 cromatide

Cromozomii omologi sunt in contact

1.2 Zigoten (Zigonema)

Zygon = pereche, cuplu

Imperecherea cromozomilor omologi (unul matern si unul patern) pe axul longitudinal

Cromozomii omologi sunt in contact pe toata lungimea lor (fermoar)

Se formeaza sinapsele, alcatuite din:

un element central (10-40 nm) situat de-a lungul celor doi cromozomi omologi;

doua elemente laterale (30-40 nm), cate unul pentru fiecare cromozom omolog;

zona centrala (de 60-120 nm).

Cromozomii omologi sinapsati formeaza bivalentii(T. H. Montgomery, 1901) si W.S. Sutton,1902).

1.3 Pachiten (pachinema)

Pachys = gros

Apropierea intima a cromozomilor omologi, rezulta injumatatirea aparenta a cromozomilor (numar haploid n)

1 bivalent = tetrada (patru cromatide)

Crossing-over (Morgan)

Condensarea cromozomilor

1.4 Diploten (diplonema)

Diplos = dublu

Sinapsele incep sa se separe

Cromozomii omologi raman atasati prin puncte (chiasme)

Fiecare bivalent este alcatuit din doi cromozomi

1.5 Diachinesis (diachineza)

Dia (prin), kinesis (miscare)

Se initiaza formarea fusului de diviziune

Membrana nucleara se dezintegreaza

Bivalentii se deplaseaza spre polii celulei

2. Metafaza I

Similara cu metafaza mitotica

Bivalentii polarizeaza celula

Cromozomii - atasati de fusul de diviziune; se deplaseaza spre centrul celulei

Se formeaza placa ecuatoriala

Cromozomii au contractie maxima, sunt usor de numarat si caracterizat morfologic

3. Anafaza I

Centromerii se divid

Rezulta doua cromatide surori, care se deplaseaza spre polii opusi ai fusului (contractia fibrelor)

Apare o noua separare a cromozomilor in doua grupe

4. Telofaza I

Se formeaza cate o membrana in jurul fiecarei grupe de cromozomi

Fusul de diviziune dispare

Cromozomii se decondenseaza

Dintr-o celula cu 2n cromozomi bicromatidici - rezulta 2 celule fiice cu n cromozomi bicromatidici

Diviziunea meiotica secundara

La unele specii, cromozomii trec direct din telofaza I in profaza II, fara stadiul de interfaza.

Profaza II - scurta. Se initiaza fusul de diviziune

Metafaza II -

- placa ecuatoriala

- Cromozomii polarizeaza celula

Anafaza II

- 2 placi ecuatoriale

Telofaza II - din 2 celule cu n cromozomi bicromatidici rezulta 4 celule fiice cu n cromozomi monocromatidici

Tipuri de meioza:

meioza gametica (sau terminala) - apar spermatozoizi si ovule care nu se divizeaza ulterior si sunt apte de fecundatie (la animalele superioare);

meioza zigotica (sau initiala) - apar celule vegetale cu numar haploid n de cromozomi (la alge si ciuperci);

meioza sporala (sau intermediara) - apar mega- sau microspori haploizi, apoi se formeaza gameti sporogeneza La plantele superioare

Semnificatia biologica a meiozei:

Reduce la numarul de cromozomi in gameti, impiedicand cresterea numarului de cromozomi din generatie in generatie. Altfel:

Parintii 46 cromozomi

Copiii 92 cromozomi

Nepotii 184 cromozomi, etc

Variabilitatea speciilor - prin recombinarea genetica (crossing-over)

ABERATII CROMOZOMIALE

Aberatiile cromozomiale sunt boli pur genetice

Se impart in doua categorii: numerice si de structura

Aberatii cromozomiale numerice: poliploidia, anueploidia

POLIPLOIDIA
Caracteristici

Numarul de cromozomi somatici (2n) este multiplicat (4n, 6n, etc)

Normal - celule poliploide in organisme diploide

Ficat, pancreas, rinichi - celule tetra si octoploide

Celulele Purkinje din cerebel - tetraploide

Cauzele poliploidiei (forma patologica)

Ovocite imbatranite

gameti cu constitutie cromozom anormala

Dispermie: 1 ovula si 2 spermatozoizi

Diginie: metafaza II - 1 spermatozoid si 1 ovula secundara

accidente mitotice

Urmarile poliploidiei (rara la animale)

Organisme intersexuale - sterilitate

Fetusi avortati. Fetusi:

hernie diafragmatica

atresia ani

lipsa portiunii distale a membrelor anterioara

hernie cerebrala

hidrocefalie

fisura palatina

Rar nou - nascuti neviabili.

Malamut - cazuri de triploidie

Aneuploidia

Mai des intalnita.

Modificarea numarului de cromozomi

nulisomie 2n-2

monosomie 2n-1

trisomie 2n+1

tetrasomie 2n+2

Cauzele aneuplodiei

nondisjunctia cromozomilor (la sfarsitul metafazei, cromatidele nu se despart)

retardarea anafazica a cromozomilor - lipsa de migrare spre polii celulei

multipolaritatea fusurilor mitotice - mai mult de 2 poli - repartizare inegala a cromozomilor in celulele fiice

Urmarile aneuploidiei:

- dezechilibrul numeric: letal sau subletal

Aneuploidiile din celulele somatice

- letale sau subletale (trisomia 21 sau sindromul Down)

Aneuploidiile din celulele sexuale

- mai bine tolerate:

Sindromul XO (sindromul Turner)

Caracteristici:

Fenotip feminin

Statura redusa

Infantilism genital

Gat palmat

Coarcatia aortei (ingustarea lumenului aortei )

Numai 1% din embrionii 45, X0 isi incheie dezvoltarea (frecventa mica dupa fatare)

Cauze:

pierderea unui cromozom X in timpul gametogenezei

sau accidente mitotice, dupa fecundare

In majoritate - sterilitatea

Cazuri rare de fertilitate, cu produsi normali d.p.v. Cromozomial

Raspandirea la diferitele specii: iapa (39%), taurine, bivolita, oaie, suine, caine

Sindromul XXX - trisomia X (superfemele)

Cauze: nondisjunctia cromozomului X meioza II (anafaza II)

Normale d.p.v. fenotipic

Majoritatea - cicluri sexuale normale

- Pot fi fertile, produsii fiind normali

- Raspandirea la diferitele specii: taurine, bivolita, iapa, caine

Sindromul XXY (Klinefelter)

- Mai raspandit decat sindromul XO

- Masculi

Manifestari:

fenotip masculin, hipoplazie testiculara, azoospermie, ginecomastie

Cauze:

nondisjunctia cromozomului X in meioza II;

nondisjunctia mitotica postconceptionala

- Stare pura sau mozaic

Raspandirea: pisica (motani tricolori), taurine, ovine, cabaline, suine

Sindromul XYY

Fenotipic mascul

cauze: nondisjunctia cromozomului Y meioza II

Nu afecteaza fecunditatea, spermatogeneza - aparent normala

Uneori agresivitate accentuata

Raspandire: taurine, ovine, cabaline, motan (rasa Siameza)

Alte aberatii numerice

1. Mozaicismul

mai multe linii de celule avand cariotipuri diferite, provenind dintr-un singur zigot

Apare prin accidente mitotice (nondisjunctii, intarzieri anafazice)

. Mixoplodia (endoploidia)

poliploidie si aneuploidie in diferite celule si tesuturi ale lor.

White Blue Belgian Pietrain

Genetica 4

Aberatii structurale

Numarul de gene este neschimbat

Deletia, cromozomul inelar, izocromozomii, puncte de fractura, lacuna acromatica, duplicatia, inversia, translocatia

Deletia

= ruperea si pierderea unei portiuni dintr-o cromatida a unui cromozom.

Deletia poate fi terminala (ruptura se realizeaza la capatul cromozomului); interstitiala (apar doua rupturi pe acelasi brat)

Deletiile interstitiale sunt mai frecvente decat cele terminale, pentru ca ele nu implica formarea de telomere (necesare stabilizarii cromozomului).

Cromozomul inelar

= deletia terminala dubla la capetele unui cromozom si unirea celor doua extremitati (se pierd telomerele).

Izocromozomul

= diviziunea anormala, transversala a centromerilor, la sfarsitul metafazei.

- Cromozomul nou format are doua brate egale ca marime, dar identice d.p.v. genetic

Puncte de fractura

= zona de discontinuitate acromatica (bandare)

La nivelul unei singure cromatide sau la locuri identice pe cele doua cromatide

Fragmentele cromatidice rupte sunt deplasate de la pozitia normala

Lacuna acromatica

= zona de discontinuitate acromatica (bandare)

Pot sa apara pe una sau amandoua cromatidele

Fragmentele cromatidice rupte NU sunt deplasate de la pozitia normala

Duplicatia

= un fragment suplimentar pe bratul unui cromozom

Este opusa deletiei, dar se realizeaza cu ajutorul ei

Duplicatia se realizeaza prin:

crossing-over

translocatia intre cromozomii omologi

Este mai frecventa si mai putin letala decat deletia.

Inversia

= fragmentarea unui cromozom, rotirea fragmentului cu 180⁰ si fuziunea acestuia pe acelasi cromozom

Poate fi pericentrica (cuprinde centromerul) si paracentrica

Translocatia

= transferul de segmente (cromozomi) intre cromozomii neomologi

Tipuri de translocatie; simpla, reciproca, in tandem, robertsoniana

Translocatia simpla (nereciproca, insertia)

= transfer unidirectional al materialului cromozomal

Translocatia reciproca

= transferul bidirectional de material cromozomial intre cromozomi neomologi

Nu se produc pierderi de material genetic, schimbandu-se doar pozitia genelor

In general, purtatorii de T.R. sunt normali din punct de vedere fenotipic

Translocatia in tandem

= intre un cromozom acrocentric si unul neomolog (acrocentric, submetacentric, metacentric)

Intereseaza cromozomi intregi

Cromozomul rezultat este mai mare

Translocatia robertsoniana (fuziunea centrometica)

= Numai intre cromozomi neomologi acrocentrici

Rupturile au loc in regiunea centromerica

Rezulta

cromozom metacentric (din acrocentrici egali)

submetacentric (acrocentrici inegali)

Genetica 5

INTERSEXUALITATEA GENETICA

= apare ca urmare a dezvoltarii atipice a aparatului genital

- determinata de aberatii cromozomiale sau mutatii ale unor gene sexualizante.

Intersexualitatea influenteaza:

sexul genetic (XX, XY),

sexul gonadic (gonade, organe genitale interne),

sexul somatic (organe genitale externe)

Clasificarea intersexualitatii

A. Dupa criteriu fenotipic:

hermafroditism adevarat (HA)

pseudohermafroditism de tip mascul (PHM)

pseudohermafroditism de tip femel (PHF)

B. Dupa criteriu genetic:

Masculi XX

Femele XY

Sindromul de feminizare testiculara

Himerismul XX / XY (freemartinism)

A. Intersexualitatea fenotipica

Hermafroditismul adevarat (HA):

- prezenta ambelor gonade (ovare, testicule) separate sau imbinate (ovotestis)

PH de tip mascul (PHM):

- prezinta testicule

- organele interne si externe au diferentiere ambigua, mai mult spre sexul femel

PH de tip femel (PHF):

- prezinta ovare

- organele interne si externe au diferentiere ambigua, mai mult spre sexul mascul

B. Intersexualitatea genetica

B.1 Masculii XX

- sexul genetic este femel.

- gonadele: testicule (HA), ovotestis (PHM)

raspandire: Porcine, cabaline, caprine, caine (Cocker, Pointer german cu par scurt)

B.2 Femele XY

- sexul genetic mascul

gonadele: ovare hipoplazice

organele interne: normale

Femelele sunt sterile

Raspandire: taurine

B. 3 Sindromul de femelizare testiculara

- sex genetic mascul

- Organele genitale sunt insensibile la testosteron (mutatie genica), nu se mai produce diferentierea masculina a tractusului genital la fetus

- raspandire: taurine, ovine, cabaline, porcine, pisica, caine, iepure

B.4 Freemartinism

- himerism XX / XY

fenotipic: femele masculinizate

Femelele sunt sterile

Raspandire: taurine, ovine, caprine, porcine, cabaline

Freemartin - femela sterila, sarcina gemelara heterosexuata

Exterior - aproape normala, conformatie grosolana, cap masculinizat, uger mic

vulva atrofica

Tractusul genital - masculinizat

Himerism XX/XY

Fratii (masculii) - himerism XX/XY

Comportam sexual normal

Fecunditate discutabila

oligospermie

Ipoteze:

Teoria hormonala - transferul hormonului androgen (frate), prin anastomoza vasculara, determinind masculinizarea tractusului si gonadelor la femela (Lillie 1917)

Teoria celulara - transferul celulelor mascule si actiunea asupra diferentierii sexuale la femela (Ohno 1962)

Teoria antigenica - antigenul H-Y (situat pe cromozomul Y) se fixeaza pe celulele XX, determinand masculinizarea gonadei (Wachtel si Ohno 1980)

ABERATII CROMOZOMIALE LA PASARI

Haploidie, mixoploidie (2n/4n, 2n/3n), poliplodie (triplodie, tetraploidie, pentaploidie), monosomii, trisomii, translocatii, deletii

In stare pura sau mozaic

Important:

Poliploizii - viabili

triploizii puri ZWW - neviabili

Monosomia 2 sau deletia cromozomului 3 - micromielia (reducerea la a lungimii femurului si tibiei + cioc papagal)

Haploidia

Mozaic

Origine androgenica (mitoza)

Spermatozoizii supranumerali (polispermie)

penetreaza membrana ovocitei

dar nu realizeaza singamia

coabiteaza si incep diviziunea mitotica

Rezulta embrion haploid

Poliploidia (3n, 4n, 5n)

Nerealizarea citochinezei (meioza 2)

Mixoploidie (2n/4n, 2n/6n)

Nerealizarea citochinezei (meioza 2)

Triploidia

Cauze:

1 ovocita + 2 spermatozoizi (dispermie)

1 ovocita + 1 spermatozoid diploid

1 ovocita diploida + 1 spermatozoid

Gametii diplozi:

Nondisjunctia cromozomilor in meioza I sau II

neeliminarea globulului polar II (ovocite)

Triploidia ZWW - letala

Triploidia ZZW si ZZZ - 50% viabila, dezvoltare aparent normala

Himerele diploide/triploide

Cauze - Ovocite binucleate

Mecanisme:

1. Meioza I si II - normale, dar

1 nucleu + 1 spermatozoid si

1 nucleu + 2 spermatozoizi

2. Meioza I nu are loc intr-unul din nuclei. Meioza II - normala

3. Meioza I - normala.

Meioza II nu are loc intr-unul din nuclei.

Rezulta: ZZ / ZZZ; ZZ / ZZW; ZW / ZZW; ZW / ZZZ

Aceste himere - viabile numai la unele linii de gaini

Translocatia

Translocatii reciproce nebalansate intre 2 autozomi si cromozomul Z

Intersexualitatea la pasari

Aspect normal: la femele (ZW) numai gonada stanga se dezvolta in ovar functional

Gonada dreapta - la adulte - vestigiu microscopic.

Intersexualitatea la triplozi

- galinacee - ZZZ, ZZW

- fenotipic sunt masculi, dar sunt sterili

histologic:

gonada stanga este ovotestis la ecloziune si devine testicul la maturitate

gonada dreapta = testicul

Intersexualitatea la diplozi

- gaina, rata, porumbel, fazan

1. Freemartinism (oua cu galbenus dublu) - masculi femelizati

2. Hermafroditism: gaini cu pinteni.

Gonada stanga = ovotestis

Gonada dreapta = testicul

CARIOTIPUL NORMAL SI PATOLOGIC LA TAURINE

Cariotipul normal

Cariotipul normal = 60 cromozomi (58 + 2)

Toti cromozomii somatici sunt acrocentrici (de diferite marimi)

cromozomii sexuali sunt submetacentrici

Cromozomul X este cel mai lung

Anomalii de structura

Translocatia robertsoniana

(Gustavsson 1964, Suedia)

Anomalie echilibrata, se transmite ca un factor mendelian simplu, dominant in proportie de 1:1

Peste 50 rase - toate continentele

Frecventa mare - Rase ameliorate

Prima data - Suedia (1964)

Cauza aparitiei la atatea rase: mutatie recurenta sau origine comuna (reafirmata in 2004)

Nu apar efecte fenotipice vizibile

Taurii heterozigoti:

comportament sexual normal

caracteristici spermatice normale (mobilitate, volum)

usoara oligospermie

Consecinta - reducerea fecunditatii (cresterea mortalitatii embrionare precoce)

Organismele mono si trisomice - neviabile

Profilaxia genetica:

Eliminarea masculilor cu 1/29 - indiferent de valoarea lor de ameliorare

Analiza citogenetica (cariotipare)

Romania: 1975 - 2005:

- analiza a 2500 masculi din rasele Baltata cu Negru Romanesca, Baltata Romaneasca si Bruna

- frecventa a scazut de la 13,5% la 8,8%

Avand in vedere influenta negativa asupra fecunditatii, purtatorii homo si heterozigoti - eliminati

Alte translocatii robertsoniene:

Numeroase, dar cu frecventa mai scazuta

Taurinele

numai autozomi acrocentrici

toti pot fi potentiali participanti la eventuale translocatii robertsoniene.

Peste 40 de tipuri de translocatii robertsoniene:

1/21, 1/26; 3/27; 14/28; 19/21 - Friza

3/4 - Limousin

5/18; 6/11; 12/12; 14/20, 14/21, 20/20 - Simmenthal

5/23 - Bruna MM

21/27 - Blonde d'Aquitaine

25/27 - Sura de stepa

Translocatiile in tandem

fenotip normal

Fecunditate usor redusa (cu 10%)

Translocatii reciproce

Fenotip normal

Fecunditate redusa

Translocatia X/18 - femele fenotipic normale. Calduri false si repetate. Fecunditate scazuta.

Translocatia X/23 - cromozom painting

- fecunditate scazuta.

Transloc Y/9 - aparent normal; steril, bandare C si G

Cromozomul 17 nu a fost afectat de nicio translocatie

Cromozomi inelari - F% scazuta

Inversii pericentrice - scaderea fecunditatii

Frecventa la ambele sexe

Fenotip Normal

F% scazuta.

Anomalii numerice

Cromozomi somatici

Rare dupa nastere, fiind eliminate prin mortalitate embrionara

Nu au fost evidentiate poliploidii in stare pura

Mozaic 2n/4n; 2n/6n la animale cu hipertrofie musculara (Blue White Belgian)

Blue White Belgian (Bleu Blanc Belge)

Anomalii numerice

Dupa om si soarece, trisomiile autozomale de la taurine - cele mai raspandite si studiate.

Consecintelor lor:

mortalitate in primele zile dupa fatare (malformatii grave)

manifestari negative doar asupra dezvoltarii corporale (nanism)

Trisomia

Foarte raspandita

Trisomia 18

asociata cu brahignatismul inferior, hernie ombilicala, anomalii cardiace si urogenitale

Letala (primele zile dupa fatare)

Trisomia 22

asociata cu brahignatismul inferior/superior, malformatii urogenitale

produsi sunt viabili si pot avea, la randul lor, produsi normali

Trisomie 28 (2001)

intarzierea cresterii

brahignatism superior

hipersalivatie

strabism convergent

macroclitoris

mameloane supranumerare (politenie)

la necropsie s-a constatat prezenta cervixului dublu si o extravalvula aortica.

Anomalii numerice

Cromozomii sexuali - cazuri sporadice

Sindromul XO (femele)

Fenotip aparent normal.

Constitutia usor grosolana.

anestrus, atrofie ovariana

Sindromul XXX

Fenotip normal

talia mica

Anestrus sau cicluri sexuale neregulate, monte repetate

infantilism uterin

Pot avea produsi normali

Sindromul XXY

Pur sau mozaic

Aparenta de mascul sau aspect femelizat

Comportament sexual normal

Hipoplazie testiculara uni/bilaterala, azoospermie (pur) sau oligospermie (mozaic)

Sindromul XYY

Numai mozaic

Criptorhidie unilaterala, calitate redusa a materialului seminal, fecunditate normala

retivitate

Freemartinism

- clasic

- alte tipuri de freemartinism la taurine:

1. Freemartini unigesti - din fatare negemelara

Ipoteze:

Moartea cogemenilor masculi dupa a 39 zi gestatie (cand are loc anastomoza vasculara)

Fuzionarea, dupa fecundare, a 2 zigoti heterosexuati

2. Freemartini fecunzi

Aparat genital normal

Anastomoza vasculara se realizeaza dupa a 39 zi gestatie (dupa diferentierea fetala a ovarelor)

3. Freemartini gemeni cu fetusi monstruosi

Fratele lipsit de cord functional

(acardius amorphus)

Dependent de freemartin

4. Freemartini cu atresia ani

Fratele normal

5. Freemartini cu himerism complex

XX / XY / XO

Freemartinul: organe feminine externe anormale; pungi scrotale

Fratele - aparent normal, criptorhidie unilaterala, hernie ombilicala

Cauza: freemartinul - a fost initial XX/XO

XX / XXY

Freemartinul:

nu organe genitale externe (nici femele, nici mascule)

Ovare disgenetice

Fratele - fenotip masculin, talie marita, hipoplazie testiculara, azoospermie (Klinefelter)

Genetica 6

CARIOTIPUL NORMAL SI PATOLOGIC LA OVINE

Cariotip normal: 54 cromozomi (26 + 1)

3 perechi metacentrici

23 perechi acrocentrici

cele trei perechi de metacentrici - prin translocatie robertsoniana centrica

(familia Bovidae)

Anomalii de structura, anomalii numerice, intersexualitatea

Anomalii de structura:

- translocatia reciproca 1/20 (singura): reduce numarul de gemeni si tripleti

Translocatia robertsoniana:

5/26, 8/11, 7/25 - scaderea fecunditatii

Anomalii numerice - celule sexuale

Sindromul XO

- pur, mozaic

Fenotipic mascul, glanda mamara redusa, infecunditate

Sindromul XXX

- nu a fost pus in evidenta

Sindromul XXY

- comportament sexual normal, hipoplazie testiculara, azoospermie

Sindromul XYY

- numai mozaic

- lipsesc datele privind fecunditatea

Intersexualitatea

Freemartinism

- frecventa de aparitie = 1/10

- La rasele prolifice (Romanov, Finish Landrace) - frecventa mica

Pseudohermafroditism mascul

Femelizare testiculara

CARIOTIPUL NORMAL SI PATOLOGIC LA CAPRINE

Cariotip normal 60 cromozomi (acrocentrici)

Intersexualitate, anomalii de structura, anomalii numerice

Intersexualitate: foarte frecventa

- hermafroditism, PHM, hipoplazie testiculara

Anomalii de structura:

Translocatia robertsoniana - frecventa la rasa Saanen.

- 2/13; 6/14 - scaderea drastica a fecunditatii

CARIOTIPUL NORMAL SI PATOLOGIC LA PORCINE

Cariotipul normal 38 cromozomi (18+1)

5 perechi submetacentrici

5 perechi metacentrici

8 perechi acrocentrici

Intersexualitatea, anomalii numerice, anomalii de structura

Intersexualitatea:

HA, PHM, PHF

freemartinism

(poate sa apara prin fecundare simultana a ovulului si primului globul polar)

femelizare testiculara

Anomalii numerice

La cromozomi somatici - rare. Mixoploidia: Pietrain

La cromozomii sexuali:

Sindromul XO

- anomalii de dezvoltare a organelor genitale externe de tip intersexuat

Sindromul XXX - nu a fost semnalat

Sindromul XXY

- fenotip mascul normal, hernie scrotala unilaterala, testicule hipoplazice, azoospermie, uter

Sindromul XYY - nu a fost semnalat

Anomalii de structura - numai la cromozomii somatici

Translocatia robertsoniana: 13/17. Nu s-a studiat influenta asupra fecunditatii

Translocatia reciproca - frecventa (24 tipuri)

- reducerea severa a fecunditatii (cu 25%)

Puncte de ruptura: cromozomi 1, 14

CARIOTIPUL NORMAL SI PATOLOGIC LA CABALINE

Cariotip normal: 64 cromozomi

Anomalii de structura, numerice, intersexualitate

Anomalii de structura:

Deletia:

cromozomi 13, 2

Letale in stare homozigota

Translocatia reciproca:

13/14, X/autozom

Fenotip normal

Fecunditate variabila

2. Anomalii numerice

Sindromul XO

- frecvent

- pur, mozaic

Talia redusa

cicluri neregulate, organe genitale externe normale, sterilitate

ovare hipoplazice, uter mic

Concentratie crescuta de LH plasmatic

Nivel scazut de estrogeni plasmatici

Sindromul XXX: pur

- fenotip normal, organe genitale externe normale, cicluri estrale neregulate, hipoplazie ovariana

- concentratie scazuta de progesteron seric

Sindromul XXY:

- pur, mozaic

- sterilitate, testicule mici, hipoplazice, criptorhidie, uter infantil

- azoospermie

Sindromul XYY

- mozaic, hipoplazie testiculara

3. Intersexualitate

PHM - frecvent

- sterilitate, gonade atrofiate, canini

Femele XY - feminizare testiculara

Freemartinism: rar

Genetica 7

GENETICA MENDELIANA

Gregor Mendel (1822-1884) - calugar Brno (Cehia).

Mazare - particularitati:

Planta autogama (autofecundare)

Se cultiva usor, intr-un sezon - mai multe serii

Poseda mai multe caractere, fiecare caracter are doua forme alternative

Mendel - 7 caractere - in generatii succesive - legile mendeliene

Termeni din genetica mendeliana

Hibridare = incrucisarea dintre organisme din aceeasi specie, care difera prin mai multe caractere

Dupa numarul de caractere - Mono, di, tri, polihibridare.

Hibrizi = produsii obtinuti prin hibridare

Parinti - P - generatia parentala

Produsi - F - generatia filiala (progeni). F1, F2

Factor mendelian (gena) = agentul genetic care este responsabil de aparitia unui caracter particular

Locus = locul din structura cromozomului ocupat de gena

fiecare gena - doua forme alternative

Alela - cele doua forme sub care exista o gena dintr-un locus.

Alela normala - tip salbatic

Alela modificata - tip mutant

Alele identice - individ homozigot

Alele diferite - individ heterozigot

Caractere mendeliene = caractere alelice

Culoarea robei

coarne

culoare ochilor

Caracter dominant = un caracter care se transmite de la un parinte la produs si se manifesta in - F1

Dominanta = capacitatea unei gene de a se manifesta in stare heterozigota.

Caracter recesiv = un caracter de la un parinte care NU apare in F1, dar reapare in F2.

Alele dominante: A, B, C

Alele recesive: a, b, c

Organisme:

Homozigote dominante AA

Heterozigote Aa

Homozigote recesive aa

Caractere mendeliene

Taurine:

D: culoarea neagra R: culoarea rosie

(unele rase)

D: culoarea uniforma R: baltaturi

D:fara coarne R: coarne

Ovine: D: culoarea alba R: neagra

Caprine: D: fara coarne R: coarne

Cabaline: D: neagra R: rosie

Gaini: D: creasta batuta R: simpla

Genotip: suma genelor unui organism (caracter)

Fenotip - ansamblul caracterelor structurale si functionale observate la un organism.

Legile mendeliene

segregarea independenta a caracterelor (Legea 1)

combinarea independenta a caracterelor (legea 2)

Uniformitatea fenotipica a hibrizilor din F1 (principiu mendelian)

Legea segregarii independente a caracterelor

Monohibridarea - de tip Pisum in care raportul de segregare fenotipica in F2 - 3:1

Bateson

♂ rasa Wyandotte - creasta rozeta D

♀ rasa Leghorn - creasta simpla R

Cuenot: Soareci gri D x soareci albi R

Morgan: Drosophila melanogaster

Aripi normale D

Aripi vestigiale R

Legea combinarii independente a caracterelor

Dihibridare

Galben, neted - D

Verde, zbarcit - R

Raport segregare fenotipica

9:3:3:1

Drosophila:

Corp cenusiu, aripi normale - D

Corp negru, aripi vestigiale - R

Taurine

Culoare neagra, uniforma - D

Culoare rosie, baltaturi - R

Fenotipuri F2:

9 negre, uniforme

3 negre, baltate

3 rosii, uniforme

1 rosii, baltate

Taurine

Culoare neagra, fara coarne - D

Culoare rosie, cu coarne - R

Fenotipuri F2:

9 negre, fara coarne

3 negre, cu coarne

3 rosii, fara coarne

1 rosii, fara coarne

Polihibridare

- raportul de segregare fenotipica (3 + 1)ⁿ

Abateri de la legile mendeliene

Mendel - segregare fenotipica (3 + 1)ⁿ 3:1; 9:3:3:1, etc

F2 - apar abateri de la segregare, ca rezultat al interactiunii genelor

Interactiunea genica - fenomenul prin care o gena, prin actiunea sa, influenteaza in diferite grade (pana la anulare) actiunea altei gene.

Interactiunile:

Alelice - intre alelele aceluiasi locus

Nealelice - intre gene situate pe loci diferiti

INTERACTIUNI ALELICE

- dominanta completa, dominanta incompleta (semidominanta), codominanta, supradominanta, gene letale, polialelism.

Dominanta completa

ereditate tip Pisum - experiente pe mazare - rapoarte de segregare tipice

Dominanta incompleta (semidominanta)

ereditate de tip Zea

monohibridare - porumb (Zea mays) - boabe albastre si albe, F1: boabe violacee

Barba imparatului - Flori rosii (D) si albe (R)

F1: roz

F2: 25% rosii, 50% roz,

25% albe

Raport segregare fenotipica 1:2:1

Gainile de Andaluzia

Negre (AA) x albe (aa)

F1 - gri-albastrui (Aa)

F2 25% negre (AA); 50% gri-albastrui (Aa); 25% albe (aa)

Raport de segregare fenotipica1:2:1

Taurine Shorthon:

rosie AA x alba aa

F1: piersicie

F2: 1:2:1 rosii:piersicii:albe

Supradominanta

Hull 1945 - 1946.

Efectul unei gene dominante este mai mare cand actioneaza in stare heterozigota decat homozigota.

Aa - superior lui AA

Diferenta de valoare se datoreaza interactiunii care se stabileste intre alela dominanta si cea recesiva.

Caractere: talia, dimensiuni, robustete, vigoare, viabilitatea.

Efectul datorat supradominantei = heterozis (vigoarea hibrida).

Raportul de segregare 1:2:1

Codominanta

Aspect particular al dominantei incomplete

Dominanta incompleta - caractere cantitative

Codominanta - caractere calitative

Codominanta: ambele gene din genotipul heterozigot isi manifesta efectul

Fenotipul heterozigot nu va fi nici dominant, nici recesiv. Prezinta un amestec de insusiri din forme parentale homozigote

Cele doua alele actioneaza cu aceeasi putere, dar in directii diferite

Taurine

Hemoglobina, lactalbumine, lactoglobuline

Hb: doua alele A (Hb A), B (Hb B)

AA x BB

F1: AB

F2: 25% AA 50% AB 25%BB

Genetica 9

Gene letale

Raportul de segregare mendeliana - in F2 - poate fi modificat prin lipsa de viabilitate a unor produsi.

Genele letale

gene dominante sau recesive

in stare homozigota determina moartea embrionilor in diferite etape ale dezvoltarii

Clasificarea genelor letale:

Dupa gradul de actiune:

letale p-zise - mortalitate peste 90%

Semiletale - mortalitate 50 - 90%

Subvitale - mortalitate 10 - 50%

Cvasinormale - mortalitate sub 10%

Dupa tipul celulelor in care isi exprima efectul

Gene letale gametice (moartea gametilor)

Gene letale zigotice (moartea zigotilor)

Dupa cromozomii pe care se gasesc genele

Gene letale autosomale

Gene letale sexuale (gonozomale)

Identificarea genelor letale

In F2 - raport de segregare fenotipica de 2:1, in loc de 3:1 (mortalitate embrionara)

1905 - francezul Cuenot - soareci galbeni si cenusii (agouti, salbatic)

P: Galbeni x galbeni

F1: galbeni, agouti (2:1). Organismele de tipul "galben homozigot" - mortalitate embrionara

Nutrie: gena V - culoarea aurie a blanii

V V - moarte embrionara

P: ♂ auriu x ♀ aurie

F1: V v x V v

F2: 2 V v : 1 v v

Nurca:

gena S^H - culoarea shadow (alba cu extremitati negre);

letala in stare homozigota S^H S^H

Ovine:

Karakul si Turcana - culoarea brumarie

gena Rn homozigota - mortalitate dupa intarcare (3-4 luni).

Atonia prestomacelor (lipsa de functionare a nervului vag; fermentatii gazoase continue - moarte prin intoxicatie si asfixie.

1932, G.K. Constantinescu - mieii brumarii din rasa Turcana

Identificarea homozigotilor de heterozigoti - backcross (culoare neagra)

Gaini:

mers tarator - gena mutanta dominanta C

P: ♂ mers tarator x ♀ mers tarator

F1: raport de 2:1, pentru ca starea homozigota este letala

Crap:

trei forme fenotipice:

solzi pe tot corpul,

solzi liniari ( numai pe liniile laterale ale corpului),

crap nud

Liniari x liniari:

50% liniari, 25% pe toata suprafata corpului. Crapii cu solzii liniari homozigoti - neviabili

Polialelia (alelism multiplu)

In mod obisnuit - pe acelasi locus - sunt prezente doua alele

Rezulta organisme homozigote / heterozigote

Fenomenul = alelism simplu

Morgan (1914) - pe acelasi locus - mai mult de doua alele pentru acelasi caracter

Fenomenul = polialelism (alelism multiplu)

Toate alelele de pe acelasi locus - determina acelasi caracter, dar in combinatie de cate doua alele

Exista o alela cap de serie - tip salbatic dominant

Urmatoarea alela

recesiva fata de alela anterioara;

dominanta fata de alela urmatoare (cascada)

Exemple:

Drosophila melanogaster:

20 alele determina culoarea ochilor

Spectofotometrie (pigmenti)

Culoarea rosie - dominanta, tip salbatic, cap de serie

Visinie, margean, sangerie, caisa, miere, perla, fildes, alba (sfarsit de serie)

Iepure

Culoarea blanii: 3 serii albinotica, galbena, neagra

Seria albinotica:

Cap de serie - culoarea agouti (culoare bruna cu brau galben spre varf, iepure salbatic)

Chinchila (amestec alb-negru); himalaya (corp alb, extremitati negre); alba (albinotic uniform);

Culoarea agouti

Culoarea chinchila

Culoarea himalaya

Culoarea alba

Taurine

-lactoglobuline - 7 alele: A, B, C, D, E, F, G

LGB^A , LGB^B, etc

Interactiuni nealelice

Dezvoltarea unui caracter - controlata de mai multe gene aflate in loci diferiti.

Apare o varietate de rapoarte de segregare

Genele implicate a interactiuni nealelice pot fi:

modificatoare,

complementare (cu interactiune reciproca)

epistatice

aditive.

Gene modificatoare

Genele care influenteaza capacitatea de exprimare fenotipica a altor gene.

Trei categorii:

gene amplificatoare (intensificatoare) - intensifica activitatea altor gene;

gene reducatoare (restrictive) - micsoreaza capacitatea de exprimare fenotipica a altor gene;

gene inhibitoare - anuleaza activitatea altor gene.

Genele modificatoare: dominante si recesive.

Nurca

culoarea standard (bruna inchisa): 20 de gene din care 15 D si 5 R.

apar varietati de culoare (alte gene care influenteaza culoarea)

Iepurele domestic

5 gene: negru, brun, galben, albastru si agouti.

Alte gene - situate pe alti loci - modifica culorile de fond, diluandu-le, determinand nuante si pete.

Gaini, porumbel

tipul salbatic, D - capul lipsit de un mot de pene

Tip mutant, R - motul. Forma si dimensiunea motului - gene modificatoare (gluga, total capul)

Gaina:

rasa Leghorn - alba, dominanta

Wyandotte, Plymouth Rock - alba, recesiva

L x W (PR)

F1 albi

F2 13 albi : 3 colorati

Leghorn alb este genotipic o rasa colorata, care nu-si manifesta culoarea din cauza unor gene modificatoare

Gene complementare

= Interactiunea genica reciproca

= actiunea concomitenta a doua gene din loci diferiti.

Gaini

creasta pinten "P" - dominata

Creasta batuta (tripla) "b" - recesiva

P x b

F1: creasta nuciforma

F2: 9:3:3:1

Nurca

culoarea aleutina (gri metalizat) - dominanta

Culoarea platinata (gri deschis cu puf albastru) - dominanta

A x P

F1: standard (brun inchis)

F2: 9 standard:3 aleutina: 3 platinata: 1 safir

Gene epistatice

Bateson (1906)

Epistazia - o gena dintr-un locus poate inhiba efectul altei gene din alt locus.

Ereditatea culorilor.

Epistazia: de dominanta si de recesivitate.

Epistazia de dominanta

Gena dominanta anuleaza efectul altei gene dominante, precum si a alelelor sale recesive din alt locus.

F 2= 12:3:1 (culoare noua)

Ovine, rasa Karakul

P: Oi negre (dominante) x Oi albe (recesive)

F1: Oi negre (heterozigote)

F2: 12:3:1 negri / cafenii / alb

Culoarea cafenie - dominanta

Epistazia de recesivitate

Gena recesiva in stare homozigota, anuleaza efectul unei gene dominante si a alelelor sale recesive din alt locus.

F2 = 9:3:4

Iepuri din rasa Alaska:

P: neagru x alb

F1: culoare agouti

F2: 9 agouti: 3 negri: 4 albi.

Caniche

P: alb x brun

F1: negri

F2: 9 negri: 3 bruni:4 albi

Gene aditive (poligenie)

La realizarea unui caracter - participa mai multe gene nealele cu actiune asemanatoare si simultana si ale caror efecte se insumeaza.

Caracterele cantitative: productia de oua, productia de lana, greutatea corporala, etc.

Culoarea robei la diferite specii de animale.

Raport segregare (la doua gene nealele)15:1

Nutrie

culoarea standard maro inchisa - 9 perechi de gene din care 6 D si 3 R

se obtine dupa imperecheri intre indivizi homozigoti la toti cei 9 loci implicati, in generatii succesive

Gaina:

P: ♂ "incaltat' x ♀ "neincaltata'

F1: "incaltati'

F2: 15:1 incaltati / neincaltati

Pleiotropia

- nu face parte din interactiunile genice.

= capacitatea unei gene de a avea mai multe efecte fenotipice

Nurca:

culoarea alba - recesiva, gena "h"

Indivizii homozigoti recesivi hh - albi, surzi

culoarea aleutina (gri metalizat): boala aleutina, slabire constitutionala, %morbiditate mare, sterilitate

alba cu cruce neagra (SS): micsorarea dimensiunilor capului

Genetica 10

Relatii dintre genele aceluiasi cromozom

Conform teoriei cromozomiale (Morgan, 1910-1915) - asezarea genelor pe cromozomi este lineara

Functie de distanta intre ele:

Gene strans lincate (lincaj)

Gene slab lincate (crossing-over)

Lincajul

= transmiterea asociata a genelor

Bateson si Punnett 1906 (plante)

Morgan - Drosophila melanogaster

Evidentiere lincaj -testcross

Pe cromozomi diferiti - segregarea fenotipica 1:1:1:1

Pe acelasi cromozom: segregarea fenotipica 1:1 (formele parentale)

Drosophila:

P: Ochi rosii, aripi normale x ochi purpurii, aripi vestigiale

F1:

50% ochi rosii, aripi normale

50% ochi purpurii, aripi vestigiale

Drosophila: genele - 4 grupe de lincaj

Bacterii: lincaj total (1 cromozom)

Vietuitoare superioare: n grupe de lincaj (nr haploid)

Taurine:

30 grupe de lincaj

Hemoglobina si grupa sangiuna A

Ceruloplastina si transferina

Inlantuirea genelor in pozitia "cis" si "trans"

A a A a B b b B

cis trans

Crossing - over

= inlantuirea incompleta a genelor distantate

Profaza meiotica (pachiten) - cromozomi omologi

Testcross

4 categorii fenotipice inegale

Formele parentale egale, >

Formele noi egale, <

Drosophila

P:

aripi normale, corp cenusiu x aripi vestigiale, corp negru

F1:

41,3% aripi normale, corp cenusiu

41,4% aripi vestigiale, corp negru

8,6% aripi normale, corp negru

8,7% aripi vestigiale, corp cenusiu

Fenotipurile noi - recombinari

(gene recombinate, recombinati)

Crosining-overul nu are loc in fiecare meioza

C-O apare la fiecare 50 meioze

Tipuri de C-O

1. Functie de numarul punctelor de fractura

C-O simplu

C-O dublu

C-O multiplu

2. Functie de modul de asociere a CR

C-O egal: schimb egal de segmente cromatidice

C-O inegal: deplasarea locusului unor gene

A A A B A B A B A C B C B B C C C C

Prin C-O inegal - Drosophila - forma Bar

(reducerea numarului de fatete ale ochiului)

3. Functie de locul de producere a C-O

C-O intergenic (intervalul dintre gene)

C-O intragenic (interiorul genei)

Frecventa mica

Loci complecsi - Pseudoalele - subregiuni ale genei

Locusul ABO

4. Functie de tipul de diviziune celulara

C-O meiotic (pachiten)

C-O mitotic (somatic) - ipoteze: G2, profaza

Evidentiat la Drosophila (C. Stern)

Ipoteza: ochii ceacari

Factorii care determina produceea C-O

Sexul:

Sexul heterogametic - CO mai rar. Explicatie: lipsa de omologie intre X si Y

Varsta:

Varsta inaintata - Cromozomul X - accidente meiotice

Temperatura: factor mediu.

T scazuta - ridica frecventa CO in anumite segm si o reduce in altele

Gradul de inlantuire = distanta dintre gene

Nr chiasme creste cu lungimea dintre gene

Interferenta = existenta unui CO simplu reduce posibilitatea producerii altui CO

Distanta mica - interferenta creste

Pozitia pe cromozom:

aproape de centromerul si telomere -- NU.

Aberatii structurale - reduc / suprima CO

(letalitatea gametilor)

Structura chimica a materialului genetic

Acizii nucleici

Acid dezoxiribonucleic (ADN)

Acid ribonucleic (ARN)

Polimeri macromolecula) - unitati care se repeta. Unitatea = nucleotid

1 nucleotid:

acid fosforic

Zahar cu 5 atomi carbon (pentoza)

Baze azotate (purinice/pirimidinice)

ADN

Depozitarea si transmiterea informatiei genetice

Zaharul - dezoxiriboza

Baze azotate:

Bazele purinice: adenina, guanina

Bazele pirimidinice: timina, citozina

Structura bicatenara

Complementaritatea: punti de hidrogen

A/ T - 2 punti G/C - 3 punti

Organizarea ADN:

Primara - ordonarea nucleotidelor

Secundara - formarea lantului dublu catenar

Tertiara - asocierea proteinelor histonice si nonhistonice la lantul de polinucleotide

Cuaternara - dispunerea spiralata

ARN

Zaharul - riboza

Bazele purinice: adenina, guanina

Bazele pirimidinice: uracil, citozina

Structura monocatenara

Tipuri de ARM: mesager, transfer, ribozomal

ARMm - mesager

2-4 % din ARN

copierea informatiei genetice din ADN (nucleu) in citoplasma

ARMt - transfer

transporta aminoacizii la locul de formare a proteinelor

ARMr - ribozomal

Participa indirect la sinteza proteinelor

CODUL GENETIC

= inregistrarea informatiei genetice in molecula acizilor nucleici

Determinat de ordinea bazelor azotate din structura primara a ADN

Informatia genetica - semne (simboluri)

cuvinte de cod fraze codificate exprimarea unui caracter fenotipic

Alfabetul genetic:

4 simboluri: AGCT (U)

20 litere: 20 aminoacizi

Codonul

Unitatea de functiune a codului genetic

= succesiunea de baze azotate necesare pentru codificarea unui aminoacid

Un codon recunoaste numai un singur aminoacid

Codon triunovoc - 1 aminoacid este codificat de 3 nucleotide (Sierenberg 1961)

Inceputul sintezei proteinelor - codoni de initiere (AUG)

Sfarsitul sintezei - codoni non sens (terminatori): UAA, UAG, UGA

Transmiterea mesajului genetic

Molecula de proteina: 1-mm lanturi polipeptidice

1 lant polipeptidic: 20 aminoacizi esentiali

Etape: transcriptia, traductia

Transcriptia:

= trecerea informatiei de la ADN la ARN

ARNm - duce informatia in citoplasma

Sinteza ARNm - trei etape:

Initierea: despiralizarea localizata a ADN

Constituirea complementara a lantului ARNm (elongatie)

Terminarea: codoni nonsens

Traductia

Sub actiunea ARNr, ARNt, aminoacizi, enzime, donatori de energie

In citoplasma, informatia din ARNm se fixeaza de ribozom:

La intalnirea semnalului AUG - citirea

ARNt - transporta AA in situs elongatia

Sfarsitul traductie - codoni nonsens

In sinteza proteinelor sunt implicate gene structurale

GENA

Particularitati:

Unitatea elementara a ereditatii.

Unitatea de functie a cromozomului

Unitatea de recombinare - crossing-over

Unitatea de mutatie

Cel mai mic fragment din cromozom

Determina diversificarea genotipurilor din populatie

Au dispozitia lineara pe cromozom

Ocupa o pozitie si un spatiu pe cromozom = locus

1941 - o gena controleaza o enzima. Particularitati metabolice

Structura genei: cistron, muton, recon

Cistronul

= segment al materialului genetic (ADN, ARN)

Succesiune de 500-2000 perechi de nucleotide

Unitatea functionala a genei

Mutonul

Alcatuit dintr-o pereche de nucleotide

= unitatea de baza a mutatiei genice (mutatia punctiforma)

Reconul

= unitatea de recombinare dintre 2 perechi de nucleotide.

Mutatie intragenica

Pozitia genei pe cromozom

locus = pozitia si spatiul

alele = variantele informationale ale genei (forme alternative fenotipic)

Insusirile genei: specificitatea, penetranta, expresivitatea, activitatea in raport cu perioada ontogenetica

Specificitatea genei

este data de cistron

ordonarea particulara a nucleotidelor pe o secventa ADN

Penetranta genei

frecventa cu care o gena se manifesta fenotipic

Caracterul "akeratos" - rasa Bruna de MM

Expresivitatea genei

grad de manifestare fenotipica a unui caracter

depinde de factori endogeni: rasa, varsta, sexul, individul

Activitatea genei in functie de perioada ontogenetica

Lant de activari / inactivari

Hemoglobina (Hb)

Primele luni gestatie: Hb GOWER I monomerica, apoi Hb GOWER I dimerica

Din a IV luna: Hb fetala

Dupa 1-2 ani: Hb A sau B

Genetica 11

DETERMINISMUL GENETIC AL SEXELOR

Determinism = angajare ireversibila, privind procesul de dezvoltare a testiculelor si ovarelor

Intervin - cromozomii sexuali - genele sexualizante

Henking 1891 - teoria cromozomiala - sexul este determinat de cromozomi (X)

Wilson 1905 - insecta Lygaeus - cromozomul Y

Wilson 1911 - X si Y = cromozomi sexuali

Mecanisme de determinism genetic

Prin conjugare

Prin gene specializante (pe cromozomi somatici)

Prin gene specializante (pe cromozomi sexuali)

Mecanismul prin conjugare

Organisme inferioare (bacterii)

Nu exista sexe diferite

Nu exista dimorfism sexual

Fenomen de imitare a sexualitatii (parasexualitate)

Conjugarea = procesul prin care ADN-ul bacterian este transferat de la o celula bacteriana donatoare la una receptoare (prin contact fizic)

Observat la Escherichia coli tulpina K12 - de J. Lederberg (1946) - premiul Nobel

Plasmidul F (factor de fertilitate) - diferenta sexelor

Celula M - prezenta F - donatoare de ADN

Mecanismul prin gene pe cromozomi somatici

Unele specii de pesti si reptile

Genele - diferiti cromozomi somatici

Determinismul - dependent de temperatura

Specii de broasca testoasa (Caretta caretta, Emys orbicularis, Testudo graeca)

M - 20-27⁰C

F - 30-35⁰C

Aligatorul american (Aligator mississippiensis)

M - 33⁰C

F - 30⁰C

Ambele sexe - 32⁰C

Perioada termosensibila - temperatura determina sexul

reptile - prima jumatate a incubatiei

Mecanismul prin gene pe cromozomi sexuali

Nevertebrate si vertebrate

X, Y; Z, W

La majoritatea organismelor

XX - homogametic, F

XY - heterogametic, M

Raportul de sexe (sex-ratio) 1:1

Sisteme fundamentale de determinism cromozomial al sexelor

Sistemul XX/XY - tipul Drosophila

Sistemul XX/XO - tipul Protenor

Sistemul ZZ/ZW - tipul Abraxas (pasare)

Sistemul ZZ/ZO - tipul fluture

Sisteme fundamentale de determinism

1. XX/XY - tipul Drosophila

(D melanogaster)

mamifere, unele specii de

insecte, pesti,

amfibieni, reptile

2. XX/X0 - Protenor

Multe insecte, nematode

3. ZZ (m)/ZW (f) - Abraxas, pasare

Fluturele Abraxas, pasari, unele specii de lepidoptere, pesti, amfibieni, reptile

4. ZZ (m)/Z0 (f) - fluture

Abateri de la sistemul fundamental de determinism genetic al sexelor

Sistemul Y multipli (XX/XY1Y2)

Gerbillus sp Sorex sp

Liliacul american din genurile Corallia si Chaeroniscus

Sistemul XY comun ambelor sexe (XY/XY) - Akodon sp

Sistemul de X diferiti (X1X2 la femele)

Lemingul scandinav (Myopus schisticolor)

Sistemul XO la ambele sexe (X0/X0)

Ellobius lutescens (soarecele cartita)

Alte sisteme de determinism al sexelor

Haplodia masculina: albine, viespi, furnici

Nu exista cromozomi sexuali

seturile de CR determina sexul:

F - diplode

M - haploizi

Transmiterea caracterelor legate de sex (sex-lincate)

Y - holandrica

Hipertricoza urechii infertilitatea mascula

Produsii de sex

mascul vor fi 100% bolnavi

X hologina

1. dominanta

50% din produsii femeli - bolnavi

50% din produsii masculi - bolnavi

Reumatism vitamino-rezistent

hipoparatiroida

sindromul Aicardi (letal la M, Klinefelter, incoordonare extremitati)

hipofosfatemia (vit.D rezistenta)

sindromul X fragil (Martin-Bell, 230 CGG, asimetrie faciala)

Sindromul Rett (debilitate neurologica, miscari repetitive ale mainilor)

Reumatism vitamino-rezistent

X fragil

2. recesiva:

50% din produsii de sex masculi sunt bolnavi

50% din produsii de sex femel sunt sanatoase

50% din produsii de sex femel sunt purtatoare

Hemofilia A si B

Daltonism (mono - gri, di, tricromatic - rosu/verde)

maladia Parkinson

surditatea congenitala

atrofia congenitala a retinei

distrofia musculara Duchenne (boala neuromusculara progresiva)

X hologina recesiva

Parkinson

Z hologina recesiva

17 loci Z lincati:

re - ovulatia restrictionata

sh - tremorul capului

n - lipsa penelor

px - spasmul paroxistic

ln - necroza ficatului

dw - piticism

Wl - absenta aripilor

prn - letalitate preeclozionala

K - cresterea penajului

S - culoarea argintie a penajului

lk - letalitatea femelelor

Li - inchiderea culorii brune a penajului

y - culoarea alba a pielii

be - culoarea bruna a ochilor

Id - inhibitorul melaninei dermice

B- culoarea barata a penajului

ko - capul striat

Albinismul imperfecta

Paroxismul la gaina

(spasmul paroxistic) -

M% 15 saptamani

Ladykiller - ME numai la femele

Alopecia congenitala

nanism

Aplicatii ale transmiterii caracterelor legate de sex la pasari

Autosexarea

Culoare - penaj colorat

Crestere penaj

Nanism

Genetica 12

Mutageneza si mutatiile genice

Mutatiile = modificari permanente, detectabile, transmisibile ale structurii genetice

Hugo de Vries 1903

Apar proprietati genetice noi

Caracteristicile mutatiilor

Apar brusc, fara etape intermediare

Sunt ereditare daca se gasesc in gameti

Utile, daunatoare, indiferente

Sursa de variabilitate

Unele - apar in mod repetat

Evidentierea - metode statistice

Clasificarea mutatiilor

Dupa cauze:

spontane,

induse

D. manifestarea fenotipica:

expresive (vizibile),

neexpresive (invizibile)

D proprietatile genelor:

dominante,

recesive (frecvente)

D efectul fenotipic:

micromutatii,

macromutatii

D viabilitatea purtatorilor:

letale,

semiletale

viabile

D. directia mutatiei:

Progresive: tip salbatic → tip mutant

regresive: tip mutant → tip salbatic

D segmentul genetic:

genomice,

cromozomiale,

genice,

punctiforme

D tipul celulelor:

gametice,

somatice

Factori mutageni

Cresc rata mutatiilor spontane

Biologici, fizici, chimici

Factorii mutageni biologici

Virusuri - actiune directa, prin insertie

Virusul rubeolei - malformatii, mortalitate fetala

Virusul oreionului - sterilitate masculi

Factorii mutageni fizici

Radiatiile ionizante, neionizante

Radiatiile ionizante

Particule energetice (pozitroni, particule si , neutroni), razele , razele X (Roentgen)

Actioneaza asupra ADN

Efecte:

fracturi ale catenelor

blocarea sintezei ADN

incetinirea/blocarea mitozelor

moartea celulelor (instantanee sau dupa cateva ore)

Radiatiile neionizante

UV

Efecte

producerea formelor tautomerice ale bazelor azotate, modificand complementaritatea

dimerizarea bazelor pirimidinice

Formele tautomerice

Timina tautomerica - Guanina (NU cu adenina)

Guanina tautomerica - timina (NU cu citozina)

Dimerizarea bazelor pirimidinice

Formarea unor legaturi carbon-carbon mai scurte

Distorsionarea moleculei de ADN

Factori mutageni chimici

Analogi ai bazelor azotate

Acidul azotos

Unele antibiotice

Analogii bazelor azotate

Au structura apropiata de a bazelor azotate

5-bromouracil ( timina) - guanina

2-aminopurina ( adenina) - citozina

Produc mutatii progresive urmate de mutatii regresive

Acidul azotos

Produce dezaminarea bazelor azotate

Inlocuieste gruparea amino (NH₂) cu gruparea ceto (C-O)

Transforma

Citozina in uracil

Adenina in hipoxantina

Guanina in xantina

Unele antibiotice

Mitomicina, actinomicina D, echinomicina

Interfereaza cu structura ADN

Originea mutatiilor spontane

Foarte rare

Leziuni spontane ale bazelor azotate

Erori de replicare a ADN-ului

Leziuni spontane ale bazelor azotate

Depurinarea - pierderea unei baze purinice

Dezaminarea - pierderea unei grupari amino

Oxidarea - producerea oxigenului activ in metabolismul anaerobic

Erorile de replicare ADN

Inserarea gresita a bazelor de catre sistemele enzimatice

Rezulta distorsionarea moleculei de ADN

Repararea ADN-ului

Mecanisme enzimatice

Categorii de sisteme de reparare

Reparare directa

Reparare prin excizie

Reparare prin recombinare postreplicativa

Sistemul de reparare directa

= fotoreactivitatea

Plante, unele vertebrate (pesti, reptile, marsupiale)

Enzimele = fotoliaze

Repara leziunile produse de UV

Actioneaza la intuneric

Sistemul de reparare prin excizie

Indeparteaza bazele gresit imperecheate sau catenele defecte (factori chimici)

Mai multe etape

recunoasterea (helicaze)

Incizia (endonucleaza) - cliveaza catena

Excizia (exonucleaza) - elimina prin digestie

Sinteza (ADN-polimeraza I) - inlocuirea segmentului excizat

Sistemul de reparare prin recombinare postreplicativa

Intervine in aparitia dimerilor (UV)

Molecula noua de ADN

catene normale si catene cu dimeri

celula neviabila

Anomalii genice

= boli monogenice

Apar in urma mutatiilor suferite de o singura gena

Dominante/recesive

Autosomale/gonozomale (sex-lincate)

Boli monogenice autosomale dominante

AA si Aa bolnavi, aa normali

Particularitati de transmitere:

Supuse legilor mendeliene

Apar in descendenta, indiferent de sex

AA - neviabili (majoritar)

Daca gena are penetranta completa - transmitere de tip vertical (din generatie in generatie)

Daca gena are penetranta incompleta - transmitere fenotipic intrerupta

Acondroplazia de tip creeper la gaina

Homozigotii dominanti mor la 21 zile de incubatie

Heterozigotii - tibia scurta

Acondroplazia la taurine

Atrofia musculo-spinala la caine

Atrofia progresiva a retinei la caine - dupa 12-18 luni

Anomalii ale urechii la taurine (Ayrshire si Jersey). AA viabili

Brahiuria la caine

AA - ME

Welsh Corgi

Boala von Willebrand (caine, iepure, cal, porc)

Boala rinichilor polichistici la caine si pisica (rasa Persana - 30%)

Boala trombotica congenitala la cal (deficienta de proteina C)

Cataracta

caine (4-7 ani) - Cocker Spaniel, Poodle, Husky, Schnauzer, Golden Retriver, Labrador, Terrier, Bichon, American Cocker Spaniel, Schnauzer pitic

taurine - Friza europeana

Cal (2 luni), oaie (Romney Marsh, 2 luni)

Culoarea alba letala la cal (Pinto)

Culoarea cenusie letala la cal

Diareea neonatala F4 la purcei

Exostoze multiple la cal - AA viabili

Hernia ombilicala la porcine - AA viabili

Hipotricoza la taurine, ovine, caine (totala, partiala) - AA viabili

Paralizia periodica de tip II la cal

(AA viabili)

Polidactilia la taurine si gaini (Dorking, Silky, Houdan). AA viabili

Policheratia la ovine (AA viabili) - rasa Karaceaev

Sindactilia la porc (AA viabili)

Tremor de mare frecventa la porc

(AA viabili) - Pietrain

Boli monogenice autosomale recesive

AA normali, Aa putatori, aa bolnavi

Consangvinizarea creste riscul aparitiei

Transmiterea discontinua

Albinismul

taurine - Bruna elvetiana, Friza europeana,

ovine - Karakul, Suffolk,

iepure, gaina,

Caine - Dog german, Dalmatian,

Pisica - Siameza, Birmaneza

Amelia la gaina si porc

Anoftalmia la porcine

Artrogripoza la porcine

Contractura musculara permanenta

Marele Alb, Yorkshire

La femele - penetranta incompleta

Ataxia progresiva la taurine, cai, porcine, gaina

Displazia cerebelului

Incoordonare in miscare

la "aa" - letala

Atrofia musculo-splinala la taurine si pisica

Piedmont, Holstein, Bruna, Rosie daneza

Atrofia progresiva a retinei la caine si pisica

Boala imunodeficientei severe la cal si caine

Arab

Boala urinei cu miros de artar - vitei

Hereford, Shorthon

Depresie, letargie, coma, moarte in 48-72 ore de la fatare

Boala von Willebrand tip III - caine - grava

Caracterul letal A 46 - taurine (deficienta Zn)

Cardiomiopatia ereditara

Taurine, pisica, curci

Dilatarea cordului (ventricul stang)

Contractura musculara la ovine - letala

Cistinuria - caine

Absorbtia defectiva a aminoacizilor, urolitiaza

60 rase

Deficienta factorului de coagulare VII - caine.

Deficienta factorului de coagulare X - caine

Deficienta factorului de coagulare XI - taurine, caine.

Deficienta factorului de coagulare XII - caine, pisica

Deficienta factorilor de coagulare dependenti de vitamina K - oaie, pisica

Factori II, VII, IX, X

Displazia foliculara a parului negru - caine

Displazia renala - taurine

Epilepsia la gaina

Epilepsia mioclonica Lafora la caine

Adeseori de tip "grand mal"

Fisura palatina la purcei - letala

Hernia ombilicala si inguinala la cal

Hernia cerebrala la purcei - letala

Hidrocefalia la taurine - letala

Hipertrofia musculara - Blue White Belgian

Hipoplazia testiculara la taur si tap

Hipertricoza la taurine

Megacolonul la cal

Dilatarea rectului

reducerea peristaltismului

Manjii "aa" - culoare alba (sindromul manzului alb)

Mortalitatea dupa cateva zile de la fatare

Nanismul la porcine

Nanismul Ancon - ovine

Membre scurte si curbate

Nanismul cu gat curbat - gaina. "aa" - ME

Nanimelia la gaina - aa - ME 18 zile

Paralizia MP la purcei si miei - letala

Piciorul plat la cal

Sindactilia la taurine

Surditatea ereditara la caine

Totala sau partiala

Unilaterala / bilaterala

30% Dalmatian

Corelatie pozitiva cu culoarea albastra a ochilor si depigmentarea petelor

Genetica 13

Bolile genetice mitocondriale

Mitocondria = organit celular (eucariote) cu rol in metabolismul energetic al celulei

Palade

Constituita din proteine, acizi nucleici, ioni, apa, vitamina C

ADNmt (mitocondrial) important in functionarea tesuturilor mari consumatoare de energie (muscular, nervos)

Clasificarea bolilor genetice mitocondriale

Leziuni la nivelul ADNmt

Boli ← mutatii punctiforme ale ADNmt (prin substitutia bazelor azotate)

Boli ← deletii ale ADNmt

Boli ← mutatii ale genelor nucleare (ADN nuclear

Studiate de Walace 1992 (mai ales la om)

Bolile mitocondriale - boli neuromusculare, hepatice, renale

Identificarea acestor boli - diagnostic molecular, analiza pedigree

Bolile mitocondriale determinate de mutatii punctiforme ale ADNmt

Rezulta in urma mutatiilor genice aparute

Complexe enzimatice necesare fosforilarii oxidative

ARNt

Transmitere nemendeliana

Femelele transmit boala la toti descendentii, indiferent de sex

Masculii afectati NU transmit boala la descendenti

Neuropatia optica ereditara

pierderea bilaterala a vederii centrale

Degenerarea nervului optic

A doua jumatate a vietii

Bolile mitocondriale determinate de deletii multiple ale ADNmt

Transmitere mendeliana, cu model autosomal dominant sau recesiv

Mioglobinuria recurenta

Bolile mitocondriale determinate de gene nucleare

Controleaza functionarea ADNmt

impiedica replicarea ADNmt

modificari profunde in tesuturile nervoase si musculare

Moartea tineretului

GENETICA POPULATIILOR

Populatia naturala - unitatea majora a evolutiei

Johannsen 1903

= grup de indivizi dintr-o specie, care

traiesc in acelasi habitat,

au genofond comun

Se imperecheaza la intamplare (panmixie)

Panmixia → schimb permanent de gene, care variabilitatea genetica (heterozigotie)

Variabilitatea → capacitate de adaptare, rezistenta, vitalitate

Studierea unei populatii

Structura genetica

Dinamica populatiei

Structura genetica a populatiei

La un moment dat

Specifica unui anumit caracter

Se apreciaza pe baza

Genotipurilor

Frecventei genotipurilor

→ frecventa genelor

Codominanta

Alelism simplu

Nr. genotipuri = (n² + n)

n = nr. alele la un locus

2 gene (alelism simplu) - 3 genotipuri

3 gene - 6 genotipuri

4 gene - 10 genotipuri

5 gene - 15 genotipuri

Alelism simplu - structura genetica

P + H + Q = 1

Frecventa genelor: p (A1) = P + H/2;

q (A2) = Q + H/2

p + q = 1

Dinamica populatiilor

= structura genetica a populatiilor pe mai multe generatii

1908 legea Hardy-Weinberg

Populatia este in echilibru - in generatii succesive → aceeasi frecventa a genelor

→ aceeasi structura genetica

Alelism simplu

p² + 2pq + q² = 1

Dupa o generatie de imperecheri panmictice - populatia intra in echilibru

Dominanta

Interactiune alelica

Frecventa genotipului heterozigot - indirect

Se considera populatia in echilibru

p² + 2pq + q² = 1

Polialelism

3 alele

p = P + H/2 + S/2

q = Q + H/2 + T/2

r = R + S/2 + T/2

P - frecventa genotipului A₁A₁

Q - frecventa genotipului A₂ A₂

R - frecventa genotipului A₃ A₃

H - frecventa genotipului A₁ A₂

S - frecventa genotipului A₁ A₃

T - frecventa genotipului A₂ A₃

Gene legate de sex

Genele nu sunt repartizate in proportii egale la mascul si femela

Femela Mascul

p_f = P + H/2 p_m = R

q_f = Q + H/2 p_m = S

Factori care duc la schimbarea structurii genetice a populatiilor

Factori sistemici: migratia, mutatia, selectia

Factori dispersivi: driftul genetic

Factori de mediu

1. Migratia

Imigratia = introducerea de gene intr-o populatie

Emigratia = scoaterea genelor dintr-o populatie

Imigratia - cumparari de animale

Emigratia - reforme, vanzari

2. Mutatia

= schimbare a structurii genetice care nu este determinata de legile mendeliene sau de fenomenul de recombinare

Utile, neutre, defavorabile

Rata de mutatie este relativ mica

efectul negativ - anulat de selectie

3. Selectia

= supravietuirea indivizilor avand capacitate ridicata de adaptare la conditiile de mediu

Selectia naturala si artificiala

Indicatorii selectiei: valoarea selectiva, coeficientul de selectie

Valoarea selectiva

= valoarea adaptativa a genotipurilor, numar descendenti

F%

Coeficientul de selectie (S)

= % descendentilor dintr-un anumit genotip, care se elimina din populatie ca urmare a actiunii selectiei

S: 0 - 1

Genotipuri

dominante AA si Aa

recesive aa

Moduri de actiune a selectiei naturale

Contra mutatiilor dominante autosomale

Contra homozigotilor recesivi

Contra heterozigotilor

In favoarea heterozigotilor

Selectia contra mutatiilor dominante autosomale

Actioneaza direct asupra genelor dominante care se manifesta fenotipic la homo si heterozigoti

Actioneaza prin

Capacitatea de adaptare (Vitalitate)

Capacitatea reproductiva (F%)

Selectia contra homozigotilor recesivi

Lenta (mai multe generatii)

Scade F%

Distrofia musculara Duchene - masculii aa sunt sterili

Selectia contra heterozigotilor

Cabaline, porcine - mamele aa

Cabaline - 7 sisteme de grupe sanguine (doar A si Q)

izoeritroliza noenatala

Distrugerea eritrocitelor

Anticorpi anti - Aa (colostru)

La fatare - icter, hemoglobinurie

Dupa cateva zile - moartea animalelor Aa

Profilaxie - NU colostru (daca se cunoaste structura genetica)

Sistemul Rh

Femeile Rh negativ (dd)

selectie naturala pentru heterozigoti (Dd)

anticorpi

Boala hemolitica a noului-nascut Dd

Selectia in favoarea heterozigotilor

Pasari - heterozigotii - mai rezistenti la unele specii de Eimeria (coccidioza)

Pasari - capuse - heterozigotii mai rezistenti

4. Driftul genetic

Wright 1921

Factor dispersiv

Populatii mici

= scaderea/cresterea brusca a frecventei genelor din populatie - factori neprevazuti

Dispare o gena/un genotip din structura genetica

Factorii de mediu

climatul (temperatura, umiditatea, lumina), nutritia, bariere naturale (consangvinizarea)

Heterozigotii - mai sensibili

Homeostazia genetica

Cannon 1929

= tendinta unui sistem genetic de a-si mentine genofondul in echilibru

Actioneaza in principal intre generatii

Intervalul intre generatii = baza adaptarii genetice a populatiei

Mecanismele de autoreglare ale homeostaziei genetice

Procesul de reproducere - o noua frecventa a genelor

Echilibrarea intre mutatie si selectie

= moarte genetica Muller 1950

Selectia naturala

heterozigotii - mai adaptabili

Ereditatea caracterelor cantitativa

Productiile, dezvoltarea corporala (talia, masa corporala)

Masuratori

Controlul genetic - gene majore si minore

Genele majore

Variabilitatea valorilor fenotipice

Genele minore

variatia continua a caracterelor cantitative

Actiune aditiva

Taurine - locusul -lactoglobulinei

Doua gene majore A si B

5 gene minore: C, D, E, F, G

Poligenie: 10-200 loci

Legile specifice de transmitere a caracterelor cantitative

F1 - media caracterului este intermediara fata de mediile parentale

F2 - media caracterului este similara cu F1

F2 - gradul de variatie creste, fara a depasi amplitudinea genitorilor

Parametrii genetici ai caracterelor cantitative

Heritabilitatea, repetabilitatea, corelatia

Heritabilitatea

h² = V_G/V_F

Caracterele

Intens heritabile h² ≥ 0,4

Intermediare h² 0,2 - 0,4

Slab heritabile h² ≤ 0,2

Caractere intens heritabile

randamentul la taiere 0,71

Greutatea oualor 0,6

grosimea stratului de grasime la porcine 0,55

Lungimea fibrei de lana (Merinos) 0,55 Lungimea corpului 0,50

Caractere cu heritabilitate intemediara

Cantitatea de lapte la taurine 0,3

Masa corporala la ovine 0,35

Masa corporala la gaini 0,2

Caractere slab heritabile

Numarul purceilor la fatare (porcine) 0,15

Masa corporala la fatare (porcine) 0,16

Finetea lanii 0,17 - 0,35

Durata de ameliorare - functie de h²

Heritabilitate mare - durata scurta

Repetabilitatea

Lush 1937

Similitudinea productiilor succesive la un individ

R = (V_G + V_MG) / V_F

Procentul de grasime (taurine) 0,80

Cantitatea de lapte (taurine) 0,40

Numarul de purcei la fatare 0,144

Corelatia

Fenotipice (studiate), genotipice, de mediu

Corelatii

Pozitive (0,30 greutatea cojocului si lungimea fibrei la ovine

Negative ( - 0,14 cantitatea de lapte si % grasime la taurine)

Valori

ridicate (0,93 cantitatea de lapte si cantitatea de grasime

Scazute (0,108 nr purcei la fatare si G la 8 saptamani)

Cauzele genetice:

Pleiotropismul (o gena - mai multe caractere)

Lincajul

Genetica 14

Genetica 14

FARMACOGENETICA

= domeniu interdisciplinar

Studiaza raspunsul genetic al organismelor la administrarea unui medicament

Vogel 1952

Evidentierea unor boli genetice

Depistarea rezistentei de natura genetica fata de un medicament

Evidentierea unor boli genetice

Acatalazia

Deficineta/absenta catalazei

Depistarea - apa oxigenata (peroxid de hidrogen) - reactia locala

Deficienta glucozo-6-fosfatdehidrogenazei (enzima eritrocitara)

Depistarea: administrarea de

Sulfamide

Antipiretice

Analgezice

Determina reactii de hemoliza

Sindromul stresului porcin

Manifestari clinice: convulsii musculare, hipertermie → rigiditate musculara, exitus

Musculatura: palida, moale, exudativa (PSE)

Carcasele - confiscate la abator

Depistare: testul halotan

Porcii homozigoti recesivi Halⁿⁿ - sensibili

1980 - Franta - testarea porcinelor

1991 - MacLennan - izolarea si clonarea genei

Profilaxie:

identificarea homozigotilor recesivi (testul halotan)

eliminarea genei recesive

Depistarea rezistentei de natura genetica la medicamente

Rezistenta la atropina - animalele homozigote dominante

Rezistenta la warfarina

warfarina

otrava sobolani, medicament anticoagulant

Structura moleculara asemanatoare cu vitamina K

Animalele heterozigote (pot primi mai putina vitamina K)

Pisicile Devon Rex - deficienta genetica a factorilor de coagulare

Tratamentul bolilor genetice

Scopul - restabilirea homeostaziei

1. Restabilirea fenotipului

Defectul genetic de baza nu este modificat

Manifestarile clinice sunt adesea ameliorate

Metode chirurgicale (hernii ombilicale, exostoze)

Evitarea expunerii la factori favorizanti

2. Tratamentul erorile de metabolism

Administrarea de coenzime

suplimentarea enzimei/proteinei deficitare (boala von Willebrand)

3. Tratamentul celular

Transplant de organe

Implantarea unor celule diferentiale

Utilizarea celulelor stem

4. Terapia genica

In cazul mutatiilor genice (somatice, sexuale)

Tehnologia ADN recombinat

Etape:

identificarea locusului

Clonarea genei

Inlocuirea genei mutante

Aplicatii practice ale ADN recombinat

Producerea proteinelor bacteriene de importanta medicala

Hormonul de crestere (animale, om)

Insulina

Modificarea genetica a organismelor industriale - amplificare genica

Tulpinile microbiene → antibiotice

PROFILAXIA GENETICA

= complex de metode, masuri si mijloace menite:

sa puna in evidenta,

sa elimine

sa limiteze

extinderea bolilor ereditare la animale

Observatii generale

Bolile ereditare ale animalelor domestice sunt putin cunoscute

Obiective:

cercetarea bolilor cunoscute

evidentierea altor boli genetice

Stabilirea gradului de raspandire

Cuantificarea consecintelor economice

Bolile ereditare se raspandesc cu rapiditate in populatii

Testul citogenetic

Romania - taurine

Necesitatea unui cadrul legal si organizatoric

Masuri

Imbunatatirea criteriilor de apreciere a materialului de reproductie

Evidente corecte

Stabilirea diagnosticului de boala ereditara

Principiile profilaxiei genetice

Stabilirea diagnosticului de boala ereditara

Boli cromozomiale, genice, mitocondriale

Bolile cromozomiale:

aberatii numerice si de structura

Transmisibile: translocatii (Robertsoniana, in tandem); inversii, elongatia cromozomului Y

Netransmisibile (sterilitate): sindromul XXY, XO, freemartinism, intersexualitatea

Bolile genice

semiletale, letale

Penetranta, expresivitatea

Majoritatea transmisibile - functie de genele implicate

Bolile mitocondriale

Foarte rare la animale

Identificarea - diagnostic molecular, analiza pedigree

Majoritatea transmisibile (exceptie - genele nucleare)

2. Evaluarea evidentelor si a gradului de raspandire

Evidente corecte →

alcatuire pedigree,

estimarea gradului de raspandire a genelor nedorite

Reducerea frecventei genei in populatie

Metodologia aplicarii profilaxiei genetice

Diagnosticul bolilor cromozomiale

Diagnosticul bolilor genice

Elaborarea programelor specifice de profilaxie genetica

1. Diagnosticul bolilor cromozomiale

Evidentierea bolilor cromozomiale (transmisibile)

Diagnostic citogenetic

Ancheta eredopatologica

Analiza pedigree - gradul de raspandire

Profilaxia - eliminarea de la reproductie

2. Diagnosticul bolilor genice

Ancheta eredopatologica

Metode de diagnostic:

Examen clinic

Analize de laborator

Examen anatomopatologic

Examen histopatologic

Examene imunologice

Analiza de pedigree

Ancheta eredopatologica

= forma complexa de diagnosticare a bolilor ereditare

Aprecierea fenotipica

Consultarea evidentelor

Identificarea factorilor de risc

Analiza pedigree

Analiza de pedigree

Masculii - patrate. Femelele - cercuri

analiza ascendentilor, descendentilor si rudelor colaterale

Animalele bolnave = probanzi

Stabilirea gradului de inrudire

Stabilirea gradului de consangvinizare

Stabilirea tipului de transmitere: dominanta, recesiva, legata de sex

Stabilirea gradului de raspandire

Determinarea frecventei genei

3. Elaborarea programelor specifice de profilaxie genetica

Stabilirea efectelor economice

Identificarea purtatorilor (transmitere recesiva)

Pe baza gradului de inrudire cu probantul

Prin aprecierea directa a descendentilor

Eliminarea probantilor si purtatorilor de la reproductie

Terenul

= momentul din evolutia constitutie individuale in care totalitatea modificarilor suferite de organism se manifesta in fenotip

Teren favorizant - determina cresterea rezistentei specifice la factorii perturbatori

Teren patologic (specificat) - determina predispozitia organismului la boala genetica

Manifestarea bolii - sub actiunea factorilor de risc

Metode de investigare a terenului: ancheta eredopatologica, teste functionale, analize biochimice, analiza factorilor declansatori